JP2004195965A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【解決課題】クロストークに起因する各インクチャネルからのインク飛翔速度の変化を補償し、高速で安定した駆動を可能とし、鮮明な画像形成ができるようにする。
【解決手段】少なくとも一部が圧電物質で構成された側壁のせん断変形によりインクチャネル内の圧力を変化させてインクを吐出せしめるインクジェット記録ヘッドのインクチャネル内の底面を圧電物質により構成し、複数のインクチャネルのうち間に１本以上のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて１つの組として、全インクチャネルを２つ以上の組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行ない、且つ、側壁とインクチャネル内のインクのコンプライアンス比による１つの組のインクチャネル間のクロストークをCTC、電極に印加する電圧による電界の漏れによる１つの組のインクチャネル間のクロストークをCTEとした時、|CTC+CTE|≦10（％）の条件を満足する。
【選択図】 図３

Description

本発明はインクジェット記録ヘッドに関し、詳しくは、駆動時に発生するクロストークに起因する各チャネルからのインク飛翔速度の変化を補償して、高速で安定した駆動が可能なインクジェット記録ヘッドに関する。

インクジェット記録ヘッドには種々の方式が提案されているが、その一つにせん断モードインクジェット記録ヘッドがある（特許文献１）。

図１は平坦部と曲線部とからなるインクチャネルを有するインクジェット記録ヘッドの一例を示す断面図、図２は図１におけるノズル近傍のインクチャネルが平坦な部分である(ii)−(ii)線に沿う断面図であり、１はインクチューブ、２はノズル形成部材、３はノズル、４はインクチャネル、５は側壁、６はカバープレート、７はインク供給口、８は電極、９は基板である。そして、図２に示すように、インクチャネル４は側壁５とカバープレート６及び基板９によって形成されている。なお、ここに示すインクジェット記録ヘッドの形状は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

このせん断モードインクジェット記録ヘッドでは、図２の断面図に示すように、カバープレート６と基板９の間に複数の側壁５で隔てられたインクチャネル４が多数構成されている。図２では多数のインクチャネル４の一部である３本が示されている。インクチャネル４の一端はノズル形成部材２に形成されたノズル３につながり、インクチャネル４はインク供給口７を経て、インクチューブ１によって図示されていないインクタンクに接続されている。そして、各インクチャネル４内の側壁５には両側壁５の上方から基板９の底面に亘って繋がる電極８ａ、８ｂ、８ｃが密着形成されている。電極８ａ、８ｂ、８ｃは、図示のようにインクチャネル４に臨む内側の対向する電極を共通に接続し、該対向する電極に印字パルスを印加すると、以下に述べる動作によってインク滴をノズル３から飛翔する。

側壁５は、図２（ａ）の矢印で示すように、接合部を挟んで分極方向が異なる２個の圧電物質からなる側壁５Ａと５Ｂとから構成されていて、電極８ａ、８ｂ、８ｃのいずれにも印字パルスが印加されない時は、側壁５Ａ、５Ｂは変形しないが、図２（ｂ）に示すように電極８ａに印字パルスが印加されると共に電極８ｂ、８ｃを接地すると、圧電物質の分極方向に直角な方向の電界が生じ、側壁５Ａ、５Ｂの接合面にズリ変形を生じて、それによりインクの圧力が変化することによってインクチャネル４を満たしているインクの一部をノズル３から飛翔する。また、印字パルスの極性を変え、電界の向きを変えることによって、側壁の変形する向きを変えることができる。以下、インクチャネル４に臨む内側の共通に接続された対向電極にパルスを印加する動作を「チャネルに印加する」と表現する。図２ではノズルは省略してある。

この多チャネルのせん断モードインクジェット記録ヘッドを駆動するには、通常、インクチャネル４を３分割し、これらを時分割で順次行う。以下、本明細書では、このような時分割のことを「周期」といい、ｎ分割したインクチャネルの時分割のことを「ｎ周期」と表現する場合がある。図３に示す例では、インクジェットヘッドはインクチャネルがＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３の９チャネルで構成されているとして説明する。また、印字パルスのタイムチャートを図４に示す。図４は、縦には各インクチャネルに加えられるパルス波形を、また、横には各周期（時間）をとってあるが、時間やパルス電圧等のスケールは正確に対応していない。

図３（ａ）のように印字パルスＰａ（図４に示す）を初めの第１周期Ｔ１ａではＡ組、即ちＡ１、Ａ２、Ａ３の３チャネルに同時に印加し駆動すると、これらＡ１、Ａ２、Ａ３の３チャネルの側壁が同時に変化し、各ノズルからインク滴を飛翔する。以下、同様に図３（ｂ）、図３（ｃ）に示すように第２周期Ｔ１ｂではＢ組、即ちＢ１、Ｂ２、Ｂ３の３チャネルに同時に印字パルスＰｂ（図４に示す）を印加し、第３周期Ｔ１ｃではＣ組、即ちＣ１、Ｃ２、Ｃ３の３チャネルに同時パルスＰｃ（図４に示す）を印加し、駆動すると各側壁が逐次変形し、Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃの３周期で一巡して、９チャネル全てが駆動され、ノズルからインク滴を飛翔することになる。

