JP2014091310A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴を適正に吐出可能な液体噴射ヘッド１を提供する。
【解決手段】本発明の液体噴射ヘッド１は、圧電体からなる細長い壁５により仕切られ、基板の上面ＵＳから下面ＬＳに貫通する細長い溝６が複数配列するアクチュエータ基板２と、溝６の上面開口７を覆うようにアクチュエータ基板２に設置され、溝６に液体を供給する液体供給室９を有するカバープレート３と、溝６の下面開口８を覆うようにアクチュエータ基板２に設置され、溝６に連通するノズル１１を有するノズルプレート４と、を備える。壁５の側面には、ノズルプレート４から離間して壁５の長手方向に沿って帯状に駆動電極１２が設置され、ノズルプレート４はカバープレート３よりも剛性が低い。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴を吐出して被記録媒体に記録する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液体を吐出する。液体の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。

特許文献１には、圧電体材料から成るシートに多数の溝からなるインクチャンネルを形成したインクジェットヘッド１００が記載されている。図９は特許文献１に記載されるインクジェットヘッド１００の断面図であり、図９（ａ）がインクチャンネル方向の断面図であり、図９（ｂ）がインクチャンネルに直交する方向の断面図である。インクジェットヘッド１００は、カバー１２５と圧電体から成るＰＺＴシート１０３と底カバー１３７の３層構造を備える。カバー１２５はインクの小滴を吐出するためのノズル１２７を備える。ＰＺＴシート１０３の上面には断面形状が船型形状のインクチャンネル１０７が形成される。インクチャンネル１０７は長手方向に直交する方向に並列して複数形成され、隣接するインクチャンネルとの間は矢印Ｐ方向に分極された側壁１１３により区画される。側壁１１３の上側壁面には電極１１５が形成される。隣接するインクチャンネルの側壁面にも電極が形成される。つまり、側壁１１３は隣接するインクチャンネルの側壁面に形成した図示しない電極により挟まれている。

インクチャンネル１０７とノズル１２７とは連通する。ＰＺＴシート１０３には底側に供給ダクト１３３と排出ダクト１３２が形成され、インクチャンネル１０７とその両端部付近において連通する。供給ダクト１３３からインクチャンネル１０７に矢印Ｓ方向にインクが供給され、排出ダクト１３２からインクが排出される。インクチャンネル１０７の左端部及び右端部のＰＺＴシート１０３の表面には凹部１２９が形成される。凹部１２９の底面には図示しない電極が形成され、インクチャンネル１０７の側壁面に形成される電極１１５と電気的に導通する。凹部１２９には接続端子１３４が収納され、凹部１２９の底面に形成される電極と電気的に接続される。

このインクジェットヘッド１００は、次のように動作する。接続端子１３４から駆動信号が与えられると、側壁１１３を挟む電極１１５に駆動信号が印加される。すると、側壁１１３は厚み滑り変形して破線で示すように“く”の字状に変形し、インクチャンネル１０７の容積を変化させる。この容積変化によりノズル１２７からインクの小滴が吐出される。この種のインクジェットヘッドをサイドシュート型でスルーフロータイプという。

図１０は、特許文献２に記載される液滴噴射装置の説明図であり、図１０（ａ）が液滴噴射装置の一部の組み立て斜視図であり（特許文献２の図１）、図１０（ｂ）がアレイ２０１の一部の正面断面図である（特許文献２の図３）。液滴噴射装置のアレイ２０１は側壁２０７に挟まれる多数の平行なインク流路２０４を有する溝付きプレート２０２と、インク流路２０４を閉じるためのフタ２０６と、フタ２０６及び溝付きプレート２０２の前方に装着される一対のノズルプレート２０８ａ、２０８ｂとを備える。一対のノズルプレート２０８ａ、２０８ｂは互いに離間してスリット２０９を構成する。図１０（ｂ）に示されるように、アレイ２０１は圧電材料から成り、その表面の垂直方向である分極方向２２８に分極処理が施される。各インク流路２０４を構成する各溝の内表面にはそれぞれ電極２０５ａ〜２０５ｅが形成され、各電極２０５は駆動用ＬＳＩチップ２１６に接続される。なお、駆動用ＬＳＩチップ２１６はクロックライン２１８、データライン２２０、電圧ライン２２２及びアースライン２２４が接続される。

