JPH10138474A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡排出性が悪く、ヘッドの信頼性、インク
初期充填性が低下する。 【解決手段】 複数の第１〜第５感光性樹脂層５１〜５
５の内、ノズル３１から最も離れている第１感光性樹脂
層５１でインク供給路３５の入口を形成し、このインク
供給路３５の入口の壁部３５ａの角部をなくして平面で
見たときに曲面形状に形成した。

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ヘッ
ドに関し、特に加圧液室、共通液室、ノズル、インク供
給路からなる液室構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の振
動、騒音が殆どなく、特にカラー化が容易なことから、
コンピュータ等のデジタル処理装置のデータを出力する
プリンタの他、ファクシミリやコピー機等にも用いられ
るようになっている。このようなインクジェット記録装
置に用いられるインクジェットヘッドは、圧電素子、発
熱抵抗体等のアクチュエータ素子を記録信号に応じて駆
動して、加圧液室内のインクを加圧してノズルからイン
ク滴を吐出飛翔させ、記録媒体上に画像記録を行なうも
のである。

【０００３】インクジェットヘッドにおいては、加圧さ
れて吐出されるインクを充填する加圧液室やこの加圧液
室にインクを供給するための共通液室、共通液室と加圧
液室とを連通するインク供給路などにインク以外のも
の、例えば気泡、ゴミなどが存在するとインク滴の噴射
特性が変動したり、吐出不能になる。特に、液室内にイ
ンクを充填する以前は加圧液室内等が空の状態であり、
この状態から加圧又は吸引等の方法でインクを充填する
ために、気泡の残留を防ぐことが困難である。

【０００４】ところで、従来のインクジェットヘッドに
おけるインク流路、液室構造としては、例えば特開平５
−３１９０７号公報に記載されているように、直線状に
伸びる流路と曲折構造の流路とを交互に配置したもの、
特開平６−２９７７１１号公報に記載されているように
各圧力室（加圧液室）とリザーバ室（共通液室）とを連
通する位置にインク流動方向と感光性樹脂部材の厚み方
向とが一致する供給路を配設したものなどがある。ま
た、気泡排出性を考慮したものとして、特開平４−２８
６６５１号公報に記載されているように、インク室や共
通インク室を段差のない一平面で形成し、空気の浮力を
利用してインクを下方から上方に充填するようにしたも
のがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のインクジェットヘッドのうち、直線状に伸びる
流路と曲折構造の流路とを交互に配置したものやインク
流動方向と感光性樹脂部材の厚み方向とが一致する供給
路を設けたものにあっては、インク供給路入口付近の角
部に気泡が残留し易く、インク吐出特性が変動する。ま
た、インク室や共通インク室を段差のない一平面で形成
し、空気の浮力を利用してインクを下方から上方に充填
するようにしたものにあっては、インク充填方向が規制
されるためにヘッドの取付け方向が制限されると共に、
ノズル位置によっては却って気泡が残留し易くなる。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、気泡排出性を向上しヘッドの信頼性を向上するこ
と、高速記録に対応可能なインク噴射特性を確保できる
ようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のインクジェットヘッドは、加圧液室、共
通液室及びインク供給路を複数の層構造をなすインク液
室隔壁部材で画成し、前記インク供給路の入口の壁部は
前記ノズルから最も離れているインク液室隔壁部材で形
成すると共に、前記インク供給路の入口の壁部を曲面形
状に形成した構成とした。

【０００８】請求項２のインクジェットヘッドは、加圧
液室、共通液室及びインク供給路を複数の層構造をなす
インク液室隔壁部材で画成し、前記インク供給路の入口
の壁部は前記ノズルから最も離れているインク液室隔壁
部材で形成すると共に、前記インク供給路の少なくとも
一部にインク流動に対する抵抗となる部分を設けた構成
とした。

【０００９】請求項３のインクジェットヘッドは、上記
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前記インク
供給路の少なくとも一部にインク流動に対する抵抗とな
る部分を設けた構成とした。

【００１０】請求項４のインクジェットヘッドは、上記
請求項２又は３のインクジェットヘッドにおいて、前記
インク供給路の一部を屈曲させた構成とした。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明を適用したイン
クジェットヘッドのチャンネル方向と直交する方向の要
部拡大断面図、図２は同ヘッドのチャンネル方向の要部
拡大断面図、図３は同ヘッドの分解概略斜視図である。