図３及び図４から明らかなように、９本のインクチャネルは配列順に、Ａ組、Ｂ組、Ｃ組のそれぞれのインクチャネルを１本ずつ含む３本を単位とする単位Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３に分けられ、周期Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃを１駆動サイクルとする駆動サイクルで駆動される。この駆動サイクルが繰り返されることによって、画像が形成される。図３、図４の例では３本のインクチャネルを１単位として構成されているが、一般にｎ本（ｎ≧２）のインクチャネルを１単位とし、ｎ周期で１駆動サイクルを構成して駆動する駆動方法が採られる。

勿論、前記駆動方法において、実際に画像形成する場合には上記のように全てのインクチャネルに印字パルスが印加されるとは限らず、画像信号に応じて駆動されないインクチャネルもある。
特開平２−１５０３５５号公報

以上説明したように、複数のインクチャネルが多数並んだせん断モードインクジェット記録ヘッドを３周期で駆動すると、側壁５が変形し圧力の一部が伝達して他のインクチャネルに影響し、インクチャネルの間でクロストークを生じ、インク滴の飛翔速度を変化させる結果となり、画質に望ましくない影響が出ることが判明した。

上記のように第１周期Ｔ１ａでは、Ａ組であるＡ１、Ａ２、Ａ３の３チャネルが同時に駆動される。この場合、対称性によりＢ１、Ｃ１、Ｂ２、Ｃ２・・・は、Ａ１、Ａ２の半分で符号が反対の圧力変化が発生する。これに対し、Ａ２単独駆動の場合は、Ｃ１、Ｂ１、Ａ１、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３・・・まで圧力変化を生じさせる。その結果、同時駆動の場合の方が、Ａ２に発生する圧力が大きくなり、インク滴が高速で飛翔し、インク滴の大きさや形状も変わることになる。

この現象は、インクチャネルＡ１、インクチャネルＡ３についても、図では省略されているインクチャネルＡ１の左側にあるインクチャネルＡ０、インクチャネルＡ３の右側にあるインクチャネルＡ４の影響を相互に受け、所謂クロストークを生じるが、このように全てのＡ組のインクチャネルが駆動される場合には、両端のインクチャネルを除いて全てのＡ組のインクチャネルからのインク滴は速い速度で飛翔する。しかし、図５に示すように、インクチャネルＡ２のみが駆動される場合には、インクチャネルＡ２からのインク飛翔は同時駆動の場合より遅い速度となり、インク滴の体積が変化したりして画像形成上問題点がある。実際には画像信号のパターンによって個々のインクチャネルが受けるクロストークの影響は異なり、ノズルから飛翔するインク滴の速度や体積も個々の状況によって異なる。

また、このクロストークが起こるインクチャネルの範囲は、インクチャネルを構成している材料の剛性にもよるが、通常数チャネル先までも伝達する。そこで、同時に動作するインクチャネルの間隔を大きくし、駆動する周期を増やし、例えば６周期で駆動すれば良いが、そうすると全体の画像形成時間が遅くなる等の問題がある。

本発明は、駆動時に発生するクロストークによる他チャネルへの影響の問題を解決するものであり、クロストークに起因する各インクチャネルからのインク飛翔速度の変化を補償し、高速で安定した駆動を可能とし、鮮明な画像形成ができるインクジェット記録ヘッドを提供することを課題とする。

本発明者らは、クロストークの原因について鋭意研究の結果、クロストークの原因として以下の２つが支配的であること、これらのクロストークの飛翔速度への影響が互いに逆方向であることを見出した。そして、これらのクロストークの差を所定範囲に収めること、すなわちお互いにキャンセルさせることで、クロストークを減少させることができることを見出し、本発明に至った。

（１）側壁とインクチャネル内のインクのコンプライアンス比による１つの組のインクチャネル間のクロストーク（以下、ＣＴＣという。）
（２）電極に印加する電圧による電界の漏れによる１つの組のインクチャネル間のクロストーク（以下、ＣＴＥという。）
すなわち、上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．少なくとも一部が圧電物質で構成された側壁により隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に印加する電圧による側壁のせん断変形によりインクチャネル内の圧力を変化させて、インクチャネル内のインクを吐出せしめるインクジェット記録ヘッドであって、前記インクチャネル内の底面は圧電物質により構成されており、複数のインクチャネルのうち間に１本以上のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて１つの組として、全インクチャネルを２つ以上の組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行ない、且つ、前記側壁とインクチャネル内のインクのコンプライアンス比による前記１つの組のインクチャネル間のクロストークをＣＴＣ、前記電極に印加する電圧による電界の漏れによる前記１つの組のインクチャネル間のクロストークをＣＴＥとした時、｜ＣＴＣ＋ＣＴＥ｜≦１０（％）の条件を満足することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。

