JP2002321361A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インク吐出孔より流路内に取り込まれる気泡や
インクの凝集物あるいは異物が流路内に滞在することを
防止するとともに、流路内のインクの温度を安定させ、
長時間の連続印刷においても安定したインク滴の吐出性
能を発揮することができるインクジェット記録ヘッドを
提供する。 【解決手段】流路２を構成する隔壁１の両端側にインク
溜６，７を有し、一方のインク溜６には流路２へインク
を供給するためのインク供給穴８を、他方のインク溜７
には流路２内のインクを回収するためのインク回収穴９
をそれぞれ備えたインクジェット記録ヘッド２０におい
て、インク供給穴８の開口部の面積の総和をＳａ、上記
インク回収穴９の開口部の面積の総和をＳｂ、流路２を
その長手方向に垂直な平面にて切断した時の切断面の面
積の総和をＱｓとした時、０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦２．
５、０．５≦Ｓｂ／Ｑｓ≦２．５の関係を満足するよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細なインク吐出
孔からインク滴を吐出して文字や画像を印刷する各種プ
リンターや記録計、ファクシミリ、あるいは捺染分野や
窯業分野で文様形成等に用いられる印刷機等の記録装置
に搭載されるインクジェット記録ヘッドに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチメディアの浸透に伴い、イ
ンパクト方式の記録装置に代わって、インクジェット方
式や熱転写方式を利用したノンインパクト方式の記録装
置が開発され、その利用範囲が各種産業分野および一般
家庭分野において広がりつつある。

【０００３】かかるノンインパクト方式の記録装置のな
かでも、インクジェット方式を利用した記録装置は、多
階調化やカラー化が容易で、ランニングコストが低いこ
とから将来性が注目されている。

【０００４】図３（ａ）（ｂ）にインクジェット方式を
利用した記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッ
ドの一例を示すように、このインクジェット記録ヘッド
４０（以下、単にヘッドという）は、厚み方向に分極処
理された圧電セラミック板に両端が開放された複数の溝
を並設し、各溝をインクの流路３３とするとともに、各
溝間を仕切る壁を隔壁３２とした流路部材３１と、上記
各隔壁３２の側面下半分にそれぞれ形成された駆動用電
極３４と、上記各流路３３を覆うように各隔壁３２の頂
面に接合され、各流路３３と連通するインク吐出孔３６
を備えたノズル板３５と、上記流路部材３１及びノズル
板３５の端部に接合され、上記各流路３３と連通するイ
ンク室３７を形成する封止部材３８と、上記各封止部材
３８に設けられたインク供給穴３９とからなり、このヘ
ッド４０の両端側に備えるインク供給穴３９より各イン
ク室３７及び各流路３３へインクを供給した状態で、上
記隔壁３２の両側面に備える駆動用電極３４に通電して
隔壁３２を屈曲変位させ、流路３３内のインクを加圧す
ることによりインク吐出孔３６よりインク滴として吐出
するようになっていた。

【０００５】即ち、上記隔壁３２の両側面に備える駆動
用電極３４に電圧を印加すると、隔壁３２を形成する圧
電セラミックスは剪断モード変形を起こすのに対し、隔
壁３２は上下が拘束されていることから略「く」の字状
に屈曲変位するため、この隔壁３２の屈曲変位によって
流路３３内のインクを加圧し、インク吐出孔３６よりイ
ンク滴として吐出するようになっていた。なお、３０は
駆動用電極３４の引出線である（特開平９−９４９５２
号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図３（ａ）
（ｂ）に示すような従来のヘッド４０では、流路３３内
が減圧される際にインク吐出孔３６より空気が混入し、
流路３３内やインク室３７内のインク中に気泡が取り込
まれることがあり、この気泡の量が多くなると、次のイ
ンク吐出を行うために隔壁３２を屈曲変位させ、流路３
３内のインクを加圧しようとしてもその力が気泡によっ
て吸収され、加圧力を高めることができないため、イン
ク吐出孔３６より所定量のインク滴を吐出させることが
できなかったり、インク吐出孔３６よりインクを吐出さ
せることができなくなるといった課題があった。

【０００７】また、流路３３内やインク室３７内のイン
ク中に多くの気泡が取り込まれると、インク中の溶媒が
蒸発してインクの凝集物が発生し、このインクの凝集物
がインク吐出孔３６内に堆積すると目詰まりを起こし、
また、インクの凝集物が流路３３内に堆積すると、イン
クの流れが乱され、いずれの場合においてもインク滴の
吐出不良を発生させるといった恐れもあった。

