JP2007105924A - インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インク液滴を安定して吐出させるために、圧力波の残留振動を抑制し、かつ製造が容易なインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置を提供する。
【解決手段】本発明のインクジェットヘッドは、インクを通過させる溝１４が形成されたベース部材１１と、溝１４の前部を閉塞しインク吐出チャンネル１２０を形成するノズル板１９とを備えたものである。そして、溝１４を形成するチャンネル壁１３に、チャンネル壁１３を変形させるための駆動電圧を印加する駆動電極１５が形成されており、ノズル板１９には、チャンネル壁１３の変形後に発生する残留振動を吸収する振動吸収材３０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノズルからインクを噴射して記録媒体に記録を行うためのインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置に関するものである。

今日、インパクト印字装置に代わり、カラー化、多階調化に適したインクジェット方式等のノンインパクト印字装置が急速に普及している。その中でも、印字時のみに必要なインクを吐出させるドロップ・オン・デマンド型印字装置が、印字効率の良さ、低コスト化、低ランニングコスト化に有利であるなどの点から注目されている。そして、このようなインクジェットヘッド方式のドロップ・オン・デマンド型印字装置として、圧電材料のシェアモード変形を利用したインクジェット方式印字装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

このような方式の印字装置では、圧電材料からなるインク吐出チャンネル壁に電極が形成されている。そして、この電極が圧電材料の分極方向と直行する方向に電界を加え、チャンネル壁をシェアモードに変形させている。そして、その際に生じる圧力波変動を利用してインク滴を吐出させている。このような方式の印字装置は、ノズルの高密度化、低消費電力、高駆動周波数化に適している。

このようなシェアモード変形を利用したインクジェットヘッドの構造について、以下、図７に基づいて詳細に説明する。このインクジェットヘッドは、ベース部材１と、カバー部材２と、ノズル板９とを備えている。ベース部材１は、図７の白抜き矢印で示す上下方向の一方向（下向き）に分極処理を施した圧電材料で構成されている。そして、この圧電材料に複数の溝４が形成されている。また、カバー部材２には、インク供給口２１および共通インク室となる溝２２が形成されている。また、ノズル板９には、ノズル孔１０が開けられている。

複数の溝４は、相互に平行になるように形成されている。複数の溝４にはそれぞれ、該溝４の後部側へ向かうにつれ隆起してゆく斜面が形成されている。複数の溝４の前部は、ノズル孔１０が形成されたノズル板９により閉塞される。また、複数の溝４の上部は、カバー部材２により閉塞される。このように溝４がカバー部材２及びノズル板９により閉塞されることにより、インク吐出チャンネル２０が形成される。インク吐出チャンネル２０において、溝４とノズル板９とに囲まれた空間がインク室となる。

また、溝４の後部側には、浅溝面６０が形成されている。この浅溝面６０は、複数の溝４の後部側の溝深さを、前部側の溝深さよりも小さくすることにより形成される。浅溝面６０は、外部との通電のための電極引き出し部として機能する。

斜面１１は、溝４の加工時に使用されるダイシングブレードの直径に対応した円弧状に加工された面である。また、浅溝面６０も同じく、ダイシングブレードにより加工された面である。

溝４を形成するチャンネル壁３において、その上部側には、電界を印加するための駆動電極５が形成されている。さらに、浅溝面６０には、外部との通電のための電極が形成されている。浅溝面６０に形成された電極は、浅溝面６０の後端部（溝４の後端部）で、例えばＦＰＣのようなフレキシブル基板に形成された外部の電極８とワイヤーボンディング７により接続されている。

駆動電極５に電界が印加されることにより、ベース部材１のチャンネル壁３が剪断変形し、それによる圧力波により、ノズル孔１０からインク滴が吐出される。以下、図７に示すインクジェットヘッドの駆動原理について、図８に基づいて、詳細に説明する。図８は、図７のような構成のインクジェットヘッドの駆動原理を説明するための断面図であり、図８（ａ）は、駆動電極に電界が印加されていない状態を示し、図８（ｂ）及び図８（ｃ）は、駆動電極（チャンネル壁）がシェアモードにより変形された状態を示す。

図８（ａ）に示すように、チャンネル壁３の両側の面の上半分には、駆動電極５が形成されている。また、チャンネル壁３は、上下方向の一方向（下向き）に分極処理を施した圧電材料で構成されている。なお、図８（ａ）において、白抜き矢印は分極の向きを示している。

また、同図に示すように、溝４の前部はノズル孔１０が形成されたノズル板により閉塞される。また、溝４の上部はカバー部材により閉塞されている。このようにしてインク吐出チャンネル２０が形成されている。なお、ノズル板に形成されたノズル孔１０は溝４に対応するようになっている。

この駆動電極５により、チャンネル壁３に分極方向と直行する方向に電界を印加すると、チャンネル壁３の上半分は、図８（ｂ）及び図８（ｃ）で示すように、シェアモードにより変形する。すなわち、チャンネル壁３は、駆動電極５の下端部で折れ曲がるように変形（剪断変形）する。そして、インク吐出チャンネル２は、駆動電極５より印加される電界の向きに応じて、その容積を任意に増減させることが可能になっている。その際に生じる圧力波変動を利用してインク滴を吐出するようになっている。

