JP2002307676A - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents
インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置Info
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Abstract
ヘッドにおいて、共通流路の必要幅を減少し、イジェク
タの配列密度を増加するインクジェット記録ヘッド及び
インクジェット記録装置を提供する。 【解決手段】 本発明のインクジェット記録ヘッドは、
ノズルプレート1、共通流路プレート2、供給路プレー
ト3、連通路プレート4、圧力発生室プレート5、振動
板6の積層接合により構成され、供給路プレート3には
剛性の低い樹脂フィルムが用いられている。供給路プレ
ート3は、共通流路支流8のエアダンパとして機能する
ため、共通流路支流8の幅を小さく設定しても、イジェ
クタ間の圧力波干渉(クロストーク)等を防止するのに
必要十分な音響容量を確保することができ、イジェクタ
の配列密度を向上する。また、エアダンパを構成するた
めの特別なプレートが必要ないので、プレートの積層数
を減らすことができ、ヘッドの製造コストを低減するこ
とができる。
Description
滴を吐出して文字や画像の記録を行うインクジェット記
録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
エータ等の電気機械変換機を用いて、インクが充填され
た圧力発生室内に圧力波(音響波)を発生させ、その圧
力波によって圧力発生室に連結されたノズルからインク
滴を吐出するドロップオンデマンド型のインクジェット
記録ヘッドとして、例えば、特公昭53−12138号
公報や特開平10−193587号公報に開示されるも
のが一般に知られている。
の概略構成を示す断面図である。図5において、圧力発
生室51には、インクを吐出するためのノズル52と、
共通流路53を介して不図示のインクタンクからインク
を導くためのインク供給路54が連結されている。ま
た、圧力発生室51の底面には振動板55が設けられて
いる。
部に設けられた圧電アクチュエータ56によってこの振
動板55を変位させ、圧力発生室51に体積変化を生じ
させることにより、圧力発生室51内に圧力波を発生さ
せる。この圧力波によって、圧力発生室51内に充填さ
れていたインクの一部がノズル52を通って外部に噴射
され、インク滴57となって飛翔する。飛翔したインク
滴57は、記録紙等の記録媒体上に着弾し、記録ドット
を形成する。こうした記録ドットの形成を画像データに
基づいて繰り返し行うことにより、記録媒体上に文字や
画像が記録される。
ヘッドにおいて、記録速度を大きく左右するパラメータ
ーはノズル数である。ノズル数が多いほど、単位時間当
たりに形成できるドット数が増加するので記録速度が向
上する。そのため、通常のインクジェット記録装置で
は、上記のようなインク吐出機構(イジェクタ)を複数
連結したマルチノズル型の記録ヘッドが多く用いられて
いる。
ェット記録ヘッドの概略構成を示す斜視図である。図6
において、インクタンク67は、共通流路63と連結し
ており、この共通流路63に複数の圧力発生室61がイ
ンク供給路(図示せず)を介して連結されている。しか
し、このように共通流路63に対してイジェクタ68を
一次元的に配列する構造では、イジェクタの数は100
個程度が上限であり、あまり増加することはできない。
ス配列させることによってイジェクタ数を増加させたイ
ンクジェット記録ヘッド(以下、マトリクスヘッド)と
しては、例えば、特開平1−208146号公報や特表
平10−508808号公報などが開示されている。
インクジェット記録ヘッドの概略構成を示す斜視図であ
る。共通流路は、共通流路本流73と共通流路支流78
とにより構成され、イジェクタは各支流に接続されてい
る。このようなマトリクスヘッド構造は、イジェクタ数
の増加に非常に有利である。図7には、共通流路支流7
8を6本、各支流毎にイジェクタ6個、計36個を設け
る構成が示されているが、例えば、共通流路支流78の
数を26とし、各支流毎に10個のイジェクタを接続す
ることにより、260個のイジェクタを配列させること
が可能である。
ドを用いたインクジェット記録ヘッドの概略構成を示す
