JP2003127363A - 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
配列ヘッドにおいて、ノズル配列密度の高くし、高品位
で高速に記録のできるインクジェット記録ヘッドを提供
する。 【解決手段】 ノズル２が２次元的に配列されたインク
ジェット記録ヘッドにおいて、圧力発生室１と共通流路
４とは、重なり合うように配置され、かつ、共通流路４
は、幅が広い部分と幅が狭い部分を有するくびれ形状と
なっている。共通流路４をくびれ形状とすることによ
り、その幅を部分的に拡大し、共通流路４に十分な音響
容量を確保する。このため、ノズルピッチＰ_cを狭く設
定しても、安定した記録が可能になり、ノズル密度の高
いインクジェット記録ヘッドを実現できる。

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】圧電アクチュエータ等の圧力発生手段を
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
通したノズルからインク滴を吐出するドロップオンデマ
ンド型インクジェットは一般によく知られている（特公
昭５３−１２１３８号公報、特開平１０−１９３５８７
号公報）。

【０００３】図２３は、上記公報などで公知のインクジ
ェット記録装置におけるイジェクタの一例を示してい
る。イジェクタ１０は、共通流路４、エアダンパ２６、
インク供給路５、振動板８、圧電アクチュエータ３、圧
力発生室１、及びノズル２により構成される。通常１つ
のイジェクタ１０は、１つのノズル２を持つ。圧力発生
室１には、インクを吐出するためのノズル２と、共通流
路４を介してインクタンク（図示せず）からインクを導
くためのインク供給路５が連通している。エアダンパ２
６は、共通流路４の上方に設けられ、圧力を吸収する。
また、圧力発生室１の底面には振動板６が設けられ、振
動板６の外部には圧電アクチュエータ７が取り付けられ
ている。

【０００４】インク滴８の吐出時には、圧電アクチュエ
ータ７は、振動板６を変位させ、圧力発生室１に体積変
化を生じさせ、圧力波を発生させる。この圧力波によっ
て、圧力発生室１の中に充填されていたインクの一部が
ノズル２を通って外部に噴射され、インク滴８となって
飛翔する。飛翔したインク滴８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
って、記録媒体上に文字や画像が記録される。

【０００５】図２４は、インク滴８の吐出前後における
ノズル２のメニスカス動作を模式的に示している。同図
（ａ）に示すように、初めほぼ平坦な状態であったメニ
スカス９は、圧力発生室１が圧縮されるとノズル２の外
部に向かって移動し、インク滴８を吐出させる（同図
（ｂ））。インク滴８の吐出直後は、ノズル２内部のイ
ンク量が減少するため、凹形状のメニスカス９が形成さ
れる（同図（ｃ））。図中に示すｙは、この吐出後のメ
ニスカス９の変位量である。凹形状になったメニスカス
９は、インクの表面張力の作用によって同図（ｄ）、
（ｅ）に示す状態を経て、徐々にノズル２の開口部まで
復帰し、やがて吐出前の状態に回復する（同図
（ｆ））。

【０００６】図２５は、インク滴８の吐出直後における
メニスカス９の位置変化を示す。吐出直後（ｔ＝０）に
大きく後退したメニスカス９（ｙ＝−６０μｍ）は、同
図に示すように振動しながら初期位置（ｙ＝０）に復帰
する。こうしたインク滴８の吐出後におけるメニスカス
９の復帰動作のことを、リフィルと呼び、インク滴８の
吐出後に、最初にメニスカス９がノズル２の開口面に復
帰するまでの時間をリフィル時間（ｔ_r）と呼ぶ。

【０００７】インクジェット記録ヘッドでは、記録速度
を左右する最大のパラメーターは、ノズル２の数であ
る。ノズル２の数が多いほど、単位時間当たりに形成で
きるドット数が多く、記録速度を向上することができ
る。そのため、通常のインクジェット記録装置では、イ
ジェクタ１０を複数連結したマルチノズル型の記録ヘッ
ドが多く用いられる。図２６は、イジェクタ１０を１次
元配列した記録ヘッドを示している。記録ヘッドは、イ
ンクタンク２０、インク管路１８ａ、１８ｂ、フィルタ
１９、及びイジェクタ１０により構成される。インクタ
ンク２０は、インク管路１８ａ、１８ｂ及びフィルタ１
９を介して共通流路４と接続されており、この共通流路
４に複数のイジェクタ１０が連通している。

【０００８】しかし、このようなイジェクタ１０を１次
元的に配列する構造では、イジェクタ１０の数をそれほ
ど増やすことはできず、通常１００個程度が上限といわ
れている。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の数を増加させたイ
ンクジェット記録ヘッド（以下、マトリクス配列ヘッド
と呼ぶ）がこれまでいくつか提案されている（特開平１
−２０８１４６号公報、特表平１０−５０８８０８号公
報など）。

【０００９】図２７は、マトリクス配列ヘッドの一例を
示している。図２６の記録ヘッドとは、第２共通流路１
６を新たに備え、共通流路４が複数存在する点で相違す
る。それぞれの共通流路４は、第２共通流路１６に連通
しており、イジェクタ１０は各共通流路４に複数接続さ
れている。こうしたマトリクス配列ヘッド構造は、イジ
ェクタ１０の数を増加させるのに非常に有効である。例
えば、共通流路４の数を２６とし、各共通流路４に１０
個のイジェクタ１０を接続することにより、２６０個の
イジェクタ１０を配列させることが可能となる。

【００１０】図２８は、特表平１０−５０８８０８号公
報に記載されているインクジェット記録ヘッドを示して
おり、（ａ）はイジェクタ１０の断面を、（ｂ）はイジ
ェクタ１０の配置を模式的に示している。同図（ａ）に
示すように、インクジェット記録ヘッドは、圧力発生室
１、ノズル２、運通路３、インク供給路５、振動板６、
圧電アクチュエータ７、及び流路２３から構成される。
このインクジェット記録ヘッドは、ノズルプレート１
１、流路プレート２５、及び振動板６を張り合わせるこ
とにより形成される。隔壁２７は、圧力発生室１の圧力
が、流路２３へ伝わらない厚みを有している。同図
（ｂ）に示すように、流路２３は、流路２４に連通して
いる。この流路２３は、図２７の共通流路４に相当し、
流路２４は第２共通流路１６に相当する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図２７、２
８に示したような従来のマトリクス配列ヘッドでは、第
１の課題として、共通流路４を挟んだノズル２の間隔
（ノズルピッチＰ_c）を小さく設定することができず、
結果的にイジェクタ１０の配列密度（単位面積当たりの
ノズル数）をあまり高くすることができないという問題
があった。

【００１２】図２９は、マトリクス配列ヘッドの等価電
気回路を示す。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、ｐ’は第２共通流路をそれぞれ意味している。イジ
ェクタ１０を２次元的に配列したマトリクス配列ヘッド
では、図２９に示すように、多数のイジェクタ１０が共
通流路４及び第２共通流路１６によって連通している。
そのため、同一共通流路４に連通したイジェクタ１０の
数が多い場合は、近接するイジェクタ１０間のクロスト
ーク（圧力干渉）等を抑制する必要があり、共通流路４
には大きな音響容量を確保する必要がある。

【００１３】しかし、後述するように、共通流路４の音
響容量を増加させるためには、共通流路４の幅を大きく
設定する必要がある。そのため、従来のマトリクス配列
ヘッドでは、共通流路４を挟んで対向するノズル２間の
ノズルピッチＰ_cが大きくなり、高いノズル配列密度を
実現することができなかった。

【００１４】更に、従来のマトリクス配列ヘッドにおけ
る第２の課題として、大径のインク滴８を複数イジェク
タ１０から短い周期で複数のイジェクタ１０から同時に
吐出（高周波同時吐出）させた場合に、吐出状態が不安
定化するという問題があった。図３０は、従来のマトリ
クス配列ヘッドを用いて、インク滴８の滴体積、吐出周
波数を変化させて、吐出の安定性を調べた結果の一例で
あり、（Ａ）はインク滴体積２０ｐｌ、（Ｂ）はインク
滴体積３０ｐｌの時の結果を示す。なお、吐出の安定性
はインク滴８の飛翔速度（滴速）の変化として評価し
た。

【００１５】グラフ（Ａ）に示すように、滴体積２０ｐ
ｌのインク滴をマトリクス配列された２６０個のイジェ
クタ１０から同時に吐出した場合には、１０ｋＨｚ以上
の吐出周波数で滴速の不安定化が確認され、１５ｋＨｚ
以上で不吐出となった。このときのインク滴８の吐出状
態をストロボ観察した結果、１０ｋＨｚ以上の吐出周波
数では、大径の滴と小径の滴が交互に吐出されるような
吐出状態が多く観察され、滴径や滴速がランダムに変化
する場合も観測された。また、滴体積を３０ｐｌに増加
した場合には、グラフ（Ｂ）に示すように７ｋＨｚ以上
の吐出周波数で同様の吐出不安定化が観察された。

【００１６】実験評価の結果、上記の吐出不安定化現象
は、同時吐出させるイジェクタ１０の数が多い場合や、
吐出周波数が高い場合、あるいは吐出させるインク滴８
の径が大きい場合などに発生しやすいことがわかった。
また、吐出不安定化が発生すると、同じ共通流路４に接
続された全てのイジェクタ１０がほぼ同様に不安定化す
ることが確認された。こうした観察結果から考えると、
上記吐出不安定化現象は、各イジェクタ１０間の音響的
なクロストークに起因したものではなく、従来問題視さ
れたことのない新たな吐出不安定化現象であるといえ
る。

【００１７】上記のような吐出不安定化現象が発生する
と、インク滴８の滴体積や滴速が非常に不安定となるた
め、出力画像の品質が大幅に低下してしまう。また、不
安定化の度合いが著しい場合には、ノズル２内部に気泡
を巻き込み、不吐出を生じさせてしまうこともある。こ
うした吐出不安定化現象が発生するため、従来のマトリ
クス配列ヘッドでは、大径のインク滴８を多数のイジェ
クタ１０から高周波同時吐出させることができず、高速
記録に有利というマトリクス配列ヘッドの特徴を十分に
発揮させることができなかった。