この液滴噴射装置は次のように動作する。駆動用ＬＳＩチップ２１６により、例えば電極２０５ｂと電極２０５ｃの間、及び電極２０５ｄと電極２０５ｃの間に電位差を生じさせ、インク流路２０４ｃを挟む側壁２０７ｃと側壁２０７ｄが“ハ”の字形に変形する。これにより、インク流路２０４ｃの容積が変化してスリット２０９から液滴が吐出される。

特許第４６５８３２４号公報 特開平０５−７７４２０号公報

特許文献１に記載のインクジェットヘッド１００では、電極１１５が側壁１１３のカバー１２５側の上半分に形成される。カバー１２５として高剛性の材料を使用すると、側壁１１３の振動がカバー１２５を伝わって隣接する側壁１１３に漏れ出してクロストークが発生する。つまり、駆動するインクチャンネル１０７の両側壁１１３をくの字に変形させようとすると、側壁１１３の駆動部がカバー１２５に接近しているため、側壁１１３の振動がカバー１２５を伝わって隣接するインクチャンネル１０７に漏れ出し、クロストークが発生する。また、カバー１２５として低剛性の材料を使用すると、電極１１５に駆動信号を印加した直後にノズル１２７に形成されるメニスカスに大きな圧力が印加され、吐出すべき液滴が分割される等により液滴を適切に吐出することが難しい。これらは、電極１１５がノズル１２７あるいはカバー１２５に接近しているために発生すると考えられる。また、カバー１２５を導電性のある金属等とする場合には電極１１５とカバー１２５がショートする問題がある。

また、特許文献２では、溝付きプレート２０２に形成されるインク流路２０４の溝の側面及び底面の全面に電極２０５が形成される。この種の溝は溝幅が５０μｍ〜１００μｍに対して溝の深さは３００μｍ〜４００μｍに形成する。しかし、電極２０５をスパッタリング法や蒸着法で形成しようとすると、溝の底側の壁面や底面への金属材料の堆積速度が遅く、量産性が極めて悪くなる。また、メッキ法によって電極を形成することができるが、両側面の電極を分離し独立して吐出させる電極構造を採用しようとすると、溝の底面に一本ごとにレーザー光を照射して分割する必要があり、量産性が悪くなる。また、フタ２０６にノズルを設けてサイドシュート型に変更しようとすると、電極２０５とフタ２０６が接近するので特許文献１と同様の課題が発生する。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、適正に液滴を吐出することが可能な液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

本発明の液体噴射ヘッドは、圧電体からなる細長い壁により仕切られ、基板の上面から下面に貫通する細長い溝が複数配列するアクチュエータ基板と、前記溝の上面開口を覆うように前記アクチュエータ基板に設置され、前記溝に液体を供給する液体供給室を有するカバープレートと、前記溝の下面開口を覆うように前記アクチュエータ基板に設置され、前記溝に連通するノズルを有するノズルプレートと、を備え、前記壁の側面には、前記ノズルプレートから離間して前記壁の長手方向に沿って帯状に駆動電極が設置され、前記ノズルプレートは前記カバープレートよりも剛性が低いこととした。

また、前記ノズルプレートの材料は前記カバープレートの材料よりも剛性が低いこととした。

また、前記ノズルプレートはヤング率が１．５ＧＰａ〜３０ＧＰａの材料からなることとした。

また、前記カバープレートはヤング率が４０ＧＰａを下回らない材料からなることとした。

また、前記カバープレートは厚さが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍであり、前記ノズルプレートは厚さが０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍであることとした。

また、前記ノズルプレートは、ポリイミドフィルムと前記ポリイミドフィルムよりも剛性の高い補強プレートの積層構造を有することとした。

また、前記カバープレートは前記溝から液体を排出する液体排出室を備え、前記液体排出室が前記溝の長手方向の一方側に連通し、前記液体供給室が前記溝の長手方向の他方側に連通することとした。

