JP2001232822A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】“べた印画”を行う場合であっても、インクを
短時間で乾燥させることができるインクジェットヘッド
を提供する。 【解決手段】基板１の上面に、間にインク流路が形成さ
れる多数の隔壁２ａ，２ｂを隣り合う隔壁同士が対面す
るようにして二列状に取着させるとともに、これら隔壁
２ａ，２ｂの頂部に、前記インク流路に連通する多数の
吐出孔６ａ，６ｂが二列状に、かつ、一方の列の吐出孔
６ａが他方の列の吐出孔間６ｂ−６ｂに位置するように
して穿設されている天板５を載置させた上、一方の列の
吐出孔６ａより吐出されるインク滴の吐出量よりも他方
の列の吐出孔６ｂより吐出されるインク滴の吐出量が少
なくなるように、吐出孔６ｂの両側に配されている隔壁
２ｂ，２ｂ間の間隔Ｗ２を広くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録紙にインク滴
を所定パターンに付着させて画像を形成するインクジェ
ットヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、記録紙に画像を形成するため
の記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられ
ており、その記録方式としては、インク滴を記録紙に向
けて吐出させるのに圧電素子が変形するときのエネルギ
ーを利用する圧電方式や発熱抵抗体の発する熱エネルギ
ーを利用するサーマル方式等が知られている。

【０００３】例えば圧電方式のインクジェットヘッド
は、基板の上面に、圧電材料から成り、間にインク流路
が形成される多数の隔壁を隣り合う隔壁同士が対面する
ようにして一列状に取着させるとともに、これら隔壁の
頂部に、前記インク流路に連通する多数の吐出孔が一列
状に穿設されている天板を載置させた構造を有してお
り、記録紙を前記天板の上面に沿って吐出孔の列と直交
する方向に搬送しながら、多数の隔壁を外部からの画像
データに基づき選択的に屈曲・変形させてインク流路内
のインクを加圧するとともに天板の吐出孔よりインク滴
を吐出させ、これを記録紙に付着させることによって画
像が形成される。

【０００４】また一方、サーマル方式のインクジェット
ヘッドは、上述したインクジェットヘッドの隔壁を圧電
材料に代えて金属等の変形しない材料で形成し、これら
隔壁間に位置する基板の上面に発熱抵抗体を１個ずつ配
設させた構造を有しており、多数の発熱抵抗体を外部か
らの画像データに基づき選択的にジュール発熱させて発
熱抵抗体近傍のインクを急沸させ、このとき発生する気
泡の圧力でインク流路内のインクを加圧することにより
天板の吐出孔よりインク滴を吐出させるようになってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のインクジェットヘッドを用いて記録紙の全体もしく
は所定の領域を塗りつぶす“べた印画”を行う際、イン
クが付着しない空白域を完全になくしてしまうには、図
７に示す如く、吐出孔より吐出されるインク量を増やし
て記録紙に形成される個々の印画ドットｄの径を大きく
する必要があった。

【０００６】しかしながら、空白域が完全になくなる程
度に全ての印画ドットｄの径を大きくした場合、各々が
略円形をなすように形成された印画ドットｄは全体の約
５０％に相当する部分が隣接する印画ドットｄと重なり
合うこととなり、それ故、記録紙に形成される画像の濃
度が上記重なり部（図中の黒塗り部分）で過度に濃くな
り、画質が著しく劣化する欠点を有していた。

