JP4032283B2

JP4032283B2 - マルチノズルインクジェットヘッド及びその製造方法

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Publication number: JP4032283B2
Application number: JP2001570453A
Authority: JP
Inventors: 義明坂本; 修司小池; 知久新海
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: US20050168538A1; US6921159B2; US20030016273A1; WO2001072520A1; US7134172B2

Description

【０００１】
【技術の分野】
本発明は、ピエゾ素子を用いたマルチノズルインクジェットヘッド及びその製造方法に関し、特に、隣接素子間の機械的干渉を低減するマルチノズルインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
図１４は、従来のマルチノズルインクジェットヘッドの構成図である。このヘッド１０は、駆動素子として、振動板１０２に、ピエゾ素子１０１を積層したバイモルフ・アクチュエータの適用例を示している。このヘッドの作製方法は、図示しないＭｇＯ基板上にスパッタにて複数の個別電極１００を形成し、更にピエゾ１０１を数μｍ厚積層、パターニング形成する。この後、共通電極兼振動板１０２となる金属（Ｃｒ等）を全面に渡って数μｍ形成して、バイモルフ構造体を形成する。
【０００３】
これと別に用意する圧力室形成部材（ドライフィルムレジスト）１０３とノズル形成部材１０５を、バイモルフ構造体の個別電極１００に対応する位置に合わせて接合する。その後、ＭｇＯ基板をエッチング除去して、マルチノズルヘッド板１０が完成する。
【０００４】
このヘッド１０の動作は、図示しないインクタンクからヘッド１０へインクが供給され、更にヘッド１０内では共通路およびインク供給路を通って各圧力室１０４とノズル１０６にインクが供給される。駆動回路から駆動信号を個別電極（各ノズルに対応する電極）１００に与えると、ピエゾ１０１の圧電効果により、図１４の点線に示すように振動板１０２が圧力室１０４内に向けて撓み、ノズル１０６よりインクを噴射する。このインクが印字媒体上でドットを形成し、所望の画像を形成する。
【０００５】
図１４の点線に示す駆動時の変形は、ピエゾ１０１の圧電効果（特に電界に直交する横効果）による歪力が、電極１００とピエゾ１０１と振動板１０２の各断面形状（特に厚さ）と各ヤング率の違いにより、曲げ断面中立軸において曲げモーメントとして作用し、電極１００とピエゾ１０１と振動板１０２からなるバイモルフ構造体全体が撓むこととなる。
【０００６】
この撓みを、圧力室１０４内のインクが流動するよう作用させるには、同バイモルフ構造体を圧力室１０４に対して固定する必要がある。これにより、同固定部分を基準位置として撓む振動板１０２表面が、圧力室１０４の容積を変化し、インクの噴出が可能となる。
【０００７】
図１５の模式図に示すように、振動板１０２の撓みによって圧力室１０４の容積を変化させるマルチノズルインクジェットヘッド１０は、ノズル１０６の高集積化によって、隣り合うノズル１０６に連通する圧力室１０４間の壁（圧力室壁）１０３が薄くなる。即ち、振動板１０２の固定部分が狭くなる。例えば、１５０ｄｐｉのヘッドでは、ノズル間隔が、１６９μｍ程度であり、圧力室壁１０３の厚みは、３５μｍにする必要がある。
【０００８】
このことは、振動板１０２の固定部分１０３の剛性を下げることとなり、十分に振動板１０２の固定端としての機能を発揮しなくなる。このため、隣接する圧力室１０４を同一の振動板１０２で覆う構造においては、一つの振動板が撓む時（単素子駆動）には、この撓みの方向Ａに隣接する素子の振動板部分も引き込まれ、駆動部分のみの局部的な撓みを生じ難い。また、図１５に示すように、隣接する素子を含め各々の振動板１０２が撓む時（多素子駆動）には、互いの振動板１０２が固定部分１０３を挟んで矢印Ａ，Ｂ方向に引っ張り合い、釣合うため、駆動部分のみの局部的な撓みを生じ易い。
【０００９】