また、前記溝は吐出溝と非吐出溝が交互に配列し、前記液体供給室は、前記吐出溝と連通し、前記非吐出溝とは連通しないこととした。

また、前記溝は吐出溝と非吐出溝が交互に配列し、前記液体排出室は、前記吐出溝と連通し、前記非吐出溝とは連通しないこととした。

本発明の液体噴射装置は、請求項１に記載の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。

本発明の液体噴射ヘッドは、圧電体からなる細長い壁により仕切られ、基板の上面から下面に貫通する細長い溝が複数配列するアクチュエータ基板と、溝の上面開口を覆うようにアクチュエータ基板に設置され、溝に液体を供給する液体供給室を有するカバープレートと、溝の下面開口を覆うようにアクチュエータ基板に設置され、溝に連通するノズルを有するノズルプレートと、を備える。壁の側面には、ノズルプレートから離間して壁の長手方向に沿って帯状に駆動電極が設置され、ノズルプレートはカバープレートよりも剛性が低い。これにより、液滴を適正に吐出可能な液体噴射ヘッドを提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 壁に形成する駆動電極の深さ方向の位置を変えたときのノズルのメニスカスの位置での圧力応答を表す。 液体噴射ヘッドの吐出溝の長手方向の断面模式図である。 本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面模式図を表す。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの溝配列方向の断面模式図である。 本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッドの断面模式図を表す。 本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。 従来公知のインクジェットヘッドの断面図である。 従来公知の液体噴射装置の説明図である。

（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の分解斜視図である。図２は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図であり、図２（ａ）が吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図２（ｂ）が非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図であり、図２（ｃ）が部分ＡＡの断面模式図である。本実施形態は、サイドシュート型でありスルーフロー型の液体噴射ヘッド１である。

図１及び図２に示すように、液体噴射ヘッド１は、アクチュエータ基板２と、アクチュエータ基板２の上面ＵＳに設置されるカバープレート３と、アクチュエータ基板２の下面ＬＳに設置されるノズルプレート４とを備える。アクチュエータ基板２は、圧電体からなる壁５により仕切られ、上面ＵＳから下面ＬＳに貫通し上面ＵＳ又は下面ＬＳの面方向に細長い溝６が複数配列する。カバープレート３は、溝６の上面開口７を覆うようにアクチュエータ基板２に設置され、吐出溝６ａに液体を供給する液体供給室９を有する。ノズルプレート４は、吐出溝６ａに連通するノズル１１を備え、溝６の下面開口８を覆うようにアクチュエータ基板２に設置される。壁５の側面には、ノズルプレート４から離間して壁５の長手方向に沿って帯状に駆動電極１２が設置される。そして、ノズルプレート４はカバープレート３よりも剛性が低い。

より詳しく説明する。アクチュエータ基板２に形成される溝６は吐出溝６ａと非吐出溝６ｂを含む。吐出溝６ａと非吐出溝６ｂは溝６の長手方向（ｘ方向）に直交する方向（ｙ方向）に交互に並列に配列する。吐出溝６ａは、その長手方向の一方側及び他方側の端部がアクチュエータ基板２の下面ＬＳから上面ＵＳに切り上がるように傾斜し、アクチュエータ基板２の一方側の外周端ＬＥの手前から他方側の外周端ＲＥの手前でありカバープレート３の端部よりも手前まで形成される。非吐出溝６ｂの長手方向の一方側の端部は、吐出溝６ａと同様に下面ＬＳから上面ＵＳに切り上がるように傾斜する。非吐出溝６ｂの長手方向の他方側の端部はアクチュエータ基板２の他方側の外周端ＲＥまで延在し、外周端ＲＥの近傍では底部にアクチュエータ基板２が残る上げ底部１５が形成される。上げ底部１５は、吐出溝６ａの他方側の端部と同様に、下面ＬＳから上げ底部１５の上面ＢＰにかけて切り上がるように傾斜する。

駆動電極１２は吐出溝６ａの側面に設置されるコモン電極１２ａと非吐出溝６ｂの側面に設置されるアクティブ電極１２ｂとを含む。コモン電極１２ａは、吐出溝６ａに面する壁５の両側面の長手方向に沿って帯状に設置され、互いに電気的に接続される。アクティブ電極１２ｂは、非吐出溝６ｂに面する壁５の両側面の長手方向に沿って帯状に設置され、互いに電気的に分離される。コモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂは吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの底面を構成するノズルプレート４から離間する深さ、具体的には、上げ底部１５の上面ＢＰに達しない上方に設置される。更に、コモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂは吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂのそれぞれの一方側の端部の手前から他方側の端部に達するように設置される。

