JP2003072068A - 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】 マトリクス状配列ヘッドにおいて高密度なノ
ズル配列を実現するとともに、簡素な構成で廉価に複数
の分岐流路に十分な音響容量を確保し、音響クロストー
クを抑制しインク供給不足を防止し、高速なインクリフ
ィル動作が実現できる構成のインクジェット記録ヘッド
を提供する。 【解決手段】 本インクジェット記録ヘッド２６では、
インクプール１７が、インク供給口１９に連通する主流
路１６と、主流路１６から分岐する複数の分岐流路１５
とを備え、イジェクタが、分岐流路１５に連通する圧力
室１２と、圧力室１２内に充填されたインクに圧力波を
発生させる圧力発生手段と、圧力波で圧縮された圧力室
１２内のインクを吐出するノズル１１とを備える。分岐
流路１５を構成する壁面の少なくとも一つが、分岐流路
１５内の圧力変化に応じて弾性変形するダンパ部材１８
によって構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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し、更に詳し
くは、マトリクス状に配列された複数のイジェクタから
インク滴を吐出するインクジェット記録ヘッド、及び該
インクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記
録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録方式は、高速・高画
質・低騒音などの特長を有し、現在、プリンタの主流を
なしている。中でも複数のノズルからインク滴を飛翔さ
せ、記録紙上に文字、図形、写真等の印刷を行うインク
ジェットプリンタは、小型・低価格・写真画質の印刷が
可能であるなどの特長を有し広く普及している。

【０００３】インクジェット式記録ヘッドは、ヘッドを
主走査方向に移動しながら、例えば一色当たり２４個〜
３００個といった複数ノズルから、印字データに基づい
た電気信号に応じて選択的にインク滴を吐出し、記録用
紙等の被記録媒体表面にインク滴を付着させる構成を有
する。この記録ヘッドは更に、主走査方向と直交する副
走査方向に記録媒体を移送する動作とを組み合わせるこ
とによって、被記録媒体上に文字や図形を印刷すること
ができる。

【０００４】上記のようなインクジェット記録ヘッドで
は、複数のノズルに対し共通に設けられたインクプール
にインクが蓄えられており、このインクプール内のイン
クはノズル毎に設けられた狭いインレットを経由して圧
力室内に導入される。更に、電気信号に応答して作動す
る圧電素子等の圧力発生手段によって圧力室内のインク
に圧力を発生し、ノズルからインク滴を吐出する。以
下、ノズル、圧力室、インレット及び圧力発生手段から
構成されるインク滴吐出機構をイジェクタと呼ぶ。

【０００５】上記構成のインクジェット式記録ヘッドの
一例が、特開平８−５８０８９号公報に記載されてい
る。図１６及び図１７は夫々、上記公報に記載のインク
ジェット式記録ヘッドを示す断面図及び平面図である。

【０００６】図１６及び図１７に示すように、インクジ
ェット式記録ヘッドは、順次に積層されたノズル形成プ
レート６１、インクプールプレート６２、インク供給絞
り６３ａ（インレットに相当）を有する絞り形成プレー
ト６３、封止プレート６４、圧力室形成プレート６５、
及び、加圧プレート６６を備えている。圧力発生手段
は、加圧プレート６６と圧電素子６７から構成され、上
部電極６８ａと下部電極６８ｂとの間に電圧制御信号を
印加することにより、圧力室７１内のインクに圧力波
（音響波）を発生させる。プレート６１〜６６によっ
て、インクプール６９から、インク供給絞り６３ａ、連
通孔７０、圧力室７１及びインク連通孔７２を経由して
ノズル７３に至るインク流路が形成されている。

【０００７】上記のようなインクジェット式記録ヘッド
では、加圧プレート６６と圧電素子６７とから構成され
る圧力発生手段と、ノズル７３、圧力室７１及びインク
供給絞り６３ａとを備えたイジェクタとが、図１７に示
すように一列に直線状に配列されてイジェクタアレイ７
４を構成している。以下、イジェクタを直線状に配列し
たインクジェット式記録ヘッドを「直線状配列ヘッド」
と呼ぶ。

【０００８】このような圧力発生手段として圧電素子を
用いた直線状配列ヘッドでは、圧力発生手段の特性限界
と製造技術の制約から、イジェクタの高密度配置の実現
に課題があった。直線状配列ヘッドでイジェクタを高密
度に配置するためには、圧力室幅を狭める必要があり、
縦横比の大きな細長いイジェクタによってインクジェッ
ト式記録ヘッドを構成することが必要になる。

【０００９】ところが、イジェクタの高密度配置を実現
するために圧力室の幅を狭めると、加圧プレート可動領
域の幅も狭まり加圧プレートの撓み剛性が増大する。こ
のため、加圧プレートの変形量が十分に得られなくな
り、所望とするインク滴量の吐出が困難になる課題が生
じる。また、圧力室はエッチングや機械加工、或いは樹
脂成形等で形成することができるが、機械加工の精度限
界から圧力室幅の微細化にも限界が存在する。

【００１０】以上のように加圧プレートと圧電素子とか
ら構成される圧力発生手段を用いた直線状配列ヘッドで
は、圧力発生手段の性能限界と製造技術の制約とから、
実質的に１２０本／インチ〜１８０本／インチ程度に高
密度配列の限界が存在した。直線状配列ヘッドにおいて
は、イジェクタを千鳥状に配列しノズル密度を倍増させ
ることは可能であるが、その場合には、ヘッドサイズの
大型化とともに、ヘッドコストが倍増するという新たな
問題が生じる。

【００１１】上記問題を解決するインクジェット式記録
ヘッドとして、縦横比が１に近い圧力室を有する多数の
イジェクタをマトリクス状に配列し、ノズルの高密度化
を図った記録ヘッドが知られている。このような構成の
記録ヘッドが、特許第２８０６３８６号公報、特開平９
−１５６０９５公報、及び特表平１０−５０８８０８号
公報に夫々記載されている。

【００１２】図１８及び図１９に、特許第２８０６３８
６号公報に記載されたインクジェット式の記録ヘッドの
要部構成を示す。この記録ヘッドは、ノズル７５がマト
リクス状に配列されているので、以下、「マトリクス状
配列ヘッド」と呼ぶ。

【００１３】上記マトリクス状配列ヘッドでは、順次に
積層されたノズル７５を有するノズル板８２と、インク
供給溝７９及びインク通路７７を有する分配板８３と、
圧力室７６及び枝路８１を有するキャビティ板８４と、
加圧プレート８５とを備えている。加圧プレート８５上
には、圧電素子８６が固定されている。

【００１４】上記マトリクス状配列ヘッドでは、図１９
に示すように、隣接するノズル７５及びインク通路７７
の各列間に、図示しないインク供給源（主流路に相当）
に連通する複数のインク供給溝７９（分岐流路に相当）
が相互に平行に形成されている。更に、各連通孔８０
と、圧力室７６毎に設けられた枝路８１とを連結するこ
とによってインク流路が構成されている。このようなマ
トリクス状配列ヘッドでは、圧力室７６の幅を狭めるこ
となく、副走査方向のノズル密度を増大できる利点を有
する。

【００１５】ところで、インクジェット記録ヘッドで
は、インクプールに十分な音響容量を確保することは極
めて重要な課題である。

【００１６】インクジェット記録ヘッドでは、或る圧力
室に印加された圧力波の伝播によって、この圧力室に連
通するノズルからインク滴を吐出するだけでなく、この
圧力室に連通しているインクプールにも圧力波がインレ
ットを介して伝播する、所謂、音響クロストークという
現象が生じる。圧力波がインクプールを介して隣接する
他のイジェクタに伝播すると、所望ノズル以外のノズル
の吐出状態に悪影響を与えることがある。この影響が顕
著な場合には、インクを吐出すべきノズル以外の隣接ノ
ズルからも少量のインクが吐出する現象が生じる。この
ような音響クロストークによる隣接ノズルへの悪影響を
抑制するためには、インレットを経由してインクプール
に伝播した圧力波をインクプール内で吸収減衰させ、隣
接イジェクタには圧力波を伝播させないようにすること
が重要であり、このためにはインクプールに十分な音響
容量を設けることが必要になる。

【００１７】また、インクプールの音響容量が不十分な
場合には、インク滴の吐出周波数を増加した場合、或い
は同時にインク滴を吐出するノズル数を増加した場合
に、インクプールから各圧力室へ供給するインク量が不
足し、安定な吐出状態が得られなくなる。

【００１８】図２０は、インク滴吐出前後におけるノズ
ル部のメニスカス動作を模式的に示した図である。初め
ほぼ平坦な状態であったメニスカス４５（図２０
（ａ））は、圧力発生室が圧縮されるとノズル外部に向
かって移動し、インク滴４６を吐出させる（図２０
（ｂ））。インク滴の吐出が行われると、ノズル内部の
インク量が減少するため、凹形状のメニスカス４５が形
成される（図２０（ｃ））。凹形状になったメニスカス
４５は、インクの表面張力の作用によって徐々にノズル
開口部まで復帰し（図２０（ｄ））、以後、メニスカス
面の僅かなオーバシュート（図２０（ｅ））、僅かな凹
形状（図２０（ｄ））といった振動を繰り返した後に吐
出前の状態に回復する（図２０（ｆ））。ここで図２０
（ｃ）に示すように、ノズル面を基準としたメニスカス
面の引き込み位置をｙと定義する。

【００１９】図２１は、インク吐出直後におけるメニス
カスの位置変化の一例を示したグラフ図である。吐出直
後（ｔ＝０）に大きく後退したメニスカス（ｙ＝−６０
μｍ）は、このグラフに示されるように振動しながら初
期位置（ｙ＝０）に復帰する。このようなインク滴吐出
後におけるメニスカス復帰動作のことを、本明細書の中
ではリフィルと呼び、インク滴吐出後に最初にメニスカ
スがノズル開口面（ｙ＝０）に復帰するまでの時間（ｔ
_r）をリフィル時間と呼ぶことにする。図２０における
リフィル時間（ｔ_r）は、図２０（ｄ）から図２０
（ｅ）の間に存在する。

【００２０】インク滴を安定した状態で連続吐出するた
めには、リフィルが完了した後に次の吐出を実行するこ
とが重要となる。また、インク滴を安定した状態で連続
吐出するためには、インク滴吐出直前のメニスカス形状
が常に一定の状態となるようにすることが重要となる。
例えば、リフィルが完了する前の図２０（ｃ）に示した
ようなメニスカス状態で次の吐出を行うような場合に
は、吐出するインク滴径が極端に小さくなったり、正常
なインク滴の吐出が不能となったり、ノズル表面から気
泡を巻き込んで吐出が不能となったりする。

【００２１】また、図２０（ｅ）に示すような、インク
リフィル後にメニスカスがオーバーシュートした状態で
次の吐出を行うと、メニスカス形状の軸対称性が崩れや
すく、ノズル表面から気泡を巻き込み不吐出に至るよう
な場合も生じる。このように、インク滴を吐出した後、
ｔ_r以上の時間が経過してからでなければ、次のインク
滴吐出を安定に行うことができない。このため、インク
プールに十分な音響容量を確保して高速にインク供給を
実現することは、インクジェット記録ヘッドの最大吐出
周波数（即ち、記録速度）を支配する重要な特性パラメ
ータとなる。また、各イジェクタのリフィル時間が一定
でない場合には、安定した連続吐出を実現できなくなる
ため、各イジェクタ間のリフィル特性に差が生じないよ
うに、インクプールに十分な音響容量を確保しインク供
給不足を抑制することは極めて重要となる。

