JP2009166269A - インクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インク吐出速度の均一化を図ることを目的とする。
【解決手段】 インクを収容したインク室１０と、電圧を印加することで変形可能な圧電素子１１と、圧電素子１１で区切られて並列に形成された複数のチャネル１２と、チャネル１２の長手方向の一端部に配設されて被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔１３と、が備えられたインクジェットヘッドチップにおいて、複数のチャネル１２が形成されたアクチュエータプレート１５は、少なくとも、圧電素子１１を構成する圧電材料からなる圧電層１５Ａと、圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率基板層１５Ｂと、を積層させた構成からなり、チャネル１２の底面に絶縁性低誘電率材料が露出されている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電圧印加により圧電素子を変形させてチャネル内圧を上昇させてノズル孔からインク滴を吐出させるピエゾ方式のインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置に関する。

上記したピエゾ方式のインクジェットヘッドチップとしては、従来、インクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、チャネルに連通して被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、を備えた構成が知られている。

具体的に説明すると、インクジェットヘッドチップは、一面側に上記インク室が形成されたインク室プレートと、一面側に上記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートと、上記ノズル孔が一列に複数形成されたノズルプレートと、が備えられており、インク室プレートの他面側とアクチュエータプレートの一面側とを接合させてインク室プレートとアクチュエータプレートとを重ね合わせるとともに、アクチュエータプレートのチャネル長手方向の一端側にノズルプレートを接合した構成になっている。インク室プレートにはインク導入孔が形成されており、このインク導入孔を介してインク室とチャネルとが連通され、インク室内のインクがチャネルに供給される。このような構成からなるインクジェットヘッドチップによれば、圧電素子に電圧を印加して圧電素子を変形させ、その圧電素子で区切られたチャネルの容積を収縮させてチャネル内圧を上昇させることにより、そのチャネル内のインクをノズル孔から吐出させ、被記録媒体に対してインク滴を吹き付けることができる。

なお、上記したインクジェットヘッドチップには、吐出チャネル（ノズル孔に連通したチャネル）が連続的に並べて設けられたシェアードウォールタイプと、吐出チャネルと非吐出チャネル（ノズル孔に連通していないチャネル）とが交互に並べて設けられた独立チャネルタイプと、がある。

上記したインクジェットヘッドチップにおいては、インクジェットプリンタによる印刷物の画質向上を図るべく、一列に配列された各ノズル孔からの吐出速度を均一化することが望まれている。
そこで、従来、下記特許文献１に示されているような、駆動波形を最適化する技術が提案されている。この技術は、シェアードウォールタイプのインクジェットヘッドチップに適用可能な技術であり、単発或いは断続的にインクを吐出させる吐出チャネルの非吐出時に、インクが吐出された吐出チャネルの復元タイミングに合わせて、インクが吐出しない程度の短いパルスを印加する。この技術によれば、単発或いは断続的にインクを吐出させる吐出チャネルのノズル孔からのインク吐出速度が、連続的にインクを吐出させる吐出チャネルのノズル孔からのインク吐出速度に比べて遅くなる問題が解消され、各ノズル孔からのインク吐出速度の均一化を図ることができる。
特開２００６−２２４５４５号公報

しかしながら、上記した従来の技術では、チャネル並列方向の中間部分の吐出チャネルとチャネル並列方向の両端部分の吐出チャネルとで、ノズル孔からのインク吐出速度に差異が生じ、各ノズル孔からのインク吐出速度を十分に均一化することができないという問題がある。具体的に説明すると、シェアードウォールタイプのインクジェットヘッドチップでは、両端部分のノズル孔からの吐出速度が中間部分のノズル孔よりも遅くなり、また、独立チャネルタイプのインクジェットヘッドチップでは、両端部分のノズル孔からの吐出速度が中間部分のノズル孔よりも速くなる。このようなインク吐出速度に差異が生じる原因としては、両端部分の吐出チャネルと中間部分の吐出チャネルとでは、その電気的状態が異なっているためと考えられる。すなわち、中間部分の吐出チャネルは、その両側に他の吐出チャネルがそれぞれ多数形成されており、これら他の吐出チャネルにかかる電界の影響を両側からそれぞれ受けるのに対し、両端部分の吐出チャネルは、片側にのみ他の吐出チャネルが多数形成されており、他の吐出チャネルにかかる電界の影響を片側だけから受けるためである。

また、同様な現象として、例えば中央付近のいくつかのノズル孔だけからインク滴を吐出させると、それらのノズル孔のうちの両端のノズル孔からのインク吐出速度に差異が生じる。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、複数のノズル孔からのインク吐出速度の差異を生じにくくさせ、各ノズル孔からのインク吐出速度の均一化を図ることができるインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置を提供することを目的としている。

本発明に係るインクジェットヘッドチップは、インクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、該圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、前記チャネルの長手方向の一端部に配設されて被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、が備えられたインクジェットヘッドチップにおいて、前記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートは、少なくとも、前記圧電素子を構成する圧電材料からなる圧電層と、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率基板層と、を積層させた構成からなり、前記チャネルの底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出されていることを特徴としている。