このように、駆動状態（単素子駆動または多素子駆動）によって、振動板１０２の撓みが異なる機械的な駆動干渉（クロストーク）を生じる。これはインクジェットヘッドではインク飛翔特性バラツキとなって現れ、印字画質を劣化させることとなる。
【００１０】
又、一体となっている振動板１０２を圧力室１０４毎に分割する手法が知られているが、薄い圧力室壁１０３で、振動板固定部の信頼性（振動板の固定端としての機能および圧力室を密閉する構造）を確保することは、ノズルの高集積度に伴い、きわめて難しい。しかも、分割しても、ピエゾ１０１が振動板１０２の固定端に与える歪みエネルギーは変化しないため、圧力室壁１０３を介して、隣接する素子へ伝達されるエネルギーは変化しない。このため、圧力室壁が薄い高密度ヘッドでは、有効な解決策と言い難く、クロストークを防止できない。
【００１１】
【発明の開示】
本発明の目的は、高密度ノズルにおいても、クロストークを抑圧するためのマルチノズルインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、ピエゾの発生力による振動板の歪みエネルギーが、固定部に作用するのを抑制するためのマルチノズルインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の更に他の目的は、クロストークを抑圧し、且つバイモルフ部の変位量を拡大するためのマルチノズルインクジェットヘッド及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的の達成のため、本発明のマルチノズルインクジェットヘッドは、前記複数のノズルと複数の圧力室を形成するヘッド基板と、前記複数の隣接する圧力室を覆う振動板と、前記振動板上に設けられ、前記各圧力室に対応して設けられた複数のピエゾ素子と、各ピエゾ素子に設けられた複数の個別電極とを有し、前記複数の圧力室が隣接する前記圧力室の短軸方向に形成される前記振動板の断面は、前記ピエゾ素子の範囲に設けられた直線形状部分と、前記直線形状部分と、前記複数の隣接する圧力室を仕切る前記圧力室の壁との間に設けられた非直線部分とを有し、前記非直線部分は、前記ピエゾ素子の端部から離れた部分に設けられ、かつ、前記振動板と前記圧力室の壁との接合部から離れた部分に設けられ、かつ、前記圧力室の壁との接合部に全てが含まれないように設けられる。
【００１５】
本発明は、隣接駆動素子間の振動板の平坦度を下げて、一方の駆動素子の振動板部分を変位させる時に、他方の駆動素子の振動板部分に引張力が伝わりにくくする。これによって単素子駆動と多素子駆動で変位量が異なることを防ぎ、インク飛翔特性バラツキを抑制する。このため、本発明では、振動板の断面形状において、バイモルフ駆動体のピエゾ素子の範囲は、直線形状とし、この直線形状部分と圧力室壁との間を、非直線形状とした。この非直線形状は、振動板の直線形状部分に生じる歪エネルギーが、圧力室壁に作用するのを抑圧する。このため、隣接素子へのエネルギーの伝達を抑制でき、クロストークを抑圧できる。又、ピエゾ素子の範囲は、直線形状としたため、バイモルフ駆動体の変位量を減少しないで、実現できる。
【００１６】
又、本発明のマルチノズルインクジエットヘッドでは、前記振動板の非直線部分は、前記ピエゾ素子による前記振動板の歪エネルギーが、前記圧力室の壁に伝達するのを抑制する形状であって、前記直線形状部分と厚み変化の無い曲折する形状であることにより、クロストークを抑圧できる。
【００１７】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドでは、前記振動板の非直線部分は、湾曲もしくはクランク形状とすることにより、容易に、歪エネルギーの伝達を抑制する断面形状の振動板を作成できる。
【００１８】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドでは、前記振動板の非直線部分は、前記圧力室の長さ方向（長軸方向）に渡って形成されることにより、隣接素子へのクロストークを完全に抑圧できる。
【００１９】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドでは、前記振動板の非直線部分は、前記ピエゾ素子により、前記振動板が撓む方向に、凸形状を有することにより、振動板が撓み易くなり、バイモルフ駆動体の変位量を拡大できる。