アクチュエータ基板２の他方側の外周端ＲＥ近傍の上面ＵＳには、コモン電極１２ａに電気的に接続するコモン端子１６ａとアクティブ電極１２ｂに電気的に接続するアクティブ端子１６ｂと隣接する非吐出溝６ｂに形成されるアクティブ電極１２ｂを電気的に接続する配線１６ｃが設置される。コモン端子１６ａ及びアクティブ端子１６ｂは図示しないフレキシブル基板の配線電極に接続されるランドである。アクティブ端子１６ｂは、吐出溝６ａを挟む２つの壁５のうち、一方の壁５の非吐出溝６ｂに面する側面に形成されるアクティブ電極１２ｂに電気的に接続される。アクティブ端子１６ｂは、更に、他方側の外周端ＲＥに沿って形成される配線１６ｃを介して他方の壁５の非吐出溝６ｂに面する側面に形成されるアクティブ電極１２ｂに電気的に接続される。

カバープレート３は、アクチュエータ基板２の一方側に液体排出室１０を、他方側に液体供給室９を備え、アクチュエータ基板２の上面ＵＳに吐出溝６ａを塞ぎコモン端子１６ａ及びアクティブ端子１６ｂが露出するように接着剤を介して接着される。液体供給室９は、吐出溝６ａの他方側の端部に第二スリット１４ｂを介して連通し、非吐出溝６ｂとは連通しない。液体排出室１０は、吐出溝６ａの一方側の端部に第一スリット１４ａを介して連通し、非吐出溝６ｂとは連通しない。ノズルプレート４はアクチュエータ基板２の下面ＬＳに接着剤を介して接着され、吐出溝６ａに連通するノズル１１は吐出溝６ａの長手方向のほぼ中央に位置する。従って、液体供給室９に供給される液体は第二スリット１４ｂを介して吐出溝６ａに流入し、第一スリット１４ａを介して液体排出室１０に排出される。これに対して非吐出溝６ｂは液体供給室９や液体排出室１０には連通しないので液体は流入しない。

アクチュエータ基板２は上面に対して垂直方向に分極処理が施された圧電体材料、例えばＰＺＴセラミックスを使用することができる。カバープレート３は、アクチュエータ基板２と同じ材料であるＰＺＴセラミックス、マシナブルセラミックスや、他のセラミックス、ガラス等の低誘電体材料も用いることができる。カバープレート３としてアクチュエータ基板２と同じ材料を使用すれば、熱膨張を等しくして温度変化に対する反りや変形が生じないようにすることができる。ノズルプレート４はポリイミド膜、ポリプロピレン膜、その他の合成樹脂膜や金属膜等を使用することができる。ここで、カバープレート３の厚さは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとし、ノズルプレート４の厚さは０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍとするのが好ましい。カバープレート３を０．３ｍｍより薄くすると強度が低下し、１．０ｍｍより厚くすると液体供給室９や液体排出室１０、及び第一及び第二スリット１４ａ、１４ｂの加工に時間を要し、また、材料の増加によりコスト高になる。ノズルプレートを０．０１ｍｍよりも薄くすると強度が低下し、０．１ｍｍより厚くすると隣接するノズルに振動が伝わって、クロストークが発生しやすくなる。

なお、ＰＺＴセラミックスはヤング率が５８．４８ＧＰａであり、ポリイミドはヤング率が３．４ＧＰａである。従って、カバープレート３としてＰＺＴセラミックスを使用し、ノズルプレート４としてポリイミド膜を使用すれば、アクチュエータ基板２の上面ＵＳを覆うカバープレート３のほうが下面ＬＳを覆うノズルプレート４よりも剛性が高い。カバープレート３の材質はヤング率が４０ＧＰａを下回らないことが好ましく、ノズルプレート４の材質はヤング率が１．５ＧＰａ〜３０ＧＰａの範囲が好ましい。ノズルプレート４は、ヤング率が１．５ＧＰａを下回ると被記録媒体に接触したときに傷がつきやすく信頼性が低下し、３０ＧＰａを超えると隣接するノズルに振動が伝わって、クロストークが発生しやすくなる。

