JPH0655735A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ４００ｄｐｉより高密度な印写を行なえるイ
ンクジェット記録装置を得る。 【構成】 インクを吐出させるインク吐出口１３と前記
インクに吐出エネルギーを与えるエネルギー作用部とを
有するインクジェット記録ヘッド１を備えたインクジェ
ット記録装置において、前記エネルギー作用部に対向す
る位置に前記インク吐出口１３を形成し、前記エネルギ
ー作用部の表面から前記インク吐出口の外側表面までの
距離を７０μｍ以下とし、前記インクを前記エネルギー
作用部の表面に対して略垂直方向上方へ吐出させて印写
を行なうと共に印写密度が４００ｄｐｉより高密度とな
るように前記インク吐出口１３を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを吐出させて印
写を行なうインクジェット記録装置に関し、より詳細に
は、４００ｄｐｉ(dot par inch)より高密度な印写を行
なえるインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録方法は、記録時にお
ける騒音の発生が無視できる程度に極めて小さいという
点で、オフィス用等として注目されている。その中で、
高速記録が可能であり、しかも、普通紙に特別の定着処
理を必要とせずに記録を行なうことができる、所謂、イ
ンクジェット記録方法は極めて有力な記録方法であり、
これまでにも様々な方式が提案され、又は、既に製品
化、実用化されている。

【０００３】このようなインクジェット記録方法は、所
謂インクと称される記録液体の小液滴（インク滴）を飛
翔させ、このインク滴を被記録体に付着させて記録を行
なうものであって、例えば、本出願人が特公昭５６−９
４２９号公報として出願している。ここで、この特公昭
５６−９４２９号公報に記載された発明を要約すれば、
液室内のインクを加熱して気泡を発生させることにより
インクに圧力上昇を生じさせ、このインクを微細なノズ
ル先端のインク吐出口から吐出させて記録を行なうもの
である。

【０００４】その後この原理を利用して多くの発明がな
され、その一つとして、例えば、特公昭６２−５９６７
２号公報に記載されている発明が知られている。これ
は、アルミナ等のセラミックス、金属、プラスチックス
等を形成して得られる基板にインクを吐出させるための
エネルギー源としての発熱素子や圧電素子等のエネルギ
ー作用部を設置し、その基板上に感光性樹脂層を塗布法
やラミネート法等によって設けた後、この感光性樹脂層
に通常行なわれているフォトリソグラフィーの手段によ
ってインク流路溝を形成し、ついで、インク流路溝が設
けられた基板に上蓋を接合してインクジェット記録ヘッ
ドを製作するというものである。また、特開昭５７−４
３８７６号公報に記載されている発明が知られており、
これは、上述した特公昭６２−５９６７２号公報に記載
された発明から一歩進んで、上蓋を接合した後、ダイシ
ング法によって基板と上蓋とを切断することによりイン
ク吐出口を形成するという点にまで言及しており、イン
クジェット記録ヘッドの製作方法がより明確になってい
る。

【０００５】しかしながら、上述した公報においては、
基板上にフォトリソグラフィー等の技術を用いてインク
ジェット記録ヘッドとして必要な構成（インク流路溝や
インク吐出口等）を形成する方法についての記載はある
が、具体的にどの位の大きさのインクジェット記録ヘッ
ドを作るのかという記載はない。

【０００６】一方、特開昭５５−１３２２６７号公報に
は、その明細書中に記載されているように８〜１２個／
ｍｍ（２００〜３００個／inch）程度の密度にインク吐
出口を配列したインクジェット記録ヘッドが検討されて
いる。又、特開昭５５−１６１６６５号公報では、その
明細書中に記載されているように、発熱抵抗体パターン
（エネルギー作用部）のサイズが８０μｍ×２００μｍ
であり、先端にインク吐出口を形成するインク流路溝の
サイズが幅８０μｍ×深さ８０μｍであることから、イ
ンク吐出口の配列密度が８個／ｍｍ程度のインクジェッ
ト記録ヘッドが検討されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
より高精細、高画質の記録品質が要求されており、上述
した従来技術で開示されている程度のインク吐出口配列
密度のインクジェット記録ヘッドでは市場のニーズに応
えられなくなってきている。具体的には、４００ｄｐｉ
を超えるような高密度記録が要求されてきており、従来
のインクジェット記録ヘッドではこれに対処することが
できない。

