JP2003170585A - インクジェット式記録装置及び記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク吐出特性を悪化させずにチャンバ内の
圧力が減衰する収束時間を短縮すると共に駆動時間を短
縮して印刷を高速化することができるインクジェット式
記録装置及び記録方法を提供する。 【解決手段】 チャンバ１７の設けられた基板１６上に
は、チャンバ１７に連通する共通インク室２１を画成す
るインク室プレート２０が接合されており、共通インク
室２１にはチャンバ１７と共通インク室２１とを仕切る
と共にポンプ長を規定する連通孔３１がチャンバの長手
方向に亘ってポンプ長と同等の間隔で複数設けられた仕
切部３０が設けられており、チャンバ１７の両側壁１８
に駆動電界を発生させる駆動手段はチャンバ１７を画成
する側壁１８に発生させる駆動電界として、チャンバ１
７内の容積を一時的に増加させる予備駆動電界と予備駆
動電界に連続してチャンバ１７内の容積を一時的に減少
させることでインクを吐出させる吐出駆動電界との駆動
時間が略同等となるように駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、プリン
タ、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録
装置及び記録方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクを吐出する複数のノズ
ルを有するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に
文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知ら
れている。かかるインクジェット式記録装置では、イン
クジェットヘッドのノズルが被記録媒体に対向するよう
にヘッドホルダに設けられ、このヘッドホルダはキャリ
ッジに搭載され被記録媒体の搬送方向とは直交する方向
に走査されるようになっている。

【０００３】このようなインクジェットヘッドのヘッド
チップの一例の分解概略を図１３に、また、要部断面を
図１４に示す。図１３及び図１４に示すように、圧電セ
ラミックプレート１０１には、複数のチャンバ１０２が
並設され、各チャンバ１０２は、側壁１０３で分離され
ている。各チャンバ１０２の長手方向一端部は圧電セラ
ミックプレート１０１の一端面まで延設されており、他
端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅く
なっている。また、各チャンバ１０２内の両側壁１０３
の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用
の電極１０５が形成されている。

【０００４】また、圧電セラミックプレート１０１のチ
ャンバ１０２の開口側には、カバープレート１０７が接
着剤１０９を介して接合されている。カバープレート１
０７には、各チャンバ１０２の浅くなった他端部と連通
する凹部となる共通インク室１１１と、この共通インク
室１１１の底部からチャンバ１０２とは反対方向に貫通
するインク供給口１１２とを有する。

【０００５】また、圧電セラミックプレート１０１とカ
バープレート１０７との接合体のチャンバ１０２が開口
している端面には、ノズルプレート１１５が接合されて
おり、ノズルプレート１１５の各チャンバ１０２に対向
する位置にはノズル開口１１７が形成されている。

【０００６】なお、圧電セラミックプレート１０１のノ
ズルプレート１１５とは反対側でカバープレート１０７
とは反対側の面には、配線基板１２０が固着されてい
る。配線基板１２０には、各電極１０５とボンディング
ワイヤ１２１等で接続された配線１２２が形成され、こ
の配線１２２を介して電極１０５に駆動電圧を印加でき
るようになっている。

【０００７】このように構成されるヘッドチップでは、
インク供給口１１２から各チャンバ１０２内にインクを
充填し、所定のチャンバ１０２の両側の側壁１０３に電
極１０５を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁
１０３が変形して所定のチャンバ１０２内の容積が変化
し、これにより、チャンバ１０２内のインクがノズル開
口１１７から吐出する。

【０００８】例えば、図１５に示すように、チャンバ１
０２ａに対応するノズル開口１１７からインクを吐出す
る場合には、そのチャンバ１０２ａ内の電極１０５ａ，
１０５ｂに正の駆動電圧を印加すると共にそれぞれに対
向する電極１０５ｃ，１０５ｄを接地するようにする。
これにより、側壁１０３ａ，１０３ｂにはチャンバ１０
２ａに向かう方向の駆動電界が作用し、これが圧電セラ
ミックプレート１０１の分極方向と直交すれば、圧電厚
みすべり効果により側壁１０３ａ，１０３ｂがチャンバ
１０２ａ方向に変形し、チャンバ１０２ａ内の容積が減
少して圧力が増加し、ノズル開口１１７からインクが吐
出する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようなヘッドチッ
プでは、インク吐出による側壁の振動が停止してから、
チャンバ内のインクの圧力がゼロとなり次のインクが吐
出できるようになるまでの時間は、チャンバの長さやノ
ズル開口の形状等によっても異なるが、チャンバの密封
度が低いためチャンバ内で音圧が繰り返し反射してしま
い完全に減衰するまでには時間がかかってしまう。その
ため、連続吐出の高速化、すなわち印刷の高速化が難し
いという問題がある。

【００１０】また、特にノズル開口の形状によって音圧
が減衰するまでの時間は大きく変動してしまうので、ノ
ズル開口の形状による吐出量の制御は非常に困難である
という問題がある。

【００１１】さらに、チャンバは共通インク室に連通す
る境界部と、インクを吐出するために駆動されるノズル
開口から境界部までのポンプ部とからなり、ポンプ部の
長さ、すなわちノズル開口から境界部までの距離によっ
てチャンバ内の圧力が減衰する収束時間が決まるが、収
束時間を短縮させるためポンプ長を短くするとインク吐
出特性が悪化し、印刷が正常に行われないという問題が
ある。