【００２０】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドでは、前記振動板が、前記複数の圧力室に共通の振動板で構成されることにより、薄い圧力室壁でもバイモルフ駆動体を確実に固定でき、バイモルフ駆動体の変位特性を保ちつつ、クロストークを抑圧できる。
【００２１】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドでは、前記振動板が、前記圧力室の壁の領域で分割された振動板で構成される態様も可能である。
【００２２】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドでは、インクを噴出する複数のノズルを有するマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、前記複数のノズルと複数の圧力室を形成するヘッド基板と、前記複数の隣接する圧力室を覆う振動板と、前記振動板上に設けられ、前記各圧力室に対応して設けられた複数のピエゾ素子と、各ピエゾ素子に設けられた複数の個別電極とを有し、前記圧力室の短軸方向に形成される前記振動板の断面は、前記ピエゾ素子の範囲に設けられた直線形状部分と、前記直線形状部分と、前記複数の隣接する圧力室を仕切る前記圧力室の壁との間に設けられた非直線部分とを有し、前記複数の圧力室の隣接方向について前記ピエゾ素子の両端にテーパ部が形成され、該テーパ部と前記振動板との間に絶縁層が介在する構造の態様により、電極間の短絡を防止して、変位に必要なピエゾ幅をとることができる。
【００２３】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドでは、前記複数の圧力室の隣接方向について前記ピエゾ素子の幅が、前記直線形状部分の両側にある前記非直線部分の全域よりも短い構成により、非直線部分が曲がり易くなり、隣接素子間のエネルギー伝達をより抑圧できる。
【００２４】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドでは、前記ピエゾ素子は、ｄ３１方向の収縮（電界に直交する横効果）を利用して前記振動板を前記圧力室内に撓ませるものであることにより、圧力室の容積を変化させてインクの噴射が可能である。
【００２５】
本発明のマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法は、基板上に、複数の個別電極を形成するステップと、各前記個別電極上に、複数のピエゾ素子を形成するステップと、前記ピエゾ素子の設けられた範囲と、前記複数の隣接する圧力室を仕切る前記圧力室の壁との間に盛り上がり部分を有する絶縁層を、前記基板上に形成するステップと、前記絶縁層上に、振動板層を形成するステップと、前記複数のノズルと複数の圧力室を形成するヘッド基板を、前記各圧力室に前記各ピエゾ素子が位置するように、前記振動板層上に形成するステップと、前記基板を除去して前記個別電極面を露出させるステップと、を有する。
【００２６】
この態様では、絶縁層のピエゾ素子の設けられた範囲と、前記圧力室の壁との間に盛り上がり部分を形成するため、容易に、振動板に直線部分と非直線部分とを形成できる。
【００２７】
又、本発明のマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法では、請求の範囲１１項記載のマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法において、前記ピエゾ素子を形成するステップは、前記複数の圧力室の隣接方向について両端にテーパ部分を有するピエゾ素子を形成するステップからなり、前記絶縁層を形成するステップは、前記ピエゾ素子の前記テーパ部分に前記盛り上がり部分を有する絶縁層を、前記基板上に形成するステップからなることにより、ピエゾ素子の幅を減少することなく、クロストークを抑圧できる。このため、バイモルフ駆動体の変位量を減少することなく、クロストークを抑圧できる。
【００２８】
更に、本発明のマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法では、振動板層を形成するステップは、前記複数の圧力室に共通の振動板層を形成するステップからなることにより、薄い圧力室壁でもバイモルフ駆動体を確実に固定でき、バイモルフ駆動体の変位特性を保ちつつ、クロストークを抑圧できる。