２．前記側壁は、厚さ方向に分極された圧電物質を接合部を挟んで分極方向が互いに異なる方向となるように積層されて形成されることを特徴とする１記載のインクジェット記録ヘッド。

３．前記電極は、前記インクチャネルの幅をａとした場合、該インクチャネル内の底面から少なくともａ／２の高さ範囲に存在していることを特徴とする１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。

４．前記電極がめっき法により形成されたことを特徴とする１、２又は３記載のインクジェット記録ヘッド。

５．前記インクチャネルの幅が１００μｍ以下、インクチャネルの深さが３００μｍ以下であることを特徴とする１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

６．前記インクチャネルは、少なくとも一部が圧電物質で構成された側壁により隔てられた複数の溝が形成された基板と、側壁の上面に接着されるカバープレートにより形成され、該インクチャネル内の底面の圧電物質の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

７．前記複数のインクチャネルの密度が１５０ｄｐｉ以上であることを特徴とする１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

８．前記複数のインクチャネルの密度が３００ｄｐｉ以上であることを特徴とする１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

９．前記インクチャネルの密度（ｄｐｉ）と前記インクチャネルの深さ（μｍ）とが以下の関係になることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

インクチャネルの密度（ｄｐｉ）×インクチャネルの深さ（μｍ）≦５．５×１０^４
１０．前記インクが水系インクであることを特徴とする１〜９のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

１１．前記複数のインクチャネルのうち間に２本のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて１つの組として、全インクチャネルを３つの組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行なうことを特徴とする１〜１０のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

本発明によれば、駆動時に発生するクロストークによる他チャネルへの影響の問題を解決し、クロストークに起因する各インクチャネルからのインク飛翔速度の変化を補償して、高速で安定した駆動が可能となり、鮮明な画像形成ができるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、少なくとも一部が圧電物質で構成された側壁により隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁の側面に形成された電極に印加する電圧による側壁のせん断変形によりインクチャネル内の圧力を変化させて、インクチャネル内のインクを吐出せしめるインクジェット記録ヘッドであって、前記インクチャネル内の底面は圧電物質により構成されており、複数のインクチャネルのうち間に１本以上のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて１つの組として、全インクチャネルを２つ以上の組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行ない、且つ、前記側壁とインクチャネル内のインクのコンプライアンス比による前記１つの組のインクチャネル間のクロストークをＣＴＣ、前記電極に印加する電圧による電界の漏れによる前記１つの組のインクチャネル間のクロストークをＣＴＥとした時、以下の条件を満足することを特徴とする。

｜ＣＴＣ＋ＣＴＥ｜≦１０ （％）

ここで、まず側壁とインクチャネル内のインクのコンプライアンス比による１つの組のインクチャネル間のクロストークである上記ＣＴＣについて詳細に説明する。

前述したように、第１周期Ｔ１ａではＡ組であるＡ１、Ａ２、Ａ３の３つのインクチャネルが同時に駆動される。この場合、対称性によりＢ１、Ｃ１、Ｂ２、Ｃ２・・・は、Ａ１、Ａ２の半分で符号が反対の圧力変化が発生する。これに対し、Ａ２単独駆動の場合は、Ｃ１、Ｂ１、Ａ１、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３・・・まで圧力変化を生じさせる。その結果、同時駆動の場合の方が、Ａ２に発生する圧力が大きくなり、インク滴が高速で飛翔し、インク滴の大きさや形状も変わることになる。

この現象は、インクチャネルＡ１、インクチャネルＡ３についても、図では省略されているインクチャネルＡ１の左側にあるインクチャネルＡ０、インクチャネルＡ３の右側にあるインクチャネルＡ４の影響を相互に受け、所謂クロストークを生じるが、このように全てのＡ組のインクチャネルが駆動される場合には両端のインクチャネルを除いて全てのＡ組のインクチャネルからのインク滴は速い速度で飛翔する。しかし、図５に示すように、インクチャネルＡ２のみが駆動される場合には、インクチャネルＡ２からのインク飛翔は同時駆動の場合より遅い速度となる。

一方、電極に印加する電圧による電界の漏れによる１つの組のインクチャネル間のクロストークである上記ＣＴＥについては、側壁が分極方向の異なる２個の圧電物質からなる場合、電極がインクチャネル内の底面近くまで存在するので、この底面が圧電物質であると、電極に印加した電圧による電界の漏れが発生する。