【００２２】吐出するインク滴量を減少させることによ
ってリフィル時間を短くすること、すなわちインク供給
不足を抑制することは可能であるが、その場合には十分
な印刷濃度を得ることができなくなる。同時吐出するノ
ズル数を制限したり、吐出周波数を低下することによ
り、インクの供給不足を防止することは可能であるが、
その場合には十分な印刷速度を得ることができなくな
る。

【００２３】以上のようにインクジェット記録ヘッドで
は、音響クロストークの防止とインクの供給不足とを防
止するために、インクプールに十分な音響容量を確保す
ることが極めて重要となる。インクプール内もしくはイ
ンクプール壁に圧力緩衝手段を配置した直線状配列ヘッ
ドが、特開昭５９−９８８６０号公報、特開平９−１４
１８６４号公報、及び特開平１−３０８６４４号公報な
どに記載されている。

【００２４】特開昭５９−９８８６０号公報では、共通
インク室内（インクプールに相当）に圧力波を吸収する
圧力パルス吸収部材が備えられた直線状配列ヘッドが開
示されている。圧力吸収部材はプラスチックフィルムの
薄い膜で包まれたカプセルで構成され、内部には空気、
水蒸気等の気体が入っている。特開平９−１４１８６４
号公報では、インクプール内に発泡樹脂などからなる圧
力吸収部材が設けられた直線状配列ヘッドが開示されて
いる。特開平１−３０８６４４号公報では、インクプー
ル内もしくはインクプールに隣接した位置に、有機材料
や弾性材料で構成された０．０１ｍｍ³／ａｔｍ以上の
圧力−体積変換体が設けられた直線状配列ヘッドが開示
されている。

【００２５】インクプールを構成する壁面の一部を変形
しやすい緩衝部材で構成した例が、特開昭５９−４２９
６４号公報や特開平９−３１４８３６号公報等に記載さ
れている。特開昭５９−４２９６４号公報には、インク
プールのノズル面とは異なる壁面の一部が可撓性膜材か
らなる緩衝部材で構成されたドロップオンデマンド型プ
リントヘッドが開示されている。特開平９−３１４８３
６には、インクプールの内面に弾性変形可能な領域が形
成された積層型インクジェット記録ヘッドが開示されて
いる。弾性変形可能な領域は、ノズル面側の表層面では
なくイジェクタの内部に形成されており、インクプール
を形成する一面に金属材料からなる薄肉部（凹部）を設
けることで実現している。

【００２６】以上に述べた緩衝部材等の開示例は、何れ
も複数のイジェクタが共通な一つの幅の広いインクプー
ルに連通する「直線状配列ヘッド」に関する開示例であ
る。図１７に示すように、直線状配列ヘッドでは、イジ
ェクタアレイ７４とは別の領域にインクプール６９を配
置することができるので、イジェクタアレイ７４のノズ
ル密度とは関係なく、幅の広いインクプール６９を配置
できる利点を有する。このため、直線状配列ヘッドで
は、前記したようにイジェクタの高密度配置には課題が
あるが、圧力波吸収部材等の設置により、容易にインク
プールに十分な容量を確保することができる。

【００２７】上記緩衝部材等の開示例は、何れも圧力緩
和手段や薄肉部などのダンパ機構をイジェクタ内部に構
成したものであり、圧力ダンパを構成するために特別な
構成部材と特別な加工工程とを必要とするものであり、
構成が複雑で、加工プロセスが煩雑であった。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マトリクス
状配列ヘッドでは、ノズルの高密度化を容易に実現でき
る利点を有する反面、幅の狭い分岐流路でヘッドを構成
する必要があるため、十分な容量の圧力ダンパの実現が
困難である。また、直線状配列ヘッドとは異なり、ヘッ
ド内には複数の分岐流路に連通する多数の圧力室が存在
し、上述のように、圧力室を含む各イジェクタ内部に圧
力ダンパを配設したのでは、直線状配列ヘッドに比して
構成が更に複雑になり、加工プロセス一層煩雑になっ
て、製造コストが高くなる等の問題を生じる。

【００２９】上記に鑑み、本発明は、マトリクス状配列
ヘッドにおいて高密度なノズル配列を実現するととも
に、簡素な構成で廉価に複数の分岐流路に十分な音響容
量を確保し、音響クロストークを抑制しインク供給不足
を防止し、高速なインクリフィル動作が実現できる構成
のインクジェット記録ヘッド、及びこのようなインクジ
ェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録ヘッドを
提供することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、インク
供給口と、該インク供給口を介して外部からインクが供
給されるインクプールと、マトリクス状に配列された複
数のイジェクタとを備えたインクジェット記録ヘッドで
あって、前記インクプールが、前記インク供給口に連通
する主流路と、該主流路から分岐する複数の分岐流路と
を備え、各イジェクタが、前記分岐流路に連通する圧力
室と、該圧力室内に充填されたインクに圧力波を発生さ
せる圧力発生手段と、前記圧力波で圧縮された前記圧力
室内のインクを吐出するノズルとを備え、前記分岐流路
を構成する壁面の少なくとも一つが、前記分岐流路内の
圧力変化に応じて弾性変形するダンパ部材によって構成
されることを特徴とする。

【００３１】本明細書で言う「圧力ダンパ」とは、圧力
波を緩衝する手段や壁面の一部を構成する極めて変形し
やすい部材を総称している。

【００３２】本発明に係るインクジェット記録ヘッドで
は、マトリクス状配列ヘッドで、ヘッド内に複数の分岐
流路に連通する多数の圧力室が存在しながらも、圧力室
を含む各イジェクタ内部に圧力ダンパを配設する等の複
雑な構成が不要で、加工プロセスが簡素になり、これに
よるコストダウンを期待することができる。また、特別
な圧力緩和手段を設けたり、凹部を形成したり、薄肉部
を形成したりする等、特別な構成部材や加工工程を追加
することなく、分岐流路に十分な音響容量を確保するこ
とができる。この場合、分岐流路壁の一面を外部空気層
との界面となるノズル側表層面に形成し、分岐流路壁を
ヤング率が小さいダンパ部材で構成することが好まし
い。

【００３３】また、ダンパ部材を、複数の分岐流路に共
通な一部材で構成すると、複数の分岐流路に対し廉価で
且つ簡易な構成により、充分な音響容量を有し音響スト
ロークを充分に抑制できる構成を備えたインクジェット
記録ヘッドを得ることができる。

【００３４】ここで、前記ダンパ部材が、前記イジェク
タ１個当たりの前記分岐流路の音響容量をｃ_p、前記ノ
ズルの音響容量をｃ_nとするとき、次式 ｃ_p＞１０ｃ_n …………（１） を満足することが好ましい。或いは、上記に代えて、前
記ダンパ部材が、前記イジェクタ１個当たりの前記分岐
流路の音響容量をｃ_p、前記圧力室の音響容量をｃ_cとす
るとき、次式 ｃ_p＞２０ｃ_c …………（２） を満足することも好ましい態様である。これらの場合、
音響クロストークを抑制できるとともに、分岐流路から
各イジェクタに十分な量のインクを高速に供給できるた
め、高い周波数で全イジェクタ同時に安定吐出すること
が可能となる。

【００３５】本発明における「イジェクタ１個当たりの
分岐流路の音響容量ｃ_p」とは、一つの分岐流路の音響
容量を該分岐流路に連通して配置されたイジェクタの数
で除算した値を意味している。

【００３６】従来、直線状配列ヘッドにおける音響クロ
ストークを抑制し、且つインク供給不足を防止するため
のインクプールの音響容量条件が、特開昭５６−７５８
６３号公報や特開昭５９−２６２６９号公報に開示され
ている。特開昭５６−７５８６３号公報（従来技術Ａ）
では、共通インク流路の容積を圧力発生室容積（近傍流
路含む）の総和の２倍以上に設定することによってクロ
ストークの発生を抑制可能であることが開示されてい
る。 特開昭５９−２６２６９号公報（従来技術Ｂ）で
は、共通インク流路に接続されたイジェクタの数Ｎ及び
インク供給路のインピーダンスＺ_Sに基づいて、共通イ
ンク流路のインピーダンスＺ_RをＺ_R≦Ｚ_S／（１０Ｎ）
となるように設定することにより、クロストークの発生
を抑制するインクジェット記録ヘッドが開示されてい
る。このように上記の開示例（従来技術Ａ及びＢ）で
は、圧力発生室の容量又はインク供給路のインピーダン
スに基づいて共通インク流路の容量又はインピーダンス
を設定していたが、後述する本発明者らの実験結果か
ら、これらの条件では安定なインク滴吐出を実現できな
いことが分かった。

【００３７】これに対し本発明者らは、数多くの吐出観
察実験、流体解析、等価回路解析などを行った結果、同
時吐出イジェクタ数に対するリフィル時間の変化量が、
ｃ_nとｃ_pの比率によって支配されること、また、クロス
トークがｃ_cとｃ_pの比率によって支配されることを見出
した。すなわち、本発明に係るインクジェット記録ヘッ
ドでは、ｃ_p／ｃ_n及びｃ_p／ｃ_cの値を式（１）及び式
（２）で示した条件を満足するように設定することによ
り、マトリクス状配列ヘッドのように、幅の狭い分岐流
路を複数個有するヘッドにおいても、音響クロストーク
を抑制し、且つインク供給不足を防止でき、多数のイジ
ェクタから同時に安定した連続吐出を実現することを可
能とした。以下に、このような発明に至った経緯につい
て述べる。

【００３８】まず、各イジェクタ間の圧力波干渉、即
ち、音響クロストークを防止する条件を見出した経緯に
ついて述べる。本発明者らは、多数のヘッド試作評価と
図１３に示すヘッドの等価回路を用いた音響解析を行っ
た結果、音響クロストークの発生率は、実質的にｃ_pと
ｃ_cの比率のみに依存することを発見した。ここで、図
１３における記号ｃ、ｍ、ｒは夫々、音響容量、イナー
タンス、音響抵抗を示し、添字のd、ｎ、ｉ、ｐは夫
々、圧電素子、ノズル、インレット、分岐流路を示す。
例えば、ｃ_dとは、圧電素子の音響容量を示す。なお、
幅の広い主流路は、十分な音響容量を有するものとして
解析を行った。

【００３９】図１３の等価回路解析を参照して、音響ク
ロストークの発生率がｃ_p／ｃ_cの変化によりどのように
変化するかを調べた結果を図１４に示した。ここで、音
響クロストーク発生率とは、１個のイジェクタを単独吐
出させた場合の滴速ｖ₁と、全イジェクタを同時吐出さ
せた際の滴速ｖ₂から、 音響クロストーク発生率＝（ｖ₂−ｖ₁）／ｖ₁ と定義した。

