JP3454218B2 - インクジェット式記録ヘッド及びこれを用いた画像記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタ或はインクジェットプロッタなどとして用いられ
るインクジェット式画像記録装置及びインクジェット式
記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の記録ヘッドは、ノズル開口を有す
る圧力発生室を複数並べて形成するとともに、これら圧
力発生室の配列方向に沿って細長い共通インク室を形成
し、この共通インク室と各圧力発生室との間をインク供
給路により連通し、各圧力発生室に振動板を介して圧力
発生素子を設け、この圧力発生素子による圧力発生室内
の圧力変動によりノズル開口からインク滴を吐出させる
構成を採る。そして、共通インク室は、ここにインクを
供給するインク供給管から最も遠い左右の端部で流路幅
を絞って先細りな形状にしているが、これは断面積を減
少させることによりインクの流速を高め、これによりイ
ンクを充填する際やノズル開口から吸引するクリーニン
グ時に残留気泡をなくすためである。

【０００３】また、共通インク室の一面を弾性フィルム
で区画することにより大きなコンプライアンスを与えて
いる。これは、インク吐出時にインク供給路から逆流す
るインクの圧力を吸収し、また、各圧力発生室に素早く
インクを供給するためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の記録ヘッドでは、同一条件で圧力発生素子を駆
動しても、共通インク室の端部（インク供給管から遠い
端部）で連通している圧力発生室のノズル開口から吐出
されるインク滴の吐出特性が他のノズル開口の吐出特性
とは異なる現象が発生し、そのばらつき範囲は目標値に
対して＋−１５％程度となる。この様な現象は共通イン
ク室の端部で圧力損失が生じてインク供給路の入口に負
圧が生ずると推測される。そして、これを解消するに
は、共通インク室のコンプライアンスを大きくすること
が考えられるが、共通インク室の端部は、気泡排除性を
高めるために先細りにする必要があるので、単にコンプ
ライアンス部を拡張することは困難である。また、画像
記録速度の高速化、記録対象物の大型化などの要求から
一列当たりのノズル数を増加させる傾向にあるが、クリ
ーニング用ポンプを大型化して気泡排出能力を高めると
排除するインクの量が増加してしまうので、共通インク
室の先端部分を先細りにすることは避けられない。

【０００５】本発明は上記した事情に鑑みなされたもの
で、その目的は、複数のノズル開口を有し、これらノズ
ル開口のそれぞれの吐出特性の均一化を図ることができ
るインクジェット式記録ヘッド、及びこの記録ヘッドを
用いた画像記録装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するため
に、 請求項１に記載のものは、ノズル開口を有する圧力
発生室を複数並べて形成するとともに、これら圧力発生
室の配列方向に沿って共通インク室を形成し、共通イン
ク室と各圧力発生室との間をインク供給路によりそれぞ
れ連通し、各圧力発生室に対応して圧力発生素子を設
け、共通インク室にはインク供給管を接続し、圧力発生
素子による圧力発生室内の圧力変動により当該圧力発生
室内のインクをノズル開口から吐出するインクジェット
式記録ヘッドにおいて、上記共通インク室は、その長手
方向端部近傍に、当該共通インク室の他の部分よりも断
面積を減少させた絞り領域を設定し、上記絞り領域に連
通しているインク供給路の入口から出口までの流路のイ
ナータンスと該入口から上記絞り領域の絞り始端までの
流路のイナータンスの和を、上記絞り領域以外で当該共
通インク室に連通している他のインク供給路の上記入口
から上記出口までの流路のイナータンスに揃えたことを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドである。

【００１１】請求項２に記載のものは、イナータンスを
小さく設定した前記インク供給路に連通した圧力発生室
の体積を、前記絞り領域以外で当該共通インク室に連通
している他の圧力発生室の体積に揃えたことを特徴とす
る請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッドであ
る。

【００１２】

【００１３】請求項３に記載のものは、前記絞り領域で
共通インク室に連通している圧力発生室の体積を、前記
絞り領域以外で当該共通インク室に連通している他の圧
力発生室の体積に揃えた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ヘッドである。

【００１４】請求項４に記載のものは、長手方向端部近
傍に位置するインク供給路の幅と長さの少なくとも一方
を、上記端部近傍以外に位置するインク供給路と異なら
せることによりイナータンスを設定したことを特徴とす
る請求項１から３のいずれかに記載のインクジェット式
記録ヘッドである。

【００１５】請求項５に記載のものは、各インク供給路
の前記出口の位置を圧力発生室の配列方向に沿った仮想
直線上に揃えることにより各圧力発生室の体積を揃えた
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のイ
ンクジェット式記録ヘッドである。

【００１６】請求項６に記載のものは、インク供給路の
入口から出口までの長さを短縮することによりイナータ
ンスを、共通インク室の先端に位置するインク供給路ほ
ど小さく設定し、共通インク室のコンプライアンス領域
を、インク供給路の短縮長さに応じてインク供給路の入
口側に拡大したことを特徴とする請求項１から５のいず
れかに記載のインクジェット式記録ヘッドである。

【００１７】請求項７に記載のものは、前記絞り領域
は、複数段で先細りとなるように絞ったことを特徴とす
る請求項１から６のいずれかに記載のインクジェット式
記録ヘッドである。

【００１８】請求項８に記載のものは、前記インク供給
路が一つの圧力発生室に対して複数備えられていること
を特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のインク
ジェット式記録ヘッドである。

【００１９】請求項９に記載のものは、インク供給路
を、ノズル開口側の流路とその反対側の流路とに分けて
形成したことを特徴とする請求項１から８のいずれかに
記載のインクジェット式記録ヘッドである。

【００２０】請求項１０に記載のものは、ノズル開口側
に位置する流路のインク供給路の出口の位置を調整する
ことにより各圧力発生室の体積を揃えたことを特徴とす
る請求項９に記載のインクジェット式記録ヘッドであ
る。