このような特徴により、圧電素子に対して電圧を印加して圧電素子を変形させる。これにより、変形した圧電素子に隣接するチャネルの容積が収縮され、チャネル内のインクがノズル孔から吐出される。このとき、電圧が印加された各チャネルは、それぞれ近似した電気的状態となる。すなわち、隣り合う圧電素子同士が低誘電率基板層によって互いに電気的に分断された状態になっており、各チャネルは、他のチャネルにかかる電界の影響を受け難くなっている。したがって、駆動する各チャネルは、それぞれ近似した電気的状態となる。

また、本発明に係るインクジェットヘッドチップは、前記複数のチャネルには、前記ノズル孔に連通されているとともにインク導入孔を介して前記インク室に連通された吐出チャネルと、前記インク室からのインクの供給が遮断された非吐出チャネルと、が備えられ、前記吐出チャネルと前記非吐出チャネルとがチャネル並列方向に交互に配設されており、前記吐出チャネルの一端部は、その底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出された状態で前記アクチュエータプレートの端面まで延在され、前記吐出チャネルの他端部は、前記アクチュエータプレートの端面の手前まで延在されており、前記非吐出チャネルは、その底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出された状態で、少なくとも前記アクチュエータプレートの全長に亘って延在されていることが好ましい。

上記したインクジェットヘッドチップは、いわゆる独立チャネルタイプのインクジェットであり、１つの吐出チャネルとその両側の圧電素子とが１つの吐出ユニットとなっており、この吐出ユニットが非吐出チャネルを介して並列された構成になっている。また、非吐出チャネルが、底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態でアクチュエータプレートの全長に亘って延在されているので、チャネル長手方向の他端部（ノズル孔側の反対側）においても、隣り合う吐出チャネル同士が電気的に分断された状態となり、各吐出チャネルがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となる。これにより、各吐出チャネルは、他の吐出チャネルにかかる電界の影響をほとんど受けなくなり、各吐出チャネルは均一な電気的状態となる。

また、本発明に係るインクジェットヘッドチップは、前記複数のチャネルは、それぞれ、前記ノズル孔に連通されているとともにインク導入孔を介して前記インク室に連通された吐出チャネルであり、前記吐出チャネルの一端部は、その底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出された状態で前記アクチュエータプレートの端面まで延在され、前記吐出チャネルの他端部は、前記アクチュエータプレートの端面の手前まで延在されている構成であってもよい。

上記したインクジェットヘッドチップは、いわゆるシェアードウォールタイプのインクジェットであり、吐出チャネルが圧電素子を介して並列された構成になっており、各吐出チャネルは、他の吐出チャネルにかかる電界の影響を受け難くなっている。

また、本発明に係るインクジェットヘッドチップは、前記アクチュエータプレートには、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなり、前記低誘電率基板層上に積層されるとともに前記圧電層に隣接する低誘電率層が備えられており、前記吐出チャネルの他端部が前記低誘電率層で閉塞されていることが好ましい。

これにより、隣り合う圧電素子同士が低誘電率基板層及び低誘電率層により完全に電気的に分断され、各吐出ユニットがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となる。これにより、各吐出チャネルは、他の吐出チャネルにかかる電界の影響をほとんど受けなくなり、各吐出チャネルは均一な電気的状態となる。

本発明に係るインクジェットヘッドチップの製造方法は、インクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、該圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、前記チャネルの長手方向の一端部に配設されて被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、が備えられたインクジェットヘッドチップの製造方法であって、少なくとも、前記圧電素子を構成する圧電材料からなる圧電層と、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率基板層と、が積層されてなる積層板の圧電層側の面に、前記絶縁性低誘電率材料が露出する深さでチャネルを並列に複数切削し、前記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートを形成する工程と、隣り合う前記チャネル間に形成された圧電体の側面に電極を形成して前記圧電素子を形成する工程と、前記インク室と、該インク室内のインクを前記チャネルに導入させるためのインク導入孔と、がそれぞれ形成されたインク室プレートを前記アクチュエータプレートの圧電層側に接合するとともに、前記ノズル孔が形成されたノズルプレートを前記アクチュエータプレートのチャネル長手方向の一端側に接合する工程と、を備えることを特徴としている。

このように、圧電層と低誘電率基板層とを積層させて積層板を形成した後、その積層板の圧電層側の面にチャネルを切削してアクチュエータプレートを形成し、その後、アクチュエータプレートにインク室プレート及びノズルプレートをそれぞれ接合させることにより、上述したインクジェットヘッドチップが製作される。また、チャネルを形成するとき、絶縁性低誘電率材料が露出する深さで切削するので、隣り合う圧電素子同士が低誘電率基板層により互いに電気的に分断される。

本発明に係るインクジェットヘッドは、上記したインクジェットヘッドチップを備えることを特徴としている。
本発明に係るインクジェット記録装置は、上記したインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドに備えられた前記インクジェットヘッドチップのインク室にインクを供給するインク供給手段と、前記インクジェットヘッドチップのノズル孔に対向する位置を通過するように被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、を備えたことを特徴としている。