【００２９】
本発明の他の目的、形態は、以下の図面及び実施の形態からあきらかとなる。
【００３０】
【発明を実施するための最良の形態】
図１は、本発明の一実施例のインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの構成図であり、シリアルプリンタを示している。図１において、キャリッジ３は、印字媒体８の主走査方向に移動する。キャリッジ３には、インクを収容するインクタンク２と、本発明のインクジェットヘッド１とが搭載されている。
【００３１】
印字媒体８は、給紙コーラ５と押えローラ４により、ヘッド１方向に搬送され、排紙ローラ７と押えギザローラ６により、排紙受け９方向に、搬送される。印字媒体８の副走査方向への搬送と、キャリッジ３の主走査方向の移動により、ヘッド１は、印字媒体８の全体の印字が行われる。
【００３２】
図２は、マルチノズルインクジェットヘッド（以下、ヘッドという）１の上面図、図３は、図２のヘッドのＢ−Ｂ断面図、図４は、図２のヘッドのＡ−Ａ断面図である。
【００３３】
図２に示すように、ヘッド１は、３つのノズルを持つ。即ち、共通インク室１６に対し、インク供給路１７を介して、３つの圧力室１５、３つの圧電素子（ピエゾ）１９が設けられている。図３に示すように、駆動素子として、振動板１８に、ピエゾ素子１９を積層したバイモルフ・アクチュエータを用いている。
【００３４】
このヘッドの作製方法は、図示しないＭｇＯ基板上にスパッタにて複数の個別電極２０を形成し、更にピエゾ１９を数μｍ厚積層、パターニング形成する。この後、共通電極兼振動板１８となる金属（Ｃｒ等）を全面に渡って数μｍ形成して、バイモルフ構造体を形成する。
【００３５】
これと別に、用意する圧力室形成部材（ドライフィルムレジスト）１４とノズル形成部材１０，１１を、バイモルフ構造体の個別電極２０に対応する位置に合わせて接合する。その後、ＭｇＯ基板をエッチング除去して、マルチノズルヘッド板１が完成する。
【００３６】
このヘッド１の動作は、図１のインクタンク２からヘッド１へインクが供給され、更にヘッド１内では、共通路１６およびインク供給路１７を通って各圧力室１５とノズル１２にインクが供給される。振動板１８を電気的に接地し、駆動回路から駆動信号を個別電極（各ノズルに対応する電極）２０に与えると、ピエゾ１９の圧電効果により、図４に示すように振動板１８が圧力室１５内に向けて撓み、ノズル１２よりインクを噴射する。このインクが印字媒体上でドットを形成し、所望の画像を形成する。
【００３７】
図４に点線で示す駆動時の変形は、ピエゾ１９の圧電効果（特に電界に直交する横効果）による歪力が、電極２０とピエゾ１９と振動板１８の各断面形状（特に厚さ）と各ヤング率の違いにより、曲げ断面中立軸において曲げモーメントとして作用し、電極２０とピエゾ１９と振動板１８からなるバイモルフ構造体全体が撓むこととなる。
【００３８】
この撓みを、圧力室１５内のインクが流動するよう作用させるには、同バイモルフ構造体を圧力室１０４に対して固定する必要がある。これにより、同固定部分を基準位置として撓む振動板１０２表面が、圧力室１０５の容積を変化させ、インクの噴出が可能となる。具体的には、圧力室１５を形成する壁１４に、振動板１８を固定する。
【００３９】
図４に示すように、振動板１８の撓みによって圧力室１５の容積を変化させるマルチノズルインクジェットヘッド１は、ノズル１２の高集積化によって、隣り合うノズル１２に連通する圧力室１５間の壁（圧力室壁）１４が薄くなる。即ち、振動板１８の固定部分が狭くなる。例えば、１５０ｄｐｉのヘッドでは、ノズル間隔が、１６９μｍ程度であり、圧力室壁１０３の厚みは、３５μｍにする必要がある。
【００４０】
図４に示すように、本発明のヘッド１では、複数の隣接する圧力室１５を同一の振動板１８で覆う構造であり、隣接駆動素子間の少なくとも一部で、振動板断面を直線状ではなく、湾曲もしくはクランク形状といった非直線断面１８−２としている。この振動板の非直線異形断面部（湾曲もしくはクランク形状）１８−２は駆動素子１９から遠ざかる方向で、圧力室壁１４との間に形成される。
【００４１】
