JP2003039673A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法、インクジェット記録装置、並びにインクジェット記録ヘッドの駆動方法 - Google Patents

インクジェット記録ヘッド及びその製造方法、インクジェット記録装置、並びにインクジェット記録ヘッドの駆動方法

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JP2003039673A
JP2003039673A JP2001264453A JP2001264453A JP2003039673A JP 2003039673 A JP2003039673 A JP 2003039673A JP 2001264453 A JP2001264453 A JP 2001264453A JP 2001264453 A JP2001264453 A JP 2001264453A JP 2003039673 A JP2003039673 A JP 2003039673A
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pressure chamber
ink jet
jet recording
ink
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Hirofumi Nakamura
洋文 中村
Shinichi Okuda
真一 奥田
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘッドサイズの大型化やコストアップを回避
しつつ、同一ノズルから所要サイズの「大滴」を吐出さ
せ、且つ「ノズル密度増加」を実現して単位面積当たり
のインク滴吐出効率を高めることができるインクジェッ
ト記録ヘッドを提供する。 【解決手段】 本インクジェット記録ヘッドは、ノズル
１３と、ノズル１３に連通する圧力室１４と、圧力室１
４の壁面の一部を形成する振動板４１と、圧力室１４に
対応するように振動板４１と接合された圧電アクチュエ
ータ１６とを備え、振動板４１と圧電アクチュエータ１
６とから成る振動要素が変形して圧力室１４内に充填さ
れたインク内に圧力波を発生させることにより、ノズル
１３からインク滴を吐出させる。本インクジェット記録
ヘッドでは、振動要素の音響容量が2.0×10-20［m5/N］
以上に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吐出するインク滴
で文字や画像の記録を行うインクジェット記録ヘッド、
このようなインクジェット記録ヘッドの製造方法及び駆
動方法、並びにこのような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関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ノンインパクト記録方式は、記録
時の騒音が極めて小さく、また高速記録が可能である点
で関心を集めており、その中でも、インクジェット記録
方式を用いたインクジェット式プリンタは広く普及して
いる。このようなインクジェット式プリンタは、記録ヘ
ッドからインク滴を飛翔させて記録紙に付着させ、文
字、図形、写真等の印字を高速で行う構成を備え、普通
紙に特別の定着処理等を施すことなく記録することがで
きる。上記インクジェット記録方式として、圧電アクチ
ュエータ等の電気機械変換器を用い、インクが充填され
た圧力室に圧力波（音響波）を発生させることで、圧力
室に連通するノズルからインク滴を吐出するドロップオ
ンデマンド型インクジェット方式が知られている。
【０００３】ドロップオンデマンド型インクジェット方
式を採用したインクジェット記録ヘッドが、特公昭５３
−１２１３８号公報及び特開平１０−１９３５８７号公
報等に記載されている。図３４は、これらの公報に記載
されるインクジェット記録装置の記録ヘッドを示す断面
図である。このインクジェット記録装置は、圧力室５１
と、圧力室５１に連通するノズル５２と、共通流路５３
を介してインクタンクからインクを導くインク供給路５
４と、圧力室５１の底面に固定された振動板５５とを備
えている。
【０００４】上記インクジェット記録装置では、インク
滴吐出時に、圧力室５１外部に設けられた圧電アクチュ
エータ５６によって振動板５５を変位（撓み変形）さ
せ、圧力室５１内で容積変化を生じさせることで、圧力
室５１内に圧力波を発生させる。この圧力波によって、
圧力室５１内に充填されているインクの一部が、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。飛翔したインク滴は、記録紙等の記録媒体上に
着弾して記録ドット（画素）を形成する。このような記
録ドットの形成動作が画像データに基づいて繰り返し行
われることにより、記録媒体上に文字や画像が記録され
る。
【０００５】上記ドロップオンデマンド型のインクジェ
ット記録装置では、高速記録と高画質記録とを両立させ
るという要請がある。しかし、従来のインクジェット記
録装置においては、高速記録と高画質記録とを両立する
ことは極めて困難であった。例えば、高速記録の実現の
ために解像度を低く抑えると良好な画質が損なわれ、逆
に高画質記録の実現のために解像度を高く設定すると高
速記録が妨げられるというように、高速記録及び高画質
記録の双方の要請はトレードオフの関係にある。
【０００６】ここで、上記インクジェット記録装置で
「高速記録」及び「高画質記録」の双方を両立させるた
めに必要な条件について説明する。つまり、「高速記
録」を実現させる上では、 記録解像度の低下、 ノズル数の増加（ノズル密度増加）、 の二つが特に重要な条件となる。
【０００７】上記条件の「記録解像度の低下」を実現
すれば、単位面積を少ないインク滴で記録できるので、
記録に要する時間を短縮することができる。例えば、３
００ｄｐｉ（ドット／インチ）の記録解像度と１２００
ｄｐｉの記録解像度とを比較すると、同一面積を記録す
るのに必要なドット数は、３００ｄｐｉの場合では１２
００ｄｐｉの場合の１／１６になる。ここで、インク滴
吐出の周波数（駆動周波数）が同一であると仮定すれ
ば、３００ｄｐｉで記録する場合の方が記録速度を約１
６倍に増加することが可能となる。
【０００８】しかし、記録解像度を低く設定すると画像
品質が低下するので、記録解像度の低減には下限があ
る。人間の視覚特性から考えると、画像品質（文字や線
画の品質）を損なわずに高速記録を実現するには、記録
解像度を３００〜６００ｄｐｉ（但し、1ドット／イン
チ=39.37ドット／メートル）程度の範囲内に設定するこ
とが最適である。つまり、現在一般的に使用されるイン
クジェット記録装置の記録解像度（７００〜２４００ｄ
ｐｉ）よりも低い記録解像度に設定した方が、記録速度
を向上させる上では有利である。ただし、記録解像度を
低く設定するためには、それに応じた大きなインク滴の
吐出を実現する必要がある。
【０００９】すなわち、低い記録解像度で行う高速記録
に対応した大きなドットを形成するためには、滴体積の
大きなインク滴を吐出しなければならない。記録解像度
と所要滴体積との関係は、使用するインクや記録紙種類
によって多少変化するが、従来のインクジェット記録装
置で用いられる一般的なインク及び記録用紙の場合に
は、３００〜６００ｄｐｉの記録解像度で十分な記録濃
度を得るためには、１５〜３０ｐｌ（ピコリットル）の
インク滴体積が必要となる（但し、1ピコリットル＝10
-15m3）。これは、記録解像度１２００ｄｐｉで必要と
されるインク滴体積（約１０ｐｌ）の１．５〜３倍の値
である。
【００１０】また、記録速度を増加させるには、前記条
件の「ノズル数の増加」が必要である。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し
て、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、前述したインク吐出機構（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
用いられる。
【００１１】上記マルチノズル型の記録ヘッドを図３５
に示す。この記録ヘッドでは、インクタンク６７が共通
流路６３と連結しており、この共通流路６３に複数の圧
力室６１がインク供給路（図示せず）を介して連結され
ている。このように、共通流路６３に対してイジェクタ
６８を１次元的に配列するヘッド構造とすることによ
り、イジェクタ数（ノズル数）を３０〜１００個程度ま
で増加することができる。
【００１２】また、イジェクタ数を更に増加できるヘッ
ド構造として、イジェクタをマトリクス状に２次元配列
したインクジェット記録ヘッド（以下、マトリクス状配
列ヘッドと呼ぶ）が、例えば特開平１−２０８１４６号
公報及び特表平１０−５０８８０８号公報等に記載され
ている。図３６に、これらの公報に記載されたマトリク
ス状配列ヘッドを示す。このマトリクス状配列ヘッドで
は、共通流路は主流路７３と分岐流路７８とから成り、
複数のイジェクタ７９は分岐流路７８の夫々に接続され
ている。このようなマトリクス状配列ヘッド構造は、イ
ジェクタ数（ノズル数）の増加に極めて有利である。例
えば、分岐流路７８の数を２６本とし、各分岐流路７８
にイジェクタを１０個ずつ接続すると、２６０個のイジ
ェクタを配列させることができる。なお、図３６では、
イジェクタを３６個のみ表示している。
【００１３】上記のように、マトリクス状配列ヘッドは
ノズル数の増加に有利であるが、圧力室の配列密度を高
く設定しなければ、記録ヘッド全体のサイズが増大し、
ヘッド製造コストの増大、装置サイズの増大、或いは、
ヘッド搬送距離が増大して記録速度が低下するなどの種
々の問題を招くことになる。つまり、インクジェット記
録ヘッドでノズル数を増加させるという課題は、一定の
面積内に如何に多くのノズルを配置できるかであり、つ
まり、ノズル密度を如何に増加できるかという課題に置
き換えられる。図３６に示したようなマトリクス状配列
ヘッドでは、イジェクタの配列密度を増加させるため
に、圧力室のサイズを小さく設定することが重要な課題
となる。
【００１４】一方、インクジェット記録装置で「高画像
記録」を実現するためには、吐出するインク滴の径をで
きるだけ小さく設定することが望ましい。特に、写真画
像を出力する場合には、ハイライト部（低濃度部）の粒
状感が画質を大きく左右するため、極めて小さなインク
滴でハイライト部を記録することが望ましい。人間の眼
の分解能から、ドット径が４０μｍ以下になると画像の
粒状感が大幅に低下し、更に３０μｍ以下になると個々
のドットを目視認識することが困難になるため、画像品
質が飛躍的に向上する。従って、画像のハイライト部で
は径３０μｍ以下の小さなドットを実現することが望ま
しく、そのためには２〜４ｐｌ程度の微小滴の吐出を実
現させなければならない。
【００１５】インクジェット記録ヘッドで微小滴吐出を
行うための駆動方法が、例えば特開昭５５−１７５８９
号公報に記載されている。この公報に記載の駆動方法で
は、吐出直前に圧力室を一旦膨張させ、ノズル開口部の
メニスカスを圧力室側に引き込んだ状態からインク滴の
吐出を行う。この種の駆動方法で用いられる駆動波形の
一例を図３７に示す。この駆動波形は、圧力室を膨張さ
せるための電圧変化プロセス８３と、次いで圧力室を圧
縮し、インク滴の吐出を行うための電圧変化プロセス８
４を含んで構成されている。
【００１６】図３８は、図３７の駆動波形を印加した際
のノズル９１の開口部におけるメニスカス９２の動きを
模式的に示した断面図である。図３８（ａ）に示すよう
に、初期状態でメニスカス９２は平坦な形状をしている
が、図３７に示す電圧変化プロセス８３に応答して圧力
室が膨張し始めると、メニスカス９２の中央部が周辺部
よりも大きく後退することによって、メニスカス９２
は、図３８（ｂ）に示すような凹曲面形状となる。
【００１７】上記凹曲面状のメニスカス９２が形成され
た状態から、図３７に示す電圧変化プロセス８４に応答
して圧力室が圧縮を開始すると、図３８（ｃ）に示すよ
うに、メニスカス９２の中央部に細い液柱９３が形成さ
れ、更に図３８（ｄ）に示すように、液柱９３の先端部
が分離してインク滴９４が形成される。このときのイン
ク滴径は、形成された液柱９３の太さとほぼ等しく、ノ
ズル径よりも小さい。つまり、このような駆動方法を用
いることにより、ノズル径よりも小さなインク滴９４を
吐出することができる。上記のように、吐出直前のメニ
スカス形状を制御して微小滴吐出を行う駆動方法のこと
を、本明細書では以下、「メニスカス制御方式」と呼
ぶ。
【００１８】以上述べたように、ドロップオンデマンド
型のインクジェット記録ヘッドで「高速記録」を実現す
るためには、低解像度記録を可能とする「大滴吐出」、
及び、ノズル数増加を可能とする「ノズル密度増加」が
必要である。一方、高画質記録を実現するためには、ハ
イライト部の粒状感低減を可能とする「小滴吐出」が必
要となる。従って、「高速記録」及び「高画質記録」の
双方を１つの記録ヘッドで両立させるには、「大滴吐
出」、「ノズル密度増加」及び「小滴吐出」の３つの条
件を同時に満足させる必要がある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高速記録を実
現するための「大滴吐出」及び「ノズル密度増加」、並
びに高画質記録を実現するための「小滴吐出」の全てを
同時に満足させることは、従来のインクジェット記録ヘ
ッドでは極めて困難になっている。
【００２０】また、従来のインクジェット記録ヘッドに
おける別の問題点として、インク滴吐出時のメニスカス
に異常な振動が発生し、インク滴の吐出現象が不安定化
するという問題があった。異常なメニスカス振動が発生
するメカニズムについては、従来、詳しい検討は一切な
されておらず、防止方法も明らかにされていない。以下
に、本発明者らによる検討結果に沿って説明する。
【００２１】図３９はレーザードップラー計測で観察し
たメニスカス振動の観測結果の一例を示すグラフであ
り、（ａ）は正常時、（ｂ）は異常時を夫々示す。本来
は図３９（ａ）に示すようなメニスカス振動が得られる
はずであるのに対し、実際に観察されたメニスカス振動
には、図３９（ｂ）に示すように微細な振動が重畳して
いた。このような微細な振動がメニスカスに重畳する
と、インク滴の吐出が非常に不安定になる。特に、上述
したメニスカス制御方式では、メニスカスの液面干渉を
利用して微小滴の吐出を行うため、メニスカス振動に上
記の微細な振動が重畳すると、微小滴の吐出ができなく
なり、或いは、逆に不要なインク滴が吐出されるなど、
正常な微小滴吐出が期待できなくなる。
【００２２】本発明は、上記に鑑み、ヘッドサイズの大
型化やコストアップを回避しつつ、同一ノズルから所要
サイズの「大滴」を吐出させ、且つ「ノズル密度増加」
を実現して単位面積当たりのインク滴吐出効率を高める
ことができるインクジェット記録ヘッド、そのようなイ
ンクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録
装置、並びに、インクジェット記録ヘッドの製造方法及
び駆動方法を提供することを目的とする。
【００２３】また、本発明は、同一ノズルから所要サイ
ズの「大滴」及び「小滴」の双方を選択的に吐出させ、
高速記録と高画質記録の両立を可能とするインクジェッ
ト記録ヘッドを提供することを目的とする。本発明は更
に、メニスカスの異常振動を防止し、吐出安定性の高い
インクジェット記録ヘッドを実現することを目的とす
る。
【００２４】
【課題を解決するための手段】従来のインクジェット記
録ヘッドでは、同一ノズルからの「大滴吐出」及び「小
滴吐出」の実現に加えて「ノズル密度増加」という３条
件を同時に満足することは極めて困難であるが、その理
由を、以下に具体例を挙げて説明する。まず、「大滴吐
出」について考えると、インクジェット記録ヘッドで吐
出できる最大インク滴の体積は、後述するように、圧力
室に発生させる体積変化量（排除体積）ΔＶにほぼ一致
する（式(２)参照）。つまり、吐出するインク滴とほぼ
同等の体積変化を圧力室内に発生させる必要がある。そ
のため、大きな滴体積を得るためには、圧電アクチュエ
ータの駆動面積（圧力室の底面積）を増加してΔＶを増
大させることが必要となる。
【００２５】例えば、圧電アクチュエータの変位量を
０．１μｍとした場合に、滴体積１０ｐｌの吐出は１×
１０-7ｍ2程度の駆動面積で実行することができるが、
滴体積を２０ｐｌに増加させようとすると、約２倍の駆
動面積（２×１０-7ｍ2）が必要になる。その結果、単
位面積当たりのノズル数（ノズル密度）が約１／２に低
減することになる。すなわち、高速記録のために低解像
度記録を実現し滴体積を大きくしようとすると、圧力室
のサイズが増大し、その結果として、ノズル密度が低下
する。このように、「大滴吐出」と「ノズル密度増加」
とはトレードオフの関係にあるので、低解像度記録とノ
ズル数増加（ノズル密度増加）とを同時に実現すること
は極めて困難である。
【００２６】次に、「小滴吐出」について考える。メニ
スカス制御方式によって微小滴吐出を行うためには、以
下に示す理由から、圧力室内に発生させる圧力波の固有
周期Ｔcを短く設定する必要がある。つまり、図３８で
説明したように、メニスカス制御方式では、初めにメニ
スカス９２を圧力室側に引き込み、メニスカス９２を凹
曲形状にした後、メニスカス９２をノズル外側に向かっ
