JPH11300960A

JPH11300960A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH11300960A
Application number: JP10107971A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Otsuka; 泰弘大塚; Torahiko Kanda; 虎彦神田; Shinichi Okuda; 真一奥田; Fuminori Takizawa; 文則滝沢
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: JP2940544B1; US6305792B1; EP0950525A3; CN1232749A; CN1081540C; EP0950525A2

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェット記録ヘッドの構造を簡単化
し、製造工数を少なくして安価に製造できるようにし、
ヘッド構造を大型化することなく十分なインクプール容
量を確保するとともに、ノズルのレイアウトの自由度を
高くし、かつインク供給口の位置や数に対する制約を小
さくして設計の自由度を高める。【解決手段】表面に複数ｎ個のノズルが配列されたノ
ズルプレートの裏面に、インクが供給される間隔（イン
クプール）を設け、インク室プレートを配置し、このイ
ンク室プレートおよびノズルプレートにそれぞれ接し各
ノズルの裏側に隔壁により個別の空間を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はインクジェット形の
印刷装置あるいは記録装置に利用する。本発明は、多数
の配列されたノズルから画像信号に応じて選択的にイン
クを噴射させる記録ヘッドを設け、この記録ヘッドを紙
面その他に沿って走査することにより、文字や図形を印
刷するための装置に利用する。本発明は、ヘッド構造の
簡略化およびノズル密度の向上をねらうインクジェット
記録ヘッドの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドは、複数ｎ個
のノズル（例えばｎは一色あたり２４個から３００個な
ど）から電気信号（印字データ）に応じて選択的にイン
クを噴出させ、これを紙面などの記録媒体の表面に沿っ
て走査させることにより紙面などに文字や図形を印刷す
るものである。この構造は一般に、複数個のノズルに対
して共通に設けられた１個のインクプールにインクが蓄
えられ、このインクプール内のインクはノズル毎に設け
られた狭いインク供給通路を介して圧力室に導入され、
電気信号に応じて圧力を発生する圧力発生手段により圧
力室内のインクに圧力を印加し、ノズルからインク滴と
なって噴出されるようになっている。

【０００３】このとき一つの圧力室に印加された圧力波
の伝搬により、その圧力室に連通する一つのノズルから
インク滴を噴出するだけでなく、共通に設けられたイン
クプールにも圧力波が伝搬する。これが他のノズルに影
響すると、いわゆる音響的なクロストークとして、所望
のノズル以外のノズルの吐出状態に影響を与えることが
ある。極端な場合には所望のノズル以外のノズルからも
少量のインクが噴出することになる。

【０００４】また、ヘッドを小型化するためにはインク
プールを小さく形成することが必要であるが、インクプ
ールの容量が十分でない場合には同時に駆動するノズル
数が増加すると、インクプールから各圧力室へのインク
供給が不足し、安定な吐出を行えなくなる。

【０００５】従来から、クロストークおよびインクの供
給不足を防止し、同時に駆動するノズル数によらず安定
した吐出を実現すること、ノズル密度を向上しヘッド全
体の構造を小型化すること、あるいはノズル密度を向上
して決められたヘッドサイズの中でノズル数を増加する
こと、およびヘッド構造を簡略化して安価なヘッドを製
造することは、インクジエット記録ヘッドの継続的な課
題である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなインクジェ
ット記録ヘッド構造として、図１８（ａ）および（ｂ）
に示すように孔明けされた多数の板材を積層してヘッド
を構成する構造が採用されている。これは特開平８−５
８０８９号公報に開示されたものである。この構造で
は、多数ｎ個のノズルに対して共通に設けられたインク
プール３０が設けられ、ここに蓄えられたインクが、各
ノズル３１毎に設けられた供給口３２を経由してノズル
３１毎の供給通路３３に導入され、これがさらに別層に
設けられた圧力室３４に導入されるようになっている。

【０００７】この構造では図１８（ｂ）に示すように、
ノズルプレート１００、リザーバ室形成基板１０１、イ
ンク供給絞り形成基板１０２、封止基板１０３、圧力室
形成基板１０４、振動板１０５の６枚の基板を積層する
ことにより、インクプール３０からノズル３１に至る流
路を形成し、さらに圧電素子１０６、上部電極１０７、
フレキシブルプリント基板１０８等からアクチュエータ
を形成しインクジエット記録ヘッドを構成していた。

【０００８】この構造では、図１８（ｂ）にあるように
ノズル３１を平面的に２列に配列することが可能である
から、各列のノズル位置を互いにずらすことにより、副
走査方向に幅当たりのノズル密度を２倍にすることがで
きる利点がある。しかし、積層する基板の数が多く構造
が複雑であるため、各基板の部品加工および基板積層時
の精密位置決め、接着、接合に要する製造工数が多くな
る課題があった。また、この構造のヘッドでは、ヘッド
を構成する各基板の板面に対する垂直投影方向におい
て、インクプール３０はわずかに供給通路３３の一部と
重なるように配置されているが、圧力室３４やノズル３
１とは重なりがないため、ヘッド全体の面積に対するイ
ンクプールの占める面積が小さく、インクプール３０を
十分に大きく形成するにはヘッド全体を大型化しなけれ
ばならない課題があった。