このような特徴により、被記録媒体搬送手段によって搬送された被記録媒体にインクジェットヘッドチップのノズル孔からインク滴が吹き付けられる。このとき、各チャネルはそれぞれ他のチャネルの圧電素子の電界の影響を受けることがなく、各チャネルは近似した電気的状態となるため、複数のノズル孔からのインク滴の吐出速度が均一化される。

本発明に係るインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置によれば、各チャネルがそれぞれ近似した電気的状態になるため、複数のノズル孔からのインク吐出速度の差異が生じにくくなり、インク吐出速度の均一化を図ることができる。これにより、印刷の画質を向上させることができる。

以下、本発明に係るインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置の実施の形態について、図面に基いて説明する。

［第一実施形態］
まず、本発明の第一実施形態について説明する。
図１は本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視図であり、図２は本発明に係るインクジェットヘッドチップを備えるインクジェットヘッドを示す斜視図であり、図３は本発明に係るインクジェットヘッドチップの一例を示す斜視図であり、図４は図３に示すインクジェットヘッドチップ４１の分解斜視図であり、図５は図３に示すＡ−Ａ間の断面図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置１は、紙等の被記録媒体Ｓを搬送する一対の搬送手段２，３と、被記録媒体Ｓにインクを吐出するインクジェットヘッド４と、インクジェットヘッド４にインクを供給するインク供給手段５と、インクジェットヘッド４を被記録媒体Ｓの搬送方向（以下、Ｙ方向と記す。）と略直交する方向（以下、Ｘ方向と記す。）に走査させる走査手段６と、を備えている。

一対の搬送手段２，３は、それぞれＸ方向に延設されたグリッドローラ２０，３０と、グリッドローラ２０，３０に平行して延設されたピンチローラ２１，３１と、グリッドローラ２０，３０を軸回転させるモータ等の図示せぬ駆動機構と、を備えている。

インク供給手段５は、インクが収容されたインクタンク５０と、インクタンク５０とインクジェットヘッド４とを接続するインク供給管５１と、を備えている。インクタンク５０は、複数備えられており、具体的には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類のインクのインクタンク５０Ｙ，５０Ｍ、５０Ｃ，５０ＢがＹ方向に並べて設けられている。インク供給管５１は、インクジェットヘッド４（キャリッジ６２）の動作に対応可能な可撓性を有するフレキシブルホースからなる。

走査手段６は、Ｘ方向に延設された一対のガイドレール６０，６１と、一対のガイドレール６０，６１に沿って摺動可能なキャリッジ６２と、キャリッジ６２をＸ方向に移動させる駆動機構６３と、を備えている。駆動機構６３は、一対のガイドレール６０，６１の間に配設された一対のプーリ６４，６５と、一対のプーリ６４，６５間に巻回された無端ベルト６６と、一方のプーリ６４を回転駆動させる駆動モータ６７と、を備えている。一対のプーリ６４，６５は一対のガイドレール６０，６１の両端部間にそれぞれ配設されており、Ｘ方向に間隔をあけて配置されている。無端ベルト６６は一対のガイドレール６０，６１間に配設されており、この無端ベルトにはキャリッジ６２が連結されている。キャリッジ６２には複数のインクジェットヘッド４が搭載されており、具体的には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類のインクのインクジェットヘッド４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４ＢがＸ方向に並べて搭載されている。

図２に示すように、インクジェットヘッド４は、取付基盤４０と、インクジェットヘッドチップ４１と、流路基板４２と、圧力調整部４３と、ベースプレート４４と、配線基板４５と、を備えている。取付基盤４０はキャリッジ６２の基台６２ａにネジ等で固定されており、この取付基盤４０にはインクジェットヘッドチップ４１が取り付けられている。流路基板４２はインクジェットヘッドチップ４１の一面側に取り付けられている。流路基板４２の内部にはインクを流通させるための図示せぬ流通路が形成されており、流路基板４２の上面には前記流通路に連通する流入口４２ａが形成されている。圧力調整部４３は、インクの圧力変動を吸収するためのものであり、インクを貯留する図示せぬ貯留室を有している。圧力調整部４３は、ベースプレート４４の上端に突設された支持部４４ａの先端に固定されている。圧力調整部４３の上部には、インク供給管５１が接続されるインク取込口４３ａが設けられており、圧力調整部４３の下部には流路基板４２の流入口４２ａに接続されるインク吐出口４３ｂが設けられている。ベースプレート４４は取付基盤４０の上面に略垂直に立設されており、このベースプレート４４の表面には配線基板４５が取り付けられている。配線基板４５にはインクジェットヘッドチップ４１を制御する制御回路４５ａが形成されている。

図３、図４に示すように、インクジェットヘッドチップ４１には、インクが収容されたインク室１０と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子１１と、圧電素子１１で区切られて並列に形成された複数のチャネル１２と、図１に示す被記録媒体Ｓに向けてインク滴を吐出するノズル孔１３と、が備えられている。
具体的に説明すると、インクジェットヘッドチップ４１は、いわゆる独立チャネルタイプのインクジェットヘッドチップであって、ノズル孔１３が形成されたノズルプレート１４と、複数の圧電素子１１が間隔をあけて並列に立設されて複数のチャネル１２が形成されたアクチュエータプレート１５と、インク室１０が形成されたインク室プレート１６と、ノズルプレート１４を支持するためのノズルキャップ８と、を備えている。

