JPH10278264A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な画像を形成するインク記録ヘッド３を
提供する。 【解決手段】 複数のノズルのそれぞれの表面とインク
との接触角度、または上記複数のノズルのそれぞれの内
面とインクとの接触角度の少なくとも一方を、上記複数
のノズルからそれぞれ吐出するインク滴の量に基づいて
決定していることを特徴としたインクジェット記録ヘッ
ド。

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
複数のノズルからインク滴を吐出させ、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
ッドに関し、詳しくは、ノズルの表面とインクとの接触
角度及びノズルの内面とインクとの接触角度をインク滴
の量に応じて決定してい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、複数のノズルからインクを吐
出し、このインク滴が記録媒体に付着されるインクドッ
トにより画像を記録するインクジェット記録ヘッドが知
られている。インクジェット記録ヘッドを用いて高画質
な画像を形成するには、吐出するインク滴の量を階調段
階に応じて変更することが必要であり、インク滴の量を
変更する手段としては、インクに対する加圧力を変更す
る場合と、異なる径のノズルを複数設け、所望のインク
滴の量が吐出されるノズルからインク滴を吐出させる場
合とがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記イ
ンクに対する加圧力を変更するインクジェット記録ヘッ
ド、及び上記異なる径のノズルを複数設けたインクジェ
ット記録ヘッドにおいては、ノズルの表面及びノズルの
内面とインクとの接触角度が考慮されていない。このた
め、例えば、ノズルから吐出されるインク滴の量が多い
場合であって、ノズルの表面とインクとの接触角度が小
さい場合には、インク滴を吐出した後のノズルの振動に
よってノズルからインクが溢れ出るという問題点があ
り、また、ノズルの内面とインクとの接触角度が大きい
場合にはノズルの内面とインクとの濡れ性が悪いため、
ノズルに対するインクの供給に支障を来すという問題点
があった。

【０００４】また、ノズルから吐出されるインク滴の量
が少ない場合であってノズルの表面とインクとの接触角
度が大きい場合には、ノズルからインク滴が吐出しにく
くなるという問題点があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、上記問
題点を解決して良好な画像を形成することができるイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的としてなさ
れたもので、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
ドでは、複数のノズルのそれぞれの表面とインクとの接
触角度、または上記複数のノズルのそれぞれの内面とイ
ンクとの接触角度の少なくとも一方を、上記複数のノズ
ルからそれぞれ吐出するインク滴の量に基づいて決定し
ていることを特徴としている。

【０００６】請求項２に記載のインクジェット記録ヘッ
ドでは、上記複数のノズルの中で大径インク滴を吐出す
るノズルの表面とインクとの接触角度を、上記ノズルの
表面が撥水効果を有する接触角度としていることを特徴
としている。

【０００７】請求項３に記載のインクジェット記録ヘッ
ドでは、上記複数のノズルの中で大径インク滴を吐出す
るノズルの内面とインクとの接触角度を、上記ノズルの
内面が親水効果を有する接触角度としている。

【０００８】

【発明の作用及び効果】請求項１に係るインクジェット
記録ヘッドでは、吐出するインク滴の量が多いノズルに
あっては、ノズルの表面とインクとの接触角度を大きく
する。これにより、上記ノズルの表面に撥水作用が付加
されるため、インク滴を吐出した後のノズルの振動によ
ってノズルからインクが溢れ出ることが防止される。ま
た、上記ノズルでは、内面とインクとの接触角度を小さ
くすることによりノズルの内面に親水作用が付加される
ため、ノズルの内面とインクの濡れ性が向上することか
らノズルに対するインクの供給性を向上させることがで
きる。

【０００９】また、吐出するインク滴の量が少ないノズ
ルでは、ノズルの表面とインクとの接触角度を小さくし
ている。これにより、ノズルの表面には親水作用が付加
されるのでノズルにインクが素早く良好に供給される。

