JPH1044436A

JPH1044436A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH1044436A
Application number: JP20851596A
Authority: JP
Inventors: Naoki Matsui; 直樹松井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-02-17

Abstract

(57)【要約】【課題】インクジェット記録ヘッドに幅広い階調性を
持たせる。【解決手段】複数のヘッド１２、１４を有し、各ヘッ
ドのノズル３０を構成する部材（天板）１６ａ、１６ｂ
は撥インク性の異なる材料で形成されている。この撥イ
ンク性の違いにより、各ヘッド部から異なる大きさのイ
ンク滴が吐出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、印字信号に応じて
インク滴を吐出し、記録紙等の記録媒体に付着させて画
像を記録するドロップ・オン・デマンド方式のインクジ
ェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドを用いて高画
質でかつ高速印字を行うには、印字ドット径を変えるこ
とにより階調性を表現することが有効である。そのため
にはノズルから吐出するインク量を階調段階に応じて変
化させることが必要である。そこで、従来より、複数の
ヘッド部を有すると共に各ヘッド部におけるノズル径を
他のヘッド部におけるノズル径と違えたものが知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、各ヘッド部
におけるノズル径を他のものと変えただけでは階調の幅
があまり広がらず、写真のような滑らかな中間調画像を
作成するためには不十分であった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
みてなされたもので、インクジェット記録ヘッドに複数
のヘッドを設け、各ヘッド部のノズルを構成する部材は
撥インク性の異なる材料で形成したものである。なお、
各ヘッド部の撥インク性は他のヘッド部の撥インク性に
対して接触角で５°以上異なるようにするのが好まし
い。また、各ヘッド部のノズル径は同一径であってもよ
い。さらに、各ヘッド部のノズルは吐出口に向かって広
がるテーパ状に形成してもよい。

【０００５】

【発明の効果】上記インクジェット記録ヘッドでは、各
ヘッド部においてノズルを構成している部材がそれぞれ
異なる撥インク性を有し、その撥インク性の違いに基づ
いて異なる大きさのインク滴を吐出する。つまり、イン
クに対する接触角の小さい部材からなるノズルは、これ
よりも接触角の大きい部材からなるノズルよりも大径の
インク滴を吐出する。したがって、異なる撥インク性の
部材でノズルを構成したそれぞれのヘッド部から適宜イ
ンクを吐出することにより、高階調の滑らかな中間調画
像が得られる。

【０００６】

【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を示す。このヘ
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
る。これら大径ヘッド部１２と小径ヘッド部１４は、天
板１６、隔壁１８、枠体２０、圧電部材２２、基板２４
を組み合わせて一体的に構成されている。

【０００７】天板１６は、大径ヘッド部用の天板１６ａ
と小径ヘッド部用の天板１６ｂとからなる。天板１６ａ
はインクに対する接触角の小さいステンレス材で作られ
ており、天板１６ｂはインクに対する接触角の大きいＰ
ＦＡ系フッ素樹脂で作られている。これら天板１６ａ、
１６ｂは隔壁１８との対向部（対向面）を微細加工し
て、インク２６を収容する複数のインクキャビティ２８
と、各インクキャビティ２８のインク２６を吐出するノ
ズル３０と、補給用インク２６を収容するインク供給室
３２と、各インクキャビティ２８をインク供給室３２に
連結するインクインレット３４がそれぞれ形成されてい
る。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２８は、これらヘッド部１
２、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３２は、イ
ンクキャビティ２８を挟んで中央線３６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。
なお、本実施形態では、大径ヘッド部１２のノズル３０
と小径ヘッド部１４のそれは同一の径としてある。ま
た、インクキャビティ２８、インクインレット３４、圧
電部材２２等の形状や大きさも各ヘッド部１２、１４と
もに等しくしてある。すなわち、ヘッド１０は、天板１
６の材質が異なる以外は各ヘッド部１２、１４とも同様
の構成であり、中央線３６を中心にして対称に形成され
ている。

【０００８】隔壁１８は金属又は合成樹脂等の材料から
なる薄肉フィルムが使用されており、天板１６と枠体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。