アクチュエータプレート１５は、圧電素子１１を構成する例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなる圧電層１５Ａと、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料（例えば、アルミナセラミックス、窒化アルミ、ジルコニア等）からなる低誘電率基板層１５Ｂと、を積層させた構成からなる矩形プレートである。アクチュエータプレート１５の一面側（圧電層１５Ａ側）には、アクチュエータプレート１５の短手方向（以下、Ｚ方向と記す。）に延びる断面視矩形の凹溝状のチャネル１２が形成されている。チャネル１２は、アクチュエータプレート１５の長手方向（Ｙ方向）の方向に所定間隔をあけて複数配列されている。

図４、図５に示すように、上記したチャネル１２の底面には絶縁性低誘電率材料が露出されている。具体的に説明すると、チャネル１２は圧電層１５Ａの厚さと同等の深さで形成されており、チャネル１２の底面は圧電層１５Ａ及び低誘電率基板層１５Ｂの境界面と面一になっている。すなわち、チャネル１２の底面は絶縁性低誘電率材料からなり、チャネル１２の内壁面は圧電材料からなる。

また、チャネル１２には、複数の吐出チャネル１２Ａ（コモンチャネル）と、隣り合う吐出チャネル１２Ａ間に配設された非吐出チャネル１２Ｂ（アクティブチャネル）と、が備えられている。これら吐出チャネル１２Ａと非吐出チャネル１２Ｂとは、チャネル並列方向（Ｙ方向）に交互に並べて設けられている。つまり、隣り合う一対の圧電素子１１とその間に形成される１つの吐出チャネル１２Ａとが１つの吐出ユニット７となっており、この吐出ユニット７が非吐出チャネル１２Ｂを介してＹ方向に並列に設けられた構成になっている。

吐出チャネル１２Ａは、インク滴を吐出させることが可能なチャネル１２であり、ノズル孔１３に連通されているとともにインク導入孔９を介してインク室１０に連通されている。図４に示すように、吐出チャネル１２Ａの先端部（ノズル孔１３側の端部）はその底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態でアクチュエータプレート１５の端面まで延在されており、吐出チャネル１２Ａの先端はノズルプレート１４によって閉塞されている。吐出チャネル１２Ａの基端部（ノズル孔１３側の反対側の端部）はアクチュエータプレート１５の端面の手前まで延在されている。つまり、吐出チャネル１２Ａの基端側は圧電層１５Ａで閉塞されている。また、吐出チャネル１２Ａの基端部の底面は傾斜されており、吐出チャネル１２Ａの基端部は基端側に向かうに従い漸次浅くなっている

非吐出チャネル１２Ｂは、インク滴を吐出させることができないチャネル１２であり、インク室１０に連通されてなく、インク室１０からのインクの供給が遮断されている。非吐出チャネル１２Ｂは、図４に示すように、その底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態でアクチュエータプレート１５の全長に亘って延在されており、非吐出チャネル１２Ｂの先端はノズルプレート１４によって閉塞され、非吐出チャネル１２Ｂの基端は開放されている。

隣り合うチャネル１２間には、圧電素子１１が形成されている。圧電素子１１は、断面視矩形の圧電体１７と、その圧電体１７の両側面にそれぞれ設けられた駆動電極１８と、を備えている。圧電体１７は、隣り合うチャネル１２間に形成されたＺ方向に延在する側壁部であり、圧電層１５Ａと低誘電率基板層１５Ｂとを積層させた積層板１５´（図６に示す。）の圧電層１５Ａ側の面に矩形溝（チャネル１２）を所定ピッチで複数並列に形成することにより形成される。駆動電極１８は、Ｚ方向に延びる帯状の電極であり、圧電体１７の側面の上部に蒸着されている。

また、アクチュエータプレート１５には、コモン引き出し電極１９ａと、アクティブ引き出し電極１９ｂと、連結電極１９ｃと、が備えられている。コモン引き出し電極１９ａは、アクチュエータプレート１５の基端部の一面側に配設されており、吐出チャネル１２Ａの内壁面に配設された駆動電極１８ａの基端部に連結されている。アクティブ引き出し電極１９ｂは、コモン引き出し電極１９ａに対して間隔をあけて並列に配設されており、吐出チャネル１２Ａを挟んで配設された両側の非吐出チャネル１２Ｂのうちの一方の内壁面に配設された駆動電極１８ｂに連結されている。連結電極１９ｃは、両側の非吐出チャネル１２Ｂのうちの一方の内壁面に配設された駆動電極１８ｂの基端部と他方の内壁面に配設された駆動電極１８ｃの基端部とを連結する電極であり、コモン引き出し電極１９ａ及びアクティブ引き出し電極１９ｂの基端側に配設されている。

また、アクチュエータプレート１５の基端部と配線基板４５との間には、図３に示す可撓性を有するフレキシブル基板４６が介装されている。このフレキシブル基板４６には図示せぬ電極パターンが形成されており、この電極パターンを介して各引き出し電極１９ａ，１９ｂと配線基板４５の制御回路４５ａとが接続されている。

