JPH10193593A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部圧力変動に伴うインク供給室の壁部の変
形を防止する。 【解決手段】 インク供給室４２の壁部に相当する隔壁
２０を、圧電部材６０の非活性領域７０と隣接する圧電
部材６０間に位置する仕切壁６２とで補強した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
ノズルからインク滴を吐出し、記録紙等の記録媒体に付
着させて画像を記録するインクジェット記録ヘッドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、補給用インクを収容するイン
ク供給室と、このインク供給室からそれぞれ供給された
インクを収容する複数のインクキャビティと、これらの
インクキャビティの一壁を形成するようにそれらを覆う
隔壁と、この隔壁を介して各インクキャビティにそれぞ
れ対向配置されたインク加圧手段としてのエネルギー発
生体である圧電部材とからなるインクジェット記録ヘッ
ドが知られている。また、同様の構成を有するヘッドで
あって、階調画像を形成するために２種類のノズル、す
なわち、大径インク滴吐出用ノズル（以下、大径ノズル
という。）と小径インク滴吐出用ノズル（以下、小径ノ
ズルという。）とを備えたものが提案されている。

【０００３】この種のインクジェット記録ヘッドでは、
画像信号に応じて圧電部材に電圧を印加すると、圧電部
材が瞬時に変形して隔壁をインクキャビティ側へ押し込
む。これにより、インクキャビティ内のインクが加圧さ
れ、各インクキャビティにそれぞれ連通するノズルから
インク滴が吐出され、インク滴が記録媒体上に付着して
形成されるドットの集合によって画像が記録されるよう
になっている。また、上記大径ノズルおよび小径ノズル
を有するヘッドでは、各ノズルから異なる大きさのイン
ク滴を吐出させ、ドットの大きさを適宜変化させること
により階調画像を形成することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、圧電部材の変
形に基づいてインクキャビティ内に発生した加圧力は、
インク滴の吐出力となるだけでなく、インクインレット
を介して連通するインク供給室にも戻り圧として作用す
る。その場合、インク供給室の壁部の強度が弱いと、そ
の壁部が戻り圧によって外方に膨らむことがある。他
方、インク滴吐出状態を良好に保つため、画像形成時の
合間にヘッドの主走査方向の端部側に設けたメンテナン
ス部でノズルクリーニングを行う場合、インクパージの
ためにノズルに作用させる吸引負圧がインクキャビティ
とインクインレットを介してインク供給室に及び、イン
ク供給室の壁部を内側にへこませることがある。このよ
うに、インク供給室の壁部が膨らんだり、へこんだりし
てインク供給室の容積が増減することにより、各インク
キャビティへのインク供給量が不安定になり、吐出され
るインク滴の大きさが一定せず、各ノズルごとにばらつ
きが生じるという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本願第１発明の
インクジェット記録ヘッドは上記問題点を解消すべく、
補給用インクを収容するインク供給室と、このインク供
給室から供給されたインクを収容するインクキャビティ
と、このインクキャビティに対向配置され、電圧印加時
の変形に基づきインクキャビティ内のインクを加圧し、
インクキャビティに連通するノズルからインク滴を吐出
させるエネルギー発生体とを備え、上記インク供給室内
部の圧力変動に対抗するように上記インク供給室の壁部
を補強する補強部材を設けたものである。

【０００６】また、エネルギー発生体として圧電部材を
使用し、上記補強部材をこの圧電部材の非活性領域で構
成するのが好ましい。ここに、「非活性領域」とは圧電
部材について変形を生じない領域をいう。

【０００７】また、本願第２発明のインクジェット記録
ヘッドは、補給用インクを収容するインク供給室と、イ
ンク供給室から供給されたインクを収容するインクキャ
ビティと、インクキャビティに対向配置され、電圧印加
時の変形に基づきインクキャビティ内のインクを加圧
し、インクキャビティに連通するノズルからインク滴を
吐出させる圧電部材とを備え、上記インク供給室を形成
する壁部を上記圧電部材の非活性領域で支持したもので
ある。

【０００８】

【発明の作用および効果】本願第１発明のインクジェッ
ト記録ヘッドによれば、内部の圧力変動に対抗するよう
にインク供給室の壁部が補強部材によって補強されてい
るため、インク滴吐出時の戻り圧やインクパージの際の
吸引負圧によって上記壁部が膨らんだり、へこんだりす
ることがない。そのため、インク供給室の容積が変化す
ることがなく各インクキャビティに安定してインクを供
給でき、吐出されるインク滴の大きさをほぼ均一にする
ことができる。

