JP2003175607A - インクジェット記録ヘッド構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インクジェット記録ヘッドを支持する支持部材
のインク供給穴内に気泡が入り込んだとしても停滞する
ことを防ぎ、所定量のインク滴を安定して吐出させるこ
とができるようにする。 【解決手段】インクジェット記録ヘッド２を支持するセ
ラミック製の支持部材１０のインク供給穴１１を、イン
クジェット記録ヘッド側に開口する、中央に向かって深
くなる傾斜底面１３を備えた長穴１２と、これに連通す
る小径穴１４とから構成し、上記インク供給穴１１の少
なくとも傾斜底面１３の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒ
ａ）で０．４〜１．０μｍ、ボイド率を５〜３０％とす
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、インクジェット方
式の記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッド構
造体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、記録紙にカラーの文字や画像を印
刷する手段としてインクジェット方式の記録装置が用い
られているが、近年、画像出力の高精度化とともに、印
字密度の高密度化が求められるようになっている。

【０００３】ところで、インクジェット方式の記録装置
に搭載されるインクジェット記録ヘッドには、インク滴
を記録紙に向けて吐出、飛翔させる加圧機構として、発
熱抵抗体の発する熱エネルギーを利用したものや、圧電
素子の変形を利用したもの、さらには電磁波の照射に伴
って発生する熱を利用したもの等がある。

【０００４】例えば、加圧機構として発熱抵抗体の熱エ
ネルギーを利用したインクジェット記録ヘッド構造体と
しては、図４（ａ）（ｂ）に示す如く、複数のインク室
２４を有し、各インク室２４内にインクを加圧するため
の発熱抵抗体２５を備えた流路部材２３と、上記各イン
ク室２４と連通するインク吐出孔２８を備えたノズル板
２９とからなるインクジェット記録ヘッド２２と、この
インクジェット記録ヘッド２２を支持し、かつ上記流路
部材２３のインク室２４と連通するインク供給穴３１を
有するセラミック製の支持部材３０とからなり、上記イ
ンク供給穴３１は、インクジェット記録ヘッド側に開口
する、中央に向かって深くなる傾斜底面３３を備えた長
穴３２と、これに連通する小径穴３４とから構成したも
のがあった。

【０００５】そして、このインクジェット記録ヘッド構
造体２１を用いて記録紙に印刷するには、インク供給穴
３１よりインク室２４にインクを供給した状態で、発熱
抵抗体２５を発熱させてインク室２４内に気泡を発生さ
せることによりインク室２４内のインクを加圧し、イン
ク吐出孔２８よりインク滴を吐出させることにより記録
紙に印刷するようになっていた（特開２００１−１３０
００４号公報参照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発熱抵抗体
２５の発する熱エネルギーを利用したインクジェット記
録ヘッド構造体２１では、発熱抵抗体２５を発熱させる
ことによりインク室２４内に発生させた気泡の一部が切
れる気泡切れが発生し、切り離された微小気泡がインク
室２４やインク供給穴３１に滞留するのであるが、イン
ク滴の連続吐出に伴って発生した微小気泡が合わさって
一体となったり、あるいは新たに発生させた気泡と合わ
さって大きな気泡となると、インク室２４内の加圧力が
変化し、その結果、インク吐出孔２８より吐出されるイ
ンク滴の吐出量が変化して印刷精度に悪影響を与えると
いった課題があった。

【０００７】また、残留した微小気泡がインク供給穴３
１内に停滞し、他の微小気泡と合わさってより大きな気
泡となって残ると、インク供給穴３１内でのインクの流
れが阻害され、インク滴の吐出不良を招き、著しい画像
の濃度ムラや白ヌケ等が発生し、印刷精度を低下させる
といった課題もあった。

