JPH09300611A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録ヘッドに幅広い階調性を
持たせる。 【解決手段】 インクジェット記録ヘッド１０に大径イ
ンク滴吐出用ヘッド部１２と小径インク滴吐出用ヘッド
部１４とを設け、これらのヘッド部にはノズル又はその
近傍に異なる態様で撥インク層５２を設け、大径インク
滴吐出部は小径インク滴吐出部よりも大径のインク滴が
吐出するようにした。

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記録
ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドを用いて高画
質でかつ高速印字を行うには、印字ドット径を変えるこ
とにより階調性を表現することが有効である。そのため
には、ノズルから吐出するインク量を階調段階に応じて
変化させることが必要である。例えば、インクに与える
加圧力を変えることによりノズルから吐出するインク量
を変化させることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、インクに与
える加圧力を変えても、ノズルから吐出されるインク柱
の太さやノズルにおけるインクのメニスカス形状があま
り変わらず、そのために安定して吐出できるインク量及
び吐出したインクにより形成されるドットの大きさの可
変幅は限られており、充分に階調性に富んだ画像を得る
ことは困難であった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
みてなされたものであり、幅広い階調表現の可能な新規
なインクジェット記録ヘッドを提供するものである。本
発明の第１のインクジェット記録ヘッドでは、大径イン
ク滴吐出用ヘッド部と小径インク滴吐出用ヘッド部が設
けてあり、これらのヘッド部にはノズル又はその近傍に
異なる態様で撥インク部を設け、大径インク滴吐出部は
小径インク滴吐出部よりも大径のインク滴が吐出するよ
うにしてある。

【０００５】また、本発明の第２のインクジェット記録
ヘッドでは、大径インク滴吐出用ヘッド部と小径インク
滴吐出用ヘッド部が設けてあり、これらのヘッド部のう
ち少なくとも小径インク滴吐出用ヘッド部にはノズル又
はその近傍に撥インク部を設け、大径インク滴吐出部は
小径インク滴吐出部よりも大径のインク滴が吐出するよ
うにしてある。

【０００６】

【発明の効果】上記インクジェット記録ヘッドによれ
ば、撥インク部を設けた部分では該撥インク部とインク
との撥水作用によりインクのメニスカス面が制限され、
これによりノズルから吐出するインク量が制限される。
そして、大径インク滴吐出用ヘッド部と小径インク滴吐
出用ヘッド部では、撥インク部を異なる態様で配置した
り、小径インク滴吐出用ヘッド部だけに撥インク部を設
けることによって、大径インク滴吐出用ヘッド部からは
大径インク滴が吐出し、小径インク滴吐出用ヘッド部か
ら小径インク滴が吐出される。そのため、幅広い階調性
を得ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について説明する。図１から図３は
本発明に係るインクジェット記録装置用マルチヘッドを
示し、全体を符号１０で示すマルチヘッドは大径インク
滴吐出用ヘッド部１２（以下「大径ヘッド部１２」とい
う。）と小径インク滴吐出用ヘッド部１４（以下「小径
ヘッド部１４」という。）からなり、これら大径ヘッド
部１２と小径ヘッド部１４は、チャンネルプレート１
６、隔壁１８、振動板２０、ベースプレート２２を重ね
て一体的に構成されている。

【０００８】チャンネルプレート１６は合成樹脂等の非
導電性材料又は金属等で形成され、隔壁１８との対向部
（対向面）をエッチング等の加工方法により食刻して、
大径ヘッド部１２と小径ヘッド部１４に、インク２４を
収容する複数のインクキャビティ２６と、各インクキャ
ビティ２６のインク２４を吐出するノズル２８と、補給
用インク２４を収容するインク供給室３０と、各インク
キャビティ２６をインク供給室３０に連結するインクイ
ンレット３２が形成されている。図１に示すように、大
径ヘッド部１２と小径ヘッド部１４のインクキャビティ
２６は、これらヘッド部１２、１４が対向する方向に向
かって延びる長溝状にかつ平行に形成されている。ま
た、インク供給室３０は、インクキャビティ２６を挟ん
で中央線３４の反対側に形成されており、図示しないイ
ンクタンクに接続してある。なお、本実施形態では、大
径ヘッド部１２のノズル２８と小径ヘッド部１４のそれ
は同一の径としてある。しかし、大径ヘッド部１２と小
径ヘッド部１４とでは異なる撥水処理（後に詳細に説明
する）が施されており、これにより大径ヘッド部１２で
は小径ヘッド部１４よりも大径のインク滴が吐出するよ
うにしてある。