【０００８】その為、図３（ａ）（ｂ）に示すような従
来のヘッド４０を搭載する記録装置では、定期的に印刷
を中断し、ポンプ等によってインク吐出孔３６からイン
クを吸引することにより、流路３３内やインク室３７内
にあるインク中の気泡や凝集物あるいは異物を流路３３
及びインク室３７から取り除くといったクリーニング操
作が行われているのであるが、大量の印刷を行う場合、
印刷途中でクリーニング操作が必要となり、印刷時間が
長くなるといった課題があるとともに、上記クリーニン
グ操作では、流路３３内やインク室３７内にあるインク
中の気泡や凝集物あるいは異物を流路３３内及びインク
室３７内から完全に除去することができず、信頼性の点
で問題があった。

【０００９】さらに、図３（ａ）（ｂ）に示すような従
来のヘッド４０を連続駆動させると、短いサイクルで屈
曲変位する圧電セラミック製の隔壁３２が発熱し、流路
３３内にあるインクの粘度を低下させるのであるが、イ
ンク滴の吐出頻度によって隔壁３２の発熱の度合いが異
なるために、インク吐出孔３６ごとにインク滴の吐出速
度に差ができ、記録媒体に印刷した時にインク滴の着弾
位置がばらつき、印画品質を低下させるといった課題が
あった。

【００１０】そこで、これらの課題を解決するため、流
路の両端にインク溜を設け、一方のインク溜に開口する
インク供給穴より各流路へインクを供給するとともに、
他方のインク溜に開口するインク回収穴より流路から流
れてきたインクを回収する循環機構を設けることによ
り、インク吐出孔より流路内に侵入した気泡やインクの
凝集物、あるいはインク中に混入した異物を流路内から
取り除き、インク吐出孔の目詰まりを防止するととも
に、流路内を流れるインクの温度を安定させてインク吐
出孔より吐出されるインク滴の吐出量や吐出速度のバラ
ツキを抑えることを本件出願人は先に提案している（特
願平１１−３５２９７５号）。

【００１１】しかしながら、本件出願人が先に提案した
技術では、図３（ａ）（ｂ）に示すヘッド４０と比較し
て優れた効果が得られることまでは十分に確認できてい
るものの、インク吐出孔の目詰まりを防止することがで
きるとともに、流路内を流れるインクの温度を安定させ
てインク吐出孔より吐出されるインク滴の吐出量や吐出
速度のバラツキを抑えることができる最適な構造につい
ては十分に考慮されていなかった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、本件発明者は、
インク吐出孔の目詰まりを防止することができるととも
に、流路内を流れるインクの温度を安定させてインク吐
出孔より吐出されるインク滴の吐出量や吐出速度のバラ
ツキをより抑えることができる最適な構造について種々
研究を繰り返したところ、インク供給穴の開口部の面積
の総和をＳａ、インク回収穴の開口部の面積の総和をＳ
ｂ、各流路をその長手方向に垂直な平面にて切断した時
の切断面の面積の総和をＱｓとした時、Ｓａ／Ｑｓ及び
Ｓｂ／Ｑｓをそれぞれある特定の範囲に設定すれば良い
ことを突き止め、本発明に至った。

【００１３】即ち、本発明のインクジェット記録ヘッド
は、絶縁基板上に、圧電セラミックスからなる複数の隔
壁を並設し、各隔壁間をインクの流路とするとともに、
上記各隔壁の側面には駆動用電極を備え、かつ各隔壁の
両端側には各流路と連通するインク溜を有する流路部材
と、上記流路及びインク溜を覆うように上記流路部材に
接合され、各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズ
ル板とからなり、上記一方のインク溜を構成する絶縁基
板には上記各流路へインクを供給するためのインク供給
穴を、他方のインク溜を構成する絶縁基板には上記流路
内のインクを回収するためのインク回収穴をそれぞれ設
け、上記インク供給穴の開口部の面積の総和をＳａ、上
記インク回収穴の開口部の面積の総和をＳｂ、かつ上記
各流路をその長手方向に垂直な平面にて切断した時の切
断面の面積の総和をＱｓとした時、以下のような関係を
満足するようにしたことを特徴とする。

【００１４】０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦２．５ ０．５≦Ｓｂ／Ｑｓ≦２．５ また、好ましくは、上記インク供給穴の開口部の面積の
総和（Ｓａ）と、上記インク回収穴の開口部の面積の総
和（Ｓｂ）が、Ｓａ≦Ｓｂの関係を満足するようにする
ことが良い。

【００１５】さらに、好ましくは、上記インク供給穴の
開口部の面積の総和（Ｓａ）と、上記各流路をその長手
方向に垂直な平面にて切断した時の切断面の面積の総和
（Ｑｓ）が、０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦１．０の関係を満足
するとともに、上記インク供給穴の開口部の面積の総和
（Ｓａ）と、上記インク回収穴の開口部の面積の総和
（Ｓｂ）が、１．０≦Ｓｂ／Ｓａ≦２．５の関係を満足
するようにすることが良い。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１７】図１は本発明に係るインクジェット記録ヘ
ッドを示す図で、（ａ）はその一部を破断した斜視図、
（ｂ）は（ａ）の正面図である。