【００１８】本発明は、ノズル配列密度の高いマトリク
ス配列ヘッドを低い製造コストで実現し、更に大径イン
ク滴を複数イジェクタから高周波同時吐出させる際に発
生する吐出不安定化現象を抑制し、安定した高速記録を
可能とするマトリクス配列ヘッドを提供することを目的
とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、インクジェ
ット記録ヘッドのイジェクタ間で発生するクロストーク
を防止するために、種々の検討を重ねた結果、以下の知
見に想到し、本発明を成すに至った。ここで、共通流路
４の音響容量と、共通流路４の幅とは密接な関係があ
る。共通流路４の音響容量ｃ_vは、共通流路壁の剛性が
高い場合には、下式で表わされる。Ｖ_pは共通流路４の
容積［ｍ³］、κはインクの弾性係数［Ｐａ］、Ｋ₁は共
通流路壁の剛性に依存する補正係数であり、通常は０．
３〜０．７程度の値となる。 ｃ_v＝Ｖ_p／（κ Ｋ₁) （１） 共通流路４の音響容量は共通流路の容積Ｖ_pに比例す
る。共通流路４の高さには上限があるため（通常１００
〜２００μｍ程度）、大きな音響容量（容積）を確保す
るためには、共通流路４の幅を大きく設定する必要があ
る。

【００２０】また、図２３に示すように、共通流路４の
一部に剛性の小さなエアダンパ２６を付与することによ
って、共通流路４の音響容量を増加させることもでき
る。この場合、エアダンパ２６によって共通流路４に付
与される音響容量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とすると次式から算出できる。

【数１】 すなわち、エアダンパ２６により付与される音響容量ｃ
_dはエアダンパ幅Ｗ_dの５乗に比例する。図２３に示すイ
ンクジェット記録ヘッドでは、エアダンパ２６の幅は、
共通流路４の幅であるので、音響容量ｃ_dを大きな値に
設定するためには、共通流路４の幅を大きく設定する必
要がある。共通流路の全体の音響容量ｃ_pは、ｃ_vとｃ_p
を足した値となる。

【００２１】上記のように、共通流路４に大きな音響容
量を確保するためには、共通流路４の幅を大きく設定す
る必要がある。しかし、図２８に示したような従来のマ
トリクス配列ヘッドでは、共通流路４に大きな幅を確保
するためには、ノズルピッチＰ_c、を非常に大きく設定
しなければならず、そのためノズルの配列密度が減少し
てしまう。すなわち、共通流路を直線状に形成した図２
８に示したような従来のマトリクス配列ヘッドでは、構
造上の要件から、ノズルピッチＰ_cを次の条件式を満足
するように設定するしかなかった。ここで、Ｗ_Pは流路
２３の所要幅、ｄ_Tは連通路３の径、Ｗ_W1は連通路３と
流路２３の間の隔壁幅である。 Ｐ_c≧Ｗ_p＋ｄ_T＋２Ｗ_W1 （３） これは、このマトリクス配列ヘッドでは、流路２３の同
一平面内に連通路３が形成されており、両者は隔壁２７
によって分離されていなければならないためである。

【００２２】連通路３には、ノズル２にインクを低い流
体抵抗で導くと同時に、インク滴８の吐出方向を安定化
させるという機能が求められる。このため、ある程度大
きな径が必要となり、一般的なインクジェット記録ヘッ
ドでは１００〜１５０μｍ程度である。また、連通路３
と流路２３の間の隔壁２７は、ノズルプレート等との接
合を実行するために、ある程度の幅が必要になる。例え
ば、流路プレート２５とノズルプレート１１を接着剤に
よって接合する場合には、隔壁２７の幅を１００μｍ以
上に設定しないと接着不良が発生しやすくなる。接着不
良が発生すると、連通路３と流路２３の間で圧力波リー
クが発生し、正常な圧力波発生が実行できなくなるとい
った問題が生じる。このように、連通路径ｄ_T及び隔壁
幅Ｗ_W1には一定以上の大きさが必要となるため、直線状
の流路２３を有する従来のマトリクス配列ヘッドでは、
ノズルピッチＰ_cを小さく設定し、高いノズル配列密度
を実現することが困難であった。

【００２３】上記知見に基づいて、本発明のインクジェ
ット記録ヘッドは、それぞれが圧力発生室、該圧力発生
室に連通するノズル、及び、圧力発生手段を含み２次元
的に配列された複数個のイジェクタと、イジェクタを複
数個連結する共通流路を含むインク供給系とを有し、共
通流路を通じて圧力発生室にインクが充填され、圧力発
生手段によって圧力発生室内のインクに圧力変化を生じ
させ、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、共通流路が圧力発生室と平面的に
重なり合うように配置されており、かつ、幅が広い部分
と幅が狭い部分とを有するくびれ形状であることを特徴
とする。

【００２４】くびれ形状の形態としては、共通流路を挟
んで対向する２つのノズルの間で幅が小さく、それ以外
の部分では幅が広くなるように設定されていることが好
適である。本発明のインクジェット記録ヘッドでは、共
通流路をくびれ形状とすることにより、共通流路の幅を
部分的に大きく拡大している。これにより、ノズルピッ
チＰ_cを従来ヘッドより小さく設定しても、十分な音響
容量を確保することが可能となる。本発明のインクジェ
ット記録ヘッドでは、共通流路の幅をＷ₁、共通流路間
での隔壁幅をＷ_W2とした場合（図５参照）、ノズルピッ
チＰ_cを次の範囲に設定することが可能となる。 Ｐ_c≧Ｗ₁＋Ｗ_W2 （４） Ｗ_W2はＷ_W1とほぼ同程度の値となるが、共通流路間での
圧力波リークは吐出特性に大きな問題を発生させないこ
とから、Ｗ_W2はＷ_W1よりも小さく設定することも可能で
ある。つまり、本発明のインクジェット記録ヘッドで
は、ノズルピッチＰ _cを従来のマトリクス配列ヘッドに
比べ、少なくとも（ｄ_T＋Ｗ_W1）の分だけ減少させるこ
とができ、ノズルの配列密度を大幅に増加することが可
能となる。

【００２５】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
は、ノズルを形成する部材が共通流路のエアダンパを兼
ねることを特徴とする。これにより、少ない部材で共通
流路のエアダンパを構成することができ、ノズル配列密
度の高いインクジェット記録ヘッドを低い製造コストで
実現できるという効果が得られる。

【００２６】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、ノズルを形成する部材が樹脂フィルムで構成され
る。これにより、エアダンパに大きな音響容量を確保す
ることができ、幅の狭い共通流路で所要とする音響容量
を得られ、ノズルの配列密度を更に増加させることが可
能となる。

【００２７】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
は、共通流路の音響容量ｃ_pが次の条件式を満足するよ
うに設定される。 ｃ_p＞２０ｃ_c これにより、各イジェクタ間の音響的クロストークの発
生を防止することができ、吐出特性の均一性及び安定性
が高いインクジェット記録ヘッドを実現できるという効
果が得られる。

【００２８】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
は、共通流路の音響容量ｃ_pが次の条件式を満足するよ
うに設定される。 ｃ_p＞１０ｃ_n これにより、複数イジェクタを同時吐出させたときのリ
フィル時間増加を防止することができ、吐出特性の均一
性及び安定性を更に向上できるという効果が得られる。

【００２９】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、ノズルからインク滴を連続吐出した際のリフィル
時間が、インク供給系内の準定常的インク流れによって
生じる共通流路内の圧力降下によって、意図する吐出周
期よりも大きくならないように、インク供給系の流路抵
抗が設定される。

【００３０】更に、ノズルからインク滴を連続吐出した
際の共通流路の圧力降下が８００Ｐａ以下となるように
インク供給系の流路抵抗が設定される。

【００３１】これにより、大径インク滴を複数イジェク
タから高周波同時吐出した際に発生する吐出不安定化現
象を抑制でき、高速記録に適したインクジェット記録ヘ
ッドを実現することが可能となる。

【００３２】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、くびれ形状部分における共通流路の平面形状が滑
らかな曲線によって構成される。これにより、共通流路
内でのインク流れを均一化し、共通流路内での気泡残留
を防止することができるため、信頼性の高いインクジェ
ット記録ヘッドを実現することが可能となる。

【００３３】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、インク供給系が、複数の共通流路と、この複数の
共通流路を連結する第２共通流路とを含み構成さる。こ
れにより、多数のイジェクタに対して効率的にインク供
給を行うことができ、ヘッド全体のサイズを減少できる
という効果が得られる。

【００３４】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、第２共通流路に、インクを供給するためのインク
供給口が、第２共通流路の中央付近に設けられる。これ
により、第２共通流路の所要幅を低減することができ、
ヘッドサイズを減少できるという効果が得られる。

【００３５】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、第２共通流路に、インクを供給するためのインク
供給口が複数設けられる。これにより、第２共通流路の
所要幅を低減することができ、ヘッドサイズを減少でき
ると共に、ゴミ等による流路詰まりの影響を受け難いイ
ンクジェット記録ヘッドを実現することができる。

【００３６】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、第２共通流路が複数具備される。これにより、第
２共通流路の所要幅を低減でき、ヘッドサイズを減少で
きると共に、第２共通流路内での気泡残存を防止するこ
とができるという効果が得られる。

【００３７】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、共通流路がインクジェット記録ヘッドの主走査方
向にほぼ平行となるように配置され、第２共通流路が主
走査方向にほぼ垂直となるように配置される。これによ
り、副走査方向のヘッド全長を短く設定することができ
るため、記録媒体搬送用のローラ間距離を短く設定し、
記録媒体の搬送を安定化できるという効果が得られる。

【００３８】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、共通流路がインクジェット記録ヘッドの主走査方
向にほぼ垂直となるように配置され、第２共通流路が主
走査方向にほぼ平行となるように配置される。これによ
り、主走査方向のヘッド全幅を短く設定することがで
き、高速記録に更に有利なインクジェット記録ヘッドを
実現することができる。

【００３９】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
では、複数の共通流路を二つ以上のグループに分け、各
グループの共通流路をそれぞれ別々の第２共通流路に接
続させる。これにより、共通流路及び／又は第２共通流
路の所要断面積を低減することができ、ノズル配列密度
を更に増加させることができるという効果が得られる。