この振動板１８の非直線異形断面部１８−２は、圧力室の幅方向（短軸方向）に形成される。又、この振動板１８の非直線異形断面部１８−２は、圧力室１５の長さ方向（長軸方向）に渡って均一に形成される。このピエゾ１９は厚さ５μｍ以下の薄膜ピエゾである。この振動板１８の非直線異形断面部１８−２は、振動板１８の圧力室壁１４の接合部（振動板固定部）に全てが含まれないよう、駆動時に振動板１８が撓む領域に設けられる。
【００４２】
図５は、この非直線断面部１８−２を設けた振動板１８の作用を説明する図である。図５（Ａ）は、そのモデル図であり、振動板１８は、ピエゾ１９の設置範囲が、直線形状１８−１であり、その両端の圧力室壁１４との間に、非直線部１８−２が設けられている。図中において、ピエゾ１９の発生力による振動板１８の歪エネルギーを解析する。
【００４３】
図５（Ｂ）は、その解析モデル図であり、振動板１８の中心軸には、ピエゾ１９の発生力ｆｐが作用する。その軸力は、Ｎとなる。非直線部１８−２の曲率半径をρとすると、非直線部１８−２の任意の断面では、ピエゾ発生力ｆｐは、軸力Ｎと、せん断力Ｆにベクトル分解される。これにより、この断面で、曲げモーメントＭ（＝ｆｐ・Ｌ）が生じる。Ｌは、曲げモーメント作用長である。
【００４４】
これにより、ピエゾ１９から振動板固定部１８−３に渡る振動板１８に作用する歪エネルギーＵは、下記式で表現できる。
【００４５】
Ｕ＝Ｕｎ＋Ｕｆ＋Ｕｍ＋Ｕｍｎ
ここで、Ｕｎは、軸力Ｎによる歪エネルギーであり、
Ｕｆは、せん断力Ｆによる歪エネルギーであり、
Ｕｍは、曲げモーメントＭによる歪エネルギーであり、
Ｕｍｎは、曲げモーメントＭの歪と軸力Ｎによる歪エネルギーである。
【００４６】
この歪エネルギー成分の内、曲げモーメントＭによって生じるＵｍとＵｍｎ及びせん断力Ｆによって生じるＵｆは、非直線部１８−２の変形に費やされる。この曲げモーメントＭ及びせん断力Ｆは、振動板１８に作用するピエゾ発生力の方向（ここでは、ｄ３１方向の収縮）に対し、振動板が同方向の延長線上にない形状、即ち、非直線部１８−２により、発生する。
【００４７】
又、バイモルフ素子を変形させる方向に、非直線部１８−２の凸部を設けることにより、バイモルフ素子の変形量が拡大する。即ち、非線形部１８−２の変形が、非線形部１８−２の曲率半径Ｐを大きくする方向に作用し、これにより、バイモルフ素子の変形量を拡大する。逆に、所定量の変位を得るための駆動電圧を低くすることができる。
【００４８】
一方、図５（Ｃ）に示すように、従来の振動板が、直線断面のみの形状である場合には、曲げモーメントが発生しない。従って、振動板１８から振動板１８固定部には、歪エネルギーＵｎが直接作用する。このため、ピエゾ発生力ｆｐによる歪エネルギーＵで比較すると、本発明では、Ｕｆ，Ｕｍ，Ｕｍｎにエネルギー分配されるため、固定部に作用する歪エネルギーが小さくなる。従って、圧力室壁を介して隣接する素子へ伝達されるエネルギーが小さくなり、クロストークを小さくできる。
【００４９】
更に、分割された振動板に適用しても、効果がある。即ち、圧力室壁で振動板が分割されているため、各々の振動板は、直接に力が作用することはないが、各々の振動板は、同一の圧力室壁に固定されているため、この壁への固定を介して隣接素子間で作用し合い、クロストークを生じる。特に、圧力室の壁が薄く、剛性の低い場合に顕著である。
【００５０】
本発明では、ピエゾ発生力ｆｐによる歪エネルギーＵに対し、固定部に作用する歪エネルギー自体が小さくなるため、圧力室壁を介して隣接する素子へ伝達されるエネルギーが小さくなり、分割された振動板でも、よりクロストークを小さくできる。
【００５１】
このため、ノズルの集積度を上げる構造、即ち、振動板固定部が狭くなる構造において、振動板固定を確保しつつ、隣接素子間の機械的クロストークを抑制できる。特に、アクチュエータとして厚さ５μｍ以下の薄膜ピエゾを用いたバイモルフ振動板構造において同効果は顕著であり、ノズルの高集積化やヘッドの小型化に大きく寄与する。
【００５２】
また、印字記録装置は印字品質（画質、速度）を向上することが望まれ、インクジェットプリンタにおいては、インク粒子の微小化（ドットの微細化）とノズル数を多く構成することで実現できる。このとき要求される駆動素子として薄膜ピエゾを用いたバイモルフ・アクチュエータが極めて有望とされている。この薄膜ピエゾは薄く形成され圧電定数が高いことから、低電圧駆動で曲げ易く且つ半導体製法により高集積化を容易にする。