インク室プレート１６は、アクチュエータプレート１５に重ね合わせられた矩形プレートであり、チャネル１２を閉塞するように配設されている。インク室プレート１６の一面側（アクチュエータプレート１５側の反対側）には、インク室プレート１６の長手方向（Ｙ方向）に延びた平面視矩形の凹溝状のインク室１０が形成されている。インク室１０の底面には、インク室プレート１６の他面側（アクチュエータプレート１５側）に貫通した矩形のインク導入孔９が形成されている。このインク導入孔９を介してインク室１０と吐出チャネル１２Ａとは連通されている。つまり、インク導入孔９は吐出チャネル１２Ａの上方に配設されている。一方、非吐出チャネル１２Ｂの上方にはインク導入孔９が形成されていない。
また、インク室プレート１６の一面側には、図２に示す流路基板４２が接合されて重ね合わせられており、インク室１０は流路基板４２の図示せぬ流路に連通されている。

ノズルプレート１４は、アクチュエータプレート１５のチャネル先端側の端面に接合された矩形プレートであり、チャネル１２の先端を閉塞するように配設されている。ノズルプレート１４には、複数のノズル孔１３がチャネル並列方向（Ｙ方向）に一列に並べて設けられている。これらノズル孔１３は、吐出チャネル１２Ａの先端位置に配設されており、非吐出チャネル１２Ｂの先端位置には設けられていない。

ノズルキャップ８は、アクチュエータプレート１５及びインク室プレート１６が挿通される開口８ａが形成されたブロック体であり、ノズルプレート１４の背面（被記録媒体Ｓに対向する面の反対側の面）に接合されている。

ここで、上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ４１の製造方法について説明する。
図６はインクジェットヘッドチップ４１の製造工程を表した断面図である。

図６（ａ）に示すように、まず、圧電層１５Ａと低誘電率基板層１５Ｂとが積層されてなる積層板１５´を用意する。
そして、図６（ｂ）に示すように、積層板１５´の圧電層１５Ａ側の面にチャネル１２（吐出チャネル１２Ａ及び非吐出チャネル１２Ｂ）を並列に複数切削してアクチュエータプレート１５を形成する工程を行う。このとき、低誘電率基板層１５Ｂの絶縁性低誘電率材料が露出する深さでチャネル１２を切削する。具体的に説明すると、チャネル１２は、圧電層１５Ａの厚さと同等の深さで切削する。
次に、図６（ｃ）に示すように、隣り合うチャネル１２間に形成された圧電体１７の側面に駆動電極１８を形成して圧電素子１１を形成する工程を行う。このとき、図４に示すコモン引き出し電極１９ａ、アクティブ引き出し電極１９ｂ及び連結電極１９ｃもアクチュエータプレート１５に形成する。
次に、図６（ｄ）に示すように、アクチュエータプレート１５の圧電層１５Ａ側にインク室プレート１６を接合するとともに、アクチュエータプレート１５のチャネル長手方向の先端側に図４に示すノズルプレート１４を接合する工程を行う。このとき、インク室プレート１６に形成されたインク導入孔９が吐出チャネル１２Ａの位置に配置されるように、インク室プレート１６とアクチュエータプレート１５との相対的な位置合わせを行う。また、ノズルプレート１４に形成されたノズル孔１３が吐出チャネル１２Ａの位置に配置されるように、ノズルプレート１４とアクチュエータプレート１５との相対的な位置合わせを行う。
以上の工程により、図６（ｅ）に示すように、上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ４１が製作される。

次に、上記した構成からなるインクジェット記録装置１及び、上記した製造方法により製造されたインクジェットヘッドチップ４１の作用について説明する。

まず、インク供給手段５により、インクタンク５０内のインクをインクジェットヘッド４に供給しておく。詳しく説明すると、インクタンク５０内のインクは、インク供給管５１を通ってインクジェットヘッド４側へ流通し、インク取込口４３ａから圧力調整部４３内に流入する。圧力調整部４３内に貯留されたインクは、インク吐出口４３ｂから流出し、流入口４２ａから流路基板４２内に流入し、流路基板４２内の流通路を通ってインクジェットヘッドチップ４１のインク室１０内に供給される。インク室１０内のインクは、インク導入孔９を通って各吐出チャネル１２Ａにそれぞれ流入する。なお、非吐出チャネル１２Ｂの位置にはインク導入孔９が形成されていないため、インク室１０内のインクが非吐出チャネル１２Ｂに流入することはなく、非吐出チャネル１２Ｂは空の状態になっている。

次に、一対の搬送手段２，３により被記録媒体ＳをＹ方向に搬送する。詳しく説明すると、上流側のグリッドローラ２０とピンチローラ２１との間に被記録媒体Ｓを挟み込ませた状態で、図示せぬ駆動機構により上流側のグリッドローラ２０を軸回転させる。これにより、被記録媒体Ｓは、インクジェットヘッドチップ４１（ノズルプレート１４）の下を通ってＹ方向に搬送される。インクジェットヘッドチップ４１を通過した被記録媒体Ｓは、下流側のグリッドローラ３０とピンチローラ３１との間に挟み込まれる。そして、図示せぬ駆動機構により下流側のグリッドローラ３０を軸回転させることにより、被記録媒体Ｓが排出される。