【０００８】そして、このような高密度記録を行なうこ
とができるインクジェット記録ヘッドは実現されておら
ず、従って、４００ｄｐｉを超えるような高密度記録を
行なう具体的方法についても充分検討されていないとい
うことが実状である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
インクを吐出させるインク吐出口と前記インクに吐出エ
ネルギーを与えるエネルギー作用部とを有するインクジ
ェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置にお
いて、前記エネルギー作用部に対向する位置に前記イン
ク吐出口を形成し、前記エネルギー作用部の表面から前
記インク吐出口の外側表面までの距離を７０μｍ以下と
し、前記インクを前記エネルギー作用部の表面に対して
略垂直方向上方へ吐出させて印写を行なうと共に印写密
度が４００ｄｐｉより高密度となるように前記インク吐
出口を形成した。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、インク吐出口から吐出するインク先端部の
吐出速度を１０ｍ／ｓ以上として印写を行なうようにし
た。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、インク吐出口を形成した部材の厚さ寸法を
５０μｍ以下とした。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１又は３記
載の発明において、エネルギー作用部を形成した基板と
樹脂成形によって形成された凹部を有する蓋部材とを設
けると共に前記凹部を前記エネルギー作用部に対向させ
る向きに前記基板と前記蓋部材とを積層し、前記蓋部材
の前記エネルギー作用部に対向した位置にエキシマレー
ザーによってインク吐出口を形成した。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、蓋部材の凹部側内周面におけるインク吐出
口の周囲にエネルギー作用部側へ突出した凸部を形成し
た。

【００１４】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明において、インク吐出口を最終印写密度と同じ密度で
一列に形成し、エネルギー作用部を前記インク吐出口の
配列方向と直交する向きに縦長に形成した。

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明では、エネルギー作用部か
らインクに吐出エネルギーを与えると、インクはエネル
ギー作用部の表面に対して略垂直方向へ向けてインク吐
出口から吐出し、印写が行なわれる。ここで、インクが
エネルギー作用部の表面に対して略垂直方向へ吐出する
ために、エネルギー作用部からインクに与えられた吐出
エネルギーのうち実際にインク吐出に使用される吐出エ
ネルギーの割合である吐出効率が高くなり、印写密度が
４００ｄｐｉより高密度となるようにインク吐出口を形
成したために、インク吐出口の口径が小さくなってイン
ク吐出時の流体抵抗が大きくなったりエネルギー作用部
の小型化によってインクに与えられる吐出エネルギーが
小さくなった場合でもインクの吐出が良好に行なわれ
る。また、４００ｄｐｉより高密度の印写密度となるよ
うにインク吐出口を形成した場合には、エネルギー作用
部の表面からインク吐出口の外側表面までの距離を７０
μｍ以下とすることによりインク吐出口からのインク吐
出がさらに良好に行なわれる。さらに、インクはエネル
ギー作用部の表面に対して略垂直方向へ吐出するため、
他の吐出方法（水平方向へ吐出させる方法）に対して吐
出スピードが速く、従って、被記録体に付着する時の被
記録体へのインクの浸透性が良く、被記録体上での画素
のにじみが少なく、４００ｄｐｉを超えるような高精細
印写を行なう場合に高画質が維持される。

【００１６】請求項２記載の発明では、インク吐出口か
ら吐出するインク先端部の吐出速度が１０ｍ／ｓ以上で
あるため、周囲の空気流等の外乱に影響されることなく
インクの吐出が行なわれる。

【００１７】請求項３記載の発明では、インク吐出口を
形成する部材の厚さ寸法が５０μｍ以下であるため、イ
ンク吐出口の形成を高精度で行なえる。

【００１８】請求項４記載の発明では、蓋部材を樹脂成
形するためにコストが低減され、この蓋部材にエキシマ
レーザーでインク吐出口を形成するためにインク吐出口
の加工精度が高くなる。

【００１９】請求項５記載の発明では、凸部によって隣
接するインク吐出口同士が仕切られた状態となってエネ
ルギー作用部からインクに与えられる吐出エネルギーの
吐出効率が高くなり、高密度に配列されたインク吐出口
からのインクの吐出が安定して行なわれる。

【００２０】請求項６記載の発明では、インク吐出口を
千鳥状に形成する必要がなくなるために構造が簡単とな
り、また、エネルギー作用部を縦長に形成することによ
って高密度配列が可能になると共に各エネルギー作用部
の表面積が大きくなるために充分な量の吐出エネルギー
が発生される。

