JP2717479B2 - インク・ジェット印刷ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】整流拡散は、インク圧力室内のイ
ンクに繰り返し圧力波を加えることにより発生する。本
発明は、この有害な現象により生じる印刷品質の低下の
影響をほとんど受けないインク・ジェット印刷ヘッドに
関する。特に、印刷ヘッドのインクに接して圧力波を加
える面の傷の密度を低減したインク・ジェット印刷ヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】音響駆動素子によりインク滴印刷を行う
印刷ヘッドを有するインク・ジェット・プリンタ、特に
ドロップ・オン・ディマンド（以下ＤＯＤと略す）又は
インパルス・プリンタは、従来から良く知られている。
例えば、１つ以上のインク圧力室（チャンバ）の平面と
垂直な方向に向けて印刷ヘッドからインクを噴出するイ
ンク・ジェット印刷ヘッドの設計については、ジュリア
ナ（Juliana）・ジュニア等による米国特許第４２６６
２３２号、ドアリン（Doring）による米国特許第４３１
２０１０号、ステム（Stemme）による米国特許第３７４
７１２０号、ドアリン等による米国特許第４５９９６２
８号、クルーズ・ウライブ（Cruz-Uribe）等による米国
特許第４６８０５９５号及びカナヤマによる米国特許第
４４６０９０６号などに開示されている。１つ以上のイ
ンク圧力室の平面と平行な方向に向けて印刷ヘッドから
インクを噴出するインク・ジェット印刷ヘッドの設計に
ついては、例えば、マツダ等による米国特許第４２１６
４７７号、コト（Koto）による米国特許第４５２５７２
８号、フィシュベック（Fishbeck）等による米国特許第
４５８４５９０号、ツズキによる米国特許第４４３５７
２１号、マツダによる米国特許第４５２８５７５号、カ
ムラによる米国特許第４５２１７８８号及びヤマムロに
よるドイツ特許第３４２７８５０号などに開示されてい
る。

【０００３】この形式のインク・ジェット印刷ヘッドの
連続動作の基礎的な要点は、インク圧力室からノズルの
オリフィス、さらにはインク滴を噴出するオリフィスの
出口を通したインク滴放出の制御のために、インク圧力
室内に加える圧力をいかに操作するかにある。一般に、
インク源及び末端にインクを噴出する出口を有するイン
ク滴噴出オリフィスに通じたインク圧力室を具えるＤＯ
Ｄのインク・ジェット印刷ヘッドは、前を下向きにして
動作される。音響駆動素子は、インク圧力室の容量を増
減させてインク滴をオリフィスの出口から噴出させる。
更に特筆すべきことには、音響駆動素子はインク圧力室
内にあるインクに圧力波を加えることにより、制御通り
にオリフィス及びオリフィスの出口をインクが通過でき
るようにする。

【０００４】従来から圧力波を発生させるために、数々
の音響駆動素子がインク・ジェット印刷ヘッドに採用さ
れてきた。例えば、この目的のために、圧電セラミック
部材を薄型振動板に接着した圧力変換器で構成した駆動
素子が用いられる。印可した電圧に応答して圧電セラミ
ック部材は振動板を変形させてインク圧力室内のインク
を揺らして動かす結果として、圧力パルス又は圧力パル
ス列となり、さらには複数のノズルを通るインクの流れ
となる。

【０００５】従来の圧電セラミック駆動素子には、円
形、多角形、円筒形及び円筒輪形等様々な形のものがあ
る。加えて、圧電駆動素子の動作モードも屈曲モード、
せん断モード、縦モード等の種々のモードで駆動し得
る。圧力波を発生させる他の形式の音響駆動装置として
は、ヒータ・バブル駆動装置（所謂バブル・インク・ジ
ェット又はサーマル・インク・ジェット）や電磁ソレノ
イド駆動装置等がある。一般にインク・ジェット印刷ヘ
ッドは、多数のノズルを高密度のアレイ（配列）にして
詰めこみ、対応する音響駆動素子が各ノズルを駆動する
ように配置するのが好ましい。

【０００６】従来のインク・ジェット印刷ヘッドは、整
流拡散のために印刷品質が低下するという問題点があっ
た。インク圧力室周囲に圧力が加わった状態でインクに
繰り返し圧力パルスを加えると、インク・ジェット印刷
ヘッドの連続動作期間後に整流拡散が発生する。この整
流拡散が発生するかいなかには、多くの要因が関係す
る。例えば、駆動パルスの形状及びその発生時間、気体
の溶解濃度、温度、インクの粒子性（例えば、色素粒子
の大きさ）並びに駆動素子内面のなめらかさなどが関係
する。印刷品質の低下が始まるまでの時間の長さは、イ
ンク滴の発生率、並びにインク・ジェット印刷ヘッドの
連続動作を開始する前の、インク内に溶解した気泡の
量、インクの粒子性、インクの濃度、インク内の空気の
拡散率、インク内に溶解した気泡の半径により決まる。

【０００７】上述のように、圧電セラミック部材の振動
板の変形動作を利用するインク・ジェット印刷ヘッドの
設計では、インク圧力室の容量を収縮及び膨張させて室
内のインクに圧力パルスを加えるのが特徴である。イン
ク圧力室容量の収縮及び膨張は、互いに前後して高速度
で起こなわれる。膨張中は、インク圧力室内の圧力が大
幅に減少してインク中に空気が溶け込み、インク圧力室
内表面に気泡が生じ易くなる。気泡は、インク圧力室内
の気体が付着しやすい部分で特に生じ易くなる傾向があ
る。この気泡発生の核となる部分は、例えば、角、縁、
突起、裂け目、くぼみ及び外部から入り込んだ粒子など
である。

【０００８】インクが整流拡散が発生する条件に達した
ときに圧力パルスを加えると、インク中に気泡が、ある
程度幅で大きさが変動するというより、発生して成長す
る。周囲圧より高い正の圧力が加えられるときには空気
が周囲のインクに再溶解するが、このときに較べて、周
囲圧より低い負の圧力が加えられるときの方が気体が空
気の気泡に加えられる。もし気泡が成長するのに適した
条件が持続すれば、インク圧力室内のインク中に大きな
気泡が発生する。

【０００９】気泡は、音響駆動素子がインク圧力室内の
インクに供給するエネルギーを吸収してしまう。気泡が
成長すればなおさらである。気泡がある程度の大きさに
達すするとエネルギーを大幅に吸収してしまうので、音
響駆動素子が駆動してもインク・ジェット印刷ヘッドか
ら適切な速度又は量でインク滴を噴出することができな
くなってしまう。ほんわずかな時間でも整流拡散の発生
条件に達すれば、印刷品質の低下した状態陥ってしま
い、正確にインク滴を噴出できないために、インク・ジ
ェット印刷ヘッドでの印刷が困難となる。印刷品質自体
が整流拡散の発生条件に左右される。

【００１０】整流拡散は、インク・ジェット印刷技術に
おいてしばしば問題となる。そのため、この問題を低減
又は緩和するための努力が数多くなされてきた。例え
ば、米国特許第４９４７１８４号では、インク・ジェッ
ト印刷ヘッドのインク圧力室内すべてをインク付着力の
大きいなめらかで柔軟な皮膜部材で皮膜することについ
て説明している。この皮膜の使用でインクが付着しやす
くなり、エネルギーが大きくなるのは好ましい。なめら
かな皮膜でインク圧力室内表面を覆えば、気泡発生の核
となる部分の数が減少する。この皮膜処理の従来技術で
は、インク・ジェット印刷ヘッドの次のようなことがあ
る。即ち、噴出口で不純物が混入することがあり、噴出
口の狭い通路が詰まったり、インク圧力室に付加した部
材がエネルギーを吸収するために音響駆動素子のエネル
ギーの一部が吸収されたりする。

【００１１】１９８９年１１月に開催した第５回先進非
インパクト印刷技術に関する国際会議において、スペク
トラ社（Spectra Inc.）は、ＤＯＤインク・ジェット・
プリンタに用いる非空気混和処理を説明した。この技術
によれば、整流拡散及び印刷品質低下が始まるまでの時
間を決定する１つの要因であるインクに溶解した気体の
濃度が低下する。溶解した気体の濃度が低下により、整
流拡散の問題が緩和されることが示された。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】インク圧力室内のイン
クに繰り返し圧力パルスを加えると、整流拡散により気
泡が発生する。このため、従来のインク・ジェット印刷
ヘッドは、連続動作を長時間行うと印刷品質が低下して
しまった。