【００１８】このインクジェット記録ヘッド２０は、絶
縁基板４上に、圧電セラミックスからなる複数の隔壁１
を接着にて並設するとともに、各隔壁１を包囲するよう
に枠体５を接着にて気密に接合してあり、各隔壁１間を
インクの流路２とするとともに、各隔壁１の両端と枠体
５とで形成される凹部をそれぞれインク溜６，７とし、
一方のインク溜６の底面をなす絶縁基板４にはインク供
給穴８を備え、他方のインク溜７の底面を成す絶縁基板
４にはインク回収穴９を備えた流路部材と、各流路２及
びインク溜６，７を塞ぐように、各隔壁１の頂面及び枠
体５の頂面に接合されたノズル板１４とからなり、図２
に示すように、各隔壁１の側面上半分にはそれぞれ駆動
用電極３を形成してある。

【００１９】ノズル板１４は、モリブデンやＮｉ−Ｆｅ
系合金等の金属からなる蓋部１０とポリイミド樹脂等の
樹脂からなるノズル部１２よりなり、蓋部１０には各流
路２と連通するインク案内孔１１を備えるとともに、ノ
ズル部１２には各インク案内孔１１と連通するインク吐
出孔１３を開口させてある。

【００２０】隔壁１は、チタン酸ジルコン酸鉛、ランタ
ンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛ある
いはこれらの混合物を主成分とする圧電セラミックスに
より形成するとともに、その側面形状を台形上としてあ
り、図２に示すように、矢印の方向に分極してある。な
お、各流路２の断面積は、０．００８〜０．０５ｍｍ ²
程度としてあり、また、流路２内には窒化珪素等の保護
膜Ｓを被着し、駆動用電極３がインクによって浸食を受
けることを防止してある。

【００２１】また、１５は枠体５外の絶縁基板４上に搭
載されたドライバーＩＣであり、絶縁基板４上に配線し
た引出線１６を経て各駆動用電極３に通電するようにな
っている。

【００２２】さらに、絶縁基板４の下部には容器１７を
接合してあり、容器１７内にはインク供給穴８にインク
を導くためのインク供給通路１８と、インク回収穴９か
らインクを回収するインク回収通路１９を形成してあ
り、不図示のインクタンクから容器１７のインク供給通
路１８に供給されたインクは、インク供給穴８から一方
のインク溜６へ送られ、流路２内を通って他方のインク
溜７へ送られ、インク回収穴９からインク回収通路１９
に回収するようになっている。

【００２３】また、図１（ａ）（ｂ）に示す本発明のイ
ンクジェット記録ヘッド２０では、インク供給穴８の開
口部の面積の総和をＳａ、インク回収穴９の開口部の面
積の総和をＳｂ、流路２をその長手方向に垂直な平面に
て切断した時の切断面の面積の総和をＱｓとした時、以
下のような関係を満足するように構成してある。

【００２４】０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦２．５ ０．５≦Ｓｂ／Ｑｓ≦２．５ 次に、図１（ａ）（ｂ）に示すインクジェット記録ヘッ
ド２０のインク滴の吐出原理について説明する。

【００２５】このインクジェット記録ヘッド２０よりイ
ンク滴を吐出するには、まず、インクとして顔料タイプ
の油性インクや水性染料インクあるいは紫外線硬化イン
ク等のインクを不図示の循環機構によって容器１７のイ
ンク供給通路１８に供給し、インク供給穴８よりインク
溜６、流路２及びインク溜７に送った後、インク回収穴
９からインク回収通路１９へ回収するように循環させ
る。この状態で、例えば図２（ａ）示すように、駆動用
電極３ｂ，３ｃ及び駆動用電極３ｈ，３ｉにそれぞれ正
極の電圧を、駆動用電極３ａ，３ｄ，３ｇ，３ｊに負極
の電圧を印加すると、隔壁１ａ及び隔壁１ｂが流路２ａ
側に屈曲変位するとともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄ
側へ屈曲変位するため、流路２ａ，２ｄ内に充填された
インクを加圧して、インク吐出孔９よりインク滴を吐出
させることができる。次に、各駆動用電極３ａ〜３ｄ，
３ｇ〜３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔
壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅが弾性作用によって元の形状
に戻り、流路２ａ，２ｄ内が減圧される結果、インク溜
１７からインクの導入が開始されることになり、さらに
前述した駆動用電極３ａ〜３ｄ，３ｇ〜３ｊの正負を逆
転して電圧を印加すると、図２（ｂ）に示すように、隔
壁１ａ，１ｂが流路２ａに対して外側へ屈曲変位すると
ともに、隔壁１ｄ，１ｅが流路２ｄに対し外側へ屈曲変
位するため、流路２ａ，２ｄ内がさらに減圧されてイン
クが充填されることになる。そして、駆動用電極３ａ〜
３ｄ，３ｇ〜３ｊの通電を遮断すると、屈曲変位してい
た隔壁１ａ，１ｂ，１ｄ，１ｅは弾性作用によって元の
形状にもどり、次のインク滴を吐出する段階に入るよう
になっており、これらの動作を順次繰り返すことによ
り、インク滴の吐出を連続的に行うことができるように
なっている。