【００１２】このインクジェットヘッドは、アクチュエ
ータユニット１及び液室ユニット２を備えている。アク
チュエータユニット１は、セラミック、ガラスエポキシ
樹脂等からなる絶縁性の基板１１上に、複数の積層型圧
電素子１２を２列列状に接合して配置すると共に、各列
の複数の圧電素子１２の周囲を取り囲むように２つの穴
部１４，１５を形成したフレーム部材１３を接合配置し
ている。このアクチュエータユニット１の各列の複数の
圧電素子１２は、チャンネル方向で、駆動波形を印加す
る駆動部１７と駆動波形を印加しない非駆動部１８とを
交互に構成する（図３参照）。

【００１３】ここで、圧電素子１２は、厚さ１０〜５０
μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸（ＰＺＴ）２１と、厚
さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる
内部電極２２とを交互に積層したものである。圧電素子
を、厚さ１０〜５０μｍ／１層の積層型とすることによ
って駆動電圧の低電圧化を図れ、例えば１０〜５０Ｖの
パルス電圧で圧電素子の電界強度１０００Ｖ／mmを得る
ことができる。なお、アクチュエータ素子として用いる
圧電素子を含む電気機械変換素子は上記に限られるもの
でない。

【００１４】そして、この圧電素子１２の内部電極２２
を交互に端面に取り出して端面電極とし、一方、基板１
１上に共通電極パターン２３及び個別（選択）電極パタ
ーン２４を形成して、これらの共通電極パターン２３及
び個別電極パターン２４を駆動部１７となる圧電素子１
２の端面電極に導電性接着剤等を介して電気的に接続
し、共通電極パターン２３及び個別電極パターン２４に
接続したＦＰＣケーブル２５，２５を介して図示しない
ヘッド駆動用ＩＣ等を有するＰＣＢ基板と接続し、駆動
部１７に駆動波形を印加することによって積層方向の伸
びの変位を生ぜしめる。

【００１５】また、液室ユニット２は、金属或いは樹脂
の薄膜からなる振動板２８と、液室隔壁部材を構成する
フォトレジストフィルムからなる感光性樹脂層で形成し
たインク液室隔壁部材２９と、ノズル３１を形成した金
属、樹脂等からなるノズルプレート３２とを順次を積層
し、熱融着して形成している。これらの各部材によって
ノズル３１が連通し、駆動部１７で振動板２８を介して
加圧される加圧液室３３と、この加圧液室３３の両側に
位置して加圧液室３３にインクを供給するための共通液
室３４，３４と、共通液室３４から加圧液室３３へイン
クを供給するためのインク供給路３５，３５を形成して
いる。

【００１６】振動板２８は、同一平面上に位置出し又は
研削加工した圧電素子１２及びフレーム部材１３上に接
着剤３６で接合している。この振動板２８は変位部とな
るダイアフラム部３８、圧電素子１２の内の非駆動部１
８に接合する梁３９及びフレーム部材１３に接合するベ
ース４０とから形成し、またダイアフラム部３８は圧電
素子１２の内の駆動部１７に接合する島状凸部４１と、
この凸部４１の周囲に形成した厚み３〜１０μｍ程度の
最薄膜部分（ダイアフラム領域）４２と、この最薄膜部
分４２の内のチャンネル方向と直交する両端部側に形成
した逃げ領域４３とからなる。

【００１７】また、ノズルプレート３２にはインク滴を
飛翔させるための微細孔である多数のノズル３１を形成
しており、このノズル３１の径はインク滴出口側の直径
で約２５〜３５μｍである。このノズルプレート３２は
例えば電鋳工法によって製造したＮi（ニッケル）の金
属プレートを用いているが、Ｓi、その他の金属材料を
用いることもできる。

【００１８】ノズルプレート３２の品質は、インクの滴
形状、飛翔特性を決定し、画像品質に大きな影響を与え
るものであり、より高品位の画像品質を得る上で表面の
均一化処理が不可欠であるので、インク吐出側面に撥水
性の表面処理膜４３を成膜している。撥水性の表面処理
膜４３は、例えばＰＴＦＥ−Ｎi共析メッキやフッ素樹
脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化
ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・
フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に
応じて選定する。