【００４０】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インクジェット記録ヘッドを備えていることを特徴とす
る。このようなインクジェット記録装置によると、極め
て高い記録速度を有するインクジェット記録装置を実現
することができる。

【００４１】

【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、本発明について更に詳しく説明す
る。

【００４２】第１実施形態例 図１は、第１実施形態例のインクジェット記録ヘッドの
イジェクタ１０の断面を示している。イジェクタ１０
は、圧力発生室１、ノズル２、運通路３、共通流路４、
インク供給路５、振動板６、及び圧電アクチュエータ７
を含み構成される。

【００４３】圧力発生室１はインク供給路５を介して共
通流路４に連通しており、圧力発生室１内にインクが充
填される。圧力発生室１には、インク滴８を吐出するた
めのノズル２が連通している。また、圧力発生室１の底
面は振動板６となっており、振動板６には圧力を発生す
る圧電アクチュエータ（圧電振動子）７が取り付けられ
る。この圧電アクチュエータ７に駆動電圧を印加する
と、圧電アクチュエータ７がたわみ、振動板６を介して
圧力発生室１を膨張又は圧縮させる。圧力発生室１に体
積変化が生じると、圧力発生室内１に圧力波が発生す
る。この圧力波の作用によってインクが力を受け、ノズ
ル２から外部へ排出されることによりインク滴８が形成
される。

【００４４】図２は、図１のイジェクタ１０を２次元的
に配列したインクジェット記録ヘッドの構成を示してい
る。インクジェット記録ヘッドは、ノズルプレート１
１、共通流路プレート１２、供給路プレート１３、圧力
発生室プレート１５、及び振動板６の計５枚のプレート
で構成される。これらを接着剤によって積層接合するこ
とにより、アレイ状に配列された複数のイジェクタ１０
と、インク供給路１７を介してインクが供給される第２
共通流路１６とが形成される。本実施形態例のインクジ
ェット記録ヘッドでは、共通流路４と圧力発生室１とを
平面的に重なるように配置し、共通流路４がくびれ形状
を持つことで音響容量を確保し、クロストークの発生を
防ぐ。

【００４５】図２に示すように、共通流路４は、ヘッド
の主走査方向にほぼ平行となるように配置され、副走査
方向にほぼ平行となるように配置された第２共通流路１
６と連通している。第２共通流路１６は、インク供給口
１７を介してインクタンク（図示せず）と連通してお
り、各共通流路４にインクを供給する役割をする。共通
流路４には、圧力発生室１が連通している。本実施形態
例では、第２共通流路１６に２６本の共通流路４を連通
し、それぞれの共通流路４に１０個のイジェクタ１０を
配設したことで、ノズル数が２６０個のインクジェット
記録ヘッドとなった。

【００４６】図３は、本実施形態例におけるイジェクタ
１０の配列方法を模式的に示している。同図(ａ)に示す
ように、同一共通流路４に連通したイジェクタ１０は、
それぞれ副走査方向にＰ_G（＝Ｐ_c／ｎ ；ｎは同一共通
流路４に接続されているイジェクタ１０の数）だけずら
して配置されており、ヘッドを主走査方向に走査する過
程において、吐出タイミングをずらしながら各列のイジ
ェクタ１０からインク滴８を吐出することにより、ピッ
チＰ_Gのドット列が形成される。同図（ｂ）は、本実施
形態例における各イジェクタ１０列の吐出タイミングを
表わしている。本実施形態例では、列間の距離Ｐ_nを６
００μｍ、ヘッドの走査速度を１ｍ／ｓに設定してい
る。従って、各列の吐出タイミングを６００μｓずらし
て吐出させることで、同図（ｂ）のように主走査方向に
対して同じ位置にドットを着弾させることができる。こ
のように、ピッチＰ_Gの小さなドット列を一回のヘッド
走査によって形成できることが、マトリクス配列ヘッド
の大きな特長の一つである。

【００４７】本実施形態例では、ノズルプレート１１に
厚さ２５μｍ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っ
て、開口径２５μｍのノズル２を形成した。後述するよ
うに、このノズルプレートは共通流路のエアダンパ２６
としても機能する。供給路プレート１３には、厚さ７５
μｍのステンレス板を用い、プレスによって開口径２６
μｍのインク供給路５を形成した。共通流路プレート１
２及び圧力発生室プレート１５には、厚さ１２０μｍの
ステンレス板を用い、ウェットエッチングによって流路
パターンを形成した。

【００４８】圧力発生室１は、一辺の長さが４００μ
ｍ、アスペクト比（縦横比）が１の四角形とし、圧力発
生室１の角部には、インク流れの淀みを防止するために
Ｒ形状を付与した。共通流路４は、図１に示すように、
圧力発生室１と平面的に重なり合うように配置されてい
る。なお、平面的に重なり合うとは、ヘッドの走査面側
から見て重なり合うことをいう。以下単に重なり合うと
も称する。このように、共通流路４を圧力発生室１と重
なり合うように配置すると、共通流路４と圧力発生室１
とを同一平面内に配置した場合に比べ、小さい面積の中
に共通流路４と圧力発生室１とを効率的に配置できるた
め、ヘッドの小型化（イジェクタ１０の高密度配列）に
有利となる。振動板６には、厚さ１０μｍのステンレス
板を用い、また圧電アクチュエータ７には、厚さ３０μ
ｍの単板状圧電セラミクスを用いた。

【００４９】図４は、圧電アクチュエータ７に印加した
駆動電圧波形の一例である。本駆動電圧波形は、圧力発
生室１を圧縮する方向に電圧を変化させる第１電圧変化
（昇圧）プロセス５１と、印加電圧を元のバイアス電圧
（Ｖ_b）に戻すための第２電圧変化（降圧）プロセス５
２により構成されている。本実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドでは、Ｖ₁を３０Ｖに設定した際に滴体積
２０ｐｌのインク滴を吐出することが可能であった。ま
た、単ノズル駆動時のリフィル時間（ｔ_r）は３５μｓ
であった。

【００５０】図５は、イジェクタ１０の配列を模式的に
示している。なお、図３に示すピッチＰ_Gのノズル位置
ずれは、省略して示している。図５は、図１のＡ−Ａ矢
視図である。共通流路４の幅は、共通流路４を挟んで対
向するノズルＡ−Ｂ間で最小（Ｗ₂）となり、共通流路
４に沿って隣接するノズルＡ−Ｃ間で最大（Ｗ₁）とな
るようなくびれ形状をしている。共通流路４をこのよう
なくびれ形状にしているため、共通流路４には部分的に
大きな幅（Ｗ₁）を確保することができ、大きな音響容
量を得ることができる。つまり、共通流路を直線状とし
た従来ヘッドと比較すると、小さなノズルピッチＰ_cで
共通流路に必要とされる音響容量を確保することが可能
になる。

【００５１】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
では、共通流路４の最大幅（Ｗ₁）を５００μｍ、連通
路３の径（ｄ_T）を１５０μｍ、連通路３と共通流路４
の間の隔壁４０の幅Ｗ_W1を１００μｍ、共通流路４間の
隔壁４１の幅Ｗ_W2を１００μｍに設定した。このため、
共通流路4を挟んで隣接するノズル２間のノズルピッチ
Ｐ_cは、６００μｍ（＝Ｗ₁＋Ｗ_W2）となり、共通流路４
の最小幅（Ｗ₂）は、２５０μｍ（＝Ｐ_c−ｄ_T−２
Ｗ_W1）となった。共通流路４に沿って隣接するノズル２
間のノズルピッチＰ_nは６００μｍに設定した。

【００５２】共通流路４の上面は、剛性の低いノズルプ
レート１１で構成され、この部分がエアダンパ２６とし
て機能する。このインクジェット記録ヘッドでは、１つ
のイジェクタ１０当たりの共通流路４（エアダンパ２
６）の音響容量ｃ_p（≒ｃ_d）は、式（１）及び（２）か
ら、約８．４×１０^-18ｍ⁵／Ｎとなる。

【００５３】ここで、共通流路４に必要とされる音響容
量について、本発明者が明らかにした知見について説明
する。本発明者は、本実施形態例のインクジェット記録
ヘッドについて、図６に示す回路モデルを用いた等価回
路解析を行い、また実際のインク滴吐出実験を行った。
その結果、共通流路４を介した音響的クロストークの発
生率は、共通流路４の音響容量ｃ_pと圧力発生室１の音
響容量ｃ_cの比率に依存し、 ｃ_p＞２０ｃ_c （５） の条件を満たせば、クロストークの発生を防止できるこ
とを見出した。なお、図６の等価回路は、一つの共通流
路４を切り出した回路モデルである。

【００５４】圧力発生室１の音響容量ｃ_cは、圧力室容
積をＶ_c［ｍ³］、インクの弾性係数をκ［Ｐａ］、圧力
発生室の剛性等に依存する補正係数をＫ₂とすると、次
式で表わされる。 ｃ_c＝Ｖ_c／（κ・Ｋ₂） （６） また、共通流路４の音響容量ｃ_pは、式（１）及び式
（２）によって求められる。なお、音響容量ｃ_pはイジ
ェクタ１個当たりの音響容量であり、例えば、共通流路
４全体の音響容量が１×１０^-17ｍ⁵／Ｎであり、その共
通流路４に１０個のイジェクタ１０が均等に接続されて
いる場合、ｃ_pは０．１×１０^-17ｍ⁵／Ｎとなる。イジ
ェクタ１０が均等配置されていない場合には、配置状態
に対応して共通流路４の音響容量を各イジェクタ１０に
配分する。本実施形態例では、６００μｍのピッチ（Ｐ
_n）でイジェクタ１０が均等配置されているため、式
（２）においてエアダンパ２６の長さをｌ_d＝６００μ
ｍとして計算すれば、イジェクタ１個当たりの音響容量
を求めることができる。

