JP3730165B2 - インクジェット式記録装置及び記録方法 - Google Patents

Description

【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１０７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１０２ａ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１０２ａ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１７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３１ａ〜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２５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２０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１３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１０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５２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５７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６２ａ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６２ａ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１７ａ、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１９ｃ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１７ｂ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１８ａ、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１８ｂ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、１８ｂ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１８ａ、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１８ａ、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６０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１１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３１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１ＡＰ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１２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１１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１７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)

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. 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. 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. 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. 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。

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