【０００９】積層する層数をできるだけ少なくしたイン
クジェットとして、図１９（ａ）および（ｂ）に示すよ
うに、一つの層基板４０の内部に、細長い加圧室４４と
それに連通するノズル４１、およびインク供給路１１１
を設けた構造が知られている。これは特公平４−５２２
１３号公報に開示されたものである。図１９（ａ）およ
び（ｂ）で、圧電素子１１４は剛性部材１１６により振
動板１１３に接するように保持され、電極１１２および
１１５を介して与えられる電気信号にしたがって機械的
に振動し、この振動は振動板１１３を介して加圧室４４
に与えられる。これによりインクはインクプール１１７
から、インク供給路１１１を経てノズル４１に供給され
るように構成されている。

【００１０】この図１９（ａ）および（ｂ）に示す構造
は、層数が少なくなる利点があるが、図１９（ａ）から
わかるように、基板４０に対して深さが変化する精密な
加工が必要であり、製造に要する工数が大きくなること
は免れられない。またこの構造では、加圧室４４の隣に
インクプール１１７を配置せざるをえないから、ヘッド
全体構造の小型化が困難であった。

【００１１】ノズルを平面的にマトリクス状に配置する
ことにより、副走査方向に幅当たりのノズル密度を大き
くすることができることは、特開平３−２７４１５７号
公報に開示されているが、この公報に開示されたものは
マトリクス状に配置された圧力室を駆動するための電気
機械変換素子の構造に関するものであって、インクの流
れについて、これをマトリクス状に配列できるように工
夫したものではない。

【００１２】また、インクジェットヘッドの小型化と同
時にすべての圧力室に対して確実にインクを供給するこ
とを目的とするインクジェット記録ヘッドが、特開平７
−２４６７０１号公報に開示されている。この構造は図
２０（ａ）および（ｂ）に示すものであり、ノズル９７
と個々に連通して形成された複数の圧力室１１９を設
け、この圧力室１１９に供給するインクを一時貯蔵する
ために、各圧力室１１９と連通するインク溜め室１２０
を設ける構造となっている。

【００１３】この構造では、インク溜め室１２０をイン
クジェットヘッド板１１８（前側基板１２５、中基板１
２６、裏側基板１２７）の板面に対して垂直の投影方向
に複数の圧力室１１９と重なるように配置できるから、
図１８あるいは図１９で説明した構造に比べて、大きい
インク溜め室を形成することができる利点がある。しか
し、ノズル孔９７およびインク供給路１２１は、インク
ジェットヘッド板１１８の板面に対して垂直の投影方向
に重ねられない課題がある。また、この構造では、イン
ク溜め室１２０からノズル孔９７に至る経路を形成する
インクジェットヘッド板１１８は、３枚の基板で構成さ
れている。したがって、これら３枚の板材を組み立てる
ときには、インク供給路１２１と圧力室１１９との間の
精密な位置決め、および圧力室１１９と２枚の板材に形
成されたノズル孔９７との精密な位置決めが必要であ
り、これは製造工数を大きくすることになる。これは図
１８に示す構造でも同様であり、すでに説明したとおり
である。

【００１４】さらに、図２０に示す構造は、例えばイン
ク溜め室１２０は板材の貫通加工ではなく、加工深さを
制御する精密加工が必要である。このために、製造工数
が大きくなるとともに、部品加工の歩留りを低下させる
ことになる課題がある。これは図１９に示す構造でも同
様である。

【００１５】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、構造が簡単であり、製造工数が少なく、かつ小
型であり安価に製造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する。本発明は製造歩留りを改善
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
ことを目的とする。本発明は、ノズルのレイアウトの自
由度が高く、インクの供給口の位置や数に対する制約の
小さいインクジェット記録ヘッドを提供することを目的
とする。本発明は、ノズルを平面的に配置することを可
能として、実質的なノズル密度を大きくすることができ
るインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とす
る。本発明は、ノズルをマトリクス状に配置することが
できるとともに、それに適合するインク供給系を提供す
ることを目的とする。本発明は、ヘッド構造を大型化す
ることなくノズルの数を多くすることを可能とし、これ
を選択的に使用することにより高速印字を可能とする記
録ヘッドを提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数のノズル
から選択的にインクを噴射させ文字や図形を印刷するイ
ンクジェット記録ヘッドの構造を簡単化するとともに、
ヘッド構造を大型化することなく実質的なノズル密度を
増加させることを特徴とする。

【００１７】すなわち、本発明は、表面に複数ｎ個のノ
ズルが配列されたノズルプレートと、このノズルプレー
トの裏面にこのノズルプレートとの間にインクが供給さ
れる間隙を設けてこのノズルプレートにほぼ平行に配置
されたインク室プレートと、このインク室プレートおよ
び前記ノズルプレートにそれぞれ接し前記ノズル毎にそ
の裏側にそれぞれノズルと連通する個別の空間を形成す
る隔壁と、前記インク室プレートおよび前記ノズルプレ
ートにそれぞれ接し、複数の前記隔壁を囲むように形成
された外壁と、前記隔壁に設けられ前記間隙から前記個
別の空間にインクを供給するインク供給口と、このイン
ク供給口から前記個別の空間の内部に供給されたインク
をそれぞれ個別に加圧する圧力発生手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００１８】前記インク室プレートはその厚さ方向に機
械的振動を伝搬することができる薄手の板材により形成
され、前記圧力発生手段はこのインク室プレートの外か
ら前記ノズルと連通する個別の空間にそれぞれ個別に機
械的な変位を与える電気機械変換素子を含むことが望ま
しく、前記圧力発生手段は、前記個別の空間の内部に配
置された発熱素子と、この発熱素子を個別に加熱する電
気的手段とを含む構成とすることができる。

