JPH1029307A

JPH1029307A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH1029307A
Application number: JP9993797A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【目的】高密度な印写を行なえるインクジェット記録
装置を得る。【構成】４８０ｄｐｉ以上の高密度印写を行うインク
ジェット記録装置において、インク吐出口１３のサイズ
をφ４０μｍ以下とし、インク１５に吐出エネルギーを
与えるエネルギー作用部３の表面とインク吐出口１３と
をほぼ平行にした。エネルギー作用部３の表面とインク
吐出口１３とがほぼ平行なため、エネルギー作用部３か
らインク１５に与えられた吐出エネルギーをインク１５
の吐出に効率良く使用でき、高密度印写を行うためにイ
ンク吐出口１３の口径が小さくなってもインク吐出口１
３からのインクの吐出速度が１０ｍ／ｓ以上の高速にな
り、インクの吐出が良好に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクを吐出させ
て印写を行うインクジェット記録装置に関し、より詳細
には、４００ｄｐｉ(dot par inch)より高密度な印写を
行なえるインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノンインパクト記録方法は、記録時にお
ける騒音の発生が無視できる程度に極めて小さいという
点で、オフィス用等として注目されている。その中で、
高速記録が可能であり、しかも、普通紙に特別の定着処
理を必要とせずに記録を行なうことができる、所謂、イ
ンクジェット記録方法は極めて有力な記録方法であり、
これまでにも様々な方式が提案され、又は、既に製品
化、実用化されている。

【０００３】このようなインクジェット記録方法は、所
謂インクと称される記録液体の小液滴（インク滴）を飛
翔させ、このインク滴を被記録体に付着させて記録を行
なうものであって、例えば、本出願人が特公昭５６−９
４２９号公報として出願している。ここで、この特公昭
５６−９４２９号公報に記載された発明を要約すれば、
液室内のインクを加熱して気泡を発生させることにより
インクに圧力上昇を生じさせ、このインクを微細なノズ
ル先端のインク吐出口から吐出させて記録を行なうもの
である。

【０００４】その後この原理を利用して多くの発明がな
され、その一つとして、例えば、特公昭６２−５９６７
２号公報に記載されている発明が知られている。これ
は、アルミナ等のセラミックス、金属、プラスチックス
等を形成して得られる基板にインクを吐出させるための
エネルギー源としての発熱素子や圧電素子等のエネルギ
ー作用部を設置し、その基板上に感光性樹脂層を塗布法
やラミネート法等によって設けた後、この感光性樹脂層
に通常行なわれているフォトリソグラフィーの手段によ
ってインク流路溝を形成し、ついで、インク流路溝が設
けられた基板に上蓋を接合してインクジェット記録ヘッ
ドを製作するというものである。また、特開昭５７−４
３８７６号公報に記載されている発明が知られており、
これは、上述した特公昭６２−５９６７２号公報に記載
された発明から一歩進んで、上蓋を接合した後、ダイシ
ング法によって基板と上蓋とを切断することによりイン
ク吐出口を形成するという点にまで言及しており、イン
クジェット記録ヘッドの製作方法がより明確になってい
る。

【０００５】しかしながら、上述した公報においては、
基板上にフォトリソグラフィー等の技術を用いてインク
ジェット記録ヘッドとして必要な構成（インク流路溝や
インク吐出口等）を形成する方法についての記載はある
が、具体的にどの位の大きさのインクジェット記録ヘッ
ドを作るのかという記載はない。

【０００６】一方、特開昭５５−１３２２６７号公報に
は、その明細書中に記載されているように８〜１２個／
ｍｍ（２００〜３００個／inch）程度の密度にインク吐
出口を配列したインクジェット記録ヘッドが検討されて
いる。又、特開昭５５−１６１６６５号公報では、その
明細書中に記載されているように、発熱抵抗体パターン
（エネルギー作用部）のサイズが８０μｍ×２００μｍ
であり、先端にインク吐出口を形成するインク流路溝の
サイズが幅８０μｍ×深さ８０μｍであることから、イ
ンク吐出口の配列密度が８個／ｍｍ程度のインクジェッ
ト記録ヘッドが検討されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
より高精細、高画質の記録品質が要求されており、上述
した従来技術で開示されている程度のインク吐出口配列
密度のインクジェット記録ヘッドでは市場のニーズに応
えられなくなってきている。具体的には、４００ｄｐｉ
以上の高密度記録が要求されてきており、従来のインク
ジェット記録ヘッドではこれに対処することができな
い。

【０００８】そして、このような高密度記録を行なうこ
とができるインクジェット記録ヘッドは実現されておら
ず、従って、４００ｄｐｉ以上の高密度記録を行なう具
体的方法についても充分検討されていないということが
実状である。