【００２１】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明に係るインクジェット記録装置に使用
されるインクジェット記録ヘッド１の完成図であり、図
２はその分解斜視図である。まず、基板である発熱体基
板２上にはエネルギー作用部である複数個の発熱体３が
一列に設けられ、さらに、これらの発熱体３には個別の
制御電極４と共通の共通電極５とが電気的に接続されて
いる。なお、これらの電極４，５の端部は前記発熱体基
板２の同一サイドに引き出され、各々がボンディングパ
ッド６，７とされている。また、前記発熱体基板２に
は、前記発熱体３の配列方向端部に位置させてインクを
導入するインク導入口８が貫通形成され、このインク導
入口８にはフィルタ９を介してインク導入チューブ１０
が接続されている。また、前記発熱体基板２上には、前
記発熱体３やインク導入口８をカバーし得る大きさの凹
部１１が形成された蓋部材１２が積層されている。な
お、この蓋部材１２は前記凹部１１を前記発熱体３に対
向させる向きに積層されており、前記発熱体基板２の上
面部と前記凹部１１とに囲まれた部分がインクが導入さ
れるインク室とされている。そして、前記蓋部材１２に
は前記発熱体３と対向する位置にインク吐出口１３が形
成されている。図３は前記蓋部材１２を内側から見た斜
視図であり、蓋部材１２の凹部１１側内周面におけるイ
ンク吐出口１３の周囲には、前記発熱体３側へ突出した
凸部である障壁１４が形成されている。

【００２２】なお、これらの図１乃至図３、さらには、
後述する各図では、説明を簡単にするため、必要に応じ
て簡略化した構造等を図示するものであり、いくつかの
省略点、誇張点を持つものである。例えば、発熱体基板
２には発熱体３や電極４，５の他に蓄熱層や保護層等が
設けられているが、ここでは図示を省略し、後述するも
のとした。また、発熱体３とインク吐出口１３との対は
図示例では３個だけとしたが、実際には多数設けられる
ものであり、ローエンドシリアルプリンタの例では６４
〜２５６個設けられ、ハイエンドマルチプリンタの例で
は２０００〜４０００個設けられている。また、発熱体
３等の数が多くなるに伴い、インク導入口８の数も増や
され、或いは、開口面積が大きくされる。このようなイ
ンク導入口８は例えばシリコン等による発熱体基板２の
場合であれば、レーザービーム加工或いはエッチングに
より容易に形成できる。また、図示例の各部の寸法比率
は判り易さを優先させてあり、必ずしも現実に即したも
のではない。

【００２３】つぎに、図４を参照しながらインク１５の
吐出原理について説明する。なお、図４はインクジェッ
ト記録ヘッド１におけるインク吐出口１３の近傍を断面
にしたものである。

【００２４】まず、同図（ａ）は定常状態であり、イン
ク吐出口１３においてインク１５の表面張力と外圧とが
平衡状態に保たれている。

【００２５】同図（ｂ）は発熱体３が加熱されて発熱体
３の表面温度が急上昇し、隣接インク層に膜沸騰現象が
生じて沸騰膜を作り、発熱体３の表面で気泡１６が成長
した状態である。この時、インク吐出口１３の圧力は気
泡１６の成長した分だけ上昇し、外圧とのバランスがく
ずれ、インク吐出口１３からインク柱１５ａが成長しは
じめる。

【００２６】同図（ｃ）は気泡１６が最大に成長した状
態であり、インク吐出口１３からインク柱１５ａが押し
出される。この時、発熱体３には電流が流れていない状
態であり、発熱体３の表面温度は降下しつつある。気泡
１６の体積の最大値は発熱体３に対する電気パルス印加
のタイミングからやや遅れる。

【００２７】同図（ｄ）は気泡１６がインク１５等によ
り冷却されて収縮した状態を示す。インク柱１５ａの先
端部では押し出された速度を保ちつつ前進し、後端部で
は気泡１６の収縮に伴なうインク吐出口１３内の圧力減
少によりインク１５が逆流し、インク柱１５ａの根本が
くびれ、その後、インク柱１５ａはくびれ部から切断さ
れ、インク滴１５ｂとなってインク吐出口１３から吐出
する。この時、インク吐出口１３の内圧が外圧より低い
状態となるため、メニスカスが大きくインク吐出口１３
内に入り込んだ状態となる。なお、吐出時におけるイン
ク滴１５ｂの先端部は１０〜１８ｍ／ｓの吐出速度をも
ち、インク吐出口１３に対向する位置に設けられている
記録紙（図示せず）へ向けて吐出する。

【００２８】同図（ｅ）は毛細管現象によってインク１
５がインク吐出口１３へ再び供給されて同図（ａ）に示
した状態と同じ状態に戻った状態であり、気泡１６は完
全に消滅している。

