JPH04353459A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タに関し、より具体的にはインクジェットプリンタヘッ
ドのインク噴射孔の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリンタに対する低騒音化や印字
の高品質化等の要望に対してレーザプリンタ等と共にノ
ンインパクトプリンタの一つとしてインクジェットプリ
ンタが開発され製品化されてきた。ドロップオンデマン
ド式のインクジェットプリンタヘッドではインク滴を噴
射させる為のエネルギー発生体として電気機械変換素子
や電気熱変換素子を利用したヘッドが提案されている。 これらのヘッドは小型化や高集積化の要望が強くマルチ
ノズル化が進んでいる。従来、微細化、高集積化を実現
する方法として微細加工技術やフォトフォーミング手法
を用いてインク噴射孔、インク流路、インクチャンバー
の微細化、高集積化を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
微細化、高集積化には次のような問題点があった。第一
はエネルギー発生体を初めヘッド構成に使用する材料に
起因する微細化、高集積化の限界である。例えばエネル
ギー発生体として圧電材料や発熱材料を用いた場合、イ
ンク滴噴射のために必要なエネルギーを電気的エネルギ
ーからの変換によって効率よく得るには、最低限必要な
エネルギー発生体の面積、体積があり簡単には微細化、
高集積化ができない。

【０００４】第二に微細化、高集積化のために起こる製
造コストの上昇の問題である。最近の微細加工技術、フ
ォトフォーミング技術の技術開発は著しいものがあり、
インクジェットプリンタヘッドに技術転用することで、
印字ドット密度にして１５０〜３００ｄｐｉ程度のヘッ
ドが製造できるようになった。しかしヘッドの微細化、
高集積化による歩留まりの低下、コストの上昇を引き起
こすことは免れない。反面、インクジェットプリンタヘ
ッドの低価格化の要望が強くヘッド製造の新工法の開発
、新しい構成のヘッド構造の設計が望まれている。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、インク噴射孔を二種以上の異種
形状にて構成し、且つ該異種形状の内少なくとも一種以
上を非対称形状とすることにより低価格の印字ドット密
度の集積度に優れたインクジェットプリンタヘッドを提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインクジェットプリンタヘッドは、複数のイ
ンク噴射孔を有するアレイを備えたインクジェットプリ
ンタヘッドに於て、前記インク噴射孔が二種以上の異種
形状にて構成されており、且つ、該異種形状の内少なく
とも一種以上のインク噴射孔が、インク噴射孔の出口に
於てインク滴噴射方向の速度分布が非対称分布となるよ
うな非対称形状に形成されることにより、印字ドットピ
ッチをインク噴射孔のピッチより集積されるようにした
ことを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記の手段を有する本発明のインクジェットプ
リンタヘッドは、印字のための入力信号に対応してヘッ
ド記録部に電気信号が送られ、インクジェットの溝容積
の変化をもたらす。溝容積の変化にともないインク滴の
噴射が行われる。インク噴射孔を通して噴射されるイン
ク滴はインク噴射時のインク噴射孔の出口に於てインク
滴噴射方向の速度分布が非対称分布となり飛翔方向が変
化する。そのため、インク噴射孔の形状を制御すること
でインクの飛翔方向を制御しインク噴射孔の集積ピッチ
より高集積化された印字ドットピッチを実現できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。まず、はじめにインク噴射孔の構成
及び原理について説明する。図１にインク噴射孔部の構
成例及びインク滴飛翔方向の概略断面図を示す。ピッチ
Ｐ０で形成されたインク流路（圧力チャンバー）１３と
して作用する溝が構成された部材に該インク流路１３に
対応した位置関係でピッチＰ０にてインク噴射孔１２が
形成されたノズルプレート１１が接着層１４を介して接
着されている。ノズルプレート１１は印字用の紙１５に
対向する側に凹の曲面を有している。各インク噴射孔１
２は曲面上に形成されているためインク噴射方向１８に
対してインク噴射時の側面からのインク滴の開放のタイ
ミングがずれるようになっている。従って図の様に各イ
ンク噴射孔１２から噴射されたインク滴は異なった飛翔
方向を持ち、紙１５面での着弾点１６のピッチはＰ１と
なり、Ｐ０＞Ｐ１となる。