断面図である。例えば、このような構成は、特表平10
−508808号公報に開示されているものであり、流
路A81が共通流路支流、流路B88が共通流路本流に
相当する。なお、図8において、流路プレート89は、
一体構造として図示されているが、実際には複数のプレ
ートの積層によって構成される。
列したマトリクスヘッドは、ノズル数の増加に有利であ
るが、実際のマトリクスヘッドにおいて安定な吐出を実
現するためには、共通流路の設計を適切に行う必要があ
る。すなわち、マトリクスヘッドでは、図10の等価電
気回路で示すように、多数のイジェクタが共通流路の支
流および本流によって連結されているため、イジェクタ
間の圧力波干渉(クロストーク)や多イジェクタ同時吐
出時のリフィル時間(インク滴を吐出した後にノズル内
にインクを補給するための時間)の増加を抑制するため
には、共通流路に大きな音響容量を確保する必要があ
る。なお、図10において、mはイナータンス[kg/
m4 ]、rは音響抵抗[Ns/m5 ]、cは音響容量
[m5 /N]、φは圧力[Pa]を表わし、添字のdは
駆動部、cは圧力発生室、iはインク供給路、nはノズ
ル、pは共通流路支流、p’は共通流路本流をそれぞれ
示すものである。
n の条件を満足するように共通流路の音響容量を設定す
れば、クロストークやリフィル時間増加を抑制すること
が可能である。ここで、cp はイジェクタ1個当たりの
共通流路支流の音響容量であり、cn はノズルの音響容
量である。ノズル径をdn [m]、インクの表面張力を
σ[N/m]とすると、cn は下式により近似できる。
ノズル径が約30μm、インクの表面張力が35mN/
m程度であるため、cn は1.5×10-18 m5 /N程
度の値となる。従って、共通流路の音響容量cp は、
1.5×10-17 m5 /N以上に設定する必要がある。
しかし、こうした音響容量をマトリクスヘッドの共通流
路に確保することは、決して容易ではない。
cp は共通流路の容積をWp [m3]、インクの弾性係
数をκ[Pa]とすると下式で表わされる。なお、Kは
共通流路の壁面の剛性に依存する補正係数であり、通常
は0.3〜0.7程度の数値をとる。
Kを0.5とすると、1.5×10 -17 m5 /N以上の
cp を得るためには、共通流路に9.9×10-9m3 以
上の容積が必要となる。イジェクタの間隔(図7のP
n)を400μm、共通流路の高さを150μmとする
と、共通流路に必要な幅は260mm以上となってしま
う。つまり、壁面が剛体に近い共通流路では、共通流路
の必要幅が非常に大きくなってしまい、イジェクタを高
密度に配列することが不可能である。
付与し、音響容量を増加させることが必須となる(図5
参照)。共通流路にエアダンパを付与することは、マト
リクスヘッドとしては開示例がないが、図6に示すよう
な、マルチノズル型インクジェット記録ヘッドとして
は、例えば、特開昭52−49034号公報や特開平1
0−24568号公報などに開示されている。これを図
8のような従来のマトリクスヘッドに適用すると、ノズ
ルプレート86を剛性の低い材料で形成してエアダンパ
として機能させたり、図9に示すように薄肉部を有する
エアダンパープレート99を挿入する構造となる。
9に示すような従来のインクジェット記録ヘッドの構造
では、共通流路の幅を十分小さく設定することができ
ず、結果的にイジェクタの配列密度を増加できないとい
う問題点がある。以下、具体的な数値を挙げて説明す
る。
は、ノズルプレート86が共通流路(流路A81)のエ
アダンパを兼ねる。エアダンパの音響容量cd は、エア
ダンパ幅をwd [m]、エアダンパ厚さをtd [m]、
エアダンパ長さをld [m]、エアダンパの弾性係数を
Ed [Pa]、エアダンパのポアソン比をνd とすると
次式で近似計算できる。
容量cd は、厚さの3乗に反比例するので、エアダンパ
の容量を増加するためにはエアダンパの厚さをできるだ
け薄く設定することが望ましい。
は、ノズルプレート86がエアダンパを兼ねているた
め、エアダンパの厚さの減少はノズル長さの減少を意味
し、そのためエアダンパ厚の減少には限界が生じる。す
なわち、ノズルの長さが小さくなるとインク滴の吐出方
向が悪化したり、気泡の巻き込みが発生するなどの問題
が生じるため、一般的には20〜50μm程度がノズル
