JP2003237067A - インクジェットヘッド及び記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクを吐出するノズル１４が複数形成され
たノズルプレート９を有するインクジェットヘッド１又
は記録装置Ａにおいて、バンディングの発生を防止して
記録品質の向上を図る。 【解決手段】 ノズルプレート９を、各ノズル１４の基
端側開口の中心軸と先端側開口の中心軸との軸ずれ量に
ついての標準偏差が０．４μｍ以下となるように構成す
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、それぞれインクを
吐出する複数のノズルが板厚方向に貫通して形成された
ノズルプレートを有するインクジェットヘッド、及び該
インクジェットヘッドを備えた記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アクチュエータの駆動によっ
てインクを吐出するインクジェットヘッドと、このイン
クジェットヘッドと記録紙とを相対移動させる相対移動
手段とを備え、この相対移動手段により上記インクジェ
ットヘッドが上記記録紙に対して相対移動しているとき
に、上記インクジェットヘッドに設けられたノズルから
インクを上記記録紙に吐出させて記録を行うように構成
された記録装置が知られている。

【０００３】上記インクジェットヘッドのノズルプレー
トには、多数のノズルがその板厚方向に貫通して形成さ
れているが、記録の高速化や高画質化等の観点から、各
ノズルの形状を、ノズルの基端側開口から先端側開口に
向かってその孔径が縮小したテーパ形状とすることも知
られている。

【０００４】こうした、テーパ形状のノズルをノズルプ
レートに形成する方法としては、例えば特開平４−２９
９１５０号公報に記載されているように、略円錐形状の
ポンチによる打ち抜き加工によってノズルプレートにノ
ズルを形成する方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、こうしたイ
ンクジェットヘッドでは、例えばノズルからのインクの
吐出方向が曲がっていると記録紙に対するインクの着弾
ずれが生じ、これにより、記録紙上にインクが付着しな
い領域が生じて、記録された画像に、肉眼で認識し得る
程度の白筋（バンディング）が発生する場合がある。

【０００６】特に、記録装置の記録解像度が高めるに
は、インクドット（記録紙に着弾したインク滴）の高密
度、つまりドットの微小化が必要となるが、このよう
に、インクドットを微小化するとバンディングが発生し
やすくなるという不都合がある。

【０００７】また、こうしたバンディングの発生の有無
は、実際にインクを吐出して記録紙に記録をしなければ
確認することができないため、インクジェットヘッドの
品質管理の観点からは、インクを吐出しなくてもバンデ
ィングの発生の有無を予測し得ることが好ましい。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、それぞれイン
クを吐出する複数のノズルが板厚方向に貫通して形成さ
れたノズルプレートを有するインクジェットヘッド又は
記録装置において、バンディングの発生を防止して記録
品質の向上を図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、インクの吐出特性にはノズルの形状が重
要である点に鑑みて、ノズルの同軸度（鉛直度）に着目
して実験を重ねた結果、バンディング発生の有無と、イ
ンクの着弾ずれと、ノズルの同軸度との相関関係を見出
すことによって完成するに至ったものである。

【００１０】具体的に、第１の発明は、それぞれインク
を吐出する複数のノズルが板厚方向に貫通して形成され
たノズルプレートを有するインクジェットヘッドを対象
とし、上記ノズルプレートを、各ノズルの基端側開口の
中心軸と先端側開口の中心軸との軸ずれ量についての標
準偏差が０．４μｍ以下となるように構成することを特
定事項とするものである。

【００１１】すなわち、各ノズルの軸ずれ量についての
標準偏差が比較的大きいときは、インクの着弾ずれが大
きく、これにより、バンディングが発生しやすくなり、
逆に、各ノズルの軸ずれ量についての標準偏差を小さく
すれば、インクの着弾ずれが抑制され、その結果、バン
ディングの発生が抑制されるのである。

【００１２】そして、各ノズルの軸ずれ量についての標
準偏差が０．４μｍ以下となるように構成すれば、肉眼
で認識し得るようなバンディングの発生を防止すること
ができるとの知見に基づき、ノズルプレートを、各ノズ
ルの基端側開口の中心軸と先端側開口の中心軸との軸ず
れ量についての標準偏差が０．４μｍ以下となるように
構成する。このことで、バンディングの発生が防止され
て、記録品質の向上が図られる。

【００１３】また、ノズルプレートにおける、各ノズル
の軸ずれ量についての標準偏差を測定すれば、その標準
偏差の値によって、実際にインクを吐出しなくてもバン
ディングの発生の有無を予測することが可能になる。

【００１４】第２の発明は、インクの吐出特性には、ノ
ズルの特に先端部分の形状が重要であることを見出して
完成するに至ったものであり、具体的には、ノズルプレ
ートを、各ノズルの基端側開口の中心と先端側開口の中
心とを結ぶ線が上記ノズルプレートの厚み方向中央位置
の第１ノズル横断面と交わる第１交点と、上記各ノズル
の基端側開口の中心と上記ノズルプレートの厚み方向中
央位置よりも先端側所定位置の第２ノズル横断面の中心
とを結ぶ線が上記第１ノズル横断面と交わる第２交点と
の位置ずれ量についての標準偏差が０．０３μｍ以下と
なるように構成することを特定事項とするものである。

【００１５】すなわちこれは、ノズルプレートを、各ノ
ズルの第１交点と第２交点との位置ずれ量についての標
準偏差が０．０３μｍ以下となるように構成すれば、イ
ンクの着弾ずれが抑制され、その結果、バンディングの
発生が抑制されるとの知見に基づくものである。

【００１６】尚、この第１交点と第２交点との位置ずれ
量は、ノズル全体の形状を考慮しつつノズル先端部にお
ける鉛直度を規定するものであって、インクの吐出特
性、特にインクの吐出方向と強い相関を有するものであ
る。