【００２９】以下、上記吐出原理をよりよいものとする
ための各部の構成・製造方法等を個別に説明する。ま
ず、発熱体基板２の構造及びその製造方法等を図５を参
照して説明する。発熱体基板２は本実施例において重要
なパーツの一つであり、この発熱体基板２自体は、例え
ば、ガラス、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、シリコン等の材
質によるものが用いられる。この発熱体基板２上に形成
される蓄熱層１７は、例えばＳｉＯ₂ 層よりなり、ガラ
ス又はアルミナ基板の場合であればスパッタリング法等
の薄膜形成法により形成され、シリコン基板の場合には
熱酸化法によって形成される。蓄熱層１７の膜厚として
は１〜５μｍ程度がよい。

【００３０】発熱体３を構成する材料としては、タンタ
ル−ＳｉＯ₂ の混合物、窒化タンタル、ニクロム、銀−
パラジウム合金、シリコン半導体、或いは、ハフニウ
ム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタル、タン
グステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナジウム等
の金属の硼化物が使用可能ある。これらの内、金属の硼
化物が特に好ましく、その中でも、硼化ハフニウムが最
も特性的に好ましく、次いで、硼化ジルコニウム、硼化
ランタン、硼化バナジウム、硼化ニオブの順に好ましい
ものとなる。発熱体３はこのような材料を用い、電子ビ
ーム法、蒸着法、スパッタリング法等により形成され
る。膜厚は単位時間当たりの発熱量が所望値となるよう
に、その面積、材質、熱作用部分の形状及び大きさ、実
際面での消費電力等に応じて適宜設定されるが、通常は
０．００１〜５μｍ程度、好ましくは０．０１〜１μｍ
程度とされる。

【００３１】制御電極４や共通電極５の材料としては、
通常の電極材料と同じでよく、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｐｔ、Ｃｕ等が用いられる。これらは蒸着法等によ
り、所定位置に所定の大きさ、形状、膜厚で形成され
る。前記発熱体３の上部には保護層１８が形成されてお
り、この保護層１８は発熱体３で発生した熱を効果的に
インク１５側に伝達することを妨げずに発熱体３を保護
するためのものであり、材料としては、酸化シリコン
（ＳｉＯ₂ ）、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化
アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等が用
いられる。製法は、電子ビーム法、蒸着法、スパッタリ
ング法等による。膜厚は、通常０．０１〜１０μｍ、好
ましくは０．１〜５μｍ（中でも、０．１〜３μｍが最
適）とされる。保護層１８はこれらの材料を用いて１層
又は複数層構造で形成されるが、これらの層の他に、気
泡１６が収縮・消滅する際に発生するキャビテーション
作用から保護するためにタンタル等の金属層を表面に形
成することが望ましい。具体的には、タンタル等の金属
層を膜厚０．０５〜１μｍ程度で形成すればよい。

【００３２】前記電極４，５の上部には電極保護層１９
が形成されており、この電極保護層１９の材料として
は、例えばポリイミドイソインドロキナゾリンジオン
（商品名：ＰＩＱ，日立化成社製）、ポリイミド樹脂
（商品名：ＰＹＲＡＬＩＮ，デュポン社製）、環化ポリ
ブタジエン（商品名：ＪＳＲ−ＣＢＲ，日本合成ゴム社
製）、フォトニース（商品名，東レ社製）、その他の感
光性ポリイミド樹脂等が用いられる。

【００３３】つぎに、前記蓋部材（図１乃至図３参照）
１２の製作方法について説明する。蓋部材１２は樹脂の
一体成形で形成され、樹脂材料としては、耐インク性に
優れたポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリ
フェニレンオキサイド、ポリプロピレン等が用いられ
る。その中でも、成形のために流動性のよい（melt flo
w rateが１０ｇ／１０分以上）材料を用いることが好ま
しい。成形機は市販の射出成形機を用いるが、微細な形
状を精度良く転写するために射出圧力が２０００ｋｇ／
ｃｍ² 以上の能力を有する成形機が望ましい。また、樹
脂の流動性を高めるため、シリンダ温度を４００℃以上
に加熱する。金型は、図３に示した蓋部材１２と対にな
る形状の金型を用いる。また、転写性を良くするため、
金型の材料の熱変形温度以上に加熱できるようにヒータ
ー、熱触媒等を金型内に設ける。なお、金型の樹脂充填
部を真空ポンプ等により減圧して転写性を高めることも
有効である。