【００１３】そこで本発明の目的は、インク・ジェット
印刷ヘッドを長時間使用しても整流拡散による印刷品質
の低下が発生しにくいインク・ジェット印刷ヘッドを提
供することである。本発明の他の目的は、インク・ジェ
ット印刷ヘッドを長時間使用しても整流拡散による印刷
品質の低下が発生しにくいインク・ジェット印刷ヘッド
の製造方法を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、長時間使用し
ても整流拡散によるインク品質の低下のない又は非常に
小さい印刷が可能なインク・ジェット印刷ヘッドを提供
する。本発明のインク・ジェット印刷ヘッドならば、気
体飽和インクさえ使用できる。本発明の実施例は、広範
なインク滴噴出繰り返し率に対して印刷品質の改善がで
きる。また、本発明は、印刷品質の低下をもたらす整流
拡散を低減することのできるインク・ジェット印刷ヘッ
ドの製造方法も提供する。

【００１５】本発明のインク・ジェット印刷ヘッドは、
インクに接する面を電解研磨した駆動素子を内部に組み
込む。従来の音響駆動素子の設計と同様に、本発明の好
適な音響駆動素子は圧電セラミック部分と振動板を具え
ている。従来と比較すると、本発明による振動板及び駆
動素子の他のインクに接するとともにインクへの加圧に
関係する部分は電解研磨されている。好適な振動板の電
解研磨した面は、インク圧力室の１つの壁を構成し、そ
の反対面は、圧電セラミック部分に接している。

【００１６】本発明の効果は、インク・ジェット印刷ヘ
ッドの１壁面を電解研磨するという簡単な処理により得
られる。電解研磨は、インク・ジェット印刷ヘッドを組
み立ての前に行う。この結果、印刷ヘッドが汚れたり、
狭いインクの横断通路が詰まることがなくなる。さらに
音響のエネルギーを吸収する部材が電解研磨で除去され
る。電解研磨によりインクに接して圧力を加える面の傷
が減少するので、気泡発生の核となる部分の数も減少す
る。面の傷が減少することにより、整流拡散による印刷
品質の低下をほぼ除去できる。さらに、電解研磨を施す
のは、振動板又は他のインクに接して圧力を加える面の
約１〜２ミクロン・メータのわずかな部分であるから、
本発明の実施にあって千個を越える複製品を製造しても
動作信頼性を保つことができる。

【００１７】本発明は、また、改良した電解研磨の方法
を提供する。本発明の電解研磨処理液を用いた電解研磨
は、低い電流密度を使用して表面をより均一に研磨でき
る。

【００１８】

【実施例】図２は、ＤＯＤのインク・ジェット印刷ヘッ
ド９を示しており、インク供給源１１と接続されている
又は通じているインク圧力室を具えている。インク・ジ
ェット印刷ヘッド９は、１つ以上のインク滴を噴出する
オリフィス出口、つまりノズル１４を有している。図に
はノズル１４ａ、１４ｂ及び１４ｃを示しており、これ
ら各ノズル１４が図１に示すインク滴噴出オリフィスを
通ってインク圧力室と接続又は通じている。インク滴を
形成するときには、インクがノズル１４を通過する。イ
ンク滴は、ノズル１４から間隔をおいた位置にある印刷
媒体１３の方向に向かって飛翔する。多くの場合、イン
ク・ジェット・プリンタは、複数のインク圧力室を有
し、それぞれが１つ以上のノズル１４と接続している。

【００１９】音響駆動素子３３は、圧力波又は圧力パル
スを発生されるために用いられ、インク圧力室内にある
インクを対応するノズル１４から外部へと押し出すよう
に機能する。音響駆動素子３３は、信号源３７からの信
号に応答して動作し、インクに圧力波を加える。

【００２０】図３は、本発明の音響駆動素子３３の概略
図を示しており、圧電セラミック部３６及び個々の振動
板３４を示している。振動板３４は、面３４ａ上で圧電
セラミック部３６と結合されて動作可能で、面３４ｂで
インク圧力室（図１参照）に保持されるインクと接触す
る。本発明のインク・ジェット印刷ヘッドに組み込む改
良した音響駆動素子３３のために、面３４ｂは電解研磨
される。一方、同様の圧電セラミック３６と振動板３４
の隣接する面領域は、電解研磨する必要はない。図１か
ら明らかなように、複数の振動板３４のそれぞれは、隔
壁板６０上に形成される。このような形態において、各
圧電セラミック３６がインク圧力室２２上の中央に配置
され、インク圧力室の接している隔壁板６０の一部を本
発明に従って電解研磨する。

【００２１】圧電セラミック部３６は、信号源３７から
の入力信号に応答して変形できる構造様式となってい
る。さらに、各圧電セラミック部３６は、隔壁板６０の
振動板３４部分と結合して動作可能で、圧電セラミック
部３６の変形により振動板３４が屈曲する。圧電セラミ
ック部３６と振動板３４を動作可能に結合する１つの方
法として、圧電セラミック部３６と振動板３４の結合面
にエポキシ樹脂を施す方法がある。例えば、圧電セラミ
ック部３６と振動板３４のどちらか一方にエポキシ樹脂
を施して、ドクター・ブレード（液状物質の量を調整す
る装置）により均一な厚さにする。さらに、ブレード
（刃）でエポキシ樹脂を施した面全体を面から一定の高
さでなでるようにする。ブレードがエポキシ樹脂と接触
すれば、エポキシ樹脂は均一な厚さに広がる。もちろ
ん、周知の他の添加剤及び技術を代わりに用いて結合さ
せるようにしても良い。

【００２２】圧電セラミック部の形態には様々なものが
考えられ、例えば、円形、長方体、６角形又は他の多角
形などのほぼ直径の等しいものが良い。さらに、本発明
の実施例では、圧電セラミック部が屈曲モード、縦モー
ド等の種々のモードで駆動できる。６角形及び円形、特
に６角形の圧電セラミック部は、屈曲モードで駆動すす
るものが適している。圧電セラミックは、ほぼ円形な６
角形のインク圧力室２２と形状が相似である方がよい。
もし部品が６角形なら、駆動信号の電圧をわずかになが
ら高くする必要がある。圧電セラミックは、丸鋸などを
用いて広い厚板の部材から切り出すのが適当である。６
角形の圧電セラミックの内接円の直径は、典型的には、
対応するインク圧力室の直径より小さく、数千インチで
ある。一方、この圧電セラミックの外接円は、数千イン
チより大きい。典型的には、直径は、約１１０ミル（約
２．８ミリ・メータ）である。圧電セラミックは、典型
的には、厚さ１０ミル（約０．２５ミリ・メータ）以下
で、６〜１０ミル（約０．１５〜０．２５ミリ・メー
タ）の幅に収まるものが良い。

【００２３】本発明で用いる圧電セラミックの部分は、
周知のものであり、市販されている。圧電セラミック
は、小さな電気的入力に応答して大きく屈曲する、例え
ば、圧電率がｄ31程度に高いものが適当である。圧電セ
ラミックは、シートの状態で購入し、切り出し鋸などで
所望の形状に切り出せば良い。本発明の実施にあって
は、日本の（株）トーキン社製のＮ２１圧電セラミック
などがよい。同様にして、当業者には、適切な圧電セラ
ミック部を選択し、設計することができるであろう。

【００２４】振動板３４は、圧電セラミック部３６と結
合し、その変形に応答して屈曲さえできれば、どのよう
な構成及び構造でも良い。さらに、振動板は、電解研磨
技術を適用し易くして、その結果として表面の傷を減ら
すようにする。振動板の面積は、結合する圧電セラミッ
クより大きい。また、インク圧力室２２の１つ壁を成す
振動板は、インク圧力室２２のよりも大きい面積にす
る。例えば、対応する圧電セラミックとほぼ同じ形状及
び面積の複数の振動板３４を隔壁板６０に構成する。こ
の場合、インク室内のインクに接触する隔壁板６０の振
動板部分には、本発明による電解研磨が必要である。典
型的な本発明の振動板の直径は、約１１０ミル（約２．
８ミリ・メータ）である。

【００２５】振動板は、ステンレス鋼で構成するのが良
いが、上述の基準を満たす他の部材、例えば、ニッケ
ル、銅、アルミなどを使用しても良い。更に言えば、振
動板は、金のようなろう付け金属でメッキしたステンレ
ス鋼を選択的に用いても良い。また、本発明の実施に用
いる振動板は、その厚さが約１〜１０ミル（約０．０２
５〜０．２５ミリ・メータ）で、特に、約２．５〜５ミ
ル（約０．５４〜０．１３ミリ・メータ）が適当であ
る。例えば、振動板を厚さ約４ミル（約０．１ミリ・メ
ータ）のステンレス鋼のシートから製造し、各振動板の
面積を３．８インチ（約９．７センチ・メータ）対１．
３インチ（約３．３センチ・メータ）とし、インクと接
する面３４ｂ上に厚さ約８マイクロ・インチ（約０．２
マイクロ・メータ）の金メッキを施したものなどであ
る。電解研磨に前に、この金のインク圧力室の部分のも
のは、エッチングにより取り去られる。本発明のインク
・ジェット印刷ヘッドの動作中にインクと接する振動板
の面３４ｂ部分を電解研磨するときには、約１〜６ミク
ロン（マイクロ・メータ）、特に約２ミクロンで行うの
が適当である。