【００２６】そして、本発明のインクジェット記録ヘッ
ド２０によれば、流路２内にゆったりとしたインクの流
れを発生させて循環させるようにしたことから、上述し
たように狭い流路２内にヘッド２０の誤動作でインク吐
出孔１３より気泡が入り込んだり、インクの凝集物がで
きたり、あるいはインク中の異物が流路２内に介在した
としても、これら気泡、インクの凝集物、異物等が流路
２内に滞在することを防止し、インク吐出孔１３が目詰
まりを起こしたり、インク滴の吐出性能が低下すること
を防ぐことができる。

【００２７】その為、本発明のヘッド２０によれば、従
来のヘッド４０のようにインク吐出孔３６からインクの
吸引を行う必要が無く、多量の印刷を連続して行うこと
ができ、さらにはインク吐出孔１３の直径よりも大きな
異物でも取り除くことができるというように、信頼性の
高いものとすることができる。

【００２８】また、本発明のヘッド２０によれば、ゆっ
たりとしたインクの流れを発生させて循環させるように
したことから、インク滴の連続吐出に伴って圧電セラミ
ックスからなる隔壁１が発熱したとしても流路２内のイ
ンクの温度が高くなり過ぎることを防止することがで
き、流路２内を流れるインクの温度を一定に保つことが
できるため、流路２内のインクの粘度が変化せず、一定
の速度でインク滴を吐出することが可能となり、長期間
の使用によって従来のヘッド４０で見られたような印画
品質の低下を防ぐことができる。

【００２９】ところで、流路２内のインク中に介在する
気泡、インクの凝集物、異物等をインク回収穴９より安
定して回収するとともに、流路２内のインクの温度を一
定に保つには、前述したように、インク供給穴８の開口
部の面積の総和をＳａ、インク回収穴９の開口部の面積
の総和をＳｂ、各流路２をその長手方向に垂直な平面に
て切断した時の切断面の面積（断面積）の総和をＱｓと
した時、以下のような関係を満足するように構成するこ
とが重要である。

【００３０】０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦２．５ ０．５≦Ｓｂ／Ｑｓ≦２．５ なぜなら、インク供給穴８の面積の総和（Ｓａ）及びイ
ンク回収穴９の面積の総和（Ｓｂ）が、流路２の断面積
の総和（Ｑｓ）に対して極端に狭くなると、流路２内に
おけるインクの流量が少なく、流路２内のインク中に介
在する気泡、インクの凝集物、異物等を効率良く押し流
すことができず、インク吐出孔１３が目詰まりを起こし
たり、流路２内を流れるインクの温度を一定に保つこと
が難しくなり、インク滴の吐出速度が変動して印画品質
が低下するからであり、特に、インク供給穴８の開口部
の面積の総和（Ｓａ）と、各流路２の断面積の総和（Ｑ
ｓ）との比率、又はインク回収穴９の開口部の面積の総
和（Ｓｂ）と、各流路２の断面積の総和（Ｑｓ）との比
率が、それぞれＳａ／Ｑｓ＜０．５，Ｓｂ／Ｑｓ＜０．
５となる場合、この傾向が顕著となるからである。

【００３１】また、インク供給穴８の開口部の面積の総
和（Ｓａ）及びインク回収穴９の開口部の面積の総和
（Ｓｂ）が、各流路２の断面積の総和（Ｑｓ）に対して
極端に広くなると、流路２におけるインクの流量が過多
となり、インク吐出孔１３からノズル板１４の表面にイ
ンクが溢れ、インク滴の吐出に支障をきたす場合があ
り、特にインク供給穴８の開口部の面積の総和（Ｓａ）
と、各流路２の断面積の総和（Ｑｓ）との比率、又はイ
ンク回収穴９の開口部の面積の総和（Ｓｂ）と、各流路
２の断面積の総和（Ｑｓ）との比率が、それぞれ２．５
＜Ｓａ／Ｑｓ，２．５＜Ｓｂ／Ｑｓとなる場合、この傾
向が顕著となるからである。

【００３２】なお、好ましくは、インク供給穴８の開口
部の面積の総和（Ｓａ）と、上記インク回収穴９の開口
部の面積の総和（Ｓｂ）とが、Ｓａ≦Ｓｂの関係を満た
すようにすることが良い。

【００３３】即ち、インク供給穴８の開口部の面積の総
和（Ｓａ）と、インク回収穴９の開口部の面積の総和
（Ｓｂ）とが、Ｓａ≦Ｓｂの関係を満たようにすること
で、インク回収穴９でのインクの流量をインク供給穴８
でのインクの流量と同等又はより大きくすることができ
るため、結果として流路２内にはインク供給穴８側から
インク回収穴９側に向かうインクの流れを常に安定して
発生させることができるからである。