【００１２】また、一回の吐出でチャンバの両側の側壁
に発生させる駆動電界としては、チャンバ内の容積を一
時的に増加させる予備駆動電界と、予備駆動電界に連続
してチャンバ内の容積を一時的に減少させる吐出駆動電
界とからなり、予備駆動電界と吐出駆動電界との駆動時
間の比率は、ＡＰ対２Ｎ×ＡＰ（Ｎは自然数、ＡＰはポ
ンプ長とインク内を伝わる圧力伝播速度とによって決ま
る周期的な時間、つまり正圧のピークから負圧のピーク
までにかかる時間）となっていた。これは、予備吐出駆
動では、チャンバ内に負圧を発生させ、吐出駆動電界で
はチャンバ内に正圧を発生させるが、吐出駆動電界によ
って正圧が発生した後、チャンバ内の容積が元に戻るこ
とによってチャンバ内に負圧を発生させて吐出駆動電界
発生後、２N×ＡＰ後に生ずる正圧のピークを該負圧で
相殺させてインク漏れや吐出不良を防止していた。

【００１３】このことから、予備駆動電界と吐出駆動電
界との駆動時間の比率は、ＡＰ対（２Ｎ−１）×ＡＰ、
すなわち吐出駆動電界を奇数倍とすると、吐出駆動電界
印加後、ＡＰ時間経過後から周期２ＡＰで生じる負圧の
ピークとチャンバ内の容積が元に戻ることによる負圧の
発生とのタイミングが一致してしまい負圧が異常に大き
くなるためチャンバ内に気泡の混入や吐出性能の悪化な
どが発生してしまうため、予備駆動電界と吐出駆動電界
との駆動時間の比率をＡＰ対２Ｎ×ＡＰとして吐出駆動
電界印加後、２ＡＰ時間経過後から周期２ＡＰで生じる
正圧のピークをチャンバ内の容積が元に戻ることによる
前記負圧の発生で相殺するようにしていた。この予備駆
動電界と吐出駆動電界とでの吐出に伴う時間は最低でも
３ＡＰとなり、吐出時間が長くなってしまうと共に次に
吐出するためにチャンバ内の圧力が収束する時間も必要
であり、連続吐出の高速化が特に困難であるという問題
がある。

【００１４】本発明はこのような事情に鑑み、インク吐
出特性を悪化させずにチャンバ内の圧力が減衰する収束
時間を短縮すると共に駆動時間を短縮して印刷を高速化
することができるインクジェット式記録装置及び記録方
法を提供することを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、基板に画成されて長手方向の端部が
ノズル開口に連通するチャンバと、該チャンバの側壁に
設けられた電極とを有するヘッドチップと、該ヘッドチ
ップの前記電極に駆動電圧を印加することにより前記側
壁に駆動電界を発生させて前記チャンバ内の容積を変化
させてその内部に充填されたインクを前記ノズル開口か
ら吐出させる駆動手段とを具備するインクジェット式記
録装置において、前記基板上には、前記チャンバに連通
する共通インク室を画成するインク室プレートが接合さ
れており、前記共通インク室は前記チャンバと前記共通
インク室とを仕切る仕切部を具備すると共に該仕切部に
は前記ノズル開口からの距離によりポンプ長を規定する
連通孔が前記チャンバの長手方向に亘って前記ポンプ長
と同等の間隔で複数設けられており、前記駆動手段は前
記側壁に発生させる前記駆動電界として前記チャンバ内
の容積を一時的に増加させる予備駆動電界と、該予備駆
動電界に連続して前記チャンバ内の容積を一時的に減少
させることでインクを吐出させる吐出駆動電界との駆動
時間が略同等となるように駆動することを特徴とするイ
ンクジェット式記録装置にある。

【００１６】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記仕切部が別部材で形成されていることを特徴と
するインクジェット式記録装置にある。

【００１７】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記基板が圧電セラミックプレートで形成さ
れており、該圧電セラミックプレートに溝を形成するこ
とにより前記チャンバが画成されていると共に当該チャ
ンバの長手方向一端部の前記基板とは反対側の開口で前
記共通インク室と連通していることを特徴とするインク
ジェット式記録装置にある。

【００１８】本発明の第４の態様は、第１又は２の態様
において、前記基板上に圧電セラミックからなる前記側
壁を所定間隔で配置して、前記側壁に前記チャンバを画
成していると共に前記基板上には前記共通インク室が画
成されており、前記チャンバと前記共通インク室とが当
該チャンバの長手方向一端で連通していることを特徴と
するインクジェット式記録装置にある。

【００１９】本発明の第５の態様は、長手方向の端部が
ノズル開口に連通するチャンバが画成されていると共に
該チャンバの側壁に電極が設けられた基板と、該基板上
に接合されて前記チャンバに連通する共通インク室を画
成するインク室プレートとを具備するヘッドチップの前
記電極に電圧を印加することによって前記チャンバ内の
容積を変化させてその内部に充填されたインクを前記ノ
ズル開口から吐出させるインクジェット式記録方法にお
いて、前記共通インク室には前記ノズル開口からの距離
によりポンプ長を規定する連通孔が前記チャンバの長手
方向に亘って前記ポンプ長と同等の間隔で複数設けられ
ており、前記駆動電界として前記チャンバ内の容積を一
時的に増加させる予備駆動電界と、該予備吐出電界に連
続して前記チャンバ内の容積を一時的に減少させる吐出
電界とを略同等の駆動時間で側壁に発生させることを特
徴とするインクジェット式記録方法にある。

【００２０】かかる本発明では、チャンバのポンプ長を
規定する連通孔を設けることによって、インク供給特性
及びインク吐出特性を悪化させずにチャンバ内の圧力が
減衰する時間を短縮することができると共に吐出駆動電
界を発生させる時間を短縮して吐出に伴う駆動時間を短
縮でき、インクを高速で連続吐出して高速印刷を実現で
きる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を実施形態に基づ
いて詳細に説明する。