【００２１】請求項１１に記載のものは、ノズル開口側
の流路のイナータンスとその反対側の流路のイナータン
スとをそれぞれ分けて設定したことを特徴とする請求項
９または１０に記載のインクジェット式記録ヘッドであ
る。

【００２２】

【００２３】

【００２４】請求項１２に記載のものは、請求項１から
１１のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッドを
備えたことを特徴とする画像記録装置である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１はインクジェット式記録ヘッ
ド（以下、記録ヘッド１という。）を用いた画像記録装
置２の斜視図である。この画像記録装置２は、スキャナ
（図示せず）などと共にコンピュータ（図示せず）に接
続された状態で使用される。このコンピュータには、所
定のプログラムがロードされ、実行されることにより、
これらの装置全体が一体で記録装置として機能する。コ
ンピュータでは、所定のオペレーティングの下でアプリ
ケーションプログラムが動作し、スキャナから読み込ん
だ画像などに対して所定の処理を行ないつつＣＲＴディ
スプレイ（図示せず）に画像を表示する。また、コンピ
ュータは、アプリケーションプログラムが印刷命令を発
すると、スキャナを介して読み込んだ画像データやキー
ボードを介して入力された文字データなどを画像記録装
置２に出力する。

【００２６】画像記録装置２は、キャリッジ３がタイミ
ングベルト４を介してキャリッジモータ５に接続され、
ガイド部材６に案内されて記録用紙７の紙幅方向に往復
動するように構成されている。また、この画像記録装置
２には、紙送りローラ７′を用いた紙送り機構も設けら
れている。キャリッジ３には記録用紙７と対向する面、
すなわち本実施形態では下面に記録ヘッド１が取り付け
られており、記録ヘッド１は、キャリッジ３の上部に取
り付けられたホルダ８にセットされているインクカート
リッジ９からインクの供給を受けて、キャリッジ３の移
動に合わせて記録用紙７にインク滴を吐出することによ
り画像や文字等を印刷する。

【００２７】また、記録用紙７から外れた非印刷領域
（非記録領域）には、キャッピング装置１０が配設さ
れ、印刷の休止中に記録ヘッド１のノズル開口を封止す
る。したがって、印刷の休止中、キャッピング装置１０
によるノズル開口の封止によりインクが増粘あるいはイ
ンク膜を形成することを抑制することができる。また、
キャッピング装置１０は、図面には示していないが吸引
パイプを介してポンプに接続しており、インクを充填す
る際やクリーニング時にノズル開口から吸引して記録ヘ
ッド１内のインク流路内にある気泡を排除する。そし
て、キャッピング装置１０の近傍に配置されたワイピン
グ装置１１により、記録ヘッド１の表面（ノズル開口の
ある下面）を払拭して、そこに付着したインク滓や紙粉
等を除去するように構成されている。

【００２８】図２は、図１に示すインクジェット式画像
記録装置２の記録ヘッド１の分解斜視図、図３は記録ヘ
ッド１のアクチュエータの断面図、図４は、前記記録ヘ
ッド１の流路形成板１２の平面図である。図２及び図３
に示す記録ヘッド１を製造するには、複数の列にノズル
開口１３が形成されたノズルプレート１４、ノズル開口
１３のそれぞれに連通する圧力発生室２０が形成された
流路形成板１２、および圧力発生室２０のそれぞれに重
なる振動領域が島状に形成された弾性板２１をこの順に
積層して流路ユニット２２を構成した後、流路ユニット
２２を圧力発生素子２３が支持されたヘッドケース２４
に重ね合わせて、各圧力発生素子２３の先端部分を弾性
板２１の各振動領域にそれぞれ当接して接着し、ノズル
プレート１４側に縁カバー２５を被せる。

【００２９】ノズルプレート１４は、ステンレス板など
の薄板に直径２０μｍから３０μｍのノズル開口１３が
ドット形成密度に対応したピッチで形成されたものであ
る。また、流路形成板１２は、図４に示すように、厚さ
が４００μｍ程度のシリコン基板に対してウエットエッ
チングなどによって貫通穴を形成したものであり、この
貫通穴により、共通インク室２６、この共通インク室２
６からノズルプレート１４のノズル開口１３と重なる位
置まで細長く形成されたインク供給路２７、および圧力
発生室２０が構成される。

【００３０】弾性板２１は、ステンレス板２９と樹脂フ
ィルム３０からなる複合板に対して、圧力発生室２０と
重なる領域にステンレス部分が島状の振動領域（アイラ
ンド部）３１として残され、この振動領域３１の周りは
樹脂フィルム３０だけが残されている。また、この弾性
板２１には、共通インク室２６に重なる領域にインク供
給穴３２が形成されている。

【００３１】ヘッドケース２４には、その先端面に窓３
３が開設され、このヘッドケース２４内に、ステンレス
製固定基板３４に基端を固定して複数本櫛歯状に形成さ
れた圧力発生素子２３を差し込むと、窓３３の内側に圧
力発生素子２３の先端部分が入り込む。なお、ヘッドケ
ース２４にはインク供給管３５が形成されている。

【００３２】この様に構成された記録ヘッド１におい
て、電圧パルスが圧力発生素子２３に印加されると、圧
力発生素子２３は圧力発生室２０の容積を膨張させる方
に撓み、すなわち収縮し、圧力発生室２０に負圧を発生
させる。その結果、インクのメニスカスはノズル開口１
３の内部に引き込まれ、共通インク室２６からは各イン
ク供給路２７を介して各圧力発生室２０にインクが流れ
込む。一方、放電パルスを印加すると、圧力発生素子２
３は圧力発生室２０の容積を収縮させる方向に撓み、す
なわち伸長し、圧力発生室２０に正圧が発生する。その
結果、ノズル開口１３からインク滴が吐出される。この
様な動作はいずれも、圧力発生素子２３の伸長、収縮が
弾性板２１の振動領域３１を介して伝達される。