【０００７】またこの場合、記録紙には多量のインクが
付着されるため、インクの使用量が多くなる上に、これ
らのインクを乾燥させるのに長時間を要する欠点も有し
ていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、本発明のインクジェットヘッドは、
基板の上面に、間にインク流路が形成される多数の隔壁
を隣り合う隔壁同士が対面するようにして二列状に取着
させるとともに、これら隔壁の頂部に、前記インク流路
に連通する多数の吐出孔が二列状に、かつ、一方の列の
吐出孔が他方の列の吐出孔間に位置するようにして穿設
されている天板を載置させて成り、記録紙を前記天板の
上面に沿って吐出孔の列と直交する方向に搬送しなが
ら、前記インク流路内のインクを選択的に加圧して前記
吐出孔よりインク滴を吐出させることにより画像を記録
するインクジェットヘッドであって、前記一方の列の吐
出孔より吐出されるインク滴の吐出量よりも他方の列の
吐出孔より吐出されるインク滴の吐出量が少なくなるよ
うに、吐出孔の両側に配されている隔壁間の間隔を広く
したことを特徴とするものである。

【０００９】また本発明のインクジェットヘッドは、前
記隔壁が圧電材料により形成されており、インク滴の吐
出に際して前記隔壁を屈曲・変形させることによってイ
ンク流路内のインクを加圧するようになしたことを特徴
とするものである。

【００１０】更に本発明のインクジェットヘッドは、前
記基板の上面には、隣接する隔壁間に発熱抵抗体が被着
されており、インク滴の吐出に際して前記発熱抵抗体の
発熱に伴い発生する気泡によりインク流路内のインクを
加圧するようになしたことを特徴とするものである。

【００１１】また更に本発明のインクジェットヘッド
は、前記多数の吐出孔が、他方の列の吐出孔を一方の列
の吐出孔に比し記録紙の搬送方向上流側に傾斜させた状
態で穿設されていることを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づい
て詳細に説明する。

【００１３】（第１形態）図１は本発明を圧電方式のイ
ンクジェットヘッドに適用した形態を示す分解斜視図、
図２（ａ）（ｂ）は図１のインクジェットヘッドの主走
査方向に係る断面図、図３は図１のインクジェットヘッ
ドの副走査方向に係る断面図、図４は図１のインクジェ
ットヘッドに使用される天板の平面図であり、１は基
板、２ａ，２ｂは隔壁、３はインク流路、５は天板、６
ａ，６ｂは吐出孔である。

【００１４】前記基板１は、アルミナセラミックス等の
電気絶縁性材料から成り、その上面で隔壁２ａ，２ｂ等
を支持するための支持母材として機能する。

【００１５】前記基板１は、例えばアルミナセラミック
スから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセ
ラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混
合して泥漿状に成すとともに、これを従来周知のドクタ
ーブレード法やカレンダーロール法等を採用することに
よってセラミックグリーンシートを得、しかる後、前記
セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜いた上、
高温で焼成することによって製作される。

【００１６】また前記基板１の上面には、多数の隔壁２
ａ，２ｂが主走査方向にわたって二列状に取着される。

【００１７】前記多数の隔壁２ａ，２ｂは、各々の列の
隣り合う隔壁同士を対面させた形で略平行（±１度以
内）に配列されており、隣り合う隔壁間２ａ−２ａ，２
ｂ−２ｂにはインク流路３が形成される。

【００１８】これらの隔壁２ａ，２ｂは、その各々がチ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料から成って
おり、その上部領域及び下部領域はそれぞれ図２（ａ）
の矢印方向に分極処理されていることから、その両側面
に被着される電極４を介して隔壁２ａ，２ｂに所定の電
力が印加されると、隔壁２ａ，２ｂは、図２（ｂ）に示
す如く、剪断モードで“く”の字状に屈曲・変形し、イ
ンク流路３内のインクを加圧するためのエネルギーを発
生する。

【００１９】ここで、他方の列を構成する隔壁２ｂは、
記録紙Ｍの全体もしくは所定の領域を塗りつぶす“べた
印画”を行う場合に隔壁２ａの駆動によって形成される
印画ドット間の空白領域を埋める小さなインク滴ｉを発
生させるためのものであり、従って“べた印画”以外の
印画動作においては他方の列の隔壁２ｂは使用されず、
一方の列の隔壁２ａのみが使用されることとなる。