【００２２】（実施形態）図１は、一実施形態に係るイ
ンクジェットヘッドの分解斜視図であり、図２はヘッド
チップの分解斜視図であり、図３（ａ）は、ヘッドチッ
プのチャンバの長手方向の断面図であり、図３（ｂ）
は、図３（ａ）のＡ−Ａ′線断面図であり、図４は、イ
ンクジェットヘッドの組立工程を示す概略斜視図であ
る。

【００２３】図１に示すように、本実施形態のインクジ
ェットヘッド１０は、ヘッドチップ１１と、このヘッド
チップ１１の一方面側に設けられるベースプレート１２
と、ヘッドチップ１１の他方面側に設けられるヘッドカ
バー１３と、ヘッドチップ１１を駆動するための駆動回
路４１が搭載された配線基板４０とを有する。

【００２４】まず、ヘッドチップ１１について詳しく説
明する。図２及び図３に示すように、ヘッドチップ１１
を構成する圧電セラミックプレート１６には、複数の溝
からなるチャンバ１７が並設され、各チャンバ１７は、
側壁１８で分離されている。各チャンバ１７の長手方向
一端部は圧電セラミックプレート１６の一端面まで延設
されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深
さが徐々に浅くなっている。また、各チャンバ１７内の
両側壁１８の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動
電界印加用の電極１９が形成されている。

【００２５】ここで、圧電セラミックプレート１６に形
成される各チャンバ１７は、例えば、円盤状のダイスカ
ッターにより形成され、深さが徐々に浅くなった部分
は、ダイスカッターの形状により形成されてしまう。ま
た、各チャンバ１７内に形成される電極１９は、例え
ば、公知の斜め方向からの蒸着により形成される。

【００２６】圧電セラミックプレート１６のチャンバ１
７の開口側には、接着剤３５を介してインク室プレート
２０が接合されている。このインク室プレート２０に
は、各チャンバ１７と連通する凹部となる共通インク室
２１と、この共通インク室２１の底部からチャンバ１７
とは反対方向に貫通するインク供給口２２とを有する。

【００２７】なお、本実施形態では、各チャンバ１７
は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ
（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインクに対応したグルー
プに分かれており、共通インク室２１及びインク供給口
２２は、それぞれ４つずつ設けられている。

【００２８】また、インク室プレート２０は、セラミッ
クプレート、金属プレートなどで形成することができる
が、圧電セラミックプレート１６との接合後の変形等を
考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用
いるのが好ましい。

【００２９】このような圧電セラミックプレート１６と
インク室プレート２０との間には、チャンバ１７と共通
インク室２１とを連通する複数の連通孔３１、本実施形
態ではチャンバ１７の長手方向に亘って４つの連通孔３
１ａ〜３１ｄが厚さ方向に貫通して設けられた板状部材
からなる仕切部３０が設けられている。

【００３０】仕切部３０に設けられた複数の連通孔３１
の内、チャンバ１７の長手方向の後端部側に設けられた
連通孔３１ｄは、チャンバ１７の浅くなった端部に対向
する位置に設けられており、チャンバ１７内の気泡がそ
の端部に溜まるのを防止している。

【００３１】また、複数の連通孔３１は等間隔で設けら
れており、この間隔はチャンバ１７のノズル開口２４と
ノズル開口２４に最も近い連通孔３１ａとの距離であ
り、この距離によってポンプ長が規定される。

【００３２】ここで、チャンバ１７のポンプ長とは、一
般的にはチャンバの共通インク室と連通する領域を境界
部とした場合に、境界部からノズル開口までの領域をポ
ンプ部として、このポンプ部の長さのことである。この
ようなポンプ部の長さ（ポンプ長）によってインク吐出
後に側壁の振動が停止してからチャンバ内の音圧が繰り
返し反射して生じた圧力が減衰する収束時間が決定され
る。

【００３３】そこで、本実施形態では、仕切部３０の最
もノズル開口２４に近い位置に設けられた連通孔３１ａ
によって、連通孔３１ａからノズル開口２４までをポン
プ部１７ｐとして、その長さをポンプ長とすることがで
きる。

【００３４】詳しくは、本実施形態では、チャンバ１７
の長手方向の長さを７．２ｍｍ、連通孔３１の大きさを
６０μｍ×１８０μｍ、連通孔３１ａのノズル開口２４
からの距離を１．８ｍｍとした場合、ヘッドチップ１１
のＡＰは３．６０μ秒となった。これに対し、従来の仕
切部の設けられてないヘッドチップ、すなわち、ヘッド
チップには仕切部を設けずにノズル開口から１．８ｍｍ
の距離からチャンバの浅くなった端部まで開口するよう
に共通インク室を形成した場合のＡＰは、３．５４μ秒
となった。

【００３５】このようなことから、連通孔３１ａのノズ
ル開口２４からの距離をポンプ長と規定することができ
る。このため、ポンプ部１７ｐの長さを連通孔３１ａの
位置によって容易に規定することができ、連通孔３１ａ
の位置でポンプ長を規定することでノズル抵抗の変動に
よるチャンバ内圧力の収束時間の影響を受け難く、複数
の連通孔３１を設けることによって容易に収束時間を短
縮することができる。

【００３６】なお、本実施形態では、仕切部３０をイン
ク室プレート２０と別部材で形成して圧電セラミックプ
レート１６とインク室プレート２０とで挟持させるよう
にしたが、これに限定されず、例えば、インク室プレー
ト２０の圧電セラミックプレート１６側に一体的に形成
するようにしてもよい。このようなインク室プレートの
形成方法は、特に限定されず、例えば、セラミックプレ
ートをエッチングすることにより形成してもよく、ま
た、金属プレートを機械加工して形成するようにしても
よい。

【００３７】また、圧電セラミックプレート１６とイン
ク室プレート２０との接合体のチャンバ１７が開口して
いる端面には、ノズルプレート２３が接合されており、
ノズルプレート２３の各チャンバ１７に対向する位置に
はノズル開口２４が形成されている。