【００３４】なお、以上の説明では、蓋部材１２はイン
ク吐出口１３も同時に一体成形する例であるが、他の方
法として、金型内ではインク吐出口１３を有しない状態
で成形し、金型内から取り出した後にレーザー装置で紫
外線を照射し、樹脂を除去・蒸発させてインク吐出口１
３を形成することにより、高精度なインク吐出口１３を
形成することができる。特に、エキシマレーザーを適切
に用いると、マスクパターンに沿った精密な加工を簡単
に行なうことができるため、例えば、４００ｄｐｉを超
えるような非常に高密度な印写を行なうインクジェット
記録ヘッド１のように、従来にない微小な（φ３０μｍ
より小さい）インク吐出口１３を形成するためには大変
都合がよい。

【００３５】以上が本発明のインクジェット記録装置に
おいて用いるインクジェット記録ヘッド１の概略説明で
あるが、このインクジェット記録ヘッド１では図より明
らかなように、発熱体３の表面に対して略垂直方向上方
へインク滴１５ｂを吐出させるサイドシューター方式を
採用している。これに対し、図６に示したように、発熱
体３の表面に対してインク滴１５ｂを平行方向へ吐出す
る方式（エッジシューター方式）のインクジェット記録
ヘッドがある。本出願人は、両構造のインクジェット記
録ヘッドを各種試作して測定を行なった結果、非常に高
精細な印写、例えば、４００ｄｐｉを超えるような高密
度印写を行なうためには、サイドシューター方式が適し
ていることを見い出した。表１と表２とはその測定結果
を示したもので、表１はエッジシューター方式のインク
ジェット記録ヘッドを試作してインク滴１５ｂを吐出さ
せ、吐出したインク滴１５ｂの先端部の吐出速度を測定
した結果である。一方、表２はサイドシューター方式の
インクジェット記録ヘッドを試作して同様の測定を行な
った結果である。ここで、試作したインクジェット記録
ヘッドは、インク吐出口の数を６４個とし、その配列密
度を３００〜１０００個／inchまで変えたものである。
また、使用したインク１５は、表面張力が４０．５ dyn
／ｃｍ、粘度１．６２ｃｐのものである。さらに、サイ
ドシューター方式のインクジェット記録ヘッドには、図
３に示したような障壁１４を図８に示したようにインク
吐出口１３の周囲に４個形成した。また、駆動周波数は
すべて５ｋＨｚに統一した。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】以上の測定結果より明らかなように、エッ
ジシューター方式のインクジェット記録ヘッドでは、イ
ンク吐出口の配列密度が４８０個／inch以上になると、
インク滴の先端部の吐出速度が１０ｍ／ｓ以下となっ
た。

【００３９】これに対してサイドシューター方式のイン
クジェット記録ヘッドでは、インク吐出口の配列密度が
４８０個／inchを超えてもインク滴の先端部の吐出速度
は１３ｍ／ｓ以上であった。

【００４０】このように、エッジシューター方式とサイ
ドシューター方式とのインクジェット記録ヘッドにおい
て、インク滴の先端部の吐出速度に違いが生じるのはそ
の構造に起因すると考えられる。本発明に適用したサイ
ドシューター方式のインクジェット記録ヘッド１では、
発生した気泡１６の真上にインク吐出口１３があるた
め、気泡１６の成長方向とインク滴１５ｂの吐出方向と
が一致している。従って、気泡１６の成長によるインク
吐出の推進力は非常に効率良くインク１５に伝達され、
発熱体３からインク１５に与えられた吐出エネルギーに
対するインク１５の吐出に直接使用される吐出エネルギ
ーの割合（吐出効率）が高くなる。さらに、本実施例で
は、インク吐出口１３の周囲に障壁１４を設けているた
め、その推進力は横方向に分散されにくく、吐出効率が
より一層高くなる。

【００４１】一方、図７はエッジシューター方式のイン
クジェット記録ヘッドにおいて、発生した気泡１６の成
長方向とインク１５の吐出方向とを示したもので、気泡
１６の成長方向とインク１５の吐出方向とが９０゜の角
度を有して一致せず、また、インク吐出の推進力も半分
は逆向き（矢印Ａ方向）に逃げるため、吐出効率は低下
している。

【００４２】このような構造的な違いを考えて表１と表
２とを比較すると、その結果に差異が出ることが理解で
きる。つまり、高密度印写を行なうためにインク吐出口
１３の配列密度を密にしてインク吐出口１３のサイズを
小さくしていくと、それに伴って各発熱体３のサイズを
小さくしたり駆動電圧を低下させる必要が生じて各発熱
体３からインク１５に与えられる吐出エネルギーの量が
少なくなり、更には、インク吐出口１３の口径が小さく
なるためにインク吐出時に流体抵抗が大きくなるため、
吐出効率が低いエッジシューター方式のインクジェット
記録ヘッドでは、インク１５の表面張力と外圧とが平衡
状態に保たれている状態のメニスカスを打ち破ってイン
ク滴１５ｂを吐出させることが次第に困難になる。従っ
て、４００ｄｐｉを超えるような高密度印写を行なうイ
ンクジェット記録ヘッドでは高速度でインク吐出を行な
うためには、サイドシューター方式のインクジェット記
録ヘッド１としなければならない。

