JP2002307676A - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イジェクタを２次元的に配列したマトリクス
ヘッドにおいて、共通流路の必要幅を減少し、イジェク
タの配列密度を増加するインクジェット記録ヘッド及び
インクジェット記録装置を提供する。 【解決手段】 本発明のインクジェット記録ヘッドは、
ノズルプレート１、共通流路プレート２、供給路プレー
ト３、連通路プレート４、圧力発生室プレート５、振動
板６の積層接合により構成され、供給路プレート３には
剛性の低い樹脂フィルムが用いられている。供給路プレ
ート３は、共通流路支流８のエアダンパとして機能する
ため、共通流路支流８の幅を小さく設定しても、イジェ
クタ間の圧力波干渉（クロストーク）等を防止するのに
必要十分な音響容量を確保することができ、イジェクタ
の配列密度を向上する。また、エアダンパを構成するた
めの特別なプレートが必要ないので、プレートの積層数
を減らすことができ、ヘッドの製造コストを低減するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルからインク
滴を吐出して文字や画像の記録を行うインクジェット記
録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧力発生手段として圧電アクチュ
エータ等の電気機械変換機を用いて、インクが充填され
た圧力発生室内に圧力波（音響波）を発生させ、その圧
力波によって圧力発生室に連結されたノズルからインク
滴を吐出するドロップオンデマンド型のインクジェット
記録ヘッドとして、例えば、特公昭５３−１２１３８号
公報や特開平１０−１９３５８７号公報に開示されるも
のが一般に知られている。

【０００３】図５は、従来のインクジェット記録ヘッド
の概略構成を示す断面図である。図５において、圧力発
生室５１には、インクを吐出するためのノズル５２と、
共通流路５３を介して不図示のインクタンクからインク
を導くためのインク供給路５４が連結されている。ま
た、圧力発生室５１の底面には振動板５５が設けられて
いる。

【０００４】インク滴吐出時には、圧力発生室５１の外
部に設けられた圧電アクチュエータ５６によってこの振
動板５５を変位させ、圧力発生室５１に体積変化を生じ
させることにより、圧力発生室５１内に圧力波を発生さ
せる。この圧力波によって、圧力発生室５１内に充填さ
れていたインクの一部がノズル５２を通って外部に噴射
され、インク滴５７となって飛翔する。飛翔したインク
滴５７は、記録紙等の記録媒体上に着弾し、記録ドット
を形成する。こうした記録ドットの形成を画像データに
基づいて繰り返し行うことにより、記録媒体上に文字や
画像が記録される。

【０００５】上述するような従来のインクジェット記録
ヘッドにおいて、記録速度を大きく左右するパラメータ
ーはノズル数である。ノズル数が多いほど、単位時間当
たりに形成できるドット数が増加するので記録速度が向
上する。そのため、通常のインクジェット記録装置で
は、上記のようなインク吐出機構（イジェクタ）を複数
連結したマルチノズル型の記録ヘッドが多く用いられて
いる。

【０００６】図６は、従来のマルチノズル型のインクジ
ェット記録ヘッドの概略構成を示す斜視図である。図６
において、インクタンク６７は、共通流路６３と連結し
ており、この共通流路６３に複数の圧力発生室６１がイ
ンク供給路（図示せず）を介して連結されている。しか
し、このように共通流路６３に対してイジェクタ６８を
一次元的に配列する構造では、イジェクタの数は１００
個程度が上限であり、あまり増加することはできない。

【０００７】そこで、イジェクタを２次元的にマトリク
ス配列させることによってイジェクタ数を増加させたイ
ンクジェット記録ヘッド（以下、マトリクスヘッド）と
しては、例えば、特開平１−２０８１４６号公報や特表
平１０−５０８８０８号公報などが開示されている。

【０００８】図７は、従来のマトリクスヘッドを用いた
インクジェット記録ヘッドの概略構成を示す斜視図であ
る。共通流路は、共通流路本流７３と共通流路支流７８
とにより構成され、イジェクタは各支流に接続されてい
る。このようなマトリクスヘッド構造は、イジェクタ数
の増加に非常に有利である。図７には、共通流路支流７
８を６本、各支流毎にイジェクタ６個、計３６個を設け
る構成が示されているが、例えば、共通流路支流７８の
数を２６とし、各支流毎に１０個のイジェクタを接続す
ることにより、２６０個のイジェクタを配列させること
が可能である。

【０００９】図８及び図９は、従来のマトリックスヘッ
ドを用いたインクジェット記録ヘッドの概略構成を示す
断面図である。例えば、このような構成は、特表平１０
−５０８８０８号公報に開示されているものであり、流
路Ａ８１が共通流路支流、流路Ｂ８８が共通流路本流に
相当する。なお、図８において、流路プレート８９は、
一体構造として図示されているが、実際には複数のプレ
ートの積層によって構成される。