【００４０】図１４のグラフに示すように、音響クロス
トーク発生率はｃ_p／ｃ_cの増加に伴い徐々に増加し、ｃ
_p／ｃ_cが０．１を超えたあたりから急激に増加し、ｃ_p
／ｃ_cが１〜２の間でピークに達する。以後、ｃ_p／ｃ_c
の増加に伴い、音響クロストークは急激に減少し、ｃ_p
＞２０ｃ_cの条件を満たせば、音響クロストーク発生率
を７〜８％以下に抑えることができることが分かる。

【００４１】より好ましくは、ｃ_p＞５０ｃ_cであれば音
響クロストークを５％以下に、ｃ_p＞１００ｃ_cであれば
音響クロストークを１％以下に夫々抑制できることが分
かる。ｃ_p／ｃ_cの値が１〜２の間で音響クロストークが
著しく増加する原因は、圧力室から伝播した圧力波によ
って分岐流路内のインクにも圧力波の振動が生じ、この
分岐流路内に発生した圧力波振動と圧力室内の圧力波振
動との振動周波数が近いため、双方の振動が干渉し、一
種の共振現象が発生するためと考えられる。

【００４２】厳密には、分岐流路のイナータンスｍ_pや
音響抵抗ｒ_pも音響クロストーク発生率に影響を及ぼす
が、通常のインクジェット記録ヘッドではその影響は極
めて小さく、実質的に音響クロストークの発生率は、上
記のようにｃ_p／ｃ_cによって支配されることを見出し
た。音響クロストークの発生率の絶対値は、ノズル形
状、インレット形状や圧力室形状等、ヘッド形状毎に異
なるが、上記したｃ_p／ｃ_cの値による音響クロストーク
発生率の増減の相対的な関係は、ヘッド形状に依らず一
定であり、図１４に示すようになることを確認した。

【００４３】同様に本発明者らは、ヘッドの試作評価及
び等価回路解析を実施することにより、インクリフィル
時間がｃ_pとｃ_nの比率に依存することを見出した。図１
５に、ｃ_p／ｃ_nとリフィル時間ｔ_rとの関係を調べた結
果をグラフで示す。グラフから、ｃ_p／ｃ_n＝１まではｃ
_p／ｃ_nの値によらずほぼ一定のリフィル時間を示すが、
ｃ_p／ｃ_n＝１を超えるとリフィル時間は急激に増加し、
以後、ｃ_p／ｃ_n＝３〜４の間でピークに達することが分
かる。以後、ｃ_p／ｃ_nの増加に伴い、リフィル時間は急
激に減少し、ｃ_p＞１０ｃ_nの条件を満たせば、リフィル
時間の急増を防止できることが明らかになった。

【００４４】ｃ_p／ｃ_n＝３〜４の間で、リフィル時間が
急増しピークに達する原因は、上記音響クロストークの
場合と同様に、圧力室内の圧力波と分岐流路内の圧力波
との間に干渉が生じるためと考えられる。リフィル時間
の絶対値は、ノズル形状、インレット形状や圧力室形状
等、ヘッド形状毎に異なるが、上記したｃ_p／ｃ_nの値と
リフィル時間の増減の相対的な関係は、ヘッド形状に依
らず一定であり、図１５に示すような関係になることを
確認した。

【００４５】リフィル時間の増加に対しても、分岐流路
のイナータンスｍ_p及び音響抵抗ｒ_pの影響は小さく、通
常のインクジェット記録ヘッドでは、ｃ_p／ｃ_nに基づい
て分岐流路の特性設定を行えばよいことが、複数種類の
インクジェット記録ヘッドを試作した結果から明らかに
なった。

【００４６】以上のように、本発明者らは、音響クロス
トークとインク供給不足とを抑制するためには、ｃ_p＞
１０ｃ_n及びｃ_p＞２０ｃ_cの二つの条件を満たせば良い
ことを見出した。また、特に０．１＜ｃ_p／ｃ_c＜１０又
は１＜ｃ_p／ｃ_n＜１０の範囲内に設定した場合には、極
めて大きな音響クロストークが発生し、又はリフィル時
間が急激に増加することを見出した。本発明のインクジ
ェット記録ヘッドは、上記結果に基づいて、ｃ_p＞１０
ｃ_n及びｃ_p＞２０ｃ_cという二つの条件を満足するよう
にインクプールの音響容量を最適設定した点に特徴があ
り、この条件を満たすことにより、幅の狭い分岐流路を
有すマトリクス状配列ヘッドにおいても、リフィル時間
増加の抑制及び音響クロストークの抑制が可能となる。

【００４７】本発明に係るインクジェット記録ヘッドで
は、マトリクス状配列ヘッドにおいてノズル表層面側に
ダンパ部材を配置すると、ダンパ部材をノズルプレート
と兼用することができ、ダンパ部材上にノズルを直接に
形成することができる。この構成によると、部品点数及
び製造工程を減少させ、複数の分岐流路を有するマトリ
クス状配列ヘッドにおいても廉価に圧力ダンパを構成す
ることが可能となる。

【００４８】本発明に係るインクジェット記録ヘッドで
は、ダンパ部材の板厚が２０μｍ以上１００μｍ以下で
あることが好ましい。ダンパ部材上にノズルを形成する
場合には、圧力ダンパ機能とノズル機能とを両立させ得
るように、ダンパ部材の板厚を最適化することが重要で
ある。ダンパ部材の板厚を減少させることにより、イン
クプールの音響容量を増加することが可能となるが、一
方で板厚を極端に減少すると、インク滴吐出時にノズル
表面から気泡を巻き込みやすくなる課題が生じることが
判明した。

【００４９】本発明者らは、ノズル長さと気泡巻き込み
との関係を調査した結果、気泡巻き込みを防止するため
には、ノズル長さが２０μｍ以上必要であることを実験
的に確認した。一方、ノズルの長さが極端に長くなる
と、ノズルのイナータンスが増加するため、吐出効率が
低下しリフィル時間が増加する問題が生じる。また、通
常のインクジェット記録ヘッドは、ノズル径がφ３０μ
ｍ前後以下であるが、このような微細なノズルをノズル
プレート上に高精度に形成する上で、ノズルの長さには
加工上の制限が存在する。上記の条件を満足するために
は、ノズル長さは少なくとも１００μｍ以下であるこ
と、好ましくは７５μｍ以下であることが必要となるこ
とを実験的に確認した。

【００５０】従来のマトリクス状配列ヘッドにおいて
は、分岐流路に圧力ダンパを付与する具体的な実現手段
に関しては一切記載されていない。例えば、特許第２８
０６３８６号公報では、インク供給溝（分岐流路に相
当）の一面がノズル板で構成されているが、ノズル板の
厚さ、材質など圧力ダンパ性能に関する記載は一切無
い。特開平９−１５６０９５号公報においても、インク
共通流路（分岐流路に相当）を構成する材料や厚さに関
する記載は一切なく、また、インク共通路（分岐流路に
相当）を構成する被覆体は夫々が独立しており、本発明
のように１個の共通部材で構成する記載もない。特表平
１０−５０８８０８号公報では、インク供給ダクトの一
面がノズル表層面側に形成されており、該インク供給ダ
クトの壁面が一枚のオリフィスプレートで構成されるも
のではあるが、オリフィスプレートは金属材料より構成
されたものであり、またオリフィスプレートの板厚など
圧力ダンパ性能に関する技術は一切開示されていない。

【００５１】本発明に係るインクジェット記録ヘッドで
は、ダンパ部材がフィルム状の有機化合物で構成される
ことが望ましい。フィルム状の有機化合物として、例え
ば、アクリル系樹脂、アラミド系樹脂、ポリイミド系樹
脂、芳香族ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポ
リスチレン系樹脂、ナイロン系樹脂、及び、ポリエチレ
ン系樹脂等を挙げることができる。

【００５２】一般に、ヘッド構成部材としては、ステン
レス等の金属材料、ガラス、セラッミック、有機化合物
等を用いることができるが、十分な圧力ダンパ機能を実
現するためには弾性係数（ヤング率）が小さい有機化合
物を用いることが好ましい。また、本発明のインクジェ
ット記録ヘッドでは、ダンパ部材上にノズルを形成する
必要があるが、フィルム状の有機化合物であればエキシ
マレーザ加工により、高精度なノズルを容易に形成する
ことが可能となる。金属材料やセラミックによりダンパ
部材を構成することも可能であるが、幅が狭い分岐流路
を有するマトリクス状配列ヘッドに対し、ヤング率が有
機化合物に比べて１桁乃至２桁大きな金属材料乃至セラ
ミックを適用する場合には、ダンパ部材の厚さを極めて
薄く形成する必要が生じる。

【００５３】ダンパ部材がノズル表層面側に露出するよ
うに構成することが可能な本インクジェット記録ヘッド
では、用紙のジャム等によりダンパ部材に予期せぬ過大
応力が作用する場合がある。このため、極端に板厚の薄
い金属材料をダンパ部材として用いることは、実用的に
は困難である。これに対し、ダンパ部材をフィルム状の
有機化合物により形成した場合には、金属材料を用いた
場合に比べ、板厚を数倍に厚くすることが可能であり、
用紙ジャム等の外力に対しても破損が生じないという効
果が得られる。

【００５４】フィルム状の有機化合物がポリイミド系樹
脂から成る場合、ポリイミド系樹脂は耐熱温度が高い。
従って、ダンパ部材にポリイミド系樹脂を用いると、ヘ
ッドの組立ての後工程において例えば２７０℃といった
熱工程を用いることが可能となる。一般に、インクジェ
ット記録ヘッドの組立てには各種接着工程が用いられる
が、ダンパ部材としてポリイミド系樹脂を用いた場合に
は、種々の熱硬化性接着剤、或いは熱可塑性接着剤を使
用可能となる。例えば、ダンパ部材としてポリスチレン
系樹脂を用いた場合には、硬化温度が２００℃といった
エポキシ系接着剤は使用できなくなる。また、ポリイミ
ド系樹脂は化学的に安定な材料であり、インクに対する
耐化学薬品性に優れる特徴を有する。更に、ポリイミド
系樹脂は、エキシマレーザにより、バリなどの無い極め
て高精度なノズル加工が可能である特徴も有する。な
お、本明細書で言う「ポリイミド系樹脂」とは、主鎖中
にイミド結合を持つ高分子化合物を意味している。

【００５５】本発明の好ましいインクジェット記録ヘッ
ドでは、前記圧力発生手段が、圧電素子と、該圧電素子
の変位を前記圧力室内のインクに伝達する加圧プレート
とを備え、前記圧力発生手段による吐出可能な最大滴量
が１５ｐｌ（ピコリットル）以上に設定される。この場
合、１５ｐｌ以上の大きなインク滴が吐出できるので、
３００ｄｐｉ乃至６００ｄｐｉの印刷解像度で良好な画
像形成が可能となり、１２００ｄｐｉといった高解像度
で印刷する場合に比べ、大幅な高速印刷が可能となる。
また、前記圧電素子及び加圧プレートを備える前記圧力
発生手段は、前記圧電素子の伸縮変形により前記加圧プ
レートが撓み変形する圧電アクチュエータによって構成
されることが好ましい。この場合、マトリクス状配列ヘ
ッドを容易に実現できる。