【００１７】ここで、各ノズルを、先端側開口に連続し
かつ孔径が一定のストレート部を有するものとして、第
２ノズル横断面を、上記ストレート部における基端側端
部のノズル横断面としてもよい。

【００１８】これは、特にノズルの先端部分にストレー
ト部が設けられたときには、そのストレート部の形状
が、インクの吐出特性に重要であるとの知見に基づくも
のである。

【００１９】上記各ノズルは、基端側開口が先端側開口
に比べて大径となるように形成してもよい。

【００２０】そして、各ノズルは、孔径が一定のストレ
ート部を有するものとしてもよい。

【００２１】また、各ノズルを、ノズル基端側から先端
側に向かって先細に形成されたテーパ部を複数有するも
のとし、上記複数のテーパ部を、テーパ角度が互いに異
なるように構成してもよい。

【００２２】さらに、各ノズルを、孔径が一定のストレ
ート部と、ノズル基端側から先端側に向かって先細に形
成されたテーパ部とを有するものとしてもよい。

【００２３】加えて、このストレート部とテーパ部とを
有するノズルにおいては、テーパ部を複数有するものと
し、上記複数のテーパ部を、テーパ角度が互いに異なる
ように構成してもよい。

【００２４】尚、上記のテーパ部としては、その内周面
がノズル縦断面において直線状となるように形成された
ものに限らず、ノズル縦断面において曲線状となるよう
に形成されたものも含む。

【００２５】このような形状のノズルは、例えば互いに
異なる形状の複数の放電電極それぞれによって、該ノズ
ルプレートに対する放電加工を複数工程行うことで形成
してもよい。

【００２６】また、各ノズルは、各放電電極をその中心
軸回りに回転させながら放電加工を行うことで形成する
のがよい。こうすることで、各ノズルの同軸度（鉛直
度）を高めることができ、上記の軸ずれ量又は位置ずれ
量についての標準偏差を小さくすることが可能になる。

【００２７】また、各ノズルは、複数工程の少なくとも
一の工程において、放電電極の中心軸と上記ノズルの孔
軸とが偏心した状態で一方の軸が他方の軸の回りを回る
ように、上記ノズルプレート及び放電電極のいずれか一
方を他方に対して相対的に公転させながら放電加工を行
うことで形成してもよい。こうすることで、例えば互い
にテーパ角度の異なる複数のテーパ部を有するノズル
を、容易に形成することが可能になる。

【００２８】各ノズルから吐出するインクの液滴量を、
３ｐｌ（ピコリットル）以下となるように構成してもよ
い。

【００２９】また、各ノズルから吐出したインクが記録
媒体に付着したときのドット径を、３５μｍ以下となる
ように構成してもよい。

【００３０】ノズルプレートのノズルは、１２００ｄｐ
ｉ以上３６００ｄｐｉ以下の密度で配設してもよい。

【００３１】つまり、インクジェットヘッドの記録解像
度が高い方が、インクドットを高密度化する必要があ
り、ひいてはインクドットの微小化又はインクの液滴量
の微小化が必要である。こうしてドットを高密度化する
とバンディングが発生しやすいことから、記録解像度の
高いインクジェットヘッド、具体的には、１２００，１
６００，２０００，２４００，２５００，３０００，３
６００ｄｐｉ等のインクジェットにおいては特に、ノズ
ルプレートを、各ノズルの軸ずれ量についての標準偏差
が０．４μｍ以下、又は第１及び第２交点の位置ずれ量
についての標準偏差が０．０３μｍ以下となるように構
成することが好ましい。尚、記録解像度が高まれば高ま
る程、ドットを高密度化が必要となることから、各ノズ
ルの軸ずれ量についての標準偏差が、より一層小さい値
以下（０．４μｍよりも小さい値以下）となるように、
ノズルプレートを構成しなければならない。

【００３２】第３の発明は、記録装置を対象とし、請求
項１〜請求項１４のいずれかに記載のインクジェットヘ
ッドと、上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対
移動させる相対移動手段とを備えるようにし、上記イン
クジェットヘッドの各ノズルから記録媒体にインクを吐
出することによって記録を行うように構成することを特
定事項とするものである。

【００３３】また、この記録装置は、記録解像度が、１
２００ｄｐｉ以上３６００ｄｐｉ以下（例えば、１２０
０，１６００，２０００，２４００，２５００，３００
０，３６００ｄｐｉ等）となるように構成されたものと
してもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明におけるイ
ンクジェットヘッド及び記録装置によれば、ノズルプレ
ートを、その各ノズルの基端側開口の中心軸と先端側開
口の中心軸との軸ずれ量についての標準偏差が０．４μ
ｍ以下となるように構成することによってインクの着弾
ずれが低減し、その結果、バンディングの発生を抑制す
ることができ、ひいては記録装置の記録品質を向上させ
ることができる。

【００３５】また、ノズルプレートに形成された各ノズ
ルの軸ずれ量を測定し、その標準偏差を演算すれば、そ
の標準偏差の値によって、インクを実際に吐出しなくて
もバンディングの発生の有無を予測することができる。
従って、インクジェットヘッドの品質管理を容易に行う
ことができる。

【００３６】また、ノズルの先端部における形状が重要
である点に鑑みて、ノズルプレートを、各ノズルの第１
交点と第２交点との位置ずれ量の標準偏差が０．０３μ
ｍ以下となるように構成しても、バンディングの発生を
効果的に抑制することができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。