【０００９】枠体２０は金属、合成樹脂、又はセラミッ
クからなり、隔壁１８と基板２４との間に固定されてい
る。この枠体２０はヘッド１０の外縁に沿った枠部と中
央線３６に沿った枠部とを有しており、各枠部に囲まれ
て２つの空間が形成されている。２つの空間のうちの一
方は大径ヘッド部に対応し、もう一方は小径ヘッド部に
対応している。この枠体２０に囲まれた大径ヘッド部１
１と小径ヘッド部１２における空間内にそれぞれ複数の
圧電部材２２がインクキャビティ２８に沿って平行に配
置されている。

【００１０】圧電部材２２は薄肉の圧電シートと電極層
を交互に重ねた周知の積層型圧電部材である。また、隣
接する圧電部材２２の間には仕切壁３８が配置されてい
る。これら圧電部材２２と仕切壁３８は、一枚の積層型
圧電部材を基板２４に固定した後、ダイシング加工によ
りスライスカットして形成する。

【００１１】基板２４はセラミック、金属、又は合成樹
脂等からなり、枠体２０に接着剤で固定されている。

【００１２】上記構成のヘッド１０では、図示しないイ
ンクタンクからインク供給室３２にインク２６が供給さ
れる。インク供給室３２のインク２６は、インクインレ
ット３４を介して各インクキャビティ２８に分配され
る。そして、印字信号制御回路（図示せず）から圧電部
材２２に所定の電圧（印字信号）が印加されると圧電部
材２２がインクキャビティ２８に向かって変形する。ま
た、圧電部材２２の変形は隔壁１８に伝えられ、これに
よりインクキャビティ２８内のインク２６が加圧され
て、ノズル３０を介してインク滴が飛翔する。

【００１３】上述のように、大径ヘッド部１２において
ノズル３０を構成する天板１６ａにはインク接触角が小
さいステンレス材料が使用され、小径ヘッド部１４にお
いてノズル３０を構成する天板１６ｂにはインク接触角
が大きいフッ素樹脂が使用されており、大径ヘッド部１
２のインクに対する濡れ性が小径ヘッド部１４のインク
に対する濡れ性よりも良くなっている。したがって、図
４（ａ）に示すように、大径ヘッド部１２ではインク自
由表面がノズル３０の外側に存在する。他方、図４
（ｂ）に示すように、小径ヘッド部１４ではインク自由
表面がノズル３０の内側に存在する。その結果、小径ヘ
ッド部１２のノズル３０から吐出するインク滴２６ｂの
径はほぼノズル径と等しいのに対して、大径ヘッド部１
２のノズル３０から吐出するインク滴２６ａは小径ヘッ
ド部１４から吐出するインク滴２６ｂよりも大きい。し
たがって、作成すべき画像の条件に応じて大径ヘッド部
１２と小径ヘッド部１４を適宜選択すると共に、圧電部
材に印加する電圧を変えることで、幅広く階調を変化さ
せることができ、写真のような滑らかな中間調画像も作
成できる。なお、本実施形態では、大径ヘッド部１２の
ノズル３０と小径ヘッド部１４のそれは同一径とした
が、大径ヘッド部１２のノズル３０を小径ヘッド部１４
のそれよりも大きくすれば、さらに階調幅が広くなる。
なお、本実施形態においては、ノズルの形状や大きさは
全て同一にしているので、各ヘッド部のノズルを機械加
工や成形などによって形成する際に、各ヘッド部ごとに
材料変更を行うだけでよく、生産設備や治工具等の変更
が不要な場合が多い。

【００１４】図１から図４に示すインクジェット記録ヘ
ッドを用いて、大径ヘッド部と小径ヘッド部から吐出す
るインク滴径と印加電圧との関係を以下の実験１、２を
行って調べた。