例えば図５に示したように、インクチャネルＡ２のみが駆動される場合には、その駆動時に印加された電圧による電界の一部がインクチャネルＡ２の各側壁の電極から漏れることにより、インクチャネルＡ２の圧電物質からなる底面がインクチャネルＡ２内に向けて若干変形するように作用するため、このインクチャネルＡ２内からのインクの飛翔速度は速くなる。しかし、図３（ａ）に示したように、インクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３の３つのインクチャネルが同時に駆動される場合、インクチャネルＡ２に着目すると、インクチャネルＡ１、Ａ３に印加された電界の一部が圧電物質からなる底面を通じてインクチャネルＡ２側に漏れる。このときインクチャネルＡ２も上記のように自身の電界の漏れを生じているが、インクチャネルＡ１、Ａ３からの電界の漏れの影響によりインクチャネルＡ２自身の電界の漏れの影響は緩和されるように作用するため、このインクチャネルＡ２内からのインクの飛翔速度は遅くなる。

このように、ＣＴＣは一つのインクチャネルを単独駆動する場合に比べて、全インクチャネル駆動の方が速度が速くなり、ＣＴＥは一つのインクチャネルを単独駆動する場合に比べて、全インクチャネル駆動の方が速度が遅くなり、互いにインク滴の速度に対しては逆の影響となる。従って、ＣＴＣとＣＴＥが前記条件を満足するとき、それぞれのキャンセル効果によりクロストークを低減させることができ、このクロストークに起因する各インクチャネルからのインク飛翔速度の変化を補償して、高速で安定した駆動を可能とし、鮮明な画像形成ができるインクジェット記録ヘッドとすることができる。｜ＣＴＣ＋ＣＴＥ｜の値が１０％を越えるようになると、キャンセル効果を生かすことができなくなる。より好ましくは｜ＣＴＣ＋ＣＴＥ｜≦８％とすることである。

次に、ＣＴＣとＣＴＥの測定方法と定義を説明する。前述の例では、全てのＡ組のインクチャネルが駆動される場合のＡ２チャンネルのインク滴の速度をＶ１、Ａ２チャンネルのみが単独で駆動される場合のＡ２チャンネルのインク滴の速度をＶ２とした時、以下の通りである。

ＣＴＣ＋ＣＴＥ＝｛（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ２｝×１００ （単位は％）

この値は、ＣＴＣとＣＴＥの混在したものであるので、ＣＴＥを別の方法で測定する。図３に示すヘッドにおいて、Ａ組のインクチャネル以外のインクチャネル、即ちＢ組、Ｃ組のインクチャネルのインク供給口を閉鎖し、Ｂ組、Ｃ組のインクチャネルにはインクが供給されないようにした記録ヘッドを作製し（以下ダミーチャンネルヘッドという）、前述のように、すべてのＡ組のインクチャネルが駆動される場合のＡ２チャンネルのインク滴の速度をＶ３、Ａ２チャンネルのみが単独で駆動される場合のＡ２チャンネルのインク滴の速度をＶ４とした時のクロストークを求める。

ＣＴＥ＝｛（Ｖ３−Ｖ４）／Ｖ４｝×１００ （単位は％）

この値は、Ｂ組、Ｃ組のインクチャネル内が空気（圧縮性）である状態でのクロストークであるので、ＣＴＣは無視できる。即ち、この値がＣＴＥの影響によるクロストークとなる。よって、以下の通り前述のＣＴＣ＋ＣＴＥとの差をとると、ＣＴＣが求まることになる。

ＣＴＣ＝（ＣＴＣ＋ＣＴＥ）−ＣＴＥ （単位は％）

ＣＴＣはインクチャネルを構成している材料の剛性に依存し、側壁とインクチャネル内のインクとのコンプライアンス比の値を変えることで制御できる。コンプライアンス比が小さくなるとＣＴＣは小さくなる。

ここでコンプライアンス比とは、次によって定義される。即ち、側壁の両側の圧力差がＰのとき、側壁の平均変位量をδｐとすると、総変位量はインクチャネルの深さＨ（μｍ；図２（ａ）参照）との積δｐ・Ｈとなる。これに対し、インクチャネル内圧がＰ上昇したときのインクチャネル内のインクの体積変化量はＳ・Ｐ／Ｂとなる。ここでＳはインクチャネルの断面積、Ｂはインクの体積弾性率である（なお、インクチャネルの長さは単位長さとする）。従って、側壁のコンプライアンスとインクチャネル内のインクのコンプライアンスとの比ｋｃｒは、以下の式で表される。

ｋｃｒ＝（δｐ・Ｈ）／（Ｓ・Ｐ／Ｂ）＝（δｐ・Ｈ・Ｂ）／（Ｓ・Ｐ）

コンプライアンス比は、次のようにして測定することができる。インクチャネルの長さをＬ、インク中の音速をＣｏとすると、側壁に電圧を加えたときのインクチャネル内の共振周波数ｆｎは（ノズルがついていない状態で）以下の式で与えられる。

