JP2014054745A

JP2014054745A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2014054745A
Application number: JP2012199847A
Authority: JP
Inventors: Ryutaro Kusunoki; 竜太郎楠; Chiaki Tanuma; 千秋田沼; Shuhei Yokoyama; 周平横山; Ryuichi Arai; 竜一新井
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: JP5740371B2; US20140071204A1; US9079400B2

Abstract

【課題】印字品質の良いインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、インクジェットヘッドは、インク圧力室と、ノズル穴と、振動板と、アクチュエータと、電極とを有する。インク圧力室は、インクを収納する。ノズル穴は、インク圧力室内のインクを吐出する。振動板は、ノズル穴を囲んで形成する。アクチュエータは、振動板を駆動させる。電極は、ノズル穴に対して軸対称に形成し、アクチュエータを駆動させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェットヘッドに関する。

画像信号に従ってノズルからインク滴を吐出し、記録紙上にインク滴による画像を形成するオンデマンド型インクジェット記録方式として圧電素子（ピエゾ素子）型がある。圧電素子型のインクジェットヘッドは、圧電素子の変形を利用してインク室に貯蔵されたインクをノズルから吐出させる。圧電素子（ピエゾ素子）は、電圧を力に変換する素子である。圧電素子は、電界を加えると、伸張または剪断変形を起こす。このような圧電素子の変形により、インクがノズルから吐出される。印字品質を良好にするために、圧電素子は、インクの吐出方向が安定するように変形させる必要がある。

特開平１０−５８６７２号公報

本発明は、印字品質の良いインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

実施形態によれば、インクジェットヘッドは、インク圧力室と、ノズル穴と、振動板と、アクチュエータと、電極とを有する。インク圧力室は、インクを収納する。ノズル穴は、インク圧力室内のインクを吐出する。振動板は、ノズル穴を囲んで形成する。アクチュエータは、振動板を駆動させる。電極は、ノズル穴に対して軸対称に形成し、アクチュエータを駆動させる。

実施形態に係るインクジェットヘッドの第１の構成例の分解斜視図。実施形態に係るインクジェットヘッドの第２の構成例の分解斜視図。実施形態に係るノズルプレートの第１の構成例を示す平面図。実施形態に係る第１の構成例のノズルプレートを備えたインクジェットヘッドの断面図。実施形態に係る第１の構成例のノズルプレートにおける個別電極および共有電極の変形例を示す図。実施形態に係るノズルプレートの第２の構成例を示す平面図。実施形態に係る第２の構成例のノズルプレートにおける個別電極および共有電極の変形例を示す図。実施形態に係るノズルプレートの第３の構成例を示す平面図。実施形態に係る第３の構成例のノズルプレートにおける個別電極および共有電極の変形例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
まず、実施形態に係るインクジェットヘッドの全体的な構成について説明する。
図１は、第１の構成例のインクジェットヘッド１の分解斜視図である。
図１に示される第１の構成例のインクジェットヘッド１は、ノズルプレート１００、インク圧力室構造体２００、セパレートプレート３００、インク供給路構造体４００などにより構成されている。

ノズルプレート１００は、ノズルプレート１００の厚さ方向に貫通するインク吐出用の複数のノズル穴１０１（インク吐出孔）を有する。

インク圧力室構造体２００は、複数のノズル穴１０１に対応する複数のインク圧力室２０１を有する。インク圧力室２０１とノズル穴１０１とは、１対１で設けられ、各インク圧力室２０１は、それぞれが対応するノズル穴１０１に繋げられている。

セパレートプレート３００は、インク圧力室構造体２００に形成されるインク圧力室２０１に繋がるインク絞り３０１（インク圧力室へのインク供給用開口）を有する。インク絞り３０１は、複数のノズル穴１０１とインク圧力室２０１とに対応して設けられる。複数のインク圧力室２０１は、それぞれに対応するインク絞り３０１を通してインク供給路４０２に繋がっている。