【００１９】インク室プレートに設けられたインクプー
ルとなる間隙にインクが供給されると、インク供給口か
らインク室プレートおよびノズルプレートにそれぞれ接
しノズルと連通するように隔壁により形成された個別の
空間内にインクが供給される。個別の空間（これが圧力
室に相当する）に供給されたインクは、圧力発生手段に
より圧力が印加されたときに空間それぞれに対応して配
列されたノズルから噴射される。

【００２０】圧力発生手段には、機械的変位を与える電
気機械変換素子（例えばピエゾアクチュエータ）を用い
ることができ、この圧力発生手段によりインク室プレー
トの外側からノズルと連通する個別の空間にそれぞれ個
別に機械的変位が与えられる。インク室プレートは薄手
の板材により形成しておくことにより、与えられた機械
的変位をその厚さ方向に敏感に伝搬させることができ、
これによりインク室プレート内の空間に供給されたイン
クに圧力が印加される。

【００２１】また、圧力発生手段として、インク室プレ
ート内の個別の空間内に発熱素子を配置することができ
る。この発熱素子を用いた場合には、発熱素子が電気的
手段により個別に加熱されたときに、加熱された空間内
のインクが気化膨張し、その膨張力によりノズルからイ
ンクが噴射される。

【００２２】隔壁は、インク室プレートまたはノズルプ
レートのいずれかにそれぞれ接し、ノズル毎に連通する
個別の空間となるように一体に形成する。これにより、
ノズルプレートに形成された多数（例えば８例×２０列
＝１６０個）のノズルそれぞれに対応する隔壁を一つの
部品に一体加工することができ、部品点数を大きく削減
することができるとともに、組立工数を少なくし安価な
価格で製造することができる。隔壁を一体加工するには
エッチング加工（化学処理）またはエレクトロフォーミ
ングなどによることができる。

【００２３】また前記複数の隔壁を囲む外壁を前記イン
ク室プレートと前記ノズルプレートとの間に複数形成し
て、１枚のインク室プレートと１枚のノズルプレートと
の間に複数の独立したインクプールとなる間隙を形成す
ることにより、複数色のインクをそれぞれ独立したイン
クプールとなる間隙に充填することができる。これによ
り、小型で簡易構造の多色インクジェット記録ヘッドを
実現することができる。

【００２４】ノズルプレートは厚手の板材により形成
し、その裏面にそれぞれのノズルに連通するくり抜き空
間をノズルの中心軸に対して軸対称の形状に形成する。
これにより、隔壁内の空間からノズルに至るインクの流
れに、滞留点や淀み点が発生することを防止することが
できる。この構造により空間内に気泡が混入した場合に
も、容易にノズルから気泡を排出することが可能にな
る。

【００２５】インク室プレートのインクプールとなる間
隙に蓄積されたインクを隔壁内の空間に供給するインク
供給口は各個別の空間毎に１個または複数個設けること
ができる。一個の場合には空間内のインクに圧力が印加
されたときに、インク供給口からインクプールとなる間
隙内に逆流する圧力波の振幅が小さくなりノズル近傍の
圧力波の振幅を増大することができる。したがって効率
的にインク滴を吐出させることが可能になる。また、複
数個設けた場合には空間内のインクに圧力が印加された
ときに、圧力波がインク供給口からインクプールとなる
間隙内に逆流する量がやや増加するが、ノズルからイン
ク滴が噴射された後の空間内へのインクの補給がすみや
かに行われることになる。したがって駆動周波数を増加
し高速印字が可能となる。

【００２６】このインク供給口はそれぞれの隔壁に切り
込みとして形成することができ、その向きは隣接するノ
ズルについて同一方向または異なる方向に配置すること
ができる。インク供給口を異なる方向に配置した場合に
は、他のノズルへの音響的なクロストークを低減するこ
とができる。しかも、インクプールとなる間隙から空間
内にインクが補給される際に生じるインク供給口への流
れが相互に干渉することが防止されるので、インクの補
給特性を向上させることができる。

【００２７】複数ｎ個のノズルは二次元的に、マトリク
ス状に、主走査方向および副走査方向に配列することが
できる。さらに主走査方向に対して所定角度αを設けて
配列することもできる。所定角度αを設けて配列するこ
とにより、副走査方向に対するノズル位置が重なること
がなくなるから、全ノズルを同時に駆動して印字を行う
ことができる。

【００２８】このように、本発明による構造はノズルプ
レートおよびインク室プレートの二つの部品に集約され
るのでその構造はきわめて簡単になる。したがって製造
工数を少なくし、インクジェット記録ヘッドを安価に製
造することができる。また、二次元的に配列することが
可能となるので、ノズルのレイアウイトの自由度を高く
し、かつインク供給口の位置や数に対する制約を小さく
することができ、さらに、ノズル数を増加し高速印字を
可能にすることができる。

【００２９】また、ノズルプレートとインクジェット室
プレートおよび外壁により囲まれた間隙をインクを貯蔵
するインクプールとするので、このインクプールの内側
に隔壁により個別の空間、すなわち個別の圧力室を形成
することができるから、ヘッドを小型化するとともに、
十分に大きい容量のインクプールを確保することができ
る。また複数のノズルを同時に駆動しても、駆動ノズル
数によらず安定なインク滴の吐出を実現することができ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】

【００３１】

【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００３２】（第一実施例）図１は本発明第一実施例の
構造を示す一部断面斜視図、図２は本発明第一実施例の
構造を示す図１におけるＡ矢視方向部分拡大断面図、図
３は本発明第一実施例の構成を示す一部断面分解斜視図
である。