液体噴射ヘッド１は、次のように動作する。液体供給室９に液体を供給し、液体排出室１０から液体を排出して、液体を循環させる。そして、コモン端子１６ａとアクティブ端子１６ｂに駆動信号を与えることにより、吐出溝６ａを構成する両壁５を厚みすべり変形させる。このとき、両壁５は特許文献２のように“ハ”の字型に変形する、或いは特許文献１のように“く”の字に変形する。これにより、吐出溝６ａの内部液体に圧力波が生成されて吐出溝６ａに連通するノズル１１から液滴が吐出される。本実施形態では、非吐出溝６ｂの両壁５の側面に設置されるアクティブ電極１２ｂが電気的に分離されるので、各吐出溝６ａを独立して駆動することができる。独立して駆動させることにより高周波駆動が可能となる利点がある。なお、液体排出室１０と液体供給室９の機能を逆にして、液体排出室１０から液体を供給し、液体供給室９から液体を排出してもよい。さらには、液体が接する内壁に保護膜を形成することも可能である。

このように、カバープレート３よりもノズルプレート４の剛性を低下させたことにより、吐出溝６ａを挟む両壁５の振動がノズルプレート４を介して隣接する吐出溝６ａに伝わらず、記録品質の低下をもたらすクロストークの発生を防止することができる。また、ノズルプレート４から駆動電極１２（コモン電極１２ａとアクティブ電極１２ｂ）を離間させたことにより、異常圧力波の発生を防止し、液滴を正常に吐出することができる。この異常圧力波については図３を用いて詳しく説明する。

なお、本発明はこの非吐出溝６ｂ及びアクティブ電極１２ｂの構成に限定されない。例えば、非吐出溝６ｂを吐出溝６ａと同じ形状にし、非吐出溝６ｂの両側面に形成するアクティブ端子１６ｂを電気的に分離してもよい。しかし、本実施形態のように、非吐出溝６ｂをアクチュエータ基板２の一方側の外周端ＬＥの手前から他方側の外周端ＲＥまで延設し、アクティブ電極１２ｂを上げ底部１５の上面ＢＰに達しない深さであり非吐出溝６ｂの一方側の端部の手前から他方側の外周端ＲＥまで形成することにより、製造工程が簡単になる。即ち、コモン電極１２ａとアクティブ電極１２ｂを斜め蒸着法により一括して同時に形成することができる。

図３は、壁に形成する駆動電極１２の深さ方向の位置を変えたときのノズルのメニスカスの位置での圧力応答を表す。図３の右下には、駆動信号の印加時点から１×１０^-5秒経過した時点までの拡大グラフが挿入されている。図４は、液体噴射ヘッド１の吐出溝６ａの長手方向の断面模式図である。図４（Ｇ１）は吐出溝６ａの駆動電極１２が吐出溝６ａの深さ方向の上半分に形成した状態を表し、図４（Ｇ２）は吐出溝６ａの駆動電極１２が吐出溝６ａの深さ方向の略１／２の幅を有し、吐出溝６ａの深さ方向の中央の位置に形成した状態を表し、図４（Ｇ３）は吐出溝６ａの駆動電極１２が吐出溝６ａの深さ方向の下半分に形成した状態を表す。

図３は横軸が時間（ｓ）を表し縦軸がノズル１１のメニスカスの位置の圧力（Ｐａ）を表す。破線のグラフＧ１は、図４（Ｇ１）に示すように駆動電極１２を吐出溝６ａの深さ方向の上半分の位置に設置したときの圧力応答を表す。一点鎖線のグラフＧ２は、図４（Ｇ２）に示すように駆動電極１２を吐出溝６ａの深さ方向の略１／２、つまり中央の位置に設置したときの圧力応答を表す。実線のグラフＧ３は、図４（Ｇ３）に示すように駆動電極１２を吐出溝６ａの深さ方向の下半分の位置に設置したときの圧力応答を表す。各グラフＧ１〜Ｇ３は図４（Ｇ１）〜（Ｇ３）の液体噴射ヘッドに基づくシミュレーション結果である。