インク圧力室２０１は、画像形成のためのインクを保持する。インク圧力室２０１内のインクは、ノズルプレート１００の変形によって発生する各インク圧力室２０１内の圧力変化によって、各ノズル穴１０１から吐出される。インクが吐出される場合、セパレートプレート３００は、インク圧力室２０１内に発生した圧力を閉じ込めて、インク供給路４０２へ圧力が逃げることを防ぐ役割を果たす。そのため、インク絞り３０１の直径は、たとえば、インク圧力室２０１の直径に対して１／４以下の大きさである。

インク供給路４０２は、インク供給路構造体４００にある。インク供給路構造体４００には、インクジェットヘッドの外部からインクを供給するインク供給口４０１がある。インク供給路４０２は、全てのインク圧力室２０１にインクを供給できるように、複数のインク圧力室２０１をすべて囲んでいる。

たとえば、インク圧力室構造体２００は、厚さ７２５μｍのシリコンウエハで作成する。各インク圧力室２０１は、直径２４０μｍの円筒形状で構成する。各インク圧力室２０１の円の中心にノズル穴１０１を有する。

また、セパレートプレート３００は、たとえば、厚さ２００μｍのステンレスで構成し、インク絞り３０１の直径を１００μｍ程度として形成して良い。インク絞り３０１は、それぞれのインク圧力室２０１へのインク流路抵抗がほぼ同程度になるように、インク絞り３０１の形状バラツキを抑制するように形成される。

インク供給路構造体４００は、たとえば、厚さ４ｍｍのステンレスで構成し、インク供給路４０２をステンレス表面から２ｍｍ程度の深さで形成して良い。インク供給口４０１はインク供給路４０２のほぼ中央にある。インク供給口４０１は各インク圧力室２０１へのインク流路抵抗がほぼ同程度になるように作られている。

また、ノズルプレート１００は、インク圧力室構造体２００の上に、後述する成膜プロセスにて形成された一体構造である。

インク圧力室構造体２００、セパレートプレート３００、インク供給路構造体４００はノズル穴１０１、インク圧力室２０１が所定の位置関係を保つように、エポキシ接着剤で固定されている。

たとえば、インク圧力室構造体２００は、シリコンウエハで形成し、セパレートプレート３００およびインク供給路構造体４００は、ステンレスで形成するが、これらの構造体２００、３００、４００の材料は、シリコンウエハ、ステンレスに限定されない。構造体２００、３００、４００は、ノズルプレート１００の膨張係数との差を考慮して、インク吐出圧力発生に影響しない範囲で他の材料とすることも可能である。例えば、構造体２００、３００、４００の材料は、セラミック材料としてアルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウム、などの窒化物、酸化物を利用可能であり、樹脂材料として、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンなどのプラスチック材を利用することも可能である。また、構造体２００、３００、４００の材料には、金属材料(合金)を用いることも可能であり、代表的な材料としては、アルミ、チタン、などの材料が挙げられる。

図２は、第２の構成例のインクジェットヘッド２の分解斜視図である。
図２に示す第２の構成例は、図１に示す第１の構成例とはインク供給路４０２内でインクを循環させる構成とした点が異なる。図２に示す第２の構成例においては、循環インク供給口４０３と循環インク排出口４０４とが、インク供給路４０２の両端付近に配置された構成となっている。なお、図２に示す第２の構成例のインクジェットヘッド２は、インクを循環させる構成以外は、第１の構成例のインクジェットヘッド１と同様な構成であって良い。

図２に示す第２の構成例のインクジェットヘッド２は、インクが循環することにより、インク供給路４０２内のインク温度を一定に保つことが容易となる。従って、図２に示す第２の構成例のインクジェットヘッドによれば、ノズルプレート１００の変形などによって発生する熱によるインクジェットヘッド内の温度上昇をインクの循環によって抑制する効果がある。

なお、上記のような第１の構成例のインクジェットヘッド１および第２の構成例のインクジェットヘッドは、ノズルプレートとアクチュエータとを共用するため、低コストで作成することができる。