【００５６】インクジェット記録方式で良好な文字ない
し画像を印刷するためには、少なくとも３００ｄｐｉ、
好ましくは６００ｄｐｉ以上の印字解像度が必要とな
る。現在、製品化されているほぼ全てのインクジェット
記録方式プリンタが、３００ｄｐｉ以上の解像度を有し
ていることからも、上記した解像度が画像品質を確保す
る上での必須条件となることが分かる（但し、高速印刷
を目的としたドラフト印刷モードは除く）。

【００５７】一般的に用いられる水性染料系のインクを
用いて３００ｄｐｉの印刷解像度で印字を行う場合、白
抜けの無い十分な画像濃度を得るためには、少なくとも
１５ｐｌ以上、好ましくは２０ｐｌ以上の最大吐出滴量
が必要となる。同様に、６００ｄｐｉの印刷解像度で印
字を行うためには、記録紙上で画質を極端に低下させな
い範囲でドット径が広がるように組成を調整したインク
を用いる場合でも、１０ｐｌ以上、好ましくは１５ｐｌ
以上の最大吐出滴量が必要となる。印刷解像度を更に高
めた場合には、所要の最大滴量は減少するが、この場合
には下記に示すように、印刷速度が低下する課題が生じ
る。例えば、１２００ｄｐｉの解像度で印刷を行う場合
には、最大滴量として４〜５ｐｌ程度の滴量で十分な濃
度の画像を形成することが可能となる。ところが、印刷
解像度を向上させると、印刷データ量が増加するため同
一ノズル数であれば、解像度の増加に伴い印刷速度が低
下する課題が生じる。一方で、高速印字を実現するため
に印刷解像度を低下させると画像品質が低下する課題が
生じる。

【００５８】このような相反する課題を解決し印刷速度
と画像品質とを両立させる印字方法として、吐出液滴の
滴量を制御する滴径変調記録方式が知られている。滴径
変調記録方式では、圧力発生手段として圧電素子を用
い、圧電素子に印加する駆動電圧波形を制御することに
より、滴量の小さな小滴から滴量の大きな大滴を同一の
ノズルから吐出できる特長を有する。このような滴径変
調技術と組合わせることにより、３００ｄｐｉ乃至６０
０ｄｐｉの印刷解像度で、１２００ｄｐｉといった高解
像度記録と同等の画像品質を実現することが可能とな
る。ただし、滴径変調技術を用いても文字品質に関して
は、印刷解像度が支配的であり、少なくとも３００ｄｐ
ｉ、好ましくは６００ｄｐｉの印字解像度が必要とな
る。

【００５９】本インクジェット記録ヘッドは、上述した
ような印刷速度と画像品質との両立を実現するものであ
る。また、滴径変調技術の適用により３００ｄｐｉ乃至
６００ｄｐｉの解像度で良好な画像と高速印字を実現す
るために、圧力発生手段として圧電素子と該圧電素子の
変位を前記圧力室内のインクに伝達する加圧プレートと
を含んで構成するとともに、１５ｐｌ以上の滴量を吐出
可能に構成される。本インクジェット記録ヘッドでは、
１５ｐｌといった大滴を吐出させる場合においても、高
い吐出周波数で連続して安定したインク滴吐出が可能と
なるように圧力ダンパが構成されている。

【００６０】圧電素子を用いた圧力発生手段は、圧電素
子と加圧プレートとから成るアクチュエータの撓み変形
を出力として利用する単板圧電アクチュエータと、複数
の圧電素子層を積層して圧電素子の伸縮変形を出力とし
て利用する積層アクチュエータとに大別される。イジェ
クタが２次元配列されたマトリクス状配列ヘッドでは、
実装技術と製造コストの点から積層アクチュエータを利
用することは困難であり、廉価な単板圧電アクチュエー
タを圧力発生手段として用いることが好ましい。

【００６１】本明細書では、ノズルから吐出される液体
を総称して「インク」と呼ぶ。従って、本発明に係るイ
ンクジェット記録ヘッドのノズルから吐出されるインク
としては、印刷用インク、有機ＥＬ素子用材料を含む液
体、或いは、有機半導体用材料を含む液体を使用するこ
とができる。印刷用インクを用いる場合には、インクジ
ェット記録ヘッドを、良好な画像が得られるインクジェ
ット記録装置に適用することができる。また、有機ＥＬ
素子用材料を含む液体を用いる場合には、インクジェッ
ト記録ヘッドを、有機ＥＬディスプレィ用基板を塗布対
象とする有機ＥＬディスプレィ製造素子、有機ＥＬディ
スプレィ製造ヘッド、及び有機ＥＬディスプレィ製造装
置に適用することができる。更に、有機半導体用材料を
含む液体を用いる場合には、インクジェット記録ヘッド
を、有機半導体素子用基板を塗布対象とする有機半導体
素子製造素子、有機半導体素子製造ヘッド、及び、有機
半導体素子製造装置に適用することができる。

【００６２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。第１実施形態例 図１は本発明に係る第１実施形態例のインクジェット記
録ヘッド（以下、単に記録ヘッドとも呼ぶ）の構成を示
す平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であ
る。

【００６３】図１に示すように、本実施形態例のインク
ジェット記録ヘッド（インクジェット吐出素子）２０
は、外部のインクタンク（図示せず）からインク供給口
１９を介してインクが供給されるインクプール１７と、
マトリクス状に配列された複数のイジェクタとを備えて
いる。インクプール１７は、１本の直線状の主流路１６
と、主流路１６からほぼ直交する方向に分岐する相互に
平行な直線状の分岐流路１５から構成されている。各イ
ジェクタは、図２に示すように、分岐流路１５にインレ
ット１４を介して連通する圧力室１２と、圧力室１２の
底面に配置された、加圧プレート２１と単板状の圧電素
子２２とから成る圧力発生手段１３と、ノズル１１とを
備えている。

【００６４】駆動回路（図示せず）から圧電素子２２に
駆動電圧波形を印加すると、圧電素子２２の伸縮変形に
よって加圧プレート２１が撓み変形し、圧力室１２の容
積を膨張、伸縮させることができる。圧力室１２の急激
な体積変化により、圧力室１２内のインクに圧力波を発
生させ、ノズル１１からインク滴を吐出させる。ここ
で、加圧プレート２１にはステンレスの圧延薄板を用
い、加圧プレート２１を、圧電素子２２に駆動電圧波形
を供給する共通電極として用いた。図２に示すように、
個々の圧電素子２２に印加する駆動電圧波形は、圧電素
子２２の下方に配置したフレキシブル配線基板２４から
バンプ２３を介して供給する。

【００６５】分岐流路１５の一面は、ノズル１１の表層
面側に配置したダンパ部材１８によって構成されてい
る。ダンパ部材１８には、複数のノズル１１がマトリク
ス状に配列して形成されている。ダンパ部材１８上にお
けるノズル１１の周辺には、インクを弾く撥インク材料
が塗布されている。ダンパ部材１８は、ヤング率が８Ｇ
Ｐａのポリイミド製樹脂フィルムから成り、ノズル１１
は、エキシマレーザ加工によって開口径３０μｍとなる
ように形成されている。

【００６６】ダンパ部材１８は、複数の分岐流路１５に
対して１枚の共通なダンパ部材１８で構成されている。
１枚のダンパ部材１８で複数の分岐流路１５を被覆する
ことにより、各分岐流路１５上に一括して圧力ダンパ機
構が形成されている。本実施形態例では、主流路１６の
一面も、分岐流路１５と同様にノズル１１側表層面に形
成されており、分岐流路１５上に設けたダンパ部材１８
によって、主流路１６のノズル１１側の表層面が形成さ
れている。このような構成とすることにより、主流１６
にも、インク供給不足を生じさせない十分な音響容量を
付与することができる。

【００６７】本記録ヘッドでは、図１に示すように、一
本の分岐流路１５に連通するイジェクタを９個備え、副
走査方向のイジェクタ間のピッチが、３００本／インチ
≒８４．７μｍとなるように各イジェクタが配置されて
いる。また、分岐流路１５の本数は８本であり、合計７
２個のイジェクタで１色のインクジェット吐出素子２０
が構成されている。

【００６８】本記録ヘッドは以下のように製造した。図
２に示すように、主流路１６（図１）から分岐流路１
５、インレット１４及び圧力室１２を介してノズル１１
に至るインク流路は、イジェクタプレート２５、ダンパ
部材１８及び加圧プレート２１の３枚のプレートから構
成される。

【００６９】イジェクタプレート２５には、マトリクス
状に配列された複数の圧力室１２、直線状に形成された
逆三角形断面を有する複数の分岐流路１５、及び、分岐
流路１５と圧力室１２とを連通するインレット１４が形
成されている。イジェクタプレート２５としてＳｉ基板
を用い、露光現像、成膜といった一般的な半導体プロセ
スと、Ｓｉの（１００）面を利用した異方性ウェットエ
ッチングのプロセスとを用いて、四角錘状の圧力室１
２、インレット１４及び分岐流路１５をイジェクタプレ
ート２５上に一体形成した。インレット１４は、幅６８
μｍ、高さ４８μｍの逆三角形状断面を有しており、長
さは１００μｍに形成した。

【００７０】次いで、ポリイミド樹脂製フィルムから成
るダンパ部材１８を、熱可塑性接着剤でイジェクタプレ
ート２５に固定した後、エキシマレーザ加工によって、
ダンパ部材１８における各圧力室１２に対応した位置に
ノズル１１を形成した。更に、圧力室１２のノズル１１
とは反対側の面に、ステンレス製の加圧プレート２１を
熱可塑性接着剤で固定し、加圧プレート２１の圧力室１
２に対応した位置に圧電素子２２を接着により固定し
た。圧電素子２２の両面には、電極（図示せず）を予め
スパッタ法により形成した。最後に、フレキシブル配線
基板２４と圧電素子２２とを、半田バンプ２３を介して
接続し、記録ヘッドの製造工程を終了した。

【００７１】図３は、本実施形態例のインクジェット記
録ヘッドを示す平面図である。本インクジェット記録ヘ
ッド２６は、主走査方向に一列に配列された４個のイン
クジェット吐出素子２０ａ〜２０ｄを一体的に備えてい
る。インクジェット吐出素子２０ａ〜２０ｄは夫々、１
本の主流路１６と、複数の分岐流路１５と、マトリクス
状に配列された複数のイジェクタとを備える。インクジ
ェット吐出素子２０ａにはブラックインクが充填され、
インクジェット吐出素子２０ｂにはマジェンタインクが
充填され、インクジェット吐出素子２０ｃにはシアンイ
ンクが充填され、インクジェット吐出素子２０ｄにはイ
エローインクが充填されている。

【００７２】次に、本実施形態例におけるノズル１１、
圧力室１２及び分岐流路１５の音響容量の関係について
説明する。図２において、例えば分岐流路１５の幅Ｗ_d
を６３７μｍに設定し、ダンパ部材１８に、板厚２０μ
ｍでヤング率８ＧＰａのポリイミド樹脂フィルムを使用
することができる。また、ダンパ部材１８上の各ノズル
１１は、エキシマレーザ加工によって直径３０μmに形
成することができ、インクには、粘度が３ｍＰａ・ｓ
で、且つ表面張力が３５ｍＮ／ｍの水性インクを使用す
ることができる。

【００７３】圧力室１２の音響容量ｃ_cは次式で表わさ
れる。ここで、Ｗ_cは圧力室容積［ｍ ³］、κはインクの
体積弾性率［Ｐａ］、Ｋは圧力室の剛性等に依存する補
正係数である。