【０００９】そこで本発明は、印写密度が４００ｄｐｉ
以上の高密度印写を達成できるインクジェット記録装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
４８０ｄｐｉ以上の高密度印写を行うインクジェット記
録装置において、インク吐出口のサイズをφ４０μｍ以
下とし、インクに吐出エネルギーを与えるエネルギー作
用部の表面と前記インク吐出口とがほぼ平行である。従
って、インクに吐出エネルギーを与えるエネルギー作用
部の表面とインク吐出口とをほぼ平行とすることによ
り、エネルギー作用部からインクに与えられた吐出エネ
ルギーがインクの吐出に効率良く使用される。このた
め、インク吐出口のサイズを小さくし、従来にない高密
度印写を行うインクジェット記録装置であっても、イン
ク吐出口から吐出するインクは１０ｍ／ｓ以上の吐出速
度が得られ、インクが高速で安定して吐出する。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明のインクジェット記録装置において、エネルギー作用
部は、その表面からインクに熱エネルギーを付与してイ
ンク中で気泡を発生せしめる発熱体であり、この気泡の
作用力により前記エネルギー作用部の表面とほぼ垂直方
向にインクを吐出させる。従って、インク中で発生した
気泡の作用力が無駄なくインクの吐出に用いられるの
で、従来にない高密度印写を行うようなインクジェット
記録装置であっても、インク吐出口から吐出するインク
は１０ｍ／ｓ以上の吐出速度が得られ、インクは高速で
安定して吐出する。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明のインクジェット記録装置において、発熱体は、その
大きさが４５μｍ×４５μｍ以下である。従って、イン
ク中で発生した気泡の作用力が無駄なくインクの吐出に
用いられるので、発熱体が小型になってもインクの吐出
が良好に行われる。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の発明のインクジェット記録装置において、イン
ク吐出口は、樹脂シートにエキシマレーザー加工により
穿孔され、前記インク吐出口を穿孔する部分の前記樹脂
シートの厚さを１０μｍ〜５０μｍとした。従って、エ
キシマレーザー加工でインク吐出口を穿孔する場合に、
樹脂シートにおけるインク吐出口を穿孔する部分の樹脂
シートの厚さが１０μｍ〜５０μｍであるので、インク
吐出口の寸法精度が高くなる。

【００１４】請求項５記載の発明は、インクを吐出させ
るインク吐出口と前記インクに吐出エネルギーを与える
エネルギー作用部とを有するインクジェット記録ヘッド
を備えたインクジェット記録装置において、前記エネル
ギー作用部に対向する側に前記インク吐出口を形成し、
前記インクを前記エネルギー作用部に対してほぼ垂直方
向へ吐出させて印写を行うとともに、印写密度が４００
ｄｐｉ〜８００ｄｐｉのインクジェット記録ヘッドは、
前記エネルギー作用部の表面から前記インク吐出口の外
側表面までの距離を４０μｍ〜７０μｍとした。従っ
て、エネルギー作用部の表面からインク吐出口の外側表
面までの距離を４０μｍ〜７０μｍとすることにより、
吐出するインクが飛散することなく、また、１０ｍ／ｓ
以上の吐出速度を得ることができ、インクが高速で安定
して吐出する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図面に基
づいて説明する。図１は本発明に係るインクジェット記
録装置に使用されるインクジェット記録ヘッド１の完成
図であり、図２はその分解斜視図である。まず、基板で
ある発熱体基板２上にはエネルギー作用部である複数個
の発熱体３が一列に設けられ、さらに、これらの発熱体
３には個別の制御電極４と共通の共通電極５とが電気的
に接続されている。なお、これらの電極４，５の端部は
前記発熱体基板２の同一サイドに引き出され、各々がボ
ンディングパッド６，７とされている。また、前記発熱
体基板２には、前記発熱体３の配列方向端部に位置させ
てインクを導入するインク導入口８が貫通形成され、こ
のインク導入口８にはフィルタ９を介してインク導入チ
ューブ１０が接続されている。また、前記発熱体基板２
上には、前記発熱体３やインク導入口８をカバーし得る
大きさの凹部１１が形成された蓋部材１２が積層されて
いる。なお、この蓋部材１２は前記凹部１１を前記発熱
体３に対向させる向きに積層されており、前記発熱体基
板２の上面部と前記凹部１１とに囲まれた部分がインク
が導入されるインク室とされている。そして、前記蓋部
材１２には前記発熱体３と対向する位置にインク吐出口
１３が形成されている。図３は前記蓋部材１２を内側か
ら見た斜視図であり、蓋部材１２の凹部１１側内周面に
おけるインク吐出口１３の周囲には、前記発熱体３側へ
突出した凸部である障壁１４が形成されている。