【００３３】図４に示す流路形成板１２の実施形態にお
ける特徴は、インク供給管３５が共通インク室２６の一
方の端部に連通しているので、このインク供給管３５か
ら遠く離隔した他方の端部の領域で連通しているインク
供給路２７の幅がノズル番号＃４から＃１の方向に徐々
に広げられていることにある。換言すると、共通インク
室２６中央側から先端に位置するものほどその幅が徐々
に広げられている。

【００３４】流路形成板１２に形成される共通インク室
２６の深さは均一であるので、インク供給路２７の入口
（＃１〜＃４に対応する供給口）の断面積が徐々に大き
くなり、ノズル番号＃４〜＃１にかけて生じるインク速
度とインク量の変動を抑制することができる。

【００３５】ここでその原理を図５を参照して説明す
る。Ｍｎ、Ｍｓ、Ｍａは、それぞれノズル開口１３、イ
ンク供給路２７および圧力発生素子２３のイナータンス
である。Ｒｎ、Ｒｓ、Ｒａは、それぞれノズル開口１
３、インク供給路２７および圧力発生素子２３のレジス
タンスである。Ｃｎ、Ｃｃ、Ｃａは、それぞれノズル開
口１３、圧力発生室２０，及び圧力発生素子２３のコン
プライアンスである。Ｕｓ、Ｕｎは、それぞれノズル開
口１３側、インク供給路２７側に流れるインクの体積速
度である。Ｕａは、圧力発生素子２３が動作したときに
圧力発生室２０の内部に生じる単位時間当たりのインク
の体積速度である。したがって、体積速度ＵｎとＵｓの
和がＵａとなる。

【００３６】圧力発生室２０の中を流れるインクの振動
周波数（Ｆｉｎｋ）は次式で表される。 Ｆｉｎｋ＝１／２π・√（Ｍｎ・Ｍｓ）／√｛Ｃｃ（Ｍ
ｎ＋ｍｓ）｝ 本実施形態においては、Ｍｎ＝１．２７×１０⁸（ｋｇ
／ｍ⁴）、Ｍｓ＝１．５０×１０⁸（ｋｇ／ｍ⁴）、Ｃｃ
＝２．４４×１０^-20（ｍ⁵／Ｎ）であるから、Ｆｉｎｋ
は約１２３ｋＨｚと導かれる。

【００３７】ＵｎとＵｓの比率は、ノズル側のインピー
ダンスＺｎ、インク供給側のインピーダンスＺｓとの比
率によって決定されるが、Ｆｉｎｋが非常に高速である
ため、Ｚｎ≒Ｍｎ、Ｚｓ≒Ｍｓと考えることができる。

【００３８】したがって、Ｕｎ／Ｕｓ≒Ｍｎ／Ｍｓとな
り、インク供給口のＭｓを調整することによりＵｎ／Ｕ
ｓをコントロールすることができる。ノズル開口１３か
ら吐出するインク速度は、体積速度Ｕｎ（ｍ³／ｓ）／
ノズル開口面積（ｍ²）と考えることができるので、Ｕ
ｎを小さくすればインク速度を減少させることができ
る。インク量においても同様にＵｎを小さくすれば減少
させることができる。

【００３９】Ｍｓは次式で表すことができる。 Ｍｓ＝ρ×１／Ｓ ここで、 ρ：インクの比重 ｌ：インク供給路２７の長さ Ｓ：インク供給路２７の断面積 である。

【００４０】よって、インク供給路２７の断面積Ｓを大
きくすることによりＭｓは小さくなり、インク速度、イ
ンク量をコントロールすることが可能である。また、イ
ンク供給路２７の長さを短くしても同様な効果を得るこ
とができるのは上述の通りである。

【００４１】次に、図６に示す第２の実施形態について
説明する。この第２実施形態の特徴は、インク供給管３
５が共通インク室２６の長手方向に対して略中央に位置
することである。この様な構成にすると、インク供給管
３５から共通インク室２６の端部までの長さを、前記第
１実施形態の約半分にすることが可能となり、共通イン
ク室２６の長さと断面積による損失水頭の問題をノズル
列が長くなっても回避することが可能となる。なお、本
実施形態においては、インク供給管３５から共通インク
室２６の端部までの距離が両方とも同じになるので、両
方の端部を、断面積が次第に減少する先細り形状とし、
この先細りにした端部の領域（絞り領域３６）で連通し
ているインク供給路２７の幅を中央側から先端に向かう
にしたがって、すなわち＃４から＃１になるにしたがっ
て徐々に広くしてある。

【００４２】次に、図７に示す第３の実施形態について
説明する。この第３実施形態の特徴は、インク供給路２
７が１つの圧力発生室２０に対して複数形成されている
ことである。第１の実施形態の説明で、気泡排出性に優
れた共通インク室２６であって、かつ、端部におけるイ
ンク量、インク速度を補正できることを説明したが、記
録速度を更に高速化しようとする場合、圧力発生室２０
内でのインクの振動を効率良く減衰させる必要がある。

【００４３】一般に、減衰係数はＭｓ／Ｒｓで表すこと
ができる。ここで、Ｒｓは次式で表すことができる。 Ｒｓ＝１２×η×ｌ／（Ｗ×ｔ³） η：インクの粘度（Ｐａ×ｓ） ｌ：供給口（インク供給路２７）の長さ（ｍ） Ｗ：供給口断面の長辺（供給口が長方形断面の時） ｔ：供給口断面の短辺（供給口が長方形断面の時） である。

【００４４】本実施形態において、流路形成板１２の厚
さは２００〜５００μｍであり、インク供給路２７の幅
は１０〜５０μｍであるため、第１の実施形態で示した
ように、インク供給路２７の幅でＭｓを小さくしようと
すると、Ｒｓはその幅の３乗に比例して小さくなってし
まう。

【００４５】減衰係数Ｍｎ／Ｒｎは小さいほど速くイン
クの振動を減衰させることができるが、インク供給路２
７の幅により、インク速度、インク量を小さくすること
ができても減衰が悪くなり、高速印字実現への障害とな
る。