【００７４】

【式３】

【００７５】本実施形態例における圧力室１２は、例え
ば、底面が５００μｍ角、高さが３５０μｍの四角錘形
状を呈し、その容積が２．９×１０^-11ｍ³とされる。水
性インクの体積弾性率は２．２×１０⁹Ｐａであり、補
正係数Ｋは実験評価により求めた結果０．３であったた
め、ｃ_cは4．４×１０^-20［m⁵／N］であった。

【００７６】ノズルの音響容量ｃ_nは、ノズル開口径を
ｄ_n［ｍ］、インク表面張力をσ［Ｎ／ｍ］、メニスカ
スの引き込み量をｙ［ｍ］とし、メニスカス形状を放物
線近似すると、次式のように表すことができる。

【００７７】

【式４】

【００７８】式（４）のように、ノズルの音響容量ｃ_n
はメニスカスの引き込み量ｙに依存するが、本実施形態
例では、ｙ＝ｄ_n／４で定義することにより、次式によ
ってｃ_nの値を見積もった。

【００７９】

【式５】

【００８０】本実施形態例では、ノズル径が３０μｍ、
インクの表面張力が３５ｍＮ／ｍであるため、ｃ_nは
１．５×１０^-18［m⁵／N］である。

【００８１】本実施形態例では、分岐流路１５のノズル
１１側表層面がダンパ部材１８で構成されており、圧力
ダンパが付与されている。本実施形態例の圧力ダンパ
は、両端支持の梁構造のために、分岐流路１５上に構成
した圧力ダンパの音響容量ｃ_dは、次式で近似すること
ができる。ここで、ｗ_dは分岐流路幅［ｍ］、ｔ_dはダン
パ部材の厚さ［ｍ］、ｌ_dはイジェクタ１個当たりの分
岐流路の長さ［ｍ］、Ｅ_dはダンパ部材の弾性係数（ヤ
ング率）［Ｐａ］、ν_dはダンパ部材のポアソン比を夫
々示している。

【００８２】

【式６】

【００８３】本実施形態例の記録ヘッドでは、上述のよ
うに、分岐流路１５の幅Ｗ_dが６３７μｍに、各イジェ
クタ間の距離ｌ_dが７００μｍに夫々設定される。ま
た、弾性係数が８ＧＰａ、ポアソン比が０．４、且つ厚
さが２０μｍのポリイミドフィルムをダンパ部材１８と
して用いた。このため、１イジェクタ当たりの圧力ダン
パの音響容量ｃ_dは、 ｃ_d＝１．６×１０^-17［ｍ⁵／Ｎ］ である。本記録ヘッドでは、分岐流路１５内に充填され
たインク自体の音響容量は極めて小さいため、分岐流路
１５の音響容量は圧力ダンパの音響容量にほぼ等しいと
見なすことができる。従って、分岐流路１５の音響容量
ｃ_pは、 ｃ_p＝１．６×１０^-17［ｍ⁵／Ｎ］ である。

【００８４】以上、各パラメータの算出結果から明らか
なように、本実施形態例の記録ヘッドでは、分岐流路１
５の音響容量ｃ_pはノズルの音響容量ｃ_nの１０．７倍、
及び、分岐流路１５の音響容量ｃ_pは圧力室１２の音響
容量ｃ_cの約３６３倍であり、式（１）及び式（２）の
双方の条件を満足している。

【００８５】本実施形態例の記録ヘッドを用い、同時吐
出イジェクタ数を変化させつつ１５ｐｌのインク滴を吐
出させて、リフィル時間を調べた。この結果を図４のグ
ラフに示す。このグラフで、単独吐出時と全イジェクタ
を同時吐出した場合とのリフィル時間の差は、±１μｓ
以下とほぼ一致することが分かる。また、全イジェクタ
を同時吐出させた場合（◆印）の平均リフィル時間は４
７．５μｓ、単独吐出させた場合（○印）の平均リフィ
ル時間は４５．９μｓであり、各イジェクタ間のリフィ
ル時間の差は±０．４μｓ以下の偏差で一致した。

【００８６】本実施形態例の記録ヘッドでは、圧電素子
２２に印加する駆動電圧波形を調整することにより、ノ
ズル１１から吐出されるインク滴径を容易に可変するこ
とができる。そこで、圧電素子２２に印加する駆動電圧
波形を調整し、２０ｐｌのインク滴を吐出させた場合の
リフィル時間を調べた。つまり、２０ｐｌのインク滴を
吐出する場合には、１５ｐｌのインク滴吐出の場合に比
べて滴体積が増加するためリフィル時間は若干長くなる
が、単独吐出時と全イジェクタを同時吐出させた場合と
で、リフィル時間は±２．０μｓ以内の偏差で一致する
ことを確認した。単独吐出時の全イジェクタの平均リフ
ィル時間は５７．０μｓであり、全イジェクタ同時吐出
時の全イジェクタの平均リフィル時間は６０．４μｓで
あった。また、２０ｐｌのインク滴を全イジェクタ同時
吐出で、１５ｋＨｚの吐出周波数で安定して連続吐出で
きることを確認した。

【００８７】以上のリフィル時間の測定結果から、ダン
パ部材１８により構成した圧力ダンパ機構が十分に作用
し、インク供給不足が抑制できていることを確認した。
上記リフィル時間の測定は、ノズル面のメニスカス状態
をストロボで同期をとりながら拡大観察し、メニスカス
面が初期状態に戻るまでの時間を測定することにより行
った。リフィル時間の測定精度は、約±１μｓであっ
た。なお、図４の横軸であるイジェクタ番号は、図１に
おける左上端のイジェクタを１番とし、順次隣接するイ
ジェクタを２番、３番とし、右下端のイジェクタを７２
番としている。

【００８８】このように、幅の狭い分岐流路に対しても
厚さ２０μｍ、ヤング率８ＧＰａのポリイミドフィルム
によってダンパ部材１８を構成することにより、十分な
音響容量を分岐流路１５に付与できることを確認した。
そこで、全イジェクタを駆動させながら連続吐出を行
い、２０ｋＨｚの高い周波数で安定吐出が可能か否かを
調べた。その結果、１５ｐｌのインク滴を２０ｋＨｚの
周波数で全イジェクタから同時吐出させた場合にも、単
独吐出時と同等の安定した吐出を実現可能なことを確認
した。また、音響クロストークの影響を調べるために滴
速の測定を行った結果、単独吐出時及び全イジェクタ同
時吐出時で滴速の差は±２％以内の偏差で一致すること
を確認した。以上から、各イジェクタ間の音響クロスト
ークも良好に抑制できていることを確認した。

【００８９】比較対象として、ダンパ部材１８にステン
レス板（Ｅ_d＝１９７ＧＰａ、ν＝０．３）を用いた場
合について同様の評価を行った。まず式（６）により、
ダンパ部材１８の厚さと分岐流路１５の音響容量ｃ_pと
の関係を求め、ダンパ部材１８の板厚によりｃ_p／ｃ_n及
びｃ_p／ｃ_cがどのように変化するかを理論式より求め
た。この結果を図５に示す。図５のグラフから、ダンパ
部材１８にステンレス板を用いた場合には、インク供給
不足を抑制し高速インクリフィルを実現するための式
（１）を満たすために、ダンパ部材１８の板厚を７μm
まで低減する必要があることが分かった。また、音響ク
ロストークを抑制するための式（２）を満足するために
は、ダンパ部材１８の板厚を１９μm以下にしなくては
ならないことが分かった。上記の解析結果を検証するた
めに、ステンレス製ダンパ部材１８の板厚を種々に変化
させ、上記したポリイミド製ダンパ部材を用いた場合と
同様の評価を実施した。

【００９０】比較例１ 本比較例では、ステンレス製ダンパ部材１８の板厚を１
０μmとした。本比較例のインクジェット記録ヘッドで
は、 ｃ_p＝５．２×１０^-18［ｍ⁵／Ｎ］ （ｃ_p／ｃ_n=３．５及びｃ_p／ｃ_c=１３７）であり、式
（２）は満足するが、式（１）は満足しない。

【００９１】１５ｐｌのインク滴を吐出させた場合のイ
ンクリフィル時間を調べた結果を図６に示す。グラフか
ら、全イジェクタから同時吐出を行う場合にインク供給
不足が生じ、単独駆動時に比べリフィル時間が大幅に増
加することが分かる。２０ｋＨｚの吐出周波数で吐出評
価を実施した結果、単独駆動では安定した吐出が可能で
あったが、全イジェクタを同時吐出した際には吐出状態
が不安定になるイジェクタが多数発生することを確認し
た。単独駆動の場合には、イジェクタ１個が一つの分岐
流路１５を占有できるため、イジェクタ１個当たりの分
岐流路１５の音響容量は、全イジェクタ同時吐出時に比
べ数倍に増加する。このため、単独駆動では２０ｋＨｚ
で安定吐出を実現できたと考えられる。

【００９２】上記の音響容量ｃ_p＝５．２×１０^-18［ｍ
⁵／Ｎ］は、全イジェクタ同時吐出時の値を示す。とこ
ろが、全イジェクタ同時吐出時には、分岐流路１５の音
響容量が不足し、一つの分岐流路１５に連通する複数の
イジェクタ間で、以下のようなリフィル時間差が発生す
ることが分かった。図６のグラフから判るように、主流
路に近いイジェクタでは、リフィル時間は４７μｓ前後
であり、２０ｋＨｚで吐出可能なリフィル時間であっ
た。これに対し、主流路から遠い末端のイジェクタで
は、リフィル時間が６０μｓ以上と、主流路に近いイジ
ェクタに比べ１３μｓ以上も長くなった。

【００９３】このため、主流路から遠い末端のイジェク
タは、２０ｋＨｚの吐出周波数では吐出状態が不安定と
なり、中には不吐出に至るイジェクタも発生した。全イ
ジェクタの同時吐出では、吐出周波数を１３〜１５ｋＨ
ｚ程度まで低減すると安定吐出が可能となった。単独駆
動時には、分岐流路１５の音響容量は全イジェクタ駆動
時の少なくとも数倍以上に増加すると考えられる。これ
らの結果は、図１５に示した解析結果とほぼ一致するも
のであり、本発明の有効性を実験的にも確認できた。

【００９４】比較対象として試作評価した本インクジェ
ット記録ヘッドは、従来技術Ａ及び従来技術Ｂの条件は
満たしている。つまり、従来技術に基づいて共通インク
流路特性を設定しても、安定した高周波吐出を実現する
ことはできず、ノズルの音響容量ｃ_nに対応して共通イ
ンク流路の音響容量ｃ_pを最適設定することにより、初
めて安定した全ノズル同時の連続吐出が実現できること
が確認された。なお、滴速に関しては、本発明の第１実
施形態例と同様に、単独吐出時及び全イジェクタ同時吐
出時で±２％以内の偏差で一致したことから、各イジェ
クタ間の音響クロストークも良好に抑制できていること
が確認できた。