【０００９】また、大径，小径ノズルから異なる大きさ
のインク滴を吐出させて高精細な階調画像を形成するに
は、特に、小径ノズルから吐出される小径領域のインク
滴の大きさを正確に制御する必要があるが、上記戻り圧
に起因するインク滴の大きさのばらつきを無くすこと
で、高精細階調画像を形成する際の画質低下を防止でき
る。

【００１０】さらに、エネルギー発生体として圧電部材
を使用し、上記補強部材をこの圧電部材の非活性領域で
構成すれば、インク供給室の壁部を補強するための新た
な部材を設けなくてもよいので、部品コストおよび組み
立て工数が増加することもない。

【００１１】また、本願第２発明のインクジェット記録
ヘッドは、インク供給室の壁部がインクの加圧手段であ
る圧電部材の非活性領域で支持されているため、特別の
部材を設けることなく、インク供給室内部の圧力変動に
対抗するようにインク供給室の壁部を補強することがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１から図３は本発明
の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド１０を示
す。このヘッド１０は、大径インク滴吐出用ヘッド部
（以下、「大径ヘッド部」という。）１２と小径インク
滴吐出用ヘッド部（以下、「小径ヘッド部」という。）
１４とからなり、ノズルプレート１６、キャビティ形成
部材１８、隔壁２０、振動板２２および基板２４を組み
合わせて一体的に構成されている。

【００１３】ノズルプレート１６は、金属または合成樹
脂等の薄板からなり、大径ヘッド部１２と小径ヘッド部
１４はそれぞれ複数のノズル２８および３０を有してい
る。大径ヘッド部１２のノズル２８は小径ヘッド部１４
のノズル３０のよりも吐出口径が大径に形成されてい
る。また、これらのノズル２８，３０は、電鋳による金
属薄板形成と同時に、または樹脂薄板へのエキシマレー
ザ加工等により形成され、上記ヘッド１０の中央線２６
を挟んでその両側に、中央線２６に沿う直線上に等ピッ
チでそれぞれ形成されている。さらに、各ノズル２８，
３０はそれぞれ、後述するインクキャビティ４０の中央
線２６側の端部近傍に連通するとともに、インクキャビ
ティ４０側が広くインク滴吐出側が狭くなったテーパ状
断面を有している。なお、大径ヘッド部１２と小径ヘッ
ド部１４とは、ノズル２８，３０のノズル径以外は同一
構成を有し、後述する各構成要素が上記中央線２６に関
して対称に配置されている。

【００１４】ノズルプレート１６の下部にはキャビティ
形成部材１８が固定されている。キャビティ形成部材１
８は、金属、合成樹脂、またはセラミック等の平板にフ
ォトリソグラフィ等の方法で上下に貫通する複数の長溝
を形成した枠体で構成される。このキャビティ形成部材
１８の下部には、複数の長溝の一壁を形成するようにそ
れを覆う隔壁２０が固定されている。ノズルプレート１
６および隔壁２０で上下を覆われたキャビティ形成部材
１８の長溝の内部がそれぞれ、インクを収容する複数の
インクキャビティ４０と、補給用インクを収容するイン
ク供給室４２とに形成されている。

【００１５】インクキャビティは、中央線２６と直交す
る方向にそれぞれ平行に延びており、中央線２６に沿っ
て配列されている。インク供給室４２はインクキャビテ
ィ２６を挟んで中央線２６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されている。インクキャ
ビティ４０とインク供給室４２とは、キャビティ形成部
材１８の枠部に設けた細溝状のインクインレット４６を
介してそれぞれ連通しており、インク供給室４２に収容
されたインクがインクインレットを介して各インクキャ
ビティ４２に供給されるようになっている。

【００１６】隔壁２０と基板２４の間に固定された振動
板２２は周知の圧電材料からなり、その上面と下面の一
部分にそれぞれ共通電極、個別電極として機能する導電
性金属層（図示せず。）が設けてある。また、振動板２
２は、図２，３に示すように、ダイシング加工により縦
方向溝５０と横方向溝５２を形成して分断し、各インク
キャビティ４０に対向配置された圧電部材６０と、隣接
する圧電部材６０間に位置する仕切壁６２と、振動板２
２の両側に位置する側部壁６４とに分離されている。各
圧電部材６０の共通電極はアースに接続され、個別電極
は画像信号制御回路（図示せず。）に接続されている。
この画像信号制御回路により各圧電部材６０に電圧が印
加されるとともに、その印加電圧を変えられるようにな
っている。なお、圧電部材６０は単層のものに限らず、
導線性金属層を交互に挟むように複数の薄膜圧電シート
を積層して形成される積層型圧電部材を用いてもよい。

