JP4651147B2

JP4651147B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP4651147B2
Application number: JP2000048194A
Authority: JP
Inventors: 洋一元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2020-02-24
Also published as: JP2001232822A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録紙にインク滴を所定パターンに付着させて画像を形成するインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、記録紙に画像を形成するための記録デバイスとしてインクジェットヘッドが用いられており、その記録方式としては、インク滴を記録紙に向けて吐出させるのに圧電素子が変形するときのエネルギーを利用する圧電方式や発熱抵抗体の発する熱エネルギーを利用するサーマル方式等が知られている。
【０００３】
例えば圧電方式のインクジェットヘッドは、基板の上面に、圧電材料から成り、間にインク流路が形成される多数の隔壁を隣り合う隔壁同士が対面するようにして一列状に取着させるとともに、これら隔壁の頂部に、前記インク流路に連通する多数の吐出孔が一列状に穿設されている天板を載置させた構造を有しており、記録紙を前記天板の上面に沿って吐出孔の列と直交する方向に搬送しながら、多数の隔壁を外部からの画像データに基づき選択的に屈曲・変形させてインク流路内のインクを加圧するとともに天板の吐出孔よりインク滴を吐出させ、これを記録紙に付着させることによって画像が形成される。
【０００４】
また一方、サーマル方式のインクジェットヘッドは、上述したインクジェットヘッドの隔壁を圧電材料に代えて金属等の変形しない材料で形成し、これら隔壁間に位置する基板の上面に発熱抵抗体を１個ずつ配設させた構造を有しており、多数の発熱抵抗体を外部からの画像データに基づき選択的にジュール発熱させて発熱抵抗体近傍のインクを急沸させ、このとき発生する気泡の圧力でインク流路内のインクを加圧することにより天板の吐出孔よりインク滴を吐出させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のインクジェットヘッドを用いて記録紙の全体もしくは所定の領域を塗りつぶす“べた印画”を行う際、インクが付着しない空白域を完全になくしてしまうには、図７に示す如く、吐出孔より吐出されるインク量を増やして記録紙に形成される個々の印画ドットｄの径を大きくする必要があった。
【０００６】
しかしながら、空白域が完全になくなる程度に全ての印画ドットｄの径を大きくした場合、各々が略円形をなすように形成された印画ドットｄは全体の約５０％に相当する部分が隣接する印画ドットｄと重なり合うこととなり、それ故、記録紙に形成される画像の濃度が上記重なり部（図中の黒塗り部分）で過度に濃くなり、画質が著しく劣化する欠点を有していた。
【０００７】
またこの場合、記録紙には多量のインクが付着されるため、インクの使用量が多くなる上に、これらのインクを乾燥させるのに長時間を要する欠点も有していた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、本発明のインクジェットヘッドは、基板の上面に、間にインク流路が形成される多数の隔壁を隣り合う隔壁同士が対面するようにして二列状に取着させるとともに、これら隔壁の頂部に、前記インク流路に連通する多数の吐出孔が二列状に、かつ、一方の列の吐出孔が他方の列の吐出孔間に位置するようにして穿設されている天板を載置させて成り、記録紙を前記天板の上面に沿って前記吐出孔の列と直交する方向に搬送しながら、前記インク流路内のインクを選択的に加圧して前記吐出孔よりインク滴を吐出させることにより画像を記録するインクジェットヘッドであって、前記インク流路の両端は、インクが充填される前記基板と前記天板との間の間隙に連通しており、一方の列の前記多数の隔壁および他方の列の前記多数の隔壁はそれぞれ、隣接する隔壁間が、第１の間隔と該第１の間隔よりも広い第２の間隔とを交互に置くように配列されており、かつ、前記一方の列の前記第１の間隔を置いて設けられた