【００２０】尚、前記隔壁２ａ，２ｂは、まずチタン酸
ジルコン酸鉛を主成分とする焼結体を分極処理すること
によって圧電セラミックスを形成し、これをエポキシ樹
脂等の接着剤でもって基板１の上面に接着・固定した
上、ダイシングソー等を用いて各々が隔壁状をなすよう
に研削加工することにより形成される。

【００２１】また前記基板１の上面には、各々の一端が
対応する隔壁２ａ，２ｂの側面まで導出された多数の電
極４が被着される。

【００２２】前記多数の電極４は、アルミニウム等の金
属により所定パターンに被着・形成されており、図示し
ないドライバーＩＣの駆動に伴って隔壁２ａ，２ｂを屈
曲・変形させるための所定の電力を印加する作用を為
す。

【００２３】尚、前記多数の電極４は、アルミニウムや
銅等の金属を従来周知の薄膜手法、具体的には真空蒸着
法やスパッタリング法等を採用することにより基板１の
上面及び隔壁２ａ，２ｂの表面に所定厚みに被着させ、
これをレーザー等で切断・加工することにより所定パタ
ーンに形成される。

【００２４】更にまた前記隔壁２ａ，２ｂの頂部には、
前記インク流路３に連通する多数の吐出孔６ａ，６ｂを
有した天板5が載置・固定され、該天板５によってイン
ク流路３の上部を塞いでいる。

【００２５】前記天板５は、下面に絶縁膜（図示せず）
を被着させたモリブデン製のベース５ａ上にポリイミド
樹脂から成るフィルム５ｂを貼着した構造を有してお
り、前記吐出孔６ａ，６ｂはベース５ａ及びフィルム５
ｂの双方を貫通するように形成される。

【００２６】また前記天板５に穿設されている多数の吐
出孔６ａ，６ｂは、主走査方向に沿って二列状に、か
つ、一方の列の吐出孔６ａが他方の列の吐出孔間６ｂ−
６ｂに位置するように穿設されており、一方の列Ａを構
成する吐出孔６ａが一方の隔壁２ａ，２ａ間のインク流
路３に、また他方の列Ｂを構成する吐出孔６ｂが他方の
隔壁２ｂ，２ｂ間のインク流路３にそれぞれ連通してい
る。

【００２７】前記吐出孔６ａ，６ｂは、例えば３０μｍ
〜６０μｍの直径を有し、前述した隔壁２ａ，２ｂの屈
曲・変形によりインク流路３内のインクが加圧される
と、吐出孔６ａ，６ｂよりインク滴が吐出されるように
なっている。

【００２８】そして前記吐出孔６ａ，６ｂの両側に位置
する隔壁間２ａ−２ａ，２ｂ−２ｂの間隔Ｗ１，Ｗ２
は、吐出孔６ａの両側よりも、吐出孔６ｂの両側で広く
設定されている。

【００２９】具体的には、吐出孔６ａの両側に配される
隔壁間２ａ−２ａの間隔Ｗ１が３０μｍ〜５０μｍの場
合、吐出孔６ｂの両側に配される隔壁間２ｂ−２ｂの間
隔Ｗ２は例えば５０μｍ〜８０μｍに設定され、隔壁２
ａ，２ｂに等しく電力を印加して隔壁２ａ，２ｂを屈曲
・変形させたとき、吐出孔６ａ，６ｂよりインク滴を吐
出させる力は間隔を広くした隔壁２ｂ，２ｂ間で弱ま
り、吐出孔６ｂより吐出されるインク量は吐出孔６ａよ
り吐出されるインク量よりも少なくなる。

【００３０】従って、“べた印画”を行う場合、一方の
列Ａの吐出孔６ａからのインク滴ｉにより形成した印画
ドットｄ1，ｄ1間の空白域を、他方の列Ｂの吐出孔６ｂ
からの小さなインク滴ｉにより形成される小さな印画ド
ットｄ2で良好に埋めることができ、図５に示す如き印
画ドットパターンが得られるようになる。