【００１７】圧電部材６０は、インクキャビティ４０に
対応する活性領域（図２中破線で挟まれた領域）６６
と、この活性領域６６を挟んで隣接する非活性領域６
８，７０とを有している。これらの領域のうち活性領域
６６のみに上記共通電極と個別電極が設けてある。すな
わち、高温下でこれらの電極間に高電圧を印加すること
により活性領域６６のみが分極処理されており、画像信
号制御回路からの電圧印加によって変形するようになっ
ている。したがって、圧電部材６０の非活性領域６８，
７０は分極処理されておらず、また、電極も形成されて
いないため、この領域６８，７０に変形が生ずることは
ない。

【００１８】一方、活性領域６６に隣接し、かつ中央線
２６の反対方向に延びる圧電部材６０の非活性領域７０
と各圧電部材６０間に位置する仕切壁６２は、インク供
給室４２の壁部に相当する隔壁２０の外面に固定され、
その隔壁２０の対応部分を補強する補強部材を構成して
いる。

【００１９】基板２４はセラミック、金属、または合成
樹脂等の平板からなり、振動板２２の下部に固定されて
いる。

【００２０】次に、上記構成を有するヘッド１０のイン
ク滴吐出動作について説明する。このヘッド１０におい
てインクは、図示しないインクタンクからインク供給室
４２に供給され、インクインレット４６を介して各イン
クキャビティ４０に収容されている。この状態で、画像
信号制御回路から圧電部材６６へ電圧が印加されると、
その活性領域６６が瞬時に変形し、対応する隔壁２０の
部分がインクキャビティ４０に向かって押し込まれる。
これにより、インクキャビティ４０内のインクが加圧さ
れ、ノズル２８からは大きなインク滴が、ノズル３０か
らは小さなインク滴がそれぞれ吐出される。これらのイ
ンク滴が図示しない記録媒体に着弾して大きさの異なる
ドットを形成する。また、画像信号制御回路によって各
ヘッド部１２，１４の圧電部材６０に印加する電圧を段
階的に変化させると、各ノズル２８，３０から吐出する
インク滴の大きさもそれに応じて変化し、記録媒体上に
は多段階に大きさの異なるドットが形成され、これらド
ットの集合により階調画像が形成される。

【００２１】インク滴吐出時のインクキャビティ４０内
のインクに作用する加圧力は、インクインレット４６を
介してインク供給室４２の補給用インクにも戻り圧とし
て作用し、インク供給室４２に対応する隔壁２０の部分
を加圧する。しかし、本実施形態のヘッド１０ではこの
部分が圧電部材６０の非活性領域７０と仕切壁６２で補
強されているため戻り圧によって外方に膨らむのが防止
される。

【００２２】これとは逆に、ノズルクリーニング時のイ
ンクパージ用吸引負圧がインクキャビティ４０およびイ
ンクインレット４６を介してインク供給室４２の隔壁部
分に作用しても、この部分は圧電部材６０および仕切壁
６２に固定されているため内側にへこむのが防止され
る。

【００２３】このように、本実施形態のヘッド１０によ
れば、上記戻り圧や吸引負圧等の圧力変動によりインク
供給室４２の壁部を構成する隔壁２０が変形することが
なく、インク供給室４２の容積を一定に保つことができ
る。これにより、各インクキャビティ４０へのインク供
給量が安定するので、ノズルから吐出されるインク滴の
大きさがばらつくのを抑えることができ、その大きさを
ほぼ均一にできる。特に、高精細な階調画像を形成する
には小径ヘッド部１４のノズル３０から吐出されるイン
ク滴の大きさを正確に制御することが重要であるが、上
記ヘッド１０では上述したようにインク滴の大きさのば
らつきを抑えることができるので、高精細な階調画像の
形成に有利である。

【００２４】また、インク供給室４２に対応する隔壁２
０の補強を圧電部材６０の非活性領域７０と仕切壁６２
とで行うので、補強部材を特別に設ける必要がなく、部
品コストおよび組み立て工数が増えることもない。