【００２６】本発明に好適な電解研磨済み振動板用部材
は、周知であり、市販されている。振動板用部材をシー
ト状態で購入し、光化学的な機械などで所望の形状に切
断する。もし光化学的な機械で切断する場合は、金メッ
キ及び電解研磨処理の前に行うのが適当である。逆にい
えば、金メッキ及び電解研磨は、切断の前に行う。この
様にすると、個々の部品の処理は最小限で済む。例え
ば、市販の４ミル（約０．１ミリ・メータ）厚の１２イ
ンチ（約３０センチ・メータ）対２４インチ（約６０セ
ンチ）のステンレス鋼のシートを用いて、本発明の振動
板を用意すれば良い。同様にして、当業者には、適切な
振動板を設計することができるであろう。

【００２７】光化学的な切断、金メッキ、金のエッチン
グ及び電解研磨は、振動板の処理で行われるフォトレジ
ストの適用及び除去と同様に、従来の技術で可能であ
る。一般に、振動板用シートには、インク・ジェット印
刷ヘッド機構に組み込む部品にするために次処理を施
す。即ち、光化学的な切断及び金メッキの後に、金メッ
キした振動板用シートにフォトレジスト層を施し、振動
板用シートの組み立てたときにインクと接するであろう
面３４ｂの一部分のみを露光して現像する。圧電セラミ
ックと結合する面３４ａ上の全面は露光される。金メッ
キのうち、振動板の面３４ａ及び３４ｂの保護膜のない
部分は、エッチングで除去される。振動板用シートの面
３４ｂのステンレス鋼が露出した部分には電解研磨を施
すが、それは次のような手順で行うのが好ましい。フォ
トレジスト層を除去した後、シートを３．８インチ（約
９．７センチ・メータ）対１．３インチ（約３．３セン
チ・メータ）に切断して隔壁板６０にし、この板を電解
研磨してきれいにする。そして、以下のように本発明の
インク・ジェット印刷ヘッド９を組み立てるのが好まし
い。

【００２８】本発明の実施例として電解研磨処理は、取
付具及び電源を具えた従来ある電解研磨装置（例えば、
マサチューセッツ州、アンドバーにあるパルスコ社（Pu
lscoInc.）が市販しているパルサー・モデル番号第１０
０２０４号など）を用いて以下のように進める。ミネソ
タ州、ミネアポリスのミネソタ・マイニング・アンド・
マニュファクチャリング社が販売しているフルオラド
（Fluorad）ＦＣ９５の２．６７グラムと濃縮試液品質
リン酸４００ミリ・リットルとをポリプロピレンの容器
の中で混合する。このフッ化物溶液材料は、電解研磨処
理液が用意できるまでそのままにしておく。

【００２９】５ガロン（約１９リットル）の試薬品質リ
ン酸と１．２ガロン（約４．５リットル）の試薬品質硫
酸とを混合して電解研磨処理液を用意する。９０ミリ・
リットルの貯蔵したフッ化物溶液を先の酸の混合液に加
えて、電解研磨処理液中のフルオラドＦＣ９５の濃度
が、約２０〜５０ｐｐｍの適当な濃度になるようにす
る。フルオラドＦＣ９５の濃度水準は、電解研磨中、周
期的に検査して適切な水準を維持するのが好ましい。電
解研磨処理液には熱を加えてその温度を摂氏５３度上下
３度内にする。

【００３０】電解研磨をする前に隔壁板６０を検査し
て、電解研磨する領域に金が残留していないか確かめる
べきである。そうすれば、電解研磨により、その領域内
のくぼみをほぼ完全に除去できる。また、電解研磨装置
の取付具のアノード板が電源からの負性リード線と接触
しているか確かめるために、電解研磨装置を検査した方
がよい。

【００３１】隔壁板６０の振動板３４の問題となる部分
を適切に電解研磨するためには、適切な量の電流を適切
な時間だけ流す必要がある。例えば、７つを１グループ
として、隔壁板を電解研磨すると良い。このようなグル
ープは、４９アンペア・秒の電流量で研磨する。言い換
えれば、各隔壁板毎に、７アンペアの電流を１分間流し
て電解研磨する必要がある。好ましくは、７つの隔壁板
からなるグループに、５０アンペアのパルスを９．０ミ
リ秒流し、続いて１０ミリ秒休止するという周期のパル
ス電力を供給して研磨するのが良い。パルス電力は、４
９アンペア・秒の電流量を供給するように設定する。

【００３２】隔壁板を従来ある電解研磨装置の取付具に
挿入して、ワニ口クリップのような従来ある手段で取付
具の支持板に取り付ける。又は、他の従来の取付手段を
用いても良い。隔壁板は、その全長に合わせて支持板と
隣接すると良い。このとき、隔壁板の配置は、面３４ｂ
がアノード板に面し、面３４ａが支持板に隣接する。ア
ノード板並びに隔壁板及び支持板を電解研磨処理液中に
完全に沈める。そして、電解研磨電流を隔壁板の面３４
ｂの露出部分に上述した電解研磨に要する時間供給す
る。

【００３３】電流を流し終えた後、隔壁板を電解研磨処
理液から取り出し、脱イオン水で満たしたすすぎ槽に隔
壁板を浸し、１回以上、できれば２回かき混ぜる。すす
ぎの後、隔壁板に注意深く霧吹きで脱イオン水を吹き付
けるのが好ましい。このようにして電解研磨処理液から
取り出して残留した酸を隔壁板から除去できる。次ぎ
に、隔壁板は送風乾燥すると良い。

【００３４】本発明の実施にあっては、他の電解研磨処
理、又は隔壁板加工処理を採用しても良い。このような
場合を考える際には、他の処理でも表面上の気泡発生の
核となる部分の数を減らすものである必要がある。当業
者ならば、適切な電解研磨処理及び隔壁板加工処理並び
に装置を設計できるであろう。

【００３５】本発明は、圧電セラミック３６、振動板３
４で構成する音響駆動素子３３を用いてインク滴の形成
する場合において特に幅広い応用性と効果がある。音響
駆動素子を用いた好適なインク・ジェット印刷ヘッドの
形式については、米国特許出願第４３９２１３号（特開
平３−１５０１６５号に対応）に詳細に開示されてい
る。他のインク・ジェット・プリンタの形式について、
本発明に関連して使用してもよい。例えば、縦モード圧
電セラミック駆動素子を用いたときに、駆動素子のイン
クに接する部分に本発明の処理を施して長しても良い。

【００３６】図１は、上述の米国特許出願第４３９２１
３号に開示する１つのインク・ジェット印刷ヘッド９の
１実施例を示している。このインク・ジェットは、ヘッ
ド本体１０を有し、これは、インク・ジェット印刷ヘッ
ド９にインクを供給するインク供給口１２を具えてい
る。ヘッド本体１０は、また、オリフィス出口、つま
り、ノズル１４、及びインク供給口１２からノズル１４
へと通じるインク通路２８を具えている。一般に、イン
ク・ジェット印刷ヘッドは、ノズルのアレイ（配列）を
有する。これらノズルは、印刷媒体上にインク滴を印刷
するために、近接して、つまり、互いに非常に近い間隔
で配される。

【００３７】本発明を適用するインク・ジェット印刷ヘ
ッド９の製造を容易にする為には、ステンレス鋼材等の
多層板又は多層シートでヘッド本体１０を形成するのが
好適である。図１の実施例では、これらの多層シート又
は多層板は次のような種々の板で構成されている。隔壁
板６０は、振動板３４、インク供給口１２及び浄化出口
４８を形成している。インク圧力板６２は、インク圧力
室２２、インク供給多岐管の一部分、及び浄化通路４６
の一部分を形成している。分離板６４は、インク通路２
８の一部分、インク圧力室２２の一方の境界面、インク
圧力室の入口２０及び出口２４、インク供給多岐管１６
の一部分、並びに浄化通路４６の一部分を形成してい
る。インク供給板６６は、インク通路２８の一部分、入
口チャネル１８及び浄化通路４６の一部分を形成してい
る。また別の分離板６８は、インク通路２８及び４６の
一部分を形成している。オフセット通路板７０は、通路
２８の主要部（オフセット通路部分）７１及び浄化多岐
管４４の一部分を形成している。分離板７２は、通路２
８及び浄化多岐管４４の一部分を形成している。出口板
７４は、浄化チャネル４２及び浄化多岐管４４の一部分
を形成している。ノズル板７６は、アレイ状のノズル１
４を形成している。選択的ガード板７８は、ノズル板７
６を保護し、ノズル板がスクラッチや他の損傷を受ける
可能性を防止する。