ｆｎ＝Ｃｏ／｛２Ｌ（１＋λｋｃｒ）^0.5｝

ここで、λは振動モードの固有値で、電圧を加えるインクチャネルの選択に依存し、インクチャネル１本おきに加えたときは「４」、２本おきに加えたときは「３」となる。また、同様に各インクチャネルに加える電圧パターンを変えることにより、「２」「１」に対応する振動モードを発生させることができる。従って、上記のような各種駆動パターンで電圧を加え、周波数走査により共振点での電流出力変化を測定することにより共振周波数を測定する。この測定データから、横軸λ、縦軸１／ｆｎ²のグラフを描くと、傾きはｋｃｒ・（２Ｌ／Ｃｏ）²となるので、ｋｃｒを求めることができる。

次に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの構造について説明する。本発明において、少なくとも側壁の一部を構成する圧電物質は、電圧を加えることにより変形を生じるものであれば特に限定されず、公知のものが用いられ、有機材料からなるものであっても良いが、圧電性非金属材料からなるものが好ましく、この圧電性非金属材料からなるものとして、例えば成形、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等がある。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと無機物とのハイブリッド材料が挙げられる。

セラミックス基板としては、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃）、第三成分添加ＰＺＴがあり、第三成分としてはＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｍｎ_1/3Ｓｂ_2/3）Ｏ₃、Ｐｂ（Ｃｏ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃等があり、さらにＢａＴｉＯ₃、ＺｎＯ、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃等を用いて形成することができる。

また、成形、焼成を必要としないで形成される基板として、例えば、ゾルゲル法、積層基板コーティング等で形成することができる。ゾルゲル法によれば、ゾルは所定の化学組成を持つ均質な溶液に、水、酸あるいはアルカリを添加し、加水分解等の化学変化を起こさせることによって調整される。さらに、溶媒の蒸発や冷却等の処理を加えることによって、目的組成の微粒子あるいは非金属無機微粒子の前躯体を分散したゾルが作成され、基板とすることができる。異種元素の微量添加も含めて、化学組成の均一な化合物を得ることができ、出発原料には一般にケイ酸ナトリウム等の水に可溶な金属塩あるいは金属アルコキシドが用いられ、金属アルコキシドは、一般式Ｍ（ＯＲ）ｎで表される化合物で、ＯＲ基が強い塩基性を持つため容易に加水分解され、有機高分子のような縮合過程を経て、金属酸化物あるいはその水和物に変化する。

また、積層基板コーティングとして、気相から蒸着させる方法があり、気相からセラミックの基板を作成する方法には、物理的手段による蒸着方法と、気相あるいは基板表面の化学反応による製法の二通りに分類され、さらに、物理蒸着法（ＰＶＤ）は、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等に細分され、また化学的方法にも気相化学反応法（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ法などがある。物理蒸着法（ＰＶＤ）としての真空蒸着法は、真空中で対象とする物質を加熱して蒸発させ、その蒸気を基板上に付着させる方法で、スパッタ法は目的物質（ターゲット）に高エネルギー粒子を衝突させ、ターゲット表面の原子・分子が衝突粒子と運動量を交換して、表面からはじきだされるスパッタリング現象を利用する方法である。またイオンプレーティング法は、イオン化したガス雰囲気中で蒸着を行う方法である。また、ＣＶＤ法では、膜を構成する原子・分子あるいはイオンを含む化合物を気相状態にしたのち、適当なキャリヤーガスで反応部に導き、加熱した基板上で反応あるいは反応析出させることによって膜を形成し、プラズマＣＶＤ法はプラズマエネルギーで気相状態を発生させ、４００℃〜５００℃までの比較的低い温度範囲の気相化学反応で、膜を析出させる。

かかる圧電物質を用いて、図２の断面図に示すように、カバープレート６と基板９の間に複数の側壁５で隔てられたインクチャネル４を多数構成するには、基板９も圧電物質で製造する場合と、基板９を非圧電物質で製造する場合とがある。

前者の例では、図６に示すように、２枚の圧電物質５１、５２をそれぞれ厚さ方向に分極した後、接合部５３を挟んで分極方向が互いに異なる方向となるように接合し、ダイヤモンドブレード等により圧電物質５１の上方から圧電物質５２の中途部まで至る複数の溝を平行に切削加工することにより、矢印の方向に分極された側壁５Ａ、５Ｂからなる側壁５と基板９と同時に形成することができる。

また、後者の例では、図７に示すように、２枚の圧電物質５１、５２をそれぞれ厚さ方向に分極した後、接合部５３を挟んで分極方向が互いに異なる方向となるように接合すると共に、更に圧電物質５２の下面側に基板となる非圧電物質６０を接合し、ダイヤモンドブレード等により圧電物質５１の上方から複数の溝を平行に切削加工することにより、矢印の方向に分極された側壁５Ａ、５Ｂからなる側壁５を形成することができる。