しかしながら、インクジェット方式により画像や文字を印刷するためには、ノズルにより連続的に多数の液滴を噴射することが不可欠となる。図７に示すインクジェットヘッドにより液滴を連続的に噴射する場合、先行する液滴を吐出した後、後続の液滴を吐出するタイミングによって、後続の液滴の噴射効率が異なってしまうという問題があった。

すなわち、図７に示すインクジェットヘッドでは、特定のインク吐出チャンネルに圧力変動を生じさせて先行する液滴を吐出した後、該インク吐出チャンネル内には圧力の変動が残留する。そして、その残留した圧力変動により、チャンネル壁は、先行する液滴を吐出した後でも、１次モードの自由振動による振動（残留振動）を繰り返すことになる。

そして、先行する液滴に続いて、後続の液滴を吐出するためにチャンネル壁を変形させるタイミングが、先行する液滴を吐出した後の残留振動と位相が合う場合には、チャンネル壁の変形から生じる圧力波変動と上記残留振動とが強め合うようになる。一方、位相が逆になる場合には、チャンネル壁の変形から生じる圧力波変動と上記残留振動とが弱め合ってしまう。

このように、先行する液滴を吐出してから、後続の液滴の吐出するタイミングによって、後続の液滴の噴射効率が異なってしまうという問題があった。

このような残留振動の影響をなくし、先行する液滴の吐出に影響されることなく、常に、安定して連続的に液滴を吐出する手段としては、例えば、特許文献２、３に記載されたインクジェットの駆動方法が挙げられる。特許文献２、３に記載の駆動方法では、インク滴を吐出するための駆動パルスを印加した後、所定時間後にインク室の容積を減少させる方向にダンピングパルスを印加している。これにより、インク吐出チャンネルに残留している圧力波の振幅を弱めている。

さらに、例えば特許文献４には、共通インク室とインク吐出チャンネルとの間の連通部を塞いだ状態で、振動吸収材が設けられた構成が記載されている。印字品位や印字速度を上げるために印加電圧を上げて、インク滴量を大きくする、あるいはインク液滴吐出速度を高める場合に、駆動していないインク吐出チャンネルからノズル孔からインクが吐出してしまうという隣接チャンネルのクロストークが発生する。特許文献４では、このような隣接チャンネルのクロストークの発生を解決している。

さらに、例えば特許文献５には、ベース部材とノズル板の間に、接着剤吸収構造を有する有機皮膜が設けられた構成が記載されている。圧電材料に複数の溝が形成されたベース部材と、複数のノズル孔が開けられたノズル板とを貼り合せる際に、使用する接着剤がインク室内へはみ出してしまう。これにより、チャンネル壁の剛性にばらつきが生じ、チャンネル間でのインク吐出特性にばらつく。特許文献５に記載の構成では、このようなチャンネル間でのインク吐出特性のばらつきを防止している。また、特許文献５に記載の構成は、インクに触れる全ての部分が接着剤吸収構造を有する有機皮膜に覆われた構成になっている。
特開昭６３−２４７０５１号公報（昭和６３年１０月１３日公開） 特開２０００−１５８０３号公報（平成１２年 １月１８日公開） 特開２００４−１８８９３２号公報（平成１６年 ７月 ８日公開） 特開２０００−４３２５２号公報（平成１２年 ２月１５日公開） 特開２００３−１４５７５１号公報（平成１５年 ５月２１日公開）

しかしながら、上記従来技術には、以下の問題が生じる。

まず、特許文献２，３に記載のインクジェットの駆動法では、インクジェットヘッドの寿命を縮めてしまうおそれがある。特許文献２，３では、インク室の容積を減少させる方向にダンピングパルスを印加することで、インク吐出チャンネルに残留している圧力波の振幅を弱めている。このような駆動方法では、インク滴下のために必要な駆動パルスを圧電材料に印加するのに加え、さらに残留振動を低減させるためにダンピングパルスを印加する必要がある。例えば特許文献３に記載のように、インク滴を吐出するのに必要な２種類の振動の他に、別の１つの振動を圧電材料に与えている。駆動パルスを印加することにより、圧電材料は変形し劣化する。このため、印加する駆動パルスの種類が増加すると、圧電材料が劣化しインクジェットヘッドの寿命が縮まることになる。例えば、特許文献３に記載の駆動方法では、ダンピングパルスを印加しない場合と比較して、インクジェットヘッドの寿命は２／３になる。

また、特許文献４に記載の構成では、インクジェットヘッドの生産性の悪化、さらに製造コストの上昇を招いてしまう。特許文献４に記載の構成では、インク室の加圧によって生じる圧力波を吸収するダンパ効果を有する振動吸収材が、共通インク室とインク吐出チャンネルとの連通部を塞いだ状態で設けられているので、インクジェットヘッドの構造が複雑化する。そして、それに伴い、インクジェットヘッドの生産性が悪化し、製造コストも高価なものになる。さらに、この振動吸収材は、インクジェットヘッドの基体を形成した後、組立工程で配置される必要がある。このため、インクジェットヘッドの生産性の悪化、さらに製造コストの上昇を招いてしまう。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インク液滴を安定して吐出させるために、圧力波の残留振動を抑制するとともに、寿命が長くかつ製造が容易なインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置を提供することにある。