【００３４】ただし、インク回収穴９の開口部の面積の
総和（Ｓｂ）と、インク供給穴８の開口部の面積の総和
（Ｓａ）との比率（Ｓｂ／Ｓａ）が著しく大きくなると
ともに、インク供給穴８の開口部の面積の総和（Ｓａ）
が大きくなり過ぎると、インク供給穴８からのインクの
流入に対してインク回収穴９からのインクの流出が多く
なり過ぎ、流路２内の圧力が低下して流路２に連通する
インク吐出孔１３から空気を引き込み、特に１０＜Ｓａ
／Ｑｓ、２．５＜Ｓｂ／Ｓａとなると、この傾向が顕著
となる。

【００３５】その為、インク供給穴８の開口部の面積の
総和（Ｓａ）と、上記インク回収穴９の開口部の面積の
総和（Ｓｂ）とが、Ｓａ≦Ｓｂの関係を満足するように
構成する場合には、インク供給穴８の開口部の面積の総
和（Ｓｂ）と、各流路２の断面積の総和（Ｑｓ）との比
率は、０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦１．０とするとともに、イ
ンク回収穴９の開口部の面積の総和（Ｓｂ）と、インク
供給穴８の開口部の総和（Ｓａ）との比率は、１．０≦
Ｓｂ／Ｓａ≦２．５とすることが好ましい。

【００３６】次に、図１（ａ）（ｂ）に示すインクジェ
ット記録ヘッド２０の製造方法について説明する。

【００３７】まず、絶縁基板４としてセラミック板やガ
ラス板を用意する。セラミック板の種類としては特に限
定するものではないが、例えばアルミナ、ジルコニア、
フォルステライト、ジルコン等を主成分とする絶縁性セ
ラミックスが好適である。

【００３８】そして、この絶縁基板４に、炭酸ガスレー
ザー等のレーザー加工にて所定の位置にインク供給穴８
とインク回収穴９をそれぞれ穿孔した後、厚み方向に分
極を施した圧電セラミック板を絶縁基板４上の所定の位
置にエポキシ系等の接着剤にて貼り付ける。ただし、イ
ンク供給穴８とインク回収穴９の穿孔にあたっては、流
路２の断面積に応じて０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦２．５及び
０．５≦Ｓｂ／Ｑｓ≦２．５の関係を満足するようにす
る。

【００３９】次に平面研削盤を用いて、圧電セラミック
板を切り欠いて側面形状を台形状とした後、ダイヤモン
ドブレードにて圧電セラミック板に流路２となる複数の
溝を並設する。この時、溝を仕切る壁が隔壁１となる。

【００４０】次いで、各隔壁１の側面上半分及び絶縁基
板４上に、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、ＣＶＤ法等の膜形成手段にて、アルミニウ
ム、パラジウム、ニッケル、金、銅等からなる金属膜を
被着し、隔壁１の側面上半分に被着した金属膜を駆動用
電極３とするとともに、絶縁基板４上に被着した金属膜
を駆動用電極３の引出線１６とし、さらに前記膜形成手
段にて駆動用電極３及びその引出線１６に窒化珪素等の
保護膜Ｓを被着する。

【００４１】しかる後、各隔壁１、インク供給穴８及び
インク回収穴９を包囲するように、枠体５を絶縁基板４
上にエポキシ系等の接着剤にて気密に接合する。

【００４２】そして、Ｎｉ−Ｆｅ系合金やモリブデン等
の金属からなる蓋部１０を、インク案内孔１１の中心
が、流路２の幅方向の中心と一致するように、隔壁１及
び枠体５の頂面にエポキシ系等の接着剤にて接合し、さ
らに蓋部１０上にポリイミド樹脂等の樹脂からなるノズ
ル部１２をエポキシ系等の接着剤で接合する。

【００４３】この後、枠体５外で、引出線１６が形成さ
れた絶縁基板４上にドライバーＩＣ１５を搭載し、リフ
ロー炉に通して結線を行った後、エキシマレーザー等の
レーザー加工によって、ノズル部１２に各インク案内孔
１１と連通するインク吐出孔１３を開口させるととも
に、絶縁基板４の下部に、インク供給通路１８とインク
回収通路１９を備えた容器１７をエポキシ系等の接着剤
にて気密に接合することにより得ることができる。

【００４４】以上、前述した実施形態では、常時インク
を循環させながらインク滴の吐出を行った例を示した
が、普段はインクの循環を止めた状態でインク滴の吐出
を行い、インク滴の吐出性能に低下が見られた場合や、
高速印刷や連続印刷等を行う場合に、必要に応じてイン
クを循環させても良い。

【００４５】また、本発明は図１（ａ）（ｂ）に示した
ものだけに限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲であ
れば、変更や改良できることは言うまでもない。