【００３１】例えば、吐出孔６ａからのインク滴ｉによ
り形成される印画ドットｄ1の径が４０μｍ〜５０μｍ
の場合、吐出孔６ｂからのインク滴ｉにより形成される
印画ドットｄ2の径は１６μｍ〜３０μｍとなり、この
場合、略円形をなすように形成された印画ドットｄ1，
ｄ2が隣接する印画ドットｄ1，ｄ2と重なり合う部分
（図中の黒塗り部分）を全体の２０％以下に抑えること
ができるため、適正な濃度をもった“べた印画”が得ら
れ、画質を向上させることが可能となる。

【００３２】またこの場合、記録紙に“べた印画”を形
成するにあたって記録紙に付着するインクの量は少なく
なることから、インクの使用量が節約され、記録紙に付
着するインクも比較的短時間で乾燥されることとなる。

【００３３】更に前記天板５の吐出孔６ａ，６ｂのうち
他方の列Ｂの吐出孔６ｂは、図３に示す如く、一方の列
Ａの吐出孔６ａに比し記録紙Ｍの搬送方向上流側に傾斜
させて穿設されており、これによって吐出孔６ｂより吐
出されるインク滴ｉは記録紙Ｍの搬送方向と逆行する方
向に吐出されることから、インク滴ｉが記録紙Ｍに対し
て着弾する際の相対速度は速く、従って、インク吐出量
が少量となることに起因して吐出孔６ｂからの吐出速度
が遅くなってもインク滴ｉを記録紙Ｍの所定位置に正確
に着弾させて良好な印画を形成することが可能となる。
尚、吐出孔６ａが天板５の上面に対して直角に設けられ
ている場合、天板５の上面に対する吐出孔６ｂの傾斜角
θは例えば４５°〜８９°に設定される。

【００３４】尚、前記天板５は、モリブデン製のベース
５ａに吐出孔６ａ，６ｂに対応する貫通孔を従来周知の
エッチング等によって径８０μｍ〜１１０μｍ程度に穿
設し、次に前記ベース５ａの上面にポリイミド樹脂製の
フィルム５ｂを接着剤により貼着した上、該フィルム５
ｂにレーザー加工等によって吐出孔６ａ，６ｂを形成す
ることにより製作され、得られた天板５を吐出孔６ａ，
６ｂが対応するインク流路３上に配置されるように位置
合わせし、天板５をエポキシ樹脂等の接着剤を介して多
数の隔壁２ａ，２ｂの頂部に載置させることにより天板
５が隔壁２ａ，２ｂ上に接着・固定される。

【００３５】また、多数の吐出孔６ａから成る一方の列
Ａと、多数の吐出孔６ｂから成る他方の列Ｂとの間隔
は、記録紙Ｍの搬送速度や隔壁２ｂ，２ｂの駆動タイミ
ング等に応じて適宜決定され、例えば隔壁２ｂ，２ｂを
同時に駆動する場合、前記間隔は副走査ピッチの約１／
２に相当する幅に設定される。

【００３６】かくして上述したインクジェットヘッド
は、記録紙Ｍを天板５の上面に沿って吐出孔６ａ，６ｂ
の列と直交する方向に搬送しながら、多数の隔壁２ａ，
２ｂをドライバーＩＣ等に駆動に伴って個々に選択的に
屈曲・変形させて、インク流路３内のインクを加圧する
とともに、該加圧したインクの一部を天板５の吐出孔６
ａ，６ｂより外部に吐出させ、該吐出したインク滴ｉを
記録紙Ｍに所定パターンに付着させることにより記録紙
Ｍに所定の印画が形成される。

【００３７】（第２形態）次に本発明の第２形態につい
て説明する。図６は本発明をサーマル方式のインクジェ
ットヘッドに適用した形態を示す断面図であり、７ａ，
７ｂは隔壁、８は天板、９は発熱抵抗体である。尚、先
に述べた第１形態と同じ構成要素には同一符号を用い、
説明を省略する。

