JP2009202455A

JP2009202455A - インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドを備えた塗布装置

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Publication number: JP2009202455A
Application number: JP2008047574A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hirano; 肇志平野
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP5040726B2

Abstract

【課題】単純な駆動回路を用いているにもかかわらず、クロストークに起因するヘッド単体の端部のインクチャネルからのインク適量の低下を改善し、印刷物品質を改善する。
【解決手段】インクチャネルの側壁における第１の圧電材料の積層方向の長さと第２の圧電材料の積層方向の長さの差の絶対値が、インクを吐出する複数のインクチャネルの配列方向の両端に位置する２つのインクチャネルにおいて、中央に位置するインクチャネルよりも小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。
【選択図】図９

Description

本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドを備えた塗布装置に関するものである。

インクジェット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タイプのインクジェットヘッドがある（特許文献１〜５参照）。また、アクチュエータとしてのチャネル側壁の高さの半分の位置で、上下方向に分極の方向が異なる２つの圧電材料を積層した複合材料を用いるいわゆるシェブロン方式と呼ばれる構造も従来より提案されている。

このせん断モードタイプのインクジェットヘッドでは、隣接するインクチャネルのクロストークが原因となって、連続駆動する場合の端部のインクチャネルに対応するノズルから吐出されるインク液滴の液滴量あるいは液滴速度が低下するという問題がある。

従来、このようなクロストークの問題を解決するための技術として、駆動波形を変更する技術（特許文献１）、個々のインクチャネルの駆動電圧またはパルス幅を調整する技術（特許文献２）、印字しているインクチャネルに隣接しているインクチャネルにダミーパルスを与える技術（特許文献３）、同相で駆動される隣接チャネルの駆動位相が重ならないようにする技術（特許文献４）、全インクチャネルを４つのグループに分けて４サイクルで分割駆動し、同一サイクルの駆動位相をずらす技術（特許文献５）等が知られている。
特開平１０−１６２１２号公報特開２０００−７９６８４号公報特開２０００−２５５０５５号公報特開２０００−２５５０５４号公報特開２００１−２３９６６５号公報

インクジェット方式による印刷や塗布を高速で行うシステムとして、複数のせん断モードタイプのインクジェットヘッドをライン状に並べて固定し、被印刷物や被塗布物に対して１パスで印刷あるいは塗布するシステムが考えられ、例えば、ロール状の被印刷物や被塗布物を連続的に処理することができる。

このとき問題になるのがヘッドの端部に発生するクロストークによる印刷濃度むらである。ヘッドの端部は構造的にクロストークが避けられないことから、ヘッドの繋ぎ目部分の濃度異常は筋状に固定した塗布欠陥となり、印刷物の品質を著しく損ねる。

図１５は、各インクチャネルの深さ及び各側壁における２つの圧電材料の積層方向の長さが互いに等しい３２個のインクチャネルを有するシェブロン構造のせん断モードタイプのインクジェットヘッドについて、共通の電圧パルスを印加して全インクチャネルを時分割で３周期（インクチャネル２本おきに）駆動させた場合の液適量分布の一例であり、一方の端部３チャネルと他方の端部３チャネルで液適量が著しく低下しているのが判る。

クロストーク対策として上記の従来技術が知られているが、駆動方法が複雑であるため、駆動回路が複雑化し、コストが上がる問題がある。一方で、ヘッドの端部に位置するインクチャネルでは、その外側に隣接部がほとんど存在しないために十分なクロストーク対策がとれない問題がある。

本発明は、単純な駆動回路を用いているにもかかわらず、クロストークに起因するヘッド単体の端部のインクチャネルからのインク滴の液滴量の低下を改善し、印刷物品質を改善できるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドを備えた塗布装置を提供することを課題とする。