【００４６】

【実施例】（実施例１）図１（ａ）（ｂ）に示すインク
ジェット記録ヘッド２０について具体的に説明する。

【００４７】まず、絶縁基板４として、６５ｍｍ×２５
ｍｍ×１ｍｍのアルミナセラミック板に、１．２ｍｍ×
１．５ｍｍの丸長穴のインク供給穴８とインク回収穴９
を炭酸ガスレーザーにてそれぞれ６個穿設した後、１０
ｍｍ×３ｍｍ×０．５ｍｍの板状をなし、厚み方向に分
極処理したチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする４枚の
圧電セラミック板を、インク供給穴８とインク回収穴９
との間の絶縁基板４上に一直線に並べ、エポキシ系接着
剤にて貼り付け、次いで、平面研削盤にて圧電セラミッ
ク板の端部を切り欠いて、絶縁基板４とのなす角が６０
°のテーパーを形成し、その側面形状を台形状とすると
ともに、圧電セラミック板の上面を研削して高さが０．
４５ｍｍとなるように揃えた。

【００４８】さらに、厚みが７０μmのダイヤモンドブ
レードを用いて、圧電セラミック板の長辺に対して垂直
に、深さ０．４５ｍｍ、ピッチ０．１４ｍｍで流路２を
２８４本形成した。

【００４９】次に、真空蒸着法により隔壁１の側面上半
分にアルミニウムの金属膜を被着して駆動用電極３を形
成するとともに、絶縁基板４上の所定位置にもアルミニ
ウムの金属膜を被着して駆動用電極３の引出線１６を形
成した後、さらに流路２の内壁面にスパッタリング法に
て窒化珪素の保護膜Ｓを被着した。

【００５０】そして、外形状が５０×１７ｍｍ、内形状
が４２×１３ｍｍ、厚みが０．４５ｍｍであるモリブデ
ン製の枠体５を、各隔壁１、インク供給穴８及びインク
回収穴９を包囲するように絶縁基板４上にエポキシ系接
着剤にて気密に接合し、各流路２の両端と枠体５とで形
成される凹部をインク溜６，７とした。

【００５１】そして、枠体５及び隔壁１の頂面に、外形
状が５０ｍｍ×１７ｍｍ×０．０７ｍｍの板状であっ
て、各流路２と連通する直径６０μm程度のインク案内
孔１１を備えたモリブデン製の蓋部１０をエポキシ系接
着剤にて接合し、さらに蓋部１０上に、外形状が５０ｍ
ｍ×１３ｍｍ×０．０５ｍｍの板状をしたポリイミド樹
脂製のノズル部１２をエポキシ系接着剤にて接合した。

【００５２】次いで、絶縁基板４上に形成した引出線１
６上にドライバーＩＣ１５を搭載しリフロー炉に通して
結線するとともに、絶縁基板４の下部にインク供給通路
１８とインク回収通路１９を有する容器１７をエポキシ
系接着剤にて接合した後、エキシマレーザーにて、イン
ク案内孔１１と連通する直径２８μm程度のインク吐出
孔１３をノズル部１２に穿孔することにより図１（ａ）
（ｂ）に示す本発明のインクジェット記録ヘッド２０を
作製した。

【００５３】そこで、得られたヘッド２０を用いて、同
一インク吐出孔１３から連続して吐出されるインク滴の
吐出速度と、連続印刷させた時のインク滴の吐出不良個
所の個数を調べる実験を行った。

【００５４】インク滴の吐出速度は、５ｋＨｚで１００
０００回連続してインク滴を吐出しながら、同一のイン
ク吐出孔１３から吐出されたインク滴を高速度カメラで
一定間隔で撮影し、インク吐出孔１３とインク滴の距離
からインク滴の吐出速度を算出した。

【００５５】また、連続印刷時におけるインク滴の吐出
不良個所の個数は、ヘッド２０のインク吐出孔１３の列
が主走査方向に垂直になるように記録装置に固定して、
平坦なテーブル上に固定した印刷用紙を数値制御によっ
て主走査方向に往復させながら主走査方向の往復毎に副
走査方向に一定量移動させることにより、３６０ｄｐｉ
の線、格子模様、ベタ塗り部及び文字等からなるモノク
ロテストパターンを印刷し、印刷後のテストパターンを
１００ｃｍ²毎に顕微鏡によって観察し、インク滴の未
着、著しい位置ずれ及び不要なインク滴の付着等、イン
ク滴の吐出に起因する印刷不良と判定された箇所の個数
を調べた。ただし、この実験では、インク供給穴８、イ
ンク溜６、流路２、インク溜７及びインク回収穴９にか
けてインクを循環させながらインク滴の吐出を行った。