【００３８】本実施形態では、ノズルプレート２３は、
圧電セラミックプレート１６とインク室プレート２０と
の接合体のチャンバ１７が開口している端面の面積より
も大きくなっている。このノズルプレート２３は、ポリ
イミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を
用いてノズル開口２４を形成したものである。また、図
示しないが、ノズルプレート２３の被印刷物に対向する
面には、インクの付着等を防止するために撥水性を有す
る撥水膜が設けられている。

【００３９】なお、本実施形態では、圧電セラミックプ
レート１６とインク室プレート２０との接合体のチャン
バ１７が開口している端部の周囲には、ノズル支持プレ
ート２５が配置されている。このノズル支持プレート２
５は、ノズルプレート２３の接合体端面の外側と接合さ
れて、ノズルプレート２３を安定して保持するためのも
のである。勿論、このノズル支持プレート２５は設けな
くてもよい。

【００４０】このような構成のヘッドチップ１１は、ま
ず、圧電セラミックプレート１６とインク室プレート２
０とを仕切部３０を挟持するように接合し、その接合体
の端面にノズルプレート２３を接合する。次いで、ノズ
ルプレート２３の外側面、及び圧電セラミックプレート
１６とインク室プレート２０との接合体にノズル支持プ
レート２５を嵌合接着することにより形成される。

【００４１】また、以下にこのようなヘッドチップ１１
を用いた本実施形態のインクジェットヘッド１０につい
て説明する。

【００４２】図１及び図４に示すように、本実施形態の
インクジェットヘッド１０は、ヘッドチップ１１を構成
する圧電セラミックプレート１６のノズル開口２４側と
は反対側の端部には電極１９にボンディングワイヤ２８
等を介して接続される図示しない配線パターンが形成さ
れており、この配線パターンには異方性導電膜２６を介
してフレキシブルケーブル２７が接合される。また、圧
電セラミックプレート１６とインク室プレート２０との
接合体のノズル支持プレート２５の後端側には、圧電セ
ラミックプレート１６側のアルミニウム製のベースプレ
ート１２と、インク室プレート２０側のヘッドカバー１
３とが組み付けられる。ベースプレート１２とヘッドカ
バー１３とは、ベースプレート１２の係止孔１２ａにヘ
ッドカバー１３の係止シャフト１３ａを係合することに
より固定され、両者で圧電セラミックプレート１６とイ
ンク室プレート２０との接合体を挟持する。ヘッドカバ
ー１３には、インク室プレート２０のインク供給口２２
のそれぞれに連通するインク導入路２９が設けられてい
る。

【００４３】また、図４（ａ）に示すように、圧電セラ
ミックプレート１６の後端側に突出したベースプレート
１２上には配線基板４０が固着される。ここで、配線基
板４０上にはヘッドチップ１１を駆動するための集積回
路などの駆動回路４１が搭載され、駆動回路４１とフレ
キシブルケーブル２７とが異方性導電膜４２を介して接
続される。これにより、図４（ｂ）のインクジェットヘ
ッド１０が完成する。

【００４４】このようなインクジェットヘッド１０で
は、インク導入路２９を介してインク供給口２２から各
チャンバ１７内にインクを充填し、駆動回路４１によっ
て所定のチャンバ１７の両側の側壁１８に電極１９を介
して所定の駆動電界を作用させることにより、側壁１８
が変形して所定のチャンバ１７内の容積が変化し、チャ
ンバ１７内のインクがノズル開口２４から吐出する。

【００４５】また、このようなインクジェットヘッド１
０は、図示しないインクカートリッジを保持するタンク
ホルダ５１に組み付けられてヘッドユニット５０が形成
される。

【００４６】このタンクホルダ５１の一例を図５に示
す。図５に示すタンクホルダ５１は、一方面が開口した
略箱形形状をなし、インクカートリッジが着脱自在に保
持可能なものである。また、底壁上面には、インクカー
トリッジの底部に形成された開口部であるインク供給口
２２と連結する連結部５２が設けられている。連結部５
２は、例えば、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼ
ンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインク毎に設けられ
ている。連結部５２内には図示しないインク流路が形成
され、その開口となる連結部５２の先端には、フィルタ
５３が設けられている。また、連結部５２内に形成され
たインク流路は底壁の裏面側まで連通して形成され、各
インク流路は、タンクホルダ５１の裏面側に設けられた
流路基板５４内の図示しないインク流路を介して流路基
板５４の側壁に開口するヘッド連結口５５に連通する。
このヘッド連結口５５はタンクホルダ５１の側面側に開
口し、当該側壁の底部には、上述したインクジェットヘ
ッド１０を保持するヘッド保持部５６が設けられてい
る。ヘッド保持部５６は、配線基板４０上に設けられた
駆動回路４１を包囲する略コ字状に立設された包囲壁５
７と、包囲壁５７内にあってインクジェットヘッド１０
のベースプレート１２及び配線基板４０に設けられた係
止孔１２ｂと係合する係合シャフト５８が立設されてい
る。

【００４７】従って、このヘッド保持部５６にインクジ
ェットヘッド１０を搭載してヘッドユニット５０が完成
する。このとき、ヘッドカバー１３に形成されたインク
導入路２９が流路基板５４のヘッド連結口５５に連結さ
れる。これにより、タンクホルダ５１の連結部５２を介
してインクカートリッジから導入されたインクは、流路
基板５４内のインク流路を通ってインクジェットヘッド
１０のインク導入路２９に導入され、連通孔３１を通り
共通インク室２１及びチャンバ１７内に充填される。

【００４８】このように形成されたヘッドユニット５０
は、例えば、インクジェット式記録装置のキャリッジに
搭載されて使用される。この使用態様の一例の概略を図
６に示す。