本発明の課題は、以下のような構成により達成される。
１．
分極された第１の圧電材料と第２の圧電材料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た側壁により隔てられていて前記積層方向の長さが互いに等しい複数のインクチャネルが配列され、前記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ノズルから吐出せしめるインクジェットヘッドであって、
インクチャネルの側壁における前記第１の圧電材料の前記積層方向の長さと前記第２の圧電材料の前記積層方向の長さの差の絶対値が、インクを吐出する前記複数のインクチャネルの配列方向の両端に位置する２つのインクチャネルにおいて、中央に位置するインクチャネルよりも小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。
２．
前記両端に位置する２つのインクチャネルは、前記絶対値が互いに等しいことを特徴とする１に記載のインクジェットヘッド。
３．
前記インクを吐出する複数のインクチャネルのうち、前記両端に位置する２つのインクチャネルと前記中央に位置するインクチャネルとを除いた他のインクチャネルと、前記中央に位置するインクチャネルとは、前記絶対値が互いに等しいことを特徴とする１または２に記載のインクジェットヘッド。
４．
前記両端に位置する２つのインクチャネルは、前記絶対値が零であることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
５．
前記両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルにおける前記絶対値が、前記中央に位置するインクチャネルの前記絶対値よりも小さいことを特徴とする１に記載のインクジェットヘッド。
６．
前記両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルは、前記絶対値が互いに等しいことを特徴とする５に記載のインクジェットヘッド。
７．
前記インクを吐出する複数のインクチャネルのうち、前記両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルと前記中央に位置するインクチャネルとを除いた他のインクチャネルと、前記中央に位置するインクチャネルとは、前記絶対値が互いに等しいことを特徴とする５または６に記載のインクジェットヘッド。
８．
前記両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルは、前記絶対値が零であることを特徴とする５乃至７の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
９．
前記両端に位置する２つのインクチャネルの外側にインクを吐出しないダミーチャネルを有することを特徴とする１乃至８の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
１０．
１乃至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塗布装置。
１１．
前記側壁は、側壁の少なくとも一部に形成された電極に印加される電圧パルスによりせん断変形され、前記インクを吐出する複数のインクチャネルの全てのインクチャネルの側壁の電極に共通の電圧パルスが印加されることを特徴とする１０に記載の塗布装置。
１２．
前記インクを吐出する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、各組毎に順次電圧パルスが印加されることを特徴とする１１に記載の塗布装置。
１３．
連続搬送される長尺状の支持体上に、支持体の幅方向に塗布幅に対応して配置された複数の前記インクジェットヘッドから塗布液を吐出させて塗膜を形成させることを特徴とする１０乃至１２の何れか１項に記載の塗布装置。

本発明によれば、単純な駆動回路を用いているにもかかわらず、クロストークに起因するヘッド単体の端部のインクチャネルからのインク滴の液滴量の低下を改善し、印刷物品質を改善できるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドを備えた塗布装置を提供することができる。

以下に本発明に関する実施の形態の例を示すが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。

図１は、ライン型の塗布装置１の構成を示す模式図である。

ロール状に巻かれた長尺状の支持体１０は、図示しない駆動手段により巻き出しロール１０Ａから矢印Ｘ方向に繰り出され搬送される。

長尺状の支持体１０はバックロール２０に巻回され支持されながら搬送される。インクジェットヘッドユニット３０より塗布液であるインクが支持体１０に向け吐出され、インクが支持体１０に塗布される。インクジェットユニット３０は、支持体幅方向に塗布幅に対応した複数のインクジェットヘッド３１を有する。また、各インクジェットヘッド３１毎に設けられた電圧パルス発生手段１０１（図５参照）を備え、制御部（図示せず）は、電圧パルス発生手段１０１を制御して、各インクジェットヘッド３１毎に共通の電圧パルスをインクジェットヘッド３１に出力させ、ノズルからインク液滴を吐出させる。

図２は、インクジェトヘッドユニット３０のインクジェットヘッド３１の配置例である。また、全てのインクジェットヘッド３１が、インクを一時的に貯留する中間タンク４０に対して同じ高さに配置されている例である。前述のように、１つのインクジェットヘッドで吐出できる塗布幅（吐出幅）はインクジェットヘッドの外形寸法よりも狭いことから、隙間なく塗布するために複数のインクジェットヘッドを支持体搬送方向に対して千鳥配置している。図２に示す例では、支持体幅方向に塗布幅に対応した複数のインクジェットヘッドを２列の千鳥配置としている。図３に、インクジェットヘッド３１の外形、吐出幅及び千鳥配置の関係を示す。インクジェットヘッド３１の数及び千鳥配置の列数は、インクジェットヘッド３１の吐出幅、塗布幅等により適宜設定されるものであり、図２の例に限定されるものではない。

インクは、インクジェットヘッド３１のインクの背圧を調整する中間タンク４０から複数の送液配管４３を介してインクジェットヘッド３１毎に供給される。なお、本説明において、図中の送液配管４３は、複数の配管である。

中間タンク４０へのインク供給は、インクを貯留する貯留タンク５０から供給管５１の途中に配設された送液ポンプＰで行われる。

塗膜が形成された支持体は、乾燥部１００で塗膜の乾燥が行われ、巻き取りロール１０Ｂに巻き取られる。

次に、せん断モードタイプのインクジェットヘッド３１について説明する。

各インクジェットヘッド３１は、ノズル面側が支持体１０の塗布面と対向するように配置されており、フレキシケーブル６を介して、電圧パルスを生成するための回路が設けられる電圧パルス発生手段１０１（図５参照）に電気的に接続されている。

図４は、せん断モードタイプのインクジェットヘッド３１の一例の概略構成を示す図であり、（ａ）は一部断面で示す斜視図、（ｂ）はインク供給部を備えた状態の断面図である。図９は、インクチャネル列の断面図であり、わかりやすいように各インクチャネルに対応して設けられたノズルの位置を示してある。