【０００９】次に、図２にインク噴射孔部の他の構成例
及びインク滴飛翔方向の概略断面図を示す。これはピッ
チＰ０で形成されたインク流路（圧力チャンバー）１３
として作用する溝がそのままインク噴射孔１２とし作用
する構成例である。従って図１で示したノズルプレート
１１に形成された溝がインク流路（圧力チャンバー）、
インク噴射孔として動作することになる。ノズルプレー
ト１１は図１の例と同様に印字用の紙１５に対向する側
に凹の曲面を有している。各インク噴射孔１２は曲面上
に形成されているためインク噴射方向１８に対してイン
ク噴射時の側面からのインク滴の開放のタイミングがず
れるようになっている。つまり図の様に各インク噴射孔
１２から噴射されたインク滴は異なった飛翔方向を持ち
、紙１５面での着弾点１６のピッチはＰ１となり、Ｐ０
＞Ｐ１となる。

【００１０】図３に４種の異種形状のインク噴射孔を備
えたノズルプレート１１の構成例を示す。インク噴射孔
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ、２
４ａ、２４ｂが各々４種の異種形状の組でありインク噴
射孔２１ａと２１ｂ、２２ａと２２ｂ、２３ａと２３ｂ
、２４ａと２４ｂは噴射孔の凹部の形状が同じで向きが
反対になっている。

【００１１】図４に４種の異種形状のインク噴射孔を備
えたノズルプレート１１の別の構成例を示す。インク噴
射孔３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ
、３４ａ、３４ｂが各々４種の異種形状の組でありイン
ク噴射孔３１ａと３１ｂ、３２ａと３２ｂ、３３ａと３
３ｂ、３４ａと３４ｂは噴射孔の凸部の形状が同じで向
きが反対になっている。

【００１２】図５に２種の異種形状のインク噴射孔を備
えたノズルプレート１１の構成例を示す。インク噴射孔
４１と４２が各々２種の異種形状の組でありインク噴射
孔４１は円形の断面形状を有しインク噴射孔４２は凸部
の形状が同じですべて下向きになっている。

【００１３】次にインク滴の飛翔の原理及び作用につい
て簡単に説明する。

【００１４】図６（ａ）〜（ｃ）に図１のインク噴射孔
１２、図４のインク噴射孔３２及び比較例として対称形
状のインク噴射孔５２の断面図及びインク噴射孔出口で
のインク噴射時の速度分布の概略を示す。インク噴射孔
５２の場合、噴射孔は円形形状で中心軸Ａ−Ｂに対して
左右対象となる。従って速度分布も中心軸Ａ−Ｂに対し
て対称な分布となりインク滴は噴射方向にまっすぐ飛翔
する。インク噴射孔１２の場合、噴射孔は円形形状断面
であるが、中心軸Ａ−Ｂの両側でインク滴噴射方向に対
して長さが異なる。従って縦断面図のＣ−Ｄでの速度分
布を考えると中心軸Ａ−Ｂに対して非対称になる。これ
は噴射されるインク滴が中心軸Ａ−Ｂに対して左右で噴
射孔の側面から開放されるタイミングがずれることに起
因する。

【００１５】縦断面図のＣ−Ｄでは中心軸Ａ−Ｂに対し
て左側はまだ噴射孔の側面の規制を受けているが右側で
は規制から開放されている。つまりインク滴の飛翔方向
は右側に曲げられることになる。インク噴射孔３２の場
合は噴射孔の断面形状が非対称で中心軸Ａ−Ｂの左側に
凸部を持った形状である。従って噴射されるインク滴の
噴射孔出口での速度分布は、中心軸Ａ−Ｂに対して非対
称となる。この時インク滴の速度は中心軸Ａ−Ｂに対し
て左側が小さく、右側が大きくなる。この様な速度分布
が生じるとインク滴に作用する力は左側が大きく右側が
小さくなる。従ってインク滴は右に曲がり飛翔する。飛
翔方向の決定はインク滴が噴射孔から噴射した瞬間にほ
ぼなされる（インク滴が表面張力によって球形となるま
でに）。上記の様な速度分布の非対称性に基づき図３の
実施例ではピッチＰ０で形成された各インク噴射孔から
噴射されたインク滴は中心に収束するように飛翔し紙面
での印字ドットピッチＰ１はＰ０＞Ｐ１となる。また図
４の実施例でも同様にＰ０＞Ｐ１となり、印字ドットピ
ッチの高集積化が実現される。図５の実施例の場合はＰ
２だけ縦方向にオフセットされた二組のインク噴射孔か
ら噴射されたインク滴の紙面上での着弾点を一直線上に
並べることができる。