本発明のインクジェットヘッドは、上記の課題を解決するために、インクを通過させる溝が形成された基体と、上記溝の前部を閉塞しインク吐出チャンネルを形成するノズル板とを備え、上記溝を形成する隔壁に、該隔壁を変形させるための駆動電圧を印加する駆動電極が形成されたインクジェットヘッドであって、上記ノズル板には、上記隔壁の変形後に発生する残留振動を吸収する振動吸収材が設けられていることを特徴としている。

本発明のインクジェットヘッドでは、駆動電極に駆動電圧が印加されることにより、インクを通過させる溝を形成する隔壁が変形し、それによる圧力波により、インク吐出チャンネルからインク滴が吐出されるようになっている。

従来のインクジェットヘッドでは、インク液滴を連続的に吐出する場合、先行する液滴を吐出した後でも、インク吐出チャンネル内に、チャンネル壁が変形する際に生じる圧力波変動が残留していた。そして、この残留した圧力波変動により、溝を形成する隔壁は、先行する液滴を吐出した後でも、１次モードの自由振動による残留振動を繰り返すことになる。そして、この残留振動の影響により、後続の液滴の噴射効率がばらつき、安定したインク液滴を連続的に吐出できないという問題があった。

これに対し、上記の構成によれば、ノズル板に設けられた振動吸収材が隔壁の変形後に発生する残留振動を吸収するので、インク吐出チャンネル内に残留している圧力波の振幅を弱めることができる。それゆえ、先行する液滴を吐出した後に発生する隔壁の残留振動を抑制し、後続のインク液滴を安定に吐出させることが可能になる。

その結果、上記の構成によれば、残留振動の影響をなくし、先行するインク液滴の吐出に影響されることなく、インク液滴を、常に安定して連続的に吐出することが可能になる。

また、上記の構成によれば、振動吸収材を備えたことにより残留振動の抑制を図っている。それゆえ、上記の構成によれば、上記特許文献２または３のような残留振動を低減させるためにダンピングパルスを印加する場合と比較して、溝が形成された基体の劣化が少なくなる。それゆえ、寿命が長いインクジェットヘッドを提供することが可能になる。

また、上記の構成によれば、インクジェットヘッドの生産性の悪化、さらに製造コストの上昇を招いてしまうという問題を招来しない。すなわち、本発明のインクジェットヘッドは、上記振動吸収材がノズル板に設けられた構成であるので、特許文献４に記載のような、振動吸収材が共通インク室とインク吐出チャンネルとの連通部を塞いだ状態で設けられている構成と比較して、インクジェットヘッドの構造が単純である。このため、インクジェットヘッドの生産性を向上でき、製造が容易なインクジェットヘッドを提供することができる。

また、本発明のインクジェットヘッドでは、上記振動吸収材は、上記ノズル板と対向面の全面で接するように設けられていることが好ましい。

特許文献４に記載のインクジェットヘッドでは、振動吸収材が共通インク室とインク吐出チャンネルとの連通部を塞いだ状態で設けられているので、その製造方法において、共通インク室に振動吸収材を張り合わせる工程が必要になる。共通インク室の形状は、一般的に複雑である。それゆえ、特許文献４では、共通インク室に振動吸収材を張り合わせることがかなり困難である。

一方、上記の構成によれば、上記振動吸収材は、上記ノズル板と対向面の全面で接するように設けられているので、製造が容易なインクジェットヘッドを提供することが可能になる。インクジェットヘッドは、通常、インクを通過させる溝が形成された基体と、上記ノズル板とを張り合わせることで作成される。上記の構成によれば、基体とノズル板とを張り合わせる前に、振動吸収材が上記ノズル板と対向面の全面で接するように、振動吸収材とノズル板とを張り合わせることが可能である。そして、その後、既存のプロセスで、このノズル板を基体に張り合わせることが可能になる。

それゆえ、上記の構成によれば、特許文献４に記載のインクジェットヘッドと比較して、製造が容易なインクジェットヘッドを提供することが可能になる。

また、本発明のインクジェットヘッドでは、上記振動吸収材には、インクを通過させるインク通過孔が形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、基体とノズル板とを張り合わせる前に、容易に振動吸収材にインクを通過させるインク通過孔を形成することが可能である。それゆえ、それゆえ、上記の構成によれば、特許文献４に記載のインクジェットヘッドと比較して、製造が容易なインクジェットヘッドを提供することが可能になる。

また、本発明のインクジェットヘッドでは、上記ノズル板には、インクを液滴として吐出するインク吐出孔が形成されており、上記インク通過孔の直径は、上記インク吐出孔の直径よりも大きくなっていることが好ましい。

上記の構成によれば、インク通過孔の直径は、インク吐出孔の直径よりも大きくなっているので、インクの流路抵抗を小さくできる。

また、本発明のインクジェットヘッドでは、上記インク通過孔は、ノズル板におけるインク吐出孔の加工と同一の加工により形成されていることが好ましい。

これにより、製造が容易なインクジェットヘッドを提供することが可能になる。

また、本発明のインクジェットヘッドでは、上記振動吸収材には、親水化処理が施されていることが好ましい。

上記の構成によれば、振動吸収材には、親水化処理が施されているので、振動吸収材のインクに対する塗れ性が向上する。それゆえ、インクの吐出効率が高いインクジェットヘッドを実現することができる。