図５（ａ）〜（ｃ）はその動作を示す図である。

図４及び図５において１０１は電圧パルス発生手段、３１はインクジェットヘッド、２２はノズル形成部材、２３はノズル、２４は第２の圧電材料、２５はインク供給口、２６は第１の圧電材料、２７は分極された第１の圧電材料と第２の圧電材料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た側壁、１０２は配線基板、１０４は流路基板、１０３は配線基板１０２と流路基板１０４の間に亘って設けられる囲い壁部、Ｌはインクチャネルの長さ、Ｄはインクチャネルの積層方向の長さ（以下、インクチャネルの深さと称する場合がある）、Ｗはインクチャネルの幅である。

配線基板１０２は、板状の第１の圧電材料２６の幅（チャネルの配列方向の長さ）とほぼ同幅で、且つ第１の圧電材料２６の長さよりも十分に長尺な基板からなり、その表面に、インクジェットヘッド３１のチャネルと同じピッチで、電圧パルス発生手段１０１から供給される電圧を各チャネル内の電極に印加するための駆動配線が形成されている。

この配線基板１０２は、その前端面が第１の圧電材料２６の前面と面一となるように、且つ、その表面の駆動配線形成面を第１の圧電材料２６の下面に形成されている接続電極と対向させ、各接続電極と各駆動配線とが電気的に接続するように第１の圧電材料２６の下面に固着されている。

流路基板１０４は、第２の圧電材料２４の幅とほぼ同幅で、且つ、上記配線基板１０２よりも若干短尺であるが、第２の圧電材料２４の長さよりも十分に長尺な基板により形成されており、その前端面が第２の圧電材料２４の前面と面一となるように、第２の圧電材料２４の上面に固着されている。これによりインクジェットヘッド３１の後面は、該インクジェットヘッド３１の後面側にはみ出した配線基板１０２及び流路基板１０４によって上下が覆われる状態とされている。

囲い壁部１０３は、これら配線基板１０２と流路基板１０４との間に亘って前記インクジェットヘッド３１の後面を包囲するように設けられる平面視略コ字型を呈する側壁形成部材であり、ポリイミド、ポリカーボネート等のエンジニアリングプラスチックと呼ばれる高機能樹脂により形成されている。これによりインクジェットヘッド３１の後面側には、上下が流路基板１０４と配線基板１０２とによって覆われると共に側面が囲い壁部１０３によって閉鎖された空間が形成され、この空間によって各チャネルにインクを供給するためのインク供給室７７を形成している。２５はインク供給室７７内にインクを流入させるための流入口であり、これによりインク供給室７７はインクマニホールドとして機能する。このインク供給室７７は、図示しないが、ゴミの流入を防ぐためにフィルターを内蔵している。

このインクジェットヘッドには、配線基板１０２の各駆動配線に、フレキシブル基板６を接続することで、駆動パルス発生手段１０１からの駆動電圧が、各駆動配線及び接続電極を介してチャネル内の各電極に印加される。

インクジェットヘッド３１は、図５、図９に示すように、分極された第１の圧電材料２６と第２の圧電材料２４を接合部を挟んで分極方向が互いに異なる方向（図中矢印）となるように積層されて形成された側壁２７により隔てられていて積層方向の長さＤが互いに等しいインクチャネル２８が１７個配列されたせん断モードタイプのヘッドである。図５では１７個のインクチャネル２８の一部である３本（２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ）が示されている。インクチャネル２８の一端（以下、これをノズル端という場合がある）はノズル形成部材２２に形成されたノズル２３につながり、他端（以下、これをマニホールド端という場合がある）は、インク供給室７７、インク供給口２５を経て、送液配管４３に接続されている。そして、各インクチャネル２８内の側壁２７表面には両側壁２７の上方から第１の圧電材料２６の底面に亘って繋がる電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃが密着形成され、各電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃは前述のように電圧パルス発生手段１０１に接続している。

インクを吐出する１７個のインクチャネル２８の両外側には、ノズル２３が形成されておらず、インクの吐出を行わない２つのダミーチャネル１２８が設けられている。本実施形態では、このダミーチャネルにインクが供給されるように構成されている。

各インクチャネルの側壁２７における第１の圧電材料２６の積層方向の長さＡと第２の圧電材料２４の積層方向の長さＢの差の絶対値が、インクを吐出する前記複数のインクチャネルの配列方向の両端に位置する２つのインクチャネルにおいて、中央に位置するインクチャネルよりも小さくなるように設定されている。

本実施形態では、両端に位置する２つのインクチャネルのＡとＢの差の絶対値は零、即ち、ＡとＢが等しくなるように設定され、中央に位置するインクチャネルはＡ＞Ｂとなっている。また、その他のインクチャネルのＡとＢの差の絶対値は、中央に位置するインクチャネルのＡとＢの差の絶対値に等しい。