【００３８】図１は、本発明の実施形態に係るインクジ
ェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置Ａの概
略を示し、この記録装置Ａは、上面に上記インクを有す
るインクカートリッジ３５が装着されかつ該インクを後
述の如く記録媒体としての記録紙４１に吐出するインク
ジェットヘッド１を備えている。このインクジェットヘ
ッド１はキャリッジ３１に支持固定され、このキャリッ
ジ３１には、図示を省略するキャリッジモータが設けら
れ、このキャリッジモータにより上記インクジェットヘ
ッド１及びキャリッジ３１が主走査方向（図１及び図２
に示すＸ方向）に延びるキャリッジ軸３２にガイドされ
てその方向に往復動するようになっている。

【００３９】上記記録紙４１は、図示を省略する搬送モ
ータによって回転駆動される２つの搬送ローラ４２に挟
まれていて、この搬送モータ及び各搬送ローラ４２によ
り、上記インクジェットヘッド１の下側において上記主
走査方向と垂直な副走査方向（図１及び図２に示すＹ方
向）に搬送されるようになっている。従って、上記キャ
リッジ３１、キャリッジモータ、キャリッジ軸３２、搬
送モータ及び搬送ローラ４２によって、インクジェット
ヘッド１と記録紙４１とを相対移動させる相対移動手段
が構成される。

【００４０】上記インクジェットヘッド１は、図２〜図
４に示すように、インクを供給するための供給口３ａ及
びインクを吐出するための吐出口３ｂを有する複数の圧
力室用凹部３が形成されたヘッド本体２を備えている。
このヘッド本体２の各凹部３は、該ヘッド本体２の上面
に上記主走査方向に延びるように開口されていて、互い
に上記副走査方向に略等間隔をあけた状態で並設されて
いる。上記各凹部３開口の全長は約１２５０μｍに、幅
は約１３０μｍにそれぞれ設定されている。尚、上記各
凹部３の開口の両端部は、略半円形状をなしている。

【００４１】上記ヘッド本体２の各凹部３の側壁部は、
約２００μｍ厚の感光性ガラス製の圧力室部品６で構成
され、各凹部３の底壁部は、この圧力室部品６の下面に
接着固定されかつ６枚のステンレス鋼薄板を積層してな
るインク流路部品７で構成されている。このインク流路
部品７内には、上記各凹部３の供給口３ａとそれぞれ接
続された複数のオリフィス８と、この各オリフィス８と
接続されかつ上記副走査方向に延びる１つの供給用イン
ク流路１１と、上記吐出口３ｂとそれぞれ接続された複
数の吐出用インク流路１２とが形成されている。

【００４２】上記各オリフィス８は、インク流路部品７
において板厚が他よりも小さい上から２番目のステンレ
ス鋼薄板に形成されており、その径は約３８μｍに設定
されている。また、上記供給用インク流路１１は上記イ
ンクカートリッジ３５と接続されており、このインクカ
ートリッジ３５より供給用インク流路１１内にインクが
供給されるようになっている。

【００４３】上記インク流路部品７の下面には、インク
滴を上記記録紙４１に向けて吐出するための複数のノズ
ル１４が形成されたステンレス鋼からなるノズルプレー
ト９が接着固定されている。このノズルプレート９の下
面は、撥水膜９ａで被覆されている。この撥水膜９ａは
公知の方法に形成することが可能である。

【００４４】上記各ノズル１４は、上記吐出用インク流
路１２とそれぞれ接続されていて、この吐出用インク流
路１２を介して上記各凹部３の吐出口３ｂにそれぞれ連
通されており、インクジェットヘッド１の下面におい
て、上記副走査方向に列状に並ぶように設けられてい
る。尚、このノズル１４は、その配設密度が１２００ｄ
ｐｉとなるように、上記ノズルプレート９に配設されて
いる。

【００４５】上記各ノズル１４は、図５に拡大して示す
ように、ノズルプレート９の一側の面に開口しかつノズ
ル径がノズル先端側に向かって小さくなる第１テーパ部
１４ａと、該第１テーパ部１４ａのノズル先端側に連続
して設けられかつ、そのテーパ角度（ノズル１４の縦断
面においてその内周面を表す一対の線の間の角度）が上
記第１テーパ部１４ａのテーパ角度よりも小さい第２テ
ーパ部１４ｂと、該第２テーパ部１４ｂのノズル先端側
に連続して設けられかつノズルプレート９の他側の面に
開口したノズル径が一定のストレート部１４ｃとからな
り、このストレート部１４ｃのノズル径は約２０μｍに
設定されている。また、ノズルプレート９は、その板厚
が約７０μｍとされており、ストレート部１４ｃのノズ
ルプレート９の板厚方向の長さは、約１０μｍに設定さ
れている。

【００４６】上記ヘッド本体２の各凹部３の上側には、
圧電アクチュエータ２１がそれぞれ設けられている。こ
の各圧電アクチュエータ２１は、上記ヘッド本体２の上
面に接着固定された状態で該ヘッド本体２の各凹部３を
塞いで該凹部３と共に圧力室４を構成するＣｒ製振動板
２２を有している。この振動板２２は、全ての圧電アク
チュエータ２１に共通の１つのものからなっていて、後
述の全圧電素子２３に共通の共通電極としての役割をも
果たしている。

【００４７】また、上記各圧電アクチュエータ２１は、
上記振動板２２の上記圧力室４と反対側面（上面）にお
いて圧力室４に対応する部分（凹部３開口に対向する部
分）にＣｕ製の中間層２５を介してそれぞれ設けられか
つチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電素子２
３と、この各圧電素子２３の上記振動板２２と反対側面
（上面）にそれぞれ接合され、該振動板２２と共に各圧
電素子２３に電圧（駆動電圧）をそれぞれ印加するため
のＰｔ製個別電極２４とを有している。