また、本発明のインクジェットヘッドでは、上記振動吸収材は、弾性体から構成されていることが好ましい。

また、上記振動吸収材はゴムを含んでいてもよい。

特にこの場合、適度な残留振動吸収特性を有する被覆膜（振動吸収材）を容易にノズル板に設けることが可能になる。

また、本発明のインクジェットヘッドでは、上記駆動電極は、上記溝を形成する隔壁を剪断変形させるための駆動電圧を印加するようになっていてもよい。

本発明のインクジェット式記録装置は、上記の課題を解決するために、上述のインクジェットヘッドを備えたことを特徴としている。

これにより、インク液滴を安定して吐出させるために、圧力波の残留振動を抑制するとともに、寿命が長くかつ製造が容易なインクジェット式記録装置を提供することができる。

本発明のインクジェットヘッドは、以上のように、上記ノズル板には、上記隔壁の変形後に発生する残留振動を吸収する振動吸収材が設けられている構成である。

さらに、本発明のインクジェット式記録装置は、以上のように、上述のインクジェットヘッドを備えた構成である。

それゆえ、インク吐出チャンネル内に残留している圧力波の振幅を弱めることができ、先行する液滴を吐出した後に発生する隔壁の残留振動を抑制し、後続のインク液滴を安定に吐出させることが可能になる。その結果、残留振動の影響をなくし、先行するインク液滴の吐出に影響されることなく、インク液滴を、常に安定して連続的に吐出することが可能になる。

また、振動吸収材を備えたことにより残留振動の抑制を図っているので、溝が形成された基体の劣化が少なくなり、寿命が長いインクジェットヘッドを提供することが可能になる。

また、上記振動吸収材がノズル板に設けられた構成であるので、インクジェットヘッドの構造が単純である。このため、インクジェットヘッドの生産性を向上でき、製造が容易なインクジェットヘッドを提供することができる。

以下、本発明の実施の一形態について、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド（以下、本インクジェットヘッドと記す）は、ベース部材（基体）１１と、カバー部材１２と、ノズル板１９と、振動吸収材３０とを備えている。ベース部材１１は、図１の白抜き矢印で示す上下方向の一方向（下向き）に分極処理を施した圧電材料で構成されている。そして、この圧電材料に複数の溝１４が形成されている。また、カバー部材１２には、インク供給口１２１および共通インク室となる溝（マニホールド）１２２が形成されている。また、ノズル板１９には、ノズル孔１１０が開けられている。また、振動吸収材３０には、インク通過孔３１が形成されている。

また、ベース部材１１とノズル板１９との間に、振動吸収材３０が配置されている。本インクジェットヘッドは、ベース部材１１とカバー部材１２とノズル板１９と振動吸収材３０とが一体化された構成である。図１では、本インクジェットヘッドにおける各種部材の構成をより分かりやすくするため、分解斜視図で示している。

複数の溝１４は、相互に平行になるように形成されている。複数の溝１４にはそれぞれ、該溝１４の後部側へ向かうにつれ隆起してゆく斜面１１１が形成されている。複数の溝１４の前部は、インク通過孔３１が形成された振動吸収材３０により閉塞される。また、複数の溝１４の上部は、カバー部材１２により閉塞される。このように溝１４がカバー部材１２及び振動吸収材３０により閉塞されることにより、インク吐出チャンネル１２０が形成される。インク吐出チャンネル１２０において、溝１４と振動吸収材３０とに囲まれた空間がインク室となる。本インクジェットヘッドでは、カバー部材１２に形成されたインク供給口１２１からインクが供給されると、インク吐出チャンネル１２０にインクが充填されるようになっている。

また、振動吸収材３０の前部には、ノズル板１９が設けられている。そして、振動吸収材３０に形成されたインク通過孔３１と、ノズル板１９に形成されたノズル孔１１０とが互いに対応し連通するようになっている。また、振動吸収材３０に形成されたインク通過孔３１は、カバー部材１２に形成された各溝に対応するようになっている。

また、溝１４の後部側には、浅溝面１６０が形成されている。この浅溝面１６０は、複数の溝１４の後部側の溝深さを、前部側の溝深さよりも小さくすることにより形成される。浅溝面１６０は、外部との通電のための電極引き出し部として機能する。

斜面１１１は、溝１４の加工時に使用されるダイシングブレードの直径に対応した円弧状に加工された面である。また、浅溝面１６０も同じく、ダイシングブレードにより加工された面である。

溝１４を形成するチャンネル壁１３において、その上部側には、電界を印加するための駆動電極１５が形成されている。さらに、浅溝面１６０には、外部との通電のための電極が形成されている。浅溝面１６０に形成された電極は、浅溝面１６０の後端部（溝１４の後端部）で、例えばＦＰＣのようなフレキシブル基板に形成された外部の電極１８とワイヤーボンディング７により接続されている。

本インクジェットヘッドでは、駆動電極１５に電界が印加されることにより、ベース部材１１のチャンネル壁１３が剪断変形し、それによる圧力波により、インクがインク通過孔３１を通過し、ノズル孔１１０からインク滴が吐出されるようになっている。

なお、図１に示された本インクジェットヘッドは、電界が印加されることにより、チャンネル壁１３が剪断変形するような構成であるが、これに限定されるものではない。すなわち、本インクジェットヘッドは、インク吐出チャンネルの体積を拡大及び縮小させることによりインクを吐出するような構成であればよい。