【００４９】図６に示すように、インクジェット式記録
装置７０のキャリッジ６１は、一対のガイドレール６２
ａ及び６２ｂ上に軸方向に移動自在に搭載されており、
ガイドレール６２ａ、６２ｂの一端側に設けられてキャ
リッジ駆動モータ６３に連結されたプーリ６４ａと、他
端側に設けられたプーリ６４ｂとに掛け渡されたタイミ
ングベルト６５を介して搬送される。キャリッジ６１の
搬送方向と直交する方向の両側には、ガイドレール６２
ａ及び６２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ６６及
び６７が設けられている。これらの搬送ローラ６６及び
６７は、キャリッジ６１の下方に当該キャリッジ６１の
搬送方向とは直交する方向に被記録媒体Ｓを搬送するも
のである。

【００５０】キャリッジ６１上には、上述したヘッドユ
ニット５０が搭載され、このヘッドユニット５０にはイ
ンクカートリッジが着脱自在に保持される。

【００５１】このようなインクジェット式記録装置７０
によると、被記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ６１をそ
の送り方向とは直交方向に走査することにより、インク
ジェットヘッド１０によって被記録媒体Ｓ上に文字及び
画像を記録することができる。

【００５２】ここで、インクジェット式記録装置の駆動
方法について詳細に説明する。

【００５３】図７は、ヘッドチップの側壁に印加される
駆動電圧及び駆動信号を示すパルス波形及び圧電セラミ
ックプレートの断面図である。

【００５４】図７に示すように、隣接するチャンバ１７
ａ、１７ｂ及び１７ｃでは、各チャンバ１７ａ、１７ｂ
及び１７ｃ内の相対向する電極１９ａ、１９ｂ及び１９
ｃのそれぞれにパルス波形７０ａ、７０ｂ及び７０ｃで
表される駆動電圧を印加することによって、チャンバ１
７ｂの両側壁１８ａ、１８ｂにパルス波形７１で表され
る電極駆動電界を発生させてチャンバ１７ｂに対応する
ノズル開口２４からインク滴を吐出させる。

【００５５】この吐出されるチャンバ１７ｂの両側壁１
８ａ、１８ｂに発生せる駆動電界は、チャンバ１７ｂ内
の容積を一時的に増加させる予備駆動電界と、予備駆動
電界に連続してチャンバ１７ｂ内の容積を一時的に減少
させる吐出駆動電界とを有する。

【００５６】この予備駆動電界と吐出駆動電界との駆動
時間を略同等となるようにした。

【００５７】詳しくは、予備駆動電界と吐出駆動電界と
の駆動時間は、駆動電界を表すパルス波形７１のパルス
幅として表される。すなわち、図７の駆動電界を表すパ
ルス波形７１では、予備駆動電界がＢの領域で表され、
吐出駆動電界がＣの領域で表される。

【００５８】この予備駆動電界と吐出駆動電界との駆動
時間、すなわち駆動電界を表すパルス波形７１のＢ領域
とＣ領域との幅を略同等となるようにした。

【００５９】ここで、予備駆動電界と吐出駆動電界とか
らなる駆動電界に対応したヘッドチップ１１の側壁１８
の動きを詳しく説明する。

【００６０】まず、チャンバ１７ｂからインク滴を吐出
させる際に、電極１９ｂに付与される駆動電圧を表すパ
ルス波形７０ｂは、Ｂの領域で正の駆動電圧を印加する
ものであり、この際、電極１９ａ及び１９ｃに付与され
る駆動電圧は接地されている。これにより側壁１８ａ及
び１８ｂに予備駆動電界を発生させて側壁１８ａ及び１
８ｂがチャンバ１７ｂに対して外側に変形する。

【００６１】また、チャンバ１７ａ及びチャンバ１７ｃ
内の電極１９ａ及び１９ｃに付与される駆動電圧を表す
パルス波形７０ａ、７０ｃは、パルス波形７０ｂのＢの
領域に連続して逆向きの駆動電圧を印加する波形をＣの
領域に有するものである。これにより、側壁１８ａ、１
８ｂに予備駆動電界に連続した逆向きの吐出駆動電界を
発生させて、側壁１８ａ、１８ｂはチャンバ１７ｂの内
方に向かって変形する。

【００６２】すなわち、図７に示す駆動電界のパルス波
形７１によって、チャンバ１７ｂからインク滴を吐出さ
せる際に、チャンバ１７ｂの両側壁１８ａ、１８ｂに予
備駆動電界と吐出駆動電界とを発生させることによっ
て、側壁１８ａ、１８ｂはチャンバ１７ｂに対して外側
に撓み変形した後に連続して内側に撓み変形することで
インク滴が吐出されるようになっている。

【００６３】また、ここで、図７に示した駆動電界のパ
ルス波形７１によってチャンバ１７ｂからインク滴を吐
出する際の側壁１８ａ、１８ｂの動きを図８に示す。な
お、図８は、圧電セラミックプレートの断面図である。

【００６４】まず、図７のパルス波形７１のＡ領域で
は、側壁１８ａ、１８ｂに駆動電界を発生させず、図８
（ａ）に示すように、側壁１８ａ、１８ｂは変形せずに
駆動待ちの状態となる。

【００６５】次に、図７のパルス波形７１の予備駆動電
界であるＢ領域では、図８（ｂ）に示すように、側壁１
８ａ、１８ｂに予備駆動電界を発生させることによって
互いに外側に離れるように変形させて、チャンバ１７ｂ
内の容積を大きくする。このときチャンバ１７ｂ内には
共通インク室２１からインクが補充される。