【００１６】なお、これらの図１乃至図３、さらには、
後述する各図では、説明を簡単にするため、必要に応じ
て簡略化した構造等を図示するものであり、いくつかの
省略点、誇張点を持つものである。例えば、発熱体基板
２には発熱体３や電極４，５の他に蓄熱層や保護層等が
設けられているが、ここでは図示を省略し、後述するも
のとした。また、発熱体３とインク吐出口１３との対は
図示例では３個だけとしたが、実際には多数設けられる
ものであり、ローエンドシリアルプリンタの例では６４
〜２５６個設けられ、ハイエンドマルチプリンタの例で
は２０００〜４０００個設けられている。また、発熱体
３等の数が多くなるに伴い、インク導入口８の数も増や
され、或いは、開口面積が大きくされる。このようなイ
ンク導入口８は例えばシリコン等による発熱体基板２の
場合であれば、レーザービーム加工或いはエッチングに
より容易に形成できる。また、図示例の各部の寸法比率
は判り易さを優先させてあり、必ずしも現実に即したも
のではない。

【００１７】つぎに、図４を参照しながらインク１５の
吐出原理について説明する。なお、図４はインクジェッ
ト記録ヘッド１におけるインク吐出口１３の近傍を断面
にしたものである。

【００１８】まず、同図（ａ）は定常状態であり、イン
ク吐出口１３においてインク１５の表面張力と外圧とが
平衡状態に保たれている。

【００１９】同図（ｂ）は発熱体３が加熱されて発熱体
３の表面温度が急上昇し、隣接インク層に膜沸騰現象が
生じて沸騰膜を作り、発熱体３の表面で気泡１６が成長
した状態である。この時、インク吐出口１３の圧力は気
泡１６の成長した分だけ上昇し、外圧とのバランスがく
ずれ、インク吐出口１３からインク柱１５ａが成長しは
じめる。

【００２０】同図（ｃ）は気泡１６が最大に成長した状
態であり、インク吐出口１３からインク柱１５ａが押し
出される。この時、発熱体３には電流が流れていない状
態であり、発熱体３の表面温度は降下しつつある。気泡
１６の体積の最大値は発熱体３に対する電気パルス印加
のタイミングからやや遅れる。

【００２１】同図（ｄ）は気泡１６がインク１５等によ
り冷却されて収縮した状態を示す。インク柱１５ａの先
端部では押し出された速度を保ちつつ前進し、後端部で
は気泡１６の収縮に伴なうインク吐出口１３内の圧力減
少によりインク１５が逆流し、インク柱１５ａの根本が
くびれ、その後、インク柱１５ａはくびれ部から切断さ
れ、インク滴１５ｂとなってインク吐出口１３から吐出
する。この時、インク吐出口１３の内圧が外圧より低い
状態となるため、メニスカスが大きくインク吐出口１３
内に入り込んだ状態となる。なお、吐出時におけるイン
ク滴１５ｂの先端部は１０〜１８ｍ／ｓの吐出速度をも
ち、インク吐出口１３に対向する位置に設けられている
記録紙（図示せず）へ向けて吐出する。

【００２２】同図（ｅ）は毛細管現象によってインク１
５がインク吐出口１３へ再び供給されて同図（ａ）に示
した状態と同じ状態に戻った状態であり、気泡１６は完
全に消滅している。

【００２３】以下、上記吐出原理をよりよいものとする
ための各部の構成・製造方法等を個別に説明する。ま
ず、発熱体基板２の構造及びその製造方法等を図５を参
照して説明する。発熱体基板２は本実施例において重要
なパーツの一つであり、この発熱体基板２自体は、例え
ば、ガラス、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、シリコン等の材
質によるものが用いられる。この発熱体基板２上に形成
される蓄熱層１７は、例えばＳｉＯ₂ 層よりなり、ガラ
ス又はアルミナ基板の場合であればスパッタリング法等
の薄膜形成法により形成され、シリコン基板の場合には
熱酸化法によって形成される。蓄熱層１７の膜厚として
は１〜５μｍ程度がよい。