【００３３】本発明第一実施例は、表面に複数ｎ個（例
えば８×８＝６４個）のノズル１１が配列されたノズル
プレート１と、このノズルプレート１の裏面にこのノズ
ルプレート１との間にインクが供給される間隙、すなわ
ちインクプール２１を設けてこのノズルプレート１にほ
ぼ平行に配置されたインク室プレート２と、このインク
室プレート２およびノズルプレート１にそれぞれ接しノ
ズル１１毎にその裏側にそれぞれノズル１１と連通する
個別の空間２３を形成する隔壁２２と、ノズルプレート
１およびインク室プレート２とそれぞれ外周部で接する
外壁５０と、隔壁２２に設けられインクプール２１から
個別の空間２３にインクを供給するインク供給口２４
と、このインク供給口２４から個別の空間２３の内部に
供給されたインクにそれぞれ個別に圧力を印加する圧力
発生手段３とが備えられる。この第一実施例では、ノズ
ル開口径は直径３０μｍ、ノズルプレートの厚さ１００
μｍ、ノズル間ピッチを１．０ｍｍとした。

【００３４】インク室プレート２はその厚さ方向に機械
的振動を伝搬することができる薄手の板材により形成さ
れ、圧力発生手段３はこのインク室プレート２の外から
ノズル１１と連通する個別の空間２３にそれぞれ個別に
機械的変位を与える電気機械変換素子が含まれる。

【００３５】隔壁２２は、Ｎｉのエレクトロフォーミン
グにより、インク室プレート２と一体的に図４に示すリ
ング形状または図５に示す四角形状に形成し、同時に外
壁５０も一体的に形成した。インクプール２１を形成す
る隔壁２２および外壁５０の高さは７０μｍとし、リン
グ形状の隔壁を用いる場合には、隔壁の内径は０．６ｍ
ｍ、四角形状の隔壁を用いる場合には、その一辺の長さ
を０．６ｍｍとした。インク室プレートの厚さは２５μ
ｍに形成した。ノズルプレート１はＮｉのエレクトロフ
ォーミングにより、厚さ１００μｍに形成し、その裏面
にはそれぞれノズル１１に連通するくり抜き空間１２が
形成される。このくり抜き空間１２はノズル１１の中心
軸に対して軸対称の形状に形成される。この第一実施例
では、ノズルプレート１をエレクトロフォーミング法に
より形成したので、ノズルプレート１のインク噴射側に
は凹部１３が設けられ、くり抜き空間はラッパ形状に形
成される。

【００３６】インク供給口２４は、隔壁２２に切り欠き
を設けることにより、各個別の空間２３毎に形成され
る。例えば、図３および図５（ａ）に示すように１個、
図４（ａ）および図５（ｂ）に示すように２個、または
図４（ｂ）および図５（ｃ）に示すように４個のインク
供給口２４が形成される。このインク供給口２４の数は
設計条件に応じて任意に設定することができる。なお上
記切り欠きはノズルプレート１をエレクトロフォーミン
グにより形成する際に、パターニングを施すことにより
形成した。この実施例では切り欠きの幅は２０μｍであ
る。

【００３７】複数ｎ個のノズル１１は主走査方向および
副走査方向に二次元的に、すなわち平面的に、例えばマ
トリクス状に配列される。圧力発生手段３の電気機械変
換素子としては一例としてピエゾアクチュエータを用い
ることができる。

【００３８】このように構成された本発明第一実施例イ
ンクジェット記録ヘッドは、図外のインクタンクからイ
ンクプール２１内にインクが供給されると、供給された
インクはインク供給口２４から隔壁２２内の空間２３お
よびくり抜き空間１２に蓄積される。ここで、図外の駆
動制御回路から画像データにしたがって電気信号が圧力
発生手段３に加えられると、この電気信号に応じて圧力
発生手段３に機械的変位が生じて、個別の空間２３の内
部のインクにその機械的変位に応じる圧力波が発生し、
ノズル１からインク滴が噴射される。インク滴の噴射後
に、いったん後退したノズル内のインクメニスカスの復
帰力により、インクプール２１内のインクがインク供給
口２４を介して空間２３に補給される。

【００３９】ノズルプレート１にはノズル１１の中心軸
に対して軸対称の形状にくり抜き空間１２が形成されて
いるので、インク供給口２４からのインクの補給時に、
淀み、対流、渦などを発生することなく円滑にインクの
補給を行うことができる。また、かりにくり抜き空間１
２内に気泡が入っても、気泡排出のためにノズル１１の
側から行うインクの吸引動作により、気泡が容易に排出
されることが試験により確認できた。

【００４０】本発明によるインクジェット記録ヘッド
は、基本的にはノズルプレート１とインク室プレート２
との二つの部品で構成できる。したがってその構造は極
めて簡単になる。

【００４１】ヘッドの組立は、ノズルプレート１とイン
ク室プレート２を接着により貼り合わせることにより行
った。本発明のヘッド構造の貼り合わせについて説明す
ると、本発明の構造では、例えばインク供給口に関し
て、その形状およびインクプール２１および空間２３と
の相対的な位置関係はノズルプレート１とインク室プレ
ート２との積層精度にまったく影響を受けない。したが
って、きわめてラフな位置合わせ精度でインク室プレー
ト２とノズルプレート１を貼り合わせても、インク充填
性やインクの吐出特性に影響を及ぼすことはない。かり
に、インク室プレート２とノズルプレート１との間に目
標位置からの積層ずれが生じても、くり抜き空間１２と
空間２３の間に位置ずれが発生するだけであり、この場
合にも空間２３とくり抜き空間２１の合計容量には変化
がない。したがって圧力発生手段３により空間２３内の
インクに圧力を印加した際に生じる圧力波の固有周期に
は変化がなく、インク滴の吐出特性にはなんら影響を及
ぼさない。