【００３８】図示した実施例よりも多くの又は少ない数
の金属板を用いて種々のインク通路、多岐管及びインク
圧力室を形成して本発明のインク・ジェット印刷ヘッド
９を実現しても良い。例えば、図１のように１枚の板で
インク圧力室２２を形成する代わりに多数の板を用いて
も良い。また、多層金属板に種々の機構の全てを形成す
る必要もない。例えば、化学的エッチング処理により製
造するとした場合、金属の化学的エッチングの為のテン
プレートとして使用するホトレジスト・パターンは、金
属板の各面毎に異なっていても良い。従って、より具体
的な例を挙げれば、インクを供給する通路のパターンを
金属シートの一方の面上に施し、その他方の面上には圧
力室のパターンを施すようにしても良い。よって、エッ
チングを注意深く制御することにより、別々のインク供
給通路及びインク圧力室を共通の金属層に組み込むこと
が可能である。

【００３９】組立コストを最少にするには、隔壁板６０
及びノズル板７６を除くインク・ジェット印刷ヘッド９
の全ての金属層を従来の比較的安価なホトパターン工程
及びエッチング工程を用いて製造出来るように設計を行
う。隔壁板６０の振動板３４で必要となる電解研磨処理
のような金属加工工程は必要ない。

【００４０】ノズル板７６は、以下のような種々の工程
を経て完成したものである。即ち、含硫黄ニッケル漕か
らの電気鋳造、３００の直列ステンレス鋼材の微小放電
加工、及び３００の直列ステンレス鋼材の穴開け等であ
る。最後の２つの処理は、ノズル板のノズルを除く全て
の機構のホトパターン処理及びエッチング処理に関連し
て用いられる。別の適当な処理は、ノズルの孔を開ける
こと及び標準の圧断処理によりこのノズル板７６の残り
の機構を形成することである。インク・ジェット印刷ヘ
ッド９は、金属層間の位置合わせの条件が厳しくならな
いように設計される。即ち、化学的エッチング処理で維
持可能な通常の許容範囲が適切なのである。

【００４１】インク・ジェット印刷ヘッド９を形成する
種々の多層金属層は、適当な機械的締め付け器を用いる
ような何らかの適当な方法で位置合わせ及び結合され
る。金属層間の結合に適切な方法は、アンダーソン等の
米国特許出願第２３９３５８号（特願平１−２２６３６
９号に対応）に記載されている。この明細書に記載され
た方法によれば、種々の金属層を金属で１／８〜１／４
μｍの厚さにメッキする。このメッキする金属は金属層
と良好に拡散結合し、且つろう付けに適したものであ
り、ヘッドのステンレス鋼材上に信頼性の高いメッキが
可能であり、ステンレス鋼材を使用しない場合でもその
ヘッドを形成する金属に良好にメッキし得るものであ
る。例えば、金は、ステンレス上に容易にメッキ出来る
上に極めて良好に結合及びろう付けすることが可能であ
る。メッキ処理の後、種々の金属層を簡単な２本ピンの
アラインメント装置上に順番に積み上げる。このアライ
ンメント装置は拡散結合装置としても機能する。これら
積み上げた部品に以下の処理を行う。（ａ）種々の金属
層の熱歪を最小にする温度範囲、即ち４００〜５００゜
Ｃで拡散結合させる。（ｂ）拡散結合装置から金属層部
品を取り外す。（ｃ）水素雰囲気中のろう付け炉の中に
固定しないで挿入する。（ｄ）ろう付けする。

【００４２】この結合過程は、密閉状態で行われ、部品
間の結合力は強く、印刷ヘッドの微小なチャネルを塞い
でしまうような突起部を残すことがなく、印刷ヘッドの
各部の機構を歪ませることがなく、極めて高い満足度、
略１００パーセントに近い優れた印刷ヘッドを実現出来
る。この製造工程は、標準のメッキ装置、標準のろう付
け炉、及び簡単な拡散結合装置を用いて実行可能であ
り、多くのインク・ジェット印刷ヘッド９を製造しつ
つ、結合工程の最初から最後まで３時間以内で完了する
ことが出来る。更に、メッキした金属は非常に薄いの
で、ろう付け工程の際にメッキした金属層の殆ど全てが
ステンレス鋼の中に拡散するので、この金属がインクに
化学的変化や電気分解等の作用を与えることはない。従
って、メッキ金属としてインクと容易に反応するような
例えば銅の如き金属を結合工程で使用しても問題はな
い。

【００４３】インク供給口１２に入ったインクは、イン
ク供給多岐管１６に流れ込む。典型的なインク・ジェッ
ト印刷ヘッド９は、黒色、シアン、マゼンタ及びイエロ
ーを夫々受ける少なくとも４つの多岐管を有し、これら
は黒色及び減法三原色の印刷に用いられる。しかし、多
岐管の数は、プリンタの設計、例えば黒色のみで印刷す
るとか、フルカラーより少ない色で印刷するとかの場合
に応じて変更し得る。インク供給多岐管１６からインク
はインク供給チャネル１８及びインク入口２０を通過し
てインク圧力室２２に流れ込む。インクはインク圧力室
２２から出口２４を介して流れ出て、インク通路２８を
通ってインク滴が射出するノズル１４へ供給される。矢
線２８はインクの流れを示している。

【００４４】インク圧力室２２は、その一方の側面が本
発明の電解研磨処理を施した振動板３４で形成される。
圧電セラミック部３６は、振動板３４にエポキシ樹脂に
より固着されてインク圧力室２２に張り付けられてい
る。従来と同様に、圧電セラミック部３６は、電子駆動
回路（図２の信号源３７に含まれる）に電気的に接続さ
れた金属膜層３８を有する。他の構成の圧力変換器を用
いても良いが、図１の圧力変換器は屈曲モードで動作す
る。即ち、圧電セラミック部３６に電圧が印加される
と、セラミックが大きさを変えようとする。セラミック
は振動板にしっかりと固着されているので、折り曲がる
結果となる。この折り曲がりによりインク圧力室２２内
のインクに変位が生じ、通路２８を通ってインクが外向
きに流れノズル１４へ供給される。インク滴の射出後、
インク圧力室２２へのインクの補充は、電子駆動回路か
らの信号を受けて圧電セラミック部３６が反対側に折れ
曲がることにより行われる。効率を高めるために、イン
ク圧力室２２はその横断面についてすべての方向でほぼ
等しいことが好ましい。例えば、インク圧力室の断面が
多角形又は円形であると良い。

【００４５】非常に小型のインク・ジェット印刷ヘッド
９を容易に製造する為に、図４及び図５に示すように、
種々のインク圧力室２２は、板を重ねる形式になってい
る。即ち、圧力室２２はその深さに比べ横断面の方が遥
かに大きいので、圧電駆動素子３３によるインク圧力室
の体積の変位により高圧が発生する。更に、本発明の印
刷ヘッドのインク圧力室の全てが、インク・ジェット印
刷ヘッド９内の同じ平面又は同じ深度位置に好適に配置
されている。この平面は、図１、図４及び図５に示すよ
うに、インク圧力室を構成する１枚以上の金属板の面に
対応している。

【００４６】高密度にヘッドを形成する為に、インク圧
力室２２は、互いに幾何学的中心をずらした少なくとも
２列の領域を平行に配置している。また、これら圧力室
は、極めて僅かなシート状材料により互いに分離されて
いる。一般に、圧力室の間にはこのシート状材料が残っ
ているが、これは金属層間でインクの漏れが起こらない
ように金属層間の結合の信頼性を高める為である。

【００４７】図１に示すように、インク通路２８により
各圧力室が対応するノズルに接続されている。一般に、
これらの各通路２８は、対応する圧力室２２に垂直方向
に第１距離だけ延びた第１セクション１００、圧力室２
２の面に平行な第２方向に第２距離だけ延びた第２（オ
フセット通路）セクション７１、及び第２方向に垂直で
対応するノズルの方向に延びた第３セクションで構成さ
れている。通路２８のオフセット通路セクション７１に
より、対応するインク圧力室間の中心間隔よりノズル間
の中心間隔を狭くするように複数の列のノズル１４の位
置が決められる。

