JP2015047768A - 液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から物理的に保護されているとともに、撥インク性を備えている吐出孔面を有する液体吐出ヘッドおよび、それを用いた記録装置を提供する。
【解決手段】液体吐出ヘッドは、吐出孔８および加圧室１０を備えている流路部材４と、加圧部３０を含んでおり、流路部材４は、複数のプレート２２〜３２を積層して構成されているともに、少なくとも、吐出孔８の開口している金属製のノズルプレート３１と、ノズルプレート３１の外側に積層されている金属製のガードプレート３２とを有しており、ガードプレート３２は、吐出孔８と重なる位置に、吐出孔８より大きい貫通孔１８を有しており、貫通孔１８の中で露出しているノズルプレート３１の表面に撥インク膜４０が存在し、ガードプレート３２の表面に撥インク膜が実質的に存在せず、ノズルプレート３１とガードプレート３２とは拡散接合により接合されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置に関する。

従来、液体吐出ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なうインクジェットヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えば、マニホールド（共通流路）およびマニホールドから複数の加圧室それぞれ介をして繋がる吐出孔を有した平板状の流路部材と、加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータ基板とを積層して構成される（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、流路部材は、各種流路となる孔が開口したプレートを接着接合して成っており、吐出孔が開口している吐出孔面には撥インク膜が形成されている。

特開２００３−３０５８５２号公報

特許文献１に記載されているような液体吐出ヘッドでは、吐出孔の形成されている吐出孔面が、液体吐出ヘッドの下面のほぼ全面で露出している。そのため、印刷している際に、印刷用紙が吐出孔面に当たるなどして、吐出孔が変形するなどし、印刷できなくなるなどの問題があった。

吐出孔面を保護するために、吐出孔面の外側に吐出孔が露出するような貫通孔を開けたプレートを積層することが考えられる。しかし、吐出孔面は、安定した吐出ができるように撥インク膜が形成されているため、吐出孔面の外側にプレートを接着接合させようとしても、接合性が悪かった。

したがって、本発明の目的は、外部から物理的に保護されているとともに、撥インク性を備えている吐出孔面を有する液体吐出ヘッドおよび、それを用いた記録装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室を備えている流路部材と、前記複数の加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを含む液体吐出ヘッドであって、前記流路部材は、複数のプレートを積層して構成されているともに、少なくとも、前記吐出孔の開口している金属製のノズルプレートと、該ノズルプレートの外側に積層されている金属製のガードプレートとを有しており、該ガードプレートは、前記吐出孔と重なる位置に、前記吐出孔より大きい貫通孔を有しており、前記貫通孔の中で露出している前記ノズルプレートの表面に撥インク膜が存在し、前記ガードプレートの表面に撥インク膜が実質的に存在せず、前記ノズルプレートと前記ガードプレートとは拡散接合により接合されていることを特徴とする。

本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドによれば、ノズルプレートとガードプレートとは、ノズルプレートに撥インク膜が形成されていても、拡散接合により接合可能であり、ガードプレートに撥インク膜がないことにより、吐出孔付近にインクが付着し難いので、インク付着に起因する吐出不良などが起き難い。

本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。 図１の液体吐出ヘッドを構成する流路部材および圧電アクチュエータ基板の平面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 （ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の要部の拡大図であり、（ｃ）は、（ａ）の平面図である。

図１は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。

給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。

給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。

搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６および１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。

ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。
また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。

ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。

給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。

４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の吐出孔８が設けられている（図４および５参照）。

１つの液体吐出ヘッド２に設けられた吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２には図示しない外部液体タンクから液体が供給される。各液体吐出ヘッド２の吐出孔８は、吐出孔面に開口しており、一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐ搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。各液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。

搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成するヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。

搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。

なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は
、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。

次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３を示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、一部の流路を省略して描いている。図４は、図３と同じ位置の拡大透視図で、吐出孔８の位置が分かり易いように、図３とは異なる一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０（加圧室群９）、しぼり１２および吐出孔８などを実線で描いている。図５（ａ）は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の要部の拡大図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）の下側（吐出孔面４−１側）から見た平面図である。なお、図５（ａ）では、図５（ｂ）に描いてある撥インク膜４０や接着剤層４２を省略してある。

ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、圧電アクチュエータ基板２１とを有している。圧電アクチュエータ基板２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータ基板２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータ基板２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータ基板２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータ基板２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。

流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータ基板２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。

流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータ基板２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータ基板２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータ基板２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体１３の長手方向に延在している。

流路部材４は、複数の加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの加圧室群９を有している。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの加圧室１０によって形成された各加圧室群９は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、圧電アクチュエータ基板２１は複数の加圧室１０を覆うように積層されるので、各加圧室１０の開口は、圧電アクチュエータ基板２１で
閉塞されている。

本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。

全体では、マニホールド５から繋がる加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各加圧室列に含まれる加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。吐出孔８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。

つまり、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔８を投影すると、図３に示した仮想直線のＲの範囲に、４つの副マニホールド５ａに繋がっている４つの吐出孔８、つまり全部で１６個の吐出孔８が６００ｄｐｉの等間隔に配置されている。また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３３が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３３が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３３が形成されているということである。

圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に重なる位置には個別電極３５がそれぞれ形成されている。すなわち、個別電極３５は、圧電アクチュエータ基板２１の上面に、第１の方向および第１の方向とは異なる方向にわたって形成されている。個別電極３５は、個別電極本体３５ａと個別電極３５ａから引き出された引出電極３５ｂとを含む。個別電極本体３５ａは、加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。

流路部材４の下面には多数の吐出孔８が形成されている。これらの吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔群７は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の変位素子５０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。そして、それぞれの領域内の吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。

ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０、ノズルプレート３１およびガードプレート３２である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３３および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５に示されているように、加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、吐出孔８は
下面にと、個別流路３３を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介して副マニホールド５ａと吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。

第３に、加圧室１０の他端から吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜２９に形成されている。

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から吐出孔８に至る個別流路３３を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８へと進む。

また、ガードプレート３２には、吐出孔８と重なる位置に、吐出孔８より大きな貫通孔１８が開口している。貫通孔１８は、いわゆる流路ではないが、吐出孔８から吐出された液体は、貫通孔１８の中を飛翔して通過してから、液体吐出ヘッド２の外部に飛び出して行く。貫通孔１８については、後で詳述する。

圧電アクチュエータ基板２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂの積層体の厚さは４０μｍ程度であり、１００μｍ以下であることにより、変位量を大きくすることができる。圧電アクチュエータ基板２１は、流路部材４の加圧室１０の開口している平面状の面に積層されており、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。必要に応じて、個別電極３５の上に形成されているＡｇ系などの金属材料からなる接続電極３６を形成してもよい。個別電極３５は、圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と重なる位置に配置されている個別電極本体３５ａと、個別電極本体３５ａから加圧室１０と重ならない位置まで引き出されている引出電極３５ｂとを含んでいる。引出電極３５ｂの加圧室１０のない位置には、接続電極３６が形成されている。個別電極３５の厚さは、０．３〜１μｍである。接続電極３６は例えばガラスフリットを含む銀からなり、厚さが１〜１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible
Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて駆動信号（駆動電圧）が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。

共通電極３４は、圧電セラミック層（セラミック振動板）２１ａと圧電セラミック層（圧電体層）２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域内の全ての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、外部配線内の別の電極と接続されている。

圧電セラミック層２１ａの個別電極３５と共通電極３４とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極３５に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子３０となっている。より具体的には、個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部１００により個別電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ａは加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部１００からの制御でドライバＩＣなどを介して、個別電極３５に供給される駆動信号により、変位素子５０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極３５を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ１２内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極３５に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、圧力室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。圧力室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、圧力室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、圧電アクチュエータ基板２１の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

以上のような液体吐出ヘッド２において、流路部材４の各プレート２２〜３２は、製造コストの面からは、接着接合するのが好ましい。また、吐出孔面４−１の吐出孔８の周囲には、安定した吐出（安定したメニスカスの保持）ができるように、撥インク膜４０が形成される。なお、ここで言う吐出孔面４−１とは、液滴が吐出される吐出孔８が開口しているノズルプレート３１の下側の面のことであり、液体吐出ヘッド２の下側に露出している面全体のことではない。撥インク膜４０があると、ノズルプレート３１とガードプレート３２とを接着接合しようとしても、撥インク膜４０があるため、接着するのが難しい。プレート２２〜３２を接着積層して流路部材４を作製してから、撥インク膜４０を付けることも可能であるが、流路部材４をマスキングする工程が増えたり、流路内に撥インク膜４０の成分が入り込んで、吐出特性を変動させるおそれがある。