【００９５】比較例２ 本比較例では、ダンパ部材１８の板厚を１５μｍとして
同様の吐出評価を実施した。本比較例の記録ヘッドで
は、ｃ_p＝１．６×１０^-18［ｍ⁵／Ｎ］というように、
ｃ_pは、ｃ_nの１．１倍でｃ_cの４２倍であり、比較例１
と同様に、音響クロストークは発生していないことを確
認した。一方、吐出周波数２０ｋＨｚの駆動では、単独
駆動でも吐出状態が不安定となった。安定した吐出が可
能となる吐出周波数は、１３〜１５ｋＨｚであった。こ
の結果も、図１５に示した解析結果と一致することが確
認できた。

【００９６】比較例３ 本比較例では、ダンパ部材１８の板厚を２０μｍとして
同様の吐出評価を実施した。本比較例の記録ヘッドで
は、ｃ_p＝６．５×１０^-19［ｍ⁵／Ｎ］というように、
ｃ_pは、ｃ_nの約０．４倍でｃ_cの１７倍である。本比較
例では、音響クロストークの影響が現れ、単独駆動時に
比べ全イジェクタを同時吐出した場合には、滴速が７〜
８％低下した。この結果は、図１４に示した解析結果と
ほぼ一致するものである。一方、全イジェクタ同時吐出
時に吐出が安定する周波数は１３〜１５ｋＨｚ以下であ
った。この結果も図１５の解析結果と一致するものであ
り、本発明の有効性が確認できた。

【００９７】比較例４ 本比較例では、ダンパ部材１８の板厚を３０μｍとし
て、上記と同様の吐出評価を実施した。本比較例の記録
ヘッドでは、ｃ_p＝１．９×１０^-19［ｍ⁵／Ｎ］という
ように、ｃ_pは、ｃ_nの約０．１３倍でｃ_cの５倍であ
る。本比較例では、音響クロストークの影響が顕著に現
れ、単独駆動時に比べ全イジェクタを同時吐出した場合
の滴速は１５〜２０％低下し、滴速も安定せず吐出状態
が極めて不安定になった。この結果も、図１５に示した
解析結果と一致することを確認した。本比較例では、音
響クロストークが著しく発生するため、安定する吐出周
波数を求めることはできなかった。

【００９８】以上の比較例１〜４から、式（１）の関係
を満足すればインク供給不足を抑制して高速なインクリ
フィルが実現できること、及び、式（２）を満足すれば
音響クロストークの抑制が実現できることを夫々確認し
た。また、分岐流路１５の幅が狭いマトリクス状配列ヘ
ッドで、ダンパ部材１８にステンレスなどの金属材料を
用いた場合に、１５ｐｌといった大きなインク滴を２０
ｋＨｚといった高い吐出周波数で連続して安定吐出する
ためには、ダンパ部材１８の板厚を７μｍといった極め
て薄い板厚で構成する必要があることを確認した。

【００９９】板厚７μｍのステンレス材料は、実質的に
はピンホールが多数存在し、強度的に製造時のハンドリ
ングが困難である。仮に、７μｍ厚さのステンレス材料
でヘッド製造を実現できた場合にも、用紙ジャムなどに
より圧力ダンパ部に外力が直接に作用した際には、ダン
パ部材１８が破損するため、実質的にマトリクス状配列
ヘッドに適用することが極めて困難であることを確認し
た。

【０１００】以上のように、分岐流路１８の幅が狭いマ
トリクス状配列ヘッドで、高い吐出周波数で安定吐出を
実現し、且つイジェクタの高密度配列の両立を図るため
には、ポリイミド系樹脂など、金属材料に比べて１桁乃
至２桁小さいヤング率を有するフィルム状有機化合物を
ダンパ部材１８として用いることが実質的に必須条件と
なることを確認した。また、１枚のフィルム状ダンパ部
材１８によって、複数の分岐流路１５のノズル１１側の
壁面を構成することにより、全ての分岐流路１５に十分
な能力を有する圧力ダンパ機構を形成できることを確認
できた。

【０１０１】第２実施形態例 図７は本実施形態例のインクジェット記録ヘッドを示す
平面図、図８は図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【０１０２】図７に示すように、本実施形態例の記録ヘ
ッドは、外部のインクタンク（図示せず）からインク供
給口１９を介してインクが供給されるインクプール１７
と、マトリクス状に配列された複数のイジェクタとを備
えている。本実施形態例では、第１実施形態と異なり、
主流路１６が印刷時の主走査方向に直線状に伸び、主流
路１６からほぼ直交する方向に分岐する直線状の分岐流
路１５は、副走査方向に伸びている。

【０１０３】図８に示すように、各イジェクタは、イン
レット１４を介して分岐流路１５に連通する圧力室１２
と、圧力室１２の底面に配置された加圧プレート２１及
び単板状の圧電素子２２から構成される圧力発生手段１
３と、圧力室１２に連通するノズル１１とを備えてい
る。圧力室１２と分岐流路１５とは、図７に示すよう
に、ノズル１１側から見ると、オーバラップしたように
配置されている。

【０１０４】このような本実施形態例の記録ヘッドで
は、第１実施形態例と同様に、図示しない回路により圧
電素子２２に駆動電圧波形を印加することによって、ノ
ズル１１からインク滴を吐出させる。

【０１０５】分岐流路１５の一面は、ノズル１１の表層
面側に配置したダンパ部材１８によって構成され、この
ダンパ部材１８にはノズル１１が形成されている。ダン
パ部材１８は、全てのイジェクタに共通な１枚の弾性部
材によって複数の分岐流路１５を全て被覆することによ
り、各分岐流路１５上に圧力ダンパ機構を形成してい
る。本実施形態例では、主流路１６の一面も、分岐流路
１５と同様に、ノズル１１側の表層面に形成されてお
り、分岐流路１５上に設けられたダンパ部材１８によっ
て、主流路１６のノズル表層面側にも、主流路１６に対
する圧力ダンパが形成されている。

【０１０６】本実施形態例では、図７に示すように、一
本の分岐流路１５に連通するイジェクタは１５個であ
り、副走査方向のイジェクタ間のピッチは３００本／イ
ンチとなるように各イジェクタが配置されている。ま
た、分岐流路１５の本数は１０本とされ、１５０個のイ
ジェクタで１色のインクジェット吐出素子２０が構成さ
れる。

【０１０７】分岐流路の幅ｄを７００μｍとし、ダンパ
部材１８の板厚を夫々、１２．５μｍ、１８μｍ、２０
μｍ、２５μｍ、４５μｍ、７５μm、1００μmとした
インクジェット記録ヘッドを計７種類作製した。ダンパ
部材には、ヤング率５ＧＰａのポリイミド樹脂フィルム
を用いた。ノズル１１は、エキシマレーザ加工により、
開口径２６μｍに形成した。インクとして、粘度３．５
ｍＰａ・ｓ、表面張力３２ｍＮ／ｍの水性インクを使用
した。

【０１０８】本記録ヘッドの製造は以下のようにして行
った。図８に示すように、まず、プールプレート２７、
インレートプレート２８及び圧力室プレート２９に夫
々、分岐流路１５、インレット１４、圧力室１２に相当
するパターンをウェットエッチング法で形成した。

【０１０９】次いで、ステンレス製のプールプレート２
７、インレットプレート２８及び圧力室プレート２９の
計３枚の位置を合わせ、熱可塑性接着剤を用いて接合し
た。続いて、表面に撥インク性処理剤をコーティングし
たポリイミド系樹脂フィルムから成るダンパ部材１８を
プールプレート２７に接着した。更に、エキシマレーザ
加工によって、圧力室プレート２９側からダンパ部材１
８上にノズル１１を形成した。引き続き、加圧プレート
２１を圧力室プレート２９側に接着した。この後、個別
化した圧電素子２２を熱硬化性の接着剤を用いて、各圧
力室１２の直下に固着した。続いて、バンプ２３を介し
て、フレキシブル配線基板２４を各圧電素子２２に接合
して、本記録ヘッドを完成させた。

【０１１０】図８に示すように、プールプレート２７、
インレットプレート２８、及び圧力室プレート２９内に
エッチングで形成される孔及び溝のパターンは、図３に
示すようなインクジェット吐出素子２０ａ〜２０ｄが主
走査方向に４個配列されたものであり、上述の製造方法
により、４色分が一体となった記録ヘッドを製造した。

【０１１１】ここで、本第２実施形態例におけるノズル
１１、圧力室１２、及び分岐流路１５の音響容量を表１
に示す。

【０１１２】

【表１】

【０１１３】表１から、ダンパ部材１８の厚さが２５μ
m以下であれば、式（１）及び式（２）の条件、つま
り、ｃ_p＞１０ｃ_n及びｃ_p＞２０ｃ_cを同時に満足するこ
とが理解できる。また、音響クロストークの抑制に関し
ては、ダンパ部材１８の板厚が４５μm以下であれば、
式（２）の条件を満足することが分かる。

【０１１４】上述したダンパ部材１８の板厚が異なる７
種類の記録ヘッドに関し、リフィル時間を調べた結果を
図９にグラフで示す。このグラフは、一つの分岐流路１
５に連通する１５個のイジェクタのリフィル時間を示
す。グラフに示されるように、ダンパ部材１８の板厚が
２５μm以下の場合には、分岐流路１５の音響容量が十
分であるため、何れのヘッドにおいてもリフィル時間は
約４５μｓであった。

【０１１５】ダンパ部材１８の板厚が２５μmの記録ヘ
ッドに関しては、単独吐出させた場合と全イジェクタを
同時吐出させた場合のリフィル時間を示す。全イジェク
タを同時吐出させた場合（◆印）と単独吐出させた場合
（○印）とでは、リフィル時間がほぼ一致しており、ま
た一つの分岐流路内でのイジェクタ間のリフィル時間差
が良好に抑制されていることを確認した。

【０１１６】一方、ダンパ部材１８の板厚が４５μm以
上の場合には、全イジェクタを同時吐出させた場合に、
インクリフィル時間が急激に増加することを確認した。
ダンパ部材の板厚が４５μm、７５m、１００μmの場合
の平均リフィル時間は、夫々、９０μｓ、８１μｓ、７
９μｓであった。ダンパ部材の板厚４５μｍの場合に最
もリフィル時間が長くなった理由は、図１５に示したよ
うに、ｃ_p／ｃ_n＝３．２のために、圧力室内の圧力波と
分岐流路内の圧力波とが干渉したためと考えられる。な
お、主流路１６近傍のイジェクタと分岐流路１５末端の
イジェクタとでは、同一の分岐流路に連通するイジェク
タでありながら、５０〜７０μｓもリフィル時間の差が
生じることが分かる。

【０１１７】ダンパ部材１８の板厚を７種類に変化させ
た上記記録ヘッドを用いて、１５ｐｌのインク滴を２０
ｋＨｚの周波数で全イジェクタから同時吐出させた。そ
の結果、ダンパ部材１８の板厚が４５μｍ以上のヘッド
では、インク供給が不足するため吐出が不安定になり、
不吐出に至るノズルが多発した。特に、ダンパ部材１８
の板厚が７５μｍ以上のヘッドでは、音響クロストーク
の影響も現れ、単独駆動時に比べ全イジェクタを同時吐
出した場合の滴速が低下した。ダンパ部材１８の板厚７
５μｍのヘッドでは、滴速は１０％程度低下し、板厚１
００μｍのヘッドでは滴速が２０％程度低下した。