【００５５】図７は、ｃ_p／ｃ_cを変化させてクロストー
クの発生率変化を調べた結果を示している。クロストー
ク発生率は、１個のイジェクタ１０を単独吐出させた場
合の滴速ｖ₁と、全イジェクタ１０を同時吐出させた際
の滴速ｖ₂から（ｖ₂−ｖ₁）／ｖ₁として評価した。図７
のグラフから、ｃ_p／ｃ_cの増加に伴ってクロストーク発
生率が減少し、ｃ_p＞２０ｃ_cの条件を満たせば、クロス
トーク発生率を１０％以下に抑えることができることが
わかる。また、０．１＜ｃ_p／ｃ_c＜１０の範囲内では、
クロストークの発生率が非常に大きくなった。これは、
圧力発生室１から伝播した圧力波によって共通流路４内
に圧力波が生じるが、０．１＜ｃ_p／ｃ_c＜１０の条件で
は、共通流路４内の圧力波と圧力発生室１内の圧力波の
振動周波数が近くなり、一種の共振現象が発生するため
と考えられる。

【００５６】実際に、本実施形態例のインクジェット記
録ヘッドにおいて、エアダンパ２６の幅及び材質を変化
させ、ｃ_p／ｃ_cが異なるヘッドを複数試作してクロスト
ークの発生率を調べたところ、図７に示すように、等価
回路解析結果と非常によく一致する結果が得られた。な
お、厳密には、共通流路４のイナータンスｍ_pや音響抵
抗ｒ_pも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非常に小さ
く、クロストークの発生率は上記のようにｃ_p／ｃ_cによ
って支配されると考えてよい。

【００５７】また、本発明者は、図８に示した回路モデ
ルを用いた等価回路解析、及び実際のインク滴吐出実験
を行った結果、複数のイジェクタ１０から同時に吐出を
行った場合のリフィル時間ｔ_rは、共通流路４の音響容
量ｃ_pとノズルの音響容量ｃ_nの比率に依存し、 ｃ_p＞１０ｃ_n （７） の条件を満たせばリフィル時間増加を抑制することが可
能であることを見出した。なお、図８の等価回路は、一
つの共通流路を切り出し、更にリフィル現象を解析する
のに適した形に変更した回路モデルである。ｍ_eはイジ
ェクタ全体のイナータンス（＝ｍ₁＋ｍ₂＋ｍ₃）を示し
ており、ｒ_eはイジェクタ全体の音響抵抗（＝ｒ₁＋ｒ₂
＋ｒ₃）を示している。

【００５８】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］とすると、次式のように表わ
される。

【数２】 上式のように、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、ここでは代表値としてｙ≒ｄ
_n／４とし、ｃ_nを次式のように定義する。

【数３】

【００５９】図９は、ｃ_p／ｃ_nとリフィル時間ｔ_rの関
係を調べた結果を示している。なお、ｃ_n＝８．５×１
０^-19ｍ⁵／Ｎである。この結果から、ｃ_p／ｃ_nが大きく
なるとｔ_rが小さくなり、ｃ_p＞１０ｃ_nの条件を満たせ
ばリフィル時間の増加を防ぐことができ、かつ、イジェ
クタ間のリフィル時間差を無くすことが可能になること
が明らかになった。また、４＜ｃ_p／ｃ_n＜１０の範囲内
では、リフィル時間の増加が異常に大きくなることが明
らかになった。これは、上記のクロストークの場合と同
じく、圧力発生室内の圧力波と共通流路内の圧力波の間
に干渉が生じるためと考えられる。

【００６０】実際の吐出実験によってｃ_p／ｃ_nの関係を
調べた結果、図９に示すように、等価回路解析結果と非
常によく一致する結果が得られた。また、リフィル時間
ｔ_rの増加に対しても、共通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をもとに共通流路４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。

【００６１】上述のように、各イジェクタ間のクロスト
ーク、及び同時吐出時におけるリフィル時間増加を抑制
するためには、式（５）及び式（７）の条件を満たす必
要がある。本実施形態例のインクジェット記録ヘッドで
は、共通流路４の音響容量ｃ _p（≒ｃ_d）は８．４×１０
^-18ｍ⁵／Ｎ、ノズルの音響容量ｃ_nは７．３×１０^-19ｍ
⁵／Ｎ（ｄ_n＝２５μｍ、σ＝３５ｍＮ／ｍ）、圧力発生
室の音響容量ｃ_cは３．９×１０^-20ｍ⁵／Ｎであるた
め、ｃ_pはｃ_nの約１２倍、ｃ_cの約２１５倍であり、式
（５）及び式（７）の条件を共に満足できている。

【００６２】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
を、吐出周波数及び同時吐出イジェクタ数を変化させな
がら、滴体積、滴速、及びリフィル時間ｔ_rを調べた結
果、滴体積及び滴速は±２％、リフィル時間ｔ_rは±２
μｓ以内の範囲内に収まり、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。つまり、
本実施形態例のインクジェット記録ヘッドでは、ノズル
ピッチＰ_cが６００μｍと小さいにもかかわらず、共通
流路の音響容量は十分確保されていることが確認され
た。

【００６３】比較例として図２８に示したような直線状
の共通流路を有する従来ヘッド構造において、ノズルピ
ッチＰ_cを本実施形態例と同じ６００μｍに設定したヘ
ッドを試作し、特性の評価を行った。連通路径（ｄ_T）
及び連通路３と共通流路４の間の隔壁幅（Ｗ_W1）は、本
実施形態例と同じくそれぞれ１５０μｍ、１００μｍに
設定したため、式（３）より、共通流路の幅は２５０μ
ｍとなった。そのため、エアダンパ２６の音響容量は
２．３×１０^-19ｍ⁵／Ｎと小さく、式（５）及び式
（７）の条件を満たすことができなくなり、大きな音響
的クロストークが発生し、インク滴８の滴体積や滴速に
±１０％以上のばらつきが発生した。

【００６４】また、複数ノズルを同時吐出した際には、
リフィル時間ｔ_rが増加し、吐出周波数を１２ｋＨｚに
低下させないと、安定した吐出を実行することが困難で
あった。つまり、従来のマトリクス配列ヘッドでは、ノ
ズルピッチＰ_cを本実施形態例のように小さな値に設定
すると、共通流路４に十分な音響容量を確保することが
できなくなり、クロストークやリフィル時間ｔ_r増加な
どの問題が発生することが確認された。

【００６５】前述のように、直線状の共通流路４を有す
る従来ヘッド構造で、共通流路４に十分な音響容量を確
保するためには、ノズルピッチＰ_cを大きく設定せざる
を得ない。上記の比較例では、本実施形態例のノズルピ
ッチが６００μｍであるのに対し、従来ヘッド構造では
ノズルピッチＰ_cを８５０μｍ以上に設定しなければ、
本実施形態例と同等の安定したインクジェット記録がで
きない。つまり、本実施形態例のインクジェット記録ヘ
ッドは、従来ヘッドに比べてノズルピッチＰ_cを約４２
％低減することができ、ノズル配列密度を大幅に高める
ことが可能である。

【００６６】以上のように、本実施形態例のインクジェ
ット記録ヘッドは、ノズルプレート１１を剛性の低い樹
脂材料とし、これを共通流路４のエアダンパ２６として
機能させ、かつ、圧力発生室１と重なり合うように配置
した共通流路４をくびれ形状としたことにより、ノズル
ピッチＰ_cを６００μｍと小さく設定し、ノズル密度を
２．８個／１ｍｍ²とすることができた。その結果、２
６０個のイジェクタ１０を持つインクジェット記録ヘッ
ドを、８ｍｍ×１６ｍｍという小面積で実現することが
できた。

【００６７】第２実施形態例 図１０は、本発明の第２実施形態例のインクジェット記
録ヘッドの構成を示している。本実施形態例のインクジ
ェット記録ヘッドは、先の実施形態例とは、供給路プレ
ート１３と圧力発生室プレート１５との間に連通路プレ
ート１４がある点、ノズルプレート１１に剛性の高い金
属板（ステンレス板）を使用する点、及び供給路プレー
ト１３に剛性の低い樹脂フィルムを使用する点において
相違する。図１１（ａ）は、図１０のインクジェット記
録ヘッドのイジェクタ１０の１個分の断面を示してい
る。本実施形態例のイジェクタ１０は、先の実施形態例
の構造とは異なり、圧力発生室１と共通流路４との間の
連通路プレート１４に、凹部２２が形成されている。本
実施形態例のインクジェット記録ヘッドは、エアダンパ
２６の厚さを小さくすることができ、更にノズルピッチ
を狭くし、共通流路４のくびれ形状部分に緩やかな曲線
を付したことで気泡の残留を防ぐ。

【００６８】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
を試作するため、ノズルプレート１１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２５μ
ｍのノズル２を形成した。供給路プレート１３には、厚
さ１２．５μｍのポリイミドフィルム（Ｅ_d＝２．０Ｇ
Ｐａ、ν_d＝０．４）を用い、エキシマレーザ加工によ
って、開口径２０μｍのインク供給路５を形成した。こ
の供給路プレート１３は、後述するように、共通流路４
のエアダンパ２６として機能する。なお、供給路プレー
ト１３の厚さは、エアダンパ２６に大きな容量を確保す
るために、３０μｍ以下であることが望ましい。

【００６９】共通流路プレート１２、連通路プレート１
４、及び圧力発生室プレート１５には、厚さ１２０μｍ
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。圧力発生室１は、一辺の長さが４００μ
ｍで、縦横比が１に近い四角形の平面形状とし、気泡排
出性を良くするために、角部にはＲを付与した。連通路
プレート１４には、共通流路４に対応した部分にハーフ
エッチングによって凹部２２を形成した。この凹部２２
は、供給路プレート１３と連通路プレート１４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、こ
の部分がエアダンパ２６として機能する。

【００７０】なお、連通路プレート１４に凹部２２を設
けずに、図１１（ｂ）のように、供給路プレート１３
と、連通路プレート１４との間に別のプレート１４’を
貼り合わせ、同様の構造を作ることも可能である。しか
し、本実施形態例のようにハーフエッチングによって凹
部２２を形成すると、ヘッドを構成するプレートの数を
減らすことができ、製造コストの低減に有利となる。ま
た、図１１では図示していないが、凹部２２には外気と
連通させるための通気路が設けられている。これによ
り、凹部２２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２６の機能を向上
できると共に、密閉空間がなくなるため、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。

【００７１】図１２は、図１１のイジェクタの断面を示
し、（ａ）はＡ−Ａ断面、（ｂ）はＢ−Ｂ断面を示して
いる。同図（ａ）に示すように、共通流路４は、第１実
施形態例と同様のくびれ形状を有している。同様に、連
通路プレート１４に形成した凹部２２の形状も、同図
（ｂ）のＢ−Ｂ断面図に示すように、共通流路４の形状
に対応したくびれ形状となっている。