て押し出すことによって細い液柱９３を形成する。本発
明者らは、液柱９３の形成メカニズムについて詳細に検
討を行い、その結果、形成される液柱の太さはメニスカ
スを押し出す際の液面速度に依存することを明らかにし
た。
【００２７】図３２は、メニスカス制御方式を用いた際
のメニスカスの挙動を模式的に示した断面図である。す
なわち、凹曲面形状のメニスカス９２に対して、外部に
押し出す方向に圧力を加えると、メニスカス９２の各部
は、図３２（ａ）に示すように、液面の法線方向に移動
しようとする。その結果、ノズル中央部に多量のインク
が集中し、この局所的な体積増加によってノズル９１の
中央部に液柱９３が形成される。このとき、液面の移動
速度が速いほどノズル中央部での体積増加速度も大きく
なるため、非常に細い液柱９３が速い成長速度で形成さ
れる。逆に、液面の移動速度が遅い場合には、図３２
（ｂ）に示すように、体積増加の速度も小さくなるた
め、液柱９３が太くなり、成長速度が小さくなる。
【００２８】メニスカス制御方式で吐出されるインク滴
９４の滴径は、形成される液柱９３の太さとほぼ一致す
る。また、インク滴の飛翔速度（滴速）は、液柱９３の
成長速度とほぼ一致する。従って、微小なインク滴９４
を高速で飛翔させるためには、上記液面移動速度を増加
させ、ノズル中央部で急激な体積増加を生じさせること
が重要な条件となる。ここで、液面移動速度を支配して
いるのが圧力波の固有周期Ｔcである。つまり、インク
滴吐出時におけるメニスカス９２の振動速度は圧力波の
固有周期Ｔcに依存しており、固有周期Ｔcが短いほどメ
ニスカスの振動速度、即ち、液面移動速度が増加する。
従って、メニスカス制御方式によって微小滴を吐出する
場合に、圧力波の固有周期Ｔcが短いほど有利となる。
【００２９】図３３は、メニスカス制御方式で得られる
最小滴径と、圧力波の固有周期Ｔcとの関係を調べた結
果を示すグラフである。このグラフから、固有周期が短
くなるほど最小滴径が減少することが判る。得られる最
小のインク滴体積は、ノズル径やインク粘度などにも依
存するが、ノズル径が２０〜３０μｍで、使用するイン
クの粘度が２〜５ｃｐｓである一般的なインクジェット
記録ヘッドでは、高画質記録に適した２〜４ｐｌの微小
滴を吐出可能とするためには、固有周期Ｔcを１５μｓ
以下、更に望ましくは１２μｓ以下に設定する必要があ
る。
【００３０】しかし、固有周期Ｔcの減少は、先に述べ
た「大滴吐出」と相反関係にある。すなわち、「大滴吐
出」を実現するために圧力室のサイズを大きく設定する
と、圧力波の固有周期が非常に長くなる。これは、圧力
波の固有周期Ｔcは圧力室及び振動要素（振動板＋圧電
アクチュエータ）の音響容量和（ｃ0＋ｃ1）に依存し、
「大滴吐出」に適したサイズの大きな圧力室及び振動要
素では、固有周期Ｔcが長くなるためである。例えば、
大滴体積が１０ｐｌ、固有周期が１０μｓのインクジェ
ット記録ヘッドを実現することは容易であるが、大滴体
積を２０ｐｌに増加しようとすると、固有周期Ｔcも約
２倍の２０μｓ程度になってしまう。
【００３１】そこで、本発明者らは、従来はヘッド構造
に関わる多数のパラメータを試行錯誤的に組み合わせて
滴体積及び固有周期Ｔcの調整を行っていたのに対し、
種々の実験結果から、撓み変形する圧電アクチュエータ
を用いたインクジェット記録ヘッドでは、滴体積及び固
有周期Ｔcを支配する実質的なパラメータは振動要素の
音響容量のみであることを見出し、振動要素の音響容量
の適正な範囲を規定することにより、所要サイズの「大
滴吐出」及び「小滴吐出」の両立と「ノズル密度増加」
とを実現する本発明を発明するに至った。
【００３２】上記目的を達成するために、本発明に係る
インクジェット記録ヘッドは、ノズルと、該ノズルに連
通する圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動
板と、前記圧力室に対応するように前記振動板と接合さ
れた圧電アクチュエータとを備え、前記振動板と前記圧
電アクチュエータとから成る振動要素が変形して前記圧
力室内に充填されたインク内に圧力波を発生させること
により、前記ノズルからインク滴が吐出するインクジェ
ット記録ヘッドであって、前記振動要素の音響容量が、
2.0×10-20m5/N以上であることを特徴とする。
【００３３】振動要素の音響容量（ｃ0）は、振動要素
の剛性を表わすパラメータであり、ｃ0が大きいという
ことは、振動要素が撓み易い、即ち圧力室の大きな排除
体積が発生し易いということを意味する。後述する種々
の実験結果及び構造解析結果から、2.0×10-20m5/Nとい
う値は、６００ｄｐｉ以下の低解像度記録に必要な１５
ｐｌ以上の「大滴」の吐出を実現できるという観点か
ら、音響容量ｃ0の下限値として最適な値と言える。
【００３４】例えば、圧電アクチュエータの厚さｔp、
振動板の厚さｔv、及び圧力室幅Ｗを種々変更した例に
ついて夫々に特性評価を実施した。その結果、 音響容量ｃ0≧2.0×10-20［m5/N］ の条件下では、１５ｐｌ以上の「大滴」を吐出すること
ができたが、 音響容量ｃ0＜2.0×10-20［m5/N］ の条件下では、１５ｐｌ以上の「大滴」を吐出すること
ができず、十分な画像濃度を得ることができなかった。
【００３５】つまり、本発明では、振動要素の音響容量
ｃ0を2.0×10-20m5/N以上に規定したことにより、振動
要素による１５pl以上の排除体積を得て、一つのノズル
から１５pl以上の大滴を吐出することができる。
【００３６】本発明の好ましいインクジェット記録ヘッ
ドでは、振動要素の音響容量の上限を5.5×10-19m5/Nに
設定することが望ましい。本発明者らは、音響容量ｃ0
を2.0×10-20m5/N以上の値に設定することで「大滴吐
出」を実現できるが、音響容量ｃ0が大き過ぎると圧力
室内に発生する圧力波の固有周期が増加し，「小滴吐
出」が実行できなくなるという弊害が発生することを確
かめた。そして、後述する種々の実験結果に基づき、音
響容量ｃ0の上限を5.5×10-19m5/Nに設定することによ
って、上記弊害の発生を防止することに想到した。
【００３７】例えば、音響容量ｃ0＞5.5×10-19m5/Nの
条件下で吐出実験を行ったところ、１５ｐｌ以上の「大
滴」は吐出できたが、４ｐｌ以下の「小滴」を吐出する
ことはできなかった。この結果から、１５ｐｌ以上の大
滴体積を確保し、且つ４ｐｌ以下の小滴体積を得るため
には、振動要素の音響容量ｃ0を2.0×10-20m5/N以上、
且つ5.5×10-19m5/N以下に設定するのが最適であると確
認した。
【００３８】本発明の好ましいインクジェット記録ヘッ
ドでは、前記振動要素に印加される駆動電圧波形の制御
に応答して、前記ノズルから吐出するインク滴の滴体積
が多段階に変化する。この場合、大滴による低解像度記
録と、小滴による高画質記録を同時に実現することがで
きるため、高速記録と高画質記録を両立できるという効
果が得られる。
【００３９】また、前記ノズルから吐出するインク滴の
最大滴体積が１５ｐｌ以上に設定されることが好まし
い。この場合、記録解像度を６００ｄｐｉ以下に設定す
ることが可能となるため，記録速度を増加できるという
効果が得られる。１５ｐｌ以上のインク滴の吐出時に印
加される駆動電圧波形は、前記圧力室の体積を収縮させ
る方向に電圧を印加してインク滴を吐出させる第1電圧
変化プロセスと、前記圧力室の体積を膨張させる方向に
電圧を印加する第２電圧変化プロセスとを少なくとも含
み構成したものとすることができる。
【００４０】或いは、前記ノズルから吐出されるインク
滴の最小滴体積が４ｐｌ以下であることも好ましい態様
である。この場合、ハイライト部において粒状性の低い
滑らかな画像記録が可能となり、高画質記録を実現でき
るという効果が得られる。４ｐｌ以下のインク滴の吐出
時に印加される駆動電圧波形は、前記圧力室の体積を膨
張させる方向に電圧を印加する第1電圧変化プロセス
と、前記圧力室の体積を圧縮する方向に電圧を印加し前
記ノズル内に前記ノズルの開口径よりも小さな径を有す
る液柱を形成し該液柱の先端からインク滴を分離させる
ことによって微小なインク滴の吐出を行うための第２電
圧変化プロセスとを少なくとも含み構成したものとする
ことができる。
【００４１】更に好ましくは、前記圧力室及び圧電アク
チュエータの各平面形状におけるアスペクト比が夫々略
１に設定される。本発明における「アスペクト比」は、
振動要素の平面形状における最も長い幅と最も短い幅と
の比を意味する。アスペクト比が略１に設定されると、
単位面積当たりの吐出効率が最大化でき、ノズル密度の
高いインクジェット記録ヘッドを実現することが可能と
なる。振動要素の平面形状として、略正三角形、略正方
形、略正六角形、略円形の何れかを選択することができ
る。
【００４２】ここで、圧力室の平面寸法（平面積）を
０．０９〜０．５ｍｍ2に設定し、振動板及び圧電アク
チュエータの厚みを夫々、５〜２０μｍ及び１５〜４０
μｍに設定することが好ましい。これにより、アスペク
ト比が略１の圧力室を有するインクジェット記録ヘッド
において、振動要素の音響容量ｃ0を2.0×10-20 m5/N以
上、且つ5.5×10-19 m5/N以下に設定することができ、
「大滴吐出」と「小滴吐出」を両立できるという効果が
得られる。
【００４３】ここで、振動要素の音響容量は圧力室の音
響容量よりも大きく設定されることが好ましい。この場
合、メニスカスの異常振動を抑制し、メニスカスの振動
を正常化し、インク滴吐出の安定性を向上できるという
効果を得ることができる。
【００４４】また、前記圧力室内で発生する圧力波の固
有周期をＴc、前記振動要素及び圧力室の合成音響容量
をｃc、前記振動要素のイナータンスをｍ0とすると、次
式 ｍ0＜２．５×１０-4Ｔｃ2／ｃc［ｋｇ／ｍ4］ を満足することも好ましい態様である。これにより、イ
ンクジェット記録ヘッドに内在する振動系の励起を抑制
することができ、上記メニスカス異常振動の影響を更に
抑制でき、吐出安定性に優れたインクジェット記録ヘッ
ドを実現することが可能となる。
【００４５】前記圧力室の幅をＷ、前記圧力室の中心と
前記圧電アクチュエータの駆動部の中心との位置ずれ量
をδ、前記圧電アクチュエータの幅をＷpとすると、次
式 Ｗp≦（Ｗ−２δ）又はＷp≧（Ｗ＋２δ） を満足することが好ましい。この場合、圧電アクチュエ
ータ端部の支持条件が常に一定となり、圧電アクチュエ
ータの位置ずれに対するロバスト性（鈍感さ）が向上す
る。
【００４６】また、前記圧力室の幅をＷ、前記圧力室の
中心と前記圧電アクチュエータの駆動部の中心との位置
ずれ量をδ、前記圧電アクチュエータの幅をＷpとする
と、次式 ０．９（Ｗ−２δ）≦Ｗp≦（Ｗ−２δ） を満足することも好ましい態様である。これにより、圧
電アクチュエータと圧力室との間に接合位置ズレが発生
した場合でも、吐出効率に大きな変化が生じることを防
止でき、更に高い吐出効率を確保することが可能とな
る。
【００４７】前記ノズルから吐出したインク滴が、６０
０ｄｐｉ以下の記録解像度で記録媒体上に着弾されるこ
とが好ましい。この場合、記録に必要となるドットの数
を少なくでき、高速記録に有利になると同時に、記録さ
れる文字等の品質も確保できるため、高速記録と高画質
記録の両立が可能になるという効果が得られる。また、
前記圧力室内に発生する圧力波の固有周期Ｔcが１５μ
ｓ以下に設定されることも好ましい態様である。この場
合、メニスカス制御方式によって径の小さなインク滴を
吐出することが可能となり、写真画像等の出力におい
て、画像品質を向上できるという効果が得られる。
【００４８】また、前記圧電アクチュエータが、前記圧
力室に相当する領域に配置された駆動部と、前記圧力室
の外壁に相当する領域に配置された電極パッド部と、前
記駆動部及び前記電極パッド部の双方を連結するブリッ
ジ部とを備えることも好ましい態様である。これによ
り、圧電アクチュエータの変形が電極パッド部によって
妨げられる現象を抑制でき、吐出効率の高いインクジェ
ット記録ヘッドを実現することが可能となる。前記ブリ
ッジ部が、前記駆動部の中心から離れた位置に連結され
ると、前記駆動部の変形に対する拘束力を最小化でき、
ヘッドの吐出効率を増加できるという効果を得ることが
できる。
【００４９】また、前記ノズルがマトリクス状に２次元
配列されていることも好ましい態様である。この場合、
ヘッド内のノズル数を増加することが可能となるため、
記録速度を大幅に増加できるという効果が得られる。
【００５０】好ましくは、圧電アクチュエータが複数配
列された圧電アクチュエータ領域の外周部を取り囲むよ
うにダミーパターンが配設される。これにより、圧電ア
クチュエータの加工をサンドブラスト加工法によって行
う際に、サイドエッチングに起因した加工精度の悪化を
防止することができ、吐出特性の均一性が高いインクジ
ェット記録ヘッドを実現できるという効果が得られる。
ダミーパターンは、圧電アクチュエータ領域の内部にお
ける圧電アクチュエータの相互間にも配設することがで
きる。この場合、上記のサイドエッチングの影響を更に
抑制できるという効果が得られる。
【００５１】本発明の好ましいインクジェット記録ヘッ
ドでは、信号ラインが形成された配線基板を有し、該配
線基板が、２次元的にマトリクス配置された前記圧電ア
クチュエータの上方を覆う位置に配置され、前記圧電ア
クチュエータと前記配線基板とがバンプを介して電気的
に接続されている。これにより、高密度配列したマトリ
クス状配列ヘッドにおいても個々の圧電アクチュエータ
に対して確実な電気接続が可能となる。つまり、信号線
を振動要素とは別の平面状に配置できるので、信号線の
配置が圧力室の高密度配列を損なうことがなく、圧力室
の高密度配列が可能となる。
【００５２】また、前記バンプが、導電性のコア材と、
該コア材の外周部に被膜した接合材とによって構成され
ていることが好ましい。この場合、電気接続後において
圧電アクチュエータと配線基板との間に間隙を形成する
ことが可能となるため、圧電アクチュエータと配線基板
との接触に起因する圧電アクチュエータの特性不良が防
止でき、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現
できる。更に、前記コア材が半球状に形成されているこ
とが好ましい。この場合、圧電アクチュエータとバンプ
との接触状態を均一化することができ、安定した電気接
続が可能になると同時に、電気接続時における圧電アク
チュエータの破壊を防止することができるという効果が
得られる。前記配線基板は、樹脂基材及び金属導体を含
むことが好ましい。この場合、圧電アクチュエータとバ
ンプとの接触状態をより一層均一化することができる。
【００５３】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの
製造方法は、前記インクジェット記録ヘッドを製造する
製造方法であって、前記圧電アクチュエータのサンドブ
ラスト加工でパターニングすることを特徴とする。
【００５４】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの
製造方法では、圧電アクチュエータのパターニングをサ
ンドブラスト加工で行うので、吐出効率の最大化及び電
気接続に適した複雑形状の圧電アクチュエータを、高い
寸法精度及び低い製造コストで実現することができる。
【００５５】本発明に係るインクジェット記録装置は、
前記インクジェット記録ヘッドを備えていることを特徴
とする。このようなインクジェット記録装置によると、
高い記録速度と高い画品質を両立可能なインクジェット
記録装置を実現することができる。
【００５６】本発明に係る第１視点のインクジェット記
録ヘッドの駆動方法は、ノズルと、該ノズルに連通する
圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、
前記圧力室に対応するように前記振動板と接合された圧
電アクチュエータとを備え、前記振動板と前記圧電アク
チュエータとから成る振動要素が変形して前記圧力室内
に充填されたインクを圧縮することにより、前記ノズル
からインク滴が吐出するインクジェット記録ヘッドを駆
動する駆動方法において、前記振動要素の音響容量を2.
0×10-20m5/N以上に設定し、前記振動要素に、前記圧力
室の体積を収縮させる方向に電圧を印加してインク滴を
吐出させる第1電圧変化プロセスと、前記圧力室の体積
を膨張させる方向に電圧を印加する第２電圧変化プロセ
スとを含む駆動電圧波形を印加することによって１５ｐ
ｌ以上のインク滴を吐出することを特徴とする。
【００５７】本発明の第１視点のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動方法では、６００ｄｐｉ以下の低解像度記録
に必要となる滴体積の大きなインク滴の吐出を良好に実
現できるという効果が得られる。
【００５８】本発明に係る第２視点のインクジェット記
録ヘッドの駆動方法は、ノズルと、該ノズルに連通する
圧力室と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、
前記圧力室に対応するように前記振動板と接合された圧
電アクチュエータとを備え、前記振動板と前記圧電アク
チュエータとから成る振動要素が変形して前記圧力室内
に充填されたインクを圧縮することにより、前記ノズル
からインク滴が吐出するインクジェット記録ヘッドを駆
動する駆動方法において、前記振動要素の音響容量を2.