【００５３】
次に、図６及び図７により、このヘッドの製造方法を説明する。この実施例では、薄膜ピエゾの作製方法は従来例と同様であるが、ピエゾの分割をエッチングですることによって、ピエゾ端部断面をテーパ形状とした。これによって、振動板の湾曲形状を容易に作製できる。
【００５４】
[1]ＭｇＯ基板３０上に個別電極２０をＰｔスパッタのパターニングによって必要形状を形成する。
【００５５】
[2][1]上全面にピエゾ層１９をスパッタによって全面形成する。
【００５６】
[3][2]のピエゾ層１９にフォトリソグラフィーにより、レジストパターンを形成した後、ケミカルエッチングによって個別電極部分のピエゾを残すよう、ピエゾ１９を分割する。このとき、ケミカルエッチングによって、ピエゾ端部断面はテーパ形状となる。この個別電極側のピエゾ幅は、９０（μｍ）であり、振動板側のピエゾ幅は、７０（μｍ）である。
【００５７】
[4][3]上全面に感光性ポリイミド（ＰＩ）３１をスピンコートする。この厚さをｔ１（μｍ）とする。
【００５８】
[5][4]のＰＩ（絶縁層）３１を露光・現像する。後に振動板断面を湾曲形状とする範囲のＰＩ３１を残す。ここでは、図のようにピエゾ１９のテーパ端面の範囲を残す。
【００５９】
[6][5]上全面に感光性ポリイミド（ＰＩ）３２をスピンコートし、露光する。このとき、新たに塗布したＰＩ３２は[5]で作製したＰＩ３１上面に厚さ１μｍで形成され、また塗布したＰＩ３２表面は表面張力によって滑らかに仕上がる。この厚さは、ｔ２（μｍ）である。
【００６０】
[7]ＩＣＰエッチング（高周波誘導結合型プラズマ装置）によりＰＩ３２を表面から必要量除去する。これにより、湾曲型が形成される。この除去量は、ｔ３（μｍ）である。
【００６１】
[8][7]上全面に共通電極兼振動板１８をＣｒスパッタによって形成する。
【００６２】
[9][8]上にドライフィルムレジストのパターニングにより圧力室壁基部１４−１を形成する。ここでは、ドライフィルムレジストの積層パターニングによりインク供給路１７を形成する。
【００６３】
[10]別途作製したノズル基板（ノズル板１０と導通路板１１の積層板）に、ドライフィルムレジストのパターニングにより圧力室壁基部１４−２を形成する。
【００６４】
[11][9]と[10]を位置合わせして加熱接合し、ピエゾ基板のＭｇＯ３０をエッチングによって除去して完成する。
【００６５】
図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）に本発明の実施例を示す。構成略図は圧力室の横断面（複数の圧力室を配置する方向の断面）である。駆動素子は振動板１８と薄膜ピエゾ１９の積層体からなるバイモルフ構造である。ここでは，従来例および各実施例の特性を比較するため、以下の共通形状とした。
・個別電極：幅９０（μｍ），厚さ０．１（μｍ）
・薄膜ピエゾ：圧電定数ｄ３１１００Ｅ−１２（ｍ／Ｖ），幅７０〜９０（μｍ) ，厚さ３（μｍ）
・圧力室：長さ１７００（μｍ），幅１００（μｍ），深さ１００（μｍ）
・ノズルピッチ：１６９（μｍ）（＝１５０ｄｐｉ）
圧力室壁厚さ＝ノズルピッチ−圧力室幅＝３５（μｍ）
・ノズル：長さ２０（μｍ），直径２０（μｍ）
ポリイミド（ＰＩ）シートをエキシマレーザ加工によってノズル形成
・導通路：長さ５０（μｍ），直径８５（μｍ）
ＳＵＳシートをエッチングによってインク流路形成
ここで、図６及び図７の前記ｔ１、ｔ２、ｔ３を調整して、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）の各形状を形成し、その特性を評価した。図９、図１０、図１１に、実施例と従来例のクロストーク特性比較を示す。図９は、ヘッドの動作特性（１５Ｖ駆動）を駆動状態（単素子駆動と多素子駆動）とで、粒速、粒量、最大変位、それによる、クロストーク率を比較したものである。
【００６６】
図１０は、図９のクロストーク率において、従来例を１として、実施例の効果を示したものである。図１１は、図１０のクロストーク率をグラフ化したものである。図１１は、実施例で形成した振動板湾曲部１８−２の高さを横軸に採り、湾曲形状による効果の傾向を示した。湾曲高さ０が、従来例に相当する。
【００６７】