【００４３】つぎに、インク吐出速度の違いが記録紙の
紙面上の画素径に及ぼす影響を調べた結果を示す。表３
は、サイドシューター方式とエッジシューター方式とで
それぞれ紙面上に画素を形成したその大きさを比較した
ものである。使用したインクは前述のものと同じであ
り、記録紙としては三菱製紙製マットコート紙ＮＭを使
用した。なお、表３に示した画素径は、測定サンプル数
ｎ（ｎ＝５０個）の平均値である。

【００４４】

【表３】

【００４５】これよりわかるように、同じ配列密度のイ
ンクジェット記録ヘッドであっても、インク吐出速度が
速いサイドシューター方式で印写したほうが、約９０％
の大きさとなった画素径を得ることができる。このこと
は、本発明のように、非常に高精細な記録を行なう際に
有利に働く。つまり、速いスピードでインクを吐出させ
ることにより、飛翔時も非常に安定して狙いどおりの紙
面上に着弾でき、さらに、吐出速度が速いために紙面上
に着弾した時も画素径が広がりにくく、にじみにくくな
るため、非常に高画質な印写が行なわれる。

【００４６】つぎに、本発明に係るインクジェット記録
ヘッド１の特徴の一つである、発熱体３の表面からイン
ク吐出口１３の外側表面までの距離、及び、蓋部材１２
におけるインク吐出口１３を形成する部分の厚さ寸法に
ついて説明する。発生した気泡１６によるインク吐出の
推進力を効率良くインク１５に伝え、微小なインク吐出
口１３からインク１５を吐出させるには、図９に示した
ように発熱体３の表面からインク吐出口１３の外側表面
までの距離“ｈ”が大きな影響を及ぼす。また、同図に
おいて“ｔ”は蓋部材１２におけるインク吐出口１３を
形成する部分の厚さ寸法である。

【００４７】ここで、表４は上述した距離“ｈ”や寸法
“ｔ”を変えたインクジェット記録ヘッドを試作して吐
出するインク滴の先端部の吐出速度を測定した結果を示
したものである。なお、ここで使用したインクジェット
記録ヘッドは、表２の測定を行なうために試作したイン
クジェット記録ヘッドと同様に一つのインク吐出口１３
の周囲に４個の障壁１４を有し、他の吐出条件等も表２
の測定を行なう場合に準じて設定したものである。な
お、インク吐出口は、ポリサルフォン樹脂にエキシマレ
ーザーで加工したものである。

【００４８】

【表４】

【００４９】この測定結果から、印写密度が４００ｄｐ
ｉ、或いは、それを超えるような高密度印写を行なうよ
うなインクジェット記録ヘッドにおいては、発熱体３の
表面からインク吐出口１３の外側表面までの距離“ｈ”
を７０μｍ以下とする必要があることがわかる。なお、
“ｈ”が７０μｍ以上、例えば９０μｍであってもイン
ク滴の吐出は可能であるが、インク滴の先端部の吐出速
度が１０ｍ／ｓ以下となり、その吐出力が弱く、外乱の
影響を受け易くなるために安定した印写を行なうには不
利となる。

【００５０】また、本発明に係るインクジェット記録ヘ
ッドのように非常に高密度の印写を行なう場合には、イ
ンク吐出口１３の加工精度を高くして各インク吐出口１
３においてバラツキがないことが必要であり、表５はイ
ンク吐出口１３の加工精度について測定した結果を示し
たものである。使用した材料はポリサルフォン樹脂であ
り、その材料の厚さを変えてφ２８μｍのインク吐出口
１３をエキシマレーザーによって形成し、その寸法精度
を調べた。なお、インク吐出口１３のサイズは、光学式
測長機では高精度に測定することができなかったため、
簡易ヘッドを製作し、一定時間それらのインク吐出口１
３から純水を吐出させ、吐出された純水を採取してその
重量を測定することにより、インク吐出口１３の口径に
換算したものである。

【００５１】

【表５】

【００５２】この測定結果から、ポリサルフォン樹脂の
厚さ“ｔ”を５０μｍ以下とすることにより、成形され
るインク吐出口１３の寸法精度は、±０．３μｍ以内と
なることがわかる。一般に、非常に微小な画素を４００
ｄｐｉを超えるような高密度に印写するには、吐出口の
口径のバラツキは少なくとも±０．５μｍ以内にする必
要があるが、表５に示した測定結果から、材料の厚さを
５０μｍ以下とすることによってそれが達成できる。