【００４８】上記振動板２２，各圧電素子２３、各個別
電極２４及び各中間層２５は、全て薄膜で形成されてな
っており、振動板２２の厚みは約６μｍに、各圧電素子
２３の厚みは８μｍ以下（例えば約３μｍ）に、各個別
電極２４の厚みは約０．２μｍに、各中間層２５の厚み
は約３μｍにそれぞれ設定されている。

【００４９】上記各圧電アクチュエータ２１は、その振
動板２２と各個別電極２４とを介して各圧電素子２３に
駆動電圧を印加することにより該振動板２２の圧力室４
に対応する部分（凹部３開口部分）を変形させること
で、該圧力室４内のインクを吐出口３ｂないしノズル１
４から吐出させるようになっている。すなわち、振動板
２２と個別電極２４との間にパルス状の電圧を印加する
と、そのパルス電圧の立ち上がりにより圧電素子２３が
圧電効果によりその厚み方向と垂直な幅方向に収縮する
のに対し、振動板２２、個別電極２４及び中間層２５は
収縮しないので、いわゆるバイメタル効果により振動板
２２の圧力室４に対応する部分が圧力室４側へ凸状に撓
んで変形する。この撓み変形により圧力室４内の圧力が
高まり、この圧力で圧力室４内のインクが吐出口３ｂ及
び吐出用インク流路１２を経由してノズル１４から押し
出される。そして、上記パルス電圧の立ち下がりにより
圧電素子２３が伸長して振動板２２の圧力室４に対応す
る部分が元の状態に復帰し、このとき、上記ノズル１４
から押し出されていたインクがインク流路１２内のイン
クから引きちぎられて、インク滴（例えば３ｐｌ）とし
て記録紙４１へ吐出され、該記録紙４１面にドット状に
付着することとなる。このときの最小のドット径は３５
μｍ以下となるように設定されている。

【００５０】また、上記振動板２２が凸状に撓んで変形
した状態から元の状態に復帰する際に、圧力室４内には
上記インクカートリッジ３５より供給用インク流路１１
及び供給口３ａを介してインクが充填される。尚、各圧
電素子２３に印加するパルス電圧としては、上記のよう
に押し引きタイプのものでなくても、第１の電圧から該
第１の電圧よりも低い第２の電圧まで立ち下がった後に
上記第１の電圧まで立ち上がる引き押しタイプのもので
あってもよい。

【００５１】上記各圧電素子２３への駆動電圧の印加
は、インクジェットヘッド１及びキャリッジ３１を主走
査方向において記録紙４１の一端から他端まで略一定速
度（例えば２１１．７ｍｍ／ｓｅｃ）で移動させている
ときに所定時間（例えば１００μｓ程度：駆動周波数１
０ｋＨｚ）毎に行われ（但し、インクジェットヘッド１
が記録紙４１におけるインク滴を着弾させない箇所に達
したときには電圧が印加されない）、このことで、記録
紙４１の所定位置にインク滴を着弾させる。そして、１
走査分の記録が終了すると、搬送モータ及び各搬送ロー
ラ４２により記録紙４１を副走査方向に所定量搬送し、
再度、インクジェットヘッド１及びキャリッジ３１を主
走査方向に移動させながらインク滴を吐出させて、新た
な１走査分の記録を行う。この動作を繰り返すことによ
って、記録紙４１全体に所望の画像が形成される。

【００５２】このように、この記録装置Ａは、インクジ
ェットヘッド１の移動速度が２１１．７ｍｍ／ｓｅｃに
設定されていると共に、吐出するインクの液滴量が３ｐ
ｌに設定されかつ、そのドット径が３５μｍ以下に設定
され、さらに、記録解像度が１２００ｄｐｉとなるよう
に構成されている。

【００５３】そして、上記インクジェットヘッド１にお
けるノズルプレート９は、各ノズル１４の基端側開口の
中心軸Ａ１と先端側開口の中心軸Ａ２との軸ずれ量につ
いての標準偏差が０．４μｍ以下となるように構成され
ている（図５参照。尚、同図においては理解容易のため
に、軸ずれ量が大きくなるようノズル形状を誇張して描
いている）。

【００５４】こうして、ノズルプレート９における、各
ノズル１４の軸ずれ量についての標準偏差を規定するの
は、この軸ずれ量と、インクの着弾ずれと、バンディン
グの発生との相関関係を見出したためであり、上記軸ず
れ量についての標準偏差を、０．４μｍ以下となるよう
することで、インクの着弾ずれが抑制され、その結果、
バンディングの発生を防止することができる（このこと
についての詳細は、後述する）。

【００５５】また、インクの着弾ずれを引き起こす要因
としては、ノズル１４の特に先端部の形状が重要である
ことに鑑みて、上記ノズル１４の基端側開口の中心軸Ａ
１と先端側開口の中心軸Ａ２との軸ずれ量に代えて、ノ
ズルプレート９における、以下のような位置ずれ量を規
定するようにしてもよい。

【００５６】つまり、図６に示すように、各ノズル１４
の基端側開口の中心Ｃ１と先端側開口の中心Ｃ２とを結
ぶ線Ｌ１が、上記ノズルプレート９の厚み方向中央位置
における第１ノズル横断面Ｓ１と交わる第１交点Ｐ１
と、上記各ノズル１４の基端側開口の中心Ｃ１とストレ
ート部１４ｃにおける基端側端部の第２ノズル横断面Ｓ
２の中心Ｃ３とを結ぶ線が、第１ノズル横断面Ｓ１と交
わる第２交点Ｐ２との位置ずれ量についての標準偏差が
０．０３μｍ以下となるように、ノズルプレート９を構
成してもよい。尚、同図においては理解容易のために、
位置ずれ量が大きくなるようノズル形状を誇張して描い
ている。