長さの下限となる。よって、エアダンパの厚さも20〜
50μm程度が下限となり、1.5×10-17 m5/N
以上の音響容量を確保するためには、エアダンパに剛性
の低いポリイミドフィルム(Ed =2.0GPa)など
を用いたとしても、共通流路に0.7〜1.5mm程度
の幅が必要となる。従って、各支流間の間隔(pc )
は、1〜2mm程度と大きくなり、イジェクタの配列密
度をあまり大きくすることができない。
て、エアダンパ部の厚さだけを薄くなるように加工すれ
ば、ノズル長さを減少せずにエアダンパに大きな音響容
量を確保できるが、これは製造コストの大幅増加を招く
という問題点がある。
常に低い部分が露出していると、ヘッド表面をワイピン
グした際などに流路内に大きな圧力変化を生じ、ノズル
から気泡を巻き込んだり、ヘッド自体が破損してしまう
といった弊害が生じやすいという問題点がある。
造でエアダンパ部の厚さだけを減少させることは現実的
な対策とはならず、上述したように、支流幅を大幅に低
減することは非常に困難であり、その結果、イジェクタ
の配列密度を大きくすることが困難である。
を構成するプレート数が増加するため、ヘッドの製造コ
ストが増加してしまうという問題点がある。
ステンレス等の金属材料で形成する場合には、やはり共
通流路にかなりの幅が必要になってしまう。例えば、エ
アダンパプレートを厚さ15μmのステンレス(Ed =
197GPa)で形成した場合、1.5×10-17 m5
/N以上の音響容量を確保するためには、共通流路に
1.8mm程度の幅が必要になる。エアダンパプレート
に樹脂フィルム等を用いることも可能であるが、その場
合には、さらに積層プレート数が増加し、ヘッドの製造
コストが増加してしまう。従って、図9のヘッド構造で
も、イジェクタの配列密度が高いヘッドを低コストで製
造することは非常に困難である。
の問題点として、インク供給路の精度を確保しにくいこ
とが挙げられる。インクジェット記録ヘッドにおいて、
インク供給路の特性(イナータンス、音響抵抗など)
は、吐出特性(滴体積、滴速など)を支配する重要なパ
ラメータであり、そのためインク供給路には高い寸法精
度が要求される。
8(a)に示すように、複数のプレートの貼り合わせに
よってインク供給路を形成しているため、インク供給路
の加工には、通常、金属板のエッチングなどが用いられ
るが、その場合、インク供給路の幅に±5〜10μm程
度のばらつきが発生してしまうという問題点がある。
て行う場合には、インク供給路内に接着剤がはみ出し、
インク供給路の断面積が大きく変化してしまうという問
題点がある。
造では、インク供給路の形状に高い精度を確保すること
が困難であり、その結果、各イジェクタから吐出される
インク滴の体積や滴速にばらつきが生じ、出力画像の品
質が悪化するという問題点がある。
は、圧力発生室内の気泡排出性が悪いという問題点があ
る。上述したように、インクジェット記録ヘッドでは、
圧力発生室内に発生させた圧力波によってインク滴の吐
出を行うが、圧力発生室内に気泡が残存していると圧力
発生効率が低下するため、インク滴の体積や滴速が減少
し、残存気泡が大きい場合には滴吐出が不可能になって
しまう。そこで、通常のインクジェット記録装置では、
ノズルからインクを吸引することによって圧力発生室内
の気泡除去を行っている。
底面のアスペクト比が1に近く、断面積が大きい構造で
あるため、インク吸引時に圧力発生室内に大きな流速を
得ることが難しい。特に、図8に示したような従来のマ
トリクスヘッドでは、圧力発生室の中央上部にノズルが
配置されているため、圧力発生室内のインク流れに淀み
が生じやすく、気泡排出が非常に困難であるという問題
点があった。
するために成されたものであり、イジェクタの配列密度
の高いマトリクスヘッドを低い製造コストで実現するイ
ンクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を
提供することにある。
ばらつきが小さく、高画質記録に適したインクジェット
記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供すること
にある。
性が高く、信頼性に優れたインクジェット記録ヘッド及
びインクジェット記録装置を提供することにある。
に、請求項1記載の発明は、2次元的にマトリクス配列
された複数の圧力発生室がインク供給路を介して共通流