【００４２】積層ずれについて、次のような試験を行っ
た。ノズルプレート１とインク室プレート２の積層ずれ
が、それぞれ５μｍのヘッドと、５０μｍのヘッドを製
作し、その他の条件を同等に設定して吐出特性を測定し
た。その結果、吐出する滴径、滴速などにまったく差異
が観測できなかった。

【００４３】積層ずれに対する本発明実施例の利点を比
較例と対比して説明すると、図１８に例示する従来例構
造を比較例とする。この従来例構造では、例えばリザー
バ室形成基板１０１とインク供給絞り形成基板１０２を
積層するときに、この両基板間に位置ずれが生じると、
そのずれの分だけインクプール３０に対する供給口３２
の位置が変化することになる。このずれによりインク供
給口３２がリザーバ形成室基板１０１により一部分でも
塞がると、インク滴吐出後のインクのリフィル特性が大
幅に変化し、所望の駆動周波数でインク滴を吐出するこ
とができなくなる。また、インク供給口の位置は万が一
インクプール内に気泡が混入した場合に気泡の排出性を
考慮して、インクプールの外周部近傍の所望位置に形成
されるが、上記の両基板間にずれが発生すると気泡排出
性に影響を及ぼすことも考えられる。また両基板のずれ
によりノズル３１側に形成されたノズル連通路にも凹凸
の段差が生じることになる。例えば段差の凹部に気泡が
混入すると、気泡の排出が困難になる問題が生じる。

【００４４】すなわち、両基板間に小さい位置ずれが生
じても、そのインク吐出特性および信頼性にただちに影
響を与えることになる。現実的な数値として、図１３に
示す従来例構造では、この両基板間の位置ずれは少なく
とも２０〜３０μｍ以下に管理することが必要になる。

【００４５】また、インクがプールされるインクプール
２１内に圧力室となる空間２３を隔壁２２によって形成
することができるので、ノズル１１およびインク供給口
２４の位置および数を任意に設定することが可能とな
り、例えばマトリクス構造に配置することにより小型で
ノズル密度の高いヘッドを実現することができる。

【００４６】さらに、隔壁２２で囲まれた空間２３以外
の領域をインクプール２１として使用できるので、小型
のヘッド構造でインクプールの容量を大きくすることが
できる。これにより、インクプールの容量が小さいとき
に生じる隣接ノズル間の音響的なクロストークによる不
安定な吐出状態を防止することができる。また、全ノズ
ルを同時駆動するベタ印刷などの場合に、インクプール
の容量不足から圧力室へのインク供給が不足する現象を
防止することができるので、ノズルの駆動数によらず
に、常に安定な吐出を実現することができる。

【００４７】十分なインクプールの容量が確保され、多
数ノズルの同時駆動が可能であることを次のとおり試験
により確認した。すなわち、６４個のノズルを有する本
発明実施例インクジェット記録ヘッドを使用して、１個
のノズルのみを駆動するときと、６４個のノズル全部を
同時に駆動するときとについて、噴射されるインク滴の
直径および滴速を測定した。その結果、インク滴直径（μｍ）滴速（ｍ／ｓ）１個のノズルのみ駆動４０．０８．０６４個のノズル同時駆動４０．５８．５なる結果を得た。また、６４個のノズルを同時駆動する
場合に、その駆動周波数を１Ｈｚから１０ｋＨｚまで変
化させ、インク滴直径および滴速を測定したところ、イ
ンク滴直径は４０±０．５μｍ、滴速は８±０．５ｍ／
ｓであった。

【００４８】この実施例では、ノズルプレート１をエレ
クトロフォーミング法により形成した。

【００４９】ノズルプレート１をマイクロプレス法によ
り形成したものも試作した。この場合に、ノズル１１お
よびくり抜き空間１２の形状は円錐台形であり、ノズル
直径は３０μｍ、くり抜き空間１２の底部の口径は６０
μｍとし、凹部１３は形成しなかった。このノズルプレ
ートを用いて同様の試験を行い、１個のノズルのみを駆
動する場合と、６４個のノズルを同時駆動する場合とで
顕著な差異がないことを確認した。

【００５０】（第二実施例）図６は本発明第二実施例の
構造を示す一部断面斜視図、図７は本発明第二実施例の
構造を示す図６におけるＢ矢視方向部分拡大断面図、図
８は本発明第二実施例の構成を示す一部断面分解斜視図
である。

【００５１】本発明第二実施例は、ノズルプレート４
と、このノズルプレート４にほぼ平行に配置されインク
が供給されるインクプール１４が形成されるインク室プ
レート５と、このインク室プレート５に機械的変位を与
える圧力発生手段３とが備えられる。この第二実施例で
はインク室プレート５を厚さ５０μｍのポリイミドフィ
ルムにより形成した。

【００５２】ノズルプレート４には、その表面に配列さ
れた複数ｎ個のノズル１１と、インク室プレート５に接
しノズル１１毎にその裏側にそれぞれノズル１１と連通
する個別の空間１６を形成する隔壁１５と、この隔壁１
５に設けられインクプール１４から個別の空間１６にイ
ンクを供給するインク供給口１７とが含まれる。このノ
ズルプレート４はエレクトロフォーミング法により一体
成形を行った。この第二実施例では、ノズルプレート４
に８×１６＝１２８個のノズルをマトリクス状に配列形
成した。隔壁２２の形状およびインク供給口１７の数
は、図１、図４および図５に示す第一実施例同様に形成
した。