【００５７】こうしたときも、バンディングの発生を効
果的に防止することができる。ここで、この第１交点Ｐ
１と第２交点Ｐ１との位置ずれ量は、ノズル１４全体の
形状を考慮しつつノズル１４先端部における鉛直度を規
定するものであり、インクの出特性、特にインクの吐出
方向と強い相関を有するものである。このため、この位
置ずれ量を規定することによって、インクの吐出特性を
規定することが可能になるのである。

【００５８】次に、実際に行った実験結果について説明
する。この実験では、ノズルプレート９に形成された各
ノズル１４の基端側開口の中心軸Ａ１と先端側開口の中
心軸Ａ２との軸ずれ量を測定し、その標準偏差を算出す
ると共に、上記ノズルプレート９を備えたインクジェッ
トヘッド１を用いて、インクの着弾ずれを測定し、さら
に、バンディングの測定をした。こうした各量の測定に
ついては種々の方法が考えられどのような方法を採用し
てもよいが、以下に、上記各測定方法の一例として、実
際に行った測定方法を示す。

【００５９】（ノズル１４の軸ずれ量の測定）ノズル１
４の軸ずれ量の測定方法は、例えば図７に示すように、
ノズルプレート９に対し、ノズル１４の先端側からノズ
ル１４の孔軸方向に透過光を照射しかつノズル１４の基
端側から孔軸方向に落射光を照射することにより行う。

【００６０】こうすることで、ノズルプレート９に対し
て照射された透過光は、ノズル１４内をその先端側から
基端側に透過する一方、落射光は、ノズルプレート９表
面におけるノズル１４基端側の開口周縁部で反射した
り、ノズル１４における第１及び第２テーパ部１４ａ，
１４ｂの内周面を照射したりする。

【００６１】この状態で、ノズル１４の基端側から孔軸
方向に、ノズルプレート９のノズル１４付近を撮像する
と、その撮像した画像においては、ノズル１４先端の開
口部分がノズル１４内を透過する透過光により白っぽく
なり、また、ノズルプレート９表面におけるノズル１４
の基端開口の周縁部も落射光の反射光により白っぽくな
るのに対し、第１及び第２テーパ部１４ａ，１４ｂの内
周面は孔軸方向に対して傾いているため、この落射光の
反射光はノズルの基端側には戻らず、これにより、撮像
した画像においては上記第１及び第２テーパ部１４ａ，
１４ｂが黒っぽくなる。

【００６２】このため、この撮像した画像を二値化する
と、その二値画像Ｐにおいてはノズル１４の第１及び第
２テーパ部１４ａ，１４ｂがそれぞれ黒部分となり、そ
の他の部分が白部分となる。これにより、ノズルプレー
ト９表面を表す白部分と第１及び第２テーパ部１４ａ，
１４ｂを表す黒部分との境界円の中心位置と、この第１
及び第２テーパ部１４ａ，１４ｂを表す黒部分とノズル
先端の開口部分を表す白部分との境界円の中心位置とを
測定すれば、その位置差からノズル１４の基端側開口の
中心軸Ａ１と先端側開口の中心軸Ａ２との軸ずれ量を測
定することができる。ここで、各境界円の中心位置は、
例えば二値画像Ｐにおける黒部分又は白部分の重心を演
算することにより測定したり、境界円の近似円を求め
て、その円の中心により中心位置を測定したりすればよ
い。

【００６３】そして、ノズルプレート９に形成された全
ノズル１４についてそれぞれ、その軸ずれ量を測定し
て、ノズルプレート９における軸ずれ量についての標準
偏差を求める。

【００６４】尚、図６に示すように、第１交点と第２交
点との位置ずれ量を測定するには、第２ノズル横断面
（ストレート部１４ｃにおける基端側端部のノズル横断
面）の中心位置を測定する必要がある。これは、例えば
図８に示すように、落射光及び透過光をノズルプレート
９に照射することに加えて、斜め落射光を上記ノズルプ
レート９に照射することによって測定することが可能で
ある。

【００６５】つまり、上記ノズルプレート９の基端側か
らノズル１４の孔軸方向に対して傾斜した斜め方向に斜
め落射光を照射すると、この斜め落射光は、ノズル１４
の基端側開口からこのノズル１４内に入射して、第１テ
ーパ部１４ａの内周面及び第２テーパ部１４ｂの内周面
の一部を照らすようになる。このため、ノズル１４の基
端側から孔軸方向にノズルプレート９のノズル１４付近
を撮像すると、その撮像した画像においては、ノズル１
４における第２テーパ部１４ｂ内周面の一部のみが黒っ
ぽくなり、その他の部分は全て白っぽくなる。ここで、
第２テーパ部１４ｂとストレート部１４ｃとの境界近傍
のみが黒っぽくなるように、斜め落射光の光源の位置や
その光強度を調整する。こうすることで、その二値画像
Ｐにおいて、ノズルプレート９表面や第１テーパ部１４
ａ等を表す白部分と第２テーパ部１４ｂの一部（第２テ
ーパ部１４ｂとストレート部１４ｃとの境界近傍の一
部）を表す黒部分との境界円の中心位置を測定すること
により、第２テーパ部１４ｂとストレート部１４ｃとの
境界近傍におけるノズル横断面の中心位置を測定するこ
とができるようになる。こうして測定したノズル横断面
の中心位置を、第２ノズル横断面の中心位置とすればよ
い。

【００６６】（インクの着弾ずれの測定）着弾ずれの測
定は、ノズルプレート９の各ノズル１４からインクを吐
出して記録紙上にインクドットを形成すると共に、この
各インクドットを撮像し、この撮像した画像を二値化し
た上で、各インクドットの重心位置を測定する。そし
て、各インクドットの重心位置と、基準のインクドット
の重心位置とのピッチをそれぞれ測定し、その測定した
各ピッチと、理想ピッチ（ノズルプレート９におけるノ
ズル１４のピッチ）とのずれ量を算出する。ここでは、
インクの着弾ずれとバンディングとの相関をみることか
ら、ずれ量としては副走査方向に対するずれ量を算出す
る。また、その評価は標準偏差により行う。