そこで、ノズルプレート３１とガードプレート３２と金属製にし、ノズルプレート３１の吐出孔面４−１の略全面に撥インク膜４０を付けた後、ノズルプレート３１とガードプレート３２とを拡散接合で接合させる。拡散接合により、接合される部分の撥インク膜４０は、分解されて、その成分はノズルプレート３１およびガードプレート３２の双方に混ざり込んだ状態になると考えられる。

拡散接合されたノズルプレート３１およびガードプレート３２と、他のプレートとの接合は、拡散接合で行なってもよいが、接着接合するのが好ましい。流路となる孔が多数開いているプレートを拡散接合すると、圧力が加わり難い部分で接合が不十分となるおそれがあるが、接着接合であれは、圧力が通常より弱くても接着により接合できるからである。

また、このように作製すれば、表面に撥インク膜４０が形成されていないガードプレート３２を有する液体吐出ヘッド２が得られる。撥インク膜４０は、吐出孔８の周囲に付着したインクが吐出孔８にまで濡れ広がり、吐出孔８内のメニスカスを破壊することで生じる、不吐出や、吐出特性の変動が起きないように付けられる。したがって、吐出孔８から離れた部分には、撥インク膜４０を付ける必要性は低い。さらに、撥インク膜４０がない部分にはインクが留まり易く、インクが移動して吐出孔８に到達し難くなるので、かえってガードプレート３２の表面には撥インク膜４０が実質的に存在しない方がよい。

ここで言うガードプレート３２の表面とは、厳密に言えば、吐出孔面４−１と平行な表面のことである。貫通孔１８の壁面には、撥インク膜４０を設けても良い。そのようにすれば、吐出孔８の周囲にある撥インク膜４０の形成されている領域が広くなり、付着したインクにより吐出孔８のメニスカスが破壊されることをより起き難くできる。また、ここで、撥インク膜４０が実質的に存在しないとは、表面処理されていないガードプレート３２と同程度の撥インク性であるか、もしくは、それより親インク性であること意味する。より具体的には、ガードプレート３２の表面を分析して、不純物以上のガードプレート３２以外の物質が存在しないか、存在したとしても、その物質が親インク性であることで確認できる。また、使用するインクや水などの指標となる液体で撥水角を測定して確認してもよい。具体的には、ガードプレート３２の表面における撥水角を測定した後、ガードプレート３２を研磨するなどして、撥インク膜４０などが存在していたとしても、それを取り除いた後、撥水角を測定する。最初の撥水角が、後の撥水角の±１０度以内であれば同程度の撥インク性、それより撥水角が小さければ、親インク性と判断できる。

また、液体吐出ヘッド２を使用して、多数回ワイピングを繰り返すと、撥インク膜４０が劣化することがある。そうすると、使用頻度の違いにより、液体吐出ヘッド２によって撥インク性の状態に差が生じてしまう。そうすると、例えば、同じ条件でワイピングしても、液体吐出ヘッド２によってワイピング後の状態が異なるなどの問題が生じ、好ましく
ない。そのため、ガードプレート３２の表面には最初から撥インク膜４０を付けないことが好ましい。

ガードプレート３２の厚さは、２０μｍ以上にすることで吐出孔８を保護する効果を高められる。ガードプレート３２の厚さを、２００μｍ以下にすれば、ガードプレート３２の上からワイピンクしても、ワイパーが変形して、貫通孔１８の中の吐出孔面４−１をワイピングすることができる。貫通孔１８の中の吐出孔面４−１がワイピングされ易くするには、ガードプレート３２の厚さを１００μｍ以下にするのがよい。また、ガードプレート３２の厚さを、２００μｍ以下にすれば、ガードプレート３２がある分、吐出孔８から印刷用紙Ｐまでの液滴の飛翔距離が長くなっても、着弾位置のばらつきへの影響を小さくできる。