本インクジェットヘッドにおいて特徴的な構成は、ベース部材１１とノズル板１９との間に、振動吸収材３０が配置されている構成である。すなわち、ノズル板１９に振動吸収材３０が設けられている構成である。この振動吸収材３０は、チャンネル壁１３の剪断変形後に発生する残留振動を吸収するものである。

従来のインクジェットヘッドでは、インク液滴を連続的に吐出する場合、先行する液滴を吐出した後でも、インク吐出チャンネル内に、チャンネル壁が剪断変形する際に生じる圧力波変動が残留していた。そして、この残留した圧力波変動により、チャンネル壁は、先行する液滴を吐出した後でも、１次モードの自由振動による残留振動を繰り返すことになる。

一方、本インクジェットヘッドでは、振動吸収材３０がチャンネル壁１３の剪断変形後に発生する残留振動を吸収するので、インク吐出チャンネル１２０内に残留している圧力波の振幅を弱めることができる。それゆえ、先行する液滴を吐出した後に発生するチャンネル壁１３の残留振動を抑制し、後続のインク液滴を安定に吐出させることが可能になる。

その結果、本インクジェットヘッドでは、残留振動の影響をなくし、先行するインク液滴の吐出に影響されることなく、インク液滴を、常に安定して連続的に吐出することが可能になる。

以下、本インクジェットヘッドの各種部材について、さらに詳細に説明する。

まず、ベース部材１１の材料として、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いている。また、カバー部材１２の材料として、分極処理を施していないＰＺＴを用いている。ベース部材１１の材料は、これに限定されるものではなく、圧電材料であればよい。例えば、ベース部材１１及びカバー部材１２の材料としては、アルミナまたはサスが挙げられる。

さらに、本実施の形態では、溝１４は、ダイシング加工により、高さ２８０μｍで形成されており、チャンネル壁１３は、幅８０μｍ、ピッチ１６９μｍで形成されている。また、圧電材料の分極方向と直交する方向に電界を加えるための電極（駆動電極）１５としての金属膜が、溝１４を形成するチャンネル壁１３の両サイドに、つまり、チャンネル壁３の側面の上部に、高さ１２０μｍで形成されている。

駆動電極１５、及び、引き出し部としての電極（斜面１１１と浅溝面１６０とに形成された電極）は、斜面１１１と浅溝面１６０とが形成されたベース部材１１に電極材料であるＡｌ（アルミニウム）を斜め蒸着することにより形成されている。そして、本インクジェットヘッドでは、チャンネル壁１３の側面部における駆動電極１５の厚みが１．０μｍとなっている。なお、駆動電極１５の電極材料として、Ａｌ以外にも、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）等の導電性材料を用いることもできる。

溝１４の斜面１１１は、溝１４の後端部を、溝加工時に使用されるダイシングブレードの直径に対応した円弧形状（Ｒ形状）で加工することにより形成される。さらに、外部との通電のための電極引き出し部としての浅溝面１６０は、同じくダイシングブレードにより加工することにより形成される。浅溝面１６０に形成された電極は、浅溝面１６０の後端部で、例えばＦＰＣ基板のようなフレキシブル基板に形成された外部の電極８とワイヤーボンディング７により接続されている。

インク供給用のインク供給口２１と共通インク室となる溝（マニホールド）２２は、カバー部材１２にサンドブラスト加工を施すことにより形成される。なお、カバー部材１２としては、分極処理を施していないＰＺＴ材料以外にも、セラミック材料等を用いることができる。この場合、インク供給口２１とマニホールド２２は、カバー部材１２にフライス加工または成形加工を施すことにより形成されていてもよい。

ノズル板１９の材料としては、厚さ５０μｍのポリイミドフィルムが用いられる。また、ノズル板１９に形成されたノズル孔１１０は、エキシマレーザー加工により形成される。そして、ノズル孔１１０は、入射側（ベース部材１１側）の直径が４０μｍ、出射側（外部側）の直径２０μｍになるように形成される。

ここで、本インクジェットヘッドにおいて、ノズル板１９に形成されたノズル孔１１０のピッチは、溝１４のピッチと同じになるようになっている。具体的には、インク通過孔３１のピッチは、１６９μｍである。なお、ノズル板９の材料として、ポリイミドフィルム以外にも、ポリエチレン系の高分子樹脂フィルム、あるいはステンレス板等の金属材料を用いることもできる、また、ノズル板９の材料としてステンレス板等の金属材料を用いる場合には、パンチング加工によりノズル板１９にノズル孔１１０を形成してもよい。

さらに、本インクジェットヘッドでは、ベース部材１１とノズル板１９との間に、インク通過孔３１が設けられた振動吸収材３０が配されている。すなわち、ノズル板１９に振動吸収材３０が形成されている。

振動吸収材３０として、厚さ３０μｍのウレタンゴムを使用する。また、振動吸収材３０に形成されたインク通過孔３１は、エキシマレーザー加工により形成される。そして、インク通過孔３１は、その直径が６０μｍとなるようにあらかじめ形成されている。

振動吸収材３０に形成されたインク通過孔３１のピッチは、溝１４のピッチと同じになるようになっている。具体的には、インク通過孔３１のピッチは、１６９μｍである。また、インク通過孔３１の直径は、ノズル孔１１０の入射側直径よりも大きく、かつチャンネル壁１３同士が対向する幅よりも小さければよい。