次に、ノズルプレート１００の構成について説明する。
以下に説明するノズルプレート１００（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）の構成例は、第１の構成例のインクジェットヘッド１及び第２の構成例のインクジェットヘッド２の何れにも適用できる。
図３は、ノズルプレートの第１の構成例を示す図である。図３は、ノズルプレート１００Ａをインク吐出側から見た平面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ´間の断面図である。

ノズルプレート１００Ａは、インク圧力室２０１内のインクを吐出させるノズル穴１０１を有する。ノズルプレート１００Ａにおいて、ノズル穴１０１の周囲には、ノズル穴１０１からインクを吐出させるための圧力を発生させるアクチュエータ１０２Ａが構成される。

ノズルプレート１００Ａは、アクチュエータ１０２Ａを駆動するための信号を伝送する個別電極１０３と共有電極１０７とを有する。さらに、個別電極１０３は、配線部１０３ａが個別電極端子部１０４に接続される。個別電極端子部１０４は、インクジェットヘッドの外部からインクジェットヘッドにおける個々のノズルを駆動する信号を受ける個別電極用の端子部である。共有電極端子部１０５は、共有電極の配線部に接続され、インクジェットヘッドを駆動する信号を受ける共有電極用の端子部である。

アクチュエータ１０２Ａ、個別電極１０３、個別電極端子部１０４、共有電極１０７、共有電極端子部１０５、絶縁体１０９は、振動板１０６上に形成される。図４に示すように、アクチュエータ１０２Ａ、個別電極１０３、共有電極１０７および絶縁体１０９は、少なくとも振動板１０６上のインク圧力室２０１に対応する領域ＥＡにおいて、ノズル穴１０１に対して軸対称となるように構成する。

図３に示す構成例では、個別電極１０３の配線部１０３ａと共有電極１０７の配線部とが直線上で向いあうように配置される。このため、図３では、インク圧力室２０１に対応する領域ＥＡにおいて、共有電極１０７と個別電極１０３とがそれぞれノズル穴１０１に対して対称となっていることを示している。なお、図３は、平面図であるが、共有電極１０７と個別電極１０３とを図示しており、共有電極１０７と個別電極１０３とが重なっている部分、共有電極１０７と個別電極１０３と圧電体膜についても図示している。また、図４においても、振動板１０６上のインク圧力室２０１に対応する領域ＥＡにおいて、アクチュエータ１０２Ａ、個別電極１０３、共有電極１０７および絶縁体１０９が、ノズル穴１０１に対して軸対称となるように形成することを示している。

ノズル穴１０１は、ノズルプレート１００の振動板１０６を貫通し、インク圧力室２０１に達している。例えば、インク圧力式が円筒形である場合、１つのインク圧力室２０１の円形断面の中心と対応するノズル穴１０１の中心とは一致するように構成される。各ノズル穴１０１には、対応するインク圧力室２０１からインクが供給される。振動板１０６は、ノズル穴１０１に対応するアクチュエータ１０２Ａの動作によって変形し、インク圧力室２０１内に発生した圧力変化によって、ノズル穴１０１に供給されたインクを吐出する。各ノズル穴１０１は、それぞれが同様な作用構成を有する。なお、ノズル穴１０１も、円筒形状となっている。例えば、ノズル穴の円形断面の直径は２０μｍとなるように設計される。

アクチュエータ１０２Ａは、圧電体膜で構成される。アクチュエータ１０２Ａとしての圧電体膜は、圧電体膜を挟む２つの電極（個別電極１０３と共有電極１０７）により与えられる電界によって動作する。圧電体膜を成膜すると、圧電体膜の膜厚方向には分極が発生する。電極を介して分極の方向と同方向の電界を圧電体膜に印加すると、アクチュエータ１０２Ａは、電界方向と直交する方向に伸縮する。この伸縮を利用して振動板１０６は、ノズルプレート１００の厚み方向に変形し、インク圧力室２０１内のインクに圧力変化を発生させる。第１の構成例のノズルプレート１００Ａでは、各アクチュエータ１０２Ａとしての圧電体膜の形状は、円形であるものとする。この場合、アクチュエータ１０２Ａとしての圧電体膜は、ノズル穴１０１の吐出側開口と同心円にある。つまり、圧電体膜は、ノズル穴１０１の吐出側開口を囲むように形成する。円形の圧電体膜の直径は、例えば、１７０μｍとする。