【００７２】上記のように、本実施形態例のインクジェ
ット記録ヘッドでは、共通流路４の底面は剛性の低い供
給路プレート１３で構成されており、この部分がエアダ
ンパ２６として機能する。このため、供給路プレート１
３の厚さを薄くでき、エアダンパ２６の厚さが非常に薄
く設定できる。従って、ノズルピッチＰ_cを狭く設定し
た場合であっても、共通流路４に十分な音響容量を確保
でき、ノズル配列密度を更に増加させることが可能とな
る。

【００７３】第１実施形態例のように、ノズルプレート
１１をエアダンパとした場合は、エアダンパ厚の減少に
は限界があった。これは、エアダンパ厚の減少はノズル
２の長さの減少を意味し、ノズル２の長さが短くなる
と、インク滴８の吐出方向が悪化したり、気泡の巻き込
みが発生したりし易くなるなどの問題が生じるためであ
る。このため、第１実施形態例のヘッド構造では、２０
〜５０μｍ程度がエアダンパ厚の下限である。また、第
１実施形態例のヘッド構造では、エアダンパ２６が外部
に露出しているため、ノズルプレート１１の破損防止、
ノズル２のワイピング時の気泡巻き込み防止などヘッド
の信頼性向上の観点からも、エアダンパ厚を一定以上大
きく設定する必要がある。

【００７４】本実施形態例のヘッド構造では、ノズル２
とエアダンパ２６は独立した構造であり、また、エアダ
ンパが外部に露出していないため、エアダンパ厚を非常
に小さく設定することが可能である。本実施形態例で
は、エアダンパ厚である供給路プレート厚を１２．５μ
ｍに設定した。式（２）からわかるように、エアダンパ
２６の音響容量は厚さの３乗に反比例するため、エアダ
ンパ厚を減少させると、同じ音響容量を実現するエアダ
ンパ２６の幅を低減させることができる。本実施形態例
では、共通流路４の最大幅Ｗ₁を４００μｍ、ノズルピ
ッチＰ_cを５００μｍと、第１実施形態例よりもそれぞ
れ減少させているが、共通流路４には第１実施形態例よ
りも大きな音響容量（２．２×１０^-17ｍ⁵／Ｎ）が確保
できる。

【００７５】また、本実施形態例のインクジェット記録
ヘッドは、図１２に示すように、共通流路４のくびれ部
にＲ部２８を付与し、共通流路４の平面形状を滑らかな
曲線により構成している。これは、共通流路４内でのイ
ンク流れを均一化し、気泡の排出性を向上させるためで
ある。共通流路４をくびれ形状とした場合、共通流路４
内の流速には大きな不均一が発生しやすくなる。特に、
第１実施形態例のように、共通流路４の形状に大きな段
差があるような構造では、段差部の近傍に流速の非常に
小さい淀み点が発生しやすい。そのため、共通流路４に
インクを流入させた際に、その淀み点に気泡が残留する
場合がある。

【００７６】共通流路４内に気泡が残留しても、気泡が
移動しない限り吐出特性に大きな影響を及ぼすことはな
い。しかし、振動等のなんらかの要因で残留していた気
泡が移動し、インク供給路５を経て圧力発生室１内に流
入すると、そのイジェクタ１０からはインク滴８を正確
に吐出することが不可能となってしまう。つまり、共通
流路４内での気泡残留は、インクジェット記録ヘッドの
信頼性を大きく損なう原因となるため、共通流路４内の
気泡残留を防止する必要がある。そこで本実施形態例の
インクジェット記録ヘッドでは、共通流路４のくびれ部
分にＲ部２８を付与することにより、上記淀み点の発生
を防止し、気泡の残存を抑制している。

【００７７】Ｒ部２８における曲率半径（Ｒ）の好適範
囲は、共通流路４内での平均インク流速、供給流路４の
壁の材質、インク材料などによって変化するが、本発明
者が多数のヘッドを試作評価した結果によると、Ｒ≧Ｇ
／４に設定することが好適である。ここで、Ｇは図１２
に示すような段差の大きさである。本実施形態例のイン
クジェット記録ヘッドでは、Ｇ＝１２５μｍであり、Ｒ
を５０μｍに設定した。

【００７８】上記のようなＲ部２８を付与した共通流路
４を持つインクジェット記録ヘッドを用いて、インク充
填評価を実施した結果、共通流路４内での気泡残留が全
く発生しないことが確認された。インク充填評価は、３
００ｍｍＨｇの吸引圧力でノズルからインクを５秒間吸
引した後で、共通流路４内の状態を顕微鏡観察し、残留
気泡の有無を確認することにより行った。比較対象とし
て、第１実施形態例のインクジェット記録ヘッドについ
ても同様のインク充填評価を実施したところ、約６０％
の確率でくびれ部（段差部）に気泡が残留した。

【００７９】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
を、吐出周波数及び同時吐出イジェクタ数を変化させな
がら、インク滴８の滴体積、滴速、及びリフィル時間を
調べた結果、その変動は、滴体積及び滴速は±２％以
内、リフィル時間は±１．５μｓ以内の範囲に収まり、
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。

【００８０】以上のように、本実施形態例のインクジェ
ット記録ヘッドでは、樹脂フィルムで構成した供給路プ
レート１３が、共通流路４のエアダンパとして機能する
ことにより、ノズルピッチＰ_cを５００μｍと更に小さ
く設定しても、共通流路４に十分な音響容量を確保する
ことができ、良好なインクジェット記録ができた。ま
た、共通流路４のくびれ部分にＲ部２８を付与すること
により、共通流路４内の気泡排出性を大幅に向上するこ
とができ、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実
現することが可能となった。ノズル配列密度は、第１実
施形態例と比較すると、約２０％増加させることがで
き、３．３個／１ｍｍ²となった。

【００８１】なお、本実施形態例では共通流路４の段差
部（くびれ部）に一定の曲率半径Ｒを有するＲ部２８を
付与したが、共通流路４の平面形状が滑らかな曲線によ
って構成されていれば、必ずしも一定の曲率半径を有し
ている必要はない。また、上記「滑らかな曲線」は、細
かい直線の集合であってもかまわない。

【００８２】第３実施形態例 図１３は、本発明の第３実施形態例の基本構造を示して
いる。本実施形態例のインクジェット記録ヘッドは、複
数のイジェクタ１０、共通流路４、第２共通流路１６、
インク管路１８ａ、１８ｂ、フィルタ１９、及びインク
タンク２０によって構成されている。本実施形態例のイ
ンクジェット記録ヘッドは、共通流路４及び第２共通流
路１６を含むインク供給系の流体抵抗（音響抵抗）を一
定値以下に設定している。インク供給系の流体抵抗を一
定値以下に設定することで、大きなインク滴８を多数の
ノズル２から同時に連続吐出することが可能となる。

【００８３】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
の基本構造は、第２実施形態例で示したものと同じであ
る。共通流路４にそれぞれイジェクタ１０が連通してい
る。それぞれの共通流路４は第２共通流路１６に連通し
ており、第２共通流路１６は、インク管路１８ｂ、フィ
ルタ１９、及びインク管路１８ａを介してインクタンク
２０と連通している。１本の共通流路４に１０個のイジ
ェクタ１０を配設し、第２共通流路１６に合わせて２６
本の共通流路４を接続することで、２６０個のイジェク
タ１０を有するインクジェット記録ヘッドが形成され
る。

【００８４】図１４は、本実施形態例のインクジェット
記録ヘッドを模式的に示している。共通流路４の幅は約
４００μｍ（平均幅）、高さは１２０μｍ、長さは約６
ｍｍに設定されている。また、第２共通流路１６の幅は
２．５ｍｍ、高さは約２５０μｍ、長さ（ｌ_p’）は約
６ｍｍに設定されている。本実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドでは、各イジェクタが、図１４に示すよう
に配置されているため、各イジェクタから見た共通流路
４の平均長さ（ｌ_p）は約３ｍｍ、第２共通流路１６の
平均長さ（ｌ_p’）は約３ｍｍとなる。

【００８５】一般に、断面が長方形である管路の流体抵
抗（音響抵抗）は、次式を用いて算出することができる
（ηはインク粘度［Ｐａ・ｓ］、Ｓは管路断面積
［ｍ²］、ｚは管路断面のアスペクト比）。

【数４】 従って、共通流路４の流路抵抗は１．９×１０¹¹Ｎｓ／
ｍ⁵、第２共通流路の流路抵抗は２．９×１０⁹Ｎｓ／ｍ
⁵となる（η＝３ｍＰａ・ｓ）となる。なお、本実施形
態例のインクジェット記録ヘッドでは、第２共通流路を
２分割し、それぞれにインク供給口１７を設けている
が、これは第２共通流路の長さ（ｌ_p’）を小さくし、
流路抵抗を低減するためである。

【００８６】また、インク管路１８ａ及びインク管路１
８ｂは円管状であり、内径は２ｍｍに設定されている。
長さはインク管路１８ａが３ｍｍ、インク管路１８ｂが
２０ｍｍに設定されている。円形断面管路の流体抵抗
は、次式から計算することができる（ｄは管路径
［ｍ］、ｌは管路長さ［ｍ］）。

【数５】 上式より、インク管路１８ａ、１８ｂの流路抵抗はそれ
ぞれ２．３×１０⁷Ｎｓ／ｍ⁵、１．５×１０⁸Ｎｓ／ｍ⁵
となる。フィルタ１９は、約１０μｍの微細孔を有する
金属メッシュであり、流路抵抗は実測結果から１．０×
１０⁹Ｎｓ／ｍ⁵と求められた。インクタンク２０は、流
路抵抗が非常に小さくなるように流路断面積が大きく設
定されており、流路抵抗は２．０×１０⁸Ｎｓ／ｍ⁵であ
る。

【００８７】ここで、インク供給系の流体抵抗の上限値
について、本発明者が明らかにした知見について説明す
る。図１５は、同一の共通流路４に接続された複数のイ
ジェクタ１０の等価回路を示している。本発明者は、図
１５に示した回路モデルを用いた等価回路解析、及び実
際のインク滴吐出実験を行い、その結果、多数のイジェ
クタで高周波連続吐出を行うと、共通流路４内に圧力降
下が発生し、これが個々のイジェクタ１０のリフィル速
度ｔ_rを減少させる原因になることを見出した。以下、
その内容について詳しく説明する。