【００４６】しかしながら、第３の実施形態において
は、１つの圧力発生室２０に対して複数のインク供給路
２７を備えることを特徴としているので、Ｍｎを並列に
考えることが可能となり、インク供給路２７の長さｌと
幅Ｗと深さｔを調整することにより減衰係数Ｍｎ／Ｒｎ
を補正しないインク供給路２７と同等にしながら端部に
おけるＭｎを小さく調整することが可能となる。

【００４７】なお、前記実施形態ではインク供給路２７
の内部に仕切りなどが形成されていない構成であった
が、一つのインク供給路２７内が上下、あるいは左右に
分かれて圧力発生室２０で合流するように構成してもよ
い。

【００４８】これまで説明した各実施形態は、共通イン
ク室２６に連通しているインク供給路２７のうち、共通
インク室２６の端部に連通しているインク供給路２７に
ついて、当該共通インク室２６に前記端部以外の他の部
分で連通している同一形状の複数のインク供給路２７に
比較して、断面積あるいは長さの少なくとも一方を異な
らせ、これにより各ノズル開口１３から吐出されるイン
ク滴の吐出特性を揃えるように構成した。すなわち、イ
ンク供給量、およびインク滴の速度を揃えて記録品位を
高めるようにしたものであるが、これは、共通インク室
２６に個々に連通し、インク供給路２７からそれに連通
する圧力発生室２０を介してそのノズル開口１３に至る
インク経路のうち、前記絞り領域３６で連通しているイ
ンク経路については、形状と長さと断面積との少なくと
も一つを、絞り領域３６以外で当該共通インク室２６に
連通しているインク経路のものと異ならせることによ
り、各ノズル開口１３から吐出されるインク滴の速度が
揃うようにしたということである。そして、以下に説明
する各実施形態ではさらに記録品位を高めようとするも
のである。なお、理解を容易にするために、説明が前記
実施形態と一部重複するが、詳しく説明する。

【００４９】図８及び図９に示す記録へッド１は、前記
実施形態と同様に、ヘッドケース２４の収納室４０内に
圧電振動子４１を圧力発生素子として一方の開口から挿
入して櫛歯状先端を他方の開口（窓３３）に臨ませ、こ
の開口側のヘッドケース２４の表面（下面）に流路ユニ
ット２２を接合するとともに、圧電振動子４１の櫛歯状
先端をそれぞれ流路ユニット２２の所定部位に当接固定
することにより概略構成されている。

【００５０】流路ユニット２２は、前記実施形態と同様
に、流路形成板１２を間に挟んでノズルプレート１４と
弾性板２１を両側に積層することにより構成されてい
る。

【００５１】ノズルプレート１４は、ドット形成密度に
対応したピッチで複数のノズル開口１３を列状に開設し
たステンレス製の薄いプレートであり、本実施形態では
０．１４１ｍｍのピッチ（１８０ｄｐｉ）で１列９６個
のノズル開口１３を５列開設してある。なお、このノズ
ルプレート１４は、流路形成板１２など他の部材と一体
に成形してもよい。

【００５２】ノズルプレート１４の一方の面に積層する
流路形成板１２は、厚さが４００μｍ程度のシリコン基
板に対してウエットエッチングなどにより、ノズルプレ
ート１４のノズル開口１３に対応して圧力発生室２０と
なる空部を隔壁で区画した状態で複数並べて形成すると
ともに、これら圧力発生室２０の配列方向に沿って共通
インク室２６となる空部を形成し、この共通インク室２
６と各圧力発生室２０とをそれぞれ連通するインク供給
路２７となる空部を形成した板状の部材である。

【００５３】共通インク室２６は、インクカートリッジ
９に貯留されたインクを各圧力発生室２０に供給するた
めの室であり、長手方向のほぼ中央にインク供給管３５
が連通し、このインク供給管３５から遠い端の部分（左
右端部）に、図１０に示すように、流路幅を狭く絞って
断面積を他の部分よりも減少させた絞り領域３６を設定
する。この絞り領域３６を形成するには、圧力発生室２
０側の辺を直線状としたまま、圧力発生室２０とは反対
側に位置する辺を屈曲或は彎曲させて圧力発生室２０側
に近付けることにより形成する。なお、インク供給管３
５の左右近傍部分（即ち、中央部分）と上記絞り領域３
６との間は適宜傾斜させて接続するが、本実施形態では
絞り領域３６の手前部分の辺を他の部分よりも急な角度
で圧力発生室２０側に傾斜させることにより複数段に分
けて形成している。

【００５４】圧力発生室２０は、ノズル開口１３の列に
対して直交する方向に細長い室であり、その一部（ノズ
ル開口１３側）が、流路形成板１２の厚さ方向に貫通し
た矩形の貫通孔２０ａにより構成され、残りの部分は、
流路形成板１２の厚さ方向の中央に形成した上下室隔壁
４２で上下に区画された偏平な凹室で構成されている。
そして、本発明における圧力発生室２０は、９６個すべ
て同じ体積になるように形成してある。

【００５５】インク供給路２７は、共通インク室２６と
各圧力発生室２０とを連通する流路であり、図１１に示
す実施形態では、共通インク室２６側に開口した入口２
７ａと圧力発生室２０側に開口した出口２７ｂとの間に
仕切り（中州部）４３を形成し、該中州部４３の寸法に
より流路幅と流路長さを調整し、これにより個々のイナ
ータンスを調整している。特に、本実施形態では前記絞
り領域３６で連通しているインク供給路２７の入口２７
ａと出口２７ｂとの間におけるそれぞれのイナータンス
を、絞り領域３６以外で共通インク室２６に連通してい
る他のインク供給路２７のイナータンスに比較して小さ
く設定するとともに、共通インク室２６の上記先端側に
位置するインク供給路２７ほど小さく設定し、尚且つ、
イナータンスを小さく設定した上記インク供給路２７に
連通した圧力発生室２０の体積を、上記絞り領域３６以
外で当該共通インク室２６に連通している他の圧力発生
室２０の体積に揃えている。