図３に示すノズルプレート１００Ａにおいて、高密度にノズル穴１０１を配置するために各ノズル穴１０１を中心に配置した複数のアクチュエータ１０２Ａが千鳥状（互い違い）に配置される。図３に示す構成例では、複数のノズル穴１０１と各ノズル穴１０１を中心とするアクチュエータ１０２Ａが、図３に示すＸ軸方向に、直線状に配置される。また、複数のノズル穴１０１と各ノズル穴１０１を中心とするアクチュエータ１０２Ａとは、Ｙ軸方向に直線状に２列並んで設けられる。Ｘ軸方向で隣接するノズル穴１０１の中心間距離は、例えば、３４０μｍに設計される。この場合、Ｙ軸方向においてノズル穴１０１の２列の配置間隔は、２４０μｍに設計される。このように配置することにより、個別電極１０３は、Ｘ軸方向で２つのアクチュエータ１０２Ａ間を通って形成される。

圧電体膜の材料は、たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられる。圧電体膜の他の材料としては、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ３：チタン酸鉛）ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＺｎＯ、ＡｌＮなどを用いることも可能である。

圧電体膜は、たとえば、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により基板温度３５０℃で成膜される。膜厚は、例えば、１μｍに設計される。圧電体膜成膜後、圧電体膜に圧電性を付与するためには、たとえば、５００℃で３時間熱処理する。これにより、良好な圧電性能を得ることが可能となる。圧電体膜の他の製法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ゾルゲル法、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）、水熱合成法などを用いることも可能である。また、圧電体膜の厚さは、圧電特性、絶縁破壊電圧などによって決定される。圧電体膜の厚さは、概ね０．１μｍから５μｍの範囲である。

各個別電極１０３は、第１の電極であり、それぞれが対応する各アクチュエータ１０２Ａの圧電体膜に繋がる２つの電極のうちの一方の電極である。各個別電極１０３は、対応する各アクチュエータとしての圧電体膜を独立に動作させるための個別電極として作用する。各個別電極１０３は、対応する各アクチュエータ１０２Ａの圧電体膜上（吐出側）に形成される上部電極（個別電極膜）１０３ｂを有する。つまり、各上部電極１０３ｂは、各圧電体膜に対して吐出側に個別に接触するように成膜される。上部電極１０３ｂは、個別電極１０３の配線部１０３ａに接続部１０３ｃを介して接続される。

すなわち、各個別電極１０３は、個別電極端子部１０４に接続される配線部１０３ａと、圧電体膜に接触する上部電極１０３ｂと、配線部１０３ａと上部電極１０３ｂとを電気的に接続する接続部１０３ｃとで構成される。上部電極１０３ｂは、たとえば、ノズル穴１０１を中心とした円形の電極の中心に、ノズル穴１０１が形成されるため、ノズル穴１０１と同心円状に電極膜がない部分ができる。

個別電極１０３は、例えば、Ｐｔ（白金）薄膜で形成する。薄膜の成膜は、スパッタリング法を用いて、膜厚が０．５μｍとなるように形成される。個別電極１０３の他の電極材料としては、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ(金)などを利用することも可能である。また、上部電極１０３ｂの他の成膜法としては、蒸着、鍍金を用いることも可能である。たとえば、各個別電極１０３の上部電極１０３ｂの膜厚は、０．０１〜１μｍ程度である。