【００４８】オフセット通路セクション７１は通路２８
の主要部である。更に、通路２８及び特にオフセット通
路セクションは、インク圧力室２２とそれらに対応する
ノズルの間に配置されている。圧力室及びノズルに対応
する通路２８は、長さ及び断面の大きさが等しいことが
望ましい。従って、圧力室の入口チャネルが長さ及び断
面の大きさが同じであると仮定すると、各ジェット機構
の全てが同じ共振特性を有し、同じ波形で駆動すること
により種々のノズルから略同じインク滴噴出特性で印刷
することが可能になる。更に、オフセット通路セクショ
ン７１は、通常、単一の共通金属板に形成されているの
で、インク・ジェット印刷ヘッド９の厚さひいては重さ
及びコストを最少にすることが出来る。

【００４９】六角形に配置した圧力室の中心間の間隔
が、０．１３５インチならば、オフセット通路セクショ
ンの一端の中心から他端の中心までの距離は０．１１６
インチである。即ち、正三角形の幾何学的性質からオフ
セット通路セクションの長さは、インク圧力室の中心間
距離に√３／２を乗算したものに等しい。更に、オフセ
ット通路７１は、ノズルの隣にある一端の幅が０．０１
５インチであるが、他端の幅は０．０２４インチであ
る。勿論、これらの値は変更可能である。例えば、この
チャネルの他端の幅は、０．０２０〜０．０３６インチ
の範囲で試験して良好な結果が得られた。オフセット通
路の代表的な厚さは、０．２０インチであるが、この厚
さは２枚の同じ層を重ねて形成しても良い。

【００５０】図１において、インク供給チャネル１８
は、インク圧力室２２とインク・ノズル１４の間の板６
６に形成される。インク・ジェット印刷ヘッド９が複数
のインク圧力室を有する構造のとき、圧力室間の間隔を
増加する必要が生じないように、圧力室の内側の列に供
給されるインクが外側の列の間を通過する必要がないよ
うにするのが良い。そのためには、圧力室のすぐ下に位
置する板から圧力室にインクを供給する。つまり、イン
クは、インク・ジェット印刷ヘッドの外部から圧力室と
ノズル間にある板の位置へと流す。インク供給チャネル
圧力室と夫々位置が一致するように設けられ、圧力室の
下側から圧力室に接続されている。

【００５１】内側の列の圧力室の入口チャネルの流体イ
ンピーダンスを外側の列の圧力室の入口チャネルの流体
インピーダンスと等しくするために、これらのチャネル
は、同じ断面及び同じ同じ長さを有する２つの異なる構
造で作ることが出来る。入口チャネルの長さ及びそれら
の断面積によって流体に対する特性インピーダンスが決
まり、これは、インク・ジェット・ヘッドの所望の性能
を達成するように選択し、圧力室の入口２０を小さい孔
又はノズル状にする必要を回避する。代表的な入口チャ
ネルの寸法は、長さ０．２７５インチ、幅０．０１０イ
ンチ、そして厚さがインクの粘性に応じて０．００４〜
０．０１６インチ程度である。インクの粘性は、水性イ
ンクの場合で約１〜１５センチ・ポアズ、熱溶性インク
の場合で約１０〜１５センチ・ポアズ程度である。ここ
で重要なことは、インク・ジェット印刷ヘッド９を所望
の最高速度で動作させるに十分なインクを供給出来、且
つインク圧力室の音響的な分離状態を良好に維持するよ
うにインク入口の大きさを決めることである。

【００５２】入口用多岐管及び出口用多岐管１６及び６
６は、圧力室２２の列の境界の外側に配置するのが望ま
しい。更に、これらの多岐管の断面の寸法は、インクの
体積を最少にしながら、全てのインク・ジェット・ノズ
ルを同時に駆動したときにノズル１４に十分なインクを
供給出来、且つ、ジェット・ノズル間の相互作用を最少
に出来る程のコンプライアンスを維持するように最適化
される。この多岐管の代表的な断面の寸法は、０．１２
×０．０２インチである。出口チャネル４２及び出口多
岐管４４をなくせば、圧力室とノズルの間の入口用多岐
管１６をオフセット通路７１と同じ層に配置することに
よりインク・ジェット印刷ヘッド９を更に小型化するこ
とが出来る。この後者の構造の利点は、圧力室の内側の
列と外側の列の両方の入口チャネル１８同じ構造、即ち
同じ断面且つ同じ長さで良いことである。出口チャネル
４２をなくすと、層７２は、薄いノズル層を更にしっか
りと支持することが可能になる。圧力室の外側の列の下
に入口多岐管を完全に配置すると、最初の圧力室の列と
同じ六角形の配列を拡張して更に多くの圧力室の列を設
けることが出来る。即ち、層６２の中に更に多くの数の
圧力室を形成することが可能になる。

【００５３】複数のインク供給チャネル１８に各多岐管
１６からインクが供給されるが、共通の多岐管に接続さ
れたインク圧力室間は音響的に分離される。即ち、上述
の構造において、インク供給多岐管及びインク供給チャ
ネルは実質的に音響的ＲＣ回路として機能し、圧力パル
スを減衰させる。このような圧力パルスはインク圧力室
で発生し、その圧力室から入口チャネルを介して共通多
岐管へ逆行し、多岐管の隣の入口チャネルに入り得るも
のであり、隣のジェット・ノズルへ悪影響を与える虞が
ある。本発明では、これらの多岐管によりコンプライア
ンスの効果が得られ、更に入口チャネルにより音響的な
分離効果が得られるので、これらの圧力室は互いに音響
的に分離されている。音響的に分離されているというこ
とは、１つのジェット・ノズルのインク噴出特性が同じ
多岐管に接続された他のジェット・ノズルの動作から何
等影響を受けないことを意味する。この音響的分離は、
インク滴の噴出周期が１０μ秒以下で達成されることが
観測され、通常は３μ秒以内の周期で達成された。この
程度のクロストークでは、印刷結果には何等影響を与え
ることはない。

【００５４】ノズル１４は、金属板６２の面及び対応す
るインク圧力室２２の面に略垂直な中心軸を有する。更
に、これらのノズルの中心軸は、金属板６２に交差する
まで延長すると、対応するインク圧力室に交差せずにず
れている。図８及び図１４のインク・ジェット印刷ヘッ
ド９の各層には、ノズル１４が２列に配置されている。
これらは直線的に配列するのが望ましいが、必ずしも直
線的に配列する必要はない。他方、これらのノズルに接
続されたインク圧力室２２は、４列に配置されている。

【００５５】上述のように、圧力室の横の寸法は０．１
１０インチでこれら圧力室２２の六角形アレイは０．１
３５インチ間隔で配列されている。従って、これらイン
ク圧力室は、金属層の結合に必要な最小量だけの間隔で
近接して設けられている。ノズルの直径は、３５〜８５
ミクロンの範囲が良好であったが、この範囲に必ずしも
限られるものではない。水性インクで単位インチ当たり
３００ドットを印刷するには、印刷媒体のインク滴の拡
散が制限されるので、ノズルの直径は、約７５ミクロン
程度にすることが望ましい。これらの例では、ノズル板
の適当な厚さは、約６３〜７５ミクロン、即ち０．００
２５〜０．００３０インチである。

【００５６】更に、特にオフセット通路においては、動
作中に於けるノズル間の中心間隔は、約０．０３３５イ
ンチである。この間隔の場合、ノズルの線が水平位置か
らア−クタンジェント１／１０の角度だけ回転した位置
にあると（図４参照）、隣合うノズル間の垂直距離は、
丁度１／３００インチとなり、対応する水平間隔は、１
０／３００インチとなる。これらの水平及び垂直方向の
間隔の場合、印刷ヘッドは、水平及び垂直の両方向に単
位インチ当たり３００ドットの密度で印刷するように設
定されている。

【００５７】上述のインク圧力室及びノズルの構成を有
するインク・ジェット印刷ヘッド９を考えよう。また、
垂直印刷密度の逆数をｖ、水平印刷密度の逆数をｈ、ノ
ズル間の水平ドットの数をｎと仮定する。この場合、図
１８を参照すると、ノズル間の間隔をｓ、圧力室間の中
心間隔をＣ、圧力室の列の間隔をＬとすると、以下の数
１の関係式が成立する。

【００５８】

【数１】

【００５９】図１８は好適な配置例を示しており、圧力
室２２のインクの入口２０及び出口２４が互いに全く反
対に設けられている。ノズル１４の１列だけがインク・
ジェット印刷ヘッド９の中央に沿って配置され、インク
圧力室アレイの境界の外側にインク供給多岐管がある。
これら正反対に設けられた入口及び出口によって、イン
クの充填及び浄化動作の際に圧力室のインクの流れが良
好なので、インク内から泡や不純物が容易に除去され
る。このインクの入口及び出口の構成は、両者の距離を
最大にしているので、音響的な分離度も確実に向上す
る。更に、インク出口はインク入口よりもノズルにより
近くなり、インクが流れ易くなる。