【００１０】上述のように、イジェクタを２次元的に配
列したマトリクスヘッドは、ノズル数の増加に有利であ
るが、実際のマトリクスヘッドにおいて安定な吐出を実
現するためには、共通流路の設計を適切に行う必要があ
る。すなわち、マトリクスヘッドでは、図１０の等価電
気回路で示すように、多数のイジェクタが共通流路の支
流および本流によって連結されているため、イジェクタ
間の圧力波干渉（クロストーク）や多イジェクタ同時吐
出時のリフィル時間（インク滴を吐出した後にノズル内
にインクを補給するための時間）の増加を抑制するため
には、共通流路に大きな音響容量を確保する必要があ
る。なお、図１０において、ｍはイナータンス［ｋｇ／
ｍ⁴ ］、ｒは音響抵抗［Ｎｓ／ｍ⁵ ］、ｃは音響容量
［ｍ⁵ ／Ｎ］、φは圧力［Ｐａ］を表わし、添字のｄは
駆動部、ｃは圧力発生室、ｉはインク供給路、ｎはノズ
ル、ｐは共通流路支流、ｐ’は共通流路本流をそれぞれ
示すものである。

【００１１】本発明者らの調査によると、ｃ_p ＞１０ｃ
_n の条件を満足するように共通流路の音響容量を設定す
れば、クロストークやリフィル時間増加を抑制すること
が可能である。ここで、ｃ_p はイジェクタ１個当たりの
共通流路支流の音響容量であり、ｃ_n はノズルの音響容
量である。ノズル径をｄ_n ［ｍ］、インクの表面張力を
σ［Ｎ／ｍ］とすると、ｃ_n は下式により近似できる。

【００１２】

【数１】

【００１３】一般的なインクジェット記録ヘッドでは、
ノズル径が約３０μｍ、インクの表面張力が３５ｍＮ／
ｍ程度であるため、ｃ_n は１．５×１０^-18 ｍ⁵ ／Ｎ程
度の値となる。従って、共通流路の音響容量ｃ_p は、
１．５×１０^-17 ｍ⁵ ／Ｎ以上に設定する必要がある。
しかし、こうした音響容量をマトリクスヘッドの共通流
路に確保することは、決して容易ではない。

【００１４】共通流路壁面の剛体が高い場合、音響容量
ｃ_p は共通流路の容積をＷ_p ［ｍ³］、インクの弾性係
数をκ［Ｐａ］とすると下式で表わされる。なお、Ｋは
共通流路の壁面の剛性に依存する補正係数であり、通常
は０．３〜０．７程度の数値をとる。

【００１５】

【数２】

【００１６】インクの弾性係数を２．２×１０⁹ Ｐａ、
Ｋを０．５とすると、１．５×１０ ^-17 ｍ⁵ ／Ｎ以上の
ｃ_p を得るためには、共通流路に９．９×１０^-9ｍ³ 以
上の容積が必要となる。イジェクタの間隔（図７のＰ
ｎ）を４００μｍ、共通流路の高さを１５０μｍとする
と、共通流路に必要な幅は２６０ｍｍ以上となってしま
う。つまり、壁面が剛体に近い共通流路では、共通流路
の必要幅が非常に大きくなってしまい、イジェクタを高
密度に配列することが不可能である。

【００１７】そこで、共通流路壁の一部にエアダンパを
付与し、音響容量を増加させることが必須となる（図５
参照）。共通流路にエアダンパを付与することは、マト
リクスヘッドとしては開示例がないが、図６に示すよう
な、マルチノズル型インクジェット記録ヘッドとして
は、例えば、特開昭５２−４９０３４号公報や特開平１
０−２４５６８号公報などに開示されている。これを図
８のような従来のマトリクスヘッドに適用すると、ノズ
ルプレート８６を剛性の低い材料で形成してエアダンパ
として機能させたり、図９に示すように薄肉部を有する
エアダンパープレート９９を挿入する構造となる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８、
９に示すような従来のインクジェット記録ヘッドの構造
では、共通流路の幅を十分小さく設定することができ
ず、結果的にイジェクタの配列密度を増加できないとい
う問題点がある。以下、具体的な数値を挙げて説明す
る。

【００１９】図８（ａ）に示した従来のヘッド構造で
は、ノズルプレート８６が共通流路（流路Ａ８１）のエ
アダンパを兼ねる。エアダンパの音響容量ｃ_d は、エア
ダンパ幅をｗ_d ［ｍ］、エアダンパ厚さをｔ_d ［ｍ］、
エアダンパ長さをｌ_d ［ｍ］、エアダンパの弾性係数を
Ｅ_d ［Ｐａ］、エアダンパのポアソン比をν_d とすると
次式で近似計算できる。

【００２０】

【数３】

【００２１】上式から分かるように、エアダンパの音響
容量ｃ_d は、厚さの３乗に反比例するので、エアダンパ
の容量を増加するためにはエアダンパの厚さをできるだ
け薄く設定することが望ましい。