インクジェットヘッド３１のインクチャネル数は、インクジェットヘッド３１の吐出幅により適宜、１０個〜１０００個程度に設定されるものであり、図９の例に限定されるものではない。なお、例えば、インクチャネル数が偶数の場合のように、中央にインクチャネルが存在しない場合の中央に位置するインクチャネルとは、中央近傍に位置する２つのインクチャネルのうちの何れか一方のインクチャネルを指す。

また、図９以外にも様々な実施形態をとりうる。図１０は、ダミーチャネル１２８のＡとＢの差の絶対値を両端に位置する２つのインクチャネルのＡとＢの差の絶対値に等しくしている例である。

図１１は、インクの吐出を行わない４つのダミーチャネルが設けられている例である。

端部のインクチャネルに隣接して設けられたダミーチャネルは、端部に位置するインクチャネルと隣接するダミーチャネルを仕切る側壁の金属電極に電圧パルスを印加し、この側壁も駆動して両端のインクチャネルからより安定的にインクを吐出させるためのものであるが、さらにその外側にダミーチャネルを設けることにより、端部に位置するインクチャネルのクロストークの影響を低減できるため好ましい。

図１２は、両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルのＡとＢの差の絶対値が、中央に位置するインクチャネルのＡとＢの差の絶対値よりも小さくなるように設定されている。また、その他のインクチャネルのＡとＢの差の絶対値は、中央に位置するインクチャネルのＡとＢの差の絶対値に等しくしてある。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場合に特に有効であり、本発明の効果がより一層顕著に発揮される。これは、前述の図１５に示すように３つの組に分割して駆動すると、各駆動において両端に位置することになる各端部の３チャネルにおいて液滴量が低下するからである。

次に、インクジェットヘッド３１の製造方法と構成材料について説明する。

厚み方向に分極された平板状の第１の圧電材料２６と第２の圧電材料２４を準備し、それぞれ、ダイヤモンドブレード等により、インクチャネル２８及びダミーチャネル１２８となる複数の溝が全て同じ幅、同じピッチ、同じ長さでストレート状に平行に切削加工される。

第１の圧電材料２６に形成される溝の深さＡ、第２の圧電材料２４に形成される溝の深さＢは、図９〜図１２に示すようにＡとＢの和は、インクを吐出する前記複数のインクチャネルの全てのインクチャネルで互いに等しく、かつ、インクを吐出する前記複数のインクチャネルの配列方向の両端に位置する２つのインクチャネルのＡとＢの差の絶対値が、中央に位置するインクチャネルのＡとＢの差の絶対値よりも小さくなるように加工する。

次に、第２の圧電材料２４，第１の圧電材料２６のインクチャネル２８及びダミーチャネル１２８となる溝に、その両側面から底面にかけて金属電極２９を形成する。また、この金属電極２９に接続して第１の圧電材料２６の後部側表面及び配線基板１０２との接合面に接続電極を形成する。第１の圧電材料２６と配線基板１０２で電極接続がなされ、配線基板１０２表面において異方導電性フィルム７８を介してフレキシブルケーブル６が接着されており、電圧パルス発生手段１０１から各金属電極２９に電圧パルスを印加することにより側壁２７をせん断変形させ、その変形時の圧力によりインクチャネル２８内のインクをノズルプレート２２に形成されたノズル２３から吐出するようになっている。また、両端に位置するインクチャネルと隣接するダミーチャネルを仕切る側壁の金属電極にも電圧パルスが印加され、この側壁も駆動して両端のインクチャネルからインクを吐出させる。

金属電極２９に用いられる金属としては、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、ニッケルが好ましく、めっき、蒸着、スパッタで形成される。

同ピッチ、同幅となるように形成された溝中に金属電極２９を設けた第２の圧電材料２４、第１の圧電材料２６を、各基板の溝を形成した面が相対するように固着する。ここでは、各基板の溝同士が相対するように位置合わせして固着している。固着手段は、例えばエポキシ系接着剤による接着手法を通常採用できるが、この態様では、位置合わせされた各基板の溝中の金属電極同士が電気的に接続されれば格別限定されない。

隣接するインクチャネル２８は、矢印の方向に分極された側壁２７によって区画される。また、インクチャネル２８は、インクチャネル２８の出口側（図４における左側）の深からインクチャネル２８の入口側（図４における右側）に亘る長さ方向で大きさと形状がほぼ変わらないストレート形状を有している。

各側壁２７は、ここでは図５の矢印で示すように分極方向が異なる２枚の圧電材料２７ａ、２７ｂによって構成されている。２７ａは第２の圧電材料２４で構成され積層方向の長さがＡである。２７ｂは第１の圧電材料２６で構成され積層方向の長さがＢである。