【００１０】このように、請求項１に係るインクジェッ
ト記録ヘッドでは、複数のノズルからそれぞれ吐出され
るインク滴の量に基づいて、複数のノズルのそれぞれの
表面とインクとの接触角度、または複数のノズルのそれ
ぞれの内面とインクとの接触角度を、撥水作用が得られ
る接触角度または親水作用が得られる接触角度としてい
る。したがって、複数のノズルの全てについて、吐出さ
れるインク滴のメニスカスを安定させることができ、イ
ンク滴の飛翔ばらつきの発生を防止することができる。
さらに、インク滴吐出後のノズルからインクが溢れるこ
とが無いので、インク滴の飛散（サテライトノイズ）
や、インク滴が飛翔する際に曲がることが無いので形成
される画像が良好なものとなる。

【００１１】請求項２に係るインクジェット記録ヘッド
では、大径インク滴を吐出するノズルの表面に撥水作用
が付加されているため、インク滴を吐出した後のノズル
の振動によって上記ノズルからインクが溢れ出ることが
防止されるので、インク滴の飛散（サテライトノイズ）
や、インク滴が飛翔する際に曲がることが無いので形成
される画像が良好なものとなる。

【００１２】請求項３に係るインクジェット記録ヘッド
では、大径インク滴を吐出するノズルの内面に親水作用
が付加されているため、ノズルの内面とインクの濡れ性
が向上していることからノズルに対するインクの供給が
素早く良好に行われるので、連続的にインクを吐出させ
る場合であってもインクが途切れることが無いため、速
い速度で印字することができ、良好な画像を形成するこ
とができる。

【００１３】

【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ヘッド１０を示してい
る。このインクジェット記録ヘッド１０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。

【００１４】チャンネルプレート１６はニッケルで形成
されており、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２
４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。なお、チャンネルプレート１６はニッケルに
限るものではなく、合成樹脂等の非導電性材料又はステ
ンレス等の金属で形成するようにしてもよい。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。

【００１５】本実施の形態では、大径ヘッド部１２のノ
ズル２８と小径ヘッド部１４のノズル２９は同一径とし
てある。しかし、大径ヘッド部１２と小径ヘッド部１４
にそれぞれ対応する圧電部材４２には異なる電圧を印加
することで、大径ヘッド部１２のノズル２８から吐出す
るインク滴の径は小径ヘッド部１４のノズル２９から吐
出するインク滴の径に比較して大きいものとなる。な
お、上記ノズル２８と２９の径を異なるものとして、吐
出するインク滴径が異なるようにしてもよい。

【００１６】また、大径ヘッド部（ノズル２８の表面）
１２にはコーティング材料（旭ガラス社製サイトップ）
が塗布してあり、撥水層４０が形成され、大径ヘッド部
１２のインクに対する接触角度（８７度）を大きくして
撥水効果が得られるようになっている。したがって、ノ
ズル２８からは、インク滴を吐出した後のノズル２８自
身の振動によってインクが溢れ出ることが防止される。
なお、ノズル２８の内面は、ノズル２８に対するインク
の供給が素早く良好に行われるように、インクとの接触
角度を小さくすることで親水効果を高める必要がある
が、ニッケルでつくられたチャンネルプレート１６のイ
ンクに対する接触角度（３２度）はもともと小さいの
で、塗布等の表面処理を必要としない。

【００１７】さらに、小径ヘッド部１４（ノズル２９の
表面）及びノズル２９の内面にはポリイミド樹脂からな
るコーティング材料が塗布してあり、それぞれ親水層４
１が形成されている。これにより、小径ヘッド部１４と
インク、及びノズル２９の内面とインクとの接触角度
（６７度）をある程度小さいものとして、インクがノズ
ル２９から良好に吐出できるようになっている。