【００６６】次に、図７のパルス波形７１の吐出駆動電
界であるＣ領域では、図８（ｃ）に示すように、側壁１
８ａ、１８ｂに予備駆動電界とは逆向きの駆動電界を発
生させることによって、側壁１８ａ、１８ｂを図８
（ｂ）の状態から互いに内側に接近するように変形させ
る。これにより、チャンバ１７ｂの容積が減少してチャ
ンバ１７ｂ内の圧力が増加し、ノズル開口２４からイン
ク滴が吐出される。

【００６７】その後、図７のパルス波形７１の吐出駆動
電界であるＣ領域が終わり、側壁１８ａ、１８ｂに発生
させる駆動電界がゼロなると、図８（ｄ）に示すよう
に、側壁１８ａ、１８ｂが元の状態に戻る。このとき、
図８（ｃ）に示す状態から、駆動待ちの状態となること
によってチャンバ１７ｂの容積が増大するため、チャン
バ１７ｂ内に負圧が発生する。

【００６８】また、予備駆動電界と吐出駆動電界の駆動
時間は、ポンプ部１７ｐの長さとインク内を伝わる圧力
伝播速度から求められる周期的な時間であるＡＰの自然
数倍によって決められる。すなわち、予備駆動電界と吐
出駆動電界との最も短い駆動時間は１ＡＰであることは
言うまでもない。

【００６９】なお、本実施形態では、圧電セラミックプ
レート１６に溝からなるチャンバ１７を画成したヘッド
チップ１１としたが、これに限定されず、例えば、基板
上に圧電セラミックからなる側壁を所定間隔で配置する
ようにしてもよい。このような例を図９及び１０に示
す。なお、図９は、ヘッドチップの他の例を示す分解斜
視図であり、図１０（ａ）は、ヘッドチップのチャンバ
の並設方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図
である。

【００７０】図示するように、ヘッドチップ１１Ａは、
基板１６Ａ上に圧電セラミックからなる側壁１８Ａを所
定間隔で配置して、各側壁１８Ａ間にチャンバ１７Ａが
画成されている。

【００７１】また、基板１６Ａ上には、複数の封止板６
０が設けられ、この封止板６０によりチャンバ１７Ａの
長手方向一端に連通すると共にインク室プレート２０に
形成された第１のインク室２１ａと連通して共通インク
室２１の一部を構成する第２のインク室２１ｂが画成さ
れている。

【００７２】また、仕切部３０Ａには、第２のインク室
２１ｂに対向する位置にインク供給連通孔３２と、チャ
ンバ１７Ａと第１のインク室２１ａとの間に所定間隔で
均等に設けられた複数個の連通孔３１とが設けられてい
る。

【００７３】さらに、チャンバ１７Ａの両側壁１８Ａに
設けられた電極１９Ａは、側壁１８Ａの全面に亘って設
けられており、電極１９Ａと駆動回路４１との導通は、
配線６１によって接続されているが、この電極１９Ａと
配線６１との導通は、例えば、配線６１を基板１６Ａと
各側壁１８Ａとの間の両側に画成されたチャンバ１７Ａ
に沿って延設し、延設した配線６１の幅方向両端部で電
極１９Ａと確実に接触しており、これにより電極１９Ａ
と配線６１との導通を図るようにしている。

【００７４】このようなヘッドチップ１１Ａとしても、
仕切部３０Ａにチャンバ１７Ａのポンプ長を決定する連
通孔３１を設けることによって、チャンバ１７Ａ内の圧
力が減衰する収束時間を短縮することができると共にイ
ンク供給特性及びインク吐出特性を向上することができ
る。なお、封止板６０を側壁１８Ａの端部に当接させて
第２のインク室２１ｂを削除し、且つ連通孔３１の内の
１つを側壁１８Ａの端部に設置してもよい。

【００７５】また、上述した実施形態では、絶縁性のイ
ンクを使用するヘッドチップを例示したが、水性インク
等の導電性インクを使用するヘッドチップとしてもよ
い。

【００７６】このようにヘッドチップに水性インク等の
導電性インクを用いる場合、チャンバ１７内のインクに
よって電極が導通してしまい、インクが電気分解を起こ
すと共に正常な駆動を行えないため、圧電セラミックプ
レートにインクを吐出させるチャンバと、インクの充填
されないダミーチャンバとを交互に配置して導電性イン
クが吐出されるようにするが、このダミーチャンバへの
インクの充填の防止を仕切部によって行うようにしても
よい。

【００７７】このような例を図１１に示す。なお、図１
１は、本発明のヘッドチップの他の例を示す分解斜視図
である。

【００７８】図示するように、ヘッドチップ１１Ｂの圧
電セラミックプレート１６には、チャンバ１７ｄとダミ
ーチャンバ１７ｅとが交互に配置されており、ノズルプ
レート２３のチャンバ１７ｄに対向する領域にのみノズ
ル開口２４が設けられている。

【００７９】このようなヘッドチップ１１Ｂの圧電セラ
ミックプレート１６とインク室プレート２０との間に挟
持された仕切部３０Ｂには、チャンバ１７ｄに対向する
位置にポンプ長にて等間隔に設けられた複数の連通孔３
１が設けられており、ダミーチャンバ１７ｅに対向する
領域は仕切部３０Ｂによって塞がれてインクが充填され
るのを防止している。

【００８０】このように導電性インクを用いるヘッドチ
ップ１１Ｂでも、仕切部３０Ｂにチャンバ１７ｄのポン
プ長を決定し、且つポンプ長の間隔で複数の連通孔３１
を設けることによって、チャンバ１７ｄ内の圧力が減衰
する収束時間を短縮することができると共にインク供給
特性及びインク吐出特性を向上することができる。