【００５６】具体的に説明すると、図１１に示す絞り領
域３６で連通している３つの圧力発生室２０Ａ，２０
Ｂ，２０Ｃのうち、最も端のインク供給路２７Ａの中州
部４３Ａの幅を最小にするとともに、長さも最短に設定
し、これにより当該インク供給路２７Ａのイナータンス
を最小に設定し、このインク供給路２７Ａの隣りに位置
する端から２番目の中州部４３Ｂの幅を上記中州部４３
Ａよりも少し幅広（標準幅）にするとともに、長さを最
短に設定し、これにより当該インク供給路２７Ｂのイナ
ータンスを２番目に小さく設定し、このインク供給路２
７Ｂの隣りに位置する端から３番目の中州部４３Ｃの幅
を標準幅にするとともに、長さを１番目や２番目よりも
少し長く（中間長さ）に設定し、これにより当該インク
供給路２７Ｃのイナータンスを３番目に小さく設定して
ある。

【００５７】この様に中州部４３の寸法を変化させてイ
ンク供給路２７の入口２７ａと出口２７ｂとの間の流路
断面積を変化させることによりそれぞれのイナータンス
を端部（絞り領域３６の先端）ほど小さく設定したが、
インク供給路２７の出口２７ｂの位置、すなわち中州部
４３の圧力室側端部の位置を、圧力発生室２０の配列方
向に沿った仮想直線Ｌ１上に揃えることにより各圧力発
生室２０の体積を揃えている。なお、絞り領域３６以外
で連通している圧力発生室２０Ｄ，２０Ｅ…のインク供
給路２７の中州部４３は、幅を、前記２番目や３番目の
中州部４３Ｂ，４３Ｃと同じ標準幅とし、長さを、前記
３番目の中州部４３Ｃと同じ標準長としてある。したが
って、これらインク供給路２７のイナータンスは、絞り
領域３６で連通している３つの圧力発生室２０Ａ，２０
Ｂ，２０Ｃのイナータンスよりも大きい値で揃ってい
る。

【００５８】弾性板２１は、本実施形態では図８に示す
ように、ノズルプレート１４とは反対側に位置する流路
形成板１２の他方の面に積層され、上記圧力発生室２０
の一方の開口面を封止する封止板と、同じく流路形成板
１２の他方の面に積層され、共通インク室２６の一方の
開口面を封止する弾性体膜（薄膜部）とを兼ねており、
ステンレス板２９上にＰＰＳ等の高分子体フィルム３０
をラミネート加工した二重構造である。そして、同一材
により封止板と弾性体膜とを構成するので、封止板とし
て機能する部分、すなわち圧力発生室２０に重なる部分
のステンレス板２９をエッチング加工して圧電振動子４
１の先端を当接固定するための厚肉部（アイランド部３
１）を島状に形成し、また、弾性体膜として機能する部
分、すなわち共通インク室２６に重なる部分のステンレ
ス板２９をエッチング加工で除去してフィルム３０（弾
性体膜）だけにする。そして、共通インク室２６に重な
る領域に、インク供給管３５と連通してインクを共通イ
ンク室２６内に供給するインク供給穴３２（図１０参
照）を開設する。

【００５９】上記の構成を有する記録ヘッド１では、圧
電振動子４１を振動子長手方向に伸長させることによ
り、アイランド部３１がノズルプレート１４側に押圧さ
れ、アイランド部３１周辺のフィルム（弾性体膜）３０
が変形して圧力発生室２０が収縮する。また、圧電振動
子４１を振動子長手方向に収縮させると、弾性体膜３２
の弾性により圧力発生室２０が膨張する。そして、圧力
発生室２０の膨張・収縮を制御することによりノズル開
口１３からインク滴が吐出される。

【００６０】そして、インクを充填する際やクリーニン
グ時にキャッピング装置１０の作動によりノズル開口１
３から吸引すると、共通インク室２６においては左右の
端部に絞り領域３６を形成してあるので、この部分のイ
ンク流速が高められ、これにより気泡が引っ掛かること
なく排除され、残留気泡をなくすことができる。

【００６１】この様に、本実施形態では共通インク室２
６の端部を絞って残留気泡の減少を図っており、また、
共通インク室２６の端部を絞っても、インク供給路２７
のイナータンスを調整（補正）することにより各ノズル
開口１３の吐出特性の均一化を図っている。以下、この
吐出特性について説明する。

【００６２】この記録ヘッド１２における振動系は、図
５に示す等価回路によって表すことができる。図５にお
いて、記号Ｍは媒質の慣性成分であるイナータンス〔Kg
／ｍ ⁴〕であり、Ｍａは圧電振動子４１におけるイナー
タンス、Ｍｎはノズル開口１３におけるイナータンス、
Ｍｓはインク供給路２７におけるイナータンスである。
記号Ｒは媒質の内部損失であるレジスタンス〔Ｎ・ｓ／
ｍ⁵〕であり、Ｒｎはノズル開口１３におけるレジスタ
ンス、Ｒｓはインク供給路２７におけるレジスタンスで
ある。記号Ｃは単位圧力あたりの容積変化であるコンプ
ライアンス〔ｍ ⁵／Ｎ〕であり、Ｃｃは圧力発生室２０
のコンプライアンス、Ｃａは圧電振動子４１におけるコ
ンプライアンス、Ｃｎはノズルプレート１４のコンプラ
イアンスである。また、記号Ｐは圧電振動子４１が経時
的に発生する圧力、換言すれば、圧電振動子４１に印加
する電圧パルスを等価圧力に変換したものである。