【００１９】さらに、共通液室３４に外部からインクを
供給するために基板１１、フレーム部材１５及び振動板
２８には、インク供給孔４４，４５，４６をそれぞれ形
成し、基板１１のインク供給孔４４に接続したインク供
給パイプ４７を介してインクが供給されるようにしてい
る。

【００２０】このインクジェットにおいては、記録信号
に応じて駆動部１７に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス
電圧）を印加することによって、駆動部１７に積層方向
の変位が生起し、振動板２８のダイアフラム部３８を介
して加圧液室３３内の圧力が上昇してノズル３１からイ
ンク滴が吐出される。このとき、加圧液室３３から共通
液室３４へ通じるインク供給路３５方向へもインクの流
れが発生するが、インク供給路３５の断面積を狭小にす
ることで流体抵抗部として機能させて共通液室３４側へ
のインクの流れを低減し、インク吐出効率の低下を防い
でいる。

【００２１】そして、インク滴吐出の終了に伴い、加圧
液室内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆
動パルスの放電過程によって加圧液室３３内に負圧が発
生してインク充填行程へ移行する。このとき、インクタ
ンクから供給されたインクは共通液室３４に流入し、共
通液室３４からインク供給路３５を経て加圧液室３３内
に充填される。そして、ノズル３１の出口のインクメニ
スカス面の振動が減衰し、表面張力によってノズル３１
の出口付近に戻され（リフィル）て安定状態に至れば次
のインク滴吐出動作に移行する。

【００２２】そこで、このようなインクジェットヘッド
における液室構造の詳細について図４以降をも参照して
説明する。先ず、従前のインクジェットヘッドにおける
液室構造を適用した例について図４を参照して説明す
る。なお、各部材の符号については便宜上本発明に係る
図１乃至図３と同一符号を用いることとする。ここで、
インク液室隔壁部材２９は、振動板側から第１感光性樹
脂層５１、第２感光性樹脂層５２、第３感光性樹脂層５
３、第４感光性樹脂層５４、第５感光性樹脂層５５を積
層してなり、第２感光性樹脂層５２でインク供給路３５
の入口を形成している。

【００２３】このような液室構造を有するインクジェッ
トヘッドにインクを初期充填する場合、インクカートリ
ッジ或いはインクタンクなどからインク供給穴等を介し
て共通液室３４、インク供給路３５、加圧液室３３へと
インクが充填される。このインク充填は、ヘッドノズル
側から吸引してインクを引き込むか、あるいはインクを
供給する側から加圧してインクを送り込むかするが、い
ずれにしても、空の状態の液室に完全にインクを充填す
ることは困難であり、そのため、吸引力、或いは加圧力
を調整したり、ダミーノズルを設けるなどして充填性を
向上させる手法が用いられている。

【００２４】ところが、図４に示すようにインク供給路
３５の入口部分（共通液室側）に角部（コーナー部）が
ある液室構造を取っていると、角部に気泡Ｂが残留し易
く、ノズルを下側に向けてヘッドを配置する構成を採用
した場合には残留している気泡が非常に抜けにくく（気
泡排出性が悪く）なる。

【００２５】そこで、本発明に係るインクジェットヘッ
ドにおいては、インク供給路の入口の壁部はノズルから
最も離れているインク液室隔壁部材で形成すると共に、
インク供給路の入口の壁部を曲面形状に形成する。すな
わち、本発明の第１実施例について図５を参照して説明
すると、ここでも、同図（ａ）に示すように、インク液
室隔壁部材２９は、振動板側からそれぞれインク液室隔
壁部材である第１感光性樹脂層５１、第２感光性樹脂層
５２、第３感光性樹脂層５３、第４感光性樹脂層５４、
第５感光性樹脂層５５を積層した層構造とする。

【００２６】そして、同図（ｂ）にも示すように、複数
のインク液室隔壁部材である第１〜第５感光性樹脂層５
１〜５５の内、ノズル３１から最も離れているインク液
室隔壁部材である第１感光性樹脂層５１でインク供給路
３５の入口を形成し、このインク供給路３５の入口の壁
部３５ａの角部をなくして平面で見たときに曲面形状に
形成している。なお、インク供給路３５の入口全体をホ
ーン形状に形成することもできる。