【００５６】また、比較のために図３（ａ）（ｂ）に示
す従来のインクジェット記録ヘッド４０も用意して同様
の実験を行った。ただし、従来のインクジェット記録ヘ
ッド４０は、インク滴の吐出性能に影響を与える、イン
ク吐出孔２６の直径、インク吐出孔２６の間隔、流路５
３の幅、流路５３の高さ、流路５３の長さを全て本発明
のヘッド２０と同じとした。

【００５７】同一インク吐出孔１３から連続して吐出さ
れるインク滴の吐出速度は表１に、連続印刷させた時の
インク滴の吐出不良個所の個数は表２にそれぞれ示す通
りである。

【００５８】

【表１】

【００５９】

【表２】

【００６０】この結果、表１より判るように、本発明の
ヘッド２０は従来のヘッド４０に対してインク滴の吐出
速度が安定しており、また、表２より判るように、連続
印刷を行ってもインク滴の吐出不良が少ないことが判
る。

【００６１】この理由について確認したところ、本発明
のヘッド２０では、流路２内のインクを循環させている
ことから、流路２内のインクの温度がほぼ一定で、イン
ク滴の粘度が安定しているため、インク滴の吐出速度を
一定とすることができ、また連続印刷においては、流路
２内のインクの温度がほぼ一定で、インク滴の粘度が安
定していること、及び流路２内のインク中に気泡、イン
クの凝集物、異物等が滞在し難いこと等により、インク
滴の吐出不良が増大しなかったものと思われる。

【００６２】この結果、本発明のヘッド２０は、インク
滴の着弾位置ズレが少なく、安定したインク滴の吐出が
可能な高性能のヘッドであることが判る。 （実施例２）次に、図１（ａ）（ｂ）に示すインクジェ
ット記録ヘッド２０のインク供給穴８及びインク回収穴
９の寸法及び個数を変更し、インク供給穴８の開口部の
面積の総和（Ｓａ）と各流路２をその長手方向に垂直な
平面にて切断した時の切断面の面積の総和（Ｑｓ）との
比率（Ｓａ／Ｑｓ）、インク回収穴９の開口部の面積の
総和（Ｓｂ）と各流路２をその長手方向に垂直な平面に
て切断した時の切断面の面積の総和（Ｑｓ）との比率
（Ｓｂ／Ｑｓ）、及びインク供給穴８の開口部の面積の
総和（Ｓａ）とインク回収穴９の開口部の面積の総和
（Ｓｂ）との比率（Ｓｂ／Ｓａ）を異ならせた時の連続
印刷時におけるインク滴の吐出不良個所の個数を測定し
た。

【００６３】結果は表３に示す通りである。

【００６４】

【表３】

【００６５】この結果、インク供給穴８の開口部の面積
の総和（Ｓａ）と各流路２をその長手方向に垂直な平面
にて切断した時の切断面の面積の総和（Ｑｓ）との比率
（Ｓａ／Ｑｓ）が、０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦２．５の範囲
にあり、かつインク回収穴９の開口部の面積の総和（Ｓ
ｂ）と各流路２をその長手方向に垂直な平面にて切断し
た時の切断面の面積の総和（Ｑｓ）との比率（Ｓｂ／Ｑ
ｓ）が０．５≦Ｓｂ／Ｑｓ≦２．５の範囲にあるもの
は、３０分の連続印刷後でもインク滴の吐出不良個所が
５００以下と、印刷初期に対して印刷不良箇所が大きく
増加することはなく、安定した品質の印画が得られるこ
とが判る。

【００６６】特に、インク回収穴９の開口部の面積の総
和（Ｓｂ）が、インク供給穴８の開口部の面積の総和
（Ｓａ）より大きくなる場合に、インク供給穴８からイ
ンク回収穴９にかけてのインクの流れが円滑となり、し
かも、インク供給穴８の開口部の面積の総和（Ｓａ）
と、各流路２の断面積の総和（Ｑｓ）とが、０．５≦Ｓ
ａ／Ｑｓ≦１．０の関係を満たし、かつ、インク回収穴
８の開口部の面積の総和（Ｓａ）と、インク回収穴９の
開口部の面積の総和（Ｓｂ）とが、１．０≦Ｓｂ／Ｓａ
≦２．５の関係を満足するものでは、３０分の連続印刷
後でもインク滴の吐出不良個所を３００以下とし、印刷
不良箇所をさらに低減することができ、さらに優れた品
質の印画が得られることが判る。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のインクジェ
ット記録ヘッドは、絶縁基板上に、圧電セラミックスか
らなる複数の隔壁を並設し、各隔壁間をインクの流路と
するとともに、上記各隔壁の側面には駆動用電極を備
え、かつ各隔壁の両端側には各流路と連通するインク溜
を有する流路部材と、上記流路及びインク溜を覆うよう
に上記流路部材に接合され、各流路と連通するインク吐
出孔を備えたノズル板とからなり、上記一方のインク溜
を構成する絶縁基板には上記各流路へインクを供給する
ためのインク供給穴を、他方のインク溜を構成する絶縁
基板には上記流路内のインクを回収するためのインク回
収穴をそれぞれ設け、上記インク供給穴の開口部の面積
の総和をＳａ、上記インク回収穴の開口部の面積の総和
をＳｂ、かつ上記各流路をその長手方向に垂直な平面に
て切断した時の切断面の面積の総和をＱｓとした時、
０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦２．５、０．５≦Ｓｂ／Ｑｓ≦
２．５の関係を満足するようにしたことから、流路内の
インク中に取り込まれた気泡やインクの凝集物あるいは
異物を取り除くことができ、インク吐出孔の目詰まりを
防止できるとともに、流路内を流れるインクの温度を常
に一定とすることができるため、インクの粘度を安定さ
せることができ、インク滴の吐出量や吐出速度のバラツ
キを防ぐため、長期間にわたって連続印刷を行っても優
れた品質の印画を得ることができる。