【００６３】そして、圧力発生室２０のコンプライアン
スＣｃは、主に弾性板２１のコンプライアンスＣｓとイ
ンクのコンプライアンスＣ.inkとからなる。圧力発生室
２０の容積をＶ、インク密度をρ、インク中の音速をｃ
とすると、インクのコンプライアンスＣ.inkは、次式
（１）のように表すことができる。 Ｃ.ink＝Ｖ／ρ・ｃ²・・・（１） ここで、ρおよびｃは一定であるから、 Ｃ.ink＝ｋ・Ｖ（ｋ；定数）・・・（２） とも表すことができる。

【００６４】また、圧力発生室２０のコンプライアンス
Ｃｃは、圧力発生室２０を構成している、すなわち圧力
発生室２０の内壁面として機能する流路形成板１２の隔
壁、弾性板２１、ノズルプレート１４の各コンプライア
ンスに関係し、これら圧力発生室２０構成部材のコンプ
ライアンスをＣ.strとすると、このＣ.strは圧力変化Δ
Ｐに対する容積変化ΔＶであり、次式（３）のように表
すことができる。 Ｃ.str＝ΔＶ／ΔＰ・・・（３） ここで、記録ヘッド１のコンプライアンス成分のうち、
圧力発生室２０内のインクのコンプライアンスＣ.inkの
割合を、圧力発生室２０を構成している上記隔壁、弾性
板２１などの圧力発生室２０構成部材のコンプライアン
スＣ.strの割合よりも大きくする（Ｃ.ink＞Ｃ.str）
と、流路形成板１２の隔壁、弾性板２１など圧力発生構
成部材の加工精度、特に弾性板２１のアイランド部３１
の加工具合やフィルム３０の厚さの誤差に影響され難く
なる。換言すれば、記録ヘッド１のコンプライアンスを
決定する要素のうち、圧力発生室２０内のインクのコン
プライアンスに依存する割合を相対的に増大すれば、記
録ヘッド１の機械加工精度に依存する割合が相対的に低
下し、これにより記録ヘッド１のコンプライアンスの変
動を少なくすることができる。

【００６５】また、共通インク室２６の絞り領域３６に
接続した圧力発生室２０のノズル開口１３の吐出特性を
他の領域に接続した圧力発生室２０のノズル開口１３の
吐出特性に揃えることは、圧力発生室２０の体積を一定
にすると、個々の圧力発生室２０内のインク圧力共振周
期を揃えることによりなし得る。そして、このインク圧
力共振周期Ｔcは次式（４）で表すことができる。ま
た、インク供給路２７のイナータンスＭsは、インク密
度をρ、インク供給路２７の断面積をＳ、インク供給口
２４の並列な流路本数をｎとすると、式（５）で表すこ
とができ、イナータンスＭn、Ｍsの並列計算は式（６）
で表すことができる。 Ｔc＝２π√（ＭＣc）・・・（４） Ｍs＝ρ・Ｌ／ｎ・Ｓ・・・・（５） Ｍ＝（Ｍn＋Ｍs）／（Ｍn・Ｍs）・・・（６） インク圧力共振周期Ｔcを揃えるには、上記（４）式か
ら、イナータンスと圧力を揃えることが必要であること
が分かる。この点において、本実施形態では、共通イン
ク室２６の絞り領域３６に接続したインク供給路２７に
ついては、前記したように、インク供給路２７の入口２
７ａと出口２７ｂとの間におけるイナータンスを、中州
部４３の寸法を調整することにより、共通インク室２６
の端部に配置されたものほど小さくなるように補正して
いる。

【００６６】このため、共通インク室２６の絞り（先細
り）により、この部分で付加されたイナータンス分をイ
ンク供給路２７のイナータンスを小さく補正することで
実質的なイナータンスを同一としている。さらに、イン
ク供給路２７の出口２７ｂの位置を揃えてあるので、圧
力発生室２０のコンプライアンスＣcも同一である。し
たがって、上記補正により共通インク室２６の絞り領域
３６で接続しているインク供給路２７のインク圧力共振
周期が、絞り領域３６以外の領域で接続しているインク
供給路２７のインク圧力共振周期と同等になる。そし
て、これにより個々のノズル開口１３の吐出特性を揃え
ることができ、良質な画像が期待できる。

【００６７】さらに詳細な吐出特性の均一化のために
は、共通インク室２６の絞り領域３６でそれぞれ連通し
ているインク供給路２７の入口２７ａと出口２７ｂとの
間の流路に上記絞り領域３６の絞り始端から各入口２７
ａまでの長さを加えた流路をそれぞれのインク供給路２
７の仮想流路とし、これら仮想流路におけるそれぞれの
イナータンスを、絞り領域３６以外で共通インク室２６
に連通している他のインク供給路２７の入口２７ａから
出口２７ｂまでの流路におけるイナータンスに揃えるよ
うにする。

【００６８】この様に構成すると、共通インク室２６の
端部を絞って絞り領域３６を形成したことにより付加さ
れるイナータンスを含めて調整することができ、残留気
泡の低減と各ノズル開口１３の吐出特性の一定化を両立
することができる。

【００６９】また、共通インク室２６のコンプライアン
スについては、共通インク室２６の端部を絞ると、絞り
領域３６で接続しているインク供給路２７近傍のフィル
ム３０（コンプライアンス領域５０）の幅が狭められる
ので、これらインク供給路２７近傍においてはコンプラ
イアンスが局部的に低減している。このため、共通イン
ク室２６の端部において、インク吐出時にインク供給路
２７から逆流するインクの圧力を吸収する能力が減少
し、端部においてインク吐出特性が変化する一因となっ
ていた。これを補う目的で、例えば図１２に示すよう
に、中州部４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの共通インク室２６
側の端部（入口２７ａ側の端部）が圧力発生室２０側に
後退している分（長さが短い分）、これに応じて共通イ
ンク室２６のコンプライアンス領域５０をインク供給路
２７の短縮長さに応じてインク供給路２７側に拡大して
もよい。