【０１１８】また、ダンパ部材の板厚が増加するにつれ
てノズルのイナータンスが増加するので、吐出効率が低
下し１５ｐｌのインク滴を吐出するために圧電素子２２
に印加する電圧が増加した。１５ｐｌの液滴を吐出する
ために圧電素子２２に印加した電圧は、ダンパ部材１８
の板厚が７５μｍの場合には板厚２５μｍの場合に比べ
約２倍、板厚１００μｍの場合には板厚２５μｍの場合
に比べ約２．５倍が必要であった。ダンパ部材の板厚
は、吐出効率の観点から１００μｍが限界であり、好ま
しくは７５μｍ以下、更に好ましくは４５μｍ以下が必
要であることを確認した。

【０１１９】一方、ダンパ部材１８の板厚が２５μｍ以
下のヘッドでは、式（１）及び式（２）を同時に満足す
るので、１５ｐｌのインク滴を２０ｋＨｚの吐出周波数
で安定吐出できることが予想された。ところが、ダンパ
部材１８の板厚が１８μｍ以下のヘッドでは、連続吐出
に伴い、不吐出に至るノズルが発生した。特に、ダンパ
部材１８の板厚が１２．５μｍと薄いヘッドでは、連続
吐出を行うと不吐出ノズルが顕著に発生した。不吐出原
因を調査した結果、ノズル１１の直下に気泡を巻き込ん
でいることを確認した。ここで、不吐出に至ったノズル
も、インクジェット記録ヘッドで通常行われる、インク
の吸引動作を実施することにより、再び吐出が可能とな
ることを確認した。

【０１２０】以上のように、ノズル１１をダンパ部材に
形成する場合には、式（１）及び式（２）を満足させる
ために、極端にダンパ部材１８の板厚を薄くすると、イ
ンク滴吐出中に気泡を巻き込むことが明らかになった。
このため、ダンパ部材１８の板厚は、少なくとも２０μ
ｍ以上に形成することが必要であることを確認した。

【０１２１】第３実施形態例 本実施形態例では、記録ヘッドを上方から見た状態が第
２実施形態例の図７と同様なので、平面図として図７を
共通に参照しつつ説明する。図１０は、本実施形態例に
おける図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。本実施形
態例の記録ヘッドでは、ダンパ部材１８に加えてノズル
プレート３０を配設した点以外の構成は第２実施形態と
同様である。

【０１２２】図１０に示すように、分岐流路１５の一面
は、ノズル１１の表層面側に配置したダンパ部材１８に
よって構成される。ダンパ部材１８の上方に、分岐流路
１５に相当する位置が繰り抜かれたノズルプレートが設
けられている。１枚の共通な弾性部材から成るダンパ部
材１８によって複数の分岐流路１５が一括して被覆さ
れ、これにより各分岐流路１５上に圧力ダンパ機構が形
成されている。本実施形態例では、主流路１６の一面も
分岐流路１５と同様にノズル１１側表層面に形成されて
おり、分岐流路１５上に設けられたダンパ部材１８で主
流路１６のノズル表層面側にも、主流路１６に対する圧
力ダンパ機構が形成されている。

【０１２３】本実施形態例では、分岐流路の幅Ｗ_dが７
００μｍ、ダンパ部材１８の板厚が２５μｍとされてい
る。ダンパ部材には、ヤング率５．７ＧＰａのポリイミ
ド樹脂フィルムを用いた。ノズル１１は、エキシマレー
ザ加工によって開口径２６μｍに形成した。インクに
は、粘度３．５ｍＰａ・ｓ、表面張力３２ｍＮ／ｍの水
性インクを使用した。

【０１２４】本実施形態例におけるノズル１１、圧力室
１２、及び分岐流路１５の音響容量は夫々、９．９×１
０^-19［ｍ⁵／Ｎ］、５．５×１０^-20［ｍ⁵／Ｎ］、１．
９×１０^-17［ｍ⁵／Ｎ］である。ｃ_p／ｃ_n＝１８．７、
ｃ_p／ｃ_c＝３３６であるため、本実施形態例では、式
（１）及び式（２）の条件を同時に満足することが理解
できる。

【０１２５】本実施形態例の記録ヘッドを用い、同時吐
出イジェクタ数を変化させながらリフィル時間を調べた
結果、第２実施形態例の記録ヘッドと同様に、全イジェ
クタを同時吐出させた場合と単独吐出させた場合とでリ
フィル時間がほぼ一致し、各イジェクタ間のリフィル時
間差も良好に抑えられていることが確認できた。また、
１５ｐｌのインク滴を２０ｋＨｚの吐出周波数で全イジ
ェクタ同時に安定吐出できることを確認した。なお、ノ
ズル１１近傍には、インク付着を防ぐための撥インク性
材料を設けた

【０１２６】第４実施形態例 本実施形態例においても、記録ヘッドを上方から見た状
態が第２実施形態例の図７と同様なので、図７の平面図
を共通に参照しつつ説明する。図１１は、本実施形態例
における図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。本実施
形態例の記録ヘッドでは、圧力ダンパ機構を記録ヘッド
の内部に形成した点で、第２及び第３実施形態例と異な
る。

【０１２７】図１１に示すように、本実施形態例の記録
ヘッドでは、インクプールからノズル１１に至るインク
経路は、ノズル１１が形成されたノズルプレート３０
と、分岐流路１５が形成されたプールプレート２７と、
ダンパ部材１８と、凹部３１が形成されたインレットプ
レート２８と、圧力室プレート２９と、加圧プレート２
１とをこの順に重ねて相互に接着することで得られてい
る。ノズル１１は、エキシマレーザ加工により、開口径
φ３０μｍとなるように形成されている。分岐流路１５
の幅は７００μｍであり、ステンレス製の薄板にエッチ
ングで形成した。

【０１２８】ダンパ部材１８には、インレット１４の一
部を構成する孔をエキシマレーザ加工によって形成し
た。ダンパ部材は、ヤング率が５．７ＧＰａ、厚さが２
５μｍのポリイミド樹脂フィルムによって構成されてい
る。インレットプレート２８には、インレット１４の丸
孔とともに、ダンパ部材１８との組合わせでエアダンパ
を構成するための凹部３１が、ハーフエッチングで形成
されている。ここで、ダンパ部材１８は一枚の共通部材
で構成され、これにより、複数の分岐流路１５に対して
一括して圧力ダンパ機構が形成されている。その他、圧
電素子２２やフレキシブル配線基板２４及びバンプ２３
の構成は、第２及び第３実施形態例と同様である。

【０１２９】本実施形態例の記録ヘッドでは、ノズル１
１、圧力室１２、及び分岐流路の音響容量が夫々、１．
８×１０^-18［ｍ⁵／Ｎ］、５．５×１０^-20［ｍ⁵／
Ｎ］、１．９×１０^-17［ｍ⁵／Ｎ］である。つまり、ｃ
_p／ｃ_n＝１０．５、ｃ_p／ｃ_c＝３３６であり、式（１）
及び式（２）を満たす条件となっている。

【０１３０】本実施形態例の記録ヘッドを用いて、第２
実施形態例と同様に同時吐出イジェクタ数を変化させな
がらリフィル時間を調べた結果、単独吐出させた場合と
全イジェクタを同時吐出させた場合とのリフィル時間は
ほぼ一致し、±１μｓの偏差であった。また、音響クロ
ストークも殆ど発生しておらず、全イジェクタ同時駆動
時の音響クロストーク発生率は、１％以下であった。

【０１３１】以上のように、圧力ダンパ機構をヘッド内
部に構成した場合にも、式（１）及び式（２）を満足す
ることにより、音響クロストークが防止でき、しかもイ
ンク供給不足を抑制し高速リフィルを実現できることを
確認することができた。

【０１３２】第５実施形態例 図１２は、本発明に係るインクジェット記録ヘッドを搭
載したインクジェット式プリンタ（インク吐出装置）の
要部を示す概念図である。このインクジェット式プリン
タ４４は、マイクロコンピュータ等から成る制御手段３
５と、加圧駆動手段３９と、ヘッド駆動手段３４と、記
録用紙３２に接触しつつ記録用紙３２を搬送する用紙送
り手段３３とを備えている。インクジェット記録ヘッド
２６は、矢印Ａで示す主走査方向に沿って順次に配列さ
れたインクジェット吐出素子２０Ａ〜２０Ｄを有する。
記録用紙３２は、用紙送り手段３３に接触されて、矢印
Ｂで示す副走査方向に搬送される。

【０１３３】ヘッド駆動手段３４により、インクジェッ
ト記録ヘッド２６を主走査方向（Ａ）に移動させ。用紙
送り手段３３は、記録用紙３２を主走査方向（Ａ）と直
交する副走査方向（Ｂ）に移動させる。

【０１３４】制御手段３５は、インクジェット式プリン
タ４４の全体を統括的に制御すると共に、ヘッド駆動手
段３４にインクジェット記録ヘッド２６の位置を指示
し、用紙送り手段３３に記録用紙３２の位置を指示す
る。つまり、制御手段３５は、加圧駆動手段３９に加圧
制御信号４１を、ヘッド駆動手段３４にヘッド制御信号
３６を、用紙送り手段３３に用紙送り制御信号３７を夫
々送信し、装置外部の上位装置から送信される外部信号
４０を、ヘッド制御信号３６、用紙送り制御信号３７及
び加圧制御信号４１に変換し、ヘッド駆動手段３４、用
紙送り手段３３及び加圧駆動手段３９に夫々送る。加圧
制御信号４１は、どの時刻に、どの単位素子の、どのア
クチュエータに、どの程度の大きさの駆動力で、どの程
度の時間駆動するかを情報として含む。

【０１３５】ヘッド駆動手段３４は、制御手段３５から
のヘッド制御信号３６に応答して、インクジェット記録
ヘッド２６を所定時刻に所定位置に位置するように駆動
する。用紙送り手段３３は、制御手段３５から送信され
る用紙送り制御信号３７に応答して、記録用紙３２が所
定時刻に所定位置に位置するように駆動する。外部信号
４０、ヘッド制御信号３６、用紙送り制御信号３７及び
加圧制御信号４１には、電気信号、光信号、或いは無線
信号を用いることが可能である。

【０１３６】インクジェット記録ヘッド２６のインクジ
ェット吐出素子２０ａ〜２０ｄ内の各圧電素子は、加圧
駆動手段３９を通じて加圧制御信号４１を受けた際に作
動し、対応する圧力室１２内のインクを加圧し、この圧
力室１２に連通するノズルからインクを吐出する。この
ように、インクジェット記録ヘッド２６の位置、記録用
紙３２の位置、及び加圧制御信号４１の印加を同期させ
ることで、記録用紙３２の印刷範囲内の任意の位置に、
所望の色及び明暗を有する色調で画像や文字等を表現す
ることができる。

【０１３７】以上のように本発明の適用により、高密度
にノズル配列したマトリクス状配列ヘッドを実現できる
ため、従来に比して多ノズル且つ小型のインクジェット
吐出素子２０ａ〜２０ｄ等のインクジェット記録ヘッド
を備えた高速印字が可能なインクジェット記録ヘッド、
及び、インクジェット記録ヘッドを搭載したより小型の
インクジェット式プリンタ等のインク吐出装置を実現す
ることができる。