【０００９】隔壁１８は導電材料からなる薄肉フィルム
が使用されており、チャンネルプレート１６と振動板２
０との間に固定されている。なお、隔壁１８はこれに所
定の張力が加わった状態で固定するのが望ましい。ま
た、樹脂フィルム表面に蒸着により導電層を形成したも
のを隔壁として用いてもよい。

【００１０】振動板２０は周知の圧電材料からなり、そ
の上面と下面にはそれぞれ共通電極、個別電極として利
用される導電性金属層が設けてあり、隔壁１８とベース
プレート２２との間に固定されている。また、振動板２
０は、ベースプレート２２にまず導電性接着剤５０（図
２における拡大断面図（ａ）参照）で固定した後、ダイ
シング加工（図示せず）により縦方向溝５８と横方向溝
６０を形成して分断し、各インクキャビティ２６に対応
する圧電部材４２と、隣接する圧電部材４２の間に位置
する仕切壁４４と、これらを囲む壁４６に分離されてい
る。また、上記ダイシング加工により圧電部材４２の上
下に設けた導電性金属層もそれぞれ縦方向溝５８と横方
向溝６０により分断され、図２の拡大断面図（ａ）、
（ｂ）に示すように、隔壁１８に対向する金属層が共通
電極３８、ベースプレート２２に対向する金属層が個別
電極４０としてある。なお、縦方向溝５８の底部はベー
スプレート２２中に位置させてあり、これにより各個別
電極４０が電気的にも分断されている。

【００１１】ベースプレート２２は合成樹脂等の非導電
材料からなり、振動板２０との対向面には各ヘッド部１
２、１４の圧電部材４２に対応して導電リード部４８
（図２における詳細断面図（ａ）を参照）がスパッタリ
ング又は蒸着等の周知の方法により形成されており、上
述のようにして形成された個別電極４０が対応する導電
リード部４８に導電性接着剤５０を介して電気的に導通
している。そして、これら共通電極３８と個別電極４０
が対向する領域において、各圧電部材４２は予め加熱し
ながら高電圧を印加することによりそれぞれ分極処理さ
れて活性化されている。

【００１２】撥水処理について具体的に説明する。大径
ヘッド部１２では、図４（ｂ）に示すように、ノズル２
８の内側には入り込まないように、チャンネルプレート
１６の外面が撥インク性材料からなる撥インク層５２で
コーティングしてある。他方、小径ヘッド部１４では、
図４（ｄ）に示すように、チャンネルプレート１６の外
面だけでなく、ノズル２８の内面と、ノズル２８を囲む
チャンネルプレート１６内面の所定領域にも同様の撥イ
ンク層５２がコーティングしてある。上記撥インク性材
料としては、例えばパーフルオロアクリレートなどのフ
ッ素系樹脂が好適に用いられる。ただし、インクとの接
触角が高い材料であればフッ素系樹脂に限るものでな
く、使用するインクの種類、例えば油性インクであるか
水性インクであるかに応じて適当な材料を選択すればよ
い。また、撥インク性材料のコーティング方法として
は、例えばスプレー法が好適に用いられる。さらに、撥
インク性材料のコーティング工程とノズル２８を形成す
る工程との順序は、撥インク性材料をコーティングする
範囲に応じて適宜選択すればよい。例えば、図４（ｂ）
のようにチャンネルプレート１６の外面にのみ撥インク
性材料をコーティングする場合は、まずチャンネルプレ
ート１６の外面に撥インク性材料をコーティングし、次
にエキシマレーザ等でチャンネルプレート１６に孔を明
けてノズル２８を形成する。他方、図４（ｄ）に示すよ
うにチャンネルプレート１６の外面だけでなくノズル２
８の内面とチャンネルプレート１６の内面にも撥インク
性材料をコーティングする場合は、まずエキシマレーザ
等でチャンネルプレート１６に孔を明け、次に撥インク
性材料をスプレー法等で所定の領域に塗布する。なお、
撥インク性材料の膜厚は、スプレー塗布の場合は約１μ
ｍ程度が適当である。

【００１３】上記構成のマルチヘッド１０では、図示し
ないインクタンクからインク供給室３０にインク２４が
供給される。また、インク供給室３０のインク２４は、
インクインレット３２を介して各インクキャビティ２６
に分配される。そして、印字信号制御回路（図示せず）
から共通電極３８と個別電極４０との間に所定の電圧
（印字信号）が印加されると圧電部材４２が変形する。
また、圧電部材４２の変形は隔壁１８に伝えられ、これ
によりインクキャビティ２６内のインク２４が加圧され
て、インクノズル２８を介してインク滴が飛翔する。