図３及び図３の挿入図から明らかに、実線のグラフＧ３は駆動信号を印加した直後の１μｓ〜２μｓの間に圧力が−１０００Ｐａ以下に低下する異常波が発生し、その後±２００Ｐａの範囲内で振動する。これは、壁５の側面の駆動電極１２がノズルプレート４に近接して設置されるので、壁５の変形がノズル１１の液体に直接伝わるためと考えられる。これに対して破線のグラフＧ１や一点鎖線のグラフＧ２では、駆動電圧を印加した直後に大きく負圧になる異常波は現れない。これは、図４（Ｇ１）や（Ｇ２）の電極構造は、駆動電極１２がノズルプレート４から離間しているためと考えられる。

グラフＧ３のように、駆動信号を印加した直後にノズル１１のメニスカスに異常波が印加されると、ノズル１１から吐出される液滴が分割される、或いは液滴が連なるサテライトの状態変化が発生し、被記録媒体に安定して記録することができなくなる。一方、グラフＧ１及びグラフＧ２はこの問題が解消されている。従って、駆動電極１２はノズルプレート４から離間させるのがよい。例えば図４（Ｇ２）に示すように、駆動電極１２はアクチュエータ基板２の上面ＵＳから少なくとも吐出溝６ａの深さの３／４よりも浅い位置に形成することが望ましい。この場合に、吐出溝６ａの深さの３／４よりも上方の側面全部を覆うように帯状に形成してもよいし、図４（Ｇ２）のように所定の幅で帯状に形成してもよい。この駆動電極１２をノズルプレート４から離間させることでノズルプレート４を、例えばステンレスのような導電性のある金属部材で形成しても駆動電極１２とノズルプレート４がショートすることが無くなるという利点もある。

（第二実施形態）
図５は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の断面模式図を表す。図５（ａ）は吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図５（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。第一実施形態と異なる部分は、ノズルプレート４が多層に構成される点であり、その他は第一実施形態と同様である。以下、第一実施形態と異なる部分について説明し、同一の部分は説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図５に示すように、ノズルプレート４は、ポリイミドフィルム１７とポリイミドフィルム１７よりも剛性の高い補助プレート１３の積層構造を有する。補助プレート１３はアクチュエータ基板２の下面開口８を覆うようにアクチュエータ基板２の下面ＬＳに接着される。補助プレート１３には吐出溝６ａの下面開口８に連通する貫通孔１８を備える。ポリイミドフィルム１７は補助プレート１３のアクチュエータ基板２とは反対側に接着される。ポリイミドフィルム１７には貫通孔１８に連通するノズル１１が形成される。補助プレート１３の貫通孔１８の開口部は下面開口８に近い大きさに形成し、開口部の側面に気泡が滞留しないようにする。

補助プレート１３として合成樹脂や金属膜を使用することができる。補助プレート１３としてヤング率が１．５ＧＰａ〜３０ＧＰａの材料を使用することが好ましい。しかし、金属膜等のヤング率が３０ＧＰａを超える材料を使用しても、ノズルプレート４の平均ヤング率が１．５ＧＰａ〜３０ＧＰａの範囲内であれば、使用することができる。また、積層構造を有するノズルプレート４においても、全体の厚さを０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍとするのが好ましい。

（第三実施形態）
図６は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の溝配列方向の断面模式図である。第一実施形態と異なる点は、非吐出溝６ｂを吐出溝６ａに変更し、後述する３サイクル駆動により吐出動作を行う点である。その他の構成は第一実施形態とほぼ同様である。従って、以下、主に第一実施形態と異なる点について説明し、同じ部分については説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

アクチュエータ基板２は、基板の上面ＵＳから下面ＬＳに貫通する細長い吐出溝６ａ（Ｍ１〜Ｍ３）が複数配列する。カバープレート３は、アクチュエータ基板２の一方側に液体排出室を、他方側に液体供給室を備え、液体供給室は吐出溝６ａの他方側の端部に第一スリットを介して連通し、一方側の端部に第二スリットを介して連通する。ノズルプレート４は各吐出溝６ａに連通するノズル１１を備える。そして、各吐出溝６ａの両側面には吐出溝６ａの長手方向に沿って帯状に駆動電極１２（Ｅ０〜Ｅ４）が設置される。両側面の駆動電極１２は、吐出溝６ａの底面を構成するノズルプレート４から離間する深さに設置される。ノズルプレート４やカバープレート３の硬度や厚さは第一実施形態と同様なので、説明を省略する。