【０１３８】第６実施形態例 本実施形態例は、吐出するインクに、有機ＥＬ素子用材
料を含むインクを用いた例である。本実施形態例では、
吐出塗布対象物として有機ＥＬディスプレィ用基板を用
いることにより、本発明のインクジェット記録ヘッドを
用いることで、有機ＥＬディスプレィ製造素子、有機Ｅ
Ｌディスプレィ製造ヘッド、及び有機ＥＬディスプレィ
製造装置を構成することができる。

【０１３９】有機ＥＬディスプレィ用基板は、表面及び
裏面に夫々上電極及び下電極を備える。例えば、ＰＥＤ
Ｔポリアニリン等の有機材料を下電極の材料として用い
る場合には、それらを溶解したインクを用い、上記有機
ＥＬディスプレィ製造装置により透明基板上にＰＥＤＴ
ポリアニリンを溶解したインクを吐出し、パターン形成
を行うことができる。

【０１４０】また、本インク吐出装置によって吐出塗布
してパターン化し得るその他の材料としては、例えば、
電子注入層用材料、電子輸送層用材料、発光層用材料、
正孔輸送層用材料、正孔注入層用材料、及び、上電極層
用材料を挙げることができる。３原色用の上記材料を吐
出塗布することにより、カラー表示可能な有機ディスプ
レィを製造することが可能となる。

【０１４１】第７実施形態例 本実施形態例は、吐出するインクに、有機半導体用材料
を含むインクを用いた例である。本実施形態例では、吐
出塗布対象物として有機半導体素子用基板を用いること
により、本発明のインクジェット記録ヘッドを用いるこ
とで、有機半導体素子製造素子、有機半導体素子製造ヘ
ッド、及び、有機半導体素子製造装置を構成することが
できる。この場合には、有機半導体素子用基板上にソー
ス電極及びドレイン電極を予め形成しておき、双方に跨
るように、本インク吐出装置によって有機半導体を含む
インクを吐出する。更に、固化させた後に、ソース電極
とドレイン電極との間にゲート電極パターンを形成す
る。

【０１４２】また、有機半導体層上に絶縁層を形成し、
この絶縁層上にゲート電極を形成する。或いは、有機半
導体素子用基板上にゲート電極を形成し、このゲート電
極上に絶縁層を形成し、この絶縁層上にソース電極及び
ドレイン電極パターンを形成する。更に、これらの上
に、インクジェット記録ヘッドを用いて有機半導体層を
形成する。各電極や絶縁層に有機材料を用い、有機半導
体用材料を含む溶液を本インクジェット記録ヘッドによ
って吐出塗布し、パターン化することも可能である。

【０１４３】有機半導体用材料としては、ペンタセンや
regioregular poly (3-hexylliophene)等を用いること
ができる。また、有機電極材料としては、高ドープポリ
アニリンやPEDOT等を用いることができる。絶縁材料に
は、プロセス適合性のあるものであれば種々のものを使
用することができる。

【０１４４】なお、本発明に係る第１乃至第４実施形態
例では何れも、ダンパ部材としてポリイミド系樹脂を用
いたが、フィルム状の有機化合物材料であれば同様の効
果が得られることは言うまでもない。

【０１４５】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、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は、上記実施形態例の
構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の
構成から種々の修正及び変更を施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も、本発明の範囲
に含まれる。

【０１４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
マトリクス状配列ヘッドにおいて高密度なノズル配列を
実現するとともに、簡素な構成で廉価に複数の分岐流路
に十分な音響容量を確保し、音響クロストークを抑制し
インク供給不足を防止し、高速なインクリフィル動作が
実現できる構成のインクジェット記録ヘッド、及びこの
ようなインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェッ
ト記録ヘッドを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態例のインクジェット
記録ヘッドを概略的に示す平面図である。

【図２】第１実施形態例のインクジェット記録ヘッドを
示す断面図である。

【図３】第１実施形態例のインクジェット記録ヘッドを
示す平面図である。

【図４】第１実施形態例のインクジェット記録ヘッドの
吐出特性を示すグラフ図である。

【図５】第１実施形態例の比較例を示すインクジェット
記録ヘッドに関し、ダンパ部材の板厚とノズル、圧力
室、及び分岐流路の音響容量の関係を示すグラフ図であ
る。

【図６】第１実施形態例の比較例を示すインクジェット
記録ヘッドの吐出特性を示すグラフ図である。

【図７】本発明に係る第２実施形態例のインクジェット
記録ヘッドを示す平面図である。

【図８】第２実施形態例のインクジェット記録ヘッドを
示す断面図である。

【図９】第２実施形態例のインクジェット記録ヘッドの
吐出特性を示す図である。

【図１０】本発明に係る第３実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドを示す断面図である。

【図１１】本発明に係る第４実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドを示す断面図である。

【図１２】本発明に係るインク吐出ヘッドを搭載したイ
ンクジェット式プリンタの要部を示す概念図である。

【図１３】本発明に係る第１乃至第３実施形態例のイン
クジェット記録ヘッドの等価電気回路を示す回路図であ
る。

【図１４】インクプールに求められる特性を説明するた
めのグラフ図である。

【図１５】インクプールに求められる特性を説明するた
めの別のグラフ図である。

【図１６】従来のインクジェット式記録ヘッドの要部構
成を示す断面図である。

【図１７】図１６の要部構成を示す平面図である。

【図１８】従来のインクジェット式記録ヘッドの別の要
部構成を示す断面図である。

【図１９】図１８の要部構成を示す斜視図である。

【図２０】リフィル動作時のメニスカスの動きを説明す
るための模式図である。

【図２１】リフィル動作時のメニスカスの動きを説明す
るためのグラフ図である。

【符号の説明】 １１：ノズル １２：圧力室 １３：圧力発生手段 １４：インレット １５：分岐流路 １６：主流路 １７：インクプール １８：ダンパ部材 １９：インク供給口 ２０：インクジェット吐出素子 ２１：加圧プレート ２２：圧電素子 ２３：バンプ ２４：フレキシブル配線基板 ２５：イジェクタプレート ２６：インクジェット記録ヘッド ２７：プールプレート ２８：インレットプレート ２９：圧力室プレート ３０：ノズルプレート ３１：凹部 ３２：記録用紙 ３３：用紙送り手段 ３４：ヘッド駆動手段 ３５：制御手段 ３６：ヘッド制御信号 ３７：用紙送り制御信号 ３９：加圧駆動手段 ４０：外部信号 ４１：加圧制御信号 ４４：インクジェット式プリンタ ４５：メニスカス ４６：インク滴 ６１：ノズル形成プレート ６２：インクプールプレート ６３：絞り形成プレート ６４：封止プレート ６５：圧力室形成プレート ６６：加圧プレート ６７：圧電素子 ６８ａ：上部電極 ６８ｂ：下部電極 ６９：インクプール ７０：連通孔 ７１：圧力室 ７２：インク連通孔 ７３、７５：ノズル ７４：イジェクタアレイ ７６：圧力室 ７７：インク通路 ７９：インク供給溝 ８０：連通孔 ８１：枝路 ８２：ノズル板 ８３：分配板 ８４：キャビティ板 ８５：加圧プレート ８６：圧電素子 Ａ：主走査方向 Ｂ：副走査方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石山 敏規 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 奥田 真一 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 2C056 EA01 EA26 FA04 FC01 HA05 HA19 2C057 AF06 AF08 AF41 AF79 AF99 AG14 AP12 AP13 AP23 AP25 AP34 AP52 BA04 BA14 2H086 BA59

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク供給口と、該インク供給口を介し
   て外部からインクが供給されるインクプールと、マトリ
   クス状に配列された複数のイジェクタとを備えたインク
   ジェット記録ヘッドであって、 前記インクプールが、前記インク供給口に連通する主流
   路と、該主流路から分岐する複数の分岐流路とを備え、
   各イジェクタが、前記分岐流路に連通する圧力室と、該
   圧力室内に充填されたインクに圧力波を発生させる圧力
   発生手段と、前記圧力波で圧縮された前記圧力室内のイ
   ンクを吐出するノズルとを備え、 前記分岐流路を構成する壁面の少なくとも一つが、前記
   分岐流路内の圧力変化に応じて弾性変形するダンパ部材
   によって構成され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】 前記ダンパ部材が、前記複数の分岐流路
   に対して共通な一部材によって構成されることを特徴と
   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】 前記ダンパ部材が、前記イジェクタ１個
   当たりの前記分岐流路の音響容量をｃ_p、前記ノズルの
   音響容量をｃ_nとするとき、次式 ｃ_p＞１０ｃ_n を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記ダンパ部材が、前記イジェクタ１個
   当たりの前記分岐流路の音響容量をｃ_p、前記圧力室の
   音響容量をｃ_cとするとき、次式 ｃ_p＞２０ｃ_c を満足することを特徴とする請求項１又は２に記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 前記複数のイジェクタに備えたノズルの
   夫々が記録ヘッド本体の一方の面に設けられ、前記ダン
   パ部材は前記一方の面側に配設されることを特徴とする
   請求項１〜４の何れか１項に記載のインクジェット記録
   ヘッド。
6. 【請求項６】 前記ノズルが形成されたノズルプレート
   を備え、該ノズルプレートが前記ダンパ部材によって構
   成されることを特徴とする請求項５に記載のインクジェ
   ット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記ノズルプレートの板厚が２０μｍ以
   上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記
   載のインクジェット記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記ダンパ部材がフィルム状の有機化合
   物から成ることを特徴とする請求項１〜７の内の何れか
   １項に記載のインクジェット記録ヘッド。
9. 【請求項９】 前記有機化合物が、アクリル系樹脂、ア
   ラミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、芳香族ポリアミド系
   樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ナイ
   ロン系樹脂、又はポリエチレン系樹脂から成ることを特
   徴とする請求項８に記載のインクジェット記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記圧力発生手段が、圧電素子と、該
    圧電素子の変位を前記圧力室内のインクに伝える加圧プ
    レートとを備え、前記圧力発生手段による吐出可能な最
    大滴量が１５ｐｌ以上であることを特徴とする請求項１
    〜９の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記圧電素子及び加圧プレートを備え
    る前記圧力発生手段は、前記圧電素子の伸縮変形により
    前記加圧プレートが撓み変形する圧電アクチュエータに
    よって構成されることを特徴とする請求項１０に記載の
    インクジェット記録ヘッド。
12. 【請求項１２】 前記インクが印刷用インクから成るこ
    とを特徴とする請求項１〜１１の内の何れか１項に記載
    のインクジェット記録ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記インクが有機ＥＬ素子用材料を含
    むことを特徴とする請求項１〜１１の内の何れか１項に
    記載のインクジェット記録ヘッド。
14. 【請求項１４】 前記インクが有機半導体用材料を含む
    ことを特徴とする請求項１〜１１の内の何れか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１〜１４の内の何れか１項に記
    載のインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記
    録ヘッドを主走査方向に移動させる第１駆動手段と、イ
    ンク吐出対象物を前記主走査方向と直交する副走査方向
    に移動させる第２駆動手段と、前記第１駆動手段に前記
    インクジェット記録ヘッドの位置を指示すると共に、前
    記第２駆動手段に前記インク吐出対象物の位置を指示す
    る制御手段とを備えることを特徴とするインクジェット
    記録装置。