0×10-20m5/N以上且つ5.5×10-19 m5/N以下に設定し、
前記振動要素に、前記圧力室の体積を膨張させる方向に
電圧を印加する第1電圧変化プロセスと、前記圧力室の
体積を圧縮する方向に電圧を印加し前記ノズル内に該ノ
ズルの開口径よりも小さな径の液柱を形成し該液柱の先
端からインク滴を分離させて微小なインク滴の吐出を行
うための第２電圧変化プロセスとを含む駆動電圧波形を
印加することによって４ｐｌ以下のインク滴を吐出する
ことを特徴とする。
【００５９】本発明の第２視点のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動方法では、粒状性の低い高い画品質をもった
画像記録を実現できるという効果が得られる。
【００６０】
【発明の実施の形態】本発明に係るインクジェット記録
ヘッドの実施形態例を説明するに先立ち、先ず、振動要
素の動作特性とインク滴体積との関係について説明す
る。つまり、振動要素は、現象的に見た際に物理的な振
動を発生するので、機械系であるが、インクジェット記
録ヘッドは、機械系以外にも、インク流路の音響系や、
駆動回路の電気系を混在して備えている。これら３系
は、その微分方程式記述が同一形式であるので、相互に
等価変換することができる。従って、ここでは全て音響
系に統一し、記録ヘッドの動作を一つの音響回路として
考える。
【００６１】振動要素（振動板＋圧電アクチュエータ）
の動作特性は、機械系では質量［kg］、コンプライアン
ス［m/N］、及び減衰［Ns/m］の３つのパラメータだけ
で表わすことができる。これらを音響系に等価変換する
と、振動要素の動作特性はイナータンスｍ0［kg/m4］、
音響容量ｃ0［m5/N］、及び音響抵抗ｒ0［Ns/m5］の３
つのパラメータだけで表わすことができる。
【００６２】上記音響系パラメータを用いると、一つの
振動要素は図１に示す等価回路（音響回路）として表わ
すことができる。ここで、ψは圧力［Ｐａ］を表わす。
また、図２（ａ）は、振動要素と流路系を連結した等価
回路であり、図３４に示したインクジェット記録ヘッド
を等価回路に置き換えたものである。
【００６３】ここで、ｕは体積速度［ｍ3／ｓ］、添字
の０は振動要素、１は圧力室、２はインク供給路、３は
ノズルをそれぞれ意味している。この回路を、回路シミ
ュレータ等を用いて解析し、ノズル部の体積速度ｕ3の
変化を調べることによって、インク滴体積、滴速、圧力
波の固有周期などのヘッド特性を求めることができる。
【００６４】図３（ａ）〜（ｃ）は夫々、振動要素の音
響容量ｃ0、イナータンスｍ0、及び音響抵抗ｒ0と排除
体積ΔＶの関係を、図２（ａ）の等価回路を用いて調べ
た結果である。なお、排除体積ΔＶは、後述するように
滴体積ｑとほぼ一致するパラメータである。この結果か
ら、ｍ0とｒ0は排除体積ΔＶ（滴体積ｑ）にはほとんど
影響を及ぼさないのに対し、ｃ0はΔＶに大きく影響
し、ｃ0が大きいほどΔＶが増加する傾向が明らかにな
った。つまり、振動要素の音響容量ｃ0、イナータンス
ｍ0、及び音響抵抗ｒ0のうち、吐出特性（滴体積ｑ）に
影響するのはｃ0のみであることが明らかになった。
【００６５】振動要素のイナータンスｍ0及び音響抵抗
ｒ0が吐出特性（滴体積）に大きな影響を及ぼさず、ま
た、ノズルの音響容量ｃ3も振動要素の音響容量ｃ0及び
圧力室の音響容量ｃ1に対して無視することができるこ
とから、図２（ａ）の回路は、図２（ｂ）のように簡略
化できる。ここで、ノズル及び供給路におけるイナータ
ンス及び音響抵抗に、 ｍ2＝ｋ・ｍ3、ｒ2＝ｋ・ｒ3 の関係が成り立つと仮定し、ステップ関数的な圧力ψを
入力した場合について理論解析を行うと、ノズル部での
体積速度ｕ3は次式のように表わされる。
【００６６】
【式１】
【００６７】ノズルから吐出されるインク滴（大滴）の
体積ｑ［ｍ3］は、図３９（ａ）に示した斜線部の面積
にほぼ等しいため、ｑは次式によって表わされる。
【００６８】
【式２】
【００６９】φ［Ｐａ／Ｖ］は、電気音響変換係数（＝
ψ／Ｖ）であり、単位電圧当たりに発生する圧力の大き
さを表わすパラメータである。撓み変形する圧電アクチ
ュエータを用いたインクジェット記録ヘッドでは、この
電気音響変換係数φは、滴体積（吐出効率）を左右する
極めて重要なパラメータである。しかしながら、ヘッド
構造とφとの関係については、過去に詳しく調べられた
例はない。そこで本発明者らは、有限要素法を用いた構
造解析によって、ヘッド構造とφとの関係について調査
を行った。
【００７０】構造解析によってφを求めるには、次のよ
うな方法を用いればよい。まず、振動要素をモデル化
し、印加電圧Ｖを印加した際の振動要素の変形状態を求
める。次に、振動要素に圧力を加え、振動要素の変形量
をゼロに戻すために必要な圧力ｐを求める。このｐの値
をもとに、φ＝ｐ／Ｖとしてφの値を求める。また、同
様に振動要素の音響容量ｃ0は、圧力ｐを加えて振動要
素を変形させたときに発生する排除体積ΔＶを求めるこ
とにより、ｃ0＝ΔＶ／ｐとして算出する。
【００７１】図４（ａ）は、ヘッド構造に関わる各パラ
メータを広い範囲で変化させて構造解析を行い、ｃ0と
φの値を求めた結果を示すグラフである。具体的には、
圧力室及び圧電アクチュエータの平面視における面積を
９×１０-8〜１×１０-6ｍ2の範囲で、圧力室及び圧電
アクチュエータ夫々の平面形状におけるアスペクト比を
１〜２０の範囲で変化させた。また、振動板厚を、ステ
ンレス等の金属板では５〜２０μｍの範囲で、ポリイミ
ドフィルムでは２０〜１００μｍの範囲で変化させた。
更に、圧電アクチュエータ厚を１０〜５０μｍの範囲
で、圧電定数を１×１０-10〜３×１０-10ｍ／Ｖの範囲
で夫々変化させ、様々な組み合わせに対して構造解析を
行い、φとｃ0の値を求めた。その結果、音響容量ｃ0は
1×１０-21〜５×１０-18ｍ5／Ｎ、φは４×１０3〜４
×１０4Ｐａ／Ｖの範囲で変化することが判明した。
【００７２】上記解析結果に基づいてφ・ｃ0（単位電
圧当たりの滴体積を決定するパラメータ；前記式（２）
参照）とｃ0との関係を調べた結果を図４（ｂ）に示
す。この結果から、ｃ0とφ・ｃ0との関係は、グラフ中
の斜線部の範囲内に分散するが、一般論として、大きな
滴体積（大きなφ・ｃ0）を得るためには、 ｃ0≧２．０×１０-20［ｍ5／Ｎ］ と設定する必要があることが明らかになった。
【００７３】すなわち、撓み変形する圧電アクチュエー
タを利用したインクジェット記録ヘッドにおいて大きな
滴体積（吐出効率）を確保するためには、 ｃ0≧２．０×１０-20［ｍ5／Ｎ］ が重要な条件となる。音響容量ｃ0は振動要素の剛性を
表わすパラメータであり、ｃ0が大きいということは、
振動要素が撓み易い、即ち大きな排除体積ΔＶを発生し
易いということを意味している。また、２．０×１０
-20ｍ5／Ｎという値は、以下に述べるように、６００ｄ
ｐｉ以下の低解像度記録を可能とする１５ｐｌ以上の大
滴を得るという観点からも、音響容量ｃ0の下限値とし
て適した値と言える。
【００７４】実際のインクジェット記録ヘッドを作製す
る上で最も適切、且つ一般的な条件として、振動板を金
属材料（ステンレス、ニッケル等）で構成し、圧電定数
を約３×１０-10ｍ／Ｖとすると、ｃ0とφ・ｃ0との関
係は、図５及び図６に示すようになる。
【００７５】図５はｃ0とφ・ｃ0との関係を示す別のグ
ラフ、図６は図５の一部を拡大したグラフである。つま
り、振動板材質や圧電定数を固定すると、振動板厚、圧
電アクチュエータ厚、アスペクト比などの値を変えて
も、ｃ0とφ・ｃ0との関係は、ほぼ一本の曲線上にプロ
ットされることが明らかになった。これは即ち、滴体積
ｑを支配するパラメータのうち、φはｃ0の関数として
扱えることを意味している。
【００７６】前記式（２）におけるｍ2及びｍ3は、一般
的なインクジェット記録ヘッドでは、後述するようにｍ
2≒ｍ3と設定される。また、印加電圧Ｖも駆動回路や電
源コストを考えると、４０Ｖ程度が上限となる。従っ
て、式（２）のパラメータのうち、ｍ2／（ｍ2＋ｍ3）
及び印加電圧Ｖは、実際には任意に変えることのできな
いパラメータであり、また、φはｃ0に依存するパラメ
ータであるため、滴体積ｑを支配しているパラメータは
実質的にｃ0のみであると言える。
【００７７】そこで、図６の結果から１５ｐｌ以上の滴
体積を得るのに必要なｃ0を求めてみる。上記のよう
に、ｍ2／（ｍ2＋ｍ3）≒１／２、Ｖ≦４０［Ｖ］と置
くことができるので、１５ｐｌ以上の滴体積を確保する
ためには、φ・ｃ0を４×１０- 16ｍ3／Ｖ以上に設定す
る必要がある。これを、図６のグラフに当てはめると、
ｃ0≧２．０×１０-20ｍ5／Ｎの条件となる。つまり、
撓み変形する圧電アクチュエータを利用したインクジェ
ット記録ヘッドで低解像度記録に適した１５ｐｌ以上の
滴体積を得るという観点からも、ｃ0≧２．０×１０-20
ｍ5／Ｎは重要な条件となる。
【００７８】以上述べたように、撓み変形する圧電アク
チュエータを用いたインクジェット記録ヘッドにおい
て、滴体積を支配する実質的なパラメータがｃ0のみで
あることを見出し、ｃ0の適正な下限値を規定した点
が、本発明の特徴の一つである。従来は、ヘッド構造に
関わる多数のパラメータを試行錯誤的に組み合わせて滴
体積の調整を行っていたのに対し、上記のように支配パ
ラメータをｃ0の一つだけに整理し、その最適範囲を明
らかにしたことは、ヘッドの最適化設計を行う上で極め
て有効である。
【００７９】次に、「大滴吐出」と「ノズル密度増加」
とを両立させる圧力室形状について考える。上述したよ
うに、滴体積を実質的に支配しているパラメータがｃ0
だけであることから、「大滴吐出」と「ノズル密度増
加」とを両立させるためには、単位面積当たりのｃ0を
最大化することが重要である。
【００８０】音響容量ｃ0は振動要素の形状に大きく依
存する。そこで、単位面積当たりのｃ0を最大化できる
振動要素形状について調査を行った。図７は、四角形の
圧力室に関し、面積が同一でアスペクト比（縦横比）が
異なる各形状に対してｃ0を求めた結果である。図７か
ら、圧力室の平面形状のアスペクト比が１に近づくほ
ど、即ち、正方形に近い形状であるほど音響容量ｃ0は
増加することが判る。つまり、アスペクト比が１に近い
平面形状の圧力室を用いれば、小さい占有面積で大きな
音響容量ｃ0を得ることが可能となり、ノズル密度の向
上に有利となる。
【００８１】図７に示した結果から、単位面積当たりの
吐出効率を高く設定するためには、圧力室のアスペクト
比を少なくとも０．３〜３の間に設定することが必要で
ある。更に好ましいのはアスペクト比を０．８〜１．２
の間に設定することである。この場合、アスペクト比＝
１の最適条件と比較して吐出効率の低下を３０％以下に
納めることができる。
【００８２】ここで、「アスペクト比」とは、アスペク
ト比の定義を説明する図８（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、圧力室の平面形状における最も長い幅（Ａ）と最も
短い幅（Ｂ）との比（Ｂ／Ａ）を示す値を意味する。ま
た、圧力室の平面形状のアスペクト比を略１に設定した
場合、通常、振動要素のアスペクト比も略１となる。す
なわち、振動要素は振動板と圧電アクチュエータの駆動
部（後述）から構成されており、圧電アクチュエータの
駆動部は圧力室の平面形状とほぼ一致する形状とされる
ため、振動要素のアスペクト比も略１となる。
【００８３】図７は四角形の圧力室について調査した結
果であるが、それ以外の三角形、五角形及び六角形を含
む多角形や、楕円形についても、 アスペクト比＝１ でｃ0が最大になるという同様の結果が得られている。
従って、 アスペクト比＝１ が最適であるという結論は、四角形以外の他の形状の圧
力室についても一般的に当てはめることができる。
【００８４】次に、図３９（ｂ）に示した異常なメニス
カス振動の原因について述べる。図９は、図２（ａ）の
等価電気回路の周波数応答を調べた結果を示すグラフで
ある。このグラフで、１３０ｋＨｚ及び１．３ＭＨｚに
ピークが存在していることから、本回路は二つの共振周
波数を有していることが判る。図１０は、図２（ａ）の
等価電気回路を書き換えた、１個のイジェクタの等価電
気回路を示す回路図である。回路をこのように書き換え
た場合、本回路にはＡ、Ｂという二つの振動系が含まれ
ていることが判る。
【００８５】すなわち、図９に見られた二つの共振周波
数は、振動系Ａ及びＢの各共振周波数に対応していると
考えることができる。インク滴吐出に用いられる本来の
メニスカス振動は振動系Ａによって発生し、これに振動
系Ｂによる周期の短い振動が重畳していると考えれば、
図３９（ｂ）のようなメニスカス振動の発生が理解でき
る。振動系Ａの固有周期Ｔcは、次式のように表わされ
る。
【００８６】
【式３】
【００８７】振動系Ａでは、ｃ0とｃ1とが並列接続にな
っている点が特徴的であり、そのため、メニスカス振動
の固有周期Ｔcは ｃ（＝ｃ0＋ｃ1） によって支配される。一方、振動系Ｂの固有周期Ｔ
Bは、次式のように表わされる。
【００８８】
【式４】
【００８９】式４におけるｃcは、振動要素の音響容量
ｃ0と圧力室の音響容量ｃ1を直列接続した際の合成音響
容量であり、次式で表わされる。
【００９０】
【式５】
【００９１】すなわち、ｃ0とｃ1とが直列接続された合
成音響容量ｃcによって支配されるという点が、振動系
Ｂの特徴である。この振動系Ｂは、特開平6-171080号公
報等に記載される縦振動型圧電アクチュエータを用いた
インクジェット記録ヘッドで見られる振動要素自体の固
有振動とは異なるものである。振動系Ｂは、振動要素自
体の固有振動系ではなく、あくまでも振動要素と流路系
（圧力室）とを連結することによって形成される振動系
の一つである。
【００９２】上記のように、撓み変形する圧電アクチュ
エータでは、記録ヘッド内に二つの振動系が存在するの
で、正常なメニスカス振動を得るには、上記振動系Ｂの
影響を抑制することが必要である。この実現のために
は、振動系Ｂの振動振幅を小さくする（条件１）、及
び、ＴB≪Ｔcとする（条件２）の二つの条件を満たす必
要がある。以下、二つの条件を満たすための具体的な対
策について述べる。
【００９３】ステップ関数的な圧力ψを入力したときの
振動系Ｂの応答は次式のように表すことができる。
【００９４】
【式６】
【００９５】すなわち、振動系Ｂによって生じる体積速
度ｕBの振幅はｃcの１／２乗に比例するため、振動系Ｂ
の振幅を小さくするためには（条件１）、ｃcを小さく
設定する必要がある。ただし、本来のメニスカス振動
（振動系Ａ）の振幅や固有周期に影響を及ぼさないよう
にするため、 ｃ（＝ｃ0＋ｃ1） は一定の条件下でｃcを最小化する必要がある。
【００９６】図１１は、ｃ0の値によるｃcの変化を示す
グラフである。このグラフでは、ｃ 0＋ｃ1＝１０として
計算した。このグラフから、ｃcを小さくするためには
ｃ0とｃ1とをアンバランス（不均衡）に設定、つまり、
ｃ0＞ｃ1又はｃ0＜ｃ1と設定すればよいことが分かる。
ただし、ｃ0を小さくすると、前述したように滴体積ｑ
が減少するのでので、滴体積の確保、及び振動系Ｂの振
幅減少の双方を両立させるために、ｃ0＞ｃ1とする必要
がある。
【００９７】次式に示されるように、圧力室の音響容量
ｃ1は、圧力室の体積Ｗ1に比例する。ただし、κはイン
クの体積弾性率［Ｐａ］、αは補正係数（０＜α＜1）
である。
【００９８】
【式７】
【００９９】１５ｐｌ以上の滴体積を吐出するインクジ
ェット記録ヘッドでは、圧力室の底面積の下限は約９×
１０-8ｍ2であり、圧力室高さの下限は、インクの流動
性を確保するために５０μｍ程度にされる。そのため、
圧力室の音響容量ｃ1は、２×１０-20ｍ5／Ｎ以上の値
となる。従って、振動系Ｂの振動振幅を小さく抑制する
には、ｃ0≧２×１０-20ｍ5／Ｎと設定する必要があ
る。すなわち、振動系Ｂの影響を防止し、安定したメニ
スカス振動を得るという観点からも、 ｃ0≧２×１０-20［ｍ5／Ｎ］ は重要な条件となる。
【０１００】また、振動系Ｂが振動系Ａに及ぼす影響を
低減するためには、ＴB≪Ｔcとすること（条件２）も重
要である。すなわち、振動系Ｂの固有周期ＴBをＴcに比
べて十分小さく設定できれば、メニスカス挙動への実質
的な影響を小さく抑えることが可能となる。振動系Ｂの
固有周期ＴBは式（４）で表わされることから、ＴBを小
さくするためには、ｃc及びｍ0を小さくする必要があ
る。
【０１０１】流体シミュレーション及び実際の吐出実験
の結果から、正常なインク滴吐出を行うためには、ＴB
＜Ｔc／１０とすることが望ましいことが明らかになっ
た。従って、下式の条件が成立するようにｍ0を設定す
る必要がある。
【０１０２】
【式８】
【０１０３】以上述べたように、図３９（ｂ）に示した
メニスカスの異常振動が、ヘッド内に含有される第２の
振動系（振動系Ｂ）の影響によるものであることを明ら
かにし、更に、振動系Ｂによる悪影響を抑制できる条件
を明らかにした点も、本発明の特徴の一つである。な
お、撓み変形する圧電アクチュエータを用いたインクジ
ェット記録ヘッドにおいて上記振動系Ｂの存在及びその
影響について言及した開示例は、本発明者らが知る限り
存在していない。
【０１０４】これまで述べてきたように、「大滴吐出」
及び「メニスカス振動の正常化（振動系Ｂの影響抑
制）」の観点からは、ｃ0は大きいほど有利であること
が判った。しかしその一方で、式（３）から判るよう
に、ｃ0を大きくすると固有周期Ｔｃも増加してしま
う。前述したように、メニスカス制御方式によって微小
滴を吐出するためには、固有周期Ｔcは一定以下に抑え
る必要がある。具体的には、Ｔcを１５μｓ以下に設定
する必要がある。そこで次に、固有周期Ｔcを小さく設
定するという観点から、ｃ0の上限値について考える。
【０１０５】式（３）に示されるように、Ｔcはｍ2・ｍ
3／（ｍ2＋ｍ3）の１／２乗に比例する。イナータンス
ｍは、次式のように管路断面積Ａ［ｍ2］及び管路長さ