路によって連結され、圧力発生手段によりインクが充填
された圧力発生室内に圧力変化を生じさせて該圧力発生
室に連通したノズルからインク滴を吐出させるインクジ
ェット記録ヘッドであって、インクジェット記録ヘッド
は、ノズルを形成するノズルプレートと、共通流路を形
成する共通流路プレートと、インク供給路を形成する供
給路プレートと、圧力発生室を形成する圧力発生室プレ
ートと、を少なくとも含む複数のプレートにより積層構
成され、供給路プレートが共通流路のエアダンパを兼ね
ることを特徴とする。
明において、供給路プレートは、樹脂フィルムで構成さ
れていることを特徴とする。
記載の発明において、供給路プレートの厚さは、略30
μm以下であることを特徴とする。
いずれか1項に記載の発明において、インク供給路は、
供給路プレートに形成された孔であることを特徴とす
る。
明において、インク供給路は、供給路プレートに対して
レーザ加工により形成されることを特徴とする。
いずれか1項に記載の発明において、インクジェット記
録ヘッドは、供給路プレートと圧力発生室プレートとの
間に、共通流路に対応する部分に凹部を設けた連通路プ
レートを有することを特徴とする。
明において、凹部は、共通流路の支流に対応した形状を
有することを特徴とする。
いずれか1項に記載の発明において、ノズルプレート
は、共通流路のエアダンパを兼ねることを特徴とする。
いずれか1項に記載の発明において、ノズルプレート
は、樹脂フィルムで構成されていることを特徴とする。
のいずれか1項に記載の発明において、共通流路は、供
給路プレートを介して配される圧力発生室プレートに設
けられた複数の圧力発生室と重畳するように配置されて
いることを特徴とする。
の発明において、共通流路は、圧力発生室プレートに設
けられた隣り合う圧力発生室の間で幅が大きくなり、該
圧力発生室と重畳する部分では幅が狭くなるくびれ形状
を有していることを特徴とする。
1のいずれか1項に記載の発明において、圧力発生室の
側壁は、R形状を有していることを特徴とする。
2のいずれか1項に記載の発明において、圧力発生室
は、圧力発生室プレートに対して両面エッチングにより
形成されていることを特徴とする。
3のいずれか1項に記載の発明において、ノズルとイン
ク供給路とは、圧力発生室の対角に位置するように配置
されていることを特徴とする。
4のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドを
搭載してなることを特徴とする。
配列された複数の圧力発生室がインク供給路を介して共
通流路によって連結され、圧力発生手段によって、イン
クが充填された圧力発生室内に圧力変化を生じさせるこ
とにより、この圧力発生室に連通したノズルからインク
滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドであり、当該
インクジェット記録ヘッドが、ノズルプレートと、共通
流路プレートと、供給路プレートと、圧力発生室プレー
トとを少なくとも含む複数のプレートの積層によって構
成され、供給路プレートが共通流路のエアダンパを兼ね
るものである。
ドでは、共通流路のエアダンパをノズルプレートや専用
のエアダンパプレートによって形成していたのに対し、
本発明のインクジェット記録ヘッドでは、供給路プレー
トによってエアダンパを形成する点に最大の特徴があ
る。これにより、少ない積層枚数でエアダンパに大きな
音響容量を確保することができ、小型・低コストでイジ
ェクタ数の多いマトリクスヘッドを実現することが可能
となる。
は、インク供給プレートに設けた孔によってインク供給
路を形成するため、インク供給路に高い精度を確保する
ことができ、各イジェクタの吐出特性を均一化すること
が可能となる。
ドでは、インク供給路とノズルを圧力発生室の対角に配
置することが可能となるため、圧力発生室内の気泡排出
性を向上することが可能となる。
発明の実施形態であるインクジェット記録ヘッド及びイ
ンクジェット記録装置を詳細に説明する。図1から図4
に、本発明に係るインクジェット記録ヘッド及びインク
ジェット記録装置の実施の形態を示す。
の実施形態であるインクジェット記録ヘッドのプレート
構成を示す斜視図である。図1において、本発明の第1
の実施形態であるインクジェット記録ヘッドにおけるイ
ンク流路は、ノズルプレート1と、共通流路プレート2