【００２４】発熱体３を構成する材料としては、タンタ
ル−ＳｉＯ₂ の混合物、窒化タンタル、ニクロム、銀−
パラジウム合金、シリコン半導体、或いは、ハフニウ
ム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタル、タン
グステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナジウム等
の金属の硼化物が使用可能ある。これらの内、金属の硼
化物が特に好ましく、その中でも、硼化ハフニウムが最
も特性的に好ましく、次いで、硼化ジルコニウム、硼化
ランタン、硼化バナジウム、硼化ニオブの順に好ましい
ものとなる。発熱体３はこのような材料を用い、電子ビ
ーム法、蒸着法、スパッタリング法等により形成され
る。膜厚は単位時間当たりの発熱量が所望値となるよう
に、その面積、材質、熱作用部分の形状及び大きさ、実
際面での消費電力等に応じて適宜設定されるが、通常は
０．００１〜５μｍ程度、好ましくは０．０１〜１μｍ
程度とされる。

【００２５】制御電極４や共通電極５の材料としては、
通常の電極材料と同じでよく、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｐｔ、Ｃｕ等が用いられる。これらは蒸着法等によ
り、所定位置に所定の大きさ、形状、膜厚で形成され
る。前記発熱体３の上部には保護層１８が形成されてお
り、この保護層１８は発熱体３で発生した熱を効果的に
インク１５側に伝達することを妨げずに発熱体３を保護
するためのものであり、材料としては、酸化シリコン
（ＳｉＯ₂ ）、窒化シリコン、酸化マグネシウム、酸化
アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム等が用
いられる。製法は、電子ビーム法、蒸着法、スパッタリ
ング法等による。膜厚は、通常０．０１〜１０μｍ、好
ましくは０．１〜５μｍ（中でも、０．１〜３μｍが最
適）とされる。保護層１８はこれらの材料を用いて１層
又は複数層構造で形成されるが、これらの層の他に、気
泡１６が収縮・消滅する際に発生するキャビテーション
作用から保護するためにタンタル等の金属層を表面に形
成することが望ましい。具体的には、タンタル等の金属
層を膜厚０．０５〜１μｍ程度で形成すればよい。

【００２６】前記電極４，５の上部には電極保護層１９
が形成されており、この電極保護層１９の材料として
は、例えばポリイミドイソインドロキナゾリンジオン
（商品名：ＰＩＱ，日立化成社製）、ポリイミド樹脂
（商品名：ＰＹＲＡＬＩＮ，デュポン社製）、環化ポリ
ブタジエン（商品名：ＪＳＲ−ＣＢＲ，日本合成ゴム社
製）、フォトニース（商品名，東レ社製）、その他の感
光性ポリイミド樹脂等が用いられる。

【００２７】つぎに、前記蓋部材（図１乃至図３参照）
１２の製作方法について説明する。蓋部材１２は樹脂の
一体成形で形成され、樹脂材料としては、耐インク性に
優れたポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリ
フェニレンオキサイド、ポリプロピレン等が用いられ
る。その中でも、成形のために流動性のよい（melt flo
w rateが１０ｇ／１０分以上）材料を用いることが好ま
しい。成形機は市販の射出成形機を用いるが、微細な形
状を精度良く転写するために射出圧力が２０００ｋｇ／
ｃｍ² 以上の能力を有する成形機が望ましい。また、樹
脂の流動性を高めるため、シリンダ温度を４００℃以上
に加熱する。金型は、図３に示した蓋部材１２と対にな
る形状の金型を用いる。また、転写性を良くするため、
金型の材料の熱変形温度以上に加熱できるようにヒータ
ー、熱触媒等を金型内に設ける。なお、金型の樹脂充填
部を真空ポンプ等により減圧して転写性を高めることも
有効である。

【００２８】なお、以上の説明では、蓋部材１２はイン
ク吐出口１３も同時に一体成形する例であるが、他の方
法として、金型内ではインク吐出口１３を有しない状態
の樹脂シートを成形し、金型内から取り出した樹脂シー
トに対してレーザー装置で紫外線を照射し、樹脂を除去
・蒸発させてインク吐出口１３を形成することにより、
高精度なインク吐出口１３を形成することができる。特
に、エキシマレーザーを適切に用いると、マスクパター
ンに沿った精密な加工を簡単に行なうことができるた
め、例えば、４００ｄｐｉを超えるような非常に高密度
な印写を行なうインクジェット記録ヘッド１のように、
従来にない微小な（φ３０μｍより小さい）インク吐出
口１３を形成するためには大変都合がよい。