貫通孔１８の大きさは、吐出孔１８より大きく、貫通孔１８の底で、吐出孔１８の全周囲において吐出孔面４−１が露出している。露出している吐出孔面４−１の面積は、吐出孔８の面積が１０倍以上、さらに２０倍上にあることにより、吐出孔７の周囲にインクが付着し難くでき、メニスカスの破壊が起き難くできる。吐出孔８の周囲の吐出孔面４−１がワイピングされ易いように、貫通孔１８の開口径は、ガードプレート３２の厚さの５倍以上、さらに１０倍以上であるのが好ましい。

ワイピングされ易くするには、貫通孔１８は、吐出孔８に向かって大きさが小さくなっているのが好ましい。これにより吐出孔面４−１と貫通孔１８の壁面との間にできる角部の近くまでワイピングできるようになる。吐出孔面４−１と貫通孔１８の壁面の成す角度は、７５度以下、さらに６０度以下であるのが好ましい。

また、貫通孔１８の平面形状は、楕円形状、さらには円形状であるのが好ましい。角のある形状であると、その角の部分における、吐出孔面４−１と貫通孔１８の壁面との間にできる角部には、ワイパーが当たり難くなるが、平面形状に角がなければ、そのようなことが起きるのを抑制できる。

以上のような液体吐出ヘッド２は、例えば、以下のようにして作製する。ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層２１ａ、２１ｂとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極３４となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を充填する。

ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、その後金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極３５を印刷して、焼成し、さらにＡｇペーストを用いて接続電極３６を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータ基板２１を作製する。

次に、圧延法等により得られたＦｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系など金属製のプレート２２〜３２にエッチングや、打ち抜きなどでマニホールド５、液体加圧室１０、ディセンダ、吐出孔８および貫通孔１８などとなる孔や溝などを形成する。ノズルプレート３１の吐出孔面４−１の略全面に撥インク膜４０を、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition、化学気相成長）で、アモルファスカーボン膜を形成する。次いで、ノズ
ルプレート３１の吐出孔面４−１とガードプレート３２とを、高温、高圧力を加えて拡散接合させる。接合したプレートと他のプレート２２〜３０とを、接着剤層４２を介して積層し、接着接合させて流路部材４を作製する。

続いて、圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とを接着剤層を介して積層する。その後、個別電極３５と共通電極３４との間に電圧を加え、これらの間に挟まれている部位の圧電セラミック層２１ｂを分極することで、液体吐出ヘッド２を得ることができる。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４、２０４・・・流路部材
４−１・・・吐出孔面
４−２・・・加圧室面
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・マニホールドの開口
６・・・個別供給流路
８・・・吐出孔
９・・・加圧室群
１０・・・加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・加圧室列
１２・・・しぼり
１３・・・ヘッド本体
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・吐出孔列
１８・・・
２１・・・圧電アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層
２１ｂ・・・圧電セラミック層（圧電体層）
２２〜３２・・・プレート
３１・・・ノズルプレート
３２・・・ガードプレート
３３・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３５ａ・・・個別電極本体
３５ｂ・・・引出電極
３６・・・接続電極
４０・・・撥インク膜
４２・・・接着剤層
５０・・・変位素子

Claims (3)

1. 複数の吐出孔および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室を備えている流路部材と、前記複数の加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを含む液体吐出ヘッドであって、
   前記流路部材は、複数のプレートを積層して構成されているともに、少なくとも、前記吐出孔の開口している金属製のノズルプレートと、該ノズルプレートの外側に積層されている金属製のガードプレートとを有しており、
   該ガードプレートは、前記吐出孔と重なる位置に、前記吐出孔より大きい貫通孔を有しており、
   前記貫通孔の中で露出している前記ノズルプレートの表面に撥インク膜が存在し、
   前記ガードプレートの表面に撥インク膜が実質的に存在せず、
   前記ノズルプレートと前記ガードプレートとは拡散接合により接合されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記流路部材を構成する前記プレート同士は、前記ノズルプレートと前記ガードプレートとの間を除いて、接着接合により接合されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。

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