以上より、実施例のように振動板１８を平坦ではなく、一部の断面を湾曲等の非直線異形状１８−２であることによって、従来に比較して、隣接素子間の機械的クロストークを抑制できることが明らかとなり、本特許の目的とするインク飛翔特性バラツキ（粒速、粒量）を抑えることに寄与することがわかる。
【００６８】
これは、例え、従来例の形状のクロストークが目標とする製品仕様のバラツキ範囲内としても、本特許の形状を用いることによって抑制可能なバラツキを、その他の製造上の加工バラツキに振替えること（例えば、ノズル径の加工精度緩和）が可能となり、製造を容易にすることでも寄与する。
【００６９】
又、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）では、ピエゾ１９の両端に、ケミカルエッチングにより、テーパ部が形成されるため、振動板１８との間に絶縁層３２を介在できる。このため、電極間の短絡を防止して、変位に必要なピエゾ幅をとれる。更に、非直線部１８−２を湾曲形状としているため、製造しやすく、角がない曲面のため、駆動時の変形による応力集中がなく、破断にも強い。
【００７０】
図１２は、本発明の他の実施例の構成図であり、図８と同様に、横断面を示している。この実施例では、ピエゾ１９に、テーパ部を形成していない。このため、非直線部１８−２の全域まで、ピエゾ１９の幅をとることはない。このため、非直線部１８−２が曲がり易くなり、エネルギー伝達をより抑圧できる。
【００７１】
図１３（Ａ）乃至図１３（Ｊ）は、本発明の更に他の実施例の構成図であり、非線形部１８−２の形状の変形例を示す。図１３（Ａ）乃至図１３（Ｃ）は、各々非直線部１８−２を、クランク形状としたものである。図１３（Ｅ）乃至図１３（Ｇ）は、各々非直線部１８−２を、テーパを持つクランク形状としたものである。図１３（Ｄ），図１３（Ｈ）乃至図１３（Ｊ）は、各々非直線部１８−２を、曲面形状としたものである。これらも、同様の作用、効果を奏し、製造、設計の便宜に従い、適宜選択できる。
【００７２】
以上、本発明を実施例により、説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲内から排除するものではない。
【００７３】
【産業上の利用性】
振動板に、非直線形状部を設けたため、ノズルの集積度を上げる構造、即ち振動板固定部が狭くなる構造において、振動板の固定を確保しつつ、隣接素子間の機械的クロストークを抑制できる。また、振動板を駆動素子の電極とした場合は、非直線異形断面部を駆動素子（対となる電極）から遠ざける形状とすることで、より微細構造となる駆動素子部の端面電極間の電気的ショートを防ぐ。特に、アクチュエータとして厚さ５μｍ以下の薄膜ピエゾを用いたバイモルフ振動板構造において、これらの効果は顕著であり、ノズルの高集積化やヘッドの小型化に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例のマルチノズルインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例のマルチノズルヘッドの上面図である。
【図３】図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、図４の振動板の動作説明図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例のマルチノズルヘッドの製造方法の説明図（その１）である。
【図７】図７は、本発明の一実施例のマルチノズルヘッドの製造方法の説明図（その２）である。
【図８】図８は、本発明の実施例の説明図である。
【図９】図９は、図８の実施例のヘッド特性図である。
【図１０】図１０は、図８のクロストーク抑制の特性図である。
【図１１】図１１は、図８の湾曲によるクロストーク抑制の特性図である。
【図１２】図１２は、本発明の他の実施例の説明図である。
【図１３】図１３は、本発明の更に他の実施例の説明図である。
【図１４】図１４は、従来のマルチノズルインクジェットヘッドの構成図である。
【図１５】図１５は、従来技術のクロストークの説明図である。

Claims

インクを噴出する複数のノズルを有するマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記複数のノズルと複数の圧力室を形成するヘッド基板と、