【０００８】また、画質の高精度化に伴って小さな孔径
を有するインク吐出孔２８を備えたものが用いられるよ
うになっているが、上記支持部材３０のインク供給穴３
１は一般的にブラスト加工や研削加工等によって製作さ
れるため、特に長穴３２の傾斜底面３３に開口する気孔
や凹部には加工屑やゴミ等が入り込んでおり、これらの
加工屑やゴミ等は洗浄処理を施しても十分に除去するこ
とができず、そのまま使用するとインク供給穴３１にイ
ンクを供給した際に、傾斜底面３３に開口する気孔や凹
部に入り込んでいた加工屑やゴミ等がインク中に流出
し、インク吐出孔２８を目詰まりさせるといった恐れも
あった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、複数のインク室を有し、各インク室内のイン
クを加圧するための加圧機構を備えた流路部材と、上記
各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とから
なるインクジェット記録ヘッドと、インクジェット記録
ヘッドを支持し、かつ上記流路部材のインク室と連通す
るインク供給穴を有するセラミック製の支持部材とから
なるインクジェット記録ヘッド構造体において、上記イ
ンク供給穴を、インクジェット記録ヘッド側に開口す
る、中央に向かって深くなる傾斜底面を備えた長穴と、
これに連通する小径穴とから構成するとともに、上記イ
ンク供給穴の少なくとも傾斜底面の表面粗さを算術平均
粗さ（Ｒａ）で０．４〜１．０μｍ、ボイド率を５〜３
０％としたことを特徴とする。

【００１０】また、上記長穴の傾斜底面は焼成したまま
の表面とするか、あるいは長穴の傾斜底面にアニール処
理を施すことが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１２】図１は本発明のインクジェット記録ヘッド
構造体の一例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）
は一部を破断した斜視図である。また、図２は本発明の
インクジェット記録ヘッド構造体の一例を示す分解斜視
図であり、図３は図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）
は図１（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【００１３】このインクジェット記録ヘッド構造体１
は、複数のインク室４を有し、各インク室４内にインク
を加圧するための発熱抵抗体５を備えた流路部材３と、
上記各インク室４と連通するインク吐出孔８を備えたノ
ズル板９とからなるインクジェット記録ヘッド２と、イ
ンクジェット記録ヘッド２を支持し、かつ上記流路部材
３のインク室４と連通するインク供給穴１１を有するセ
ラミック製の支持部材１０とからなる。

【００１４】インクジェット記録ヘッド２を形成する流
路部材３は、例えばシリコン基板に複数本の段付き溝６
を並設してなり、段付き溝６の段差部７に複数個の発熱
抵抗体５を所定の間隔で並設したもので、各発熱抵抗体
５と対向する位置にインク吐出孔８が位置するように流
路部材３上にノズル板９を配置することによりインクジ
ェット記録ヘッド２を構成してある。

【００１５】また、支持部材１０は、セラミック板にイ
ンクジェット記録ヘッド２の各インク室４と連通する複
数本のインク供給穴１１を穿設したもので、各インク供
給穴１１は、インクジェット記録ヘッド側に開口する、
中央に向かって深くなる傾斜底面１３を有する長穴１２
と、インクジェット記録ヘッド２と反対側に開口し、上
記長穴１２と連通する小径穴１４とからなる。

【００１６】支持部材１０を形成するセラミックスとし
ては、特に限定するものではなく、アルミナ質焼結体、
ジルコニア質焼結体、窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼
結体、ムライト質焼結体、フォルステライト質焼結体、
ステアタイト質焼結体、コージライト質焼結体等のセラ
ミック焼結体、あるいは単結晶サファイアを用いること
ができ、これらの中でも安価に製造することが可能なア
ルミナ質焼結体により形成することが好ましい。

【００１７】そして、このインクジェット記録ヘッド構
造体１を用いて記録紙に印刷するには、インク供給穴１
１よりインク室４にインクを供給した状態で、発熱抵抗
体５を発熱させてインク室４内に気泡を発生させること
によりインク室４内のインクを加圧し、インク吐出孔８
よりインク滴を吐出させることにより記録紙に印刷する
ようになっており、本発明によれば、インク供給穴１１
のインクジェット記録ヘッド側を、中央に向かって深く
なる傾斜底面１３を有する長穴１２としてあることか
ら、インクジェット記録ヘッド２よりインク滴を吐出し
た際に発生する圧力波をインク供給穴１１の長穴１２で
分散させることができるため、次のインク滴の吐出にあ
たり、圧力波の反射波がインク室４内に戻り、次のイン
ク滴の吐出に悪影響を与えることを効果的に防止するこ
とができるため、インク滴の吐出間隔を短くすることが
でき、印刷時間を短縮することができる。