【００８８】ノズル２からインク滴８を連続吐出した場
合、巨視的に見ればインクタンク２０からノズル２に向
かって準定常的な流れが生じていることになる。つま
り、共通流路４を介して、インクがイジェクタ１０に準
定常的に供給される。こうした準定常的な流れを完全な
定常流と見なした場合、等価回路は図１５のように単純
化することができる。

【００８９】ここで問題となるのは、インクタンク２０
から共通流路４までを含むインク供給系全体の流体抵抗
である。管路の入口と出口との圧力差は、流体抵抗を
ｒ、流量をＱとすると、ΔＰ＝ｒ・Ｑで表される（ハー
ゲン・ポアズイユの法則）。イジェクタによるインク消
費量（インク排出量）が大きい場合、インク供給系には
大きな流量のインクが流れるが、この際、インク供給系
の流体抵抗ｒが大きいと、インクタンク２０と共通流路
４の間に大きな圧力差が発生することになる。つまり、
滴体積の大きなインク滴８を、多数のノズル２から高周
波同時吐出させると、共通流路４内の圧力が低下してし
まう。

【００９０】ここで、前述のリフィル動作について考え
ると、リフィル動作時においてインクは、メニスカス９
の表面張力によって発生する圧力によって、共通流路４
から圧力発生室１内へと導かれる。つまり、メニスカス
９の表面張力で生じる圧力によって、ノズル２−共通流
路４間に大きな圧力差が発生しなければ迅速なリフィル
を実行することはできない。ところが、各イジェクタ１
０の同時・連続吐出によって共通流路４内に圧力降下が
発生すると、ノズル２と共通流路４の間の圧力差が低減
し、リフィル速度が低下してしまう。

【００９１】図１６は、共通流路の圧力変化（ΔＰ_p）
とリフィル時間（ｔ_r）の関係を、本実施形態例のイン
クジェット記録ヘッドを用いて実験的に調べた結果を示
すグラフである。共通流路４内の圧力降下が８００Ｐａ
以下であればリフィル時間はほぼ一定であるのに対し、
８００Ｐａ以上になるとリフィル時間が急激に増加する
ことがわかる。こうしたΔＰ_pとｔ_rの関係は、インクの
表面張力、ノズル径などによって多少変化するが、数多
くの解析及び実験評価の結果、一般的なインクジェット
記録装置（表面張力２０〜４０ｍＮ／ｍ、ノズル径１５
〜４０μｍ）では、共通流路内の圧力降下を８００Ｐａ
以下に保てば、リフィル速度の低下を抑制することが可
能となることが判明した。

【００９２】共通流路４内での圧力降下の大きさを求め
るには、インク供給系における各部分で発生する圧力降
下を加算していけばよい。本実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、ノズル数Ｎを２６０、滴体積２
０ｐｌのインク滴を１５ｋＨｚの吐出周波数で全てのイ
ジェクタ１０から連続吐出させた場合、インクの総流量
は７．８×１０^-8ｍ³／ｓとなる。インクタンク２０の
流路抵抗は、３．０×１０⁸Ｎｓ／ｍ⁵、インク管路１８
ａの流路抵抗は、２．３×１０⁷Ｎｓ／ｍ⁵、及びフィル
タ１９の流路抵抗は、１．０×１０⁹Ｎｓ／ｍ⁵であるか
ら、インクタンク２０で発生する圧力降下量は、２３．
４Ｐａ、インク管路１８ａで発生する圧力降下量は、
１．８Ｐａ、及びフィルタ１９で発生する圧力降下量
は、７８Ｐａとなる。

【００９３】一方、インク管路１８ｂは２本に分岐して
いるため、インク管路１８ｂ内の流量は３．９×１０^-8
ｍ³／ｓとなる。インク管路１８ｂの流路抵抗は１．５
×１０⁸Ｎｓ／ｍ⁵であるため、インク管路１８ｂで発生
する圧力降下量は５．９Ｐａとなる。２本の第２共通流
路１６では、それぞれ流量が３．９×１０^-8ｍ³／ｓ、
流路抵抗ｒが２．９×１０⁹Ｎｓ／ｍ⁵であるため、圧力
降下量は１１３Ｐａとなる。共通流路４は各第２共通流
路１６に１３本接続されているため、各共通流路４での
インク流量は０．３×１０^-8ｍ³／ｓとなる。共通流路
４の流路抵抗ｒは１．９×１０¹¹Ｎｓ／ｍ⁵であるた
め、圧力降下量は５７０Ｐａとなる。従って、本実施形
態例のインクジェット記録ヘッドで、滴体積２０ｐｌの
インク滴を１５ｋＨｚの吐出周波数で全イジェクタから
連続吐出させた場合、インクタンク２０と共通流路４と
の間に発生する圧力降下は、上で算出した圧力降下量を
全て加算して、７９２Ｐａとなる。

【００９４】上記のように、本実施形態例のインクジェ
ット記録ヘッドでは、インク供給系の流路抵抗を小さく
設定しているため、滴体積２０ｐｌのインク滴を１５ｋ
Ｈｚで全イジェクタから連続吐出させても、共通流路内
の圧力降下を８００Ｐａ以下に抑えることができる。そ
のため、共通流路内の圧力降下に起因するリフィル時間
増加を防ぐことができ、安定した高周波連続吐出を実行
することができる。

【００９５】図１７は、本実施形態例のインクジェット
記録ヘッドにおいて、吐出周波数及び吐出インク滴体積
を変化させて、吐出の安定性を調べた結果を示してい
る。吐出の安定性は、吐出されるインク滴８の滴速で評
価した。グラフに示されるように、インク滴体積が２０
ｐｌの場合には（Ａ）、約１６ｋＨｚまでは安定した吐
出を実現することができた。また、滴体積を３０ｐｌに
増加した場合にも（Ｂ）、約１０ｋＨｚまでは安定な吐
出が可能であることが確かめられた。

【００９６】比較対象として、共通流路４の高さを８０
μｍに変更した場合の吐出実験結果を図１７の破線
（Ａ’）で示す。この場合、共通流路４の流路抵抗は
５．９×１０¹¹Ｎｓ／ｍ⁵となるため、滴体積２０ｐｌ
のインク滴８を１５ｋＨｚで全イジェクタ１０から連続
吐出させると、共通流路４内の圧力降下は約２０００Ｐ
ａに増加する。この場合、共通流路内の圧力降下を８０
０Ｐａ以下とするという条件を満たすことができない。
そのため、実験結果においても、吐出周波数６ｋＨｚ以
上で滴速が不安定となり、滴吐出が不安定化することが
確認された。インク滴８の吐出状態をストロボ観察した
ところ、大径の滴と小径の滴とが交互に吐出されるよう
な吐出状態になっていた。また、滴体積を３０ｐｌに増
加した場合には（Ｂ’）、４ｋＨｚ以上の吐出周波数で
同様に滴吐出の不安定化が観察された。ただし、このヘ
ッドにおいても、低周波駆動時には、全てのノズル２で
安定した吐出が実現できていることから、共通流路４の
音響容量は十分であるといえる。

【００９７】以上の比較実験により、共通流路４の音響
容量を大きく設定するだけでは安定した高周波吐出を実
現することはできず、吐出滴体積、ノズル数、及び最高
吐出周波数に対応してインク供給系の流路抵抗を好適に
設定することにより、はじ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。

【００９８】本実施形態例の説明では、共通流路４の平
均長さｌ_p、及び第２共通流路１６の平均長さｌ_p’を用
いて流路抵抗及び圧力降下量の算出を行ったが、共通流
路内の圧力降下を厳密に求めるためには、図１５のよう
な等価回路を用いて計算を行うことが望ましい。

【００９９】本実施形態例では、第２共通流路１６を上
下に分割しているが、これは第２共通流路１６の所要幅
を減少させるためである。すなわち、第２共通流路１６
を二分割すると、第２共通流路１６の長さｌ_p’が減少
するため、第２共通流路１６の幅を小さく設定しても流
体抵抗が増加しにくい。例えば、第１実施形態例のよう
に、第２共通流路１６を一本の流路として形成した場
合、第２共通流路１６の長さｌ_p’は７ｍｍ程度とな
る。そのため、第２共通流路１６の流体抵抗を、本実施
形態例と同等（２．９×１０⁹Ｎｓ／ｍ⁵）にするために
は、第２共通流路１６の幅を５．５ｍｍ程度まで拡大す
ることが必要となる（本実施形態例では、第２共通流路
１６の幅は２．５ｍｍ）。つまり、本実施形態例のよう
に第２共通流路１６を複数に分割すると、ｌ_p’を減少
することができるため、第２共通流路１６の所要幅を大
幅に低減することが可能となる。

【０１００】インクジェット記録ヘッドのヘッド全幅を
小さくすることは、印刷速度を向上させる上で極めて重
要である。すなわち、ヘッドの全幅が小さいと、印刷時
のヘッドの走行距離を短くすることができるため、ヘッ
ド走査に要する時間を短縮し、結果的に印刷速度を低減
することが可能となる。また、ヘッド全幅を小さくでき
ると、記録用紙の左右に要するスペースを小さくするこ
とができるため、インクジェット記録装置のサイズも減
少することができるという効果も得ることができる。

【０１０１】また、本実施形態例のように、第２共通流
路をイジェクタ群の横に配置することは、インクジェッ
ト記録装置における記録媒体（記録用紙など）の搬送精
度を向上するのに有利となる。すなわち、インクジェッ
ト記録装置において、記録媒体はヘッド前後に設置され
たローラ等によって保持・搬送されるが、ヘッドの全長
（Ｌ_H）が大きいと、ローラ間における記録媒体のたわ
み等によって、記録媒体の搬送精度が悪化しやすい。そ
のため、ヘッド長さＬ_Hは最低限に抑えることが重要で
あり、そうした観点からは、本実施形態例のように共通
流路４の支流を主走査方向に対してほぼ平行に配置し、
共通流路４の本流をイジェクタ群の横に配置したヘッド
構造の方が望ましい。