圧電材料２４，２６に使用される圧電材料としては、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、有機材料からなる基板であっても良いが、圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この圧電性非金属材料からなる基板として、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、又は塗布や積層の工程を経て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、塗布や積層の工程を経て形成される基板として、例えば、ゾルーゲル法、積層基板コーティング等で形成することができる。

第２の圧電材料２４、第１の圧電材料２６の接着後、ノズル２３が開設された１枚のノズル形成部材２２が接着剤を介して接着される。

また、ノズル形成部材２３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。

その後、予め各接続電極と同一ピッチで駆動配線がパターン形成された配線基板１０２を接着剤を用いて固着する。次いで、流路基板１０４を固着する。その後、配線基板１０２と流路基板１０４との間に亘って、該インクジェットヘッド３１の後面を包囲するように囲い壁部１０３を固着してインク供給室７７を形成する。その後は、駆動パルス発生手段１０１からの駆動信号の印加を可能とするべく、配線基板１０２の各駆動配線に、フレキシブル基板６を接合する。

せん断モードタイプのインクジェットヘッド３１は、以上のように圧電材料２７ａ，２７ｂにインクチャネル２８を形成して、その側壁２７に金属電極２９を形成するだけで、ヘッドの主要部分を構成できるので、製造が簡単で、多数のインクチャネル２８を高密度に配置できるために、高精細な画像記録を行う上で好ましい態様である。

次に、吐出動作について説明する。

各側壁２７表面に密着形成された電極２９Ａ、２９Ｂ、２９Ｃに電圧パルス発生手段１０１から電圧パルスが印加されると、以下に例示する動作によってインク滴をノズル２３から吐出する。なお、図５ではノズルは省略してある。

なお、かかるインクジェットヘッド３１では、以上のように、側壁２７の変形によってインクチャネル２８内のインクに正負の圧力が付与されるものであり、この側壁２７は圧力付与手段を構成している。

図６は、本発明に係る実施の形態の液滴吐出方法における電圧パルスを示している。図６において、横軸は時間、縦軸は駆動電圧を表す。

（１）かかるインクジェットヘッド３１は、図５（ａ）に示す状態において、電極２９Ａ及び２９Ｃをアースに接続すると共に電極２９Ｂに、パルス幅がＰＷの矩形波からなる膨張パルス（正電圧）を印加すると、まず、パルスの最初の立ち上がり（Ｐ１）によって、側壁２７Ｂ、２７Ｃを構成する圧電材料２７ａ、２７ｂの分極方向に直角な方向の電界が生じ、２７ａ、２７ｂともに側壁の接合面にズリ変形を生じ、図５（ｂ）に示すように側壁２７Ｂ及び側壁２７Ｃは互いに外側に向けて変形し、インクチャネル２８Ｂの容積が膨張する。これによりインクチャネル２８Ｂ内のインクに負の圧力が生じてインクが流れ込む（Ｄｒａｗ）。

（２）この最初のＰ１の印加からＰＷ時間経過後に電位を０に戻す（Ｐ２）と、側壁２７Ｂ，２７Ｃは膨張位置から図５（ａ）に示す中立位置に戻り、インクチャネル２８Ｂ内のインクに高い圧力が掛かる。

引き続いて、矩形波からなるパルス幅が２ＰＷの収縮パルス（負電圧）を印加する。まず収縮パルスの立ち下がり（Ｐ３）によって、図５（ｃ）に示すように、側壁２７Ｂ及び２７Ｃは互いに逆方向に変形し、インクチャネル２８Ｂの容積が収縮する。この収縮によりインクチャネル２８Ｂ内のインクに更に高い圧力を掛かる（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ）。これによりノズル内のインクメニスカスがノズル２３から押し出される方向に変化する。この正の圧力がインク滴をノズルから吐出させるほど大きくなるとインク滴はノズルから吐出する。

（３）更に、２ＰＷ時間経過すると、電位を０に戻し（Ｐ４）、側壁２７Ｂ、２７Ｃを収縮位置から中立位置に戻す。

これらの一連の動作によりインクチャネル２８Ｂ内のインクの一部がインク滴としてノズル２３から飛翔する。

このような液滴吐出方法は、いわゆるＤＲＲ（ＤｒａｗーＲｅｌｅａｓｅーＲｅｉｎｆｏｒｃｅ）方式による液滴吐出方法であり、膨張パルスのパルス幅ＰＷはインク滴の吐出力に大きく影響し、１ＡＬ近傍にこのパルス幅が一致したときにインク滴吐出力（吐出速度）は最大となる。