と、供給路プレート3と、連通路プレート4と、圧力発
生室プレート5と、振動板6と、による計6枚のプレー
トを接着剤によって積層接合することにより形成されて
いる。
の共通流路支流8によって構成されている。共通流路本
流7は、インク供給孔9を介してインクタンク(図示せ
ず)と連結されており、各共通流路支流8にインクを供
給する役割をしている。各共通流路支流8には、それぞ
れ5個の圧力発生室12が連結されている。すなわち、
本発明の第1の実施形態におけるインクジェット記録ヘ
ッドは、25個のイジェクタを有するものであるが、例
えば、共通流路支流8を26本、各共通流路に連結され
る圧力発生室12を10個とした場合には、260個の
イジェクタを有するものであり、特にその数量を限定す
るものではない。
イジェクタの構成を示す断面図である。図2(a)にお
いて、圧力発生室12は、インク供給孔11を介して共
通流路支流8に連結されており、圧力発生室12内にイ
ンクが充填される。圧力発生室12には、インク滴を吐
出するためのノズル10が連結されている。また、圧力
発生室12の底面には振動板6が形成されており、振動
板6には圧力発生手段としての圧電アクチュエータ(圧
電振動子)14が取り付けられている。この圧電アクチ
ュエータ14は、駆動電圧波形が印加されると撓み変形
し、圧力発生室12を膨張または圧縮させる。圧力発生
室12に体積変化が生じると、当該圧力発生室12内に
圧力波が発生する。この圧力波の作用によってノズル部
のインクが運動し、ノズル10から外部へ排出されるこ
とによりインク滴が飛翔する。
ート1に厚さ60μmのステンレス板を用い、プレス加
工によって開口径25μmのノズル10を形成した。
のポリイミドフィルムを用い(Ed=2.0GPa、ν
d =0.4)、エキシマレーザ加工によりインク供給路
として機能する開口径26μmのインク供給孔11を形
成した。この供給路プレート3は、後述するように、共
通流路支流8のエアダンパとして機能する。なお、エア
ダンパに大きな容量を確保するために、供給路プレート
3の厚さは30μm以下とすることが望ましい。
び圧力発生室プレート5には、厚さ150μmのステン
レス板を用い、エッチングによって流路パターンを形成
した。
mで、縦横比が1に近い四角形とし、気泡排出性を良く
するために、角部(隅部)にはRを付与した(R加工を
施した)。
した部分にハーフエッチングによって凹部13を形成し
た。この凹部13は、供給路プレート3と連通路プレー
ト4とを積層した際に両者の間に空洞部を形成するため
のもので、当該凹部13により供給路プレート3がエア
ダンパとして機能できるようになる。
ずに、図2(b)に示すように、別にプレート16を設
けて貼り合わせることにより同様の構造を得ることも可
能である。しかし、本発明の第1の実施形態のように連
通路プレート4をハーフエッチングして凹部13を形成
した場合、ヘッドを構成するプレート数を削減できるの
で、ヘッドの製造コスト低減に有利となる。また、図1
では図示していないが、凹部13には外気と連通させる
ための連通路15が設けられている。これにより、凹部
13によって形成される空洞内の空気は常に外気と同一
圧力となるため、エアダンパ機能を向上できると共に、
ヘッド製造時におけるプレート積層接合を容易とするこ
とができる(密閉空間がなくなるため)。
力発生室12と重なり合うように配置されている。この
ように、共通流路支流8を圧力発生室12と重なり合う
ように配置すると、共通流路と圧力発生室を同一平面内
に配置した場合に比べ、共通流路の幅を大きく設定しや
すくなり、ヘッドの小型化(イジェクタの高密度配列)
に有利となる。
ンクジェット記録ヘッドの断面図であり、図3(a)に
は、図2のA−A間での断面図が示され、図3(b)に
は、図2のB−B間での断面図が示されている。図3
(a)に示すように、共通流路支流8の幅は、隣り合う
圧力発生室の間で幅が最大(W1 )となり、各圧力発生
室と重なり合う部分で幅が最小(W2 )となるようなく
びれ形状をしている。共通流路支流8をこのようなくび
れ形状にすると、共通流路の音響容量を最大化できるた
め、ヘッドの小型化(イジェクタの高密度配列)に有利
となる。なお、連通路プレート4に形成した凹部13の
形状も、図3(b)に示すように、共通流路支流8の形
状に対応したくびれ形状となっている。