前記隔壁と、前記他方の列の前記第１の間隔を置いて設けられた前記隔壁とが、前記多数の隔壁の配列方向において同じ位置に配置されており、前記一方の列の吐出孔より吐出されるインク滴の吐出量よりも前記他方の列の吐出孔より吐出されるインク滴の吐出量が少なくなるように、前記一方の列の吐出孔の両側に、前記一方の列の前記第１の間隔を置いて設けられた前記隔壁が配されているとともに、前記他方の列の吐出孔の両側に、前記他方の列の前記第２の間隔を置いて設けられた前記隔壁が配されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の上記インクジェットヘッドにおいて、前記隔壁が圧電材料により形成されており、インク滴の吐出に際して前記隔壁を屈曲・変形させることによって前記インク流路内のインクを加圧するようになしてもよい。
【００１０】
更に、本発明の上記インクジェットヘッドにおいて、前記基板の上面には、隣接する前記隔壁間に発熱抵抗体が被着されており、インク滴の吐出に際して前記発熱抵抗体の発熱に伴い発生する気泡により前記インク流路内のインクを加圧するようになしてもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（第１形態）
図１は本発明を圧電方式のインクジェットヘッドに適用した形態を示す分解斜視図、図２（ａ）（ｂ）は図１のインクジェットヘッドの主走査方向に係る断面図、図３は図１のインクジェットヘッドの副走査方向に係る断面図、図４は図１のインクジェットヘッドに使用される天板の平面図であり、１は基板、２ａ，２ｂは隔壁、３はインク流路、５は天板、６ａ，６ｂは吐出孔である。
【００１４】
前記基板１は、アルミナセラミックス等の電気絶縁性材料から成り、その上面で隔壁２ａ，２ｂ等を支持するための支持母材として機能する。
【００１５】
前記基板１は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、アルミナ、シリカ、マグネシア等のセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加・混合して泥漿状に成すとともに、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用することによってセラミックグリーンシートを得、しかる後、前記セラミックグリーンシートを所定形状に打ち抜いた上、高温で焼成することによって製作される。
【００１６】
また前記基板１の上面には、多数の隔壁２ａ，２ｂが主走査方向にわたって二列状に取着される。
【００１７】
前記多数の隔壁２ａ，２ｂは、各々の列の隣り合う隔壁同士を対面させた形で略平行（±１度以内）に配列されており、隣り合う隔壁間２ａ−２ａ，２ｂ−２ｂにはインク流路３が形成される。
【００１８】
これらの隔壁２ａ，２ｂは、その各々がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料から成っており、その上部領域及び下部領域はそれぞれ図２（ａ）の矢印方向に分極処理されていることから、その両側面に被着される電極４を介して隔壁２ａ，２ｂに所定の電力が印加されると、隔壁２ａ，２ｂは、図２（ｂ）に示す如く、剪断モードで“く”の字状に屈曲・変形し、インク流路３内のインクを加圧するためのエネルギーを発生する。
【００１９】
ここで、他方の列を構成する隔壁２ｂは、記録紙Ｍの全体もしくは所定の領域を塗りつぶす“べた印画”を行う場合に隔壁２ａの駆動によって形成される印画ドット間の空白領域を埋める小さなインク滴ｉを発生させるためのものであり、従って“べた印画”以外の印画動作においては他方の列の隔壁２ｂは使用されず、一方の列の隔壁２ａのみが使用されることとなる。
【００２０】
尚、前記隔壁２ａ，２ｂは、まずチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする焼結体を分極処理することによって圧電セラミックスを形成し、これをエポキシ樹脂等の接着剤でもって基板１の上面に接着・固定した上、ダイシングソー等を用いて各々が隔壁状をなすように研削加工することにより形成される。
【００２１】
また前記基板１の上面には、各々の一端が対応する隔壁２ａ，２ｂの側面まで導出された多数の電極４が被着される。
【００２２】