上記いずれの場合も、各インクチャネル４内の底面は圧電物質で構成されるが、この場合、インクチャネル４内の底面の圧電物質の厚さｂが１０μｍ以上であることが好ましい。厚さｂが１０μｍ未満では、ＣＴＥは無視できるほどに小さいが、１０μｍ以上となるとＣＴＥを発生させることができるので、ＣＴＣを容易にキャンセルすることができるようになるためである。

インクチャネル４内の底面の圧電物質の厚さｂが１０μｍ以上となるようにするには、図６に示す前者の例では、圧電物質５２の中途部まで至る溝の加工時に、該溝加工によって底面側に残される圧電物質５２の厚さｂが１０μｍ以上となるように調整することで可能である。また、図７に示す後者の例では、同じく溝の加工時に、溝の底面側に圧電物質５２を一部残すように深さを調整し、その残す量を調整することによって、インクチャネル４内の底面の圧電物質５２の厚さｂを１０μｍ以上とすることが可能である。

このようにして形成された側壁５の上面にカバープレート６を設けることによって隣接するインクチャネル４が多数形成される。このインクチャネル４の幅は１００μｍ以下、深さは３００μｍ以下となるように形成されることが好ましく、各インクチャネル４がこのような幅及び深さを有することで、インクチャネル４の断面積が小さくなり、インク中の泡抜き性が向上し、高画質の画像を安定的に形成できるようになる。

カバープレート６は、全インクチャネル４に亘ってその上面を覆うように側壁５の上面に接着剤を介して接着される。カバープレート６の材料は、特に限定されず、有機材料からなる基板であっても良いが、非圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この非圧電性非金属材料からなる基板として、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、石英、ＰＺＴの少なくとも１つから選ばれることが好ましい。この非圧電性材料基板は、例えば成形、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板、又は成形、焼成を必要としないで形成される基板等があり、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板として、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、それらの混合、混融体、さらにＺｒＯ₂、ＢｅＯ、ＡｌＮ、ＳｉＣ等を用いることができる。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと無機物とのハイブリッド材料が挙げられる。

カバープレート６が接着された基板９及び側壁５の前端面には、ノズル３が開設されたノズル形成部材２が接着剤を介して接着される。ノズル形成部材２の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリマー、アロマティックポリアミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリサルフォン樹脂等の合成樹脂のほか、ステンレス等の金属材料を用いることもできる。

各インクチャネル４内において、側壁５に密着形成された電極８ａ、８ｂ、８ｃには、白金、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、タンタル、チタンを用いることができ、特に、電気的特性、加工性の点から、金、アルミニウム、銅、ニッケルが好ましい。

この電極８ａ、８ｂ、８ｃは、図２（ａ）において示したように、インクチャネル４の幅をａとした場合、該インクチャネル４内の底面から少なくともａ／２の高さ範囲の側壁側面に存在していることが、本発明の効果をより顕著にする上で好ましい。

電極８ａ、８ｂ、８ｃの形成方法としては、めっき法、蒸着法、スパッタリング法等を用いることができるが、中でもめっき法により形成されることが好ましい。めっき法により形成された電極は、他の方法により形成されたものに比べて硬くなるため、上述のコンプライアンス比を小さくできるので、ＣＴＣを下げたい場合には有効である。

カバープレート６の上面にはインク供給口７が開設され、このインク供給口７にインクチューブ１が接続される。このインクチューブ１を介して図示しないインクタンクからインクが各インクチャネル４に供給される。

本発明に係るインクジェット記録ヘッドでは、このインクとして特に水系インクを使用すると、本発明の効果が顕著であるために好ましい。即ち、水系インクは一般にインクの体積弾性率が大きく、従って、上述のコンプライアンス比が大きくなる傾向があり、ＣＴＣの影響が大きく見られるようになるためである。なお、ここで水系インクとは、インクの全重量に対する水分の割合が５０重量％以上のものと定義する。

本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、複数のインクチャネルのうち間に１本以上のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて１つの組となすようにして、２つ以上の組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行なうように駆動されるが、特に、図３に示したように、間に２本のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルＡ１、Ａ２、Ａ３（インクチャネルＢ１、Ｂ２、Ｂ３又はインクチャネルＣ１、Ｃ２、Ｃ３）をまとめて１つの組として、全インクチャネルを３つの組（Ａ組、Ｂ組、Ｃ組）に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行うようにすると、駆動されるインクチャネル間の距離が減少してクロストークの影響が大きく見られるようになる傾向があるため、この場合に本発明の効果が最も発揮され、好ましい態様である。

クロストークが起こるインクチャネルの範囲は通常数チャンネルまでも伝達するが、そこで同時に動作するインクチャネルの間隔を大きくし、駆動する周期を増やせばクロストークの影響は小さくなり、逆に周期を減らせばクロストークの影響は大きくなる。このため、周期を減らした方が本発明の効果が大きくなるということになるが、２周期（隣接するインクチャネル１本おきに駆動）ではクロストークが大きすぎてキャンセルが容易ではなく、３周期（隣接するインクチャネル２本おきに駆動）において本発明の効果が顕著となる。