ット記録ヘッドでは、共通流路支流8の最大幅(W1 )
を420μm、最小幅(W2 )を180μm、イジェク
タ間の長さPnを400μmに設定している。共通流路
の底面は、剛性の低い供給路プレート3で構成されてお
り、この部分がエアダンパとして機能する。上述の
(3)式から、1イジェクタ当たりの共通流路(エアダ
ンパ)の音響容量cp (≒cd )は1.9×10-17 m
5 /Nとなる。ノズルの音響容量cn は7.3×10
-19 m5 /N(dn =25μm、σ=35mN/m)で
あるため、cp はcnの26倍となり、共通流路には十
分な音響容量が確保できている。なお、本発明の第1の
実施形態では、ノズルプレート1を厚さ60μmのステ
ンレス(Ed =197GPa)としているため、エアダ
ンパとしてはほとんど機能しない(音響容量は1.7×
10-21 m5 /N)。
板を用いた。また、圧電アクチュエータ14には厚さ3
0μmの単板状圧電セラミクスを用いた。
ット記録ヘッドを、吐出周波数および同時吐出イジェク
タ数を変化させながら、滴体積、滴速、およびリフィル
時間を調べた結果、滴体積および滴速は±2%、リフィ
ル時間は±2μs以内の範囲で一致し、クロストークや
リフィル時間増加が良好に抑制できることが確認され
た。
は、供給路プレート3を剛性の低い樹脂材料とし、これ
を共通流路のエアダンパとして機能させることにより、
最大幅420μmの狭い共通流路で必要十分な音響容量
を確保することが可能である。また、共通流路を圧力発
生室と重なり合うように配置し、かつ、共通流路をくび
れ形状としたことにより、各支流間の距離(Pc )を6
50μmと小さく設定することができた。その結果、4
×17mm2 という小さな面積の中に260個のイジェ
クタを配列することができた。これは、図8、9に示し
た従来のマルチノズルヘッドと比較すると、1.5〜3
倍のイジェクタ密度となる。
ク供給孔をポリイミドフィルムに対するエキシマレーザ
加工によって行っているため、インク供給路の精度を確
保しやすい。すなわち、レーザ加工されたインク供給孔
には±0.5〜1μmの精度を確保することが十分可能
である。また、プレートの積層に接着剤を用いても、は
み出した接着剤に十分な逃げ場(図2のC部)が確保で
きるため、接着剤によってインク供給孔の断面積が変化
することがない。本発明の第1の実施形態のインクジェ
ット記録ヘッドで、全イジェクタの滴体積および滴速の
ばらつきを調査した結果、それぞれ±3%以下であるこ
とが確認された。図8、9に示した従来のヘッド構造で
は、±10〜20%の滴体積・滴速ばらつきが発生して
いたことと比較すると、本発明の第1の実施形態のイン
クジェット記録ヘッドは、各イジェクタの吐出特性を均
一化するのに極めて有利であると言える。
に示すように、インク供給孔11とノズル10を圧力発
生室12の対角に配置している。これにより、インク吸
引時における圧力発生室12内のインク流れが一方向と
なり、圧力発生室12内で淀みが発生しなくなるため、
気泡排出性を格段に向上することができる。実際のイン
ク充填評価においても、200mmHgの吸引圧力で5
秒間インク吸引することによって、全ての圧力発生室か
ら気泡を排出することができた。
200mmHgの吸引圧力では吸引時間を長くしても残
存気泡を排除し切れず、350mmHgで約3分間吸引
することによって初めて全ての気泡を排出することがで
きた。このように、本発明のインクジェット記録ヘッド
は、インク供給路とノズルを圧力発生室の対角に配置す
ることが容易であるため、高い気泡排出性の確保が可能
となる。
の実施形態であるインクジェット記録ヘッドの概略構成
を示す断面図である。本発明の第2の実施形態であるイ
ンクジェット記録ヘッドの基本構造は、上述の本発明の
第1の実施形態と略同様であるが、ノズルプレート1に
剛性の低い樹脂フィルムを用いている点、インク流路の
側壁をR形状にしている点が異なっている。
プレート1に剛性の低い材料を適用すると、ノズルプレ
ート1も共通流路のエアダンパとして機能させることが
できる。そのため、共通流路支流8の上面および底面の
両方にエアダンパが付与されることになり、共通流路の
音響容量を一層確保しやすくなる。本発明の第2の実施
形態では、ノズルプレートに厚さ20μmのポリイミド
を用いており、ノズルはエキシマレーザ加工によって形