【００１８】また、発熱抵抗体５を発熱させることによ
り、インク室４内に発生させた気泡の一部が切れる気泡
切れが発生し、切り離された微小気泡がインク室４やイ
ンク供給穴１１に滞留するのであるが、長穴１２の底面
は中央に向かう傾斜面１３としてあることから、インク
供給穴１１内に滞留する微小気泡を傾斜底面１３に沿っ
て移動させ、小径穴１４よりインクタンク側へ効率良く
逃がすことができる。その為、インク供給穴１１内に気
泡が滞留することを効果的に防止し、インク供給穴１１
内を流れるインクに悪影響を与えたり、新たなインク滴
の吐出時に発生させる気泡に悪影響を与えることがない
ため、所定量のインク滴を安定して吐出させることがで
きる。

【００１９】ところで、インク供給穴１１の少なくとも
傾斜底面１３の表面粗さは算術平均粗さ（Ｒａ）で０．
４〜１．０μｍとするとともに、ボイド率を５〜３０％
とすることが好ましい。

【００２０】即ち、傾斜底面１３の表面粗さが算術平均
粗さ（Ｒａ）で０．４μｍより小さくなったり、ボイド
率が５％より小さくなると、インクとの濡れ性が悪くな
るため、インク供給穴１１内でのインクの流れが停滞す
ることにより、微小気泡もインク供給穴１１内に停滞し
易くなるからであり、逆に傾斜底面１３の表面粗さが算
術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍより大きくなったり、
ボイド率が３０％より大きくなると、インクとの濡れ性
は良くなるものの、傾斜底面１３に存在するボイドや凹
部に微小気孔が引っかかり、インク供給穴１１内に停滞
し易くなるからである。

【００２１】このような支持部材１０を製造する方法と
しては、焼結されたセラミック板にブラスト加工や研削
加工を施すことによっても製作することができるが、好
ましくはインク供給穴１１を有するセラミック成形体を
一軸加圧成形法によって一体的に成形したものを焼成す
ることによって製作したものを用いることが好ましい。

【００２２】即ち、ブラスト加工や研削加工によって製
造したものでは、加工屑等がインク供給穴１１の表面に
開口する凹部やボイドに入り込み、このような研削粉は
洗浄作業を施しても完全には除去することができず、イ
ンクジェット記録ヘッド２の吐出時にインク内に浮遊
し、これがインク室４に供給されるとインク吐出孔８の
目詰まりを起こす原因となるからで、一軸加圧成形法に
よってインク供給穴１１を一体的に成形するとともに、
予めインク供給穴１１を形成する金型の表面を滑らかに
仕上げておくことにより、焼成直後のインク供給穴１１
の少なくとも傾斜底面１３における表面粗さを算術平均
粗さ（Ｒａ）で０．４〜１．０μｍとすることができ、
新たに研磨加工等を施す必要がなく、インク吐出孔８を
目詰まりさせるような加工屑等の発生を効果的に防止す
ることができる。その為、インク供給穴１１の少なくと
も傾斜底面１３は焼成したままの表面とすることが好ま
しい。

【００２３】なお、焼成したままの表面とは、焼結後に
はインク供給穴１１の少なくとも傾斜底面１３に研削加
工や研磨加工等の加工を施していない表面のことであ
り、焼成したままの表面であるとは、走査電子顕微鏡で
１万倍に拡大して観察した時に見られる傾斜表面１３に
露出する結晶粒子が丸みを帯びているものを言う。

【００２４】さらに、焼成後にアニール処理を施しても
良く、例えば、焼結助材として添加するシリカやマグネ
シアなどのガラス成分を含むセラミック焼結体の場合、
１１００〜１８００℃の温度にてアニール処理を施すこ
とにより、結晶粒界のガラス成分が融解して表面の結晶
粒子を保持し、結晶粒子の脱落を防止することができる
ため、インク吐出孔８を目詰まりさせる原因となるパー
ティクルの発生をより一層低減することができる。な
お、アニール処理を施した表面であるとは、走査電子顕
微鏡で１万倍に拡大して観察した時に見られる傾斜表面
１３に露出する結晶粒子が丸みを帯びているものを言
い、また、非酸化物系セラミックスをアニール処理した
場合、結晶粒子の表面に主成分の酸化物からなる凝集体
又は主成分の酸化膜が形成されていることからも確認す
ることがきる。