また、インクチャネル４の密度は１５０ｄｐｉ以上であると、インクチャネル４間の距離が減少し、クロストークの影響が大きくなるので、この場合にも本発明の効果は顕著となる。

更に、インクチャネル４の密度が３００ｄｐｉ以上であると、インクチャネル４間の距離が更に減少して、クロストークの影響が一層大きくなるので、本発明の効果は一層顕著となるためより好ましい。

また、インクチャネル４の密度が高いほど、インクチャネル４の深さを浅くすることが、クロストークを効果的にキャンセルする上では好ましい。このとき、インクチャネル４の密度とインクチャネル４の深さが以下の条件を満たすことが好ましい。

インクチャネルの密度（ｄｐｉ）×インクチャネルの深さ（μｍ）≦５．５×１０^４
この条件を外れるようになると、ＣＴＣが非常に大きくなるため、クロストークをキャンセルする効果が低下する。

なお、以上の説明では、各側壁５を、厚さ方向に分極された圧電物質を接合部を挟んで分極方向が互いに異なる方向となるように積層して形成しており、各インクチャネル４内の電極８ａ、８ｂ、８ｃ・・・は、側壁５の上部（カバープレート６が接着される側）からインクチャネル４内の底面（カバープレート６とは反対側の面）に亘って繋がるように形成されているが、この場合、少なくとも電極は側壁５の側面の少なくとも底面近く、好ましくはインクチャネル４内の底面からインクチャネル４の幅ａとの関係で少なくともａ／２の高さ範囲の側面に形成されていればよく、インクチャネル４内の底面において繋がっている必要はない。

また、本発明において、側壁５は、厚さ方向に分極された圧電物質を接合部を挟んで分極方向が互いに異なる方向となるように積層されて形成されるものに限らない。例えば、一方向にのみ分極された圧電物質からなる基板９０に複数の溝を平行に切削加工することにより、図８に示すように側壁５０を形成し、この側壁５０の側面に、インクチャネル４内の底面から略半分の高さまで電極８１、８２、８３・・・を形成するようにしてもよい。この場合も、各インクチャネル４内の底面は圧電物質からなり、この圧電物質に近接して設けられる各電極８１、８２、８３・・・からの電界の漏れが発生するためである。

以下、実施例に基づいて本発明の効果を例証する。

（実施例１〜３及び比較例１）
まず、インクジェット記録ヘッドを次の条件で作成した。図１〜図３に示したように、ＰＺＴからなる基板に多数の溝を研削して側壁を形成し、各側壁の側面にはアルミ蒸着電極を形成した。各側壁の上面には接着剤を用いてカバープレートを接着すると共に前端に２５μｍφのノズルを開設したノズル形成部材を接着することによりインクジェット記録ヘッドを構成した。なお、接着剤中にフィラーは混入していない。

インクチャネルの密度は１８０ｄｐｉ（１４１μｍピッチ）とし、各インクチャネルの幅は８５μｍ、長さは３ｍｍとし、インクには水系インク（比重：１．０６、体積弾性率：２．５ＧＰａ）を使用した。

インクジェット記録ヘッドは、インクチャネルの深さを表１に示すように変えてインクチャネルの断面積を変化させた計４個の記録ヘッド（実施例１〜３及び比較例１）を作成した。それぞれの記録ヘッドのコンプライアンス比（Ｋｃｒ）、ＣＴＣ、ＣＴＥ、｜ＣＴＣ＋ＣＴＥ｜の各値は表１に示す通りであった。

各記録ヘッドの評価は、電極にインク滴の飛翔速度が６ｍ／ｓｅｃになる電圧で、パルス幅５μｓｅｃの駆動パルスを印加して各記録ヘッドを時分割で３周期（インクチャネル２本おきに）駆動させることによりベタ画像をプリントし、ベタ部の周辺濃度の低下具合を以下の評価基準に基づいて画像評価することによって行った。その結果を表１に示す。

○：ほとんど濃度ムラは見られない
△：わずかに濃度ムラがあるが、画質上問題なし
×：濃度ムラが目立つ

（実施例４〜６及び比較例２）
ノズルを２０μｍφ、インクチャネルの密度を３００ｄｐｉ（８５μｍピッチ）、各インクチャネルの幅を４２μｍ、長さを２ｍｍとした以外は、上記実施例１〜３及び比較例１と同一とし、インクチャネルの深さを表２に示すように変えてインクチャネルの断面積を変化させた計４個の記録ヘッド（実施例４〜６及び比較例２）を作成した。それぞれの記録ヘッドのコンプライアンス比（Ｋｃｒ）、ＣＴＣ、ＣＴＥ、｜ＣＴＣ＋ＣＴＥ｜の各値は表２に示す通りであった。