【００６０】従って、図示した構造では、圧力室間の近
接した間隔よりも更に接近させた間隔で対応するノズル
を配置しても良い。例えば、圧力室の中心間隔をＸとす
ると、これに対応するノズルの中心間隔は、上述の例か
ら判るように、Ｘの４分の１の長さにするのが好適であ
る。対称的構成にする為に同じ列内のノズルの間隔は、
そのノズル列に対応するインク圧力室の列の数の逆数と
することが望ましい。従って、例えば、１列のノズルに
対応するインク圧力室の列の数が６である場合、その列
のノズルの中心間隔は、対応するインク圧力室の列の中
心間隔の６分の１にすると良い。その結果、ノズルの間
隔を接近させた極めて小型のインク・ジェット印刷ヘッ
ド９を実現することが出来る。本発明のインク・ジェッ
ト印刷ヘッド９が小型である点をもっと具体的な例で示
すと、図４及び図５の９６個のノズルで構成するノズル
の配列は、長さ約３．８インチ、幅約１．３インチ、厚
さ約０．０７インチである。

【００６１】上述したインク流動路２８の他に、付加的
インク出口即ち浄化チャネル４２が、インク・ジェット
印刷ヘッド９の本体１０に形成される。ただし、浄化チ
ャネルは、本発明の実施においては使用しないのが好ま
しい。浄化チャネル４２は、噴出口であるノズル１４近
傍の内側の箇所でインク通路２８に結合される。浄化チ
ャネル４２は、インク通路２８から、浄化出口通路４６
により浄化出口４８に接続された出口即ち浄化多岐管４
４へ通じる。浄化多岐管４４は、通常、同様の浄化チャ
ネル４２により、複数のノズル１４に関連する同様のイ
ンク通路２８に接続される。浄化動作の間、インクは、
矢印５０で示す方向に、浄化チャネル４２、浄化多岐管
４４及び浄化出口通路４６を介して浄化出口４８に流れ
る。

【００６２】図４及び図５に示すように、本発明の実施
に好適なインク・ジェット印刷ヘッド９を組み立てる。
このとき、圧力波を発生させる音響駆動素子に他のもの
を用いる点が、上述の米国特許出願第４３９２１３号と
は異なる。図のインク・ジェット印刷ヘッド９は、タイ
プライターに類似の往復プリンティング機構に用いられ
ている。この機構は、水平及び垂直の両方向に３００ド
ット／インチの印刷密度でフルカラー印刷をすることが
出来る。この印刷ヘッドは、ノズル当たり１秒間に約１
１０００個のインク滴を印刷する速度まで信頼出来る動
作が維持されることが確認された。図４及び図５のイン
ク・ジェット印刷ヘッドは、黒色インクを印刷するのに
用いる４８個のノズルの列を有する。この印刷ヘッド
は、更にカラー・インクを印刷するのに用いる４８個の
ノズルの列も有し、この列は黒インク用に列と分離さ
れ、水平方向にずれた位置に設けられている。これらカ
ラー用の４８個のノズルの中の１６個のノズルは、シア
ン・インク用であり他の１６個はマゼンタ用であり、残
りの１６個はイエロー用である。

【００６３】図４及び図５の印刷ヘッドのレイアウト
は、２列でなく１列のノズル構成に容易に変更可能であ
る。このインク・ジェット印刷ヘッド９の動作特性は、
この変更をしても何等影響を受けることはない。

【００６４】図６〜図１５は、図４及び図５の９６個の
ノズルを有するインク・ジェット印刷ヘッド９の各部の
図である。図６は、変換器を装着するスペーサ板５９、
図７は、隔壁板６０、図８は、インク圧力室板６２、図
９は、分離板６４、図１０は、インク供給板６６、図１
１は、分離板６８、図１２は、オフセット通路板７０、
図１３は、分離板７２、図１４は、ノズル板７６、及び
図１５は、保護板７８を夫々示している。この図４及び
図５の印刷ヘッドは、種々のカラー・インクを受ける多
数のインク受け多岐管を備えるように設計されている。
図示した例では、５セットの多岐管を有し、各セット毎
に２つの多岐管セクションが含まれている。これらの多
岐管セットは互いに分離されているので、このインク・
ジェット印刷ヘッド９は５種類のカラー・インクを受け
ることが出来る。従って、例えば、このインク・ジェッ
ト印刷ヘッド９は、フルカラー印刷の為のシアン・マゼ
ンタ及びイエローの減法混色の３原色のインク及びテキ
ストの印刷の為の黒インクを受けることが出来る。５番
目のカラー・インクとしては、印刷媒体上にシアン、マ
ゼンタ及びイエローを混合して作った５番目のカラーを
用いても良い。また、黒インクは、通常、テキストや図
形を印刷する際にカラー・インクより多く使用されるの
で、２つ以上の多岐管セットに黒インクを供給するよう
にしても良い。

【００６５】各カラー・インク用に複数の多岐管セクシ
ョンを設けることにより、個々の多岐管セクションと、
多岐管セクションからインクが供給される対応するノズ
ルとの間の距離を最小にすることが出来る。これによ
り、例えば印刷中に水平方向に沿ってインク・ジェット
印刷ヘッド９が往復する際にインク滴を加速及び減速す
ることにより発生するインク圧力の動的変化を最小に抑
制出来る。

【００６６】さらに図４及び図５のインク・ジェット印
刷ヘッドの多くの層を通るインクの流れを明確にするた
めに、図６〜１５を参照して説明する。便宜上、以下の
説明において、ｃ、ｙ、ｍ、ｂ1、及びｂ2は、夫々シア
ン、イエロー、マゼンタ、第１黒色及び第２黒色の各イ
ンクの流れる経路に関連する部品を示す為に用いる。

【００６７】図６は、図４の圧電セラミック３６が装着
される開口１４０を有するスペーサ板５９を示してい
る。このスペーサ板５９は、任意部品であり、圧電セラ
ミック結晶の外側表面と共面関係となってインク・ジェ
ット印刷ヘッド９の後ろ側を平面状にするものである。
印刷ヘッドにインクを供給する為の複数のインク供給口
をこの層５９を貫通するように設ける。これらのインク
供給口は、１２ｃ（ｃはシアンのカラー・インクの供給
口を示す）、１２ｙ（ｙはイエローを示す）、１２ｍ
（ｍはマゼンタを示す）、１２ｂ1（ｂ1は第１黒色イン
クを示す）及び１２ｂ2（ｂ2は第２黒色インクを示す）
の参照符号で示される。

【００６８】種々のカラー・インクは、ここに記載した
順序でインク・ジェット印刷ヘッド９に供給する必要は
全くないことに留意されたい。しかし、後述するよう
に、図４〜図１５に示したインク・ジェット印刷ヘッド
は、印刷ヘッドの左側のセクションのカラー印刷の為の
４８個のノズル群と、印刷ヘッドの右側セクションの黒
色印刷の為の４８個のノズル群とを有する。

【００６９】図７の隔壁板６０において、インク供給口
１２ｃ〜１２ｂ2は、夫々この層６０を貫通している。
図８は、本発明の実施例であるインク・ジェット印刷ヘ
ッド９におけるインク圧力室２２の配列を示している。
シアンの供給口１２ｃは、２つのシアン多岐管セクショ
ン１３０ｃ及び１３０ｃ'に通じるシアン・インク供給
チャネル１４２に接続されている。多岐管セクション１
３０ｃは、圧力室２２の左側アレイの外側の下側の中央
部分に隣接するように設けられている。多岐管セクショ
ン１３０ｃ'は、圧力室の左側アレイの左上の部分に隣
接して配置されている。更に、この層６２のインク供給
口１２ｂ2は、黒インク多岐管セクション１３０ｂ2及び
１３０ｂ2'に接続されたチャネル１４４に通じている。
多岐管セクション１３０ｂ2は、圧力室２２の右側アレ
イの右下部分に隣接して設けられ、多岐管セクション１
３０ｂ2'は、圧力室２２の右側アレイの右上部分に隣接
して設けられている。

【００７０】イエロー・インク供給口１２ｙは層６２の
チャネル１４６に通じている。尚、図８のイエロー・イ
ンク多岐管セクション１３０ｙ及び１３０ｙ'へのイエ
ロー・インクの接続は別の層で行われる。また、マゼン
タ・インク供給口１２ｍ及び第１黒インク供給口１２ｂ
1は、この層６２を貫通している。これらのインク供給
口は、夫々マゼンタ及び黒インク多岐管、即ち図８で１
３０ｍ、１３０ｍ'、１３０ｂ1及び１３０ｂ1'で示され
た部分に印刷ヘッドの他の層の中で接続されている。分
離した多岐管セクション間に１４２、１４４及び１４６
の番号で示すような連絡チャネルを設けることにより、
必要なインク供給ポートの数は１０個ではなく僅か５個
だけで良い。更に、２以上の層にまたがって多岐管を設
けることにより、多岐管の深さ即ち容積を増加させ、そ
れにより音響的なコンプライアンスを向上することが出
来る。