【００１８】なお、上記撥水層４０を形成するには、ノ
ズル２８の内部にホットメルトワックスを封入した状態
でコーティング材料をスプレー法によって大径ヘッド部
１２に塗布した後、ノズル２８の内部からホットメルト
ワックスを溶融除去することで行われる。また、コーテ
ィング材料をスプレー法によって大径ヘッド部１２に塗
布した後、エキシマレーザ等で大径ヘッド部１２に孔を
空けてノズル２８を形成するようにしてもよい。上記親
水層４１を形成するには、エキシマレーザ等で小径ヘッ
ド部１４に孔を空けてノズル２９を形成した後、スプレ
ー法によってコーティング材料を小径ヘッド部１４とノ
ズル２９の内部とに塗布することで行われる。なお、上
記大径ヘッド部１２、小径ヘッド部１４等に塗布される
コーティング材料を決定するために行った実験について
は後述する。

【００１９】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。

【００２０】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（図示せず。）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２０はダイシング加工により縦方向溝５８と
横方向溝６０を形成して分断し、各インクキャビティ２
６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、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。

【００２１】ベースプレート２２は合成樹脂等の非導電
材料からなり、その上面に振動板２０を固定・支持して
いる。

【００２２】上記構成のインクジェット記録ヘッド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）から駆動電圧（印字信号）が印加されると
圧電部材４２が変形して隔壁１８をインクキャビティ２
６に向かって押し込み、インクキャビティ２６内のイン
ク２４を加圧して、ノズル２８を介してインク滴を吐出
する。

【００２３】上述のように、大径ヘッド部１２には撥水
層４０が形成されているので、インク滴を吐出した後の
ノズル２８の振動によって上記ノズル２８からインクが
溢れ出ることが防止される。また、撥水効果によってイ
ンクのメニスカスを安定させることができるので、イン
ク滴の飛散（サテライトノイズ）やインク滴が飛翔する
際に曲がることが防止されることから良好な画像を形成
することができる。その上、ノズル２８の内面はインク
との接触角度が小さく親水性に優れているのでノズル２
８にはインクが途切れることなくスムーズに供給するこ
とができる。したがって、印字速度が速い場合であって
も良好な画像を形成することができる。

【００２４】さらに、小径ヘッド部１４及びノズル２９
の内面には親水層４１が形成してあるので、ノズル２９
からインクを良好に吐出することができ、また、ノズル
２９にはインクがスムーズに供給される。

【００２５】このように、インクジェット記録ヘッド１
０では、ノズル２８または２９からそれぞれ吐出される
インク滴の量、すなわちインク滴径に基づいて、ノズル
２８と２９のそれぞれの表面及び内面に撥水層４０また
は親水層４１を形成し、インクとの接触角度をそれぞれ
の表面及び内面に対して好適なものとしている。したが
って、ノズル２８及び２９の両方を使用して形成される
画像が良好なものとなる。なお、インクは黒色以外の色
からなるカラーインクを使用してもよい。カラーインク
のインク滴径は、黒色または他のカラーインクとの反射
濃度の差に応じて決定されるが、決定されたインク滴径
の大小に応じて、カラーインクを吐出するノズルの表面
及び内面に撥水層４０または親水層４１を形成すれば、
カラーインクにより形成される画像が良好なものとな
る。

【００２６】ここで、大径ヘッド部１２等に塗布される
コーティング材料を決定するために行った実験について
説明する。本実験では、厚さ９０μｍのチャンネルプレ
ートに直径２３μｍのノズルを形成したものを５つ用意
し（チャンネルプレートＡ〜Ｅ）、これらのチャンネル
プレート表面及びノズルの内面を表１に示すコーティン
グ材料で塗布した。

【００２７】

【表１】

【００２８】また、上記表１に示された条件によって塗
布されたチャンネルプレートＡ〜Ｅに対するインクの接
触角度を測定したところ表２に示す結果が得られた。な
お、使用したインクの物性及び組成比を表３に示してい
る。

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】また、上記チャンネルプレートＡ〜Ｅを使
用し、チャンネルプレートＡ〜Ｅに対応する圧電部材に
２０Ｖを印加することで約１００μｍの大径インク滴を
吐出した場合、及び１０Ｖを印加することで約４５μｍ
の小径インク滴を吐出した場合について、（i）インク
の溢れ、垂れ、（ii）ドット径のばらつき、及び（ii
i）インクの供給遅れ、に関する評価を行った。