共有電極１０７は、第２の電極であり、アクチュエータ１０２Ａとしての圧電体膜に繋がる２つの電極のうちの他方の電極である。共有電極１０７は、圧電体膜１０２Ａに対してはインク圧力室２０１側に成膜される。共有電極１０７は、各アクチュエータ１０２Ａとしての圧電体膜に共有して繋がり、共有電極として作用する。共有電極１０７は、圧電体膜に接触する電極部分（共有電極膜）とアクチュエータ１０２Ａから個別電極配線部と反対方向に配置されノズルプレート１００ＡのＸ軸方向両端で集結さる配線部とが、共有電極端子部１０５に接続された構成を有する。圧電体膜１０２Ａに接触する円形の電極部分の中心には、ノズル穴１０１が形成されるため、個別電極の上部電極と同様に、ノズル穴１０１と同心円状に共有電極膜がない部分ができる。

共有電極１０７は、例えば、Ｐｔ（白金）/Ｔｉ(チタン)薄膜で形成される。薄膜の成膜は、スパッタリング法を用い、膜厚が０．５μｍとなるように形成される。共有電極１０７の他の電極材料としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｕなどを利用することも可能である。他の成膜法として、蒸着、鍍金を用いることも可能である。共有電極１０７の膜厚は、例えば、０．０１〜１μｍ程度である。

個別電極端子部１０４と共有電極端子部１０５とは、外部駆動回路からアクチュエータ１０２Ａを駆動するための信号を受信するために設けられている。個別電極１０３と共有電極１０７とは、アクチュエータ１０２Ａの間を通して配線する。個別電極１０３と共有電極１０７とは、たとえば、配線幅が８０μｍ程度となる。

各個別電極端子部１０４の間隔は、ノズル穴１０１のＸ軸方向の間隔３４０μｍに基づく大きさになるので、個別電極１０３の配線幅に比べて個別電極端子部１０４のＸ軸方向の幅を広くすることができる。このように構成することにより、外部駆動回路と各個別電極端子部１０４との接続は容易になっている。各個別電極１０３は、各アクチュエータ１０２Ａを個別に駆動させる。

また、個別電極１０３及び共有電極１０７は、振動板１０６上のインク圧力室２０１の領域ＥＡにおいて、ノズル穴１０１に対して軸対称であれば良い。たとえば、図３に示す構成例では、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、直線上で向かい合うように配置され、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、それぞれがノズル穴１０１に対して軸対称となるように構成されている。

上記のように、図３及び図４に示す第１の構成例のノズルプレート１００Ａにおいて、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、ノズル穴１０１を通る直線上に配置され、少なくとも領域ＥＡにおいてノズル穴１０１に対して軸対称となるように配置される。これにより、図３及び図４に示す第１の構成例のノズルプレート１００Ａは、アクチュエータ１０２Ａの動作もノズル穴１０１に対して軸対称となり、ノズル穴１０１からのインクの吐出方向が安定する。この結果として、第１の構成例のノズルプレート１００Ａを適用したインクジェットヘッドでは、印字品質が良い画像形成を実現できる。

次に、第１の構成例のノズルプレート１００Ａの変形例について説明する。
図５は、第１の構成例のノズルプレート１００Ａに配置される円形のアクチュエータ１０２Ａに対する個別電極１０３と共有電極１０７との他の構成例（変形例）である。図５に示す構成例では、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、ノズル穴１０１を中心に直交するような方向で配置される。図５に示す構成であっても、個別電極１０３と共有電極１０７とは、振動板１０６上のインク圧力室２０１の領域ＥＡにおいて、ノズル穴１０１に対して軸対称となっている。

これにより、第１の構成例のノズルプレート１００Ａは、図５に示す構成であっても、アクチュエータ１０２Ａの動作がノズル穴１０１に対して軸対称となり、ノズル穴１０１からのインクの吐出方向が安定する。この結果として、図５に示す構成を有する第１の構成例のノズルプレート１００Ａを適用したインクジェットヘッドでは、ノズル穴からのインクの吐出方向が安定し、印字品質が良い画像形成を実現できる。