ｌ［ｍ］によって決まるパラメータである。ただし、ρ
はインクの密度［ｋｇ／ｍ3］である。
【０１０６】
【式９】
【０１０７】一般的なインクジェット記録ヘッドでは、
ノズルのイナータンスｍ3と供給路のイナータンスｍ2と
がほぼ等しく設定される。なぜならば、ｍ3≫ｍ2である
と、滴吐出後のインク補充速度であるリフィル速度は大
きくなるが、吐出効率が低下することになる（式２を参
照）。一方、ｍ3≪ｍ2であると、吐出効率は増加する
が、リフィル速度が低下することになる。従って、一般
的なインクジェット記録ヘッドでは、吐出効率確保とリ
フィル速度増加との両立を図るため、ｍ2≒ｍ3と設定さ
れる。
【０１０８】また、実際のノズル形状、つまり、開口径
３０μｍ以下、長さ２０μｍ以上、テーパー角１５°以
下としたノズル形状から考えると、ｍ3は２×１０7ｋｇ
／ｍ 4以上の値となる。従って、ｍ2・ｍ3／（ｍ2＋
ｍ3）は約１×１０7ｋｇ／ｍ4が下限値となる。
【０１０９】また、前述したように、圧力室の音響容量
ｃ1は約２×１０-20ｍ5／Ｎが下限となる。従って、式
（３）から、１５μｓ以下の固有周期Ｔcを得るために
は、音響容量ｃ0を５．５×１０-19ｍ5／Ｎ以下に設定
する必要がある。つまり、固有周期Ｔcについても、滴
体積ｑの場合と同様、いくつかの決定因子（パラメー
タ）が存在しているが、Ｔcを小さく設定しようとした
場合には、実質的にｃ0のみが支配パラメータとなる。
そして、小滴吐出に適した１５μｓ以下の固有周期Ｔc
を得るためには、音響容量ｃ0を５．５×１０-19ｍ5／
Ｎ以下に設定することが必要条件となる。
【０１１０】以上の内容をまとめると、撓み変形する圧
電アクチュエータを用いたインクジェット記録ヘッドで
は、滴体積ｑ及び固有周期Ｔcは、振動要素の音響容量
ｃ0によって支配され、その他のパラメータの上限／下
限値を考慮すると、ｃ0に最適範囲が存在する。すなわ
ち、音響容量ｃ0を次式の条件を満足するように設定す
ることにより、「大滴吐出」と「小滴吐出」とを両立さ
せることができる。 ２．０×１０-20≦ｃ0≦５．５×１０-19［ｍ5／Ｎ］ （１０）
【０１１１】また、ｃ0＞ｃ1及び式（８）の条件を満足
することにより、ヘッド内に形成される第２の振動系
（振動系Ｂ）の影響を抑制することができ、吐出安定性
及び信頼性に優れたインクジェット記録ヘッドを実現す
ることができる。更に、圧力室のアスペクト比を略１に
設定することにより、単位面積当たりのｃ0を最大化で
き、ノズル密度の高いインクジェット記録ヘッドを実現
することができる。
【０１１２】第１実施形態例 以下、図面を参照し、本発明に係る第１実施形態例に基
づいて本発明を更に詳細に説明する。本実施形態例で
は、ｃ≧2.0×10-20m5/Nの条件を満たす振動要素の具体
的構成を調査、試作し、インク滴吐出実験を行った結果
として示す。図１２は、本実施形態例のインクジェット
記録ヘッドを展開した状態で示す斜視図である。
【０１１３】本インクジェット記録ヘッドは、マトリク
ス状（行列状）に複数のノズル１３が形成されたノズル
プレート２９上に、インクプールプレート３８と、イン
ク供給プレート３９と、複数の圧力室１４が形成された
圧力室プレート４０と、圧力室１４の壁面の一部を成す
振動板４１とがこの順に接合されている。振動板４１に
は、各圧力室１４に対向するように複数の圧電アクチュ
エータ１６が接合されている。
【０１１４】図１３は、図１２の構成を一部透視した状
態で示す平面図である。本実施形態例のノズル配置は、
８行×８列のマトリクス状の配列とされている。行方向
でのノズルピッチは、解像度600dpiに対応する42.3μm
である。従って、行ピッチは、42.3μm×8列＝338μmで
あり、圧力室１４の行方向での幅は、そのピッチに収ま
る328μmとされる。
【０１１５】また、列ピッチも338μmとされ、圧力室１
４の列方向での幅はそのピッチに収まる328μmとされ
る。つまり、圧力室１４の平面形状は正方形である。振
動要素の平面形状も、圧力室１４の平面形状と同一であ
り、その平面積は0.108mm2と、従来の構造よりも大幅に
面積が小さくされている。振動要素の平面寸法が決まる
と、音響容量を決める構造パラメータは、その構成部材
である振動板４１と圧電アクチュエータ１６の材質と厚
さのみである。ここでは、振動板４１の材質をステンレ
ス鋼（SUS304）、圧電アクチュエータ１６の材質をチタ
ン酸ジルコン酸鉛系セラミクスに決めた。従って、残る
構造パラメータは、これら二つの部材の厚さである。
【０１１６】厚さを決めるために、まず二つの部材の厚
さと音響容量ｃ0との関係を調査した。音響容量ｃ0の算
出には有限要素解析を用い、構造モデル化した振動要素
に均一圧力pを印加した際の排除体積ΔVを計算し、 c0＝ΔV／p とした。
【０１１７】上記結果をまとめたものを図１４のグラフ
に示す。グラフでは、横軸に振動板４１の厚さを、縦軸
に圧電アクチュエータ１６の厚さをとり、それらの組み
合わせに対する音響容量ｃ0を解析調査し、 ｃ0≧2.0×10-20［m5/N］ の条件を満たす組み合わせの領域を塗り潰して表した。
その領域内のどの厚さ組み合わせでも、振動要素の排除
体積は15pl以上を得ることができる。従って、これを用
いたインクジェット記録ヘッドでは15pl以上のインク滴
を吐出することができる。
【０１１８】本実施形態例では、その解の一つとして、
振動板４１の厚さを５μm、圧電アクチュエータ１６の
厚さを１０μmにした試作を行い、更に、インク流路と
組み合わせてインク滴吐出実験を行った。その具体例を
以下に示す。
【０１１９】つまり、ノズルプレート２９、インクプー
ルプレート３８、供給路プレート３９、圧力室プレート
４０、及び振動板４１は、その外形寸法が全て同一であ
り、ヘッド走査方向での幅が４mm、ヘッド走査方向と直
交する方向での幅が４mmとされている。また、材質も全
てステンレス鋼（SUS304）とされている。
【０１２０】ノズルプレート２９は、厚さが５０μmで
あり、上述のレイアウトに従い、直径２５μmのマトリ
クス状のノズル１３がプレス加工で貫通・形成されてい
る。インクプールプレート３８の厚さは200μmであり、
ノズル１３に連通する直径２８μmの連通孔３８ａがプ
レス加工で形成され、インクプール３８ｂがエッチング
加工で形成されている。
【０１２１】供給路プレート３９は、厚さが５０μmで
あり、プレス加工によって、ノズル１３に連通する直径
２８μmの連通孔３９ａと、インクプール３８ｂに連通
する直径２５μmのインク供給路３９ｂとが形成されて
いる。圧力室プレート４０は、厚さが８０μmであり、
上述の平面形状に従い、エッチング加工で、複数の圧力
室１４が形成されている。振動板４１は、既に述べたよ
うに厚さが５μmとされ、導電性を有し、圧電アクチュ
エータ１６の駆動電圧波形を印加するための共通電極と
しても機能する。以上の５種類のプレートには、相互に
位置決め接合するためのアライメントマーカ（図示せ
ず）が付与されている。
【０１２２】圧電アクチュエータ１６は、既に述べたよ
うに厚さが１０μmとされる。各圧電アクチュエータ１
６は、各圧力室１４に対応して振動板４１上に個別に設
けられており、その平面形状は圧力室１４の外形と同一
である。
【０１２３】圧電アクチュエータ１６の両面には、電極
膜が夫々形成されている。電気配線パターンを有するフ
レキシブルケーブル（図示せず）と、圧電アクチュエー
タ１６の自由表面側の電極膜（個別電極）とは、ワイヤ
ボンディングを介して電気的に接続されている。
【０１２４】次に、本実施形態例のインクジェット記録
ヘッドの製造方法について説明する。図１５は、この製
造方法を示す斜視図であり、（ａ）〜（ｄ）は各工程を
段階的に示す。まず、図１５（ａ）に示すように、円柱
状の圧電材料ブロック（図示せず）にラップ研磨加工を
施し、圧電材料プレート４２を作製する。研磨加工は、
厚さが圧電アクチュエータ１６の設計厚さと同じになる
ように行う。この圧電材料プレート４２の両面に夫々、
スパッタリングで電極膜４３を形成する。本実施形態例
では、電極膜４３の電極材料として金（Au）を用いた。
【０１２５】次いで、図１５（ｂ）に示すように、高温
時に粘着力が無くなる性質を有する粘着発泡テープ４４
を介して、スパッタリング済みの圧電材料プレート４２
を固定板４５に仮固定する。この固定板４５には、ノズ
ルプレート２９、圧力室プレート４０及び振動板４１等
のSUSプレートとの接合位置決めを行うためのアライメ
ントマーカ（図示せず）が設けられている。
【０１２６】更に、図１５（ｃ）に示すように、仮固定
した圧電材料プレート４２上に、感光性を有するフィル
ムマスク４６を貼りつける。本実施形態例では、フィル
ムマスク４６として、厚さ１０μmのウレタン系フィル
ムマスクを使用している。この後、圧電アクチュエータ
１６として残す部分のみに紫外線（UV）を透過させるパ
ターンに形成した露光マスク４７を別途準備する。この
フィルムマスク４６は、固定板４５のアライメントマー
カを基準にしてパターニングされている。
【０１２７】続いて、露光マスク４７を用いて、フィル
ムマスク４６で被覆した圧電材料プレート４２にUV露光
を行い、更に、フィルムマスク４６にエッチングを行
う。エッチング液には、フィルムマスク４６のUV照射さ
れた部分を除去せず、それ以外の部分を確実に除去でき
る特性を有するものを選択する。本実施形態例では、炭
酸ナトリウム溶液を用いた。
【０１２８】以上までのプロセスで、圧電アクチュエー
タ１６として残したい部分のみにフィルムマスク４６を
被覆し、それ以外の部分からはフィルムマスク４６を除
去する。続いて、この構造に対してサンドブラスト加工
を行う。このサンドブラスト加工は、フィルムマスク４
６が除去されて露出した部分の圧電材料プレート４２を
確実に研削除去し、フィルムマスク４６が残った部分を
研削しないような条件下で行う。
【０１２９】この後、圧電材料プレート４２の表面に残
存したフィルムマスク４６を除去し、洗浄する。以上の
工程によって、図１５（ｄ）に示すように、両面に電極
膜３１を備え、小片化された圧電アクチュエータ１６を
固定板４５上に粘着発泡テープ４４で貼りつけた構造の
圧電材料を得ることができる。
【０１３０】次いで、上記圧電材料を振動板４１に貼り
つける工程を行う。まず、図１５（ｄ）に示す圧電材料
の表面に、接着剤（図示せず）を塗布する。本実施形態
例では、振動板４１を共通電極として兼用するので、塗
布する接着剤には導電性を有する接着剤を用いる。これ
を塗布した後に、振動板４１と固定板４５とのアライメ
ントマーカを位置決め基準として、圧電材料と振動板４
１とを重ね合わせ、１平方センチメートルあたり２kgの
加圧を行い、200℃の温度下で熱硬化性の接着剤を硬化
させ、双方を接合する。なお、この加熱時に圧電材料と
固定板４５とを仮固定するために用いた粘着発泡テープ
４４は、熱で粘着力を失うので、容易に剥離される。
【０１３１】以上の工程により、振動板４１を共通電極
としその上に小片化された圧電アクチュエータ１６を備
え、各圧電アクチュエータ１６上に個別電極が設けられ
たユニットが得られる。このユニットを、別途位置決め
接着・接合しておいた振動板４１以外のノズルプレート
２９、インクプールプレート３８、供給路プレート３９
及び圧力室プレート４０の接合品であるプレートユニッ
トと接着・接合する。これにより、インクジェット記録
ヘッドを得ることができる。
【０１３２】最後に、各圧電アクチュエータ１６に駆動
電圧波形を印加するための電気接続を行う。本実施形態
例では、インクジェット記録ヘッドの外周にFPCケーブ
ル（図示せず）を貼り付け、その電極端子と各圧電アク
チュエータ１６の個別電極とをワイヤボンディングで接
続した。
【０１３３】次に、本実施形態例の作動について説明す
る。つまり、上述のように試作したインクジェット記録
ヘッドに対し、図１２に示すインクプール３８ｂからイ
ンク供給路３９ｂを経由して各圧力室１４にインクを充
填する。引き続き、各圧電アクチュエータ１６の個別電
極と振動板４１（共通電極）との間に駆動電圧を印加す
ると、振動板４１と圧電アクチュエータ１６とから成る
振動要素が撓み変形して、圧力室１４内に充填されたイ
ンクを圧縮することにより、対応するノズル１３からイ
ンク滴が吐出する。
【０１３４】以上のインクジェット記録ヘッドを用い、
インク滴の吐出実験を行った。図１６は、この実験で用
いた駆動電圧波形を示すグラフである。グラフでは、縦
軸に電圧［Ｖ］を、横軸に時間［μｓ］をとっている。
【０１３５】まず、図１６に示す駆動電圧波形を各振動
要素に個別に入力する。その結果、各ノズル１３から20
plのインク滴が安定して吐出することを確認した。更
に、同時に駆動する振動要素の数を変化させて同様の実
験を行った。その結果、駆動する個数に拘わらず、同じ
滴量のインク滴を安定して吐出できることを確認した。
また、駆動する場所による吐出特性（吐出滴体積、吐出
滴速度、吐出方向）の差異も確認されなかった。
【０１３６】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
では、振動要素の音響容量ｃ0は、有限要素法による構
造解析及び実測評価により３．２×１０-20ｍ5／Ｎと求
められた。すなわち、本実施形態例のインクジェット記
録ヘッドは、 c0≧2.0×10-20［m5/N］ の条件を満たしている。
【０１３７】つまり、c0≧2.0×10-20m5/Nの条件を満た
せば、15pl以上の大滴吐出が可能となることが、本実施
形態例の実験結果よって確認された。
【０１３８】第２実施形態例 図１７は、本実施形態例のインクジェット記録ヘッドを
展開した斜視図である。このインクジェット記録ヘッド
では、インク流路は、ノズルプレート１、共通流路プレ
ート２、供給路プレート４、圧力室プレート５、及び振
動板６の合計５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。
【０１３９】共通流路は、１本の主流路７と２６本（図
１７では５本のみ表示）の分岐流路８とによって構成さ
れている。主流路７は、供給口９を介してインクタンク
（図示せず）に連通しており、各分岐流路にインクを供
給する機能を有する。各分岐流路８には夫々、１０個ず
つの圧力室１４が連結されている（図１７では５個のみ
表示）。つまり、本実施形態例のインクジェット記録ヘ
ッドは、２６０個のイジェクタを有するマトリクス状配
列ヘッドとして構成されている。
【０１４０】図１８はイジェクタ１個の断面を示した図
である。圧力室１２は、インク供給孔１１を介して分岐
流路８に連結されており、圧力室１２内にインクが充填
される。各圧力室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、圧力室１２の底面
には振動板６が設けられており、振動板６には圧電アク
チュエータ２７が取り付けられている。この圧電アクチ
ュエータ２７に駆動電圧波形を印加すると、圧電アクチ
ュエータ２７が撓み変形し、圧力室１２を膨張又は圧縮
させる。圧力室１２に体積変化が生じると、圧力室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
てインク滴が形成される。なお、２４は連通路を示す。
【０１４１】本実施形態例では、ノズルプレート１に厚
さ２５μｍのポリイミドフィルムを用い、エキシマレー
ザ加工によって、開口径２５μｍのノズル１０を形成し
た。本実施形態例のように、ノズルを形成する部材（ノ
ズルプレート１）に樹脂フィルムを用いると、ノズルプ
レート１を分岐流路８のエアダンパとして機能させるこ
とができ、多ノズル同時吐出時の吐出安定性を向上させ
ることができる。すなわち、図１８に示したようなヘッ
ド構造において、ノズル１０が形成されるノズルプレー
トを樹脂フィルムで形成すると、分岐流路８の壁面の一
部（上面）も樹脂フィルムとなる。分岐流路の壁面を剛
性の低い樹脂フィルムで構成すると、分岐流路の音響容
量が大幅に増加し、分岐流路を介した音響波の伝播（ク
ロストーク）等の発生を防止することができ、多ノズル
同時吐出時の吐出安定性を向上させることができる。な
お、分岐流路に十分な音響容量を確保し、且つノズル部
にノズルとしての機能（吐出方向性向上、気泡巻き込み
防止など）を付与するためには、樹脂フィルムの厚さは
２０〜７０μｍの範囲内であることが好適である。但
し、この好適範囲以外であっても、同様の作用効果を不
十分ながら得ることは可能である。供給路プレート４に
は、厚さ７５μｍのステンレス板を用い、プレスによっ
て開口径２６μｍのインク供給孔１１を形成した。
【０１４２】共通流路プレート２及び圧力室プレート５
には、厚さ１００μｍのステンレス板を用い、ウェット
エッチングによって流路パターンを形成した。圧力室１
２は、一辺の長さが５００μｍ、アスペクト比１の四角
形とし、圧力室１２の角部には、図１９（ａ）に示すよ
うに、インク流れの淀みを防止するためにＲ形状を付与
した。振動板６には、厚さ１０μｍのステンレス板（Ｅ
ｖ＝１９７ＧＰａ）を用いた。図１９（ａ）におけるＰ
ｘは主走査方向４２８（図４２参照）のノズルピッチ、
Ｐｙは副走査方向４２９のノズルピッチを夫々示してい
る。
【０１４３】図１９（ｂ）は、本実施形態例で用いた圧
電アクチュエータ２７の形状を示した図である。圧電ア
クチュエータ２７には厚さ３０μｍの単板状圧電セラミ
クス（チタン酸ジルコン酸鉛系セラミクス）（Ｅｐ＝２
００ＧＰａ）を用いた。圧電アクチュエータの幅Ｗｐは
圧力室幅Ｗとほぼ等しい４９０μｍとし、加工にはサン
ドブラスト加工法を用いた。なお、３７は電極パッド
部、３８は駆動部を夫々示す。
【０１４４】有限要素法による構造解析及び実測評価の
結果、本実施形態例のインクジェット記録ヘッドでは、
振動要素の音響容量ｃ0は３．２×１０-20ｍ5／Ｎ、イ
ナータンスｍ0は１．３×１０6ｋｇ／ｍ4と求められ
た。また、圧力室１２の音響容量は２．０×１０-20ｍ5