成した。
最大幅(W1 )を400μm、最小幅(W2 )を180
μmに設定した。そのため、底面のエアダンパ(供給路
プレート)により1.7×10-17 m5 /N、上面のエ
アダンパ(ノズルプレート1)により2.0×10-18
m5 /Nの音響容量が得られ、合計1.9×10-17m
5 /Nの音響容量が確保できている。すなわち、本発明
の第1の実施形態よりも20μm小さい幅で同等の音響
容量を確保できている。
発明の第2の実施形態のインクジェット記録ヘッドで
は、各支流間の距離を640μmに減少することがで
き、イジェクタの配列密度を第1実施例より更に約3%
増加することが可能となった。
記録ヘッドを、吐出周波数および同時吐出イジェクタ数
を変化させながら、滴体積、滴速、およびリフィル時間
を調べた結果、第1実施例の場合と同様、滴体積および
滴速のばらつきは±2%以下、リフィル時間のばらつき
は±2μs以下であることが確認され、共通流路に十分
な音響容量が確保されていることが確かめられた。
ェット記録ヘッドでは、圧力発生室プレート5、共通流
路プレート2、および連通路プレート4を両面エッチン
グによって加工することにより、図4に示すように、流
路側壁形状を意図的にR形状としている。このように流
路側壁をR形状とすることにより、流路内の流れを一層
スムーズにすることができ、気泡排出性を更に向上させ
ることができる。実際のインク充填評価においても、1
50mmHgの吸引圧力で5秒間インク吸引することに
よって、全ての圧力発生室から気泡を排出することがで
き、気泡排出性が高いことが確認できた。
構成に限定されるものでなく、本発明の主旨を逸脱しな
い範囲内において種々変形して実施することが可能であ
る。例えば、圧力発生手段として圧電アクチュエータを
用いているが、静電力や磁力を利用した電気機械変換素
子や沸騰現象を利用して圧力を発生させるための電気熱
変換素子などの他の圧力発生手段を用いても構わない。
また、圧電アクチュエータとしても、上述する各実施形
態で使用した単板型の圧電アクチュエータの他にも、縦
振動タイプの積層型圧電アクチュエータや別の形態のア
クチュエータを用いても構わない。
や圧力発生室をステンレス板によって形成しているが、
セラミックスやガラスなどの他の材料を用いることも可
能である。
室の形状を四角形としているが、円形や六角形など、他
の形状でも構わない。
支流がヘッドの走査方向と垂直となり、共通流路本流が
ヘッド走査方向と平行になるように共通流路を配した
が、共通流路の配置はこうした形態に限られるものでは
ない。例えば、共通流路本流がヘッド走査方向と垂直に
なり、共通流路支流がヘッド走査方向と平行になるよう
に共通流路を配しても構わない。また、上記実施形態で
は、1本の本流に複数の支流が全て連結させているが、
共通流路本流や共通流路支流を複数に分割したような流
路構成にしても、本発明は同様に適用することが可能で
ある。
上に着色インクを吐出して文字や画像などの記録を行う
インクジェット記録装置を例にとったが、本明細書にお
けるインクジェット記録とは、記録紙上への文字や画像
の記録に限定されるものではない。すなわち、記録媒体
は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体も着
色インクに限定されるものではない。例えば、高分子フ
ィルムやガラス上に着色インクを吐出してディスプレイ
用のカラーフィルタを作製したり、溶融状態のハンダを
基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりする
など、工業的に用いられる液滴噴射装置一般に対して、
本発明を適用することも可能である。
イジェクタの配列密度が高いマトリクスヘッドを実現す
ることができ、高速記録対応のインクジェット記録装置
を小型・低コストで実現することが可能となる。
い寸法精度を確保することができ、吐出特性の均一性に
優れたマトリクスヘッドを実現することが可能となる。
を得ることができるため、信頼性の高いマトリクスヘッ
ドを実現することが可能となる。
記録ヘッドのプレート構成を示す図である。
記録ヘッドの構成を示す断面図である。
図である。
記録ヘッドの構成を示す断面図である。
示す断面図である。
基本構造を示す図である。
の基本構造を示す図である。
の図である。
の図である。
ある。