【００１４】上述のように、大径ヘッド部１２ではノズ
ル２８に撥インク層５２が無いので、インク２４のメニ
スカス面はノズル吐出側端部に存在し、ノズル２８から
大径のインク滴が吐出する。一方、小径ヘッド部１４で
はノズル２８の内面及びこれを囲むチャンネルプレート
１６内面の所定領域にも撥インク層５２が形成されてい
るので、インク２４のメニスカス面はノズル２４の内側
端部近傍にあり、ノズル２８からは小径のインク滴が吐
出する。また、各ヘッド部１２、１４から吐出するイン
ク滴の大きさは、共通電極３８と個別電極４０との間に
印加する信号の電圧や電圧波形を変えることにより所定
の範囲内で調節できる。したがって、作成すべき出力画
像の条件に応じて、大径ヘッド部１２と小径ヘッド部１
４を適宜選択すると共に、共通電極３８と個別電極４０
との間に印加する電圧を変えることで、幅広く階調性を
変化させることができる。

【００１５】なお、上記実施形態では、大径ヘッド部と
小径ヘッド部の両方に、撥インク層を設けたが、小径ヘ
ッド部だけに撥インク層を設けてもよい。また、上記実
施形態では大径ヘッド部と小径ヘッド部のノズル径を同
一にしたが、大径ヘッド部のノズル径を小径ヘッド部の
それよりも大きくしてもよい。各ヘッド部のノズル径を
同一にする場合、ノズル形成のためのチャンネルプレー
トの加工が容易になるという利点がある。各ヘッド部の
ノズル径を異ならせると、ドット径の変化の上限・下限
を拡大することができる。

【００１６】上記実施形態では、大径ヘッド部１２で
は、図４（ｂ）に示すように、チャンネルプレート１６
の外面全体に撥インク層５２を設けたが、図４（ａ）に
示すように、ノズル２４の吐出側端部を囲う所定幅の領
域を除いて、チャンネルプレート１６の外面全体に撥イ
ンク層５２を設けてもよい。また、図４（ｃ）に示すよ
うに、チャンネルプレート１６の外面に設けた撥インク
層５２をノズル２４の吐出側端部から所定距離内側に入
った位置まで延長してもよい。すなわち、図４（ａ）〜
（ｄ）に示すように、撥インク層５２をノズル２４のイ
ンク吐出側から内側に向けて延長することにより吐出す
るインクの径を小さくすることができるので、大径ヘッ
ド部１２と小径ヘッド部１４とで、適宜撥インク層５２
のコーティング領域を違えることによって、吐出するイ
ンク滴の大きさ及びその可変幅を違えることができる。

【００１７】なお、図４（ａ）、（ｃ）のようにチャン
ネルプレート１６やノズル２４の一部に非コーティング
領域を作る方法としては、非コーティング領域に予めワ
ックスを塗布しておき、撥水処理後にワックスを加熱溶
融して除去する方法が適当である。また、図４（ｃ）の
ようにノズル２４の一部に非コーティング領域を作るの
に適した別の方法として、まずチャンネルプレート１６
に仮孔を明け、次に撥インク層をコーティングし、その
後仮孔の内面を一部削るようにして本孔を明ける方法も
ある。

【００１８】ノズル２４の形状は上記実施形態に限るも
のでなく、図５に示すように、内側から外側に向かって
径を拡大した逆テーパ状のものでもよい。この図５
（ａ）〜（ｄ）にはそれぞれ異なる範囲に撥インク層５
２を施した実施形態が示してあり、図５（ａ）の実施形
態ではチャンネルプレート１６の外面全体が撥インク層
５２で覆われており、図５（ｂ）〜（ｄ）はチャンネル
プレートの外面全体とノズル内面に撥インク層５２を形
成した実施形態が示してあり、図５（ｂ）から（ｄ）の
順に撥インク層５２の領域が拡大してある。このような
実施形態のヘッドでは、図５（ａ）から（ｄ）の順にイ
ンク２４のメニスカス面が小さくなり、吐出するインク
滴が小さくなる。