【００７１】図９から判るように、図８の層６２の多岐
管及び連絡チャネルの位置に合わせて、層６４の同様の
多岐管及び連絡チャネルを配置している。同様に、図１
０の層６６では、インク供給多岐管の部分が層６６にま
で及んでいるので多岐管の音響的コンプライアンスが更
に増加される。また、層６６は、通路１２ｙ及び１２
ｙ'も含んでいる。これらの通路は図８及び図９の層６
２及び６４の連絡チャネル１４６の端部に通じている。
また、これらの多岐管の容積の増加及び音響的コンプラ
イアンスの増加は、この層６６によって制限される。

【００７２】図１１及び図１２において、マゼンタ・イ
ンク供給口１２ｍは連絡チャネル１４８に接続され、こ
のチャネルを介してマゼンタ多岐管セクション１３０ｍ
及び１３０ｍ'に接続されている。更に、イエロー・イ
ンク供給口１２ｙは、チャネル１５０を介して多岐管セ
クション１３０ｙ（図１１）に接続されている。また、
インク供給口１２ｙ'は、チャネル１５４を介してイエ
ロー・インク多岐管セクション１３０ｙ'（図１２）に
接続されている。更に、黒インク供給口１２ｂ1は、通
路１５６を介して層６８及び７０（図１０及び図１２）
に接続され、更にこの通路を介して黒インク多岐管セク
ション１３０ｂ1及び１３０ｂ2に通じている。

【００７３】従って、上述の方法で各インク多岐管セク
ションにインクが供給される。また、個々の多岐管セク
ションの容積は多層領域にまたがって多岐管セクション
の部分を設けることにより増加している。

【００７４】これらの多岐管セクションからインクが選
択された黒、シアン、マゼンタ及びイエローのインク圧
力室２２ｂ1、２２ｂ2、２２ｃ、２２ｍ及び２２ｙに供
給される経路について更に説明する。また、これらのイ
ンク圧力室からそれらに対応するノズルへのインク流の
経路についても説明する。この説明から他の圧力室及び
ノズルへのインク流経路も容易に理解出来よう。

【００７５】図１０及び図１１において、シアン・イン
ク多岐管セクション１３０ｃ'からのインクはインク供
給チャネル１０２ｃのインク供給口１３２ｃへと流れ
る。チャネル１０２ｃからのインクは、インク圧力室の
入口２０ｃ（図９及び１３図の層６４及び６６）を通っ
てインク圧力室２２ｃ（図８の層６２）の上側部分に供
給される。インクが圧力室２２ｃを通って通路１００ｃ
（図９、図１０及び図１１の層６４、６６及び６８）へ
と流れ、更にオフセット通路７１ｃ（図１２の層７０）
へと流れる。オフセット通路７１ｃの下端部からインク
が開口１０４ｃ（図１３の層７２）を介して対応するノ
ズル１４ｃ（図１４の層７６）に流れる。

【００７６】同様に、イエロー・インク多岐管セクショ
ン１３０ｙ（図１１）からのインクは、インク供給チャ
ネル１０２ｙの入口１３２ｙ（図１０）へと流れる。イ
ンク供給チャネル１０２ｙからのインクは、通路２０ｙ
（図１０及び図９の層６６及び６４）を通ってインク圧
力室２２ｙの上側部分に供給される。このインク圧力室
の下側部分からのインクは、通路１００ｙ（図９、図１
０及び図１１の層６４、６６及び６８）を通ってオフセ
ット通路７１（図１２の層７０）の下端部に流れる。こ
のオフセット通路の上端部からのインクは、開口１０４
ｙ（図１３の層７２）を介してノズル１４ｙ（図１４の
層７６）へと流れる。保護層７８の開口１３６ｙは、ノ
ズル口１４ｙに重なっている。同様に、インク圧力室２
２ｍ、２２ｂ1及び２２ｂ2に出入りするインクの経路に
関連する要素の参照番号には、夫々対応する添え字ｍ、
ｂ1及びｂ2を付している。

【００７７】図４、図５、図１２及び図１４において、
上述の多岐管の配置により、図１２の右側アレイの４８
個のオフセット通路には、図１４のノズル板７６のノズ
ルの右側列に含まれる４８個のノズルに沿って黒インク
が供給される。更に、図１２の左側のオフセット通路の
配列の上側の列の最初の８個のオフセット通路には、シ
アン・インクが供給され、その隣の８個のオフセット通
路にはマゼンタ・インクが供給され、同じ列の更に第３
グループの８個のオフセット通路にはイエロー・インク
が供給される。更に、左側のオフセット通路の配列の下
側列の最初の８個のオフセット通路にはイエロー・イン
クが供給され、次の８個のオフセット通路にはシアン・
インクが供給され、その次の８個のオフセット・アレイ
にはマゼンタ・インクが供給される。

【００７８】このように図１２のオフセット通路７１の
上下の列をインタリーブ方式で構成することにより、こ
の構造を有する図１４の印刷ヘッドのノズルにはインタ
リーブ方式で割り当てられたカラー・インクが供給され
る。即ち、図１４の左側の列のノズル群の垂直方向で隣
合う各ノズルには異なる色のインクが供給される。この
構成により、ある色のインクのノズルの垂直間隔がすく
なくとも２ドット分離れるので、カラー・プリンティン
グが容易になる。このような多岐管の配置及びインク供
給方法を採用することにより、ノズルにインタリーブ方
式で供給する色の配列を所望により容易に変更すること
が可能である。

【００７９】このように、図４及び図５のインク・ジェ
ット印刷ヘッド９は、小型且つ製造が容易で種々の優れ
た機能を実現している。これに本発明を適用すると、整
流拡散が低減し、よって安定した連続動作期間を延ばす
ことができる。

【００８０】音響駆動機構３３は、電子駆動装置（図２
の信号源）が発する駆動信号に従ってインク・ジェット
印刷ヘッド９の動作を制御する。この駆動信号の例を図
１６に示している。本発明の実施に用いる実際の駆動信
号を図１７に示す。図１６及び図１７の駆動信号につい
ては、米国特許出願第６６５６１５号（特願平３−２０
００６３号に対応）にその全容が開示されている。

【００８１】図１６の駆動信号は、補充パルス成分１０
２及び噴出パルス成分１０４を有する２極性電気パルス
１００である。駆動信号は、待機期間１０６で保たれる
零電位を中心に補充パルス成分１０４及び噴出パルス成
分１０２に変化する２極性電気パルス１００であること
が好ましい。また、駆動信号は、待機期間１０６で保た
れる基準電位を中心に正及び負に変化する補充パルス成
分１０４及び噴出パルス成分１０２を有すると考えても
良い。

【００８２】この駆動信号を使用するインク・ジェット
印刷ヘッドの動作において、補充パルス成分１０２が供
給されると、インク圧力室２２は膨張し、インクの噴出
のためにインク供給源１１からインク圧力室２２にイン
クを引き込み、インクを補充する。補充パルス成分１０
２の終点で、電圧がゼロに向かって下降するときに、イ
ンク圧力室２２は収縮し始め、インク・オリフィス１０
３（図０３）内の前方のインク・メニスカスをノズル１
４に向かって移動させる。待機期間Ｂの間、インク・メ
ニスカスは、ノズル１４に向かい移動し続ける。噴出パ
ルス成分１０４を供給すると、インク圧力室２２は、イ
ンク滴を噴出させるために急速に収縮する。インク滴の
噴出後、補充パルス成分１０２が供給されると、インク
・メニスカスは、ノズル１４からインク・オリフィス１
０３内に再び引き戻される。

【００８３】立ち上がり及び立ち下がり時間を含む補充
パルス成分１０２の持続時間は、インク・メニスカスが
インク滴の噴出のためにノズル１４近傍の位置に戻るの
に必要な時間よりも短い。通常、立ち上がり及び立ち下
がり時間を含む補充パルス成分１０２の持続時間は、イ
ンク・メニスカスの共振周波数に関連する時間周期の１
／２より短い。更に好適には、この持続期間は、インク
・メニスカスの共振周波数に関連する時間周期の約１／
５より短い。インク・ジェット印刷ヘッドのオリフィス
内のインク・メニスカスの共振周波数は、インク・ジェ
ット印刷ヘッド内部のインク量及びオリフィスの寸法を
含めて、インクの性質から容易に計算可能である。

【００８４】待機期間Ｂの持続時間が増加するにつれ
て、インク・メニスカスは、噴出パルス成分１０４が供
給される時点で、ノズル１４に更に近づくように移動す
る。通常、待機期間１０６の持続時間及び噴出パルス成
分１０４の立ち上がり及び立ち下がり時間を含む持続時
間は、インク・メニスカスの共振周波数に関連する期間
の１／２よりも短い。