Claims (15)
- 【請求項1】 2次元的にマトリクス配列された複数の
圧力発生室がインク供給路を介して共通流路によって連
結され、圧力発生手段によりインクが充填された前記圧
力発生室内に圧力変化を生じさせて該圧力発生室に連通
したノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記
録ヘッドであって、 前記インクジェット記録ヘッドは、 前記ノズルを形成するノズルプレートと、前記共通流路
を形成する共通流路プレートと、前記インク供給路を形
成する供給路プレートと、前記圧力発生室を形成する圧
力発生室プレートと、を少なくとも含む複数のプレート
により積層構成され、 前記供給路プレートが前記共通流路のエアダンパを兼ね
ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項2】 前記供給路プレートは、 樹脂フィルムで構成されていることを特徴とする請求項
1記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項3】 前記供給路プレートの厚さは、 略30μm以下であることを特徴とする請求項1または
2記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項4】 前記インク供給路は、 前記供給路プレートに形成された孔であることを特徴と
する請求項1から3のいずれか1項に記載のインクジェ
ット記録ヘッド。 - 【請求項5】 前記インク供給路は、 前記供給路プレートに対してレーザ加工により形成され
ることを特徴とする請求項4記載のインクジェット記録
ヘッド。 - 【請求項6】 前記インクジェット記録ヘッドは、 前記供給路プレートと前記圧力発生室プレートとの間
に、前記共通流路に対応する部分に凹部を設けた連通路
プレートを有することを特徴とする請求項1から5のい
ずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項7】 前記凹部は、前記共通流路の支流に対応
した形状を有することを特徴とする請求項6記載のイン
クジェット記録ヘッド。 - 【請求項8】 前記ノズルプレートは、 前記共通流路のエアダンパを兼ねることを特徴とする請
求項1から7のいずれか1項に記載のインクジェット記
録ヘッド。 - 【請求項9】 前記ノズルプレートは、 樹脂フィルムで構成されていることを特徴とする請求項
1から8のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘ
ッド。 - 【請求項10】 前記共通流路は、 前記供給路プレートを介して配される前記圧力発生室プ
レートに設けられた前記複数の圧力発生室と重畳するよ
うに配置されていることを特徴とする請求項1から9の
いずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項11】 前記共通流路は、 前記圧力発生室プレートに設けられた隣り合う前記圧力
発生室の間で幅が大きくなり、該圧力発生室と重畳する
部分では幅が狭くなるくびれ形状を有していることを特
徴とする請求項10記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項12】 前記圧力発生室の側壁は、 R形状を有していることを特徴とする請求項1から11
のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項13】 前記圧力発生室は、 前記圧力発生室プレートに対して両面エッチングにより
形成されていることを特徴とする請求項1から12のい
ずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項14】 前記ノズルと前記インク供給路とは、 前記圧力発生室の対角に位置するように配置されている
ことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記
載のインクジェット記録ヘッド。 - 【請求項15】 請求項1から14のいずれか1項に記
載のインクジェット記録ヘッドを搭載してなることを特
徴とするインクジェット記録装置。
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