【００７０】この様に、コンプライアンス補充領域５０
ａを増加する構成を採ると、共通インク室２６の絞り領
域３６のコンプライアンスが補充され、絞り領域３６の
付加イナータンスを実質的に低減し、絞り領域３６に接
続したインク供給路２７の補正量を減らすことができ
る。

【００７１】なお、流路形成板１２の加工の都合で、図
１３に示すように、共通インク室２６の絞り領域３６の
先端が圧力発生室２０から離隔する方向に斜めに形成さ
れる場合があるが、この場合には、フィルム３０（コン
プライアンス領域５０）の圧力発生室２０側の辺を端部
まで一直線にしたり、あるいは圧力発生室２０側に拡大
してコンプライアンス補充領域５０ａを増加してもよ
い。

【００７２】図８及び図９に示すように、インク供給路
２７を、ノズル開口１３側（ノズルプレート１４側）の
流路２７ｄｎと弾性板２１側の流路２７ｕｐとに分けて
形成する場合、アイランド部３１との干渉を回避するた
めに、弾性板２１側の流路２７ｕｐに設ける中州部４３
の位置に規制を受ける。そこで、図９に示すように、弾
性板２１側の中州部４３ｕｐを共通インク室２６側に後
退させた分、ノズル開口１３側の中州部４３ｄｎを圧力
発生室２０側に前進させ、これにより圧力発生室２０の
体積を一定に揃えてもよい。そして、弾性板２１側のイ
ンク供給路２７ｕｐの入口と出口の間のイナータンス
と、ノズル開口１３側のインク供給路２７ｄｎの入口と
出口の間のイナータンスを、それぞれの中州部４３ｕ
ｐ，４３ｄｎの幅や長さの寸法を調整することにより補
正してもよい。したがって、弾性板２１側のインク供給
路２７ｕｐのイナータンスと、ノズル開口１３側のイン
ク供給路２７ｄｎのイナータンスとが異なってもよく、
設計の自由度が拡大する。

【００７３】前記した実施形態では、インク供給路２７
の途中に中州部４３を設けてインク供給流路を分けた
が、本発明におけるインク供給路２７はこれに限定され
るものではなく、インク供給路２７の入口２７ａと出口
２７ｂとの間におけるイナータンスを補正する構成でき
ればよい。例えば、図１４に示すように、インク供給路
２７の流路幅を変化させることにより、すなわち、絞り
領域３６の先端に配置された流路ほど幅広に設定するこ
とにより補正してもよい。この様に、インク供給路２７
の流路幅を変えると、前記式（５）から分かるように、
イナータンスを補正することができる。

【００７４】また、これまで説明した各実施形態では、
インク供給路２７の入口２７ａと出口２７ｂとの間にお
けるイナータンスを補正したが、本願発明ではこれに限
らず、共通インク室２６の絞り領域３６まで含めた範囲
におけるイナータンスを調整してもよい。なお、各実施
形態では、圧力発生素子２３として圧電振動子４１を例
に挙げて説明したが、本発明の圧力発生素子２３はこれ
に限定されるものでない。例えば、発熱素子を設けてイ
ンク中に気泡を発生させることにより圧力発生室２０内
の圧力を変動させてもよい。

【００７５】また、１列のノズル開口１３に対して共通
インク室２６を１つ設けたが、図１５に示すように、１
列のノズル開口１３を複数のグループに区分けして、各
グループ毎に共通インク室を設けてもよい。すなわち、
１列のノズル開口に対して、共通インク室を複数（本実
施形態では３つ）設け、１列のノズル開口で複数の色彩
のインクが吐出されるように構成してもよい。この実施
形態においても、前記実施形態と同様に、インク供給管
３５から遠い方の共通インク室２６の端部に絞り領域３
６を形成し、この絞り領域３６に連通しているインク供
給路２７の断面積や長さを、絞り領域３６以外で供給イ
ンク室２６に連通しているインク供給路２７のそれとは
異ならせて、各ノズル開口１３から吐出するインク滴の
速度や量が均一になるように構成してある。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
列当たりのノズル数を増加させて共通インク室の長さが
長くなっても気泡排出性に優れる共通インク室の理想形
状のままで端部のノズル開口におけるインク速度、イン
ク量の均等化を図ることができ、且つ、インクの振動を
効率良く減衰させることができ、これにより記録品位に
優れ、且つ、高速な画像記録を可能とすることができ
る。すなわち、共通インク室については、インク供給管
から遠い端の部分に、他の部分よりも断面積を減少させ
た絞り領域を設定して、インクを充填する際やノズル開
口から吸引するクリーニング時に気泡が残留することを
防止することができると共に、記録品質の向上を図るこ
とができる。そして、上記絞り領域で連通しているイン
ク供給路に関するイナータンスを、絞り領域以外で共通
インク室に連通している他のインク供給路のイナータン
スに比較して小さく設定するとともに、共通インク室の
先端に位置するインク供給路２７ほど小さく設定し、尚
且つ、イナータンスを小さく設定した上記インク供給路
２７に連通した圧力発生室の体積を、絞り領域以外で共
通インク室に連通している他の圧力発生室の体積に揃え
ると、個々の圧力発生室内のインク圧力共振周期を揃え
ることができる。したがって、端部に位置するノズル開
口の吐出特性と中央部分のノズル開口の吐出特性を揃え
ることができる。このため、画質が一層向上し、記録対
象の大型化や高速化にも応えることができる。この様
に、本発明によれば、共通インク室の端部の気泡排出性
と吐出特性の均一性を両立することができる。特に圧力
発生室を加圧部で実質的に同一の駆動信号を使って前記
圧力室を加圧した際に、前記ノズル開口からのインク滴
の吐出速度を目標値に対して＋−５％の範囲内に収める
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェット式記録ヘッドを用いた画像記録
装置の斜視図である。