【００２９】以上が本発明のインクジェット記録装置に
おいて用いるインクジェット記録ヘッド１の概略説明で
あるが、このインクジェット記録ヘッド１では図より明
らかなように、発熱体３の表面に対してほぼ垂直方向へ
インク滴１５ｂを吐出させるサイドシューター方式を採
用している。これに対し、図６に示したように、発熱体
３の表面に対してインク滴１５ｂを平行方向へ吐出する
方式（エッジシューター方式）のインクジェット記録ヘ
ッドがある。本出願人は、両構造のインクジェット記録
ヘッドを各種試作して測定を行なった結果、非常に高精
細な印写、例えば、４００ｄｐｉを超えるような高密度
印写を行なうためには、サイドシューター方式が適して
いることを見い出した。表１と表２とはその測定結果を
示したもので、表１はエッジシューター方式のインクジ
ェット記録ヘッドを試作してインク滴１５ｂを吐出さ
せ、吐出したインク滴１５ｂの先端部の吐出速度を測定
した結果である。一方、表２はサイドシューター方式の
インクジェット記録ヘッドを試作して同様の測定を行な
った結果である。ここで、試作したインクジェット記録
ヘッドは、インク吐出口の数を６４個とし、その配列密
度を３００〜１０００個／inchまで変えたものである。
また、使用したインク１５は、表面張力が４０．５ dyn
／ｃｍ、粘度１．６２ｃｐのものである。さらに、サイ
ドシューター方式のインクジェット記録ヘッドには、図
３に示したような障壁１４を図８に示したようにインク
吐出口１３の周囲に４個形成した。また、駆動周波数は
すべて５ｋＨｚに統一した。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】以上の測定結果より明らかなように、エッ
ジシューター方式のインクジェット記録ヘッドでは、イ
ンク吐出口の配列密度が４８０個／inch以上になると、
インク滴の先端部の吐出速度が１０ｍ／ｓ以下となっ
た。

【００３３】これに対してサイドシューター方式のイン
クジェット記録ヘッドでは、インク吐出口の配列密度が
４８０個／inchを超えてもインク滴の先端部の吐出速度
は１３ｍ／ｓ以上であった。

【００３４】このように、エッジシューター方式とサイ
ドシューター方式とのインクジェット記録ヘッドにおい
て、インク滴の先端部の吐出速度に違いが生じるのはそ
の構造に起因すると考えられる。本発明に適用したサイ
ドシューター方式のインクジェット記録ヘッド１では、
発生した気泡１６の真上にインク吐出口１３があるた
め、気泡１６の成長方向とインク滴１５ｂの吐出方向と
が一致している。従って、気泡１６の成長によるインク
吐出の推進力は非常に効率良くインク１５に伝達され、
発熱体３からインク１５に与えられた吐出エネルギーに
対するインク１５の吐出に直接使用される吐出エネルギ
ーの割合（吐出効率）が高くなる。さらに、本実施例で
は、インク吐出口１３の周囲に障壁１４を設けているた
め、その推進力は横方向に分散されにくく、吐出効率が
より一層高くなる。

【００３５】一方、図７はエッジシューター方式のイン
クジェット記録ヘッドにおいて、発生した気泡１６の成
長方向とインク１５の吐出方向とを示したもので、気泡
１６の成長方向とインク１５の吐出方向とが９０゜の角
度を有して一致せず、また、インク吐出の推進力も半分
は逆向き（矢印Ａ方向）に逃げるため、吐出効率は低下
している。

【００３６】このような構造的な違いを考えて表１と表
２とを比較すると、その結果に差異が出ることが理解で
きる。つまり、高密度印写を行なうためにインク吐出口
１３の配列密度を密にしてインク吐出口１３のサイズを
小さくしていくと、それに伴って各発熱体３のサイズを
小さくしたり駆動電圧を低下させる必要が生じて各発熱
体３からインク１５に与えられる吐出エネルギーの量が
少なくなり、更には、インク吐出口１３の口径が小さく
なるためにインク吐出時に流体抵抗が大きくなる。この
ため、吐出効率が低いエッジシューター方式のインクジ
ェット記録ヘッドでは、インク１５の表面張力と外圧と
が平衡状態に保たれている状態のメニスカスを打ち破っ
てインク滴１５ｂを吐出させることが次第に困難にな
る。従って、４００ｄｐｉを超えるような高密度印写を
行なうインクジェット記録ヘッドでは高速度でインク吐
出を行なうためには、サイドシューター方式のインクジ
ェット記録ヘッド１としなければならない。

【００３７】つぎに、インク吐出速度の違いが記録紙の
紙面上の画素径に及ぼす影響を調べた結果を示す。表３
は、サイドシューター方式とエッジシューター方式とで
それぞれ紙面上に画素を形成したその大きさを比較した
ものである。使用したインクは前述のものと同じであ
り、記録紙としては三菱製紙製マットコート紙ＮＭを使
用した。なお、表３に示した画素径は、測定サンプル数
ｎ（ｎ＝５０個）の平均値である。