次に、ノズルプレートの第２の構成例について説明する。
図６は、第２の構成例のノズルプレート１００Ｂを示す図である。
図６に示す第２の構成例のノズルプレート１００Ｂは、図３に示す第１の構成例のノズルプレート１００Ａとは、アクチュエータの形状などが異なっている。すなわち、図６に示すノズルプレート１００Ｂは、インク圧力室２０１が長方形の断面を有し、各ノズルのアクチュエータ１０２Ｂが長方形である構成例である。なお、アクチュエータ１０２Ｂおよびインク圧力室の形状以外は、第１の構成例と同様であるため、詳細な説明は省略する。

アクチュエータ１０２Ｂとしての圧電体膜は、長方形となっている。アクチュエータ１０２Ｂは、例えば、幅１７０μｍ、長さ３４０μｍの長方形となっている。インク圧力室２０１の形状も、アクチュエータ１０２Ｂとしての圧電体膜の形状に合わせて、長方形となっており、振動板１０６上におけるインク圧力室の領域ＥＢも長方形の領域となる。また、ノズル穴１０１は、例えば、直径が２０μｍに設計され、インク圧力室の領域ＥＢの中心（例えば、領域ＥＢの長方形の対角線の交点を中心する位置）に設けられる。

図６に示す第２の構成例のノズルプレート１００Ｂは、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、ノズル穴１０１を通る直線上に配置され、少なくとも領域ＥＢにおいてノズル穴１０１に対して軸対称となるように配置される。これにより、図６に示す第２の構成例のノズルプレート１００Ｂは、アクチュエータ１０２Ｂの動作がノズル穴１０１に対して軸対称となり、ノズル穴１０１からのインクの吐出方向が安定する。この結果として、第２の構成例のノズルプレート１００Ｂを適用したインクジェットヘッドでは、印字品質が良い画像形成を実現できる。

また、図６に示す第２の構成例のノズルプレート１００Ｂは、アクチュエータ（圧電体膜）が円形である第１の構成例のノズルプレート１００Ａに比べ、アクチュエータ１０２Ｂが幅方向で１７０μｍと小さくなる。すなわち、第２の構成例のノズルプレート１００Ｂは、第１の構成例のノズルプレート１００Ａに比べ、個別電極１０３を通すための間隔が広がることにより、個別電極１０３の配線幅を広くすることができ、電気的な信頼性を向上できる。

次に、第２の構成例のノズルプレート１００Ｂの変形例について説明する。
図７（ａ）及び（ｂ）は、第２の構成例のノズルプレート１００Ｂに配置される長方形のアクチュエータ１０２Ｂに対する個別電極１０３と共有電極１０７との他のパターンニング（変形例）を示す図である。

図７（ａ）に示す構成例において、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、ノズル穴１０１を中心に直交するような方向で配置される。すなわち、個別電極１０３の電線部は、ノズル穴１０１を通り、長方形のアクチュエータ１０２Ｂの長辺の中点を通るような直線上に配置し、共有電極１０７の電線部は、ノズル穴１０１を通り、長方形のアクチュエータ１０２Ｂの短辺の中点を通るような直線上に配置する。さらに、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、少なくとも領域ＥＢにおいて、ノズル穴１０１に対して軸対称となるように配置される。

また、図７（ｂ）に示す構成例において、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、ノズル穴１０１を中心に直交するような方向で配置される。すなわち、個別電極１０３の電線部は、ノズル穴１０１を通り、長方形のアクチュエータ１０２Ｂにおける一方の対角線を通るような直線上に配置し、共有電極１０７の電線部は、ノズル穴１０１を通り、長方形のアクチュエータ１０２Ｂにおける他方の対角線を通るような直線上に配置する。さらに、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、少なくとも領域ＥＢにおいて、ノズル穴１０１に対して軸対称となるように配置される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す構成において、個別電極１０３と共有電極１０７とは、振動板１０６上のインク圧力室２０１の領域ＥＢにおいて、ノズル穴１０１に対して軸対称となる。これにより、第２の構成例のノズルプレート１００Ｂは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す構成であっても、アクチュエータ１０２Ｂの動作がノズル穴１０１に対して軸対称となり、ノズル穴１０１からのインクの吐出方向が安定する。この結果として、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す構成を有する第２の構成例のノズルプレート１００Ｂを適用したインクジェットヘッドでは、ノズル穴からのインクの吐出方向が安定し、印字品質が良い画像形成を実現できる。