【０１０２】第４実施形態例 図１８は、本発明の第４実施形態例における流路配置を
模式的に示している。本実施形態例のイジェクタ構造
は、共通流路４及び第２共通流路１６の配置を除いて、
第３実施形態例と同様である。共通流路４は、ヘッドの
主走査方向に対してほぼ垂直に配置され、第２共通流路
１６は、主走査方向に対してほぼ平行となるように配置
されている点に特徴がある。こうした共通流路４の配置
では、第２共通流路１６がイジェクタ群の横に配置され
ないため、主走査方向のヘッド幅を小さく設定でき、高
速記録及び装置サイズの低減に更に有利なインクジェッ
ト記録ヘッドを実現することが可能となる。以下詳述す
る。

【０１０３】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
は、図１８に示すように、共通流路４を主走査方向に対
してほぼ垂直となるように配置し、これらの共通流路４
を主走査方向にほぼ平行となるように配置した第２共通
流路１６に接続している。共通流路４はヘッド中央を境
として上下に分割されており、上半分の共通流路４は上
部に配置された第２共通流路１６に、下半分の共通流路
４は下部に配置された第２共通流路１６にそれぞれ接続
されている。

【０１０４】共通流路４を複数に分割した構造は、共通
流路の所要断面積を小さくするのに有利である。前述の
ように、安定した多ノズル同時高周波吐出を実現するた
めには、インク供給系の流路抵抗を小さく設定する必要
があり、そのためには共通流路４の流路抵抗も小さく設
定する必要がある。しかし、共通流路４の全長が長い場
合、共通流路４の断面積を非常に大きく設定しないと流
路抵抗を小さく設定することができない。図１８に示す
ように共通流路を上下に二分割すると、共通流路の全長
（ｌ_p）を短くすることができ、共通流路４の断面積が
狭くても流路抵抗を小さくすることができる。

【０１０５】各共通流路４にはそれぞれイジェクタ１０
が接続されており、イジェクタは２次元配列されてい
る。第２共通流路１６の中央部にはインク供給口１７が
配設されており、このインク供給口を通じてインクタン
ク（図示せず）からインクが供給される。

【０１０６】以上のように、本実施形態例のインクジェ
ット記録ヘッドでは、第２共通流路をイジェクタ群の上
下に配置しているため、第１〜第３実施形態例のインク
ジェット記録ヘッドに比べて、主走査方向のヘッド幅を
小さく設定できている。本実施形態例では、ノズルピッ
チＰ_cを６００μｍに設定したため、主走査方向のヘッ
ド幅は約６ｍｍとなった。第１〜第３実施形態例でのヘ
ッド幅は８〜１０ｍｍであるため、本実施形態例ではヘ
ッド幅を２〜４ｍｍ減少できた。

【０１０７】実際のインクジェット記録装置では、複数
のインクジェット記録ヘッドが並べて配置されるため、
ヘッド全体の幅としては更に大きく減少することが可能
である。例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラッ
クの４色に対応た４個のヘッドを並べた場合、第１〜第
３実施形態例よりもヘッドの全幅を約８〜１６ｍｍ減少
することが可能となる。このように、本実施形態例のイ
ンクジェット記録ヘッドはヘッド全幅を小さくすること
ができるため、印刷速度の向上及び装置サイズの低減に
極めて有利となる。

【０１０８】第５実施形態例 図１９は、本発明のインクジェット記録装置の実施形態
例を示している。本実施形態例のインクジェット記録装
置は、インクジェット記録ヘッドを搭載するキャリッジ
３１、キャリッジ３１を主走査方向に走査するための主
走査機構３３、記録媒体としての記録用紙３４を副走査
方向に搬送するための副走査機構３５を含み構成されて
いる。

【０１０９】インクジェット記録ヘッドはノズル面が記
録用紙３４と対向するようにキャリッジ３１上に搭載さ
れ、主走査方向に搬送されながら記録用紙３４に対して
インク滴８を吐出することにより、一定のバンド領域３
８に対して記録を行う。次いで、記録用紙３４を副走査
方向に搬送し、再びキャリッジ３１を主走査方向に搬送
しながら次のバンド領域を記録する。こうした動作を複
数回繰り返すことにより、記録用紙３４の全面にわたっ
て画像記録を行うことができる。

【０１１０】実際に、本実施形態例のインクジェット記
録装置を用いて画像記録を行い、記録速度及び画像品質
の評価を行った。インクジェット記録ヘッドには、上記
第３実施形態例で述べたヘッド構造のものを使用した。
ノズルピッチＰ_cは５００μｍであり、１ｍｍ²当たりの
ノズル数は３．３個である。イエロー、マゼンタ、シア
ン、ブラックの４色に対応させて、１色あたり２６０個
のイジェクタを有するマトリクス状配列ヘッドをキャリ
ッジ３１上に並べて配置し、記録用紙３４上で４色のド
ットを重ねあわせることにより、フルカラーの画像記録
を行った。

【０１１１】滴体積２０ｐｌ、記録解像度６００ｄｐ
ｉ、吐出周波数１８ｋＨｚの条件でＡ４サイズ（２１０
ｍｍ×２９７ｍｍ）の画像を印刷した結果、約５秒間で
印刷を完了することができ、極めて高い記録速度を実現
できることが実証された。また、音響的クロストークや
多ノズル同時吐出時の吐出不安定化現象が抑制できてい
るため、出力画像には非常に高い画品質を得ることがで
きた。

【０１１２】比較例として、直線状の共通流路４を有す
る従来ヘッドを用いて、同様の画像出力実験を行った。
この場合、共通流路４に十分な音響容量を確保するため
にはノズルピッチＰ_cを８５０μｍに設定する必要があ
り、その結果、同じヘッド面積内に配列できるノズル数
は１５０個が上限となった（１ｍｍ²当たりのノズル数
は２．０個）。そのため、Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２
９７ｍｍ）の画像を記録するのに約９秒の時間を要し、
記録速度は本実施形態例のインクジェット記録装置に比
べて約１／２であった。

【０１１３】別の比較例として、直線状の共通流路４を
有する従来ヘッド構造で、本実施形態例と同じくノズル
ピッチＰ_cを５００μｍに設定したインクジェット記録
ヘッドを用いて同様の画像出力実験を行った。この場
合、本実施形態例と同じ２６０個／色のノズル数が確保
できたが、共通流路４の幅は１５０μｍと小さいため、
共通流路４の音響容量ｃ_pは式（５）及び式（７）の条
件を満たしていない。滴体積２０ｐｌ、記録解像度６０
０ｄｐｉ、吐出周波数１８ｋＨｚの条件でＡ４サイズ
（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）の画像を印刷した結果、約
５秒間で印刷を完了することができたが、インク滴８の
吐出状態が非常に不安定であり、また、画像出力中に不
吐出ノズルが多数発生してしまったため、出力画像の品
質は極めて悪かった。つまり、従来ヘッド構造で無理に
ノズル２の配列密度を増加させると、安定したインク滴
吐出を実行できなくなることが実証された。

【０１１４】以上のように、本実施形態例のインクジェ
ット記録装置では、共通流路をくびれ形状としているた
め、安定した吐出安定性を維持したままノズル配列密度
（単位面積当たりのノズル数）を増加することができ、
従来のインクジェット記録装置に比べて記録速度を大幅
に増加できる。

【０１１５】なお、本実施形態例ではヘッドをキャリッ
ジによって搬送しながら記録を行う形態としたが、ノズ
ルを記録媒体の全幅にわたって配置したライン型ヘッド
を用い、ヘッドを固定して、記録媒体のみを搬送しなが
ら記録を行うなど、別の装置形態に本発明を適用するこ
とも可能である。

【０１１６】以上、本発明の実施形態例について説明し
たが、上記実施形態例は本発明に好適な実施の形態を示
したものであり、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。すなわち、本発明の主旨を逸脱することなく、種
々の変形、改良、修正、簡略化などを上記実施の形態に
加えた他の形態を適用して、本発明を実施することがで
きる。

【０１１７】例えば、上記実施形態例では、圧力発生手
段として圧電アクチュエータを用いたが、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、他の圧力発
生手段を用いてもかまわない。また、圧電アクチュエー
タとしても、本実施形態例で使用した単板型の圧電アク
チュエータの他に、縦振動タイプの積層型圧電アクチュ
エータなど、別の形態のアクチュエータを用いてもかま
わない。

【０１１８】また、上記実施形態例では、複数のプレー
トの積層によって流路を形成しているが、プレートの構
成、材質などは上記実施形態例に限定されるわけではな
い。例えば、上記実施形態例ではノズルプレート又は供
給路プレートを共通流路のエアダンパとして用いたが、
エアダンパを構成する専用のプレートを挿入するなど、
別のプレート構成のヘッドに対しても、本発明を適用す
ることは可能である。また、セラミックス、ガラス、樹
脂、シリコンなどの材料を用いて、流路を一体成型した
ようなヘッドに対しても、本発明は同様に適用可能であ
る。

【０１１９】また、共通流路の形状は、図５のように共
通流路の両側壁にくびれ（段差）を有する形状に限定さ
れるわけではなく、図２０のように共通流路の片側のみ
にくびれを設けた形状など、他の形状を用いても同様の
効果を得ることが可能である。

【０１２０】また、共通流路構成は、図１４に代わっ
て、図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す構成とするこ
とも可能である。図２１（ａ）は第２共通流路を上下に
分割せずに、第２共通流路の両端にインク供給口を設け
た例である。この場合にも、第２共通流路の長さｌ_pは
図１４と同一となる。また、図２１（ａ）の流路構成で
は、第２共通流路に２方向からインクが供給されるた
め、ゴミ等によって第２共通流路の一部に流路詰まりが
発生しても、吐出不良の発生を防止できるという効果が
ある。

【０１２１】また、図２１（ｂ）は、第２共通流路の中
央部にインク供給口を設けた例である。この場合にも、
第２共通流路の長さｌ_p’は図１４と同一となる。ま
た、本構造では、インク供給口が一箇所となるため、イ
ンク供給系の構造が簡略化でき、ヘッドコストの低減等
に有利となる。また、図２１（ｃ）は第２共通流路の両
側に共通流路を連結した例である。この場合、共通流路
の長さを半分にすることができるため、共通流路の所要
断面積を低減できるという効果が得られる。なお、図２
１に示した共通流路構成は、本発明の好適な実施形態例
を示したものであり、これ以外の共通流路構成とするこ
とも可能である。