【００２５】また、インク供給穴１１の少なくとも傾斜
底面１３におけるボイド率を５〜３０％とするには、セ
ラミック原料の種類や粒径あるいは成形圧や焼成温度等
を適否調整することにより設定することができる。

【００２６】例えば、支持部材１０をアルミナ純度が９
０％以上であるアルミナ質焼結体により製作する場合、
インク供給穴１１を形成する金型の表面粗さを算術表面
粗さ（Ｒａ）で０．０５以下としたものを用い、６０〜
１００ＭＰａの成形圧力で一軸加圧成形した後、１５０
０〜１８００℃の温度で焼成することにより、インク供
給穴１１の焼成後の傾斜底面を算術平均粗さ（Ｒａ）で
０．４〜１．０μｍ、ボイド率を５〜３０％に制御する
ことができる。

【００２７】以上、本発明の実施形態について示した
が、本発明は上述した実施形態だけに限定されるもので
はなく、例えば、インクジェット記録ヘッド２の加圧機
構として発熱抵抗体５の発する熱エネルギーを利用した
ものを例にとって示したが、圧電素子の変形を利用した
ものや電磁波の照射に伴って発生する熱を利用したもの
でも良く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良したも
のや変更したものにも適用できることは言う迄もない。

【００２８】

【実施例】（実施例１）ここで、図１乃至図３に示すイ
ンクジェット記録ヘッド構造体１に備える支持部材１０
のインク供給穴１１の傾斜底面１３における表面粗さ及
びボイド率を異ならせた時の特性について調べる実験を
行った。

【００２９】支持部材１０は、一軸加圧成形法によって
アルミナ純度が９６％のアルミナ質焼結体により形成
し、インク供給穴１１の傾斜底面１３における表面粗さ
は、金型の面粗さを異ならせることにより調整し、イン
ク供給穴１１の傾斜底面１３におけるボイド率は、成形
圧力を異ならせることにより調整した。

【００３０】そして、得られた各流路部材３のインク供
給穴１１の傾斜底面１３におけるインクとの濡れ性を調
べることにより微小気泡の停滞のし易さを評価した。

【００３１】インクとの濡れ性については、傾斜底面１
３にインクジェットプリンタ用の黒インクをスポイトに
て滴下した時に、インクが水滴状に残る場合を濡れ性が
悪いとし、表１に「×」として示し、滴下したインクが
表面に馴染んで広がった場合を濡れ性が良いとし、表１
に「○」として示した。

【００３２】また、表面粗さの測定は、先端の曲率半径
が１０μｍである触針を有する接触式表面粗さ計にて算
術平均粗さ（Ｒａ）を測定し、ボイド率の測定は、傾斜
底面１３を鏡面加工し、ニレコ製ＬＵＺＥＸ−ＦＳ画像
解析装置を用いて、顕微鏡倍率２００倍、測定ポイント
１０ヶ所、測定面積１０．０×１０³μｍ²条件にて画像
解析して測定した。

【００３３】結果は表１に示す通りである。

【００３４】

【表１】

【００３５】この結果、試料Ｎｏ．３〜１０のように、
傾斜底面１３の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．
４μｍ以上、ボイド率５％以上とすることによりインク
との濡れ性を高めることができ、気泡の停滞を大幅に低
減できることが判る。 （実施例２）次に、実施例１における粉末成形の成形圧
力を１２０ＭＰａとして成形した後、焼成し、次いでブ
ラスト加工にて傾斜底面１３の表面粗さとボイド率を制
御し、その後、アニール温度を８００℃〜１８００℃の
範囲に設定して再焼成した時のパーティクルの発生状況
について調べる実験を行った。

【００３６】また、実施例１における粉末成形の成形圧
力を８５ＭＰａとして成形した後、焼成したままの表面
についても同様に調べた。

【００３７】なお、バーティクル数の測定は、流路部材
１０を１５０ｍｌの純水中に浸し、出力５０ｋＨｚ、１
８０Ｗにて１分間超音波洗浄した後、流路部材１０を取
り出し、洗浄水中に残った１μｍ以上のパーィクル数を
パーティクルカウンタにて計測することにより測定し
た。