【００２２】しかし、図８（ａ）に示すヘッド構造で
は、ノズルプレート８６がエアダンパを兼ねているた
め、エアダンパの厚さの減少はノズル長さの減少を意味
し、そのためエアダンパ厚の減少には限界が生じる。す
なわち、ノズルの長さが小さくなるとインク滴の吐出方
向が悪化したり、気泡の巻き込みが発生するなどの問題
が生じるため、一般的には２０〜５０μｍ程度がノズル
長さの下限となる。よって、エアダンパの厚さも２０〜
５０μｍ程度が下限となり、１．５×１０^-17 ｍ⁵／Ｎ
以上の音響容量を確保するためには、エアダンパに剛性
の低いポリイミドフィルム（Ｅ_d ＝２．０ＧＰａ）など
を用いたとしても、共通流路に０．７〜１．５ｍｍ程度
の幅が必要となる。従って、各支流間の間隔（ｐ_c ）
は、１〜２ｍｍ程度と大きくなり、イジェクタの配列密
度をあまり大きくすることができない。

【００２３】なお、図８（ａ）に示すヘッド構造におい
て、エアダンパ部の厚さだけを薄くなるように加工すれ
ば、ノズル長さを減少せずにエアダンパに大きな音響容
量を確保できるが、これは製造コストの大幅増加を招く
という問題点がある。

【００２４】また、ヘッド表面（ノズル面）に剛性の非
常に低い部分が露出していると、ヘッド表面をワイピン
グした際などに流路内に大きな圧力変化を生じ、ノズル
から気泡を巻き込んだり、ヘッド自体が破損してしまう
といった弊害が生じやすいという問題点がある。

【００２５】従って、図８（ａ）に示すようなヘッド構
造でエアダンパ部の厚さだけを減少させることは現実的
な対策とはならず、上述したように、支流幅を大幅に低
減することは非常に困難であり、その結果、イジェクタ
の配列密度を大きくすることが困難である。

【００２６】一方、図９に示すヘッド構造では、ヘッド
を構成するプレート数が増加するため、ヘッドの製造コ
ストが増加してしまうという問題点がある。

【００２７】また、従来のようにエアダンパプレートを
ステンレス等の金属材料で形成する場合には、やはり共
通流路にかなりの幅が必要になってしまう。例えば、エ
アダンパプレートを厚さ１５μｍのステンレス（Ｅ_d ＝
１９７ＧＰａ）で形成した場合、１．５×１０^-17 ｍ⁵
／Ｎ以上の音響容量を確保するためには、共通流路に
１．８ｍｍ程度の幅が必要になる。エアダンパプレート
に樹脂フィルム等を用いることも可能であるが、その場
合には、さらに積層プレート数が増加し、ヘッドの製造
コストが増加してしまう。従って、図９のヘッド構造で
も、イジェクタの配列密度が高いヘッドを低コストで製
造することは非常に困難である。

【００２８】また、従来のマトリクスヘッドが有する別
の問題点として、インク供給路の精度を確保しにくいこ
とが挙げられる。インクジェット記録ヘッドにおいて、
インク供給路の特性（イナータンス、音響抵抗など）
は、吐出特性（滴体積、滴速など）を支配する重要なパ
ラメータであり、そのためインク供給路には高い寸法精
度が要求される。

【００２９】しかし、従来のマトリクスヘッドでは、図
８（ａ）に示すように、複数のプレートの貼り合わせに
よってインク供給路を形成しているため、インク供給路
の加工には、通常、金属板のエッチングなどが用いられ
るが、その場合、インク供給路の幅に±５〜１０μｍ程
度のばらつきが発生してしまうという問題点がある。

【００３０】また、プレートの積層接合を接着剤によっ
て行う場合には、インク供給路内に接着剤がはみ出し、
インク供給路の断面積が大きく変化してしまうという問
題点がある。

【００３１】このように、従来のマトリクスヘッドの構
造では、インク供給路の形状に高い精度を確保すること
が困難であり、その結果、各イジェクタから吐出される
インク滴の体積や滴速にばらつきが生じ、出力画像の品
質が悪化するという問題点がある。

【００３２】さらに、従来のマトリクスヘッドにおいて
は、圧力発生室内の気泡排出性が悪いという問題点があ
る。上述したように、インクジェット記録ヘッドでは、
圧力発生室内に発生させた圧力波によってインク滴の吐
出を行うが、圧力発生室内に気泡が残存していると圧力
発生効率が低下するため、インク滴の体積や滴速が減少
し、残存気泡が大きい場合には滴吐出が不可能になって
しまう。そこで、通常のインクジェット記録装置では、
ノズルからインクを吸引することによって圧力発生室内
の気泡除去を行っている。

【００３３】しかし、マトリクスヘッドでは圧力発生室
底面のアスペクト比が１に近く、断面積が大きい構造で
あるため、インク吸引時に圧力発生室内に大きな流速を
得ることが難しい。特に、図８に示したような従来のマ
トリクスヘッドでは、圧力発生室の中央上部にノズルが
配置されているため、圧力発生室内のインク流れに淀み
が生じやすく、気泡排出が非常に困難であるという問題
点があった。