さらに、特許文献５に記載の構成は、インクに触れる全ての部分が接着剤吸収構造を有する有機皮膜に覆われた構成になっているため、実効的にノズル孔の深さが深くなり、インク流路抵抗が増大するという問題が生じる。しかしながら、本インクジェットヘッドでは、インク通過孔３１の直径をノズル孔１１０の入射側直径よりも大きくすることで、インクの流路抵抗を小さくすることが可能になる。

また、振動吸収材３０の材料は、ウレタンゴムに限定されるものではなく、チャンネル壁１３の剪断変形後に発生する残留振動を吸収するような材料であればよい。振動吸収材３０が弾性体であれば、なお好ましい。振動吸収材３０の材料としては、具体的には、パーフロ、バイトン等の有機合成ゴムが挙げられる。

また、振動吸収材３０は、ゴム硬度が２００以下であるものが好ましい。これにより、インク液滴の吐出効率を低下させない一方、チャンネル壁１３の剪断変形後に発生する残留振動を吸収する吸収機能が向上する。上記「ゴム硬度」とは、弾性体表面に鋭利でない押し針を押し付けたときに、弾性体表面の抵抗を相対的単位の量で示したものをいう。また、「ゴム硬度」の測定には、スプリング式、あるいは定荷重式のゴム硬度計が用いられる。

また、振動吸収材３０にインク通過孔３１を形成した後、振動吸収材３０は親水化処理が施されていることが好ましい。これにより、振動吸収材３０のインクに対する濡れ性が改善し、インク液滴の吐出効率が向上したインクジェットヘッドを実現することができる。親水性処理とは、インク（または水などの溶液）との接触角が処理前の接触角より処理後の接触角の方が小さくなる処理をいう。具体的には、プラズマ処理などの放電現象を利用した処理方法が挙げられる。

また、振動吸収材３０にインク通過孔３１を形成した後、振動吸収材３０は紫外線照射処理が施されていることが好ましい。これにより、ベース部材１１、カバー部材１２、振動吸収材３０、及びノズル板１９を組み立てて本インクジェットヘッドを製造する組立工程において、ベース部材１１と振動吸収材３０との接着効果、及びノズル板１９と振動吸収材３０との接着効果が強化する。

また、本インクジェットヘッドでは、振動吸収材３０は、ノズル板１９と対向面の全面で接するように設けられていることが好ましい。

特許文献４に記載のインクジェットヘッドでは、振動吸収材が共通インク室とインク吐出チャンネルとの連通部を塞いだ状態で設けられているので、その製造方法において、共通インク室に振動吸収材を張り合わせる工程が必要になる。共通インク室の形状は、一般的に複雑である。それゆえ、特許文献４では、共通インク室に振動吸収材を張り合わせることがかなり困難である。

一方、本インクジェットヘッドでは、振動吸収材３０は、ノズル板１９と対向面の全面で接するように設けられているので、製造が容易なインクジェットヘッドを提供することが可能になる。インクジェットヘッドは、通常、溝１４が形成されたカバー部材１２と、ノズル板１９とを張り合わせることで作成される。本インクジェットヘッドでは、カバー部材１２とノズル板１９とを張り合わせる前に、振動吸収材３０がノズル板１９と対向面の全面で接するように、振動吸収材３０とノズル板１９とを張り合わせることが可能である。そして、その後、既存のプロセスで、このノズル板１９をカバー部材１２に張り合わせることが可能になる。

それゆえ、本インクジェットヘッドでは、特許文献４に記載のインクジェットヘッドと比較して、製造が容易なインクジェットヘッドを提供することが可能になる。

また、本発明のインクジェットヘッドでは、上記振動吸収材には、インクを通過させるインク通過孔３１が形成されていることが好ましい。カバー部材１２とノズル板１９とを張り合わせる前に、容易に振動吸収材３０にインクを通過させるインク通過孔３１を形成することが可能である。それゆえ、それゆえ、それゆえ、本インクジェットヘッドでは、特許文献４に記載のインクジェットヘッドと比較して、製造が容易なインクジェットヘッドを提供することが可能になる。

次に、上述の構成を備えた本インクジェットヘッドのインク液滴吐出動作について、図２〜図４に基づいて、以下に説明する。図２は、本インクジェットヘッドを駆動する駆動信号の波形を示すグラフである。

図２に示すように、インク吐出チャンネルに印加される駆動信号（駆動電圧）３２は、第１の駆動パルス３３と第２の駆動パルス３４とからなる。同図に示すように、インク吐出チャンネルには、第１の駆動パルス３３として電圧Ｖが、時間ＡＰ印加される。次いで、第２の駆動パルス３４として、第１の駆動パルス３３と逆向きの電圧−Ｖが、時間２ＡＰ印加される。そして、時間３ＡＰ経過後、インク吐出チャンネルには電圧が印加されない。

なお、図２に示された「ＡＰ」は、第１の駆動パルス３３が印加される時間を示し、本実施形態では、ＡＰを２．２５μｓｅｃと設定している。また、「Ｖ」は、駆動パルスの大きさを表しており、本実施形態では、Ｖを１５Ｖと設定している。しかしながら、上記の時間ＡＰ、及び電圧Ｖの設定は、これに限定されるものではない。