前記多数の電極４は、アルミニウム等の金属により所定パターンに被着・形成されており、図示しないドライバーＩＣの駆動に伴って隔壁２ａ，２ｂを屈曲・変形させるための所定の電力を印加する作用を為す。
【００２３】
尚、前記多数の電極４は、アルミニウムや銅等の金属を従来周知の薄膜手法、具体的には真空蒸着法やスパッタリング法等を採用することにより基板１の上面及び隔壁２ａ，２ｂの表面に所定厚みに被着させ、これをレーザー等で切断・加工することにより所定パターンに形成される。
【００２４】
更にまた前記隔壁２ａ，２ｂの頂部には、前記インク流路３に連通する多数の吐出孔６ａ，６ｂを有した天板5が載置・固定され、該天板５によってインク流路３の上部を塞いでいる。
【００２５】
前記天板５は、下面に絶縁膜（図示せず）を被着させたモリブデン製のベース５ａ上にポリイミド樹脂から成るフィルム５ｂを貼着した構造を有しており、前記吐出孔６ａ，６ｂはベース５ａ及びフィルム５ｂの双方を貫通するように形成される。
【００２６】
また前記天板５に穿設されている多数の吐出孔６ａ，６ｂは、主走査方向に沿って二列状に、かつ、一方の列の吐出孔６ａが他方の列の吐出孔間６ｂ−６ｂに位置するように穿設されており、一方の列Ａを構成する吐出孔６ａが一方の隔壁２ａ，２ａ間のインク流路３に、また他方の列Ｂを構成する吐出孔６ｂが他方の隔壁２ｂ，２ｂ間のインク流路３にそれぞれ連通している。
【００２７】
前記吐出孔６ａ，６ｂは、例えば３０μｍ〜６０μｍの直径を有し、前述した隔壁２ａ，２ｂの屈曲・変形によりインク流路３内のインクが加圧されると、吐出孔６ａ，６ｂよりインク滴が吐出されるようになっている。
【００２８】
そして前記吐出孔６ａ，６ｂの両側に位置する隔壁間２ａ−２ａ，２ｂ−２ｂの間隔Ｗ１，Ｗ２は、吐出孔６ａの両側よりも、吐出孔６ｂの両側で広く設定されている。
【００２９】
具体的には、吐出孔６ａの両側に配される隔壁間２ａ−２ａの間隔Ｗ１が３０μｍ〜５０μｍの場合、吐出孔６ｂの両側に配される隔壁間２ｂ−２ｂの間隔Ｗ２は例えば５０μｍ〜８０μｍに設定され、隔壁２ａ，２ｂに等しく電力を印加して隔壁２ａ，２ｂを屈曲・変形させたとき、吐出孔６ａ，６ｂよりインク滴を吐出させる力は間隔を広くした隔壁２ｂ，２ｂ間で弱まり、吐出孔６ｂより吐出されるインク量は吐出孔６ａより吐出されるインク量よりも少なくなる。
【００３０】
従って、“べた印画”を行う場合、一方の列Ａの吐出孔６ａからのインク滴ｉにより形成した印画ドットｄ1，ｄ1間の空白域を、他方の列Ｂの吐出孔６ｂからの小さなインク滴ｉにより形成される小さな印画ドットｄ2で良好に埋めることができ、図５に示す如き印画ドットパターンが得られるようになる。
【００３１】
例えば、吐出孔６ａからのインク滴ｉにより形成される印画ドットｄ1の径が４０μｍ〜５０μｍの場合、吐出孔６ｂからのインク滴ｉにより形成される印画ドットｄ2の径は１６μｍ〜３０μｍとなり、この場合、略円形をなすように形成された印画ドットｄ1，ｄ2が隣接する印画ドットｄ1，ｄ2と重なり合う部分（図中の黒塗り部分）を全体の２０％以下に抑えることができるため、適正な濃度をもった“べた印画”が得られ、画質を向上させることが可能となる。
【００３２】
またこの場合、記録紙に“べた印画”を形成するにあたって記録紙に付着するインクの量は少なくなることから、インクの使用量が節約され、記録紙に付着するインクも比較的短時間で乾燥されることとなる。
【００３３】
更に前記天板５の吐出孔６ａ，６ｂのうち他方の列Ｂの吐出孔６ｂは、図３に示す如く、一方の列Ａの吐出孔６ａに比し記録紙Ｍの搬送方向上流側に傾斜させて穿設されており、これによって吐出孔６ｂより吐出されるインク滴ｉは記録紙Ｍの搬送方向と逆行する方向に吐出される。尚、吐出孔６ａが天板５の上面に対して直角に設けられている場合、天板５の上面に対する吐出孔６ｂの傾斜角θは例えば４５°〜８９°に設定される。
【００３４】
尚、前記天板５は、モリブデン製のベース５ａに吐出孔６ａ，６ｂに対応する貫通孔を従来周知のエッチング等によって径８０μｍ〜１１０μｍ程度に穿設し、次に前記ベース５ａの上面にポリイミド樹脂製のフィルム５ｂを接着剤により貼着した上、該フィルム５ｂにレーザー加工等によって吐出孔６ａ，６ｂを形成することにより製作され、得られた天板５を吐出孔６ａ，６ｂが対応するインク流路３上に配置されるように位置合わせし、天板５をエポキシ樹脂等の接着剤を介して多数の隔壁２ａ，２ｂの頂部に載置させることにより天板５が隔壁２ａ，２ｂ上に接着・固定される。