【００３４】本発明の第１の目的は、上記問題点を解消
するために成されたものであり、イジェクタの配列密度
の高いマトリクスヘッドを低い製造コストで実現するイ
ンクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を
提供することにある。

【００３５】また、本発明の第２の目的は、吐出特性の
ばらつきが小さく、高画質記録に適したインクジェット
記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供すること
にある。

【００３６】さらに、本発明の第３の目的は、気泡排出
性が高く、信頼性に優れたインクジェット記録ヘッド及
びインクジェット記録装置を提供することにある。

【００３７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、２次元的にマトリクス配列
された複数の圧力発生室がインク供給路を介して共通流
路によって連結され、圧力発生手段によりインクが充填
された圧力発生室内に圧力変化を生じさせて該圧力発生
室に連通したノズルからインク滴を吐出させるインクジ
ェット記録ヘッドであって、インクジェット記録ヘッド
は、ノズルを形成するノズルプレートと、共通流路を形
成する共通流路プレートと、インク供給路を形成する供
給路プレートと、圧力発生室を形成する圧力発生室プレ
ートと、を少なくとも含む複数のプレートにより積層構
成され、供給路プレートが共通流路のエアダンパを兼ね
ることを特徴とする。

【００３８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、供給路プレートは、樹脂フィルムで構成さ
れていることを特徴とする。

【００３９】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、供給路プレートの厚さは、略３０
μｍ以下であることを特徴とする。

【００４０】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれか１項に記載の発明において、インク供給路は、
供給路プレートに形成された孔であることを特徴とす
る。

【００４１】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、インク供給路は、供給路プレートに対して
レーザ加工により形成されることを特徴とする。

【００４２】請求項６記載の発明は、請求項１から５の
いずれか１項に記載の発明において、インクジェット記
録ヘッドは、供給路プレートと圧力発生室プレートとの
間に、共通流路に対応する部分に凹部を設けた連通路プ
レートを有することを特徴とする。

【００４３】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、凹部は、共通流路の支流に対応した形状を
有することを特徴とする。

【００４４】請求項８記載の発明は、請求項１から７の
いずれか１項に記載の発明において、ノズルプレート
は、共通流路のエアダンパを兼ねることを特徴とする。

【００４５】請求項９記載の発明は、請求項１から８の
いずれか１項に記載の発明において、ノズルプレート
は、樹脂フィルムで構成されていることを特徴とする。

【００４６】請求項１０記載の発明は、請求項１から９
のいずれか１項に記載の発明において、共通流路は、供
給路プレートを介して配される圧力発生室プレートに設
けられた複数の圧力発生室と重畳するように配置されて
いることを特徴とする。

【００４７】請求項１１記載の発明は、請求項１０記載
の発明において、共通流路は、圧力発生室プレートに設
けられた隣り合う圧力発生室の間で幅が大きくなり、該
圧力発生室と重畳する部分では幅が狭くなるくびれ形状
を有していることを特徴とする。

【００４８】請求項１２記載の発明は、請求項１から１
１のいずれか１項に記載の発明において、圧力発生室の
側壁は、Ｒ形状を有していることを特徴とする。

【００４９】請求項１３記載の発明は、請求項１から１
２のいずれか１項に記載の発明において、圧力発生室
は、圧力発生室プレートに対して両面エッチングにより
形成されていることを特徴とする。

【００５０】請求項１４記載の発明は、請求項１から１
３のいずれか１項に記載の発明において、ノズルとイン
ク供給路とは、圧力発生室の対角に位置するように配置
されていることを特徴とする。

【００５１】請求項１５記載の発明は、請求項１から１
４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを
搭載してなることを特徴とする。

【００５２】〈作用〉本発明は、２次元的にマトリクス
配列された複数の圧力発生室がインク供給路を介して共
通流路によって連結され、圧力発生手段によって、イン
クが充填された圧力発生室内に圧力変化を生じさせるこ
とにより、この圧力発生室に連通したノズルからインク
滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドであり、当該
インクジェット記録ヘッドが、ノズルプレートと、共通
流路プレートと、供給路プレートと、圧力発生室プレー
トとを少なくとも含む複数のプレートの積層によって構
成され、供給路プレートが共通流路のエアダンパを兼ね
るものである。

【００５３】すなわち、従来のインクジェット記録ヘッ
ドでは、共通流路のエアダンパをノズルプレートや専用
のエアダンパプレートによって形成していたのに対し、
本発明のインクジェット記録ヘッドでは、供給路プレー
トによってエアダンパを形成する点に最大の特徴があ
る。これにより、少ない積層枚数でエアダンパに大きな
音響容量を確保することができ、小型・低コストでイジ
ェクタ数の多いマトリクスヘッドを実現することが可能
となる。

【００５４】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
は、インク供給プレートに設けた孔によってインク供給
路を形成するため、インク供給路に高い精度を確保する
ことができ、各イジェクタの吐出特性を均一化すること
が可能となる。