【００５３】つぎに、障壁１４がインク１５の吐出効率
に及ぼす影響についての測定結果について説明する。４
００ｄｐｉを超えるような高密度印写を行なう場合に
は、表１、表２に示したように吐出構造の違いもさるこ
とながら、インク吐出口１３の周辺の構造も重要であ
る。これは、印写密度が４００ｄｐｉ以下の比較的粗い
印写を行なうインクジェット記録ヘッドでは、インク吐
出口のサイズも大きいためにインク吐出時の流体抵抗も
少なく、また、発熱体のサイズも大きいため発生する気
泡が充分大きいためにインクを吐出させる推進力も大き
いのに対し、４００ｄｐｉを超えるような高密度印写を
行なうインクジェット記録ヘッドでは、インク吐出口や
発熱体のサイズが小さくなり、インク吐出時の流体抵抗
が大きくなると共にインクを吐出させるための推進力が
小さくなるためである。そこで、図３や図８に示したよ
うな障壁１４をインク吐出口１３の周囲に形成すること
により、気泡の推進力を横方向へ逃がさず、効率良くイ
ンク吐出口１３側へ伝えることができる。

【００５４】ここで、表６は印写密度を変えると共に障
壁１４の数を変えたインクジェット記録ヘッドを試作し
て吐出するインク滴の先端部の吐出速度を測定した結果
を示したものである。なお、障壁１４が２個とは図３に
示した状態であり、障壁１４が４個とは図８に示した状
態である。また、インク滴を吐出させる際の条件は上述
した測定を行なった場合に準じて設定しており、さら
に、上述した距離“ｈ”を５０μｍ、厚さ“ｔ”を２０
μｍに設定している。

【００５５】

【表６】

【００５６】この測定結果から、印写密度が４００ｄｐ
ｉのインクジェット記録ヘッドにおいては、障壁１４が
なくても一応１０ｍ／ｓ以上の吐出速度を得ることがで
きるが、印写密度が４８０ｄｐｉを超えるインクジェッ
ト記録ヘッドの場合には、障壁１４がないと吐出速度が
遅くなり、外乱の影響を受け易くなるために安定した印
写を行なうことが困難になる。一方、印写密度が４８０
ｄｐｉを超える高密度印写を行なうインクジェット記録
ヘッドにおいては、障壁１４を設けることによって充分
に速い吐出速度を確保することができ、障壁１４の数も
２個より４個のほうが吐出速度を速くすることができ
る。

【００５７】以上より、高密度印写を行なう場合には障
壁１４を設けることが効果的であることがわかったが、
一方では、隣接する発熱体３の間に障壁１４を位置させ
るスペースを確保する必要があるため、その分発熱体３
を小さくしなければならないという不具合が生ずる。そ
こで、図１０に示したように発熱体３の形状を、発熱体
３の配列方向（即ち、インク吐出口１３の配列方向）と
直交する向きに縦長に形成した。これにより、発熱体３
の表面積を大きくして充分な発熱量を得ることができる
と共に隣接する発熱体３の間に障壁１４を位置させるス
ペースを確保することができる。そして、本発明のよう
に高密度印写を行なう場合でも、インク吐出口１３を最
終印写密度と同じ密度で一列に配列することができる。

【００５８】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、エネルギー作用
部に対向する位置にインク吐出口を形成し、インクをエ
ネルギー作用部の表面に対して略垂直方向上方へ吐出さ
せて印写を行なうと共に印写密度が４００ｄｐｉより高
密度となるようにインク吐出口を形成したので、エネル
ギー作用部からインクに与えられた吐出エネルギーのう
ち実際のインク吐出に使用される吐出エネルギーの割合
である吐出効率を高めることができ、従って、印写密度
が４００ｄｐｉより高密度となるようにインク吐出口を
形成したためにインク吐出口の口径が小さくなってイン
ク吐出時の流体抵抗が大きくなったりエネルギー作用部
の小型化によってインクに与える吐出エネルギーが小さ
くなった場合でも、インクの吐出を良好に行なわせるこ
とができ、しかも、エネルギー作用部の表面からインク
吐出口の表面までの距離を７０μｍ以下としたことによ
り、印写密度が４００ｄｐｉより高密度となるようにイ
ンク吐出口を形成した場合におけるインクの吐出速度を
最適な値に維持して高密度印写を良好に行なうことがで
きる等の効果を有する。