なお、ＡＬ（ＡｃｏｕｓｔｉｃＬｅｎｇｔｈ）とは、上述したように、インクチャネルの音響的共振周期の１／２である。このＡＬは、電気・機械変換手段である側壁２７に矩形波のパルスを印加して吐出するインク滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、インク滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。このＡＬの値は、ヘッドの構造やインクの密度等に依存して決まるものである。

また、パルスとは、一定電圧波高値の矩形波であり、０Ｖを０％、波高値電圧を１００％とした場合に、パルス幅とは、電圧の０Ｖからの電圧の立ち上がり始め又は立ち下がり始めの１０％から波高値電圧からの立ち下がり始め又は立ち上がり始めの１０％との間の時間として定義する。更に、ここで矩形波とは、電圧の１０％と９０％との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもがＡＬの１／２以内、好ましくは１／４以内であるような波形を指す。

電圧パルスとして矩形波を用いることは、吐出効率が向上するとともにパルス幅の設定が容易になるため好ましい。

また、図６の電圧パルスでは、膨張パルスの駆動電圧Ｖｏｎ（Ｖ）と収縮パルスの駆動電圧Ｖｏｆｆ（Ｖ）の比を｜Ｖｏｎ｜＞｜Ｖｏｆｆ｜とすることが好ましい。このように｜Ｖｏｎ｜＞｜Ｖｏｆｆ｜の関係とすると、インクチャネル内へのインクの供給を促進する効果があり、特に、高粘度インクで高周波駆動を行う場合に好ましい。なお、この電圧Ｖｏｎと電圧Ｖｏｆｆの基準電圧は０とは限らない。この電圧Ｖｏｎと電圧Ｖｏｆｆは、それぞれ基準電圧からの差分の電圧である。また、｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜＝２とすることがより好ましい。

かかるせん断モードタイプのインクジェットヘッドでは、側壁２７の変形は壁の両側に設けられる電極に掛かる電圧差で起こるので、インク吐出を行うインクチャネルの電極に負電圧を掛ける代わりに、インク吐出を行うインクチャネルの電極を接地して、その両隣のインクチャネルの電極に正電圧を掛けるようにしても同様に動作させることができる。この後者の方法によれば、正電圧だけで駆動できるため、電源コストの点で好ましい態様である。

このように少なくとも一部が圧電材料で構成された側壁２７によって隔てられた複数のインクチャネル２８を有するインクジェットヘッドを駆動する場合、一つのインクチャネルの側壁が吐出の動作をすると、隣のインクチャネルが影響を受けるため、通常、複数のインクチャネル２８のうち、互いに１本以上のインクチャネル２８を挟んで離れているインクチャネル２８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うように駆動制御される。例えば、全インクチャネル２８を駆動してベタ画像を出力する場合には、インクチャネル２８を２チャネルおきに選んで３相に分けて吐出する、いわゆる３サイクル吐出法が行われる。

本実施形態では、１７個のインクチャネルについて、一方の端部のインクチャネルから他方の端部のインクチャネルに向かって順次チャネル番号１、２，３・・・・・１７としたとき、全インクチャネルを、チャネル番号１，４，７，１０、１３、１６をＡ組、チャネル番号２，５，８，１１、１４、１７をＢ組、チャネル番号３，６，９，１２、１５をＣ組として３組に分けて分割駆動する。

かかる３サイクル吐出動作について図６の電圧パルスで駆動する場合について図７を用いて説明する。図７には、１７個のインクチャネルのうち中央近傍の各組３個づつ計９固のインクチャネル２８が図示されている。また、このときのＡ、Ｂ、Ｃの各組のインクチャネル２８に印加される電圧パルスのタイミングチャートを図８に示す。

インク吐出時には、まずＡ組の各チャネルの電極に図６の電圧パルスを印加し、その両隣のチャネルの電極を接地して、Ａ組の各チャネルのノズルからインク滴を吐出させる。

続いてＢ組の各チャネル２８、更に続いてＣ組の各チャネル２８へと上記同様に動作する。

次に、本実施形態のインクジェットヘッドの作用について説明する。
（従来例１）
図１３は、各インクチャネルのＡとＢの和（インクチャネルの深さＤにほぼ等しい）及びＡとＢの差の絶対値が互いに等しい従来のインクジェットヘッドのインクチャネル列の断面図である。このヘッドにおいて、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深さＤは３２５μｍ、Ａが１６２．５μｍ、Ｂが１６２．５μｍ、幅Ｗは８５μｍ、長さＬは６．５ｍｍ、各ノズルは２５μｍφとし、インクには水系インクを使用した場合について説明する。