【００５３】この第二実施例では、隔壁２２が第一実施
例と異なり、ノズルプレート側に形成されるが、その基
本的構造は同一であるので、圧力発生手段３により空間
１６の内部のインクに圧力波が印加されたときに、イン
クプール１４から空間１６に蓄積されたインクが、ノズ
ル１１から噴射される動作および空間１６へのインクの
補給動作は第一実施例同様に行われる。この第二実施例
でも第一実施例と同様の効果が得られることを確認し
た。

【００５４】この第二実施例では、インク室プレート５
をポリイミドフィルムにより形成した例を説明したが、
この薄板状のインク室プレート２は、上記各例のように
均一な厚さの薄板に限られるものではなく、図９（ａ）
および（ｂ）に示すように、圧力発生手段３との接合面
の厚さが局所的に変化するような材料であってもよい。
図９（ａ）は本第二実施例において厚さが局部的に変化
したインク室プレートを用いた場合の部分拡大断面図、
（ｂ）はそのインク室プレートのＣ矢視方向底面図であ
る。この図９（ａ）および（ｂ）に示す例は、インク室
プレートの厚さを３０μｍとし、凹部の厚さを１０μｍ
となるようにＮｉのエレクトロフォーミングにより形成
したものである。

【００５５】（第三実施例）図１０は本発明第三実施例
の構造を示す一部断面斜視図、図１１は本発明第三実施
例の構造を示す図１０におけるＣ矢視方向部分拡大断面
図である。

【００５６】本発明第三実施例は、第一実施例における
圧力発生手段として、個別の空間２３の内部に発熱素子
６が配置され、この発熱素子６を個別に加熱する電気手
段（図示省略）が備えられる。その他は第一実施例同様
に構成される。これは第二実施例の構成にも適用するこ
とができる。

【００５７】本第三実施例の場合は、発熱素子６が加熱
されることにより空間２３内のインクの一部が気化膨張
し、この膨張によりノズル１１からインクが噴射され
る。インクプール２１に供給されたインクの空間２３へ
の補給は第一実施例同様に行われる。

【００５８】（第四実施例）図１２（ａ）および（ｂ）
は本発明第四実施例におけるインク供給口の配列を示す
部分斜視図である。同図（ａ）はインク供給口が２個の
場合の配列を示したものであり、（ｂ）はインク供給口
が３個の場合の配列を示したものである。

【００５９】本発明第四実施例は、インク供給口２４の
向きが対応するノズルについて所定の角度をもってそれ
ぞれ異なるように配列される。これにより、複数のノズ
ルを同時に駆動した時に生じる音響的なクロストークを
抑制することが可能となる。また空間２３にインクが補
給された後に、インクプール２１からインク供給口２４
へのインクの流れが複数の隔壁２２の間で相互に干渉す
ることが防止される。このようにインクの補給特性が向
上されることを次のとおり試験により確認した。

【００６０】第一実施例と同様に、１個のノズルのみを
駆動したときと、６４個のノズルを同時に駆動したとき
のインク滴直径および滴速を測定した。この第四実施例
では、駆動するノズル数を１個から６４個に大きくする
と、インク滴直径は４０μｍが４０．２μｍに変化し、
滴速が８．０ｍ／ｓが８．２ｍ／ｓに変化した。すなわ
ち、この例は第一実施例に比べると音響的なクロストー
クを低減する効果が大きいことがわかった。また、第一
実施例に比べるとインクプール２１から空間２３へのイ
ンクの補給速度もやや大きくすることが可能であり、駆
動周波数をわずかであるが、５ないし７％程度高速化す
ることが可能であることが確かめられた。

【００６１】この第四実施例に示すインク供給口２４の
配列は、第一実施例、第二実施例および第三実施例のい
ずれにも適用することができる。

【００６２】（第五実施例）図１３は本発明第五実施例
におけるノズルの配列を示す平面図である。

【００６３】本発明第五実施例は複数ｎ個のノズル１１
が主走査方向に対して所定角度αをもって配列される。
このように所定角度αをもたせることにより、実質的に
主走査方向に対するノズル密度を増加することができ
る。

【００６４】この第五実施例では、主走査方向および副
走査方向にそれぞれ８１個づつ、合計６４個のノズルを
配列した。主走査方向に配列した８個のノズルが副走査
方向に重ならないように、しかも等間隔に配置されるよ
うに角度αを選択して配置した。このためノズルのピッ
チは１ｍｍであるが、副走査方向に対して実質的に125
μｍのピッチ間隔でノズル１を配列することができた。

【００６５】この第五実施例で説明した構造は、同様に
第一実施例、第二実施例、第三実施例および第四実施例
に適用することができる。

【００６６】（第六実施例）図１４（ａ）は本発明第六
実施例に用いたノズルプレートの背面図、（ｂ）はその
Ｅ矢視方向断面図、図１５（ａ）は本発明第六実施例に
用いたノズルプレートの部分拡大背面図、（ｂ）はその
Ｆ矢視方向部分断面図である。

【００６７】本発明第六実施例は、図６、図７および図
８に示す第二実施例のノズルプレート４に形成されるノ
ズル１１の中心軸が空間１６の中心位置から偏心して配
置され、空間１６が四角状の隔壁１５によって形成さ
れ、インク供給口１７が隔壁１５の一つの角部に配置さ
れる。その他は第二実施例同様に構成される。