【００２７】このようにインク供給路の入口部分の角部
をなくすることで気泡残留が低減して気泡排出性が向上
し、ノズルを下向きにしたヘッド配置を行うようにした
場合にはインク供給路の入口が最も上方に位置して更に
気泡の排出性が向上する。これにより、インク初期充填
性が良くなり、少ないインク量で迅速に初期充填を行う
ことができる。

【００２８】次に、本発明の第２実施例について図６を
参照して説明すると、この実施例においては、同図
（ｂ）に示すように第１感光性樹脂層５１で加圧液室３
３に直接連通せず、入口部分の壁部３５ａを曲面形状に
したインク供給路３５を形成し、この第１感光性樹脂層
５１上に同図（ｃ）に示すようにインク供給路３５の出
口部分３５ｂを臨ませる加圧液室３３を形成する第２感
光性樹脂層５２を積層することで、同図（ａ）に示すよ
うに感光性樹脂層の厚み方向と直交する方向から厚み方
向に屈曲した流路となるインク供給路３５を形成してい
る。また、インク供給路３５の一部の断面積を小さくし
て流体抵抗部５６としている。

【００２９】このようにインクインク供給路を屈曲させ
た場合でも入口部分を曲面形状に形成して角部をなくす
ることによって気泡の残留を防止することができる。ま
た、インク供給路に流体抵抗部を持たせることによっ
て、滴吐出後のインク再供給（リフィル）インク量を制
御することができ、高周波数駆動に対して安定して応答
することができ、高速、高画質の記録を行なうことがで
きるようになる。すなわち、大きなインク滴を吐出する
場合は、流体抵抗値を小さくすることでリフィルインク
が流れやすくなり、短い周期でメニスカスを安定状態に
することができ、小さいインク滴を吐出する場合は、流
体抵抗値を大きく（断面積を小さく）することで過剰な
リフィルインクによる悪影響をなくすることができる。

【００３０】次に、本発明の第３実施例について図７を
参照して説明すると、この実施例においては、同図
（ｂ）に示すように第１感光性樹脂層５１で加圧液室３
３に直接連通し、入口部分の壁部３５ａを曲面形状に
し、かつ途中を屈曲させて流体抵抗部５６としてインク
供給路３５を形成し、この第１感光性樹脂層５１上に同
図（ｃ）に示すようにインク供給路３５上を覆う第２感
光性樹脂層５２を積層することで、同図（ａ）にも示す
ように１つの感光性樹脂層内で屈曲したインク供給路３
５を形成している。

【００３１】このようにすることで、微細なインク供給
路構造に加えて、断面積を小さくすることが困難な場合
には長さや形状で流体抵抗を持たせることができ、高周
波数駆動に対して安定して応答することができ、高速、
高画質の記録を行なうことができるようになる。

【００３２】なお、上記実施例においては、積層型圧電
素子のｄ３３方向の変位を用いて加圧液室を加圧するイ
ンクジェットヘッドについて説明したが、圧電素子のｄ
３１方向の変位を用いて加圧液室を加圧するインクジェ
ットヘッド、その他のバイモルフ型圧電素子を用いるイ
ンクジェットヘッド、発熱抵抗体を用いる所謂バブルジ
ェット型のインクジェットヘッドなどにも同様に適用す
ることができる。

【００３３】また、上記実施例においては、インク液室
隔壁部材として感光性樹脂を用いた例で説明したが、こ
れに限られるものではなく、金属、その他の樹脂等を用
いることもできる。また、積層構造を構成しているイン
ク液室隔壁部材の層数も５層に限られるものではない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェットヘッドによれば、加圧液室、共通液室及びイン
ク供給路を複数の層構造をなすインク液室隔壁部材で画
成し、インク供給路の入口の壁部はノズルから最も離れ
ているインク液室隔壁部材で形成すると共に、インク供
給路の入口の壁部を曲面形状に形成した構成としたの
で、気泡排出性が向上して気泡残留を防止でき、インク
初期充填性が向上すると共に、ヘッドの信頼性が向上す
る。

【００３５】請求項２のインクジェットヘッドによれ
ば、加圧液室、共通液室及びインク供給路を複数の層構
造をなすインク液室隔壁部材で画成し、インク供給路の
入口の壁部はノズルから最も離れているインク液室隔壁
部材で形成すると共に、インク供給路の少なくとも一部
にインク流動に対する抵抗となる部分を設けた構成とし
たので、高周波数駆動に対する安定して応答が可能にな
り、高速記録に対応できるインク滴噴射特性を確保する
ことができる。