【００３８】本形態のインクジェットヘッドが第１形態
のものと構造上、異なっている点は、隔壁７ａ，７ｂを
圧電材料に代えて金属等の変形しない材料で天板８と一
体的に形成した点と、隔壁間７ａ−７ａ，７ｂ−７ｂに
位置する基板１の上面に発熱抵抗体９を１個ずつ配設し
た点であり、それ以外の点は第１形態のものと全く同じ
である。

【００３９】前記発熱抵抗体９は、ＴａＮやＴａＳｉ
Ｏ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳ
ｉＯ等の電気抵抗材料から成っており、各発熱抵抗体９
の両端に電気的に接続される電極（図示せず）を介して
電源電力が印加されるとジュール発熱を起こし、インク
流路３内のインクを急沸させてインク中に気泡Ａを形成
するのに必要な所定の熱エネルギーを発生する。

【００４０】かかる発熱抵抗体９は、従来周知の薄膜手
法、具体的にはスパッタリング、フォトリソグラフィー
及びエッチング等を採用し、基板１の上面に所定厚み、
所定パターンに被着させることにより形成される。

【００４１】本形態のインクジェットヘッドにより記録
動作を行う場合は、記録紙を天板８の上面に沿って吐出
孔６ａ，６ｂの列と直交する方向に搬送しながら、発熱
抵抗体９を外部からの画像データに基づき選択的にジュ
ール発熱させて発熱抵抗体９上に設けられているインク
流路３内のインクを急沸させるとともに該インク中に気
泡Ａを発生させ、これら気泡Ａによる圧力でインク流路
３内のインクを加圧し、吐出孔６ａ，６ｂよりインク滴
ｉを吐出させて記録紙に付着させることにより画像が形
成される。

【００４２】かかる第２形態のインクジェットヘッドに
おいても、一方の列Ａを構成する吐出孔６ａの両側に位
置する隔壁間７ａ−７ａの間隔よりも、他方の列Ｂを構
成する吐出孔６ｂの両側に位置する隔壁間７ｂ−７ｂの
間隔が広く設定されているため、隔壁間７ａ−７ａの発
熱抵抗体９と隔壁間７ｂ−７ｂの発熱抵抗体９に等しく
電力を印加して両者をジュール発熱させたとき、発熱抵
抗体９上で発生する気泡Ａの圧力は隔壁７ａ，７ａ間に
比し隔壁７ｂ，７ｂ間で横方向に大きく分散し、吐出孔
６ｂよりインク滴を吐出させる力が弱まって吐出孔６ｂ
より吐出されるインク量が吐出孔６ａより吐出されるイ
ンク量よりも少なくなる。

【００４３】従って、“べた印画”を行う場合、一方の
列Ａの吐出孔６ａからのインク滴ｉにより形成した印画
ドット間の空白域を、他方の列Ｂの吐出孔６ｂからの小
さなインク滴ｉにより形成される小さな印画ドットで良
好に埋めることができ、適正な濃度をもった“べた印
画”が得られ、画質を向上させることが可能となる。

【００４４】またこの場合、記録紙に“べた印画”を形
成するにあたって記録紙に付着するインクの量は少なく
なることから、インクの使用量が節約され、記録紙に付
着されるインクも比較的短時間で乾燥されることとな
る。

【００４５】尚、本発明は上述の形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々
の変更、改良等が可能である。

【００４６】例えば上述の第１形態では、基板１をアル
ミナセラミックス等の電気絶縁性材料により形成するよ
うにしたが、これに代えて、基板１を圧電材料でもって
隔壁２ａ，２ｂと一体的に形成するようにしても構わな
い。

【００４７】また上述の第１形態では、インク吐出量の
制御を、隣り合う隔壁間の間隔を一方の列と他方の列と
で可変させることによってのみ行うようにしたが、この
ような制御に加えて、隔壁２ａ，２ｂへの印加電力、或
いはパルス波形を可変させるようにすれば、インク滴ｉ
の吐出量を細かく制御することができ、より品質の高い
印画を形成することができるようになる。