なお、カバープレート３は、第一及び第二スリットを設けないで、液体供給室及び液体排出をアクチュエータ基板２の上面ＵＳから下面ＬＳに貫通するように形成してもよい。液体供給室及び液体排出室を貫通させれば製造工数が減少し、第一及び第二スリットを設置すれば、すべての壁５（Ｋ１〜Ｋ３）の上面ＵＳがカバープレート３に接着するので補強され、吐出溝６ａの強度が向上する。

液体噴射ヘッド１は、次のように動作する。液体供給室に液体を供給し、液体排出室から液体を排出して液体を循環させる。そして、吐出溝Ｍ１を駆動するときは駆動電極Ｅ１と駆動電極Ｅ０、及び駆動電極Ｅ１と駆動電極Ｅ２の間に駆動信号を与えて壁Ｋ１と壁Ｋ２を厚みすべり変形させる。これにより、吐出溝Ｍ１の容積が変化して連通するノズル１１から液滴が吐出される。以降、吐出溝Ｍ２、Ｍ３、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ１・・・のように順に３サイクル駆動することにより、すべての吐出溝６ａから液滴を吐出させることができる。

（第四実施形態）
図７は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射ヘッド１の断面模式図を表す。図７（ａ）は吐出溝６ａの長手方向の断面模式図であり、図７（ｂ）は非吐出溝６ｂの長手方向の断面模式図である。第一実施形態と異なる点は、カバープレート３に液体排出室が無く、液体供給室９に供給される液体が循環しない点である。その他の構成は第一実施形態とほぼ同様である。同一の部分又は同一の機能を有する部分については同一の符号を付している。

図７に示すように、液体噴射ヘッド１は、アクチュエータ基板２と、アクチュエータ基板２の上面ＵＳに設置されるカバープレート３と、アクチュエータ基板２の下面ＬＳに設置されるノズルプレート４とを備える。アクチュエータ基板２は、圧電体からなる細長い壁５により仕切られ、基板の上面ＵＳから下面ＬＳに貫通し面方向に細長い溝６が複数配列する。カバープレート３は、溝６の上面開口７を覆うようにアクチュエータ基板２に設置され、溝６に液体を供給する液体供給室９を有する。ノズルプレート４は、溝６に連通するノズル１１を備え、溝６の下面開口８を覆うようにアクチュエータ基板２に設置される。更に、壁５の側面には、ノズルプレート４から離間して壁５の長手方向に沿って帯状にコモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂが設置される。そして、ノズルプレート４はカバープレート３よりも剛性が低い。

アクチュエータ基板２に形成される溝６は吐出溝６ａと非吐出溝６ｂを含み、吐出溝６ａと非吐出溝６ｂとは溝６の長手方向に直交する方向に交互に並列に配列すること、また、吐出溝６ａ及び非吐出溝６ｂの形状やアクチュエータ基板２における形成位置等の構造は、第一実施形態と同様である。また、吐出溝６ａの両側面に形成されるコモン電極１２ａ、コモン電極１２ａに電気的に接続されるコモン端子１６ａ、非吐出溝６ｂの両側面に形成されるアクティブ電極１２ｂ、アクティブ電極１２ｂに接続されるアクティブ端子１６ｂは第一実施形態と同様である。

カバープレート３は、アクチュエータ基板２の他方側に液体供給室９を備え、液体供給室９は第二スリット１４ｂを介して吐出溝６ａに連通するが、非吐出溝６ｂとは連通しない。カバープレート３はアクチュエータ基板２の上面ＵＳに接着剤を介して接着され、ノズルプレート４はアクチュエータ基板２の下面ＬＳに接着剤を介して接着される。ノズルプレート４には吐出溝６ａに連通するノズル１１が形成される。ノズル１１は吐出溝６ａの長手方向の中央よりも一方側に位置する。なお、ノズル１１は吐出溝６ａの中央の位置でもよい。液体供給室９に供給される液体は第二スリット１４ｂを介して吐出溝６ａに充填される。液体噴射ヘッド１の駆動は第一実施形態と同様なので説明を省略する。