【００２５】ここで、インク供給室４２に対応する隔壁
２０を補強した場合としない場合との比較実験を行っ
た。この実験では、吐出口径をそれぞれ３５μｍ、２４
μｍに形成した大径，小径ヘッド部１２，１４の各ノズ
ル２８，３０を１０個づつ配列し、圧電部材６０に１５
ボルトの電圧を印加して各ノズル２８，３０により形成
されるドット径のばらつきを調べた。その際、圧電部材
６０に１層３５μｍの薄膜圧電シートを２０層積層して
形成したＰＺＴ積層型圧電体、隔壁２０にアラミドフィ
ルム（厚み６μｍ）、記録紙にシャープ社製コート紙Ｓ
Ｔ−７０Ａ４、インクは大日本インク化学工業社製ＭＡ
Ｔ−１００２を使用した。その結果を図４に示す。な
お、図４において●，〇印は、インク供給室４２の隔壁
部分を補強した場合であって、各ノズル２８，３０によ
り１０³回ドットを形成したときのドット径の平均値を
示す。

【００２６】図４から明らかなように、インク供給室の
隔壁部分を補強しない場合には、大径用ノズルで約１５
μｍ、小径用ノズルで約２０μｍのドット径のばらつき
が発生した。これに対し、インク供給室の隔壁部分を補
強した場合には、各ノズルによるドット径のばらつきを
数μｍ以内に抑えられることが分かった。これにより、
本実施形態のヘッドによれば、高精細な階調画像の形成
に不可欠な条件である正確なドット径制御が可能になる
ことが確認できた。

【００２７】本実施形態では、インク供給室４２に対応
する隔壁部分の補強部材として圧電部材６０の非活性領
域と各圧電部材間に位置する仕切壁とを使用したが、圧
電部材６０および仕切壁６２をインクキャビティ４０に
相当する長さに形成するとともに、圧電部材６０と同一
厚みでインク供給室４２の大きさにほぼ相当する細長板
状の補強部材を別途設けてもよい。また、上記ヘッド１
０では補強の対象となるインク供給室４２の壁部を隔壁
２０で構成したが、これに限らず、インク供給室の壁部
が一体成形されており、その壁部を補強するようにした
ものでもよい。さらに、上記ヘッド１０では隔壁２０に
よりインクキャビティ４０と圧電部材６０とを隔離した
が、本発明は圧電部材をインクキャビティに直接臨ませ
るように配置したヘッドにも適用できる。

【００２８】なお、以上の説明では異なる大きさのイン
ク滴を吐出可能なインクジェット記録ヘッドについて説
明したが、本発明は一定の大きさのインク滴を吐出して
画像を形成するヘッドにも適用でき、その場合にもばら
つきの少ないほぼ均一なドットを形成でき、良好な画質
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるインクジェット記録ヘッドの
ノズルプレート側から見た部分正面図である。

【図２】 図１におけるII−II線断面図である。

【図３】 図２におけるIII−III線断面図である。

【図４】 インク供給室に対応する隔壁部分を補強した
場合としない場合の大径，小径用ノズルによるドット径
のばらつきを調べた結果を示す図である。

【符号の説明】

１０…インクジェット記録ヘッド、２０…隔壁、２８，
３０…ノズル、４０…インクキャビティ、４２…インク
供給室、４６…インクインレット、６０…圧電部材、７
０…非活性領域。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 補給用インクを収容するインク供給室
   と、インク供給室から供給されたインクを収容するイン
   クキャビティと、インクキャビティに対向配置され、電
   圧印加時の変形に基づきインクキャビティ内のインクを
   加圧し、インクキャビティに連通するノズルからインク
   滴を吐出させるエネルギー発生体とを備え、上記インク
   供給室内部の圧力変動に対抗するように上記インク供給
   室の壁部を補強する補強部材を設けたことを特徴とする
   インクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 上記エネルギー発生体は圧電部材であ
   り、該圧電部材の非活性領域で上記補強部材を構成した
   請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 補給用インクを収容するインク供給室
   と、インク供給室から供給されたインクを収容するイン
   クキャビティと、インクキャビティに対向配置され、電
   圧印加時の変形に基づきインクキャビティ内のインクを
   加圧し、インクキャビティに連通するノズルからインク
   滴を吐出させる圧電部材とを備え、上記インク供給室を
   形成する壁部を上記圧電部材の非活性領域で支持してな
   るインクジェット記録ヘッド。