【００５５】さらに、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドでは、インク供給路とノズルを圧力発生室の対角に配
置することが可能となるため、圧力発生室内の気泡排出
性を向上することが可能となる。

【００５６】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態であるインクジェット記録ヘッド及びイ
ンクジェット記録装置を詳細に説明する。図１から図４
に、本発明に係るインクジェット記録ヘッド及びインク
ジェット記録装置の実施の形態を示す。

【００５７】〈第１の実施形態〉図１は、本発明の第１
の実施形態であるインクジェット記録ヘッドのプレート
構成を示す斜視図である。図１において、本発明の第１
の実施形態であるインクジェット記録ヘッドにおけるイ
ンク流路は、ノズルプレート１と、共通流路プレート２
と、供給路プレート３と、連通路プレート４と、圧力発
生室プレート５と、振動板６と、による計６枚のプレー
トを接着剤によって積層接合することにより形成されて
いる。

【００５８】共通流路は、１本の共通流路本流７と５本
の共通流路支流８によって構成されている。共通流路本
流７は、インク供給孔９を介してインクタンク（図示せ
ず）と連結されており、各共通流路支流８にインクを供
給する役割をしている。各共通流路支流８には、それぞ
れ５個の圧力発生室１２が連結されている。すなわち、
本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘ
ッドは、２５個のイジェクタを有するものであるが、例
えば、共通流路支流８を２６本、各共通流路に連結され
る圧力発生室１２を１０個とした場合には、２６０個の
イジェクタを有するものであり、特にその数量を限定す
るものではない。

【００５９】図２は、本発明の第１の実施形態における
イジェクタの構成を示す断面図である。図２（ａ）にお
いて、圧力発生室１２は、インク供給孔１１を介して共
通流路支流８に連結されており、圧力発生室１２内にイ
ンクが充填される。圧力発生室１２には、インク滴を吐
出するためのノズル１０が連結されている。また、圧力
発生室１２の底面には振動板６が形成されており、振動
板６には圧力発生手段としての圧電アクチュエータ（圧
電振動子）１４が取り付けられている。この圧電アクチ
ュエータ１４は、駆動電圧波形が印加されると撓み変形
し、圧力発生室１２を膨張または圧縮させる。圧力発生
室１２に体積変化が生じると、当該圧力発生室１２内に
圧力波が発生する。この圧力波の作用によってノズル部
のインクが運動し、ノズル１０から外部へ排出されるこ
とによりインク滴が飛翔する。

【００６０】本発明の第１の実施形態では、ノズルプレ
ート１に厚さ６０μｍのステンレス板を用い、プレス加
工によって開口径２５μｍのノズル１０を形成した。

【００６１】供給路プレート３には、厚さ１２．５μｍ
のポリイミドフィルムを用い（Ｅ_d＝２．０ＧＰａ、ν
_d ＝０．４）、エキシマレーザ加工によりインク供給路
として機能する開口径２６μｍのインク供給孔１１を形
成した。この供給路プレート３は、後述するように、共
通流路支流８のエアダンパとして機能する。なお、エア
ダンパに大きな容量を確保するために、供給路プレート
３の厚さは３０μｍ以下とすることが望ましい。

【００６２】共通流路プレート２、連通路プレート４及
び圧力発生室プレート５には、厚さ１５０μｍのステン
レス板を用い、エッチングによって流路パターンを形成
した。

【００６３】圧力発生室１２は、一辺の長さが３００μ
ｍで、縦横比が１に近い四角形とし、気泡排出性を良く
するために、角部（隅部）にはＲを付与した（Ｒ加工を
施した）。

【００６４】連通路プレート４には、共通流路部に対応
した部分にハーフエッチングによって凹部１３を形成し
た。この凹部１３は、供給路プレート３と連通路プレー
ト４とを積層した際に両者の間に空洞部を形成するため
のもので、当該凹部１３により供給路プレート３がエア
ダンパとして機能できるようになる。

【００６５】なお、連通路プレート４に凹部１３を設け
ずに、図２（ｂ）に示すように、別にプレート１６を設
けて貼り合わせることにより同様の構造を得ることも可
能である。しかし、本発明の第１の実施形態のように連
通路プレート４をハーフエッチングして凹部１３を形成
した場合、ヘッドを構成するプレート数を削減できるの
で、ヘッドの製造コスト低減に有利となる。また、図１
では図示していないが、凹部１３には外気と連通させる
ための連通路１５が設けられている。これにより、凹部
１３によって形成される空洞内の空気は常に外気と同一
圧力となるため、エアダンパ機能を向上できると共に、
ヘッド製造時におけるプレート積層接合を容易とするこ
とができる（密閉空間がなくなるため）。

【００６６】共通流路支流８は、図２に示すように、圧
力発生室１２と重なり合うように配置されている。この
ように、共通流路支流８を圧力発生室１２と重なり合う
ように配置すると、共通流路と圧力発生室を同一平面内
に配置した場合に比べ、共通流路の幅を大きく設定しや
すくなり、ヘッドの小型化（イジェクタの高密度配列）
に有利となる。