一方、上述したように被記録媒体Ｓがインクジェットヘッド４（インクジェットヘッドチップ４１）の下方を通過する間に、走査手段６によりインクジェットヘッド４をＸ方向に走査させる。詳しく説明すると、まず、駆動機構６３の駆動モータ６７を駆動させ、一方のプーリ６４を回転駆動させる。これにより、無端ベルト６６が一対のプーリ６４，６５間で循環移動し、無端ベルト６６に固定されたキャリッジ６２がＸ方向に移動し、キャリッジ６２に搭載された複数のインクジェットヘッド４がＸ方向に走査する。

また、上述したインクジェットヘッド４の走査動作を行いながら、インクジェットヘッド４により被記録媒体Ｓにインク滴を吹き付ける。詳しく説明すると、配線基板４５の制御回路４５ａに駆動信号を送信し、制御回路４５ａからフレキシブル基板４６の図示せぬ電極パターン及びコモン引き出し電極１９ａ、アクティブ引き出し電極１９ｂ、連結電極１９ｃを介して、圧電素子１１の駆動電極１８に対して電圧を印加する。これにより、吐出チャネル１２Ａの両側の圧電素子１１が吐出チャネル１２Ａの内側に膨らむように湾曲変形される。このように吐出チャネル１２Ａの両側の圧電素子１１が変形することにより、吐出チャネル１２Ａの容積が収縮され、吐出チャネル１２Ａ内のインクがノズル孔１３から吐出される。

このとき、隣り合う圧電素子１１同士が低誘電率基板層１５Ｂによって互いに電気的に分断された状態になっており、駆動する各吐出チャネル１２Ａは、他のチャネル１２にかかる電界の影響を受け難くなっている。したがって、電圧が印加された各吐出チャネル１２Ａは、それぞれ近似した電気的状態となる。
特に、上記したインクジェットヘッドチップ４１では、非吐出チャネル１２Ｂが、底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態でアクチュエータプレート１５の全長に亘って延在されているので、チャネル長手方向の基端部においても、隣り合う吐出チャネル１２Ａ同士が電気的に分断された状態となり、各吐出チャネル１２Ａがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となる。これにより、各吐出チャネル１２Ａは、他の吐出チャネル１２Ａにかかる電界の影響をほとんど受けなくなり、各吐出チャネル１２Ａは均一な電気的状態となる。

上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ４１、インクジェットヘッドチップ４１の製造方法、及びインクジェット記録装置１によれば、各吐出チャネル１２Ａがそれぞれ近似した電気的状態になるため、複数のノズル孔１３からのインク吐出速度の差異が生じにくくなり、インク吐出速度の均一化を図ることができる。これにより、印刷の画質を向上させることができる。

特に、上記したインクジェットヘッドチップ４１では、非吐出チャネル１２Ｂが、底面に低誘電率基板層１５Ｂの絶縁性低誘電率材料が露出された状態で、アクチュエータプレート１５の全長に亘って延在されており、各吐出チャネル１２Ａがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となるため、インク吐出速度の差異がほとんど生じなくなり、印刷の画質をより一層向上させることができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
なお、第二実施形態はインクジェットヘッドチップ１４１以外の構成が上述した第一実施形態と同様であり、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図７は本発明に係るインクジェットヘッドチップの一例を示す断面図である。

図７に示すように、インクジェットヘッドチップ１４１は、吐出チャネル１２Ａが連続的に配列された所謂シェアードウォールタイプのインクジェットヘッドチップであり、アクチュエータプレート１５の一面側（圧電層１５Ａ側）には、アクチュエータプレート１５の短手方向（Ｚ方向）に延びるチャネル１２がチャネル並列方向に所定の間隔をおいて複数形成されており、これら複数のチャネル１２のいずれもが、ノズル孔１３に連通されているとともにインク室１０に連通されている。すなわち、複数のチャネル１２はそれぞれインク滴を吐出する吐出チャネル１２Ａであり、圧電素子１１の両側に吐出チャネル１２Ａがそれぞれ隣接された構成になっている。この吐出チャネル１２Ａの先端部（ノズル孔１３側の端部）は、その底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態で、アクチュエータプレート１５の端面まで延在されており、吐出チャネル１２Ａの基端部（ノズル孔１３側の反対側の端部）は、アクチュエータプレート１５の端面の手前まで延在されている。

また、ノズルプレート１４に形成された複数のノズル孔１３は、連続する３つのノズル孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃを一組としており、これら３つのノズル孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、チャネル１２の深さ方向（Ｘ方向）に位置をずらして形成されている。具体的に説明すると、ノズル孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃのうちの真中のノズル孔１３ｂは、チャネル深さ方向の中央部分に形成されており、一方側（図７における左側）のノズル孔１３ａはチャネル深さ方向の低誘電率基板層１５Ｂ側（図７における下側）に形成されており、他方側（図７における右側）のノズル孔１３ｃはチャネル深さ方向の圧電層１５Ａ表面側（図７における上側）に形成されている。