【００３８】

【表３】

【００３９】これよりわかるように、同じ配列密度のイ
ンクジェット記録ヘッドであっても、インク吐出速度が
速いサイドシューター方式で印写したほうが、約９０％
の大きさとなった画素径を得ることができる。このこと
は、本発明のように、非常に高精細な記録を行なう際に
有利に働く。つまり、速いスピードでインクを吐出させ
ることにより、飛翔時も非常に安定して狙いどおりの紙
面上に着弾でき、さらに、吐出速度が速いために紙面上
に着弾した時も画素径が広がりにくく、にじみにくくな
るため、非常に高画質な印写が行なわれる。

【００４０】つぎに、本発明に係るインクジェット記録
ヘッド１の特徴の一つである、発熱体３の表面からイン
ク吐出口１３の外側表面までの距離、及び、蓋部材１２
におけるインク吐出口１３を形成する部分の厚さ寸法に
ついて説明する。発生した気泡１６によるインク吐出の
推進力を効率良くインク１５に伝え、微小なインク吐出
口１３からインク１５を吐出させるには、図９に示した
ように発熱体３の表面からインク吐出口１３の外側表面
までの距離“ｈ”が大きな影響を及ぼす。また、同図に
おいて“ｔ”は蓋部材１２におけるインク吐出口１３を
形成する部分の厚さ寸法である。

【００４１】ここで、表４は上述した距離“ｈ”や寸法
“ｔ”を変えたインクジェット記録ヘッドを試作して吐
出するインク滴の先端部の吐出速度を測定した結果を示
したものである。なお、ここで使用したインクジェット
記録ヘッドは、表２の測定を行なうために試作したイン
クジェット記録ヘッドと同様に一つのインク吐出口１３
の周囲に４個の障壁１４を有し、他の吐出条件等も表２
の測定を行なう場合に準じて設定したものである。な
お、インク吐出口は、ポリサルフォン樹脂のシートにエ
キシマレーザーで加工したものである。

【００４２】

【表４】

【００４３】この測定結果から、印写密度が４００ｄｐ
ｉ、或いは、それを超えるような高密度印写を行なうよ
うなインクジェット記録ヘッドにおいては、発熱体３の
表面からインク吐出口１３の外側表面までの距離“ｈ”
を７０μｍ以下とする必要があることがわかる。なお、
“ｈ”が７０μｍ以上、例えば９０μｍであってもイン
ク滴の吐出は可能であるが、インク滴の先端部の吐出速
度が１０ｍ／ｓ以下となり、その吐出力が弱く、外乱の
影響を受け易くなるために安定した印写を行なうには不
利となる。

【００４４】また、本発明に係るインクジェット記録ヘ
ッドのように非常に高密度の印写を行なう場合には、イ
ンク吐出口１３の加工精度を高くして各インク吐出口１
３においてバラツキがないことが必要であり、表５はイ
ンク吐出口１３の加工精度について測定した結果を示し
たものである。使用した材料はポリサルフォン樹脂のシ
ートであり、その材料の厚さを変えてφ２８μｍのイン
ク吐出口１３をエキシマレーザーによって形成し、その
寸法精度を調べた。なお、インク吐出口１３のサイズ
は、光学式測長機では高精度に測定することができなか
ったため、簡易ヘッドを製作し、一定時間それらのイン
ク吐出口１３から純水を吐出させ、吐出された純水を採
取してその重量を測定することにより、インク吐出口１
３の口径に換算したものである。

【００４５】

【表５】

【００４６】この測定結果から、ポリサルフォン樹脂の
厚さ“ｔ”を５０μｍ以下とすることにより、成形され
るインク吐出口１３の寸法精度は、±０．３μｍ以内と
なることがわかる。一般に、非常に微小な画素を４００
ｄｐｉを超えるような高密度に印写するには、インク吐
出口１３の口径のバラツキは少なくとも±０．５μｍ以
内にする必要があるが、表５に示した測定結果から、材
料の厚さを１０μｍ〜５０μｍとすることによってそれ
が達成できる。

【００４７】つぎに、障壁１４がインク１５の吐出効率
に及ぼす影響についての測定結果について説明する。４
００ｄｐｉを超えるような高密度印写を行なう場合に
は、表１、表２に示したように吐出構造の違いもさるこ
とながら、インク吐出口１３の周辺の構造も重要であ
る。これは、印写密度が４００ｄｐｉ以下の比較的粗い
印写を行なうインクジェット記録ヘッドでは、インク吐
出口のサイズも大きいためにインク吐出時の流体抵抗も
少なく、また、発熱体のサイズも大きいため発生する気
泡が充分大きいためにインクを吐出させる推進力も大き
いのに対し、４００ｄｐｉを超えるような高密度印写を
行なうインクジェット記録ヘッドでは、インク吐出口や
発熱体のサイズが小さくなり、インク吐出時の流体抵抗
が大きくなると共にインクを吐出させるための推進力が
小さくなるためである。そこで、図３や図８に示したよ
うな障壁１４をインク吐出口１３の周囲に形成すること
により、気泡の推進力を横方向へ逃がさず、効率良くイ
ンク吐出口１３側へ伝えることができる。