【００６７】図３は、本発明の第１の実施形態であるイ
ンクジェット記録ヘッドの断面図であり、図３（ａ）に
は、図２のＡ−Ａ間での断面図が示され、図３（ｂ）に
は、図２のＢ−Ｂ間での断面図が示されている。図３
（ａ）に示すように、共通流路支流８の幅は、隣り合う
圧力発生室の間で幅が最大（Ｗ₁ ）となり、各圧力発生
室と重なり合う部分で幅が最小（Ｗ₂ ）となるようなく
びれ形状をしている。共通流路支流８をこのようなくび
れ形状にすると、共通流路の音響容量を最大化できるた
め、ヘッドの小型化（イジェクタの高密度配列）に有利
となる。なお、連通路プレート４に形成した凹部１３の
形状も、図３（ｂ）に示すように、共通流路支流８の形
状に対応したくびれ形状となっている。

【００６８】本発明の第１の実施形態であるインクジェ
ット記録ヘッドでは、共通流路支流８の最大幅（Ｗ₁ ）
を４２０μｍ、最小幅（Ｗ₂ ）を１８０μｍ、イジェク
タ間の長さＰｎを４００μｍに設定している。共通流路
の底面は、剛性の低い供給路プレート３で構成されてお
り、この部分がエアダンパとして機能する。上述の
（３）式から、１イジェクタ当たりの共通流路（エアダ
ンパ）の音響容量ｃ_p （≒ｃ_d ）は１．９×１０^-17 ｍ
⁵ ／Ｎとなる。ノズルの音響容量ｃ_n は７．３×１０
^-19 ｍ⁵ ／Ｎ（ｄ_n ＝２５μｍ、σ＝３５ｍＮ／ｍ）で
あるため、ｃ_p はｃ_nの２６倍となり、共通流路には十
分な音響容量が確保できている。なお、本発明の第１の
実施形態では、ノズルプレート１を厚さ６０μｍのステ
ンレス（Ｅ_d ＝１９７ＧＰａ）としているため、エアダ
ンパとしてはほとんど機能しない（音響容量は１．７×
１０^-21 ｍ⁵ ／Ｎ）。

【００６９】振動板６には、厚さ１０μｍのステンレス
板を用いた。また、圧電アクチュエータ１４には厚さ３
０μｍの単板状圧電セラミクスを用いた。

【００７０】本発明の第１の実施形態であるインクジェ
ット記録ヘッドを、吐出周波数および同時吐出イジェク
タ数を変化させながら、滴体積、滴速、およびリフィル
時間を調べた結果、滴体積および滴速は±２％、リフィ
ル時間は±２μｓ以内の範囲で一致し、クロストークや
リフィル時間増加が良好に抑制できることが確認され
た。

【００７１】以上のように、本発明の第１の実施形態で
は、供給路プレート３を剛性の低い樹脂材料とし、これ
を共通流路のエアダンパとして機能させることにより、
最大幅４２０μｍの狭い共通流路で必要十分な音響容量
を確保することが可能である。また、共通流路を圧力発
生室と重なり合うように配置し、かつ、共通流路をくび
れ形状としたことにより、各支流間の距離（Ｐ_c ）を６
５０μｍと小さく設定することができた。その結果、４
×１７ｍｍ² という小さな面積の中に２６０個のイジェ
クタを配列することができた。これは、図８、９に示し
た従来のマルチノズルヘッドと比較すると、１．５〜３
倍のイジェクタ密度となる。

【００７２】また、本発明の第１の実施形態では、イン
ク供給孔をポリイミドフィルムに対するエキシマレーザ
加工によって行っているため、インク供給路の精度を確
保しやすい。すなわち、レーザ加工されたインク供給孔
には±０．５〜１μｍの精度を確保することが十分可能
である。また、プレートの積層に接着剤を用いても、は
み出した接着剤に十分な逃げ場（図２のＣ部）が確保で
きるため、接着剤によってインク供給孔の断面積が変化
することがない。本発明の第１の実施形態のインクジェ
ット記録ヘッドで、全イジェクタの滴体積および滴速の
ばらつきを調査した結果、それぞれ±３％以下であるこ
とが確認された。図８、９に示した従来のヘッド構造で
は、±１０〜２０％の滴体積・滴速ばらつきが発生して
いたことと比較すると、本発明の第１の実施形態のイン
クジェット記録ヘッドは、各イジェクタの吐出特性を均
一化するのに極めて有利であると言える。

【００７３】また、本発明の第１の実施形態では、図２
に示すように、インク供給孔１１とノズル１０を圧力発
生室１２の対角に配置している。これにより、インク吸
引時における圧力発生室１２内のインク流れが一方向と
なり、圧力発生室１２内で淀みが発生しなくなるため、
気泡排出性を格段に向上することができる。実際のイン
ク充填評価においても、２００ｍｍＨｇの吸引圧力で５
秒間インク吸引することによって、全ての圧力発生室か
ら気泡を排出することができた。