次に、上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ１４１の作用について説明する。

上述した第一実施形態と同様にインクジェットヘッド４を走査させながら、インクジェットヘッド４のインクジェットヘッドチップ１４１から被記録媒体Ｓにインク滴を吹き付ける。詳しく説明すると、圧電素子１１の駆動電極１８に対して電圧を印加して圧電素子１１をチャネル内側に湾曲変形させ、上述した３つのノズル孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃに連通する各吐出チャネル１２Ａ₁〜１２Ａ₃の容積を順次収縮させ、３つのノズル孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃからインク滴を順次吐出させる。例えば、インクジェットヘッド４が図７に示す矢印方向に走査する場合、一方側のノズル孔１３ａ、真中のノズル孔１３ｂ、他方側ノズル孔１３ｃの順で、インク滴を順次吐出させる。これにより、３つのノズル孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃからそれぞれ吐出された各インク滴が被記録媒体Ｓ上でＹ方向に沿って並べられ、Ｙ方向に延在する直線が描かれる。また、各吐出チャネル１２Ａ₁〜１２Ａ₃のうちの１つ（例えば吐出チャネル１２Ａ₂）の容積を収縮させてノズル孔１３（例えば真中のノズル孔１３ｂ）からインク滴を吐出している際、他の吐出チャネル１２Ａ（例えば吐出チャネル１２Ａ₁，１２Ａ₃）の容積は膨張するため、他のノズル孔１３（例えば一方及び他方のノズル孔１３ａ，１３ｃ）からはインク滴が吐出されない。

上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ１４１によれば、各吐出チャネル１２Ａが他の吐出チャネル１２Ａにかかる電界の影響を受け難く、各吐出チャネル１２Ａがそれぞれ近似した電気的状態になるため、インク吐出速度の差異が生じにくくなり、インク吐出速度の均一化を図ることができ、印刷の画質を向上させることができる。

また、上記したインクジェットヘッドチップ１４１によれば、吐出チャネル１２Ａが連続的に配列されているので、インクジェットヘッドチップ１４１のチャネル並列方向の長さ寸法を変えずにノズル孔１３の数を増加させることができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
なお、第三実施形態はアクチュエータプレート１１５以外の構成が上述した第二実施形態と同様であり、上述した第一、第二実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図８はアクチュエータプレート１１５の一部分を拡大した斜視図である。

アクチュエータプレート１１５は、絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率基板層１５Ｂの上に、圧電材料からなる圧電層１５Ａと、絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率層１５Ｃと、が積層された構成からなる。圧電層１５Ａと低誘電率層１５Ｃとは、横並びに隣接されている。具体的には、圧電層１５Ａはアクチュエータプレート１１５の先端側の部分に配設されており、低誘電率層１５Ｃはアクチュエータプレート１１５の基端側の部分に配設されている。アクチュエータプレート１１５に形成された吐出チャネル１２Ａは、アクチュエータプレート１１５の先端面から低誘電率層１５Ｃの位置まで延設されており、吐出チャネル１２Ａの基端は、低誘電率層１５Ｃで閉塞されている。

上記したアクチュエータプレート１１５を備えるインクジェットヘッドチップ１４１によれば、隣り合う圧電素子１１同士が低誘電率基板層１５Ｂ及び低誘電率層１５Ｃにより完全に電気的に分断され、各吐出ユニット１２Ａがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となるため、各吐出チャネル１２Ａは、他の吐出チャネル１２Ａにかかる電界の影響をほとんど受けなくなり、各吐出チャネル１２Ａは均一な電気的状態となる。これにより、インク吐出速度の差異がほとんど生じなくなり、印刷の画質をより一層向上させることができる。

以上、本発明に係るインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記した実施の形態では、圧電層１５Ａ及び低誘電率基板層１５Ｂからなるアクチュエータプレート１５、或いは、圧電層１５Ａ、低誘電率基板層１５Ｂ及び低誘電率層１５Ｃからなるアクチュエータプレート２１５を備えるインクジェットヘッドチップ４１，１４１について説明しているが、本発明は、アクチュエータプレートに圧電層１５Ａ、低誘電率基板層１５Ｂ及び低誘電率層１５Ｃ以外の層が形成されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、チャネル１２が圧電層１５Ａの厚さと同等の深さになっており、チャネル１２の底面が圧電層１５Ａ及び低誘電率基板層１５Ｂの境界面と面一になっているが、本発明は、チャネル１２が圧電層１５Ａの厚さよりも深くなっており、チャネル１２の底面が上記境界面よりも深い位置に形成されていてもよい。例えば、図９に示すように、チャネル１２の深さの半分程度までが低誘電率基板層１５Ｂになっており、駆動電極１８が形成される分だけを圧電層１５Ａにした構成からなるアクチュエータプレート２１５を用いることもできる。これにより、チャネル１２の深さ方向の中央部分が屈曲点となって効率が向上し、浮遊容量を下げることができる。