【００８５】図１に示す形状のパルスから成る駆動信号
は、繰り返し供給されてインク滴を噴出させる。各イン
ク滴を噴出させるために、１つ又は複数のパルスは供給
してもよいが、好適な実施例では、少なくとも１つのこ
の様な合成信号を使用して、各インク滴を形成する。更
に、待機期間１０６の持続時間は、インク滴を噴出する
ためにインク圧力室２２を収縮させる前の各待機期間
に、インク・オリフィス１０３内のインク・メニスカス
が、オリフィス内の略同じ位置に進むように設定され
る。

【００８６】噴出パルス成分１０４に応答して圧力パル
スが到来する時点で、インク・メニスカスには、インク
・オリフィス１０３内でノズル１４に向かう前方向の速
度が残っていることが望ましい。この状態で、インク・
ジェット印刷ヘッドの外に進む液体列は、適当に１つの
インク滴に合体し、不要周囲（サテライト）インク滴の
形成が最小限になる。インク・メニスカスは、ノズル１
４を越える位置には進んではならない。

【００８７】高印刷品質及び高印刷速度を実現するため
の異なるパルス成分の持続時間の具体例では、補充パル
ス成分１０２のＡ部分は５μ秒であり、その立ち上がり
時間及び立ち下がり時間は夫々１μ秒及び３μ秒であ
り、待機期間Ｂは１５μ秒であり、噴出パルス成分１０
４のＣ部分は５μ秒であり、その立ち上がり時間及び立
ち下がり時間は補充パルス成分１０２と同じである。

【００８８】図１７は、本発明の実際の使用に適するよ
うに駆動信号を変更したものを示している。この変更し
た駆動信号は、整流拡散を誘発する圧力の大きさのしき
い値よりも低く且つ周囲圧より低い圧力をインクに加え
る。変更した駆動信号の補充パルス成分１０２及び噴出
パルス成分１０４の一方、できれば両方がそれぞれ示す
電圧振幅の持続時間を増加させる。このとき、それぞれ
の電圧振幅も小さくする方がよい。加えて、パルス成分
１０２及び１０４の立ち上がり及び立ち下がり時間の少
なくとも一方、できれば両方の時間を延長する。補充パ
ルス成分１０２の電圧振幅は、噴出パルス成分１０４の
電圧振幅を考慮して小さくする。

【００８９】高速でインク滴の噴出を繰り返すと、流動
抵抗が増加する結果、変更した補充パルス成分１０２で
はインク圧力室２２にインクを適切に補充できなくな
る。このうような状態では、補充パルス成分の電圧振幅
の噴出パルス成分に対する比率、つまり、縦横比（aspe
ct ratio）は、約１．１５〜約１．３の間が適当であ
る。

【００９０】図１７の駆動信号では、補充パルス成分１
０２の電圧振幅が噴出パルス成分１０４のもの約１．４
倍になっている。同じ音響駆動素子に加えるにも関わら
ず、この補充パルス成分１０２の電圧振幅は変更前の駆
動信号のものの電圧振幅の約５０％である。図１７の変
更駆動信号は、同じ同じ音響駆動素子に加える変更前の
駆動信号に較べて、立ち上がり時間及び立ち下がり時間
が２倍になるとともに、補充パルス成分１０２及び噴出
パルス成分１０４の時間が増加していることを示してい
る。

【００９１】最後に、本発明は、種々のインクを用いた
インク・ジェット・プリンタにも適用出来ることに留意
されたい。上述のように室温では固体で相転移するイン
クは勿論室温で液体のインクでも使用可能である。相転
移インクの好適な一例は、１９８９年１２月２６日に発
行された米国特許第４８８９５６０号（特願平１−１９
３７８８号に対応）の明細書に記載されている。しか
し、繰り返すが、本発明の応用はこのインクに限定され
るものでないこと勿論である。上述の中で本発明と実施
例を関連させて説明してきた。図を通して詳細に説明し
たように、本発明が他のどのような実施例にも応用可能
であることは、当業者ならば容易に理解できよう。ま
た、実施例は、本発明の主旨の範囲でいかように変更し
ても良い。

【００９２】

【発明の効果】本発明のインク・ジェット印刷ヘッドは
インク圧力室の１壁面を構成する振動板を含む多層の板
から組み立てられるが、多層の板を組み立てる前に振動
板のインクに接してインクに圧力を加える面を電解研磨
することにより、この面の傷を減少させている。従っ
て、整流拡散が発生しにくくなり、印刷品質を低下させ
ずにインク・ジェット印刷ヘッドの連続動作時間を延長
できる。また、電解研磨処理工程に回されるのは印刷ヘ
ッドを構成する多数の板のうちの振動板だけであって、
平面的な板であるから電解研磨処理工程においても扱い
易く、平面に対しての電解研磨であるから多数製造して
も品質を維持するのが比較的容易である。よって、製造
コストを安くできるとともに、製造時間を短くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッドの
一実施例の断面側面図である。

【図２】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッドの
一実施例及び印刷媒体を示す斜視図である。

【図３】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッドの
音響駆動素子の一実施例の側面図である。

【図４】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッドを
構成する金属板の層を示す印刷ヘッドの分解展開図であ
る。

【図５】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッドを
構成する金属板の層を示す印刷ヘッドの分解展開図であ
る。

【図６】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッドを
構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図７】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッドを
構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図８】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッドを
構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図９】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッドを
構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図１０】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッド
を構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図１１】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッド
を構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図１２】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッド
を構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図１３】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッド
を構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図１４】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッド
を構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図１５】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッド
を構成する金属板の層の内の１つの板を示す図である。

【図１６】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッド
の音響駆動素子に加える駆動信号を示す図である。

【図１７】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッド
の音響駆動素子に加える実施に適する改良した駆動信号
を示す図である。

【図１８】本発明に好適なインク・ジェット印刷ヘッド
のインク圧力室、インクの入口及び出口の通路、オフセ
ット通路並びにノズルの配置関係を示す図である。

【符号の説明】

９ インク・ジェット印刷ヘッド １１ インク供給源 １３ 印刷媒体 １４ ノズル ２２ インク圧力室 ３４ 振動板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒュー・ホウク・リ アメリカ合衆国オレゴン州97062 トゥ ラティン サウス・ウェスト サガー ト・ストリート 9301 アパートメント ワンハンドレッド・フィフティー・フ ォー (72)発明者 ジェー・カーク・マックグロスラン アメリカ合衆国オレゴン州97005 ビー バートン サウス・ウェスト パークビ ュー・ループ 9200 (56)参考文献 特開 昭60−264257（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−156073（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−78556（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−276649（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−29552（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク圧力室の１壁面を構成する振動板
   を含む多層の板から組み立てられ、インク供給源からの
   インクを上記インク圧力室に供給し、上記振動板を通し
   て上記インク圧力室内の上記インクに圧力を加えること
   によりノズル・アレイから印刷媒体にインク滴を噴出す
   るインク・ジェット印刷ヘッドにおいて、 上記多層の板のうちの上記振動板の上記インクに接して
   圧力を加える面だけが電解研磨されていることを特徴と
   するインク・ジェット印刷ヘッド。
2. 【請求項２】 インク供給源からインクの供給を受けて
   上記インク圧力室の１壁面を構成する上記振動板を駆動
   することによりインク滴を印刷媒体に噴出するノズル・
   アレイを有し、上記振動板を含む多層の板から組み立て
   られるインク・ジェット印刷ヘッドにおいて、 上記振動板上に複数の駆動手段を具え、 上記多層の板のうちの上記振動板のインクに接して圧力
   を加える面だけを電解研磨することによって、上記面の
   傷の密度及び気泡発生の核となる部分並びに正及び負の
   圧力印可による上記インク中の気泡の成長を減少させ、
   整流拡散による印刷品質の低下を防止したことを特徴と
   するインク・ジェット印刷ヘッド。
3. 【請求項３】 インク圧力室の１壁面を構成する振動板
   を含む多層の板から組み立てられ、インク供給源からの
   インクを上記インク圧力室に供給し、上記振動板を通し
   て上記インク圧力室内の上記インクに圧力を加えること
   によりノズル・アレイから印刷媒体にインク滴を噴出す
   るインク・ジェット印刷ヘッドの製造方法であって、 上記振動板の上記インクに接して圧力を加える面を電解
   研磨するステップと、 電解研磨された上記振動板を含む上記多層の板から上記
   インク・ジェット印刷ヘッドを組み立てるステップとを
   具えるインク・ジェット印刷ヘッドの製造方法。