／Ｎであった（ｃc＝１．２×１０-20ｍ5／Ｎ）。つま
り、本実施形態例のインクジェット記録ヘッドは、式
（８）及び式（１０）の条件を満たしている。
【０１４５】図４０に、本実施形態例で使用した駆動電
圧波形を示す。図４０（ｃ）に示す大滴用駆動電圧波形
は、比較的緩やかな立ち上げ時間で圧力室を圧縮するた
めの第１電圧変化プロセス４０２”、及び、一定期間電
圧を保持した後に印加電圧を基準電圧(オフセット電圧
Ｖb)に戻すための第２電圧変化プロセス４０４”によっ
て構成されている。この駆動電圧波形が圧電アクチュエ
ータに印加されると、第１電圧変化プロセス４０２”が
印加されたタイミングで圧力室内に大きな圧力が発生
し、ノズル内のインクが記録紙に向けて噴射される。区
間ｔ3”＝５μｓ、区間ｔ4”＝１０μｓ、区間ｔ7”＝
１５μｓ、電圧変化量Ｖ2”＝３０Ｖ、バイアス電圧Ｖb
＝２０Ｖに夫々設定した。
【０１４６】一方、図４０（ａ）に示す小滴用駆動電圧
波形は、吐出直前に圧力室を膨張させるための第１電圧
変化プロセス４０１、圧力室を急激な速度で圧縮するた
めの第２電圧変化プロセス４０２、圧力室を急激な速度
で膨張させるための第３電圧変化プロセス４０３、及び
印加電圧を基準電圧に戻すための第４電圧変化プロセス
４０４によって構成されている。この駆動電圧波形が圧
電アクチュエータに印加されると、第１電圧変化プロセ
ス４０１によってノズル開口部のメニスカスが一旦圧力
発生室側に引き込まれ、凹形状のメニスカスを形成す
る。
【０１４７】その後、第２電圧変化プロセス４０２が加
えられると、ノズル中央部に細い液柱が形成され、更に
第３電圧変化プロセス４０３によって液柱が早期に分断
されることにより、ノズル径よりも小さなインク滴が吐
出される。すなわち、本駆動電圧波形はメニスカス制御
方式によって微小滴を吐出するための駆動波形である。
区間ｔ1＝２μｓ、区間ｔ2＝２μｓ、区間ｔ3＝２μ
ｓ、区間ｔ4＝０．５μｓ、区間ｔ5＝２μｓ、区間ｔ6
＝５μｓ、区間ｔ7＝１５μｓ、電圧変化量Ｖ1＝１５
Ｖ、電圧変化量Ｖ2＝１２Ｖ、電圧変化量Ｖ3＝１７Ｖ、
バイアス電圧Ｖb＝２０Ｖに夫々設定した。
【０１４８】図４０（ｂ）に示す中滴用駆動電圧波形
は、小滴と同様にメニスカス制御を利用したもので、吐
出直前に圧力室を膨張させるための第１電圧変化プロセ
ス４０１’、圧力室を急激な速度で圧縮するための第２
電圧変化プロセス４０２’、及び印加電圧を基準電圧に
戻すための第３電圧変化プロセス４０４’によって構成
されている。小滴用駆動電圧波形の第３電圧変化プロセ
ス４０３のように液柱の早期分断を行わなず、第２電圧
変化プロセス４０２’の後に一定期間電圧を保持するた
め、小滴よりも若干大きなインク滴が吐出される。区間
ｔ1’＝２μｓ、区間ｔ2’＝２μｓ、区間ｔ3’＝２μ
ｓ、区間ｔ4’＝１０μｓ、区間ｔ7＝１５μｓ、電圧変
化量Ｖ1’＝１５Ｖ、電圧変化量Ｖ2’＝２０Ｖ、バイア
ス電圧Ｖb＝２０Ｖに夫々設定した。
【０１４９】なお、図４０に示した駆動波形は、本発明
のインクジェット記録ヘッドの駆動方法を示す一例であ
り、その他の形状の駆動波形を用いることも可能であ
る。すなわち、大滴吐出用の波形としては、圧力室の体
積を収縮させる方向に電圧を印加してインク滴を吐出さ
せる第1電圧変化プロセスと、前記圧力室の体積を膨張
させる方向に電圧を印加する第２電圧変化プロセスとを
少なくとも含めば、図４０（ｃ）と異なる形状の駆動波
形を用いてもかまわない。
【０１５０】例えば、第１電圧変化プロセス４０２”の
直前に、メニスカスをノズル内部に僅かに引き込むため
の電圧変化プロセスを加えたり、第２電圧変化プロセス
４０４”の後に別の電圧変化プロセスを加えてもかまわ
ない。同様に、小滴吐出用の波形としては、前記圧力室
の体積を膨張させる方向に電圧を印加する第1電圧変化
プロセスと、前記圧力室の体積を圧縮する方向に電圧を
印加する第２電圧変化プロセスとを少なくとも含めば、
図４０（ａ）と異なる形状の駆動波形を用いてもかまわ
ない。例えば、第３電圧変化プロセス４０３及び第４電
圧変化プロセス４０４を有しない駆動波形としたり、第
１電圧変化プロセス４０１の直前に、メニスカスの初期
状態を制御するための別の電圧変化プロセスを加えたり
してもかまわない。
【０１５１】図４１は、本実施形態例で用いた駆動回路
の基本構成を示した図である。滴径変調方式による画像
記録を実行する際には、各圧力室に対応した圧電アクチ
ュエータに、図４０に示した駆動電圧波形を各圧力室毎
に切り替えながら印加し、吐出させるインク滴の滴径を
変化させる。本実施形態例では、図４０（ａ）〜（ｃ）
に示した３種の駆動電圧波形を発生させるために３種類
の波形発生回路４１１、４１１’、４１１”を備えてお
り、各波形は増幅回路４１２、４１２’、４１２”によ
って増幅される。記録時には、画像データに基づいて、
圧電アクチュエータ４１４、４１４’、 ４１４”に印
加される駆動電圧波形がスイッチング回路４１３、４１
３’、 ４１３”によって切り替えられ、所望滴径のイ
ンク滴が吐出される。
【０１５２】以上述べた本実施形態例のインクジェット
記録ヘッドを用いてインク滴の吐出実験を行った。図４
０（ｃ）に示した駆動波形（Ｖ1”＝３０Ｖ）を圧電ア
クチュエータ２７に印加した結果、各ノズル１０から滴
体積２０ｐｌのインク滴が安定して吐出されることが確
認された。すなわち、音響容量ｃ0≧２．０×１０-20 ｍ
5／Ｎの条件を満たす圧電アクチュエータ２７を用いる
ことによって、１５ｐｌを超える大滴の吐出が可能とな
ることが実験的に確認できた。また、リフィル時間も約
４０μｓと短かく、１８ｋＨｚの高速駆動が可能であっ
た。
【０１５３】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
を用いて記録紙上に画像記録を行った結果、６００ｄｐ
ｉの低い記録解像度でも、十分な画像濃度（ＯＤ値１．
３）を得ることができた。すなわち、本実施形態例のイ
ンクジェット記録ヘッドでは、滴体積２０ｐｌの大滴吐
出が可能であることから、６００ｄｐｉという低い記録
解像度でも十分な画像濃度を得ることができ、高速記録
に極めて有利なインクジェット記録ヘッドであると言え
る。なお、駆動波形の印加電圧をＶ1”＝４０Ｖに増加
させた場合には、２７ｐｌの滴体積が得られ、３００ｄ
ｐｉの記録解像度でも十分な画像濃度（ＯＤ値１．２）
を得ることができた。
【０１５４】図２１は、本実施形態例のインクジェット
記録ヘッドのメニスカス振動をレーザードップラー計に
よって観測した結果である。圧力波の固有周期Ｔcは
９．５μｓと小さく抑えられていることが確認された。
すなわち、音響容量ｃ0≦5.5×10-19m5/Nの条件を満た
す振動要素を用いることによって、微小滴吐出に適した
１５μｓ以下の固有周期Ｔｃを得ることができた。
【０１５５】また、図２１のメニスカス振動波形から判
るように、本実施形態例のインクジェット記録ヘッドで
は、メニスカス振動に細かい振動が重畳せず、極めて良
好なメニスカス振動を得ることができた。これは、本実
施形態例のインクジェット記録ヘッドが、式（８）及び
ｃ0＞ｃ1の条件を満たしており、前述した振動系Ｂの振
幅を小さく抑えられているためである。メニスカスにこ
のような安定した振動が得られているため、本実施形態
例のインクジェット記録ヘッドでは極めて高い吐出安定
性を得ることができた。
【０１５６】また、図４０（ａ）に示す駆動波形で小滴
吐出を行ったところ、滴体積２ｐｌの微小インク滴を安
定に吐出できることが確認された。すなわち、本実施形
態例のインクジェット記録ヘッドでは、固有周期が９．
５μｓと短く、また、メニスカスの異常振動が抑制され
ているため、メニスカス制御方式による微小滴吐出を良
好に実行することができた。つまり、本実施形態例のイ
ンクジェット記録ヘッドでは「大滴吐出」と「小滴吐
出」との両立が可能であり、図４０に示した駆動電圧波
形を画像パターンに応じて切り替えながら各圧電アクチ
ュエータに印加することにより、２〜２０ｐｌの広い滴
径範囲で滴径変調記録を実行することができた。
【０１５７】比較例として、圧電アクチュエータの厚さ
ｔp、振動板の厚さｔｖ、及び圧力室幅Ｗを変化させ
て、同様の特性評価を実施した。その結果、滴体積につ
いては図６の○プロットで示したように、構造解析結果
と良好に一致する結果が得られた。つまり、ｃ0≧２．
０×１０-20ｍ5／Ｎの範囲では１５ｐｌ以上の滴体積が
得られたが、ｃ0＜２．０×１０-20ｍ5／Ｎの条件では
１５ｐｌ未満の滴体積しか得られず、十分な画像濃度を
得ることができなかった。なお、ｃ0＜２．０×１０-20
ｍ5／Ｎとなる条件は、Ｗ＝５００μｍ、ｔv＝１０μ
ｍ、ｔp＝４５μｍや、Ｗ＝４００μｍ、ｔv＝５μｍ、
ｔp＝３５μｍなどの組み合わせである。
【０１５８】また、ｃ0＞5.5×10-19m5/Nとなった場合
には、１５ｐｌ以上の滴体積は得られたが、固有周期Ｔ
cが１５μｓ以上となり、４ｐｌ以下の小滴吐出を実行
できなくなった。ｃ0＞5.5×10-19m5/Nとなる条件は、
Ｗ＝７００μｍ、ｔv＝１０μｍ、ｔp＝１５μｍや、Ｗ
＝１０００μｍ、ｔv＝１０μｍ、ｔp＝３５μｍなどの
組み合わせである。
【０１５９】以上の結果から、１５ｐｌ以上の滴体積を
確保し、かつ１５μｓ以下の固有周期Ｔcを得るための
条件として、式（１０）が妥当であることが実験的に確
認できた。なお、アスペクト比が略１の圧力室を用いた
場合、振動要素の音響容量を2.0×10-20≦ｃ0≦5.5×10
-19 m5/Nの範囲に設定するためには、圧力室幅を３００
〜７００μｍ（平面積０．０９〜０．５ｍｍ2）、振動
板及び圧電アクチュエータの厚みを夫々、５〜２０μｍ
及び１５〜４０μｍの範囲に設定することが望ましい。
【０１６０】また、アスペクト比が略１でない長方形の
圧力室についてもヘッドの試作評価を行った。その結
果、長方形の圧力室においても、式（１０）の条件を満
たせば、１５ｐｌ以上の滴体積及び１５μｓ以下の固有
周期を確保できることが確認できた。ただし、同じ滴体
積を得るのに、２〜５倍の駆動面積（圧力室の底面積）
が必要となった。
【０１６１】例えば、本実施形態例のインクジェット記
録ヘッドと同じ滴体積（２０ｐｌ）を得るためには、ア
スペクト比５のインクジェット記録ヘッドでは圧力室サ
イズを３００×１５００μｍ2とする必要があった。こ
れは、本実施形態例のインクジェット記録ヘッドと比較
すると約２倍の圧力室面積であり、従って、ノズルの配
列密度が１／２に低下したことになる。つまり、長方形
形状の圧力室でも、式（１０）の条件を満たせば目標と
する特性は得られるが、高いノズル密度と両立させるた
めには、圧力室のアスペクト比を略１に設定することが
最適であることが確かめられた。
【０１６２】なお、前述したように、本実施形態例のイ
ンクジェット記録ヘッドでは、振動要素の平面形状を略
正三角形、略正方形又は略正六角形とすることができる
が、これら振動要素は、相互に隣接する各２辺の接合部
分が曲線状に形成されることが望ましい。つまり、図１
９（ａ）に示すように、圧力室１２の角部（隅）にＲ形
状を付与することができる。これは、圧力室内において
インクの淀み点が発生することを防止し、気泡の排出性
を向上させるためである。
【０１６３】すなわち、インクジェット記録ヘッドで
は、圧力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、圧力室内に気泡が残存していると圧力発生
効率が低下し、インク滴の体積や滴速が減少してしま
う。残存気泡が大きいと、滴吐出が不可能になる場合も
ある。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室内の気泡
除去を行っている。しかし、圧力室のアスペクト比が１
に近く、且つ圧力室に角が存在する場合には、圧力室内
にインクの淀み点（流速が遅い部分）が発生するため、
気泡排出が困難になる。
【０１６４】そこで、本実施形態例のインクジェット記
録ヘッドでは、圧力室の角部にＲ形状を付与することに
より、淀み点の発生を防止し、気泡排出性を向上させ
た。実際、一定の条件（ノズルから２００ｍｍＨｇの圧
力で５秒間インクを吸引）でインク吸引を行った後にお
ける圧力室内の気泡残存率を調べた結果、Ｒ形状（曲線
形状）を付加した本実施形態例のインクジェット記録ヘ
ッドでは気泡残存率が０であったのに対し、Ｒ形状を付
与しない場合には１５％の圧力室で気泡残存が確認され
た。
【０１６５】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
では、多数の圧力室及び圧電アクチュエータがマトリク
ス状に高密度配列されているため、夫々の圧電アクチュ
エータに電気接続を行うことが極めて困難となる。すな
わち、図３５に示すように、圧力室が１次元的に配列さ
れている場合や、第１実施形態例のように２次元配列で
も圧力室の数が少ない場合には、従来の電気接続方法
（ワイヤボンディング等）によって容易に電気接続を行
うことが可能であるが、本実施形態例のように多数の圧
力室を２次元的に高密度配列した場合には、従来の電気
接続方法を適用することは不可能である。
【０１６６】そこで、本実施形態例では、図２２及び図
２３に示すような電気接続方法を用いた。すなわち、圧
電アクチュエータに電極パッド部３７（図１９（ｂ）参
照）を設け、図２２に示すように、この電極パッド部と
配線基板（ＦＰＣ基板）３１１とを半田バンプを介して
電気接続することにより、各圧電アクチュエータに電圧
を印加した。以下、本実施形態例の電気接続方法につい
て更に詳しく説明する。
【０１６７】図２２（ａ）及び（ｂ）は夫々電気接合前
／後の斜視図、図２３（ａ）及び（ｂ）は夫々、図２２
（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、及び図２２（ｂ）の
Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。マトリクス状に配列さ
れた圧電アクチュエータ３１２の対向する２面には、共
通信号用電極３２１と個別信号用電極３２２とが夫々形
成されており、共通信号用電極３２１は、導電性の振動
板３１３と電気的及び機械的に接合されている。共通信
号用電極３２１はＣｒ（０．２μｍ）とＡｕ（０．２μ
ｍ）との二層構造、個別信号用電極３２２はＣｒ（０．
２μｍ）とＮｉ（０．６μｍ）とＡｕ（０．２μｍ）と
の三層構造とした。
【０１６８】個別信号線（信号ライン）が形成されたフ
レキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ基板）３１１は、
樹脂材からなるベースフィルム３２３、金属導体からな
る配線パターン３２４、カバーレイヤ３２５の三層から
構成されている。また、圧電アクチュエータの電極パッ
ド部３２６と対応する位置には個別信号用電極３２７が
形成されており、この電極３２７上には、導電性のコア
材３２８及び導電性の接合材３２９で構成される半球状
のバンプ３３０が形成されている。本実施形態例では、
コア材３２８としてＣｕを用い、コア材３２８の表面
に、電解メッキ法により接合材としてハンダを形成して
バンプを作製した。本実施形態例では、バンプの径をφ
１５０μｍ 、高さを６０μｍに設定した。
【０１６９】電気接合時には、ＦＰＣ基板３１１と圧電
アクチュエータ３１２を相互に対向させ、電極パッド部
とバンプとの位置が一致するようにアライメントを取っ
た状態で加圧・加熱を行い、接合材を電極パッド上で溶
融・流動させることにより、電極パッドとバンプ３３０
を電気的及び機械的に接合する。振動板３１３及びＦＰ
Ｃ基板３１１上の電気接合用パッド３２７は制御回路
（図示せず）と電気的に接合されており、個別信号線を
介して圧電アクチュエータ３１２に駆動電圧が印加され
る。
【０１７０】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
では、バンプ３３０を半球状に形成している。これは、
電極パッド部とバンプとのコンタクト状態を確実に且つ
均一にするためである。すなわち、ＦＰＣ基板３１１と
圧電アクチュエータ３１２との平行度にズレが生じた場
合でも、バンプを半球状としておくことで、電極パッド
部とバンプ３３０との接触状態を均一化することがで
き、安定した電気接続が可能になると同時に、電気接続
時における圧電アクチュエータ３１２の破壊を防止する
ことができる。
【０１７１】また、本実施形態例のインクジェット記録
ヘッドでは、配線基板に柔軟性の高いＦＰＣ基板３１１
を用いているが、これも、電極パッド部とバンプ３３０
との間で確実なコンタクトを確保するためである。つま
り、配線基板を柔軟性の低い剛体材料で構成すると、圧
電アクチュエータが接合された流路板の反りや圧電アク
チュエータの厚さのバラツキによって、部分的に電極パ
ッド部とバンプ３３０との間にコンタクト不良が発生し
易い。一方、配線基板を柔軟性の高い材料で構成する
と、配線基板の変形によって上記の反りや厚さばらつき
を吸収することができ、全ての電気接続部分で均一なコ
ンタクトを確保することができる。
【０１７２】また、配線基板に柔軟性の高い材料を用い
ると、圧電アクチュエータ３１２を駆動した際に、バン
プ３３０と配線基板３１１との間に発生する応力を低減
することができる。すなわち、圧電アクチュエータ３１
２を駆動すると、電極パッド部も多少変位するため、電
極パッド部上のバンプ３３０も一緒に変位する。このと
き、配線基板に剛性の高い基板を用いていると、電極パ
ッド部、バンプ、及び配線基板の夫々の間で大きな応力
が発生し、電気接続部の破断を生じさせるなど、電気接
続部の信頼性を大きく低下させる原因となる。これに対
し、本実施形態例のように配線基板に柔軟性の高い材料
を用いれば、バンプの変位に応じて配線基板が変形でき
るため、応力の発生を抑制することができ、信頼性の高
いインクジェット記録ヘッドを実現することが可能とな