【０１２２】また、共通流路構成は、図１８に代わっ
て、図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す構成とするこ
とも可能である。図２２（ａ）は共通流路４を上下に分
割せずに、共通流路４の両端を第２共通流路１６に接続
した例である。この場合、共通流路４には２方向からイ
ンクが供給されるため、ゴミ等によって共通流路の一部
に流路詰まりが発生しても、吐出不良の発生を防止でき
るという効果がある。

【０１２３】また、図２２（ｂ）は、上下に配置した第
２共通流路１６の夫々に２個のインク供給口１７を設け
た例である。この場合には、第２共通流路の長さｌ_p’
を減少できるため、第２共通流路の所要幅を低減でき、
副走査方向のヘッド全長を減少できるという効果が得ら
れる。ヘッド全長の縮小は、前述したように、安定した
用紙搬送を実現する上で有利となる。

【０１２４】また、図２２（ｃ）は共通流路４及び上下
に二分割されている第２共通流路１６をそれぞれ二分割
した例である。この場合、図２２（ｂ）と同様、第２共
通流路の所要幅を低減でき、副走査方向のヘッド全長を
減少できるという効果と共に、共通流路及び第２共通流
路内におけるインクの淀み点（流速の遅い部分）の発生
を防ぐことができ、共通流路及び第２共通流路内での気
泡残留を抑制する上で有利となる。なお、図２２に示し
た共通流路構成は、本発明の好適な実施形態例を示した
ものであり、これ以外の共通流路構成とすることも可能
である。

【０１２５】また、上記実施形態例では、圧力発生室の
形状を四角形としたが、円形や六角形など、他の形状の
圧力発生室を用いることも可能である。更に、上記実施
形態例では、ノズルの配置をほぼ格子状の配列とした
が、ノズル配列はほぼ格子状のものに限定されるわけで
はなく、その他の２次元的配列方法を用いた場合におい
ても本発明を適用することは可能である。

【０１２６】また、上記の実施形態例では記録紙上に着
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
ジェット記録ヘッド及び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わけではな
く、また、吐出する液体も着色インクに限定されるわけ
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ーを作
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、本発明を利用することも
可能である。

【０１２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ノズル配列密度の高いマトリクス配列ヘッドを実現する
ことができ、記録速度の極めて高い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実現することがで
きる。

【０１２８】また、本発明によれば、共通流路を介した
音響的クロストークや、多ノズル同時吐出時に発生する
吐出不安定化現象を防止することができ、吐出特性の均
一性及び安定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実現することが可能となる。

【０１２９】更に、本発明によれば、共通流路内での気
泡残留を防ぐことができ、信頼性の高いマトリクス配列
ヘッド及びインクジェット記録装置を実現することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態例のインクジェット記録ヘッドの
断面図である。

【図２】本発明に係わる第１実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドのプレート構成を示す斜視図である。

【図３】マトリクス配列ヘッドのイジェクタ配列を説明
するための模式図である。

【図４】インク滴吐出実験で用いた駆動電圧波形を示す
グラフである。

【図５】インクジェット記録ヘッドの平面形状を示す模
式図である。

【図６】音響的クロストークの解析に用いた等価電気回
路を示す回路図である。

【図７】共通流路の音響容量と音響的クロストークの発
生率との関係を示すグラフである。

【図８】リフィル時間の解析に用いた等価電気回路を示
す図である。

【図９】共通流路の音響容量とリフィル時間との関係を
示すグラフである。

【図１０】本発明に係わる第２実施形態例のインクジェ
ット記録ヘッドのプレート構成を示す斜視図である。

【図１１】第２実施形態例のインクジェット記録ヘッド
の断面図である。

【図１２】第２実施形態例のインクジェット記録ヘッド
の平面形状を示す図である。

【図１３】本発明に係わる第３実施形態例のインクジェ
ット記録ヘッドの共通流路配置を示す図である。

【図１４】第３実施形態例におけるインク供給系の構成
を示す図である。

【図１５】多ノズル連続吐出時における流路内圧力変化
の解析に用いた等価電気回路を示す図である。

【図１６】共通流路内圧力とリフィル時間の関係を示す
グラフである。

【図１７】第３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である。

【図１８】本発明に係わる第４実施形態例のインクジェ
ット記録ヘッドの共通流路配置を示す図である。

【図１９】本発明に係わるインクジェット記録装置の一
実施形態例を示す図である。

【図２０】第１実施形態例のインクジェット記録ヘッド
の平面形状を示す図である。

【図２１】第３実施形態例におけるインク供給系の構成
を示す図である。

【図２２】第４実施形態例のインクジェット記録ヘッド
の共通流路配置を示す図である。

【図２３】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２４】インク滴吐出時におけるメニスカスの動きを
説明するための模式図である。

【図２５】リフィル時におけるメニスカスの位置変化を
示すグラフである。

【図２６】マルチノズル型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２７】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２８】従来のマトリクス配列ヘッドの基本構造を示
す図である。

【図２９】マトリクス配列ヘッドの等価電気回路を示す
図である。

【図３０】従来のマトリクス配列ヘッドの吐出特性を示
すグラフである。

【符号の説明】

１：圧力発生室 ２：ノズル ３：運通路 ４：共通流路 ５：インク供給路 ６：振動板 ７：圧電アクチュエータ ８：インク滴 ９：メニスカス １０：イジェクタ １１：ノズルプレート １２：共通流路プレート １３：供給路プレート １４：運通路プレート １４’：プレート １５：圧力発生室プレート １６：第２共通流路 １７：インク供給路 １８ａ、１８ｂ：インク管路 １９：フィルタ ２０：インクタンク ２１：インク供給系 ２２：凹部 ２３、２４：流路 ２５：流路プレート ２６：エアダンパ ２８：Ｒ部 ３１：キャリッジ ３３：主走査機構 ３４：記録用紙 ３５：副走査機構 ３８：バンド領域 ４０、４１：隔壁

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれが圧力発生室、該圧力発生室に
   連通するノズル、及び、圧力発生手段を含み、２次元的
   に配列された複数個のイジェクタと、 前記イジェクタを複数個連結する共通流路を含むインク
   供給系とを有し、 前記共通流路を通じて前記圧力発生室にインクが充填さ
   れ、前記圧力発生手段によって前記圧力発生室内のイン
   クに圧力変化を生じさせ、前記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、 前記共通流路が、前記圧力発生室と平面的に重なり合う
   ように配置されており、かつ、幅が広い部分と幅が狭い
   部分とを有するくびれ形状であ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】 前記共通流路の形状が、前記共通流路を
   挟んで隣接する前記ノズルの間で幅が小さく、それ以外
   の部分では幅が広くなるように設定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記録ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 前記ノズルを形成する部材が前記共通流
   路のエアダンパを兼ねることを特徴とする、請求項１又
   は２の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記ノズルを形成する部材が樹脂フィル
   ムで構成されていることを特徴とする、請求項１乃至３
   の内の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 ｃ_cを前記圧力発生室の音響容量とする
   と、前記共通流路の音響容量ｃ_pが次の条件式ｃ_p＞２０
   ｃ_cを満足するように設定されていることを特徴とす
   る、請求項１乃至４の内の何れか１項に記載のインクジ
   ェット記録ヘッド。
6. 【請求項６】 ｃ_nを前記ノズルの音響容量とすると、
   前記共通流路の音響容量ｃ_pが次の条件式ｃ_p＞１０ｃ_n
   を満足するように設定されていることを特徴とする、請
   求項１乃至５の内の何れか１項に記載のインクジェット
   記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記ノズルからインク滴を連続吐出した
   際のリフィル時間が、前記インク供給系内の準定常的イ
   ンク流れによって生じる前記共通流路内の圧力降下によ
   って、意図する吐出周期よりも大きくならないように、
   前記インク供給系の流路抵抗を設定したことを特徴とす
   る、請求項１乃至６の内の何れか１項に記載のインクジ
   ェット記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記ノズルからインク滴を連続吐出した
   際の前記共通流路の圧力降下が８００Ｐａ以下となるよ
   うに前記インク供給系の流路抵抗が設定されていること
   を特徴とする、請求項７に記載のインクジェット記録ヘ
   ッド。
9. 【請求項９】 前記くびれ形状部分における前記共通流
   路の平面形状が滑らかな曲線によって構成されているこ
   とを特徴とする、請求項１乃至８の内の何れか１項に記
   載のインクジェット記録ヘッド。
10. 【請求項１０】 前記インク供給系が、複数の前記共通
    流路と、複数の前記共通流路を相互に連通する第２共通
    流路とを含むことを特徴とする、請求項１乃至９の内の
    何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
11. 【請求項１１】 前記第２共通流路にインクを供給する
    ためのインク供給口が、前記第２共通流路の中央付近に
    設けられてい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】 前記第２共通流路にインクを供給する
    ためのインク供給口が、１個の前記第２共通流路に対し
    て複数個設けられていることを特徴とする、請求項１０
    又は１１の何れかに記載のインクジェット記録ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記第２共通流路を複数有することを
    特徴とする、請求項１０乃至１２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】 前記複数の共通流路を二つ以上のグル
    ープに分け、各グループの前記共通流路をそれぞれ別々
    の前記第２共通流路に接続したことを特徴とする、請求
    項１３に記載のインクジェット記録ヘッド。
15. 【請求項１５】 前記共通流路がインクジェット記録ヘ
    ッドの主走査方向にほぼ平行となるように配置され、前
    記第２共通流路が前記主走査方向にほぼ垂直となるよう
    に配置されていることを特徴とする、請求項１０乃至１
    ４の内の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
16. 【請求項１６】 前記共通流路がインクジェット記録ヘ
    ッドの主走査方向にほぼ垂直となるように配置され、前
    記第２共通流路が前記主走査方向にほぼ平行となるよう
    に配置されていることを特徴とする、請求項１０乃至１
    ４の内の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
17. 【請求項１７】 請求項１乃至１６の内の何れか１項に
    記載のインクジェット記録ヘッドを備えていることを特
    徴とするインクジェット記録装置。