【００１５】実験１：大径ヘッド部の天板には水性標準
インクに対する接触角が約６０°のＳＵＳ３０４系ステ
ンレス（材質Ａ）からなる厚さ１００μｍの板を使用
し、小径ヘッド部の天板には水性標準インクに対する接
触角が約１００°のＰＦＡ系フッ素樹脂（材質Ｂ）から
なる厚さ１００μｍの板を使用した。本実験において
は、インクキャビティ内のインク流入を妨げないように
フッ素樹脂プレートのインクキャビティ側には、一面に
金蒸着により親水性のコーティングを施した。両ヘッド
部のノズル径はいずれも４０μｍとした。圧電部材に
は、周波数４ｋＨｚ、電圧１０〜５０Ｖのパルスを印加
した。実験１の結果を図５の表に示す。この表から明ら
かなように、印字信号の電圧が同一であっても、インク
に対する接触角の小さな濡れ性のよい材質Ａの大径ヘッ
ド部から吐出するインク滴は、それよりもインクに対す
る接触角の大きな濡れ性に劣る材質Ｂの小径ヘッド部か
ら吐出するインク滴よりも大きかった。また、ノズルが
材質Ａの場合には約５階調、ノズルが材料Ｂの場合には
約４階調のインク滴変化が可能であるから、両者を組み
合わせることで６〜７階調のインク滴変化が可能とな
る。

【００１６】実験２：実験１で使用した材質Ｂのノズル
径を２０μｍに変更した。他の実験条件は実験１と同一
である。実験２の結果を、実験１の結果と共に図６の表
に示す。この表から明らかなように、３種類の天板（天
板１：材質Ａ、ノズル径４０μｍ、天板２：材質Ｂ、ノ
ズル径：４０μｍ、天板３：材質Ｂ、ノズル径２０μ
ｍ）を使用すれば、８〜９階調のインク滴変化が得られ
る。

【００１７】このように、各ヘッド部における天板を異
なる撥インク性を有する材料で構成すると共に各ヘッド
部におけるノズル径を違えることによって幅広い階調が
得られ、写真画像のような中間調画像も得ることができ
る。

【００１８】なお、天板の材質は、同一基材に別の材料
を添加することにより違えてもよい。例えば、材質Ａと
して標準接触角約６０°程度のポリサルフォン樹脂を使
用し、材質Ｂとしてこのポリサルフォン樹脂に微小ガラ
スビーズを分散させると共にフルオロシリコーン系のカ
ップリング処理（表面処理）を施して接触角を９０°程
度まで高めたものを使用してもよい。このように、樹脂
材質や電鋳材質の材料中に濡れ性のよいもの或いは悪い
ものを充填又は分散させることで材料の濡れ性をコント
ロール可能である。

【００１９】また、上記実施形態で示したノズルは吐出
側に向かって断面積が小さくなるテーパ状をしている
が、図７に示すように、ノズルは吐出側に向かって広が
る逆テーパ状としてもよい。この場合、インク滴の大き
さをより幅広く変化させることができる。

【００２０】さらに、各ヘッド部から吐出するインク滴
の大きさに明らかな違いを持たせて全体として階調段階
数を多くするには、各ヘッド部におけるノズル構成部材
のインク接触角は５°以上、より好ましくは１０°以上
違えるのが望ましい。

【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。

【図４】ノズルからインクが吐出する状態を表した大
径ヘッド部と小径ヘッド部の部分拡大断面図である。

【図５】大径ヘッド部と小径ヘッド部のノズル径を同
一とした場合の、印加電圧とインク滴径との関係を示す
図表である。

【図６】小径ヘッド部のノズル径を違えた場合の、電
極への印加電圧とドット径との関係を示す図表である。

【図７】他の形状のノズルからインクが吐出する状態
を表した大径ヘッドと小径ヘッド部の部分拡大断面図で
ある。

【符号の説明】

１０…ヘッド、１２…大径ヘッド部、１４…小径ヘッド
部、１６、１６ａ、１６ｂ…天板、１８…隔壁、２０…
枠体、２２…圧電部材、２４…基板、２６…インク、２
８…インクキャビティ、３０…ノズル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】印字信号に応じてノズルからインクを吐
出して記録媒体に付着させるインクジェット記録ヘッド
であって、複数のインク吐出用ヘッド部を有し、各ヘッ
ド部のノズルを構成する部材は撥インク性の異なる材料
で形成されているインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】各ヘッド部の撥インク性は他のヘッド部
の撥インク性に対して接触角で５°以上異なる請求項１
のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】各ヘッド部のノズル径は同一径である請
求項１又は２のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】各ヘッド部のノズルは吐出口に向かって
広がるテーパ状に形成してある請求項１から３のいずれ
かのインクジェット記録ヘッド。