【００３６】請求項３のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１のインクジェットヘッドにおいて、イ
ンク供給路の少なくとも一部にインク流動に対する抵抗
となる部分を設けた構成としたので、気泡排出性が向上
し、インク初期充填性が向上すると共に、ヘッドの信頼
性が向上し、更に高速記録に対応できるインク滴噴射特
性を確保することができる。

【００３７】請求項４のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項２又は３のインクジェットヘッドにおい
て、インク供給路の一部を屈曲させて流体抵抗を持たせ
た構成としたので、微細な液室構造でも流体抵抗を持た
せることができて、高速、高画質記録が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの一例
を示すチャンネル方向と直交する方向の要部拡大断面図

【図２】同ヘッドのチャンネル方向の要部拡大断面図

【図３】同ヘッドの分解斜視図

【図４】（ａ）は従前の液室構造を適用した場合を説明
する要部模式的断面図、（ｂ）は同じく第１感光性樹脂
層の流路パターンを説明する平面図

【図５】（ａ）は本発明の第１実施例を示す要部模式的
断面図、（ｂ）は同じく第１感光性樹脂層の流路パター
ンを説明する平面図

【図６】（ａ）は本発明の第２実施例を示す要部模式的
断面図、（ｂ）は同じく第１感光性樹脂層の流路パター
ンを説明する平面図、（ｃ）は同じく第２感光性樹脂層
の流路パターンを説明する平面図

【図７】（ａ）は本発明の第３実施例を示す要部模式的
断面図、（ｂ）は同じく第１感光性樹脂層の流路パター
ンを説明する平面図、（ｃ）は同じく第２感光性樹脂層
の流路パターンを説明する平面図

【符号の説明】

１…アクチュエータユニット、２…液室ユニット、１１
…基板、１２…圧電素子、１３…フレーム部材、１４，
１５…穴部、２８…振動板、２９…インク液室隔壁部
材、３１…ノズル、３２…ノズルプレート、３３…加圧
液室、３４…共通液室、３５…インク供給路、５１…第
１感光性樹脂層、５２…第２感光性樹脂層、５３…第３
感光性樹脂層、５４…第４感光性樹脂層、５５…第５感
光性樹脂層５６…流体抵抗部。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１２月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】（ａ）は従前の液室構造を適用した場合を説明
する要部模式的断面図、（ｂ）は同じく第１感光性樹脂
層の流路パターンを説明する平面図、（ｃ）は同じく第
２感光性樹脂層の流路パターンを説明する平面図

フロントページの続き (72)発明者 牧田 秀行 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 太田 善久 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 藤井 光美 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 角田 慎一 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のアクチュエータ素子で加圧される
   各加圧液室と、各加圧液室に連通するノズルと、前記各
   加圧液室にインクを供給するための共通液室と、前記加
   圧液室と共通液室とを連通するインク供給路とを有する
   インクジェットヘッドにおいて、前記加圧液室、共通液
   室及びインク供給路を複数の層構造をなすインク液室隔
   壁部材で画成し、前記インク供給路の入口の壁部は前記
   ノズルから最も離れているインク液室隔壁部材で形成す
   ると共に、前記インク供給路の入口の壁部を曲面形状に
   形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 複数のアクチュエータ素子で加圧される
   各加圧液室と、各加圧液室に連通するノズルと、前記各
   加圧液室にインクを供給するための共通液室と、前記加
   圧液室と共通液室とを連通するインク供給路とを有する
   インクジェットヘッドにおいて、前記加圧液室、共通液
   室及びインク供給路を複数の層構造をなすインク液室隔
   壁部材で画成し、前記インク供給路の入口の壁部は前記
   ノズルから最も離れているインク液室隔壁部材で形成す
   ると共に、前記インク供給路の少なくとも一部にインク
   流動に対する抵抗となる部分を設けたことを特徴とする
   インクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   において、前記インク供給路の少なくとも一部にインク
   流動に対する抵抗となる部分を設けたことを特徴とする
   インクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載のインクジェット
   ヘッドにおいて、前記インク供給路の一部を屈曲させた
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。