る。
【０１７３】更に、本実施形態例のインクジェット記録
ヘッドでは、バンプ４４０の内部にコア材３２８を挿入
している。これにより、電気接続後において圧電アクチ
ュエータ３１２とＦＰＣ基板３１１との間に間隙を形成
することが可能になるので、圧電アクチュエータ３１２
がＦＰＣ基板に拘束されることなく自由に撓み変形する
ことが可能となる。つまり、圧電アクチュエータ３１２
と配線基板３１１との接触に起因する圧電アクチュエー
タ３１２の特性不良を防止することができ、信頼性の高
いインクジェット記録ヘッドを実現することが可能とな
る。また、圧電アクチュエータ３１２とＦＰＣ基板３１
１との間に間隙が存在すると、圧電アクチュエータ３１
２の駆動によって発生した熱を自然空冷又は強制空冷す
ることが可能となり、温度上昇による圧電アクチュエー
タ特性の変化を抑制することも可能となる。
【０１７４】上記のような電気接続方法を用いることに
より、２次元的に高密度配列された圧電アクチュエータ
３１２に対しても確実な電気接続を可能とすることがで
きる。すなわち、配線基板３１１は圧電アクチュエータ
３１２の上方に配置されるため、信号線を配置するスペ
ースを最大限に確保することができ、結果的にノズルの
配列密度を高く設定することが可能となる。
【０１７５】例えば、サイズが５００×５００μｍ2の
圧電アクチュエータ３１２を１０×１０でマトリクス状
に配列する場合、ＦＰＣ基板３１１上に５０μｍピッチ
の配線パターンを形成することは容易であるため、５７
５μｍピッチまで圧電アクチュエータ３１２の配列ピッ
チを小さく設定することができる。これは、図２４
（ａ）及び（ｂ）に示すようなマトリクス状配列ヘッド
における従来の電気接続方法では実現できない数値であ
る。
【０１７６】例えば、図２４（ｂ）に示すように、圧電
アクチュエータ３３１と同一平面に個別信号線３３５を
形成するような従来の電気接続技術では、スクリーン印
刷による最小配線ピッチが一般的に０．３ｍｍ程度であ
るため、圧電アクチュエータ３３１の配列ピッチは約
３．６ｍｍが下限となる。つまり、本実施形態例のよう
な電気接続方法は、マトリクス状配列ヘッドにおけるノ
ズル密度を向上させる上で極めて有効な方法と言える。
図中の３３３、３３６は夫々、配線基板を示している。
【０１７７】第３実施形態例 図２５（ａ）は、本実施形態例のヘッド構造を示す平面
図である。本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
は、基本構造は第１実施形態例とほぼ同じであるが、圧
電アクチュエータ２４１の幅Ｗpを圧力室２４２の幅Ｗ
よりも小さく設定している点に特徴を有する。すなわ
ち、圧電アクチュエータ２４１の幅Ｗpを圧力室幅Ｗよ
りも小さく設定することにより、圧電アクチュエータを
振動板上に接合する際に位置ずれが発生しても、振動要
素の音響容量ｃ0が大きく変動するのを防ぐことがで
き、滴体積及び固有周期の変化を最小に抑えることが可
能となる。
【０１７８】図２６は、圧力室２４２と圧電アクチュエ
ータ２４１の駆動部２４３（実際に撓み変形する部分）
の中心位置ずれをδ［μｍ］としたときに、圧電アクチ
ュエータ２４１の幅Ｗpによって音響容量ｃ0にどれだけ
の変化が発生するかを調べた結果である。この結果よ
り、Ｗpを以下の条件（式(11)）を満足するように設定
すれば、滴体積の変化を小さく抑制できることが明らか
になった。 Ｗp≦（Ｗ−２δ） 又は Ｗp≧（Ｗ＋２δ） （１１）
【０１７９】上記の条件下で圧電アクチュエータの位置
ずれに対するロバスト性（鈍感さ）が向上する理由は、
圧電アクチュエータ端部の支持条件が常に一定となるた
めである。すなわち、図２５（ａ）のように、Ｗp≦
（Ｗ−２δ）の条件を満たすように圧電アクチュエータ
幅を圧力室幅よりも小さく設定すれば、±δの位置ずれ
が発生しても圧電アクチュエータの駆動部２４３が圧力
室２４２の隔壁上に重なることはない。そのため、駆動
部２４３の端部は常に回転支持条件として保たれるた
め、位置ずれが発生しても圧電アクチュエータの変形の
しやすさが大きく変化することがなく、音響容量ｃ0は
ほぼ一定の値となる。
【０１８０】一方、図２５（ｂ）のように、Ｗp≧（Ｗ
＋２δ）の条件を満たすように圧電アクチュエータ幅を
圧力室幅よりも大きく設定すれば、位置ずれが発生して
も駆動部２４３が圧力室２４２の隔壁上に常に重なって
いるため、駆動部端部は常に固定支持条件として保た
れ、位置ずれが発生しても音響容量ｃ0が大きく変化す
ることはない。
【０１８１】以上のように、位置ずれが発生しても駆動
部端部の支持条件が一定に保たれるように、圧電アクチ
ュエータ２４１の幅Ｗpを式（１１）の条件を満足する
ように設定すれば、位置ずれによる音響容量ｃ0の変動
を最小限に抑えることができ、位置ずれに対するロバス
ト性を向上させることが可能となる。
【０１８２】ただし、Ｗp≧（Ｗ＋２δ）として駆動部
端部を固定支持条件とすると、圧電アクチュエータの変
形が端部によって拘束されるため、回転支持条件の場合
と比較するとｃ0が大幅に減少する。また、Ｗp≦（Ｗ−
２δ）の場合にも、Ｗpが小さすぎると吐出効率が低下
してしまう（実質的な駆動面積が低下してしまうた
め）。
【０１８３】図２７は、吐出効率とバラツキとの関係を
調べた結果である（δ＝２０μｍ）。この結果から、位
置ずれに対するロバスト性を確保し、且つ高い吐出効率
を得るためには、以下の条件式を満足する必要があるこ
とが判った。 ０．９（Ｗ−２δ）≦Ｗp≦（Ｗ−２δ） （１２）
【０１８４】本実施形態例では、圧電アクチュエータの
接合時に発生する最大位置ずれ量δが２０μｍであった
ため、Ｗpを４６０μｍに設定した（圧力室幅Ｗは５０
０μｍ）。すなわち、±２０μｍの位置ずれが発生して
も、吐出効率に大きな影響が発生しないように設定し
た。
【０１８５】実際に複数の記録ヘッドを作製して吐出効
率（インク滴体積）のばらつきを調べた結果、δ＝２０
μｍの位置ずれが発生したヘッド間においても、吐出効
率の差が５％以下に収まることが確認された。また、位
置ずれを故意に３０μｍ以上に増加させて評価を行った
ところ、吐出効率に１０％以上の差が発生することが確
認された。つまり、式（１２）の条件を満足することに
よって、位置ずれに対するロバスト性を向上できること
が確認できた。
【０１８６】なお、圧電アクチュエータの位置ずれ量δ
は、圧電アクチュエータの接合時のアライメント方法に
依存するが、アライメントマークを基準とした一般的な
アライメント方法を用いた場合、±１０〜±３０μｍ程
度となる。従って、駆動部の幅Ｗｐは、圧力室幅Ｗより
も±１０〜±３０μｍ程度小さく設定することが最適で
ある。
【０１８７】また、図２５（ｂ）のように、圧力室幅Ｗ
が５００μｍであるのに対し、Ｗpを５４０μｍに設定
した圧電アクチュエータについても評価を行った。この
場合には、±２０μｍの位置ずれが発生しても、駆動部
の境界条件が常に固定端となるため、音響容量ｃ0の変
動を抑制することができる。実際に、位置ずれによる滴
体積の変化を調べた結果、吐出効率の差が５％以下と小
さいことが確認された。ただし、駆動部の境界条件が固
定端のため、図２５（ａ）の構造に比べると吐出効率が
１／５以下であり、大滴吐出には不利な構造であると言
える。
【０１８８】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
では、振動要素の音響容量ｃ0は３．５×１０-20ｍ5／
Ｎ、イナータンスｍ0は１．０×１０6ｋｇ／ｍ4と求め
られた。つまり、本実施形態例のインクジェット記録ヘ
ッドも式（８）及び式（１０）の条件を満足しており、
その結果、滴体積１９ｐｌ（Ｖ1＝３０Ｖ）、固有周期
９．８μｓを得ることができた。
【０１８９】第４実施形態例 図２８は、本実施形態例のヘッド構造を示す平面図であ
る。本実施形態例のインクジェット記録ヘッドは、基本
構造は第３実施形態例とほぼ同様であるが、圧電アクチ
ュエータの形状を、駆動部２７３、電極パッド部２７
４、及びブリッジ部２７５から構成している点に特徴が
ある。
【０１９０】すなわち、圧電アクチュエータ２７１は、
貫通穴２７８の形成により駆動部２７３と電極パッド部
２７４とに分離され、駆動部２７３の変位の小さい部分
でブリッジ部２７５を介して接続されている。これによ
り、圧電アクチュエータ２７１の電極パッド部２７４に
よる変位拘束が低減されるので、吐出効率の高いインク
ジェット記録ヘッドを実現することができる。
【０１９１】図２８の等高線２７６で表わしたように、
アスペクト比が１に近い圧力室２７２に撓み変形する圧
電アクチュエータ２７１を取り付けた場合、振動要素は
球面に近い形状に変形する。そのため、振動部の中心か
ら離れた部分ほど変位量が小さくなる。圧電アクチュエ
ータ２７１が多角形（四角形、六角形など）の場合、中
心から離れた部分とは振動部２７３の角の領域となる。
従って、本実施形態例のように、振動部２７３の角部に
ブリッジ部２７５を連結することにより、圧電アクチュ
エータ２７１の変位拘束を最小化しながら駆動部２７３
への電圧印加（電気接続）を可能にすることができる。
【０１９２】実際に、本実施形態例のインクジェット記
録ヘッドを吐出評価した結果、図２５の構造に比べ、吐
出効率を２０％増加することができた。すなわち、Ｖ1
＝３０Ｖで２３ｐｌの滴体積を得ることができた。な
お、本実施形態例のインクジェット記録ヘッドでは、振
動要素の音響容量ｃ0は３．７×１０-20ｍ5／Ｎ、イナ
ータンスｍ0は１．０×１０6ｋｇ／ｍ4であり、本実施
形態例のインクジェット記録ヘッドも式（８）及び式
（１０）の条件を満足している。
【０１９３】図２９は、ブリッジ部の幅Ｗｂと吐出効率
との関係を、構造解析及び実際の吐出評価によって調べ
た結果である。ブリッジ部の幅が小さいほど変位拘束力
が小さくなり、吐出効率が増加する傾向が見て取れる。
ただし、ブリッジ部の幅を過小とすると、製造時又は使
用時においてブリッジ部にクラックが発生し、正常なイ
ンク滴吐出を実行できなくなる恐れがある。従って、ブ
リッジ部の幅Ｗｂは駆動部の幅Ｗｐに対して１／２以
下、１／４以上に設定することが望ましい。
【０１９４】圧電アクチュエータ２７１の形状は、図２
８のような形状に限定されるものではなく、図３０
（ａ）〜（ｄ）に示すように、種々の形状を適用するこ
とが可能である。つまり、ブリッジ部２７５が駆動部２
７３の中心から離れた部分に連結されていれば、ブリッ
ジ部２７５や電極パッド部２７４の形状はいかなる形状
であってもよく、また、ブリッジ部２７５の個数も１本
又は複数であってもよい。
【０１９５】また、本実施形態例のように、圧電アクチ
ュエータ２７１の駆動部２７３と電極パッド部２７４と
を分離することは、圧電アクチュエータ２７１の電気接
続を行う上でも有利である。すなわち、図２５に示した
ような圧電アクチュエータ２４１の形状では、駆動部２
４３と電極パッド部２４４が分離されていないため、図
２２及び図２３に示したＦＰＣ基板を使用した電気接続
方法を用いた際に、図２３（ａ）、（ｂ）に示す接合材
３２９が駆動部領域に流入し、接合材が圧電アクチュエ
ータの変形を拘束する恐れがある。特に、圧力室２４２
を高密度配列した場合には、駆動部と電極パッド部の距
離が短くなるため、そうした接合材流入の問題が発生し
やすくなる。
【０１９６】一方、本実施形態例のように、駆動部と電
極パッド部を分離した形状にすると、駆動部への接合材
流入を有効に抑制することができるため、信頼性の高い
インクジェット記録ヘッドを実現することが可能とな
る。
【０１９７】本実施形態例では、圧電アクチュエータ２
７１の形状が、図２８及び図３０に示すような複雑な形
状となる。そこで、本実施形態例では、圧電アクチュエ
ータの加工にサンドブラスト加工を用いた。これによ
り、複雑な形状の圧電アクチュエータを簡易的かつ短時
間で精密に加工を行い、低コストで高密度のインクジェ
ットを製造することが可能となる。
【０１９８】本実施形態例のインクジェット記録ヘッド
では、図２８に示すように、隣り合う圧電アクチュエー
タ２７１の間にダミーパターン２７７を配設した。これ
は、サンドブラスト加工時に発生するサイドエッチング
の影響を防止し、圧電アクチュエータ２７１に高い寸法
均一性を確保するためのものである。
【０１９９】すなわち、圧電アクチュエータ２７１をサ
ンドブラスト加工すると、圧電アクチュエータ２７１の
厚さ方向に対する加工（エッチング）の進行と並行し
て、圧電アクチュエータ２７１の幅方向へも加工が進行
する（以下、サイドエッチングと呼ぶ）。このサイドエ
ッチングは、サンドブラスト加工を行う際に、ブラスト
粒子が圧電プレートの側面に対しても衝突するために発
生する。そして、このサイドエッチングの加工速度（加
工レート）は、圧電プレートに形成する加工溝の幅に依
存している。つまり、圧電アクチュエータ２７１の脇に
形成される加工溝の幅が大きいと、サイドエッチングが
速い速度で進行しやすく、逆に加工溝の幅が小さいとサ
イドエッチングは発生し難くなる。
【０２００】このように、サイドエッチングの進行速度
が加工溝幅によって変化するため、個々の圧電アクチュ
エータ２７１を取り囲む加工溝幅が一定でなければ、サ
イドエッチングの進行速度にバラツキが生じ、その結
果、圧電アクチュエータ２７１のサイズが不揃いとなっ
てしまう。圧電アクチュエータ２７１のサイズは、吐出
特性に大きく影響を及ぼすため、上記のような不均一な
サイドエッチングは防止する必要がある。
【０２０１】そこで、本実施形態例のインクジェット記
録ヘッドでは、相互に隣接する圧電アクチュエータ２７
１の間にもダミーパターン２７７を形成し、各圧電アク
チュエータ２７１を取り囲む加工溝２７９の幅がほぼ一
定（約８０μｍ）になるようにした。この構成により、
全ての圧電アクチュエータ２７１を同じ条件で加工する
ことができ、寸法均一性の高い圧電アクチュエータ２７
１を実現することができた。具体的には、圧電アクチュ
エータ２７１の幅Ｗpの精度を±５μｍ以下に抑えるこ
とができた。ダミーパターン２７７を設けないでサンド
ブラスト加工した場合には、圧電アクチュエータ２７７
の幅Ｗpには±２０μｍ以上のばらつきが発生したこと
と比較すると、ダミーパターン２７７を設けることの効
果は非常に高いと言える。
【０２０２】また、上記と同じ理由で、図３１に示すよ
うに、複数の圧電アクチュエータ２３１が配列された領
域の外周部にもダミーパターン２３２を配設した。すな
わち、多数の圧電アクチュエータ２３１が配列された領
域の外周部に位置した圧電アクチュエータ２３１では、
サイドエッチングが著しく発生するため、圧電アクチュ
エータとしての寸法精度が特に得にくい。そのため、配
列された圧電アクチュエータ群を取り囲むようにダミー
パーン２３２を配設することにより、外周部に位置した
圧電アクチュエータ２３１においても高い寸法均一性を
確保することが可能となる。なお、本実施形態例のイン
クジェット記録ヘッドでは、外周部のダミーパターン２
３２を図３１のように一体構造としたが、細分化された
ダミーパターンを並べる形態としてもかまわない。
【０２０３】上記ダミーパターンを適用した結果、本実
施形態例のインクジェット記録ヘッドでは、ヘッド内の
２６０個のイジェクタにおいて、吐出特性（滴体積、滴
速）のばらつきを±５％以下に抑えることが可能になっ
た。また、複数の記録ヘッド間で特性比較をした結果、
記録ヘッド間での特性バラツキも±６％以下に収まるこ
とが確認され、ダミーパターン２３２を用いた上記圧電
アクチュエータ構造が、ヘッド特性の均一化に極めて有
効であることが実証された。
【０２０４】第５実施形態例 図４２は、本発明に係るインクジェット記録装置の実施
形態例を示す図である。本実施形態例のインクジェット
記録装置４２０は、インクジェット記録ヘッドを搭載す
るキャリッジ４２１、矢印４２８で示す主走査方向にキ
ャリッジ４２１を走査するための主走査機構４２２、及
び、記録媒体としての記録用紙４２４を、矢印４２９で
示す副走査方向に搬送するための副走査機構４２３を含
み構成されている。
【０２０５】インクジェット記録ヘッドは、ノズルが形
成された面が記録用紙４２４と対向するようにキャリッ
ジ４２１上に搭載され、主走査方向４２８に搬送されな
がら記録用紙４２４に対してインク滴を吐出することに
より、一定のバンド領域４２７に対して記録を行う。次
いで、記録用紙４２４を副走査方向４２９に搬送し、再
びキャリッジ４２１を主走査方向４２８に搬送しながら
次のバンド領域を記録する。こうした動作を複数回繰り
返すことにより、記録用紙４２４の全面にわたって画像
記録を行うことができる。
【０２０６】実際に、本実施形態例のインクジェット記
録装置を用いて画像記録を行い、記録速度及び画像品質
の評価を行った。インクジェット記録ヘッドには、上記
第４実施形態例で述べたヘッド構造のものを使用した。
イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に対応さ
せて、１色あたり２６０個のイジェクタを有するマトリ
クス状配列ヘッドをキャリッジ４２１上に並べて配置
し、記録用紙４２４上で４色のドットを重ねあわせるこ
とにより、フルカラーの画像記録を行った。
【０２０７】大滴体積１８ｐｌ、小滴体積２ｐｌ、記録
解像度は６００ｄｐｉ、吐出周波数は１８ｋＨｚに設定
して記録を行った結果、Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２９
７ｍｍ）の画像を約５秒の時間で印刷することができ、
極めて高い記録速度を実現できることが実証された。ま
た、小滴体積が２ｐｌと小さいため、ハイライト部でも
粒状性が低く抑えられ、画品質の極めて高い画像記録を
実現することができた。
【０２０８】比較例として、ノズル数６４個／色の従来
ヘッドを用いて、同様の画像出力実験を行った。吐出可
能な大滴体積は１０ｐｌが上限であったため、記録解像