インクチャネルのＡＬは１１．０μｓであった。

ヘッドの評価は、図６に示す電圧パルスを基本とし矩形波の膨張パルスの駆動電圧Ｖｏｎと矩形波の収縮パルスの駆動電圧Ｖｏｆｆの比（｜Ｖｏｎ｜／｜Ｖｏｆｆ｜）を２とし、膨張パルスの駆動電圧Ｖｏｎが１４．５Ｖになる電圧で、膨張パルスのパルス幅ＰＷを
インクチャネルのＡＬである１１．０μｓに、収縮パルスのパルス幅２ＰＷを２２．０μｓとした全インクチャネルに共通の電圧パルスを印加してヘッドを図８に示すように全インクチャネルを時分割で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、１７個の全インクチャネルのノズルから吐出されるインク滴（１滴）の液滴量を測定した。

各端部の３チャネルずつで液適量の低下が見られた。中央部のノズルの液滴量に対する端部のノズルの液滴量の比は０．９０であり、端部のノズルの液滴量が大きく低下していた。
（従来例２）
図１３に示す従来のヘッドにおいて、各インクチャネルの深さＤは２９５μｍ、Ａが１４７．５μｍ、Ｂが１４７．５μｍとした以外は、従来例１のヘッドと同様にして作製し、同様の評価を行った場合について説明する。

インクチャネルのＡＬは９．８μｓであった。各インクチャネルに膨張パルスのパルス幅ＰＷをインクチャネルのＡＬである９．８μｓに、収縮パルスのパルス幅２ＰＷを１９．６μｓとした以外は従来例１と同じ共通の電圧パルスを印加し、全インクチャネルの各ノズルから吐出される液滴量を測定したところ、従来例１と同様に各端部の３チャネルずつで液適量の低下が見られた。中央部のノズルの液滴量に対する端部のノズルの液滴量の比は０．９０であり、端部のノズルの液滴量が大きく低下していた。

従来のヘッドで、中央部と端部の液滴量を均一にするには、各チャネル毎に駆動電圧や電圧パルス幅を最適化する方法があるが、各チャネル毎に駆動回路を用意する必要があり、コストがかかる問題がある。
（実施の形態例１）
次に、図１２に示すインクジェットヘッドを、両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルのＡ＝Ｂ＝１６２．５μｍ、中央に位置するインクチャネルとその他のインクチャネルのＡ＝１９５μｍ、Ｂ＝１３０μｍとした以外は、従来例１のヘッドと同様にして作製し、同様の評価を行った場合について説明する。

インクチャネルのＡＬは従来例１と同様に１１．０μｓであった。各インクチャネルに従来例１と同じ共通の電圧パルスを印加し、全インクチャネルの各ノズルから吐出される液滴量を測定したところ、最大の液滴量に対する最小の液滴量の比率が、ほぼ１．０であり、分布は均一であることが確認できた。
（実施の形態例２）
次に、図１２に示すインクジェットヘッドを、両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルのＡ＝Ｂ＝１４７．５μｍ、中央に位置するインクチャネルとその他のインクチャネルのＡ＝２３６μｍ、Ｂ＝５９μｍとした以外は、従来例２のヘッドと同様にして作製し、同様の評価を行った場合について説明する。

インクチャネルのＡＬは従来例２と同様に９．８μｓであった。各インクチャネルに従来例２と同じ共通の電圧パルスを印加し、全インクチャネルの各ノズルから吐出される液滴量を測定したところ、最大の液滴量に対する最小の液滴量の比率が、ほぼ１．０であり、分布は均一であることが確認できた。

剪断モードで圧電材料の側壁を変形させる場合、Ａ＝Ｂである場合が最も効率よく変形することができるが、ＡとＢが異なるとその差の絶対値が大きくなるにつれて変形量が低下する。これについて、詳細に説明する。

Ａ＝Ｂの場合、両側の電極より電圧を印加すると側壁の分極方向と直交する方向に電界が加わり、電界が加えられた圧電材料に剪断歪みが生じる。側壁の上下は固定されているので、剪断歪みにより側壁は、側壁の中心部で屈曲するように変形する。

これに対し、ＡとＢが異なる場合では、屈曲点が中心部より上方あるいは下方に移動することになり、インクチャンネルの体積変位が少なくなり、インク滴をノズルより吐出するための圧力変化が小さくなってしまう。このように、本実施形態のインクジェットヘッドでは、インクチャンネルによって、ＡとＢの差の絶対値を異ならせるとにより、具体的には、ＡとＢの差の絶対値を、インク適量の低下する端部において中央部より小さくすることにより端部の液適量低下を補償することができる。

以上のように、本実施の形態では、インクチャネルの側壁における第１の圧電材料の積層方向の長さと第２の圧電材料の積層方向の長さの差の絶対値が、インクを吐出する複数のインクチャネルの配列方向の両端に位置する２つのインクチャネルにおいて、中央に位置するインクチャネルよりも小さいので、両端のインクチャネルの吐出効率が中央部より高くなるため、端部ノズルより吐出されるインク滴量の低下を補うことができ、高品質の印字を行なうことができる。これにより、各インクチャネルに共通の電圧パルスを印加する単純な駆動回路を用いることが可能になる。