【００８１】なお、ヘッドチップ１１Ａに導電性インク
を用いる場合は、上述したヘッドチップ１１Ｂの仕切部
３０Ｂでは、第２のインク室２１ｂによって全てのチャ
ンバ１７Ａ内にインクが供給されてしまう。このため、
ヘッドチップ１１Ａで導電性インクを用いる場合には、
封止板６０を側壁１８Ａの端部に当接させて第２のイン
ク室２１ｂを無くすと共に仕切部３０Ｂを設けたり、仕
切部の形状を変えてインクの充填されないダミーチャン
バを設ける必要がある。

【００８２】また、ヘッドチップ１１Ａ及び１１Ｂで
は、インク室プレート２０と仕切部３０Ａ及び３０Ｂと
を別部材としたが、これに限定されず、例えば、インク
室プレート２０と仕切部３０Ａ及び３０Ｂとを一体的に
形成するようにしてもよい。

【００８３】（実施例１）実施例１では、上述した実施
形態１と同様のヘッドチップ１１、すなわち、ヘッドチ
ップ１１のチャンバ１７の長さを７．２ｍｍとして、仕
切部に６０μｍ×１８０μｍの連通孔３１ａ〜３１ｄを
間隔が１．８ｍｍとなるように４個設けたヘッドチップ
１１を用いた。

【００８４】このヘッドチップ１１のノズル抵抗を６０
％とし、チャンバ１７からインクを吐出する際の予備駆
動電界と吐出駆動電界との比を１ＡＰ対１ＡＰとした例
である。なお、上述した実施形態１で説明したように１
ＡＰは３．６μ秒であった。

【００８５】（比較例１）比較のため、上述した実施形
態１と同様のヘッドチップ１１を予備駆動電界と吐出駆
動電界との比が１ＡＰ対２ＡＰとなるようにした例であ
る。

【００８６】（試験例１）実施例１と比較例１とのヘッ
ドチップ１１の駆動で、吐出後のチャンバ内圧力の収束
時間を測定した。この結果を図１２に示す。なお、図１
２は、実施例１及び比較例１のヘッドチップから予備駆
動電圧印加後のチャンバ内圧力の時間に対する挙動を表
す図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。

【００８７】図７及び図８で上述したように、吐出駆動
電界がゼロとなり、チャンバ内の容積が元に戻った際に
チャンバ内に負圧を発生させるが、この負圧の発生が実
施例１では、図１２のＥ領域で示され、比較例１では、
図１２のＦ領域で示される。

【００８８】このように吐出駆動電界の駆動時間の違い
によって、チャンバの両側壁を元の状態に戻すタイミン
グ、すなわち、負圧を発生させるタイミングが決定され
るが、吐出駆動電界発生後に周期的に生ずる正圧のピー
クを相殺する負圧発生のタイミングが、チャンバ内圧力
の収束が早くなることで周期的に生ずる負圧のピークと
正圧のピークとを相殺する必要がなくなれば次のインク
滴が吐出できるまでチャンバ内圧力が収束する時間が短
縮されることになる。

【００８９】図１２に示す結果から、チャンバ内圧力が
収束する時間、ここでは次のインク滴の吐出ができるチ
ャンバ内圧力を±１０ｋＰａ以下と規定した場合に、±
１０ｋＰａ以下となる時間は、実施例１のヘッドチップ
１１では１６．０μ秒で所定以下の圧力に収束している
のに対して、比較例１のヘッドチップ１１では、２４．
１μ秒で所定以下の圧力に収束しているのが分かる。

【００９０】このように、１回の吐出にあたりチャンバ
内の吐出圧力の収束時間は、実施例１のヘッドチップ１
１の方が比較例１のヘッドチップ１１に比べて約８μ秒
短縮されることが分かる。

【００９１】なお、このような吐出駆動電界の駆動時間
の短縮は、従来の仕切部３０がないヘッドチップでは、
吐出後のチャンバ内の容積が元に戻った際の負圧の発生
と吐出駆動電界発生後、（２Ｎ−１）×ＡＰ後に生ずる
負圧のピークとのタイミングが一致して負圧が異常に大
きくなってしまうため、ヘッドチップ１１にチャンバ１
７と共通インク室２１とを連通する連通孔３１をチャン
バ１７の長手方向に亘ってポンプ長と同等の間隔で複数
有する仕切部３０を設け、チャンバ１７内圧力の収束時
間を短縮した場合のみ行うことができる。

【００９２】また、実施例１と比較例１とで任意のノズ
ル開口、本試験例では、全５１０個のノズルで３０番、
２２２番及び４８０番のインク滴吐出スピードを測定し
た。この結果を表１に示す。

【００９３】

【表１】 表１に示す結果から分かるように、実施例１のヘッドチ
ップ１１と比較例１のヘッドチップ１１との駆動タイミ
ングによる比較から、予備駆動電界と吐出駆動電界との
印加時間比率を１ＡＰ対１ＡＰとしても、比較例１で示
した従来型の駆動電界、すなわち、予備駆動電界と吐出
駆動電界との印加時間比率が１ＡＰ対２ＡＰとしてもイ
ンク滴の吐出速度は略同等の速度となっていることが分
かる。

【００９４】このように、予備駆動電界と吐出駆動電界
とを略同等の駆動時間で駆動することで、実施例１の場
合、インク滴の吐出速度を従来の駆動タイミングによる
吐出速度から変化させずに駆動に伴う時間を短縮するこ
とができると共に吐出後のチャンバ内圧力の減衰する収
束時間も短縮でき、連続吐出の高速化、すなわち印刷の
高速化を図ることができる。