また、上記した第三実施形態では、所謂シェアードウォールタイプのインクジェットヘッドチップ１４１に、圧電層１５Ａ、低誘電率基板層１５Ｂ及び低誘電率層１５Ｃを有するアクチュエータプレート２１５が備えられているが、本発明は、所謂独立チャネルタイプのインクジェットヘッドチップ４１に、圧電層１５Ａ、低誘電率基板層１５Ｂ及び低誘電率層１５Ｃを有するアクチュエータプレート２１５が備えられていてもよい。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第一実施形態を説明するためのインクジェット記録装置の斜視図である。 本発明の第一実施形態を説明するためのインクジェットヘッドの斜視図である。 本発明の第一実施形態を説明するためのインクジェットヘッドチップの斜視図である。 本発明の第一実施形態を説明するためのインクジェットヘッドチップの分解斜視図である。 図３に示すＡ−Ａ間の断面図である。 本発明に係るインクジェットヘッドチップの製造方法を表したインクジェットヘッドチップの断面図である。 本発明の第二実施形態を説明するためのインクジェットヘッドチップの断面図である。 本発明の第三実施形態を説明するためのアクチュエータプレートの部分拡大斜視図である。 本発明の他の実施形態を説明するためのインクジェットヘッドチップの断面図である。

符号の説明

１ インクジェット記録装置
２、３ 搬送手段
５ インク供給手段
９ インク導入孔
１０ インク室
１１ 圧電素子
１２ チャネル
１２Ａ 吐出チャネル
１２Ｂ 非吐出チャネル
１３ ノズル孔
１４ ノズルプレート
１５、１１５、２１５ アクチュエータプレート
１５Ａ 圧電層
１５Ｂ 低誘電率基板層
１５Ｃ 低誘電率層
１６ インク室プレート
１７ 圧電体
１８ 駆動電極（電極）
４１、１４１ インクジェットヘッドチップ
Ｓ 被記録媒体

Claims (7)

1. インクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、該圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、前記チャネルの長手方向の一端部に配設されて被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、が備えられたインクジェットヘッドチップにおいて、
   前記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートは、少なくとも、前記圧電素子を構成する圧電材料からなる圧電層と、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率基板層と、を積層させた構成からなり、
   前記チャネルの底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出されていることを特徴とするインクジェットヘッドチップ。
2. 請求項１記載のインクジェットヘッドチップにおいて、
   前記複数のチャネルには、前記ノズル孔に連通されているとともにインク導入孔を介して前記インク室に連通された吐出チャネルと、前記インク室からのインクの供給が遮断された非吐出チャネルと、が備えられ、
   前記吐出チャネルと前記非吐出チャネルとがチャネル並列方向に交互に配設されており、
   前記吐出チャネルの一端部は、その底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出された状態で前記アクチュエータプレートの端面まで延在され、前記吐出チャネルの他端部は、前記アクチュエータプレートの端面の手前まで延在されており、
   前記非吐出チャネルは、その底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出された状態で、少なくとも前記アクチュエータプレートの全長に亘って延在されていることを特徴とするインクジェットヘッドチップ。
3. 請求項１記載のインクジェットヘッドチップにおいて、
   前記複数のチャネルは、それぞれ、前記ノズル孔に連通されているとともにインク導入孔を介して前記インク室に連通された吐出チャネルであり、
   前記吐出チャネルの一端部は、その底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出された状態で前記アクチュエータプレートの端面まで延在され、前記吐出チャネルの他端部は、前記アクチュエータプレートの端面の手前まで延在されていることを特徴とするインクジェットヘッドチップ。
4. 請求項２又は３記載のインクジェットヘッドチップにおいて、
   前記アクチュエータプレートには、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなり、前記低誘電率基板層上に積層されるとともに前記圧電層に隣接する低誘電率層が備えられており、
   前記吐出チャネルの他端部は前記低誘電率層で閉塞されていることを特徴とするインクジェットヘッドチップ。
5. インクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、該圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、前記チャネルの長手方向の一端部に配設されて被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、が備えられたインクジェットヘッドチップの製造方法であって、
   少なくとも、前記圧電素子を構成する圧電材料からなる圧電層と、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率基板層と、が積層されてなる積層板の圧電層側の面に、前記絶縁性低誘電率材料が露出する深さでチャネルを並列に複数切削し、前記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートを形成する工程と、
   隣り合う前記チャネル間に形成された圧電体の側面に電極を形成して前記圧電素子を形成する工程と、
   前記インク室と、該インク室内のインクを前記チャネルに導入させるためのインク導入孔と、がそれぞれ形成されたインク室プレートを前記アクチュエータプレートの圧電層側に接合するとともに、前記ノズル孔が形成されたノズルプレートを前記アクチュエータプレートのチャネル長手方向の一端側に接合する工程と、
   を備えることを特徴とするインクジェットヘッドチップの製造方法。
6. 請求項１から４の何れか一項に記載のインクジェットヘッドチップを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 請求項６記載のインクジェットヘッドと、
   該インクジェットヘッドに備えられた前記インクジェットヘッドチップのインク室にインクを供給するインク供給手段と、
   前記インクジェットヘッドチップのノズル孔に対向する位置を通過するように被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、
   を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。

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