さらに、本発明は、図１４に示すような、１チャネルおきにインクを供給してインクチャネル２８とし、その間のチャネルにはインク供給せずに空気チャネルとし、インクチャネル２８と空気チャネル２８’が交互に形成された独立チャネルヘッドにも適用できる。インクチャネルに対応してノズル２３を設けることにより、ノズル２３からインクが吐出される。また、入口と出口を有するインクチャネルの略中央部分に設けたノズルからインクを吐出するサイドシューターと呼ばれるタイプのヘッドにも適用できる。例えば、図４に示すインクジェットヘッドにおいて、ノズル形成部材側をインク出口側として、第２の圧電材料２４あるいは第１の圧電材料２６におけるインクチャネル長手方向の略中央の位置に各ノズルを設け、インクチャネルの入口から出口に向かって連続的にインクを流しながら、インクチャネルの略中央に設けたノズルからインクを吐出させる。

ライン型の塗布装置の構成を示す模式図である。インクジェットヘッドの配置例を示す図である。インクジェットヘッドの千鳥配置の位置関係を示す図である。実施の形態に係るせん断モード（シェアモード）タイプのインクジェットヘッドの概略構成を示す図であり、（ａ）は一部断面で示す斜視図、（ｂ）はインク供給部を備えた状態の断面図である。（ａ）〜（ｃ）はヘッドの動作を示す図である。電圧パルスの波形を示す図である。（ａ）〜（ｃ）はヘッドの時分割駆動の説明図である。Ａ、Ｂ、Ｃの各組のインクチャネルの電極に印加される電圧パルスのタイミングチャートである。（ａ）は実施の形態に係るインクチャネル列の断面図、（ｂ）は端部のインクチャネル周辺の拡大図、（ｃ）は中央部のインクチャネル周辺の拡大図である。他の実施の形態に係るインクチャネル列の断面図である。他の実施の形態に係るインクチャネル列の断面図である。他の実施の形態に係るインクチャネル列の断面図である。従来のインクジェットヘッドのインクチャネル列の断面図である。他の実施の形態に係るインクチャネル列の断面図である。従来のインクジェットヘッドの液適量分布の一例を示す図である。

符号の説明

１塗布装置
１０支持体
１０Ａ捲き出しロール
１０Ｂ巻き取りロール
２０バックロール
３０インクジェットユニット
３１インクジェットヘッド

Claims

分極された第１の圧電材料と第２の圧電材料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た側壁により隔てられていて前記積層方向の長さが互いに等しい複数のインクチャネルが配列され、前記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ノズルから吐出せしめるインクジェットヘッドであって、
インクチャネルの側壁における前記第１の圧電材料の前記積層方向の長さと前記第２の圧電材料の前記積層方向の長さの差の絶対値が、インクを吐出する前記複数のインクチャネルの配列方向の両端に位置する２つのインクチャネルにおいて、中央に位置するインクチャネルよりも小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。
前記両端に位置する２つのインクチャネルは、前記絶対値が互いに等しい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。
前記インクを吐出する複数のインクチャネルのうち、前記両端に位置する２つのインクチャネルと前記中央に位置するインクチャネルとを除いた他のインクチャネルと、前記中央に位置するインクチャネルとは、前記絶対値が互いに等しい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。
前記両端に位置する２つのインクチャネルは、前記絶対値が零であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルにおける前記絶対値が、前記中央に位置するインクチャネルの前記絶対値よりも小さい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。
前記両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルは、前記絶対値が互いに等しいことを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
前記インクを吐出する複数のインクチャネルのうち、前記両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルと前記中央に位置するインクチャネルとを除いた他のインクチャネルと、前記中央に位置するインクチャネルとは、前記絶対値が互いに等しいことを特徴とする請求項５または６に記載のインクジェットヘッド。
前記両端に位置する２つのインクチャネルの一方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルおよび他方のインクチャネルから中央に位置するインクチャネルに向かって連続する３つのインクチャネルは、前記絶対値が零であることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記両端に位置する２つのインクチャネルの外側にインクを吐出しないダミーチャネルを有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
請求項１乃至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塗布装置。
前記側壁は、側壁の少なくとも一部に形成された電極に印加される電圧パルスによりせん断変形され、前記インクを吐出する複数のインクチャネルの全てのインクチャネルの側壁の電極に共通の電圧パルスが印加されることを特徴とする請求項１０に記載の塗布装置。
前記インクを吐出する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、各組毎に順次電圧パルスが印加されることを特徴とする請求項１１に記載の塗布装置。
連続搬送される長尺状の支持体上に、支持体の幅方向に塗布幅に対応して配置された複数の前記インクジェットヘッドから塗布液を吐出させて塗膜を形成させることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の塗布装置。