図３は、図２の駆動信号に基づいて駆動された場合のインク吐出チャンネルの状態を示す断面図である。図３（ａ）は、第１の駆動パルス３３を印加する時間０と時間ＡＰとの間の期間（ＡＰ）におけるインク吐出チャンネルの状態を示し、図３（ｂ）は、第２の駆動パルス３４を印加する時間ＡＰと時間３ＡＰとの間の期間（２ＡＰ）におけるインク吐出チャンネルの状態を示し、図３（ｃ）は、時間３ＡＰ経過後のインク吐出チャンネルの状態を示す。なお、ここでは、インク液滴の吐出は、チャンネルＢ１から行うものとする。

図３（ａ）に示すように、第１の駆動パルス３３を印加する期間（０〜ＡＰ）では、インク吐出チャンネルＢ１の一対の駆動電極ＰＢ１，ＰＢ２に＋Ｖの駆動電圧が印加される一方、両隣のインク吐出チャンネルＡ１，Ｃ１の一対の駆動電極ＰＡ１，ＰＡ２；ＰＣ１，ＰＣ２には、駆動電圧が印加されない。このとき、同図に示すように、インク吐出チャンネルＢ１を形成する側壁（チャンネル壁）ＷＡＢ，ＷＢＣには、その厚さ方向に電界が与えられることになる。その結果、矢印方向の分極が発生し、インク吐出チャンネルＢ１が拡開する。一方、残余のインク吐出チャンネルＡ１，Ｃ１の側壁ＷＡ，ＷＣには、電界が与えられず、インク吐出チャンネルＡ１，Ｃ１は、インク吐出チャンネルＢ１が拡大した体積の半分ずつ縮小することになる。

その後、第２の駆動パルス３４を印加する期間（ＡＰ〜３ＡＰ）では、インク吐出チャンネルＢ１の一対の駆動電極ＰＢ１，ＰＢ２に−Ｖの駆動電圧が印加される一方、両隣のインク吐出チャンネルＡ１，Ｃ１の一対の駆動電極ＰＡ１，ＰＡ２；ＰＣ１，ＰＣ２には、駆動電圧が印加されない。このとき、同図に示すように、インク吐出チャンネルＢ１を形成する側壁（チャンネル壁）ＷＡＢ，ＷＢＣには、図３（ａ）とは逆方向に電界が与えられることになる。その結果、矢印方向の分極が発生し、インク吐出チャンネルＢ１が収縮する。一方、残余のインク吐出チャンネルＡ１，Ｃ１の側壁ＷＡ，ＷＣには、電界が与えられず、インク吐出チャンネルＡ１，Ｃ１は、インク吐出チャンネルＢ１が縮小した体積の半分ずつ拡大することになる。

さらに、その後（時間３ＡＰ経過後）には、インク吐出チャンネルＢ１の一対の駆動電極ＰＢ１，ＰＢ２には電圧が印加されていない状態になる。この状態では、図３（ｃ）に示すように、インク吐出チャンネルＡ１，Ｂ１，Ｃ１に変形は生じない。

図４は、図３に示すインク吐出チャンネルＢ１の状態におけるインク液滴の吐出の状態を示す説明図である。同図に示されるように、インクは、時間Ｔ＝０〜ＡＰの期間（第１の駆動パルス３３を印加する期間）に、ノズル孔１１０内に引き込まれるようになる。そして、時間Ｔ＝ＡＰ〜２ＡＰの期間に、インクがノズル孔１１０から盛り上がり、くびれが生じはじめる。そして、このくびれが時間経過とともに大きくなり、時間Ｔ＝３ＡＰ付近で、インクがインク液滴として吐出される。

本インクジェットヘッドでは、溝１４を形成するチャンネル壁１３が駆動信号３２によって剪断変形し振動することによって、インク吐出チャンネル１２０内に圧力変動が生じる。この圧力変動により、インクが吐出するために必要である。しかしながら、この圧力変動は、インクの吐出後にも、残留振動をもたらすことになる。本インクジェットヘッドでは、残留振動を吸収する振動吸収材３０が設けられている。これにより、インク液滴吐出後の残留振動が抑制される。

以下、図５及び図６に基づいて、本インクジェットヘッドのよる残留振動の抑制効果について説明する。図５は、従来のインクジェットヘッドを図２に示す駆動信号により印加した場合におけるインク吐出チャンネル内の圧力の時間経過を示すグラフである。また、図６は、本インクジェットヘッドを図２に示す駆動信号により印加した場合におけるインク吐出チャンネル内の圧力の時間経過を示すグラフである。なお、図５及び図６では、駆動信号との対応関係を分かりやすくするため、図２に示した駆動信号の信号波形を点線で示している。

上述したように、インク液滴は、時間Ｔ＝３ＡＰ付近で吐出される。図５及び図６に示すように、インク液滴が吐出されるまでの時間（Ｔ＝０〜３ＡＰの期間）における、インク吐出チャンネル内の圧力変動は、本インクジェットヘッドと従来のインクジェットヘッドとの間で、あまり大差がない。