【００６８】特に、本発明のヘッドでは、インク供給穴
の開口部の面積の総和（Ｓａ）と、各流路をその長手方
向に垂直な平面にて切断した時の切断面の面積の総和
（Ｑｓ）が、０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦１．０の関係を満足
するとともに、インク供給穴の開口部の面積の総和（Ｓ
ａ）と、インク回収穴の開口部の面積の総和（Ｓｂ）
が、１．０≦Ｓｂ／Ｓａ≦２．５の関係を満足するよう
にすることで、流路内に流れるインクの量を適切な範囲
としながら、特にインクの流れが停滞し難く円滑なもの
となるために、流路内におけるインクの温度がさらに安
定するとともに、流路内からインクの凝集物や異物を確
実に取り除くことができるため、インク滴の吐出不良の
少ない優れた印画が得られ、しかも連続印刷における印
画品質の安定性が特に優れたものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録ヘッドを示す
図で、（ａ）はその一部を部分破断した斜視図、（ｂ）
はその正面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）は本発明に係るインクジェット記
録ヘッドの駆動原理を説明するための断面図である。

【図３】従来のインクジェット記録ヘッドを示す図で、
（ａ）は一部を部分破断した斜視図、（ｂ）は（ａ）の
Ｘ−Ｘ線断面図である。

【符号の説明】

１：隔壁 ２：流路 ３：駆動用電極 ４：絶縁基板
５：枠体 ６，７：インク溜 ８：インク供給穴 ９：インク回収
穴 １０：蓋部 １１：インク案内孔 １２：ノズル部 １３：インク吐
出孔 １４：ノズル板 １５：ドライバーＩＣ１６：引出線 １７：容器 １
８：インク供給通路 １９：インク回収通路 ２０：インクジェット記録ヘッ
ド ３１：流路部材 ３２：隔壁 ３３：流路 ３４：駆動
用電極 ３５：ノズル板 ３６：インク吐出孔 ３７：インク室 ３８：封止部材
３９：インク供給穴 ３０：引出線 ４０：インクジェット記録ヘッド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上に、圧電セラミックスからなる
   複数の隔壁を並設し、各隔壁間をインクの流路とすると
   ともに、上記各隔壁の側面には駆動用電極を備え、かつ
   各隔壁の両端側には各流路と連通するインク溜を有する
   流路部材と、上記流路及びインク溜を覆うように上記流
   路部材に接合され、各流路と連通するインク吐出孔を備
   えたノズル板とからなり、上記一方のインク溜を構成す
   る上記絶縁基板には上記各流路へインクを供給するため
   のインク供給穴を、他方のインク溜を構成する上記絶縁
   基板には上記流路内のインクを回収するためのインク回
   収穴をそれぞれ備え、上記インク供給穴の開口部の面積
   の総和をＳａ、上記インク回収穴の開口部の面積の総和
   をＳｂ、かつ上記各流路をその長手方向に垂直な平面に
   て切断した時の切断面の面積の総和をＱｓとした時、 ０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦２．５ ０．５≦Ｓｂ／Ｑｓ≦２．５ の関係を満足するようにした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】上記インク供給穴の開口部の面積の総和
   （Ｓａ）と上記インク回収穴の開口部の面積の総和（Ｓ
   ｂ）が、 Ｓａ≦Ｓｂ の関係を満足するように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記録ヘッド。
3. 【請求項３】上記インク供給穴の開口部の面積の総和
   （Ｓａ）と上記各流路をその長手方向に垂直な平面にて
   切断した時の切断面の面積の総和（Ｑｓ）が、 ０．５≦Ｓａ／Ｑｓ≦１．０ の関係を満足するとともに、上記インク供給穴の開口部
   の面積の総和（Ｓａ）と上記インク回収穴の開口部の面
   積の総和（Ｓｂ）が、 １．０≦Ｓｂ／Ｓａ≦２．５ の関係を満足するようにしたことを特徴とする請求項２
   に記載のインクジェット記録ヘッド。