【００１６】次に、図７にエネルギー発生体として電気
熱変換素子を用いたインクジェットプリンタヘッドを応
用した記録部の構成概略図を示す。シリコン基板６１の
表面に分割された発熱体６２と該発熱体６２に通電する
ための電極（図示せず）がパターン化され形成してある
。この基板６１と前記分割発熱体６２の位置関係に対応
した微細な溝６４が形成されたカバープレート６３が接
着されている。この接合体の前面は曲面加工されている
。前記の溝６４及び基板６１で形成される空間はインク
流路として働くと共に、圧力チャンバーとして動作する
。またインク噴射孔の前面が曲面になっており、発熱体
への通電によるバブルの発生に伴うインク噴射時の噴射
孔として作用する。

【００１７】次に動作について述べると、入力信号に対
応して電極電圧が印加されると、発熱体６２が発熱しバ
ブルが発生しインク滴が飛翔する。このとき、インク噴
射孔の前面が曲面になっているのでインクの噴射速度の
非対称分布が生じインク滴の飛翔方向が変化する。従っ
て溝（インク噴射孔）ピッチより高集積化された印字ド
ット密度が実現される。

【００１８】図８にエネルギー発生体として電気機械変
換素子を用いたインクジェットプリンタヘッドの記録部
の構成概略図を示す。厚み方向に分極された圧電セラミ
ックス板にダイアモンドカッターブレードによって微細
な溝７２が形成される。溝７２の両側面にはスパッタ法
を利用してニッケルの駆動電極７４及び該駆動電極７２
に電圧を印加するための取り出し電極（図示せず）が形
成されている。この圧電素子７１とインク補給口７６を
有するカバープレート７５が接着層を介して接着されて
いる。インク噴射孔７７は非対称断面形状の噴射孔によ
り構成されている。また該接合体の前面にはノズルプレ
ート７９が接着されている。

【００１９】次に、動作について述べる。入力信号に対
応して駆動電極７４に電圧が印加されると、圧電セラミ
ックスの壁７３は分極方向と電界印加方向が直交するた
め高さ方向の寸法変化を伴うことなく横方向にせん断変
形をおこす。この時溝７２とカバープレート７５で形成
された空間はその容積変化を引き起こしインク流路およ
び圧力チャンバーとして働きインク滴の噴射が起きる。 インク滴の噴射は前面に設けられたノズルプレート７９
のインク噴射孔７７から行われる。インク噴射孔７７は
非対称断面形状の噴射孔により構成されておりインク噴
射孔７７の噴射出口でのインク噴射速度の非対称分布が
生じインク滴の飛翔方向が変化する。従って溝（インク
噴射孔）ピッチより高集積化された印字ドット密度が実
現される。

【００２０】実施例の図１及び図２に示すような場合イ
ンク噴射孔の前面を曲面にするには、必要な形状に成形
された砥石を用いて簡単に加工することができる。また
図３〜図５に示すような異種形状の断面形状を有するイ
ンク噴射孔を形成する方法には、ノズルプレート材料と
してガラスや樹脂シートを用いることでエキシマレーザ
等により簡単に加工できる。従って、低価格にて印字ド
ット密度が高集積化されたインクジェットプリンタヘッ
ドが実現できる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインクジェットプリンタヘッドはインク噴射孔が
二種以上の異種形状にて構成されており、且つ該異種形
状の内少なくとも一種以上が非対称形状であることでイ
ンク噴射孔ピッチの集積度より高集積度の印字ドット密
度が実現される安価なインクジェットプリンタヘッドと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例のインク噴射孔部の構成例とインク滴
の飛翔方向を示す概略図である。

【図２】本実施例のインク噴射孔部の別の構成例とイン
ク滴の飛翔方向を示す概略図である。

【図３】本実施例のインク噴射孔の非対称形状を示す概
略図である。

【図４】本実施例のインク噴射孔の非対称形状を示す概
略図である。

【図５】本実施例のインク噴射孔の非対称形状を示す概
略図である。

【図６】本実施例のインク噴射孔の断面形状及び速度分
布を示す概略図である。

【図７】本実施例のインクジェットプリンタの記録部の
構成を示す概略図である。

【図８】本実施例のインクジェットプリンタの記録部の
別の構成を示す概略図である。

【符号の説明】

１１ノズルプレート １２　　インク噴射孔 １３　　インク流路 １４　　接着層 １５　　紙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数のインク噴射孔を有するアレイを
   備えたインクジェットプリンタヘッドに於て、前記イン
   ク噴射孔が二種以上の異種形状にて構成されており、且
   つ、該異種形状の内少なくとも一種以上のインク噴射孔
   が、インク噴射孔の出口に於てインク滴噴射方向の速度
   分布が非対称分布となるような非対称形状に形成される
   ことにより、印字ドットピッチをインク噴射孔のピッチ
   より集積されるようにしたことを特徴とするインクジェ
   ットプリンタヘッド。