【００６８】本第六実施例では、隔壁１５および外壁５
０をドライフィルムにより形成した。まず、厚さ３０μ
ｍの薄板状のステンレスによりノズルプレート４を形成
し、その上面にドライフィルムをラミネートした後、リ
ソグラフィ工程により隔壁１５、外壁５０およびインク
供給口１７をパターニングにより形成した。次いで、プ
リベーク工程により隔壁１５、外壁５０およびインク供
給口１７をノズルプレート４に一体化し、このノズルプ
レート４の上にインク室プレート５を重ね合わせ、両プ
レートを加圧接触させながらポストベーク処理を行い、
ドライフィルムの接着性を利用して両プレートを接着し
た。

【００６９】本第六実施例は、隔壁２２がドライフィル
ムにより形成され、かつ空間１６に対するノズル１１の
位置が第二実施例とは異なるが、その基本的構造は同様
である。図６、図７および図８に示す圧力発生手段３に
より、空間１６内のインクに圧力波が印加されたとき
に、インクプール１４から空間１６に蓄積されたインク
がノズル１１から噴射される動作、および空間１６への
インクの補給動作は同様に行われる。この実施例は試験
によりインクの流れが適正に行われることを確認した。

【００７０】なお、本実施例ではノズルプレート４に隔
壁１５、空間１６およびインク供給口１７を形成した
が、第一実施例と同様にインク室プレート２に形成して
もよい。この場合も同様の効果を得ることができる。

【００７１】（第七実施例）図１６は本発明第七実施例
に用いたインク室プレートの構成を示す斜視図である。

【００７２】本発明第七実施例は、カラー対応のインク
ジェット記録ヘッドを構成するもので、第一実施例に示
すノズルプレート１に１６０個のノズル１１が配列さ
れ、このノズル１１は第一のブロック９１、第二のブロ
ック９２、第三のブロック９３および第四のブロック９
４の四つのブロックに分割される。第一のブロック９１
には８×８＝６４個のノズル１１が形成され、第二のブ
ロック９２、第三のブッロク９３および第四のブロック
９４にはそれぞれ８×４＝３２個のノズル１１が形成さ
れる（図示省略）。このように配列されたノズル１１そ
れぞれに対応してインク室プレート２に隔壁２２、空間
２３およびインク供給口２４が形成され、各ブロックに
外壁５０によりインクプール２１ａ、２１ｂ、２１ｃお
よび２１ｄが設けられる。その他は第一実施例同様に形
成される。

【００７３】隔壁２２、空間２３、インク供給口２４お
よび外壁５０をエレクトロフォーミング法によりインク
室プレート２と一体に形成し、インクプール２１ａにブ
ラックインクを充填し、さらに、インクプール２１ｂに
イエローインク、インクプール２１ｃにマゼンタイン
ク、インクプール２１ｄにシアンインクをそれぞれ充填
して試験を行った。１枚のノズルプレート１とインク室
プレート２との間に複数色のインク滴を吐出し印字を行
うことが可能であり、カラー対応のインクジェット記録
ヘッドを小型かつ容易に一体化して形成できることを確
認した。

【００７４】比較のために、ブラック、イエロー、マゼ
ンダおよびシアンのインクを充填した従来例インクジェ
ット記録ヘッドを個別に４個作成して、同様の試験を行
ったが、カラー記録用のヘッドを構成する場合には、各
色毎の相対的なノズルの位置関係にきわめてきびしい位
置決め精度が必要とされるために、この四つのヘッドの
位置合わせに多くの時間を要した。これに対し本第七実
施例によるインクジェット記録ヘッドは、各色毎のノズ
ルの相対的な位置精度をノズルプレート１上に形成する
ノズル１１の位置精度により決められることができるの
で、高い精度をもって各色毎のノズル１１の相対的な位
置関係を簡単な作業により決めることができることを確
認した。

【００７５】なお、ノズル１１はエレクトロフォーミン
グ法により形成することによって、各色毎のノズル１１
の位置精度はリソグラフィの精度に依存することから、
±１μｍ以下の精度で加工することができる。

【００７６】また、比較例として作成したカラー記録ヘ
ッドは、４ヘッドを並列に配置するために、図１７に示
す各ヘッド間の隙間および外壁５０の１枚分によって占
める不要領域５１を必要とするが、本第七実施例の場合
には図１６に示すように、ブラック、イエロー、マゼン
タおよびシアンの各色間の分離は外壁５０のみで行える
ため、実質的にノズルの実装密度を大幅に向上すること
ができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンクジェット記録ヘッドを簡単な構造で形成することが
できる。本発明の構造では製造工数は小さく安価に製造
することができる。また、ノズルのレイアウトの自由度
を高くし、かつインク供給口の位置や数に対する制約を
小さくすることができる。さらに、ノズルを平面状に二
次元的にマトリクス状に配置することが可能となり、実
質的なノズル密度を大きくすることができる。またこれ
により高速印字を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例の構造を示す一部断面斜視
図。

【図２】本発明第一実施例の構造を示す図１におけるＡ
矢視方向部分拡大断面図。

【図３】本発明第一実施例の構成を示す一部断面分解斜
視図。

【図４】（ａ）および（ｂ）は本発明第一実施例におけ
るリング状の隔壁に設けられるインク供給口の配置例を
示す斜視図。

【図５】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は本発明第一実施
例における四角形状の隔壁に設けられるインク供給口の
配置例を示す斜視図。

【図６】本発明第二実施例の構造を示す一部断面斜視
図。

【図７】本発明第二実施例の構造を示す図６におけるＢ
矢視方向部分拡大断面図。

【図８】本発明第二実施例の構成を示す一部断面分解斜
視図。

【図９】（ａ）は本発明第二実施例において厚さが局部
的に変化したインク室プレートを用いた場合の部分拡大
断面図、（ｂ）はそのインク室プレートのＣ矢視方向底
面図。