【００５９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、インク吐出口から吐出するインク先端部の
吐出速度を１０ｍ／ｓ以上としたため、周囲の空気流等
の外乱に影響されることなくインクの吐出を行なわせる
ことができ、高密度印写を良好に行なうことができる等
の効果を有する。

【００６０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、インク吐出口を形成した部材の厚さ寸法を
５０μｍ以下としたので、インク吐出口の形成を高精度
で行なうことができると共に画素径のバラツキをなくす
ことができ、従って、高密度印写を行なった画像の品質
を向上させることができる等の効果を有する。

【００６１】請求項４記載の発明は、請求項１又は３記
載の発明において、インク吐出口を形成する蓋部材を樹
脂成形により形成したことによってコストの低減を図る
ことができ、さらに、インク吐出口をエキシマレーザー
によって形成したのでインク吐出口の加工精度を高くす
ることができ、従って、高密度印写を行なった画像の品
質を向上させることができる等の効果を有する。

【００６２】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、蓋部材の凹部側内周面におけるインク吐出
口の周囲にエネルギー作用部側へ突出した凸部を形成し
たので、隣接するインク吐出口同士が凸部によって仕切
られた状態となるためにエネルギー作用部からインクに
与えられる吐出エネルギーの吐出効率を高めることがで
き、従って、インクの吐出を良好に行なわせることがで
きる等の効果を有する。

【００６３】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明において、インク吐出口を最終印写密度と同じ密度で
一列に形成したので、インク吐出口を千鳥状に形成する
必要がなくなるために構造の簡単化と小型化とを図るこ
とができ、さらに、エネルギー作用部をインク吐出口の
配列方向と直交する向きに縦長に形成したので、エネル
ギー作用部を高密度に配列することができると共に各エ
ネルギー作用部の表面積が大きくなるために充分な量の
吐出エネルギーを発生させることができる等の効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
ヘッドを示した斜視図である。

【図２】その分解斜視図である。

【図３】蓋部材を内側から見た斜視図である。

【図４】サイドシューター方式のインクジェット記録ヘ
ッドにおけるインクの吐出原理を示した説明図である。

【図５】発熱体基板の構造を詳細に示した縦断正面図で
ある。

【図６】エッジシューター方式のインクジェット記録ヘ
ッドにおけるインクの吐出原理を示した説明図である。

【図７】その一部を拡大して示した説明図である。

【図８】インク吐出口の周囲に４個の障壁を形成した状
態を示した斜視図である。

【図９】インク吐出口の周辺部を断面にして示した縦断
正面図である。

【図１０】高密度に配列した発熱体と障壁との位置関係
を示した平面図である。

【符号の説明】

１ インクジェット記録ヘッド ２ 基板 ３ エネルギー作用部 １１ 凹部 １２ 蓋部材 １３ インク吐出口 １４ 凸部 １５ インク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出させるインク吐出口と前記
   インクに吐出エネルギーを与えるエネルギー作用部とを
   有するインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェッ
   ト記録装置において、前記エネルギー作用部に対向する
   位置に前記インク吐出口を形成し、前記エネルギー作用
   部の表面から前記インク吐出口の外側表面までの距離を
   ７０μｍ以下とし、前記インクを前記エネルギー作用部
   の表面に対して略垂直方向上方へ吐出させて印写を行な
   うと共に印写密度が４００ｄｐｉより高密度となるよう
   に前記インク吐出口を形成したことを特徴とするインク
   ジェット記録装置。
2. 【請求項２】 インク吐出口から吐出するインク先端部
   の吐出速度を１０ｍ／ｓ以上として印写を行なうことを
   特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 インク吐出口を形成した部材の厚さ寸法
   を５０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の
   インクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 エネルギー作用部を形成した基板と樹脂
   成形によって形成された凹部を有する蓋部材とを設ける
   と共に前記凹部を前記エネルギー作用部に対向させる向
   きに前記基板と前記蓋部材とを積層し、前記蓋部材の前
   記エネルギー作用部に対向した位置にエキシマレーザー
   によってインク吐出口を形成したことを特徴とする請求
   項１又は３記載のインクジェット記録装置。
5. 【請求項５】 蓋部材の凹部側内周面におけるインク吐
   出口の周囲にエネルギー作用部側へ突出した凸部を形成
   したことを特徴とする請求項４記載のインクジェット記
   録装置。
6. 【請求項６】 インク吐出口を最終印写密度と同じ密度
   で一列に形成し、エネルギー作用部を前記インク吐出口
   の配列方向と直交する向きに縦長に形成したことを特徴
   とする請求項１記載のインクジェット記録装置。