【００６７】（バンディングの測定）バンディングの測
定は、先ず、インクジェットヘッド１からインクを吐出
して、記録紙にベタ印字を行った後に、このベタ領域を
微小領域に分割して各領域の反射率を測定する。そし
て、その反射率の測定値をフーリエ変換し、その周波数
スペクトルに対して視覚変換関数（例えばBouk and Bur
ningham関数）をかける。さらに、それを逆フーリエ変
換することで空間領域に戻す。こうして、人間の視覚特
性に近いバンディングレベルを求め、その標準偏差でも
ってバンディングレベルの評価を行う。

【００６８】次に、実験の条件についてであるが、実験
に用いた記録装置Ａの記録解像度は、１２００ｄｐｉ
で、インクの液滴量は３ｐｌ、また、インクの吐出速度
は７．４ｍｍ／ｓｅｃ、ノズル−記録紙間の距離は１ｍ
ｍである。

【００６９】印字周波数（インクジェットヘッド１の駆
動周波数）としては、１０ｋＨｚと２０ｋＨｚとの２つ
の場合においてそれぞれ実験を行った。この印字周波数
に対応するキャリッジ３１（インクジェットヘッド１）
の移動速度はそれぞれ、２１１．７ｍｍ／ｓｅｃ及び４
２３．４ｍｍ／ｓｅｃである。また、使用したインク
は、その粘度が３ｃＰ、表面張力が３８ｍＮ／ｍ（３８
ｄｙｎ／ｃｍ）である。また、記録紙としては、キャノ
ン社製フォト光沢フィルムを用い、インクの着弾ずれ及
びバンディングの測定には、ＱＥＡ社製、商品名ＩＡＳ
−１０００を用いた。

【００７０】図９（ａ）は、キャリッジ速度が２１１．
７ｍｍ／ｓｅｃのときの、バンディングレベルと、イン
クの着弾ずれ（Ｙ方向（副走査方向）の着弾ずれ）との
関係を示しており、同図の直線近似で示すように、両者
には関連があることがわかる。ここで、視覚認識されな
いバンディングレベルはσが０．０１％以下のときであ
る。このため、同図の直線から、バンディングレベルが
０．０１％以下となるには、インクの着弾ずれの標準偏
差を３．６μｍ以下にする必要がある。

【００７１】次に、同図（ｂ）は、キャリッジ速度が２
１１．７ｍｍ／ｓｅｃのときの、ノズルプレート９にお
けるノズル１４の軸ずれ量（ノズル１４の基端側開口の
中心軸Ａ１と先端側開口の中心軸Ａ２との軸ずれ量）
と、インクの着弾ずれとの関係を示しており、同図の直
線近似で示すように、両者には関連があることがわか
る。ここで、インクの着弾ずれを３．６μｍ以下にする
には、同図の直線からノズルの軸ずれ量を０．４μｍ以
下にする必要がある。

【００７２】以上の結果から、ノズルプレート９を、ノ
ズル１４の軸ずれ量の標準偏差が０．４μｍ以下となる
ように構成すれば、視覚認識できるバンディングが発生
しなくなり、記録画質の向上が図られることとなる。

【００７３】一方、図１０（ａ）は、キャリッジ速度を
４２３．４ｍｍ／ｓｅｃとしたときの、バンディングレ
ベルと、インクの着弾ずれとの関係を示しており、バン
ディングレベルを０．０１％以下とするには、インクの
着弾ずれの標準偏差を２．５μｍ以下にする必要があ
る。

【００７４】次に、同図（ｂ）は、キャリッジ速度を４
２３．４ｍｍ／ｓｅｃとしたときの、ノズル１４の軸ず
れ量と、インク着弾ずれとの関係を示しており、上記着
弾ずれを２．５μｍ以下にするには、同図の直線から、
ノズル１４の軸ずれ量を０．０９μｍ以下にする必要が
あることがわかる。

【００７５】従って、キャリッジ速度（インクジェット
ヘッド１の移動速度）を４２３．４ｍｍ／ｓｅｃ以上と
したときには、視覚認識できるバンディングの発生を防
止するには、ノズルプレート９をノズル１４の軸ずれ量
の標準偏差が０．０９μｍ以下となるように構成しなけ
ればならないことが判る。

【００７６】ここで、Ｙ方向（副走査方向）の着弾ずれ
と、Ｘ方向（主走査方向）であるキャリッジ３１の移動
速度とは直接的な関連はないものと思われるが、実験結
果からは、キャリッジ速度が高くなることで、インクの
着弾ずれが影響を受ける傾向にある。このため、キャリ
ッジ速度を高めたときには、ノズルプレート９をノズル
１４の軸ずれ量の標準偏差がさらに小さい値以下となる
ように構成する必要があると考えられる。具体的には、
キャリッジ速度を４２３．４ｍｍ／ｓｅｃ以上としたと
きには、視覚認識できるバンディングの発生を防止する
には、ノズルプレート９をノズル１４の軸ずれ量の標準
偏差が０．０９μｍ以下となるように構成しなければな
らないと考えられる。

【００７７】また、インクジェットヘッド１の記録解像
度が高い程、インクドットを高密度化する必要があり、
ひいてはインクドットの微小化又はインクの液滴量の微
小化が必要であることから、インクジェットヘッド１の
記録解像度が高まれば高まる程、各ノズル１４の軸ずれ
量についての標準偏差が、より一層小さい値以下（０．
４μｍよりも小さい値以下）となるように、ノズルプレ
ート９を構成しなければならないと考えられる。