次に、ノズルプレートの第３の構成例について説明する。
図８は、第３の構成例のノズルプレート１００Ｃを示す図である。
図８に示す第３の構成例のノズルプレート１００Ｃは、図３に示す第１の構成例のノズルプレート１００Ａとは、アクチュエータの形状などが異なっている。図８に示すノズルプレート１００Ｃは、インク圧力室２０１が菱形の断面を有し、各ノズルのアクチュエータ１０２Ｃが菱形である構成例である。なお、第３の構成例のノズルプレート１００Ｃは、アクチュエータ１０２Ｃおよびインク圧力室の形状以外は第１の構成例と同様なもので実現できるため、詳細な説明は省略するものとする。

アクチュエータ１０２Ｃは、例えば、幅３００μｍ、長さ３００μｍの菱形となっている。インク圧力室２０１の形状も、アクチュエータ１０２Ｃとしての圧電体膜の形状に合わせて、菱形となっており、振動板１０６上におけるインク圧力室の領域ＥＣも菱形の領域となる。また、ノズル穴１０１は、例えば、直径が２０μｍに設計され、インク圧力室の領域ＥＣの中心（例えば、領域ＥＣの菱形の対角線の交点を中心する位置）に設けられる。

図８に示す第３の構成例のノズルプレート１００Ｃは、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、ノズル穴１０１を通る直線上に配置され、少なくとも領域ＥＣにおいてノズル穴１０１に対して軸対称となるように配置される。これにより、図８に示す第３の構成例のノズルプレート１００Ｃは、アクチュエータ１０２Ｃの動作もノズル穴１０１に対して軸対称となり、ノズル穴１０１からのインクの吐出方向が安定する。この結果として、第３の構成例のノズルプレート１００Ｃを適用したインクジェットヘッドでは、印字品質が良い画像形成を実現できる。

また、図８に示す第３の構成例のノズルプレート１００Ｃは、アクチュエータ（圧電体膜）が円形である第１の構成例のノズルプレート１００Ａに比べ、各ノズルとしてのアクチュエータ１０２Ｃを高密度に配置することができる。すなわち、第３の構成例のノズルプレート１００Ｃは、第１の構成例のノズルプレート１００Ａに比べ、アクチュエータ１０２Ｃが高密度で配置できるため、インクを吐出するノズルを高密度に配置したインクジェットヘッドを実現できる。

次に、第３の構成例のノズルプレート１００Ｃの変形例について説明する。
図９（ａ）及び（ｂ）は、第３の構成例のノズルプレート１００Ｃに配置される菱形のアクチュエータ１０２Ｃに対する個別電極１０３と共有電極１０７との他のパターンニング（変形例）を示す図である。

図９（ａ）に示す構成例において、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、ノズル穴１０１を中心に直交するような方向で配置される。すなわち、個別電極１０３の電線部は、ノズル穴１０１を通り、菱形のアクチュエータ１０２Ｃにおける一方の対角線を通るような直線上に配置し、共有電極１０７の電線部は、ノズル穴１０１を通り、菱形のアクチュエータ１０２Ｃにおける他方の対角線を通るような直線上に配置する。さらに、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、少なくとも領域ＥＣにおいて、ノズル穴１０１に対して軸対称となるように配置される。