【００７４】一方、図８に示した従来ヘッド構造では、
２００ｍｍＨｇの吸引圧力では吸引時間を長くしても残
存気泡を排除し切れず、３５０ｍｍＨｇで約３分間吸引
することによって初めて全ての気泡を排出することがで
きた。このように、本発明のインクジェット記録ヘッド
は、インク供給路とノズルを圧力発生室の対角に配置す
ることが容易であるため、高い気泡排出性の確保が可能
となる。

【００７５】〈第２の実施形態〉図４は、本発明の第２
の実施形態であるインクジェット記録ヘッドの概略構成
を示す断面図である。本発明の第２の実施形態であるイ
ンクジェット記録ヘッドの基本構造は、上述の本発明の
第１の実施形態と略同様であるが、ノズルプレート１に
剛性の低い樹脂フィルムを用いている点、インク流路の
側壁をＲ形状にしている点が異なっている。

【００７６】本発明の第２の実施形態において、ノズル
プレート１に剛性の低い材料を適用すると、ノズルプレ
ート１も共通流路のエアダンパとして機能させることが
できる。そのため、共通流路支流８の上面および底面の
両方にエアダンパが付与されることになり、共通流路の
音響容量を一層確保しやすくなる。本発明の第２の実施
形態では、ノズルプレートに厚さ２０μｍのポリイミド
を用いており、ノズルはエキシマレーザ加工によって形
成した。

【００７７】本発明の第２の実施形態では、共通流路の
最大幅（Ｗ₁ ）を４００μｍ、最小幅（Ｗ₂ ）を１８０
μｍに設定した。そのため、底面のエアダンパ（供給路
プレート）により１．７×１０^-17 ｍ⁵ ／Ｎ、上面のエ
アダンパ（ノズルプレート１）により２．０×１０^-18
ｍ⁵ ／Ｎの音響容量が得られ、合計１．９×１０^-17ｍ
⁵ ／Ｎの音響容量が確保できている。すなわち、本発明
の第１の実施形態よりも２０μｍ小さい幅で同等の音響
容量を確保できている。

【００７８】共通流路の幅を減少できたことにより、本
発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッドで
は、各支流間の距離を６４０μｍに減少することがで
き、イジェクタの配列密度を第１実施例より更に約３％
増加することが可能となった。

【００７９】本発明の第２の実施形態のインクジェット
記録ヘッドを、吐出周波数および同時吐出イジェクタ数
を変化させながら、滴体積、滴速、およびリフィル時間
を調べた結果、第１実施例の場合と同様、滴体積および
滴速のばらつきは±２％以下、リフィル時間のばらつき
は±２μｓ以下であることが確認され、共通流路に十分
な音響容量が確保されていることが確かめられた。

【００８０】また、本発明の第２の実施形態のインクジ
ェット記録ヘッドでは、圧力発生室プレート５、共通流
路プレート２、および連通路プレート４を両面エッチン
グによって加工することにより、図４に示すように、流
路側壁形状を意図的にＲ形状としている。このように流
路側壁をＲ形状とすることにより、流路内の流れを一層
スムーズにすることができ、気泡排出性を更に向上させ
ることができる。実際のインク充填評価においても、１
５０ｍｍＨｇの吸引圧力で５秒間インク吸引することに
よって、全ての圧力発生室から気泡を排出することがで
き、気泡排出性が高いことが確認できた。

【００８１】なお、本発明は、上述される各実施形態の
構成に限定されるものでなく、本発明の主旨を逸脱しな
い範囲内において種々変形して実施することが可能であ
る。例えば、圧力発生手段として圧電アクチュエータを
用いているが、静電力や磁力を利用した電気機械変換素
子や沸騰現象を利用して圧力を発生させるための電気熱
変換素子などの他の圧力発生手段を用いても構わない。
また、圧電アクチュエータとしても、上述する各実施形
態で使用した単板型の圧電アクチュエータの他にも、縦
振動タイプの積層型圧電アクチュエータや別の形態のア
クチュエータを用いても構わない。

【００８２】また、上述する各実施形態では、共通流路
や圧力発生室をステンレス板によって形成しているが、
セラミックスやガラスなどの他の材料を用いることも可
能である。

【００８３】また、上述する各実施形態では、圧力発生
室の形状を四角形としているが、円形や六角形など、他
の形状でも構わない。

【００８４】また、上述する各実施形態では、共通流路
支流がヘッドの走査方向と垂直となり、共通流路本流が
ヘッド走査方向と平行になるように共通流路を配した
が、共通流路の配置はこうした形態に限られるものでは
ない。例えば、共通流路本流がヘッド走査方向と垂直に
なり、共通流路支流がヘッド走査方向と平行になるよう
に共通流路を配しても構わない。また、上記実施形態で
は、１本の本流に複数の支流が全て連結させているが、
共通流路本流や共通流路支流を複数に分割したような流
路構成にしても、本発明は同様に適用することが可能で
ある。