また、カバープレート３の剛性、ヤング率、厚さや、ノズルプレート４の剛性、ヤング率、厚さ、は第一実施形態と同様である。そのために、ノズルプレート４が被記録媒体に接触しても傷がつきにくく、クロストークを防止することができる。また、コモン電極１２ａ及びアクティブ電極１２ｂをノズルプレート４から離間して形成するので、ノズル１１から吐出される液滴が安定する。

（第五実施形態）
図８は本発明の第五実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給し、液体噴射ヘッド１、１’から液体を排出する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に連通する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は複数のヘッドチップを備え、各ヘッドチップは複数の吐出溝からなるチャンネルを備え、各チャンネルに連通するノズルから液滴を吐出する。液体ポンプ３３、３３’として、流路部３５、３５’に液体を供給する供給ポンプとそれ以外に液体を排出する排出ポンプのいずれか若しくは両方を設置する。また、図示しない圧力センサーや流量センサーを設置し、液体の流量を制御することもある。液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第四実施形態のいずれかを使用する。

液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体４４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体４４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、１’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４０とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。

一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９を備えている。

キャリッジユニット４３は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。

なお、本実施形態は、移動機構４０がキャリッジユニット４３と被記録媒体４４を移動させて記録する液体噴射装置３０であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を２次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。

１ 液体噴射ヘッド
２ アクチュエータ基板
３ カバープレート
４ ノズルプレート
５ 壁
６ 溝、６ａ 吐出溝、６ｂ 非吐出溝
７ 上面開口
８ 下面開口
９ 液体供給室
１０ 液体排出室
１１ ノズル
１２ 駆動電極、１２ａ コモン電極、１２ｂ アクティブ電極
１３ 補強プレート
１４ａ 第一スリット、１４ｂ 第二スリット
１５ 上げ底部
１６ａ コモン端子、１６ｂ アクティブ端子
１７ ポリイミドフィルム
１８ 貫通孔
ＬＥ 一方側の外周端、ＲＥ 他方側の外周端
ＵＳ 上面、ＬＳ 下面、ＢＰ 上面

Claims (10)

1. 圧電体からなる細長い壁により仕切られ、基板の上面から下面に貫通する細長い溝が複数配列するアクチュエータ基板と、
   前記溝の上面開口を覆うように前記アクチュエータ基板に設置され、前記溝に液体を供給する液体供給室を有するカバープレートと、
   前記溝の下面開口を覆うように前記アクチュエータ基板に設置され、前記溝に連通するノズルを有するノズルプレートと、を備え、
   前記壁の側面には、前記ノズルプレートから離間して前記壁の長手方向に沿って帯状に駆動電極が設置され、
   前記ノズルプレートは前記カバープレートよりも剛性が低い液体噴射ヘッド。
2. 前記ノズルプレートの材料は前記カバープレートの材料よりも剛性が低い請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記ノズルプレートはヤング率が１．５ＧＰａ〜３０ＧＰａの材料からなる請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記カバープレートはヤング率が４０ＧＰａを下回らない材料からなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記カバープレートは厚さが０．３ｍｍ〜１．０ｍｍであり、前記ノズルプレートは厚さが０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍである請求項１〜４のいずれか一項に記載液体噴射ヘッド。
6. 前記ノズルプレートは、ポリイミドフィルムと前記ポリイミドフィルムよりも剛性の高い補強プレートの積層構造を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記カバープレートは前記溝から液体を排出する液体排出室を備え、前記液体排出室が前記溝の長手方向の一方側に連通し、前記液体供給室が前記溝の長手方向の他方側に連通する請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記溝は吐出溝と非吐出溝が交互に配列し、
   前記液体供給室は、前記吐出溝と連通し、前記非吐出溝とは連通しない請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
9. 前記溝は吐出溝と非吐出溝が交互に配列し、
   前記液体排出室は、前記吐出溝と連通し、前記非吐出溝とは連通しない請求項７に記載の液体噴射ヘッド。
10. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドと、
    前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
    前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
    前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。

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