【００３５】
また、多数の吐出孔６ａから成る一方の列Ａと、多数の吐出孔６ｂから成る他方の列Ｂとの間隔は、記録紙Ｍの搬送速度や隔壁２ｂ，２ｂの駆動タイミング等に応じて適宜決定され、例えば隔壁２ｂ，２ｂを同時に駆動する場合、前記間隔は副走査ピッチの約１／２に相当する幅に設定される。
【００３６】
かくして上述したインクジェットヘッドは、記録紙Ｍを天板５の上面に沿って吐出孔６ａ，６ｂの列と直交する方向に搬送しながら、多数の隔壁２ａ，２ｂをドライバーＩＣ等に駆動に伴って個々に選択的に屈曲・変形させて、インク流路３内のインクを加圧するとともに、該加圧したインクの一部を天板５の吐出孔６ａ，６ｂより外部に吐出させ、該吐出したインク滴ｉを記録紙Ｍに所定パターンに付着させることにより記録紙Ｍに所定の印画が形成される。
【００３７】
（第２形態）
次に本発明の第２形態について説明する。
図６は本発明をサーマル方式のインクジェットヘッドに適用した形態を示す断面図であり、７ａ，７ｂは隔壁、８は天板、９は発熱抵抗体である。尚、先に述べた第１形態と同じ構成要素には同一符号を用い、説明を省略する。
【００３８】
本形態のインクジェットヘッドが第１形態のものと構造上、異なっている点は、隔壁７ａ，７ｂを圧電材料に代えて金属等の変形しない材料で天板８と一体的に形成した点と、隔壁間７ａ−７ａ，７ｂ−７ｂに位置する基板１の上面に発熱抵抗体９を１個ずつ配設した点であり、それ以外の点は第１形態のものと全く同じである。
【００３９】
前記発熱抵抗体９は、ＴａＮやＴａＳｉＯ，ＴａＳｉＮＯ，ＴｉＳｉＯ，ＴｉＳｉＣＯ，ＮｂＳｉＯ等の電気抵抗材料から成っており、各発熱抵抗体９の両端に電気的に接続される電極（図示せず）を介して電源電力が印加されるとジュール発熱を起こし、インク流路３内のインクを急沸させてインク中に気泡Ａを形成するのに必要な所定の熱エネルギーを発生する。
【００４０】
かかる発熱抵抗体９は、従来周知の薄膜手法、具体的にはスパッタリング、フォトリソグラフィー及びエッチング等を採用し、基板１の上面に所定厚み、所定パターンに被着させることにより形成される。
【００４１】
本形態のインクジェットヘッドにより記録動作を行う場合は、記録紙を天板８の上面に沿って吐出孔６ａ，６ｂの列と直交する方向に搬送しながら、発熱抵抗体９を外部からの画像データに基づき選択的にジュール発熱させて発熱抵抗体９上に設けられているインク流路３内のインクを急沸させるとともに該インク中に気泡Ａを発生させ、これら気泡Ａによる圧力でインク流路３内のインクを加圧し、吐出孔６ａ，６ｂよりインク滴ｉを吐出させて記録紙に付着させることにより画像が形成される。
【００４２】
かかる第２形態のインクジェットヘッドにおいても、一方の列Ａを構成する吐出孔６ａの両側に位置する隔壁間７ａ−７ａの間隔よりも、他方の列Ｂを構成する吐出孔６ｂの両側に位置する隔壁間７ｂ−７ｂの間隔が広く設定されているため、隔壁間７ａ−７ａの発熱抵抗体９と隔壁間７ｂ−７ｂの発熱抵抗体９に等しく電力を印加して両者をジュール発熱させたとき、発熱抵抗体９上で発生する気泡Ａの圧力は隔壁７ａ，７ａ間に比し隔壁７ｂ，７ｂ間で横方向に大きく分散し、吐出孔６ｂよりインク滴を吐出させる力が弱まって吐出孔６ｂより吐出されるインク量が吐出孔６ａより吐出されるインク量よりも少なくなる。
【００４３】
従って、“べた印画”を行う場合、一方の列Ａの吐出孔６ａからのインク滴ｉにより形成した印画ドット間の空白域を、他方の列Ｂの吐出孔６ｂからの小さなインク滴ｉにより形成される小さな印画ドットで良好に埋めることができ、適正な濃度をもった“べた印画”が得られ、画質を向上させることが可能となる。
【００４４】
またこの場合、記録紙に“べた印画”を形成するにあたって記録紙に付着するインクの量は少なくなることから、インクの使用量が節約され、記録紙に付着されるインクも比較的短時間で乾燥されることとなる。
【００４５】
尚、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００４６】
例えば上述の第１形態では、基板１をアルミナセラミックス等の電気絶縁性材料により形成するようにしたが、これに代えて、基板１を圧電材料でもって隔壁２ａ，２ｂと一体的に形成するようにしても構わない。
【００４７】