【図２】記録ヘッドの分解斜視図である。

【図３】記録ヘッドに形成されているアクチュエータの
断面図である。

【図４】流路形成板の第１実施形態の平面図である。

【図５】等価回路の説明図である。

【図６】流路形成板の第２実施形態の平面図である。

【図７】流路形成板の第３実施形態の平面図である。

【図８】記録ヘッドの要部を示す図１０Ｘ矢視での断面
図である。

【図９】記録ヘッドの要部を示す図１０Ｙ矢視での断面
図である。

【図１０】流路形成板の第４実施形態の平面図である。

【図１１】共通インク室の絞り領域近傍の拡大図であ
る。

【図１２】インク供給路の短縮に応じてコンプライアン
ス補充領域を形成した実施形態の要部の説明図である。

【図１３】インク供給路の短縮に応じてコンプライアン
ス補充領域を形成した他の実施形態の要部の説明図であ
る。

【図１４】インク供給路の流路幅を変えることによりイ
ンク供給路のコンプライアンスを補正した実施形態の説
明図である。

【図１５】１列のノズル開口を複数のグループに区分け
して各グループ毎に共通インク室を設けた実施形態の平
面図である。

【符号の説明】

１ インクジェット式記録ヘッド ２ 画像記録装置 ３ キャリッジ ４ タイミングベルト ５ キャリッジモータ ６ ガイド部材 ７ 記録用紙 ７′紙送りローラ ８ ホルダ ９ インクカートリッジ １０ キャッピング装置 １１ ワイピング装置 １２ 流路形成板 １３ ノズル開口 １４ ノズルプレート ２０ 圧力発生室 ２１ 弾性板 ２２ 流路ユニット ２３ 圧力発生素子 ２４ ヘッドケース ２５ 縁カバー ２６ 共通インク室 ２７ インク供給路 ２７ａ 入口 ２７ｂ 出口 ２９ ステンレス板 ３０ 樹脂フィルム ３１ 振動領域（アイランド部） ３２ インク供給穴 ３３ 窓 ３４ 固定基板 ３５ インク供給管 ３６ 絞り領域 ４０ 収納室 ４１ 圧電振動子 ４２ 上下室隔壁 ４３ 中州部 ５０ コンプライアンス領域 ５０ａ コンプライアンス補充領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願2000−16180(P2000−16180) (32)優先日 平成12年１月25日(2000．1．25) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） 前置審査 (56)参考文献 特開 平８−58086（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−115087（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−89648（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−286959（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−355146（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口を有する圧力発生室を複数並
   べて形成するとともに、これら圧力発生室の配列方向に
   沿って共通インク室を形成し、共通インク室と各圧力発
   生室との間をインク供給路によりそれぞれ連通し、各圧
   力発生室に対応して圧力発生素子を設け、共通インク室
   にはインク供給管を接続し、圧力発生素子による圧力発
   生室内の圧力変動により当該圧力発生室内のインクをノ
   ズル開口から吐出するインクジェット式記録ヘッドにお
   いて、 上記共通インク室は、その長手方向端部近傍に、当該共
   通インク室の他の部分よりも断面積を減少させた絞り領
   域を設定し、上記絞り領域に連通しているインク供給路
   の入口から出口までの流路のイナータンスと該入口から
   上記絞り領域の絞り始端までの流路のイナータンスの和
   を、上記絞り領域以外で当該共通インク室に連通してい
   る他のインク供給路の上記入口から上記出口までの流路
   のイナータンスに揃えたことを特徴とするインクジェッ
   ト式記録ヘッド
2. 【請求項２】 イナータンスを小さく設定した前記イン
   ク供給路に連通した圧力発生室の体積を、前記絞り領域
   以外で当該共通インク室に連通している他の圧力発生室
   の体積に揃えたことを特徴とする請求項１に記載のイン
   クジェット式記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記絞り領域で共通インク室に連通して
   いる圧力発生室の体積を、前記絞り領域以外で当該共通
   インク室に連通している他の圧力発生室の体積に揃えた
   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
   録ヘッド。
4. 【請求項４】 長手方向端部近傍に位置するインク供給
   路の幅と長さの少なくとも一方を、上記端部近傍以外に
   位置するインク供給路と異ならせることによりイナータ
   ンスを設定したことを特徴とする請求項１から３のいず
   れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
5. 【請求項５】 各インク供給路の前記出口の位置を圧力
   発生室の配列方向に沿った仮想直線上に揃えることによ
   り各圧力発生室の体積を揃えたことを特徴とする請求項
   １から４のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッ
   ド。
6. 【請求項６】 インク供給路の入口から出口までの長さ
   を短縮することによりイナータンスを、共通インク室の
   先端に位置するインク供給路ほど小さく設定し、共通イ
   ンク室のコンプライアンス領域を、インク供給路の短縮
   長さに応じてインク供給路の入口側に拡大したことを特
   徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェ
   ット式記録ヘッド。
7. 【請求項７】 前記絞り領域は、複数段で先細りとなる
   ように絞ったことを特徴とする請求項１から６のいずれ
   かに記載のインクジェット式記録ヘッド。
8. 【請求項８】 前記インク供給路が一つの圧力発生室に
   対して複数備えられていることを特徴とする請求項１か
   ら７のいずれかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
9. 【請求項９】 インク供給路を、ノズル開口側の流路と
   その反対側の流路とに分けて形成したことを特徴とする
   請求項１から８のいずれかに記載のインクジェット式記
   録ヘッド。
10. 【請求項１０】 ノズル開口側に位置する流路のインク
    供給路の出口の位置を調整することにより各圧力発生室
    の体積を揃えたことを特徴とする請求項９に記載のイン
    クジェット式記録ヘッド。
11. 【請求項１１】 ノズル開口側の流路のイナータンスと
    その反対側の流路のイナータンスとをそれぞれ分けて設
    定したことを特徴とする請求項９または１０に記載のイ
    ンクジェット式記録ヘッド。
12. 【請求項１２】 請求項１から１１のいずれかに記載の
    インクジェット式記録ヘッドを備えたことを特徴とする
    画像記録装置。