度は１２００ｄｐｉに設定した。小滴体積は６ｐｌ、吐
出周波数は１８ｋＨｚに夫々設定した。記録速度を評価
した結果、Ａ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）の画
像を記録するのに約８５秒の時間を要した。また、小滴
体積が６ｐｌと大きいため、ハイライト部で粒状性が目
立ち、画像品質は本実施形態例と比較すると低かった。
【０２０９】以上のように、本実施形態例のインクジェ
ット記録装置では、記録ヘッドにおける振動要素の音響
容量c0がc0≧2.0×10-20m5/Nに設定されているため、低
解像度に有利な大滴吐出が可能であり、また、吐出効率
の高い正方形型の圧力室をマトリクス状に配列している
ため、ノズル数を大きく設定できる。そのため、従来の
インクジェット記録装置と比較すると、記録速度を大幅
に増加することが可能となる。また、本実施形態例のイ
ンクジェット記録装置では、記録ヘッドにおける振動要
素の音響容量c0がc0≦5.5×10-19m5/Nに設定されている
ため、メニスカス制御方式による小滴吐出を良好に実行
することができ、高い画像品質を得ることができる。す
なわち、本実施形態例のインクジェット記録装置では、
高速記録と高画質記録を両立することが可能である。
【０２１０】なお、本実施形態例では、ヘッドをキャリ
ッジ４２１によって搬送しながら記録を行う形態とした
が、ノズルを記録媒体の全幅にわたって配置したライン
型ヘッドを用い、ヘッドを固定して、記録媒体のみを搬
送しながら記録を行うなど、別の装置形態に本発明を適
用することも可能である。
【０２１１】以上、各実施形態例について説明したが、
本発明は、上記実施形態例の構成に限定されるものでは
ない。例えば、上記実施形態例では、共通流路や圧力室
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、他の材料を用いることも可能である。ま
た、ヘッドの基本構造、即ち、ノズル、供給路、共通流
路の構造や配置などは、図１７及び図１８に示した形態
に限定されるものではなく、他の形態を用いることも可
能である。
【０２１２】また、上記実施形態例では、圧力室の形状
をすべて四角形としたが、その他の多角形（三角形、五
角形、六角形など）や略円形の形状を用いても同様の効
果が得られる。上記実施形態例は、全てマトリクス状配
列ヘッドを対象としたが、圧力室を１次元的に配列した
ヘッド構造など、他のヘッド構造に対しても本発明は同
様に適用することができる。更に、上記実施形態例で
は、圧電アクチュエータの加工方法（製造方法）にサン
ドブラスト加工を用いたが、ダイシング加工や、圧電材
料を印刷によって振動板上に形成する方法など、他の加
工法を用いることもできる。また、振動板と圧電アクチ
ュエータは一体構造として成型することもできる。
【０２１３】また、上記実施形態例では、記録紙上に着
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
限定されるわけではなく、また、吐出する液体も着色イ
ンクに限定されるわけではない。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
発明を利用することも可能である。
【０２１４】本実施形態例で用いたような、平面形状が
正方形の振動要素以外にも、平面形状に接する外接円の
径ｄ1と内接円の径ｄ2との比ｄ1／ｄ2をＡとすると、 1≦Ａ≦２ を満たすような平面形状の振動要素を用いることができ
る。つまり、正方形ではＡ＝√2（≒1.4）であるが、正
三角形ではＡ＝2、正六角形ではＡ＝2/√3（≒1.2）、
及び真円ではＡ＝1である。これらの平面形状を有する
振動要素は、その最小幅が大きく撓み易いので、その平
面積をできる限り小さくしても排除体積を維持すること
ができる。従って、ヘッドを小型・低コスト化すること
が可能となる。
【０２１５】なお、振動要素の平面形状、材質、厚さ
は、本実施形態例で試作したものに限定されることはな
く、2.0×10-20≦音響容量c0≦5.5×10-19 m5/Nの条件
を満たす構造であれば、その他の組み合わせであっても
本発明に係る効果を得ることができる。
【０２１６】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明に係るインクジェット記録ヘ
ッド及びその製造方法、インクジェット記録装置、並び
にインクジェット記録ヘッドの駆動方法は、上記実施形
態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形
態例の構成から種々の修正及び変更を施したインクジェ
ット記録ヘッド及びその製造方法、インクジェット記録
装置、並びにインクジェット記録ヘッドの駆動方法も、
本発明の範囲に含まれる。
【０２１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ヘッドサイズの大型化やコストアップを回避しつつ、同
一ノズルから所要サイズの「大滴」を吐出させ、且つ
「ノズル密度増加」を実現して単位面積当たりのインク
滴吐出効率を高めることができるインクジェット記録ヘ
ッド、このようなインクジェット記録ヘッドを搭載した
インクジェット記録装置、並びに、インクジェット記録
ヘッドの製造方法及び駆動方法を得ることができる。ま
た、同一ノズルから所要サイズの「大滴」及び「小滴」
の双方を選択的に吐出させ、高速記録と高画質記録の両
立を可能とするインクジェット記録ヘッドを得ることが
できる。更に、メニスカスの異常振動を防止し、吐出安
定性の高いインクジェット記録ヘッドを実現することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態例のインクジェット記録
ヘッドに用いられる振動要素の音響回路図である。
【図２】１個のイジェクタの等価電気回路を示す図であ
る。
【図３】音響回路にステップ圧力を入力した際の排除体
積と音響パラメータとの関係を示すグラフであり、
（ａ）は排除体積とイナータンス、（ｂ）は排除体積と
音響容量、（ｃ）は排除体積と音響抵抗との関係を夫々
示す。
【図４】ｃ0とφ・ｃ0との関係を示す図である。
【図５】ｃ0とφ・ｃ0との関係を示す別のグラフであ
る。
【図６】ｃ0とφ・ｃ0との関係を示す更に別のグラフで
ある。
【図７】圧力室のアスペクト比の影響を示す図である。
【図８】アスペクト比の定義を説明するための図であ
る。
【図９】図２（ａ）の等価回路の周波数応答を示す図で
ある。
【図１０】１個のイジェクタの等価電気回路を示す図で
ある。
【図１１】振動要素の音響容量ｃ0と圧力室の音響容量
ｃ1の適正バランスを説明するための図である。
【図１２】本発明に係る第１実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドを展開した状態で示す斜視図である。
【図１３】図１２の構成を一部透視した状態で示す平面
図である。
【図１４】振動板及び圧電アクチュエータの厚さと音響
容量との関係を示すグラフである。
【図１５】第１実施形態例のインクジェット記録ヘッド
の製造方法を示す斜視図であり、（ａ）〜（ｄ）は各工
程を段階的に示す。
【図１６】インク滴の吐出実験で用いた駆動電圧波形を
示すグラフである。
【図１７】本発明に係る第２実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドのプレート構成を示す斜視図である。
【図１８】第２実施形態例のインクジェット記録ヘッド
の断面図である。
【図１９】第２実施形態例のインクジェット記録ヘッド
の平面形状を示す図である。
【図２０】大滴吐出用の駆動波形の一例を示す図であ
る。
【図２１】本発明のインクジェット記録ヘッドのメニス
カス振動を示す図である。
【図２２】本発明のインクジェット記録ヘッドの電気接
続方法を示す図である。
【図２３】本発明のインクジェット記録ヘッドの電気接
続方法を示す断面図である。
【図２４】マトリクス状配列ヘッドにおける従来の電気
接続方法を示す図である。
【図２５】本発明に係る第３実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドの圧電アクチュエータの平面形状を示す図
である。
【図２６】第３実施形態例の圧電アクチュエータの位置
ずれによるｃ0の変化を示す図である。
【図２７】第３実施形態例の圧電アクチュエータの位置
ずれによる吐出効率と滴体積ばらつきの変化を示す図で
ある。
【図２８】本発明に係る第４実施形態例のインクジェッ
ト記録ヘッドにおける圧電アクチュエータの平面形状を
示す図である。
【図２９】第４実施形態例のブリッジ幅と吐出効率の関
係を示す図である。
【図３０】第４実施形態例を適用可能な圧電アクチュエ
ータ形状の一例を示す図である。
【図３１】第４実施形態例のインクジェット記録ヘッド
における圧電アクチュエータのブラスト加工パターンの
一例を示す図である。
【図３２】メニスカス制御方式を用いた際のメニスカス
の挙動を説明するための第２の模式図である。
【図３３】圧力波の固有周期と吐出可能な最小滴径の関
係を示す図である。
【図３４】従来のインクジェット記録ヘッドの基本構造
を示す断面図である。
【図３５】マルチノズル型インクジェット記録ヘッドの
基本構造を示す図である。
【図３６】マトリクス配列型のインクジェット記録ヘッ
ドの基本構造を示す図である。
【図３７】小滴吐出用の駆動波形の一例を示す図であ
る。
【図３８】メニスカス制御方式を用いた際のメニスカス
の挙動を説明するための模式図である。
【図３９】メニスカス振動の観測結果の一例（正常／異
常）を示す図である。
【図４０】本発明に係る実施形態例で使用した駆動電圧
波形を示す図である。
【図４１】本発明に係る実施形態例で使用した駆動回路
の構成を示す図である。
【図４２】本発明に係るインクジェット記録装置の一実
施形態例を示す図である。
【符号の説明】
１３：ノズル １４：圧力室 １６：圧電アクチュエータ ２９：ノズルプレート ３８：インクプールプレート ３８ａ：連通孔 ３８ｂ：インクプール ３９：インク供給プレート ３９ａ：連通孔 ３９ｂ：インク供給路 ４０：圧力室プレート ４１：振動板 ４２：圧電材料プレート ４３：電極膜 ４４：粘着発泡テープ ４５：固定板 ４６：フィルムマスク ４７：露光マスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF06 AF36 AF38 AF39 AF40 AF41 AF51 AF78 AG16 AG44 AG52 AG85 AG90 AM15 AM21 AM22 AP22 AP25 AQ03 AR06 AR08 BA03 BA14 CA01

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ノズルと、該ノズルに連通する圧力室
    と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧
    力室に対応するように前記振動板と接合された圧電アク
    チュエータとを備え、前記振動板と前記圧電アクチュエ
    ータとから成る振動要素が変形して前記圧力室内に充填
    されたインク内に圧力波を発生させることにより、前記
    ノズルからインク滴が吐出するインクジェット記録ヘッ
    ドであって、 前記振動要素の音響容量が、2.0×10-20m5/N以上である
    ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
  2. 【請求項２】 前記振動要素の音響容量が5.5×10-19m5
    /N以下に設定され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。
  3. 【請求項３】 前記振動要素に印加される駆動電圧波形
    の制御に応答して、前記ノズルから吐出するインク滴の
    滴体積が多段階に変化することを特徴とする、請求項１
    又は２に記載のインクジェット記録ヘッド。
  4. 【請求項４】 前記ノズルから吐出されるインク滴の最
    大滴体積が１５ｐｌ以上であることを特徴とする、請求
    項１乃至３の内の何れか１項に記載のインクジェット記
    録ヘッド。
  5. 【請求項５】 前記１５ｐｌ以上のインク滴の吐出時に
    印加される前記駆動電圧波形が、前記圧力室の体積を収
    縮させる方向に電圧を印加してインク滴を吐出させる第
    1電圧変化プロセスと、前記圧力室の体積を膨張させる
    方向に電圧を印加する第２電圧変化プロセスとを含むこ
    とを特徴とする、請求項４に記載のインクジェット記録
    ヘッド。
  6. 【請求項６】 前記ノズルから吐出されるインク滴の最
    小滴体積が４ｐｌ以下であることを特徴とする、請求項
    １乃至５の内の何れか１項に記載のインクジェット記録
    ヘッド。
  7. 【請求項７】 前記４ｐｌ以下のインク滴の吐出時に印
    加される前記駆動電圧波形が、前記圧力室の体積を膨張
    させる方向に電圧を印加する第1電圧変化プロセスと、
    前記圧力室の体積を圧縮する方向に電圧を印加し前記ノ
    ズル内に該ノズルの開口径よりも小さな径の液柱を形成
    し該液柱の先端からインク滴を分離させて微小なインク
    滴の吐出を行うための第２電圧変化プロセスとを含むこ
    とを特徴とする、請求項６に記載のインクジェット記録
    ヘッド。
  8. 【請求項８】 前記圧力室及び圧電アクチュエータの各
    平面形状におけるアスペクト比が夫々略１に設定される
    ことを特徴とする、請求項１乃至７の内の何れか１項に
    記載のインクジェット記録ヘッド。
  9. 【請求項９】 前記圧力室の平面寸法（平面積）が０．
    ０９〜０．５ｍｍ2に設定され、前記振動板及び圧電ア
    クチュエータの厚みが夫々、５〜２０μｍ及び１５〜４
    ０μｍに設定されていることを特徴とする、請求項８に
    記載のインクジェット記録ヘッド。
  10. 【請求項１０】 前記振動要素の平面形状が、略正三角
    形、略正方形、略正六角形又は略円形であることを特徴
    とする、請求項１乃至９の内の何れか１項に記載のイン
    クジェット記録ヘッド。
  11. 【請求項１１】 前記略正三角形、略正方形又は略正六
    角形の平面形状を有する振動要素は、相互に隣接する各
    ２辺の接合部分が曲線状に形成されていることを特徴と
    する、請求項１０に記載のインクジェット記録ヘッド。
  12. 【請求項１２】 前記圧力室の幅をＷ、前記圧力室の中
    心と前記圧電アクチュエータの駆動部の中心との位置ず
    れ量をδ、前記圧電アクチュエータの幅をＷ pとする
    と、次式 Ｗp≦（Ｗ−２δ）又はＷp≧（Ｗ＋２δ） を満足することを特徴とする、請求項８乃至１１の内の
    何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  13. 【請求項１３】 前記圧力室の幅をＷ、前記圧力室の中
    心と前記圧電アクチュエータの駆動部の中心との位置ず
    れ量をδ、前記圧電アクチュエータの幅をＷ pとする
    と、次式 ０．９（Ｗ−２δ）≦Ｗp≦（Ｗ−２δ） を満足することを特徴とする、請求項８乃至１１の内の
    何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  14. 【請求項１４】 前記振動要素の音響容量が前記圧力室
    の音響容量より大きく設定されることを特徴とする、請
    求項１乃至１３の内の何れか１項に記載のインクジェッ
    ト記録ヘッド。
  15. 【請求項１５】 前記圧力室内で発生する圧力波の固有
    周期をＴc、前記振動要素及び圧力室の合成音響容量を
    ｃc、前記振動要素のイナータンスをｍ0とすると、次式 ｍ0＜2.5×10-4Ｔc 2／ｃc［kg／m4］ を満足することを特徴とする、請求項１乃至１４の内の
    何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  16. 【請求項１６】 前記ノズルから吐出したインク滴が、
    ６００ｄｐｉ以下の記録解像度で記録媒体上に着弾する
    ことを特徴とする、請求項１乃至１５の内の何れか１項
    に記載のインクジェット記録ヘッド。
  17. 【請求項１７】 前記圧力室内に発生する圧力波の固有
    周期が１５μｓ以下に設定されることを特徴とする、請
    求項１乃至１６の内の何れか１項に記載のインクジェッ
    ト記録ヘッド。
  18. 【請求項１８】 前記圧電アクチュエータが、前記圧力
    室に相当する領域に配置された駆動部と、前記圧力室の
    外壁に相当する領域に配置された電極パッド部と、前記
    駆動部及び電極パッド部の双方を連結するブリッジ部と
    を備えることを特徴とする、請求項１乃至１７の内の何
    れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  19. 【請求項１９】 前記ブリッジ部が、前記駆動部の中心
    から離れた位置に連結されることを特徴とする、請求項
    １８に記載のインクジェット記録ヘッド。
  20. 【請求項２０】 前記ノズルがマトリクス状に２次元配
    列されることを特徴とする、請求項１乃至１９の内の何
    れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  21. 【請求項２１】 前記圧力室及び振動要素がマトリクス
    状に２次元配列されることを特徴とする、請求項１乃至
    ２０の内の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