【００３２】上記（i）〜（iii）の評価方法について説
明する。 （i）インクの溢れ、垂れを評価するテストでは、イン
ク供給室にインクを供給した状態でノズルからインクが
溢れたり、垂れたりすることがないか目視により評価を
行った。具体的には、ノズルからインクが溢れたり、垂
れることが無い場合は〇、ノズルからインクが突出した
場合は△、ノズルからインクが溢れたり、垂れた場合は
×により評価している。

【００３３】（ii）ドット径のばらつきを評価するテス
トでは、形成されたインクドットのばらつきが有るか否
かについて評価した。具体的には、インクドット径のば
らつきが±５μｍ以内である場合は〇、±１５μｍ未満
である場合は△、±１５μｍ以上である場合は×により
評価している。

【００３４】（iii）インクの供給遅れを評価するテス
トでは、４ＫＨｚでインクドットを１０００発連続印字
して直線を描き、インクドットの欠落の有無によって評
価した。具体的には、インクドットの欠落が無い場合は
〇、３個以内は△、４個以上は×により評価している。
上記（i）〜（iii）の評価結果をそれぞれ表４、表５及
び表６に示す。

【００３５】

【表４】

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】上記表４、表５及び表６の結果から明らか
なように、大径インク滴を吐出した場合においては、チ
ャンネルプレートＢが全ての評価について〇となった。
チャンネルプレートＢが優れた結果を得た原因は、大径
インク滴を吐出する場合には、小径インク滴を吐出する
場合に比べて、より多くのインクを必要とすることから
ノズル内面の接触角度を小さくしてインクの供給がスム
ーズに行えるようにする必要があるからであり、また、
インク吐出後の残留振動によってインクがノズルから溢
れないようにチャンネルプレートの表面の接触角度を大
きくする必要があるからである。

【００３９】小径インク滴を吐出した場合においては、
チャンネルプレートＤが全ての評価について〇となっ
た。チャンネルプレートＤが優れた結果を得た原因は、
チャンネルプレートの表面の接触角度があまり大きいと
ノズルから小径インク滴を吐出させることが困難になる
からである。

【００４０】なお、上記評価テストの結果に基づいて、
インクジェット記録ヘッド１０のチャンネルプレート１
６の材質（ニッケル）及びコーティング材料（サイトッ
プ、ポリイミド）は決定したが、チャンネルプレート１
６の材質はニッケルに限るものではなく、またコーティ
ング材料もサイトップ、ポリイミドに限定されるもので
はない。

【００４１】例えば、チャンネルプレート１６の材質を
ステンレスまたはポリイミドとし、これらにパーフロロ
アクリレートと金属との共析メッキによるコーティング
を行うようにしてもよい。この場合、ステンレスまたは
ポリイミドからなるチャンネルプレート１６の接触角度
は、共析メッキによるコーティングによって３６度また
は７１度から９２度に変更することができる。このよう
に、塗布やメッキ等の公知のコーティングを施すこと
で、所望の接触角度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一
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。

【符号の説明】

１０…インクジェット記録ヘッド、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、２０…振動板、２２…ベースプレート、２
４…インク、２６…インクキャビティ、２８、２９…ノ
ズル、３０…インク供給室、４０…撥水層、４１…親水
層、４２…圧電部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノズルのそれぞれの表面とインク
   との接触角度、または上記複数のノズルのそれぞれの内
   面とインクとの接触角度の少なくとも一方を、上記複数
   のノズルからそれぞれ吐出するインク滴の量に基づいて
   決定していることを特徴としたインクジェット記録ヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 上記複数のノズルの中で大径インク滴を
   吐出するノズルの表面とインクとの接触角度を、上記ノ
   ズルの表面が撥水効果を有する接触角度としていること
   を特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッ
   ド。
3. 【請求項３】 上記複数のノズルの中で大径インク滴を
   吐出するノズルの内面とインクとの接触角度を、上記ノ
   ズルの内面が親水効果を有する接触角度としていること
   を特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット
   記録ヘッド。