【００８５】さらに、上述される実施形態では、記録紙
上に着色インクを吐出して文字や画像などの記録を行う
インクジェット記録装置を例にとったが、本明細書にお
けるインクジェット記録とは、記録紙上への文字や画像
の記録に限定されるものではない。すなわち、記録媒体
は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体も着
色インクに限定されるものではない。例えば、高分子フ
ィルムやガラス上に着色インクを吐出してディスプレイ
用のカラーフィルタを作製したり、溶融状態のハンダを
基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりする
など、工業的に用いられる液滴噴射装置一般に対して、
本発明を適用することも可能である。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イジェクタの配列密度が高いマトリクスヘッドを実現す
ることができ、高速記録対応のインクジェット記録装置
を小型・低コストで実現することが可能となる。

【００８７】また、本発明によれば、インク供給路に高
い寸法精度を確保することができ、吐出特性の均一性に
優れたマトリクスヘッドを実現することが可能となる。

【００８８】さらに、本発明によれば、高い気泡排出性
を得ることができるため、信頼性の高いマトリクスヘッ
ドを実現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の実施形態であるインクジェット
記録ヘッドのプレート構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施形態であるインクジェット
記録ヘッドの構成を示す断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ間、Ｂ−Ｂ間の切断面を示す平面
図である。

【図４】本発明の第２の実施形態であるインクジェット
記録ヘッドの構成を示す断面図である。

【図５】従来のインクジェット記録ヘッドの基本構造を
示す断面図である。

【図６】マルチノズル型のインクジェット記録ヘッドの
基本構造を示す図である。

【図７】マトリクス配列型のインクジェット記録ヘッド
の基本構造を示す図である。

【図８】従来のマトリクスヘッドの基本構造を示す第１
の図である。

【図９】従来のマトリクスヘッドの基本構造を示す第２
の図である。

【図１０】マトリクスヘッドの等価電気回路を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ ノズルプレート ２ 共通流路プレート ３ 供給路プレート ４ 連通路プレート ５ 圧力発生室プレート ６ 振動板 ７ 共通流路本流 ８ 共通流路支流 ９ インク供給孔 １０ ノズル １１ インク供給孔 １２ 圧力発生室 １３ 凹部

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元的にマトリクス配列された複数の
   圧力発生室がインク供給路を介して共通流路によって連
   結され、圧力発生手段によりインクが充填された前記圧
   力発生室内に圧力変化を生じさせて該圧力発生室に連通
   したノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記
   録ヘッドであって、 前記インクジェット記録ヘッドは、 前記ノズルを形成するノズルプレートと、前記共通流路
   を形成する共通流路プレートと、前記インク供給路を形
   成する供給路プレートと、前記圧力発生室を形成する圧
   力発生室プレートと、を少なくとも含む複数のプレート
   により積層構成され、 前記供給路プレートが前記共通流路のエアダンパを兼ね
   ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記供給路プレートは、 樹脂フィルムで構成されていることを特徴とする請求項
   １記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記供給路プレートの厚さは、 略３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または
   ２記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記インク供給路は、 前記供給路プレートに形成された孔であることを特徴と
   する請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェ
   ット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記インク供給路は、 前記供給路プレートに対してレーザ加工により形成され
   ることを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録
   ヘッド。
6. 【請求項６】 前記インクジェット記録ヘッドは、 前記供給路プレートと前記圧力発生室プレートとの間
   に、前記共通流路に対応する部分に凹部を設けた連通路
   プレートを有することを特徴とする請求項１から５のい
   ずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記凹部は、前記共通流路の支流に対応
   した形状を有することを特徴とする請求項６記載のイン
   クジェット記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記ノズルプレートは、 前記共通流路のエアダンパを兼ねることを特徴とする請
   求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェット記
   録ヘッド。
9. 【請求項９】 前記ノズルプレートは、 樹脂フィルムで構成されていることを特徴とする請求項
   １から８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘ
   ッド。
10. 【請求項１０】 前記共通流路は、 前記供給路プレートを介して配される前記圧力発生室プ
    レートに設けられた前記複数の圧力発生室と重畳するよ
    うに配置されていることを特徴とする請求項１から９の
    いずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記共通流路は、 前記圧力発生室プレートに設けられた隣り合う前記圧力
    発生室の間で幅が大きくなり、該圧力発生室と重畳する
    部分では幅が狭くなるくびれ形状を有していることを特
    徴とする請求項１０記載のインクジェット記録ヘッド。
12. 【請求項１２】 前記圧力発生室の側壁は、 Ｒ形状を有していることを特徴とする請求項１から１１
    のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記圧力発生室は、 前記圧力発生室プレートに対して両面エッチングにより
    形成されていることを特徴とする請求項１から１２のい
    ずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記ノズルと前記インク供給路とは、 前記圧力発生室の対角に位置するように配置されている
    ことを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記
    載のインクジェット記録ヘッド。
15. 【請求項１５】 請求項１から１４のいずれか１項に記
    載のインクジェット記録ヘッドを搭載してなることを特
    徴とするインクジェット記録装置。