【００３８】結果は表２に示す通りである。

【００３９】

【表２】

【００４０】この結果、流路部材１０のインク供給穴１
１を焼成したままの表面又はアニール処理を施すことに
より、パーティクル数を低減することができ、特にアニ
ール処理温度を高くすることによりパーティクルの発生
数を抑えられることが判る。これはアニール処理温度を
高くすることにより、結晶粒界のガラス成分が融解して
表面の結晶粒子を保持し、結晶粒子の脱落を防止するこ
とが高まったからであると思われる。また、試料Ｎｏ．
２２のように傾斜底面を焼成したままの面とすることに
よってもパーティクルの発生を効果的に防止できること
が判った。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数の
インク室を有し、各インク室内のインクを加圧するため
の加圧機構を備えた流路部材と、上記各流路と連通する
インク吐出孔を備えたノズル板とからなるインクジェッ
ト記録ヘッドと、インクジェット記録ヘッドを支持し、
かつ上記流路部材のインク室と連通するインク供給穴を
有するセラミック製の支持部材とからなるインクジェッ
ト記録ヘッド構造体において、上記インク供給穴は、そ
のインクジェット記録ヘッド側に開口する、中央に向か
って深くなる傾斜底面を有する長穴と、これに連通する
小径穴とから構成するとともに、上記インク供給穴の少
なくとも傾斜底面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で
０．４〜１．０μｍ、ボイド率を５〜３０％としたこと
によって、インク滴の吐出後に発生した圧力波をインク
供給孔内で拡散させることができるとともに、インク滴
の吐出時に発生させる気泡に気泡切れが発生し、微小気
泡がインク供給孔内に入り込んだとしてもインク供給孔
内に停滞することを防止し、小径孔よりインクタンク側
へ逃がすことができるため、次のインク滴を吐出するの
に発生させる気泡に悪影響を与えることがなく、所定量
のインク滴を安定してインク吐出孔より吐出することが
でき、高画質の印刷を行うことができるとともに、イン
ク滴の吐出間隔を短くすることができるため、印刷時間
を短縮することができる。

【００４２】また、上記長穴の傾斜底面を焼成したまま
の表面とするか、あるいはアニール処理を施した表面と
することにより、インク供給穴に付着するパーティクル
のインクへの浮遊量を低減することができるため、イン
ク吐出孔の目詰まりを効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッド構造体の一
例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は一部を破
断した斜視図である。

【図２】本発明のインクジェット記録ヘッド構造体の一
例を示す分解斜視図である。

【図３】（ａ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）
は図１（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【図４】従来のインクジェット記録ヘッド構造体を示す
図で、（ａ）は正面から見た断面図であり、（ｂ）は側
面から見た断面図である。

【符号の説明】

１：インクジェット記録ヘッド構造体 ２：インクジェット記録ヘッド ３：流路部材 ４：インク室 ５：発熱抵抗体 ６：段付き溝 ７：段差部 ８：インク吐出孔 ９：ノズル板 １０：支持部材 １１：インク供給穴 １２：長穴 １３：傾斜底面 １４：小径孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のインク室を有し、各インク室内のイ
   ンクを加圧するための加圧機構を備えた流路部材と、上
   記各インク室と連通するインク吐出孔を備えたノズル板
   とからなるインクジェット記録ヘッドと、該インクジェ
   ット記録ヘッドを支持し、かつ上記流路部材のインク室
   と連通するインク供給穴を有するセラミック製の支持部
   材とからなるインクジェット記録ヘッド構造体におい
   て、上記インク供給穴は、インクジェット記録ヘッド側
   に開口する、中央に向かって深くなる傾斜底面を備えた
   長穴と、該長穴と連通する小径穴とからなり、上記イン
   ク供給穴の少なくとも傾斜底面の表面粗さが算術平均粗
   さ（Ｒａ）で０．４〜１．０μｍで、かつボイド率が５
   〜３０％であることを特徴とするインクジェット記録ヘ
   ッド構造体。
2. 【請求項２】上記傾斜底面が焼成したままの表面である
   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
   ヘッド構造体。
3. 【請求項３】上記傾斜底面にはアニール処理が施してあ
   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
   録ヘッド構造体。