【図１０】本発明第三実施例の構造を示す一部断面斜視
図。

【図１１】本発明第三実施例の構造を示す図１０におけ
るＤ矢視方向部分拡大断面図。

【図１２】（ａ）および（ｂ）は本発明第四実施例にお
けるインク供給口の配列を示す部分斜視図。

【図１３】本発明第五実施例におけるノズルの配列を示
す平面図。

【図１４】（ａ）は本発明第六実施例に用いたノズルプ
レートの背面図、（ｂ）はそのＥ矢視方向断面図。

【図１５】（ａ）は本発明第六実施例に用いたノズルプ
レートの部分拡大背面図、（ｂ）はそのＦ矢視方向部分
断面図。

【図１６】本発明第七実施例に用いたインク室プレート
の構成を示す斜視図。

【図１７】比較例に用いたインク室プレートの構成を示
す斜視図。

【図１８】（ａ）は従来例の構造を示す拡大断面図、
（ｂ）はその分解斜視図。

【図１９】（ａ）は別の従来例の構造を示す拡大断面
図、（ｂ）はその分解斜視図。

【図２０】（ａ）はその他の従来例の構造を示す分解斜
視図、（ｂ）はインクジェットヘッド板の拡大断面図。

【符号の説明】

１、４、１００ノズルプレート２、５インク室プレート３圧力発生手段６発熱素子１１、３１、４１ノズル１２くり抜き空間１３凹部１４、２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、３０、
１１７インクプール１５、２２隔壁１６、２３空間１７、２４インク供給口３２供給口３３供給通路３４、１１９圧力室４０基板４４加圧室５０外壁５１不要領域９１第一のブロック９２第二のブロック９３第三のブロック９４第四のブロック９７ノズル孔１０１リザーバ室形成基板１０２インク供給絞り形成基板１０３封止基板１０４圧力室形成基板１０５、１１３振動板１０６、１１４、１２２圧電素子１０７上部電極１０８フレキシブルプリント基板１１１、１２１インク供給路１１２、１１５電極１１６剛性部材１１８インクジェットヘッド板１２０インク溜め室１２４サブインクタンク１２５前側基板１２６中基板１２７裏側基板

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

【手続補正書】

【提出日】平成１０年７月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図１１】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１３】

【図１２】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項１０】前記複数ｎ個のノズルは主走査方向およ
び副走査方向に配列された請求項１記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。

【請求項１１】前記複数ｎ個のノズルは主走査方向に対
して所定角度αを設けて配列された請求項１記載のイン
クジェット記録ヘッド。

【請求項１２】前記インク室プレートは外壁によって相
互に隔てられた複数のブロックに分割され、各ブロック
には異なる色のインクが供給される請求項１記載のイン
クジェット記録ヘッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者滝沢文則東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に複数ｎ個のノズルが配列されたノ
ズルプレートと、このノズルプレートの裏面にこのノズ
ルプレートとの間にインクが供給される間隙を設けてこ
のノズルプレートにほぼ平行に配置されたインク室プレ
ートと、このインク室プレートおよび前記ノズルプレー
トにそれぞれ接し前記ノズル毎にその裏側にそれぞれノ
ズルと連通する個別の空間を形成する隔壁と、前記イン
ク室プレートとノズルプレートにそれぞれ接し前記隔壁
を囲むように形成された外壁と、前記隔壁に設けられ前
記間隙から前記個別の空間にインクを供給するインク供
給口と、このインク供給口から前記個別の空間の内部に
供給されたインクにそれぞれ個別に圧力を印加する圧力
発生手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記
録ヘッド。
【請求項２】前記インク室プレートはその厚さ方向に
機械的振動を伝搬することができる薄手の板材により形
成され、前記圧力発生手段はこのインク室プレートの外
から前記ノズルと連通する個別の空間にそれぞれ個別に
機械的振動を与える電気機械変換素子を含む請求項１記
載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】前記圧力発生手段は、前記個別の空間の
内部に配置された発熱素子と、この発熱素子を個別に加
熱する電気的手段とを含む請求項１記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項４】前記隔壁は前記インク室プレートと一体
的に形成される請求項１記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項５】前記隔壁は前記ノズルプレートと一体的
に形成される請求項１記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項６】前記ノズルプレートは厚手の板材により
形成され、その裏面にはそれぞれノズルに連通するくり
抜き空間が形成された請求項１記載のインクジェット記
録ヘッド。
【請求項７】前記くり抜き空間はノズルの中心軸に対
して軸対称の形状である請求項６記載のインクジェット
記録ヘッド。
【請求項８】前記インク供給口は各個別の空間毎に１
または複数設けられた請求項１記載のインクジェット記
録ヘッド。
【請求項９】前記インク供給口は前記隔壁に設けられ
た切り込みである請求項８記載のインクジェット記録ヘ
ッド。
【請求項１０】前記インク供給口は隣接するノズルに
ついてその向きが異なる請求項８記載のインクジェット
記録ヘッド。
【請求項１１】前記複数ｎ個のノズルは二次元的に配列
された請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１２】前記複数ｎ個のノズルはマトリクス状に
配列された請求項１１記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項１３】前記複数ｎ個のノズルは主走査方向およ
び副走査方向に配列された請求項１２記載のインクジェ
ット記録ヘッド。
【請求項１４】前記複数ｎ個のノズルは主走査方向に対
して所定角度αを設けて配列された請求項１１記載のイ
ンクジェット記録ヘッド。