【００４８】ここで、表６は印写密度を変えると共に障
壁１４の数を変えたインクジェット記録ヘッドを試作し
て吐出するインク滴の先端部の吐出速度を測定した結果
を示したものである。なお、障壁１４が２個とは図３に
示した状態であり、障壁１４が４個とは図８に示した状
態である。また、インク滴を吐出させる際の条件は上述
した測定を行なった場合に準じて設定しており、さら
に、上述した距離“ｈ”を５０μｍ、厚さ“ｔ”を２０
μｍに設定している。

【００４９】

【表６】

【００５０】この測定結果から、印写密度が４００ｄｐ
ｉのインクジェット記録ヘッドにおいては、障壁１４が
なくても一応１０ｍ／ｓ以上の吐出速度を得ることがで
きるが、印写密度が４８０ｄｐｉを超えるインクジェッ
ト記録ヘッドの場合には、障壁１４がないと吐出速度が
遅くなり、外乱の影響を受け易くなるために安定した印
写を行なうことが困難になる。一方、印写密度が４８０
ｄｐｉを超える高密度印写を行なうインクジェット記録
ヘッドにおいては、障壁１４を設けることによって充分
に速い吐出速度を確保することができ、障壁１４の数も
２個より４個のほうが吐出速度を速くすることができ
る。

【００５１】以上より、高密度印写を行なう場合には障
壁１４を設けることが効果的であることがわかったが、
一方では、隣接する発熱体３の間に障壁１４を位置させ
るスペースを確保する必要があるため、その分発熱体３
を小さくしなければならないという不具合が生ずる。そ
こで、図１０に示したように発熱体３の形状を、発熱体
３の配列方向（即ち、インク吐出口１３の配列方向）と
直交する向きに縦長に形成した。これにより、発熱体３
の表面積を大きくして充分な発熱量を得ることができる
と共に隣接する発熱体３の間に障壁１４を位置させるス
ペースを確保することができる。そして、本発明のよう
に高密度印写を行なう場合でも、インク吐出口１３を最
終印写密度と同じ密度で一列に配列することができる。

【００５２】

【発明の効果】請求項１記載の発明のインクジェット記
録装置によれば、４８０ｄｐｉ以上の高密度印写を行う
インクジェット記録装置において、インク吐出口のサイ
ズをφ４０μｍ以下とし、インクに吐出エネルギーを与
えるエネルギー作用部の表面とインク吐出口とがほぼ平
行であるので、インクに吐出エネルギーを与えるエネル
ギー作用部の表面とインク吐出口とをほぼ平行とするこ
とにより、エネルギー作用部からインクに与えられた吐
出エネルギーをインクの吐出に効率良く使用することが
でき、このため、インク吐出口のサイズをφ４０μｍ以
下と小さくした従来にない高密度印写を行うインクジェ
ット記録装置であっても、インク吐出口から吐出するイ
ンクの吐出速度を１０ｍ／ｓ以上の高速とすることがで
き、インクを高速で安定して吐出させることができると
ともに紙面位置における高い画素位置精度を得ることが
でき、高画質印写を実現できる。

【００５３】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明のインクジェット記録装置において、エネルギ
ー作用部は、その表面からインクに熱エネルギーを付与
してインク中で気泡を発生せしめる発熱体であり、この
気泡の作用力により前記エネルギー作用部の表面とほぼ
垂直方向にインクを吐出させるので、インク中で発生し
た気泡の作用力を無駄なくインクの吐出に用いることが
でき、従来にない高密度印写を行うようなインクジェッ
ト記録装置であっても、インク吐出口から吐出するイン
クの吐出速度を１０ｍ／ｓ以上の高速とすることがで
き、インクを高速で安定して吐出させることができると
ともに紙面位置における高い画素位置精度を得ることが
でき、高画質印写を実現できる。