【００４８】更に上述の第１，第２形態では、二列状に
配列した隔壁２ａ，２ｂ（７ａ，７ｂ）をそれぞれ独立
して形成したが、これに代えて両者を繋げるようにして
形成しても構わない。

【００４９】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、略円形をなすように形成された印画ドットが隣接す
る印画ドットと重なり合う面積を小さくすることができ
るため、適正な濃度をもった“べた印画”が得られ、画
質を向上させることが可能となる。

【００５０】また本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、記録紙に“べた印画”を形成するにあたって記録紙
に付着するインクの量は少なくなることから、インクの
使用量が節約され、インクを比較的短時間で乾燥させる
こともできる。

【００５１】更に本発明のインクジェットヘッドによれ
ば、他方の列の吐出孔を一方の列の吐出孔に比し記録紙
の搬送方向上流側に傾斜させて穿設しておくことによ
り、該傾斜する吐出孔からのインク滴は記録紙の搬送方
向と逆行する方向に吐出されるため、インク滴が記録紙
に対して着弾する際の相対速度は速く、インク量が少量
となることに起因して他方の列の吐出孔からのインク滴
の吐出速度が遅くなってもインク滴を記録紙の所定位置
に正確に着弾させて良好な印画を形成することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１形態に係るインクジェットヘッド
の分解斜視図である。

【図２】（ａ）（ｂ）は図１のインクジェットヘッドの
主走査方向に係る断面図である。

【図３】図１のインクジェットヘッドの副走査方向に係
る断面図である。

【図４】図１のインクジェットヘッドに使用される天板
の平面図である。

【図５】図１のインクジェットヘッドを用いて“べた印
画”を行った場合の印画ドットパターンを示す図であ
る。

【図６】本発明の第２形態に係るインクジェットヘッド
の断面図である。

【図７】従来のインクジェットヘッドを用いて“べた印
画”を行った場合の印画ドットパターンを示す図であ
る。

【符号の説明】

１・・・基板、２ａ，２ｂ，７ａ，７ｂ・・・隔壁、３
・・・インク流路、５，８・・・天板、６ａ，６ｂ・・
・吐出孔、９・・・発熱抵抗体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の上面に、間にインク流路が形成され
   る多数の隔壁を隣り合う隔壁同士が対面するようにして
   二列状に取着させるとともに、これら隔壁の頂部に、前
   記インク流路に連通する多数の吐出孔が二列状に、か
   つ、一方の列の吐出孔が他方の列の吐出孔間に位置する
   ようにして穿設されている天板を載置させて成り、記録
   紙を前記天板の上面に沿って吐出孔の列と直交する方向
   に搬送しながら、前記インク流路内のインクを選択的に
   加圧して前記吐出孔よりインク滴を吐出させることによ
   り画像を記録するインクジェットヘッドであって、 前記一方の列の吐出孔より吐出されるインク滴の吐出量
   よりも他方の列の吐出孔より吐出されるインク滴の吐出
   量が少なくなるように、吐出孔の両側に配されている隔
   壁間の間隔を広くしたことを特徴とするインクジェット
   ヘッド。
2. 【請求項２】前記隔壁が圧電材料により形成されてお
   り、インク滴の吐出に際して前記隔壁を屈曲・変形させ
   ることによってインク流路内のインクを加圧するように
   なしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェッ
   トヘッド。
3. 【請求項３】前記基板の上面には、隣接する隔壁間に発
   熱抵抗体が被着されており、インク滴の吐出に際して前
   記発熱抵抗体の発熱に伴い発生する気泡によりインク流
   路内のインクを加圧するようになしたことを特徴とする
   請求項１に記載のインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】前記多数の吐出孔が、他方の列の吐出孔を
   一方の列の吐出孔に比し記録紙の搬送方向上流側に傾斜
   させた状態で穿設されていることを特徴とする請求項１
   に記載のインクジェットヘッド。