  22. 【請求項２２】 前記圧電アクチュエータが複数配列さ
    れた圧電アクチュエータ領域の外周部を取り囲むように
    ダミーパターンが配設されることを特徴とする、請求項
    ２１に記載のインクジェット記録ヘッド。
  23. 【請求項２３】 前記ダミーパターンが、前記圧電アク
    チュエータ領域の内部における前記圧電アクチュエータ
    の相互間に配設されることを特徴とする、請求項２１又
    は２２に記載のインクジェット記録ヘッド。
  24. 【請求項２４】 前記圧電アクチュエータの周囲を取り
    囲む溝を有し、該溝の幅が、全ての圧電アクチュエータ
    の周囲で略同じに設定されることを特徴とする、請求項
    ２１乃至２３の内の何れか１項に記載のインクジェット
    記録ヘッド。
  25. 【請求項２５】 信号ラインが形成された配線基板を有
    し、該配線基板が、マトリクス状に２次元配列された前
    記圧電アクチュエータの上方を覆う位置に配置され、前
    記圧電アクチュエータと配線基板とがバンプを介して電
    気的に接続されることを特徴とする、請求項２０乃至２
    ４の内の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
  26. 【請求項２６】 前記バンプが、導電性のコア材と、該
    コア材の外周部に被膜した接合材とによって構成される
    ことを特徴とする、請求項２５に記載のインクジェット
    記録ヘッド。
  27. 【請求項２７】 前記コア材が半球状に形成されること
    を特徴とする、請求項２６に記載のインクジェット記録
    ヘッド。
  28. 【請求項２８】 前記配線基板が樹脂基材及び金属導体
    を含むことを特徴とする、請求項２５乃至２７の内の何
    れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
  29. 【請求項２９】 前記ノズルを形成する部材が樹脂フィ
    ルムで構成されていることを特徴とする、請求項１乃至
    ２８の内の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッ
    ド。
  30. 【請求項３０】 請求項１乃至２９の内の何れか１項に
    記載のインクジェット記録ヘッドを製造する製造方法で
    あって、 前記圧電アクチュエータを、サンドブラスト加工でパタ
    ーニングすることを特徴とするインクジェット記録ヘッ
    ドの製造方法。
  31. 【請求項３１】 請求項１乃至２９の内の何れか１項に
    記載のインクジェット記録ヘッドを備えていることを特
    徴とするインクジェット記録装置。
  32. 【請求項３２】 ノズルと、該ノズルに連通する圧力室
    と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧
    力室に対応するように前記振動板と接合された圧電アク
    チュエータとを備え、前記振動板と前記圧電アクチュエ
    ータとから成る振動要素が変形して前記圧力室内に充填
    されたインクを圧縮することにより、前記ノズルからイ
    ンク滴が吐出するインクジェット記録ヘッドを駆動する
    駆動方法において、 前記振動要素の音響容量を2.0×10-20m5/N以上に設定
    し、 前記振動要素に、前記圧力室の体積を収縮させる方向に
    電圧を印加してインク滴を吐出させる第1電圧変化プロ
    セスと、前記圧力室の体積を膨張させる方向に電圧を印
    加する第２電圧変化プロセスとを含む駆動電圧波形を印
    加することによって１５ｐｌ以上のインク滴を吐出する
    ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動方
    法。
  33. 【請求項３３】 ノズルと、該ノズルに連通する圧力室
    と、該圧力室の壁面の一部を形成する振動板と、前記圧
    力室に対応するように前記振動板と接合された圧電アク
    チュエータとを備え、前記振動板と前記圧電アクチュエ
    ータとから成る振動要素が変形して前記圧力室内に充填
    されたインクを圧縮することにより、前記ノズルからイ
    ンク滴が吐出するインクジェット記録ヘッドを駆動する
    駆動方法において、 前記振動要素の音響容量を2.0×10-20m5/N以上且つ5.5
    ×10-19 m5/N以下に設定し、 前記振動要素に、前記圧力室の体積を膨張させる方向に
    電圧を印加する第1電圧変化プロセスと、前記圧力室の
    体積を圧縮する方向に電圧を印加し前記ノズル内に該ノ
    ズルの開口径よりも小さな径の液柱を形成し該液柱の先
    端からインク滴を分離させて微小なインク滴の吐出を行
    うための第２電圧変化プロセスとを含む駆動電圧波形を
    印加することによって４ｐｌ以下のインク滴を吐出する
    ことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの駆動方
    法。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004268600A (ja) * 2003-02-14 2004-09-30 Kyocera Corp 印刷ヘッド及び印刷方法
JP2004314612A (ja) * 2003-03-28 2004-11-11 Kyocera Corp 圧電インクジェットヘッドの駆動方法
JP2006088693A (ja) * 2004-08-27 2006-04-06 Fuji Photo Film Co Ltd 吐出ヘッド及び画像形成装置
JP2006218840A (ja) * 2005-02-14 2006-08-24 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2007090578A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Fuji Xerox Co Ltd 液滴吐出装置
US7222946B2 (en) 2003-04-18 2007-05-29 Ricoh Printing Systems, Ltd. Ink jet head and droplet ejection device having same mounted thereon
US7237876B2 (en) 2003-03-19 2007-07-03 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Ink-jet head and method for manufacturing the same
US7270403B2 (en) 2003-09-01 2007-09-18 Fujifilm Corporation Inkjet head and inkjet recording apparatus
JP2007237469A (ja) * 2006-03-06 2007-09-20 Fuji Xerox Co Ltd 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置
US7290865B2 (en) 2002-02-19 2007-11-06 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Inkjet head
EP1900528A1 (en) * 2006-09-14 2008-03-19 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid ejection head and driving method thereof

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6953241B2 (en) * 2001-11-30 2005-10-11 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Ink-jet head having passage unit and actuator units attached to the passage unit, and ink-jet printer having the ink-jet head
JP2004148788A (ja) * 2002-11-01 2004-05-27 Seiko Epson Corp 液滴吐出装置及び方法、製膜装置及び方法、デバイス製造方法並びに電子機器
JP3991842B2 (ja) * 2002-11-05 2007-10-17 ブラザー工業株式会社 液滴噴射装置
JP2004358781A (ja) * 2003-06-04 2004-12-24 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 画像形成方法
JP3879721B2 (ja) * 2003-09-24 2007-02-14 富士フイルムホールディングス株式会社 インクジェットヘッドの配線板の製造方法及び圧電素子の分極方法
US7204579B2 (en) * 2003-09-24 2007-04-17 Fujifilm Corporation Droplet discharging head and inkjet recording apparatus
US20050151784A1 (en) * 2004-01-12 2005-07-14 Xerox Corporation Drop generating apparatus
JP2006102976A (ja) * 2004-09-30 2006-04-20 Fuji Photo Film Co Ltd 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置
US20060236536A1 (en) * 2005-03-28 2006-10-26 Seiko Epson Corporation Die apparatus, method for producing perforated work plate, perforated work plate, liquid-jet head and liquid-jet apparatus
JP5233130B2 (ja) * 2006-04-14 2013-07-10 株式会社リコー 圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置
US7530675B2 (en) * 2006-07-20 2009-05-12 Xerox Corporation Piezoelectric actuator device
US20080186360A1 (en) * 2007-01-12 2008-08-07 Seiko Epson Corporation Liquid-jet head and liquid-jet apparatus having same
JP5213423B2 (ja) * 2007-12-06 2013-06-19 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド及びその製造寸法管理方法
US8940821B2 (en) * 2007-12-27 2015-01-27 Eastman Kodak Company Inks for high speed durable inkjet printing
CN101604036B (zh) * 2008-06-10 2012-07-18 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 光圈及其制作方法
US9221266B2 (en) 2012-01-13 2015-12-29 Hewlett-Parkard Development Company, L.P. Fluid flux correction
JP6307904B2 (ja) * 2014-02-04 2018-04-11 セイコーエプソン株式会社 液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法
JP6592990B2 (ja) * 2015-07-02 2019-10-23 セイコーエプソン株式会社 液体吐出装置、および、液体吐出装置の制御方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5912828B2 (ja) 1976-07-19 1984-03-26 株式会社大林組 鉄筋コンクリ−ト構造骨組の柱・梁接合部
JPS5517589A (en) 1978-07-27 1980-02-07 Seiko Epson Corp Ink jet driving method for ink jet recording device
JPS585271A (ja) * 1981-07-02 1983-01-12 Seiko Epson Corp インクジエツト印刷装置
JP2806386B2 (ja) 1988-02-16 1998-09-30 富士電機株式会社 インクジェット記録ヘッド
US5757400A (en) 1996-02-01 1998-05-26 Spectra, Inc. High resolution matrix ink jet arrangement
JP3346454B2 (ja) 1997-01-08 2002-11-18 セイコーエプソン株式会社 インクジェット式印刷装置及び印刷方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7290865B2 (en) 2002-02-19 2007-11-06 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Inkjet head
JP2004268600A (ja) * 2003-02-14 2004-09-30 Kyocera Corp 印刷ヘッド及び印刷方法
JP4498035B2 (ja) * 2003-02-14 2010-07-07 京セラ株式会社 印刷ヘッド及び印刷方法
US7237876B2 (en) 2003-03-19 2007-07-03 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Ink-jet head and method for manufacturing the same
US7900355B2 (en) 2003-03-19 2011-03-08 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Ink-jet head and method for manufacturing the same
JP2004314612A (ja) * 2003-03-28 2004-11-11 Kyocera Corp 圧電インクジェットヘッドの駆動方法
US7222946B2 (en) 2003-04-18 2007-05-29 Ricoh Printing Systems, Ltd. Ink jet head and droplet ejection device having same mounted thereon
US7270403B2 (en) 2003-09-01 2007-09-18 Fujifilm Corporation Inkjet head and inkjet recording apparatus
JP2006088693A (ja) * 2004-08-27 2006-04-06 Fuji Photo Film Co Ltd 吐出ヘッド及び画像形成装置
JP4706913B2 (ja) * 2004-08-27 2011-06-22 富士フイルム株式会社 吐出ヘッド及び画像形成装置
JP4614070B2 (ja) * 2005-02-14 2011-01-19 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2006218840A (ja) * 2005-02-14 2006-08-24 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
JP2007090578A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Fuji Xerox Co Ltd 液滴吐出装置
JP4696817B2 (ja) * 2005-09-27 2011-06-08 富士ゼロックス株式会社 液滴吐出装置
JP2007237469A (ja) * 2006-03-06 2007-09-20 Fuji Xerox Co Ltd 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置
EP1900528A1 (en) * 2006-09-14 2008-03-19 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid ejection head and driving method thereof
US8087760B2 (en) 2006-09-14 2012-01-03 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Liquid ejection head and driving method thereof

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