【００７８】上記ノズル１４は、例えば放電加工や、レ
ーザ加工、又は打ち抜き加工等の種々の加工方法によっ
て、上記ノズルプレート９に形成することが可能である
が、上記のように、ノズル１４の軸ずれ量についての標
準偏差が所定の値以下となるノズルプレート９は、この
ノズルプレート９に対し、以下のようにして上記ノズル
１４を形成することで製造することが可能である。

【００７９】ここでは、ノズルプレート９に対する放電
加工によってノズル１４を形成する場合を例に、図１１
を参照しながらノズル１４の形成方法について説明す
る。このノズル１４の形成方法では、複数の放電電極
（第１及び第２電極５１，５２）のそれぞれにより、上
記ノズルプレート９に対する放電加工を複数工程行うよ
うにしている。

【００８０】上記第１電極５１は、先細に形成された略
円錐状であるのに対し、第２電極５２は、略円柱状であ
る。尚、上記第１電極５１の先端部は、約φ１５μｍに
構成されており、上記第２電極５２の径も、約φ１５μ
ｍに構成されている。

【００８１】そして、先ず第１工程として、同図（ａ）
に示すように、第１電極５１に約１００Ｖの電圧を印加
した状態で、これをその中心軸Ｘ１回りに回転させなが
ら（回転数約３０００ｒｐｍ）、約１０μｍ／ｓｅｃの
送り速度でノズルプレート９に送る。これにより、上記
ノズル１４の第１テーパ部１４ａとなる穴をノズルプレ
ート９に形成する。

【００８２】次に、第２工程として、同図（ｂ）に示す
ように、第２電極５２に約９０Ｖの電圧を印加した状態
で、これをその中心軸回りに回転させながら（回転数約
３０００ｒｐｍ）、約１０μｍ／ｓｅｃの送り速度でノ
ズルプレート９に送る。このとき、第２電極５２の中心
軸Ｘ１とノズル１４（第１テーパ部１４ａとなる穴）の
孔軸Ｘ２とが偏心した状態で、この孔軸Ｘ２が電極の中
心軸Ｘ１の回りを回るように、上記ノズルプレート９を
第２電極５２に対して相対的に公転（回転数約３０００
ｒｐｍ）させながら放電加工を行う。こうすることで、
ノズル１４の第２テーパ部１４ｂとなる穴を、上記第１
テーパ部１４ａとなる穴に連続して設ける。

【００８３】最後に、第３工程として、同図（ｃ）に示
すように、ノズルプレート９の公転を停止した状態で、
上記第２電極５２に約９０Ｖの電圧を印加しつつ、これ
をその中心軸Ｘ１回りに回転させながら（回転数約３０
００ｒｐｍ）、約１０μｍ／ｓｅｃの送り速度でノズル
プレート９に送る。こうして、ノズル１４のストレート
部１４ｃとなる穴を、上記第２テーパ部１４ｂとなる穴
に連続して設ける。

【００８４】このような第１〜第３工程を行うことによ
り、第１及び第２テーパ部１４ｂ並びにストレート部１
４ｃを有するノズル１４を、ノズルプレート９に形成す
ることができる。尚、上記第２工程においては、上記ノ
ズルプレート９を第２電極５２に対して相対的に公転さ
せながら放電加工を行うようにしているが、電極の中心
軸Ｘ１が孔軸Ｘ２の回りを回るように、第２電極５２を
ノズルプレート９に対して相対的に公転させながら放電
加工を行うようにしてもよい。

【００８５】そして、上記各放電電極５１，５２を支持
する支持体（図示省略）を、熱に対する膨張率の低い材
質で形成したり、また、この支持体を送風機で冷却しつ
つ上記の各放電加工工程を行ったりすることによって、
ノズル１４の軸ずれ量についての標準偏差を所定の値以
下とすることができる。つまり、こうした処理を施すこ
とによって、各放電電極５１，５２を回転させるモータ
（図示省略）の発熱による支持体の撓みを抑制すること
ができ、これにより、上記各放電電極５１，５２の傾き
が防止される。その結果、ノズル１４の軸ずれ量につい
ての標準偏差が所定の値以下となるノズルプレート９を
作製することができる。

【００８６】＜他の実施形態＞尚、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を
包含するものである。すなわち、上記実施形態では、ノ
ズル１４として、第１及び第２テーパ部１４ａ，１４
ｂ、並びにストレート部１４ｃからなるものとしている
が、ノズル形状としてはこれに限らない。例えば図１２
に示すように、１つのテーパ部１４ａと一つのストレー
ト部１４ｃからなるものや、例えば図１３に示すよう
に、２つのテーパ部１４ａ，１４ｂからなるものであっ
てもよい。尚、ストレート部１４ｃの有無に拘わらず、
テーパ部は２つ以上であってもよい。また、図示は省略
するが、例えばテーパ部を有しないノズル（ストレート
状のノズル）であってもよいし、１つのテーパ部のみを
有するノズルであってもよい。

【００８７】また、上記の各テーパ部１４ａ，１４ｂと
しては、その内周面がノズル縦断面において直線状とな
るように形成されたものに限らず、ノズル縦断面におい
て曲線状となるように形成されたものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット式記録
装置を示す概略斜視図である。