【００９５】なお、実施例１及び比較例１では、予備駆
動電界を１ＡＰとし、吐出駆動電界を１ＡＰ又は２ＡＰ
としたが、これは最短の吐出時間とした場合であるた
め、特にこれに限定されず、実施例１では、予備駆動電
界と吐出駆動電界との駆動時間を略同等とすればよいこ
とは言うまでもない。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、共通イ
ンク室の仕切部にノズル開口からの距離によりポンプ長
を規定し、且つチャンバの長手方向に亘ってポンプ長間
隔で複数個の連通孔を設けることにより、チャンバ内の
圧力が減衰する収束時間を短縮することができると共に
予備駆動電界と吐出駆動電界との駆動時間を略同等とす
ることで吐出に伴う駆動時間をも短縮して連続吐出の高
速化、すなわち印刷の高速化が図れる。また、ノズル開
口の形状によって音圧が減衰するまでの時間は左右され
ないので、ノズル開口の形状による吐出量の制御は一定
の吐出条件下で達成可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッ
ドの分解斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの分解
斜視図である。

【図３】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの断面
図であり、（ａ）はチャンバの長手方向断面図、（ｂ）
は（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。

【図４】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッ
ドの組立工程を示す斜視図である。

【図５】本発明の一実施形態に係るヘッドユニットの概
略を示す分解斜視図である。

【図６】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記
録装置の概略斜視図である。

【図７】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの側壁
に印加される駆動電圧及び駆動信号を示すパルス波形及
び圧電セラミックプレートの断面図である。

【図８】本発明の一実施形態に係るチャンバからインク
滴を吐出する際の側壁の動きを示す圧電セラミックプレ
ートの断面図である。

【図９】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの他の
例を示す分解斜視図である。

【図１０】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの他
の例を示す断面図であり、（ａ）はチャンバの並設方向
の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。

【図１１】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの他
の例を示す分解斜視図である。

【図１２】本発明の実施例１及び比較例１のヘッドチッ
プから予備駆動電界印加後のチャンバ内圧力の時間に対
する挙動を表す図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図
である。

【図１３】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す分
解斜視図である。

【図１４】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す断
面図である。

【図１５】従来技術に係るヘッドチップの概要を示す断
面図である。

【符号の説明】

１０ インクジェットヘッド １１、１１Ａ、１１Ｂ ヘッドチップ １２ ベースプレート １３ ヘッドカバー １６ 圧電セラミックプレート １６Ａ 基板 １７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７Ａ、１７ｄ チャ
ンバ １７ｅ ダミーチャンバ １７ｐ ポンプ部 １８、１８ａ、１８ｂ、１８Ａ 側壁 １９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９Ａ 電極 ２０ インク室プレート ２１ 共通インク室 ２１ａ 第１のインク室 ２１ｂ 第２のインク室 ２２ インク供給口 ２３ ノズルプレート ２４ ノズル開口 ３０、３０Ａ、３０Ｂ 仕切部 ３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 連通孔 ３２ インク供給連通孔 ４０ 配線基板 ４１ 駆動回路 ５０ ヘッドユニット ７０ インクジェット式記録装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に画成されて長手方向の端部がノズ
   ル開口に連通するチャンバと、該チャンバの側壁に設け
   られた電極とを有するヘッドチップと、該ヘッドチップ
   の前記電極に駆動電圧を印加することにより前記側壁に
   駆動電界を発生させて前記チャンバ内の容積を変化させ
   てその内部に充填されたインクを前記ノズル開口から吐
   出させる駆動手段とを具備するインクジェット式記録装
   置において、 前記基板上には、前記チャンバに連通する共通インク室
   を画成するインク室プレートが接合されており、前記共
   通インク室は前記チャンバと前記共通インク室とを仕切
   る仕切部を具備すると共に該仕切部には前記ノズル開口
   からの距離によりポンプ長を規定する連通孔が前記チャ
   ンバの長手方向に亘って前記ポンプ長と同等の間隔で複
   数設けられており、前記駆動手段は前記側壁に発生させ
   る前記駆動電界として前記チャンバ内の容積を一時的に
   増加させる予備駆動電界と、該予備駆動電界に連続して
   前記チャンバ内の容積を一時的に減少させることでイン
   クを吐出させる吐出駆動電界との駆動時間が略同等とな
   るように駆動することを特徴とするインクジェット式記
   録装置。
2. 【請求項２】 前記仕切部が別部材で形成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録
   装置。
3. 【請求項３】 前記基板が圧電セラミックプレートで形
   成されており、該圧電セラミックプレートに溝を形成す
   ることにより前記チャンバが画成されていると共に当該
   チャンバの長手方向一端部の前記基板とは反対側の開口
   で前記共通インク室と連通してい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式記録装置。
4. 【請求項４】 前記基板上に圧電セラミックからなる前
   記側壁を所定間隔で配置して、前記側壁に前記チャンバ
   を画成していると共に前記基板上には前記共通インク室
   が画成されており、前記チャンバと前記共通インク室と
   が当該チャンバの長手方向一端で連通していることを特
   徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット式記録
   装置。
5. 【請求項５】 長手方向の端部がノズル開口に連通する
   チャンバが画成されていると共に該チャンバの側壁に電
   極が設けられた基板と、該基板上に接合されて前記チャ
   ンバに連通する共通インク室を画成するインク室プレー
   トとを具備するヘッドチップの前記電極に電圧を印加す
   ることによって前記チャンバ内の容積を変化させてその
   内部に充填されたインクを前記ノズル開口から吐出させ
   るインクジェット式記録方法において、 前記共通インク室には前記ノズル開口からの距離により
   ポンプ長を規定する連通孔が前記チャンバの長手方向に
   亘って前記ポンプ長と同等の間隔で複数設けられてお
   り、前記駆動電界として前記チャンバ内の容積を一時的
   に増加させる予備駆動電界と、該予備吐出電界に連続し
   て前記チャンバ内の容積を一時的に減少させる吐出電界
   とを略同等の駆動時間で側壁に発生させることを特徴と
   するインクジェット式記録方法。