また、図９（ｂ）に示す構成例において、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、ノズル穴１０１で交差するような直線上に配置される。すなわち、個別電極１０３の電線部は、ノズル穴１０１を通り、菱形のアクチュエータ１０２Ｃにおいて対向する２辺の中点を通るような直線上に配置し、共有電極１０７の電線部は、ノズル穴１０１を通り、菱形のアクチュエータ１０２Ｃにおける別の２辺の中点を通るような直線上に配置する。さらに、個別電極１０３の電線部と共有電極１０７の電線部とは、少なくとも領域ＥＣにおいて、ノズル穴１０１に対して軸対称となるように配置される。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す構成において、個別電極１０３と共有電極１０７とは、振動板１０６上のインク圧力室２０１上の領域ＥＣにおいて、ノズル穴１０１に対して軸対称となっている。すなわち、第３の構成例のノズルプレート１００Ｃは、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す構成であっても、アクチュエータ１０２Ｃの動作が軸対称となり、ノズル穴１０１からのインクの吐出方向が安定する。この結果として、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す構成の第３の構成例のノズルプレート１００Ｃを適用したインクジェットヘッドでは、各ノズル穴からのインクの吐出方向が安定し、印字品質を良い画像形成を実現できる。

上記のように、本実施の形態に係るインクジェットヘッドは、アクチュエータの変形によりインク圧力室から供給されたインクを吐出するノズル穴を有し、少なくともインク圧力室に対応する領域において、ノズル穴に対して軸対称な形状となるように電極を形成する。これにより、本実施の形態に係るインクジェットヘッドによれば、アクチュエータの動作がノズル穴に対して軸対称になる。この結果、インクの吐出方向が安定し、ミスディレクションの発生を防止でき、印字品質を向上できる。

以上の実施例は、圧電体膜１０２Ａに対してインク圧力室２０１側に成膜される電極を共有電極とし、圧電体膜１０２Ａに対してインク圧力室２０１と反対側に成膜される電極を個別電極としたが、圧電体膜１０２Ａに対してインク圧力室２０１側に成膜される電極を個別電極とし、圧電体膜１０２Ａに対してインク圧力室２０１と反対側に成膜される電極を共有電極とすることも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ…領域、１、２…インクジェットヘッド、１００（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）…ノズルプレート、１０１…ノズル穴、１０２（１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ）…アクチュエータ（圧電体膜）、１０３…個別電極、１０３ａ…配線部、１０３ｂ…上部電極、１０３ｃ…接続部、１０４…個別電極端子部、１０５…共有電極端子部、１０６…振動板、１０７…共有電極、１０９…絶縁体、２００…インク圧力室構造体、２０１…インク圧力室。

Claims

インクを収納するインク圧力室と、
前記インク圧力室内のインクを吐出するノズル穴と、
前記ノズル穴を囲んで形成する振動板と、
前記振動板を駆動させるアクチュエータと、
前記ノズル穴に対して軸対称に形成し、前記アクチュエータを駆動させる電極と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
前記電極は、前記アクチュエータを挟持する第１の電極と第２の電極とである、
前記請求項１記載のインクジェットヘッド。
前記第１の電極は、前記第２の電極とで前記アクチュエータを挟むように設けた上部電極と、前記上部電極に接続され、前記振動板上の前記インク圧力室に対応する領域では前記ノズル穴に対して軸対称に形成される配線部と、を有する電極であり、
前記第２の電極は、前記振動板上に設けた電極である、
前記請求項２に記載のインクジェットヘッド。
さらに、前記第１の電極と前記第２の電極とを絶縁する絶縁膜を有し、
前記第１の電極、前記第２の電極、前記アクチュエータおよび前記絶縁膜は、前記振動板上の前記インク圧力室に対応する領域では前記ノズル穴に対して軸対称になるように形成される、
前記請求項２又は３の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
複数のインク圧力室を有するインク圧力室構造体と、
前記ノズル穴と前記アクチュエータと前記電極とを備えた複数のノズルをそれぞれインク圧力室に対向して設けたプレートと、を有する、
前記請求項１乃至４の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。