【００１９】以上の実施形態では、チャンネルプレート
１６に撥インク材料をコーティングすることで撥インク
部を設けているが、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、
チャンネルプレート１６を撥インク層５４と親インク層
５６とを重ねて形成し、この撥インク層５４でインクを
撥水するようにしてもよい。また、大径ヘッド部と小径
ヘッド部とで撥インク層５４と親インク層５６の厚みを
違えることによって、大径ヘッド部から大径のインク滴
を吐出し、小径ヘッド部から小径のインク滴を吐出する
ことができる。なお、撥インク層５４は単層である必要
はなく、図６（ｃ）に示すように、複数層にしてもよ
い。この実施形態によれば、大径ヘッド部と小径ヘッド
部における撥インク層の厚みを違えておくだけで、後は
エキシマレーザ等で孔を明けるだけでよいので、撥イン
ク領域を誤差なく正確に作ることができる。

【００２０】図５（ａ）と（ｄ）に示すように撥インク
層を設けた２種類のヘッドと、まったく撥インク層を設
けていないヘッドを用いてインクを吐出し、それにより
印字されたドットの径を測定した。それぞれのヘッドに
は２種類の大きさのノズル〔一方のノズルは内側内径
（最小径）を３５μｍ、外側内径（最大径）を５５μｍ
とし、他方のノズルは内側内径（最小径）を２５μｍ、
外側内径（最大径）を４５μｍ〕を形成した。なお、ノ
ズル部分のチャンネルプレートの厚さは５０μｍとし
た。チャンネルプレートにはポリイミド樹脂を使用し、
ノズルはエキシマレーザにより上述の方法により加工し
た。撥インク材料にはパーフルオロアクリレートを使用
し、スプレーでコーティングした。共通電極と個別電極
には台形波パルス（立ち上がり時間及び立ち下がり時
間：５μｓｅｃ、パルス幅：２０μｓｅｃ）を印加し、
最大電圧を２０〜４５Ｖの範囲で変化させた。

【００２１】結果を図７の表に示す。この表から、明ら
かなようにノズルの内面における撥インク層の領域を吐
出側から内側に向かって拡大するにしたがってドット径
が小径化することが確認された。また、同一ノズル径の
ヘッドを組み合わせる場合、例えば“撥インク層無し”
の最小径３５μｍのノズルを有するヘッドと“撥インク
層を内面までコーティング”した最小径３５μｍのノズ
ルを有するヘッドとを組み合わせることにより、５３〜
１３３μｍまでのドット径可変範囲を実現できる。さら
に、異なるノズル径のヘッドを組み合わせる場合、最小
径３５μｍのノズルを有するヘッド部を大径ヘッド部、
最小径２５μｍのノズルを有するヘッド部を小径ヘッド
部とし、最大径３５μｍのノズルには撥インク層をコー
ティングせず、最小径２５μｍのノズルには撥インク層
を内面までコーティングすると、４１〜１３３μｍのド
ット径可変範囲を実現でき、より幅広い階調性を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るマルチヘッドの一部平面図であ
る。

【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、及び部分拡大断
面図である。

【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】 撥インク層の配置例（ａ）〜（ｄ）と、それ
ぞれのノズルから吐出するインク滴の大きさを示す。

【図５】 図４と異なる形状のノズルに対する撥インク
層の配置例（ａ）〜（ｄ）と、それぞれのノズルから吐
出するインク滴の大きさを示す。

【図６】 チャンネルプレートを撥インク層と親インク
層とを重ねて形成した実施形態（ａ）〜（ｃ）を示す。

【図７】 撥インク層の位置とドット径との関係を示す
図表である。

【符号の説明】

１０…マルチヘッド、１２…大径ヘッド部、１４…小径
ヘッド部、１６…チャンネルプレート、１８…隔壁、２
０…振動板、２２…ベースプレート、２４…インク、２
６…インクキャビティ、２８…ノズル、３０…インク供
給室、４２…圧電部材、５２、５４…撥インク層、５６
…親インク層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大径インク滴吐出用ヘッド部と小径イン
   ク滴吐出用ヘッド部とを有し、これらのヘッド部にはノ
   ズル又はその近傍に異なる態様で撥インク部を設け、大
   径インク滴吐出部は小径インク滴吐出部よりも大径のイ
   ンク滴が吐出するようにしてあるインクジェット記録ヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 大径インク滴吐出用ヘッド部と小径イン
   ク滴吐出用ヘッド部とを有し、これらのヘッド部のうち
   少なくとも小径インク滴吐出用ヘッド部にはノズル又は
   その近傍に撥インク部を設け、大径インク滴吐出部は小
   径インク滴吐出部よりも大径のインク滴が吐出するよう
   にしてあるインクジェット記録ヘッド。