一方、インク吐出後、すなわち時間Ｔ＝３ＡＰ経過後におけるインク吐出チャンネル内の圧力変動を比較すると、図５及び図６に示すように、本インクジェットヘッドのインク吐出チャンネルは、従来のインクジェットヘッドのインク吐出チャンネルよりも、圧力変動が小さくなっている。すなわち、本インクジェットヘッドでは、従来のインクジェットヘッドよりも残留振動が小さくなっていることがわかる。

その結果、本インクジェットヘッドでは、先行する液滴を噴射後、後続の液滴を噴射するためにチャンネル壁３を変形する場合、先行する液滴の噴射の影響を小さくすることができる。そして、液滴を安定して噴射することができ、液滴の噴射速度、体積を一定にすることができる。

本インクジェットヘッドは、インク吐出孔を有するノズルプレートと、インクを吐出するためにインクにエネルギーを与える上記インク吐出孔に連通した個別液室と該個別液室に連通する共通液室が形成された流路形成部材とを結合するノズルプレート接着面を備え、上記ノズルプレート接着面に、上記流路形成部材の一部表面がインクと接するように振動吸収材を備える構成であるともいえる。これにより、インク吐出チャンネルに残留している圧力波の振幅を弱めることができる。

また、この場合、上記振動吸収材は、有機合成ゴムを含むことが好ましい。この構成上記発明において好ましくは、上記有機合成ゴムは親水化処理されている。この構成を採用することによって、インクに対する濡れ性を向上し、吐出効率を高めることができる。

この場合、上記振動吸収材が上記ノズルプレートと接する構成であってもよい。この構成を採用することによって、製造が容易なインクジェットヘッドを供給することができる。

上記発明において好ましくは、上記振動吸収材には、上記振動吸収材を貫通した孔を設ける。この構成を採用することによって、製造が容易なインクジェットヘッドを供給することができる。

上記発明において好ましくは、上記振動吸収材に設けられた孔の直径は、ノズルプレートに設けられたインク吐出孔の直径より大きい。この構成を採用することによって、インクの流路抵抗が小さくすることができる。

上記発明において好ましくは、上記振動吸収材に設けられた孔は、ノズルプレートを構成する部材の孔加工と同一の装置で設ける。この構成を採用することによって、製造が容易なインクジェットヘッドを供給することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明のインクジェットヘッドは、以上のように、残留振動の影響をなくし、先行するインク液滴の吐出に影響されることなく、インク液滴を、常に安定して連続的に吐出することができるので、印刷産業に適用できる。

本発明の実施の一形態のインクジェットヘッドの構造を示す斜視説明図である。 インクジェットヘッドに印加する駆動信号の波形を示すグラフである。 図２の駆動信号に基づいて駆動された場合のインク吐出チャンネルの状態を示す断面図である。（ａ）は、第１の駆動パルスを印加する期間におけるインク吐出チャンネルの状態を示し、（ｂ）は、第２の駆動パルスを印加する期間におけるインク吐出チャンネルの状態を示し、（ｃ）は、その後のインク吐出チャンネルの状態を示す。 図３に示すインク吐出チャンネルの状態におけるインク液滴の吐出の状態を示す説明図であり、（ａ）〜（ｆ）は、各時間におけるインク液滴の吐出の状態を示している。 従来のインクジェットヘッドを図２に示す駆動信号により印加した場合におけるインク吐出チャンネル内の圧力の時間経過を示すグラフである。 図１のインクジェットヘッドを図２に示す駆動信号により印加した場合におけるインク吐出チャンネル内の圧力の時間経過を示すグラフである。 従来のインクジェットヘッドの構造の一例を示す斜視説明図である。 図７のインクジェットヘッドにおけるインク吐出チャンネルの変形状態の説明図であり、（ａ）は、駆動電極に電界が印加されていない状態を示し、（ｂ）及び（ｃ）は、駆動電極（チャンネル壁）がシェアモードにより変形された状態を示す。

符号の説明

１，１１ ベース部材（基体）
２，１２ カバー部材
３，１３ チャンネル壁（隔壁）
４，１４ 溝
５，１５ 駆動電極
９，１９ ノズル板
１０，１１０ ノズル孔（インク吐出孔）
３２ 駆動信号（駆動電圧）
２１，１２１ インク供給口
２２，１２２ 溝
３０ 振動吸収材
３１ インク通過孔

Claims (10)

1. インクを通過させる溝が形成された基体と、上記溝の前部を閉塞しインク吐出チャンネルを形成するノズル板とを備え、
   上記溝を形成する隔壁に、該隔壁を変形させるための駆動電圧を印加する駆動電極が形成されたインクジェットヘッドであって、
   上記ノズル板には、上記隔壁の変形後に発生する残留振動を吸収する振動吸収材が設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 上記振動吸収材は、上記ノズル板と対向面の全面で接するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 上記振動吸収材には、インクを通過させるインク通過孔が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 上記ノズル板には、インクを液滴として吐出するインク吐出孔が形成されており、
   上記インク通過孔の直径は、上記インク吐出孔の直径よりも大きくなっていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 上記インク通過孔は、ノズル板におけるインク吐出孔の加工と同一の加工により形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載のインクジェットヘッド。
6. 上記振動吸収材には、親水化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 上記振動吸収材は、弾性体から構成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
8. 上記振動吸収材はゴムを含むことを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッド。
9. 上記駆動電極は、上記溝を形成する隔壁を剪断変形させるための駆動電圧を印加するようになっていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。

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