【図２】インクジェットヘッドの部分底面図である。

【図３】図２のIII−III線断面図である。

【図４】図２のIV−IV線断面図である。

【図５】ノズルにおける軸ずれ量を示す縦断面図であ
る。

【図６】ノズルにおける第１交点と第２交点との位置ず
れ量を示す図５対応図である。

【図７】ノズルの軸ずれ量の測定方法の原理を示す説明
図である。

【図８】図７とは異なるノズルの軸ずれ量の測定方法の
原理を示す説明図である。

【図９】実験結果を示す図である。

【図１０】図９とは異なる条件での実験結果を示す図で
ある。

【図１１】ノズルの形成方法を示す説明図である。

【図１２】他の実施形態に係る図５とは異なる形状のノ
ズルを示す縦断面図である。

【図１３】他の実施形態に係る図５及び図１２とは異な
る形状のノズルを示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド １４ ノズル １４ａ 第１テーパ部 １４ｂ 第２テーパ部 １４ｃ ストレート部 ３１ キャリッジ（相対移動手段） ３２ キャリッジ軸（相対移動手段） ４１ 記録紙（記録媒体） ４２ 搬送ローラ（相対移動手段） ５１ 第１電極（放電電極） ５２ 第２電極（放電電極） ９ ノズルプレート Ａ 記録装置 Ａ１ 基端側開口中心軸 Ａ２ 先端側開口中心軸 Ｌ１ 基端側開口の中心と先端側開口の中心と
を結ぶ線 Ｌ２ 基端側開口の中心と第２ノズル横断面の
中心とを結ぶ線 Ｐ１ 第１交点 Ｐ２ 第２交点 Ｓ１ 第１ノズル横断面 Ｓ２ 第２ノズル横断面 Ｘ１ 電極中心軸 Ｘ２ ノズル孔軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽我美 淳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF30 AG02 AG12 AP12 AP13 AP21 BA04 BA14

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれインクを吐出する複数のノズル
   が板厚方向に貫通して形成されたノズルプレートを有す
   るインクジェットヘッドであって、 上記ノズルプレートは、各ノズルの基端側開口の中心軸
   と先端側開口の中心軸との軸ずれ量についての標準偏差
   が０．４μｍ以下となるように構成されていることを特
   徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 それぞれインクを吐出する複数のノズル
   が板厚方向に貫通して形成されたノズルプレートを有す
   るインクジェットヘッドであって、 上記ノズルプレートは、各ノズルの基端側開口の中心と
   先端側開口の中心とを結ぶ線が上記ノズルプレートの厚
   み方向中央位置の第１ノズル横断面と交わる第１交点
   と、上記各ノズルの基端側開口の中心と上記ノズルプレ
   ートの厚み方向中央位置よりも先端側所定位置の第２ノ
   ズル横断面の中心とを結ぶ線が上記第１ノズル横断面と
   交わる第２交点との位置ずれ量についての標準偏差が
   ０．０３μｍ以下となるように構成されていることを特
   徴とするインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項２において、 各ノズルは、先端側開口に連続しかつ孔径が一定のスト
   レート部を有し、 第２ノズル横断面は、上記ストレート部における基端側
   端部のノズル横断面であることを特徴とするインクジェ
   ットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２において、 各ノズルは、基端側開口が先端側開口に比べて大径とな
   るように形成されていることを特徴とするインクジェッ
   トヘッド。
5. 【請求項５】 請求項４において、 各ノズルは、孔径が一定のストレート部を有しているこ
   とを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項４において、 各ノズルは、ノズル基端側から先端側に向かって先細に
   形成されたテーパ部を複数有し、 上記複数のテーパ部は、テーパ角度が互いに異なるよう
   に構成されていることを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
7. 【請求項７】 請求項４において、 各ノズルは、孔径が一定のストレート部と、ノズル基端
   側から先端側に向かって先細に形成されたテーパ部とを
   有していることを特徴とするインクジェットヘッド。
8. 【請求項８】 請求項７において、 各ノズルは、テーパ部を複数有し、 上記複数のテーパ部は、テーパ角度が互いに異なるよう
   に構成されていることを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
9. 【請求項９】 請求項４〜請求項８のいずれかにおい
   て、 ノズルプレートの各ノズルは、互いに異なる形状の複数
   の放電電極それぞれによって、該ノズルプレートに対す
   る放電加工を複数工程行うことで形成されていることを
   特徴とするインクジェットヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 ノズルプレートの各ノズルは、各放電電極をその中心軸
    回りに回転させながら放電加工を行うことで形成されて
    いることを特徴とするインクジェットヘッド。
11. 【請求項１１】 請求項９において、 ノズルプレートの各ノズルは、複数工程の少なくとも一
    の工程において、放電電極の中心軸と上記ノズルの孔軸
    とが偏心した状態で一方の軸が他方の軸の回りを回るよ
    うに、上記ノズルプレート及び放電電極のいずれか一方
    を他方に対して相対的に公転させながら放電加工を行う
    ことで形成されていることを特徴とするインクジェット
    ヘッド。
12. 【請求項１２】 請求項１又は請求項２において、 各ノズルから吐出するインクの液滴量が、３ｐｌ以下と
    なるように構成されていることを特徴とするインクジェ
    ットヘッド。
13. 【請求項１３】 請求項１又は請求項２において、 各ノズルから吐出したインクが記録媒体に付着したとき
    のドット径が、３５μｍ以下となるように構成されてい
    ることを特徴とするインクジェットヘッド。
14. 【請求項１４】 請求項１又は請求項２において、 ノズルプレートのノズルは、１２００ｄｐｉ以上３６０
    ０ｄｐｉ以下の密度で配設されていることを特徴とする
    インクジェットヘッド。
15. 【請求項１５】 請求項１〜請求項１４のいずれかに記
    載のインクジェットヘッドと、 上記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させ
    る相対移動手段とを備え、 上記インクジェットヘッドの各ノズルから記録媒体にイ
    ンクを吐出することによって記録を行うように構成され
    ていることを特徴とする記録装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５において、 記録解像度が、１２００ｄｐｉ以上３６００ｄｐｉ以下
    となるように構成されていることを特徴とする記録装
    置。