また上述の第１形態では、インク吐出量の制御を、隣り合う隔壁間の間隔を一方の列と他方の列とで可変させることによってのみ行うようにしたが、このような制御に加えて、隔壁２ａ，２ｂへの印加電力、或いはパルス波形を可変させるようにすれば、インク滴ｉの吐出量を細かく制御することができ、より品質の高い印画を形成することができるようになる。
【００４８】
更に上述の第１，第２形態では、二列状に配列した隔壁２ａ，２ｂ（７ａ，７ｂ）をそれぞれ独立して形成したが、これに代えて両者を繋げるようにして形成しても構わない。
【００４９】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、略円形をなすように形成された印画ドットが隣接する印画ドットと重なり合う面積を小さくすることができるため、適正な濃度をもった“べた印画”が得られ、画質を向上させることが可能となる。
【００５０】
また本発明のインクジェットヘッドによれば、記録紙に“べた印画”を形成するにあたって記録紙に付着するインクの量は少なくなることから、インクの使用量が節約され、インクを比較的短時間で乾燥させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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】（ａ）（ｂ）は図１のインクジェットヘッドの主走査方向に係る断面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの副走査方向に係る断面図である。
【図４】図１のインクジェットヘッドに使用される天板の平面図である。
【図５】図１のインクジェットヘッドを用いて“べた印画”を行った場合の印画ドットパターンを示す図である。
【図６】本発明の第２形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図７】従来のインクジェットヘッドを用いて“べた印画”を行った場合の印画ドットパターンを示す図である。
【符号の説明】
１・・・基板、２ａ，２ｂ，７ａ，７ｂ・・・隔壁、３・・・インク流路、５，８・・・天板、６ａ，６ｂ・・・吐出孔、９・・・発熱抵抗体

Claims

基板の上面に、間にインク流路が形成される多数の隔壁を隣り合う隔壁同士が対面するようにして二列状に取着させるとともに、これら隔壁の頂部に、前記インク流路に連通する多数の吐出孔が二列状に、かつ、一方の列の吐出孔が他方の列の吐出孔間に位置するようにして穿設されている天板を載置させて成り、記録紙を前記天板の上面に沿って前記吐出孔の列と直交する方向に搬送しながら、前記インク流路内のインクを選択的に加圧して前記吐出孔よりインク滴を吐出させることにより画像を記録するインクジェットヘッドであって、
前記インク流路の両端は、インクが充填される前記基板と前記天板との間の間隙に連通しており、
一方の列の前記多数の隔壁および他方の列の前記多数の隔壁はそれぞれ、隣接する隔壁間が、第１の間隔と該第１の間隔よりも広い第２の間隔とを交互に置くように配列されており、かつ、前記一方の列の前記第１の間隔を置いて設けられた前記隔壁と、前記他方の列の前記第１の間隔を置いて設けられた前記隔壁とが、前記多数の隔壁の配列方向において同じ位置に配置されており、
前記一方の列の吐出孔より吐出されるインク滴の吐出量よりも前記他方の列の吐出孔より吐出されるインク滴の吐出量が少なくなるように、前記一方の列の吐出孔の両側に、前記一方の列の前記第１の間隔を置いて設けられた前記隔壁が配されているとともに、前記他方の列の吐出孔の両側に、前記他方の列の前記第２の間隔を置いて設けられた前記隔壁が配されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記隔壁が圧電材料により形成されており、インク滴の吐出に際して前記隔壁を屈曲・変形させることによって前記インク流路内のインクを加圧するようになしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記基板の上面には、隣接する前記隔壁間に発熱抵抗体が被着されており、インク滴の吐出に際して前記発熱抵抗体の発熱に伴い発生する気泡により前記インク流路内のインクを加圧するようになしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。