【００５４】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の発明のインクジェット記録装置において、発熱体
は、その大きさが４５μｍ×４５μｍ以下であるので、
インク吐出口のサイズを小さくすることに伴って発熱体
を小型にすることができ、インク中で発生した気泡の作
用力が無駄なくインクの吐出に用いられるので発熱体を
小型にしてもインクの吐出を良好に行わせることができ
る。また、発熱体のサイズを４５μｍ×４５μｍ＝２０
２５μｍ² 以下にしても、インクが高速で安定して吐出
し、他の構成のヘッド（発熱体の表面とほぼ平行方向に
インクを吐出させるような構成のヘッド）の場合より
も、効率の良いエネルギー作用部とすることができる。

【００５５】請求項４記載の発明によれば、請求項１，
２又は３記載の発明のインクジェット記録装置におい
て、インク吐出口は、樹脂シートにエキシマレーザー加
工により穿孔され、インク吐出口を穿孔する部分の樹脂
シートの厚さを１０μｍ〜５０μｍとしたので、インク
吐出口の寸法精度を高くすることができ、インク吐出口
の寸法精度が高くなることによりそのインク吐出口から
吐出されるインクの質量を均一にすることができ、紙面
上の画素径も均一になるために画質を向上させることが
できる。

【００５６】請求項５記載の発明によれば、インクを吐
出させるインク吐出口とインクに吐出エネルギーを与え
るエネルギー作用部とを有するインクジェット記録ヘッ
ドを備えたインクジェット記録装置において、インクジ
ェット記録ヘッドは印写密度が４００ｄｐｉ〜８００ｄ
ｐｉであり、エネルギー作用部に対向する側にインク吐
出口を形成し、インクをエネルギー作用部に対して略垂
直方向へ吐出させて印写を行ない、エネルギー作用部の
表面からインク吐出口の外側表面までの距離を４０μｍ
〜７０μｍとしたので、インクをエネルギー作用部に対
して略垂直方向へ吐出させることによりエネルギー作用
部からインクに与えられた吐出エネルギーをインクの吐
出に効率良く使用することができ、さらに、エネルギー
作用部の表面からインク吐出口の外側表面までの距離が
４０μｍ〜７０μｍであるためにインク吐出口から吐出
するインクの吐出速度を１０ｍ／ｓ以上の高速とするこ
とができ、インクを高速で安定して吐出させることがで
きるとともに紙面位置における高い画素位置精度を得る
ことができ、高画質印写を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるインクジェット記録
ヘッドを示した斜視図である。

【図２】その分解斜視図である。

【図３】蓋部材を内側から見た斜視図である。

【図４】サイドシューター方式のインクジェット記録ヘ
ッドにおけるインクの吐出原理を示した説明図である。

【図５】発熱体基板の構造を詳細に示した縦断正面図で
ある。

【図６】エッジシューター方式のインクジェット記録ヘ
ッドにおけるインクの吐出原理を示した説明図である。

【図７】その一部を拡大して示した説明図である。

【図８】インク吐出口の周囲に４個の障壁を形成した状
態を示した斜視図である。

【図９】インク吐出口の周辺部を断面にして示した縦断
正面図である。

【図１０】高密度に配列した発熱体と障壁との位置関係
を示した平面図である。

【符号の説明】

１インクジェット記録ヘッド３エネルギー作用部，発熱体１３インク吐出口１５インク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４８０ｄｐｉ以上の高密度印写を行うイ
ンクジェット記録装置において、インク吐出口のサイズ
をφ４０μｍ以下とし、インクに吐出エネルギーを与え
るエネルギー作用部の表面と前記インク吐出口とがほぼ
平行であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】エネルギー作用部は、その表面からイン
クに熱エネルギーを付与してインク中で気泡を発生せし
める発熱体であり、この気泡の作用力により前記エネル
ギー作用部の表面とほぼ垂直方向にインクを吐出させる
ことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装
置。
【請求項３】発熱体は、その大きさが４５μｍ×４５
μｍ以下であることを特徴とする請求項２記載のインク
ジェット記録装置。
【請求項４】インク吐出口は、樹脂シートにエキシマ
レーザー加工により穿孔され、前記インク吐出口を穿孔
する部分の前記樹脂シートの厚さを１０μｍ〜５０μｍ
としたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のイン
クジェット記録装置。
【請求項５】インクを吐出させるインク吐出口と前記
インクに吐出エネルギーを与えるエネルギー作用部とを
有するインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェッ
ト記録装置において、前記エネルギー作用部に対向する
側に前記インク吐出口を形成し、前記インクを前記エネ
ルギー作用部に対してほぼ垂直方向へ吐出させて印写を
行うとともに、印写密度が４００ｄｐｉ〜８００ｄｐｉ
のインクジェット記録ヘッドは、前記エネルギー作用部
の表面から前記インク吐出口の外側表面までの距離を４
０μｍ〜７０μｍとしたことを特徴とするインクジェッ
ト記録装置。