なお、画像評価の評価は、ベタ画像をプリントする際のパルス幅を３μｓｅｃとした以外は、上記実施例１〜３及び比較例１と同一とし、上記と同一の基準により行った。

（実施例７〜９及び比較例３）
ノズルを１５μｍφ、インクチャネルの密度を３６０ｄｐｉ（７１μｍピッチ）、各インクチャネルの幅を３５μｍ、長さを１．５ｍｍとした以外は、上記実施例１〜３及び比較例１と同一とし、インクチャネルの深さを表３に示すように変えてインクチャネルの断面積を変化させた計４個の記録ヘッド（実施例７〜９及び比較例３）を作成した。それぞれの記録ヘッドのコンプライアンス比（Ｋｃｒ）、ＣＴＣ、ＣＴＥ、｜ＣＴＣ＋ＣＴＥ｜の各値は表３に示す通りであった。

なお、画像評価の評価は、ベタ画像をプリントする際のパルス幅を２μｓｅｃとした以外は、上記実施例１〜３及び比較例１と同一とし、上記と同一の基準により行った。

表１〜３に示されるように、同一インクチャネル深さで比較すると、インクチャネルの密度が増加すると、インクチャネル間の距離が減少し、コンプライアンス比（Ｋｃｒ）が大きくなるにつれて、クロストーク（ＣＴＣ）の値が大きくなるが、インクチャネル深さを浅くすることでクロストークをキャンセルできることがわかる。

また、実施例１〜９では、インクチャネルの密度とインクチャネルの深さの積がいずれも５．５×１０^４以下の条件を満足しており、この条件を満足していない比較例１〜３に比べて、クロストークをキャンセルできることによって画像評価が優れていることがわかる。

インクジェット記録ヘッドの構成の一例を示す断面図 （ａ）（ｂ）はインクジェット記録ヘッドの基本動作を示す図 （ａ）（ｂ）（ｃ）はインクジェット記録ヘッドを時分割で駆動させた状態を示す図 印字パルスのタイムチャート インクジェット記録ヘッドにおいて一つのインクチャネルのみを駆動させた状態を示す図 ２枚の圧電物質からなる側壁を製造する場合の一例を示す図 ２枚の圧電物質からなる側壁を製造する場合の他の一例を示す図 側壁及び電極の他の例を示す断面図

符号の説明

１：インクチューブ
２：ノズル形成部材
３：ノズル
４：インクチャネル
５、５０：側壁
６：カバープレート
７：インク供給口
８、８１、８２、８３・・・：電極
９：基板
Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｃ：周期
Ａ１、Ｂ１、Ｃ１・・・Ａ３、Ｂ３、Ｃ３：インクチャネル
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ：印字パルス
Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３：単位

Claims (11)

1. 少なくとも一部が圧電物質で構成された側壁により隔てられた複数のインクチャネルを有し、側壁に形成された電極に印加する電圧による側壁のせん断変形によりインクチャネル内の圧力を変化させて、インクチャネル内のインクを吐出せしめるインクジェット記録ヘッドであって、
   前記インクチャネル内の底面は圧電物質により構成されており、
   複数のインクチャネルのうち間に１本以上のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて１つの組として、全インクチャネルを２つ以上の組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行ない、
   且つ、前記側壁とインクチャネル内のインクのコンプライアンス比による前記１つの組のインクチャネル間のクロストークをＣＴＣ、前記電極に印加する電圧による電界の漏れによる前記１つの組のインクチャネル間のクロストークをＣＴＥとした時、
   ｜ＣＴＣ＋ＣＴＥ｜≦１０（％）
   の条件を満足することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記側壁は、厚さ方向に分極された圧電物質を接合部を挟んで分極方向が互いに異なる方向となるように積層されて形成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. 前記電極は、前記インクチャネルの幅をａとした場合、該インクチャネル内の底面から少なくともａ／２の高さ範囲に存在していることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記電極がめっき法により形成され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ヘッド。
5. 前記インクチャネルの幅が１００μｍ以下、インクチャネルの深さが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記インクチャネルは、少なくとも一部が圧電物質で構成された側壁により隔てられた複数の溝が形成された基板と、側壁の上面に接着されるカバープレートにより形成され、該インクチャネル内の底面の圧電物質の厚さが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記複数のインクチャネルの密度が１５０ｄｐｉ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 前記複数のインクチャネルの密度が３００ｄｐｉ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
9. 前記インクチャネルの密度（ｄｐｉ）と前記インクチャネルの深さ（μｍ）とが以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
   インクチャネルの密度（ｄｐｉ）×インクチャネルの深さ（μｍ）≦５．５×１０⁴
10. 前記インクが水系インクであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
11. 前記複数のインクチャネルのうち間に２本のインクチャネルを挟んで離れているインクチャネルをまとめて１つの組として、全インクチャネルを３つの組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

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