前記複数の隣接する圧力室を覆う振動板と、
前記振動板上に設けられ、前記各圧力室に対応して設けられた複数のピエゾ素子と、
各ピエゾ素子に設けられた複数の個別電極とを有し、
前記複数の圧力室が隣接する前記圧力室の短軸方向に形成される前記振動板の断面は、前記ピエゾ素子の範囲に設けられた直線形状部分と、
前記直線形状部分と、前記複数の隣接する圧力室を仕切る前記圧力室の壁との間に設けられた非直線部分とを有し、
前記非直線部分は、前記ピエゾ素子の端部から離れた部分に設けられ、かつ、前記振動板と前記圧力室の壁との接合部から離れた部分に設けられ、かつ、前記圧力室の壁との接合部に全てが含まれないように設けられること、を特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
請求の範囲１項記載のマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板の非直線部分は、前記ピエゾ素子による前記振動板の歪エネルギーが、前記圧力室の壁に伝達するのを抑圧する形状であって、前記直線形状部分と厚み変化の無い曲折する形状であることを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
請求の範囲２項記載のマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板の非直線部分は、湾曲もしくはクランク形状であることを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
請求の範囲２項記載のマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板の非直線部分は、前記圧力室の長さ方向（長軸方向）に渡って形成されることを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
請求の範囲２項記載のマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板の非直線部分は、前記ピエゾ素子により、前記振動板が撓む方向に、凸形状を有することを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
請求の範囲１項記載のマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板が、前記複数の圧力室に共通の振動板で構成されることを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
請求の範囲１項記載のマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板が、前記圧力室の壁の領域で分割された振動板で構成されることを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
インクを噴出する複数のノズルを有するマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記複数のノズルと複数の圧力室を形成するヘッド基板と、
前記複数の隣接する圧力室を覆う振動板と、
前記振動板上に設けられ、前記各圧力室に対応して設けられた複数のピエゾ素子と、
各ピエゾ素子に設けられた複数の個別電極とを有し、
前記圧力室の短軸方向に形成される前記振動板の断面は、前記ピエゾ素子の範囲に設けられた直線形状部分と、
前記直線形状部分と、前記複数の隣接する圧力室を仕切る前記圧力室の壁との間に設けられた非直線部分とを有し、
前記複数の圧力室の隣接方向について前記ピエゾ素子の両端にテーパ部が形成され、該テーパ部と前記振動板との間に絶縁層が介在することを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
請求の範囲１項記載のマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記複数の圧力室の隣接方向について前記ピエゾ素子の幅が、前記直線形状部分の両側にある前記非直線部分の全域よりも短いことを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
請求の範囲１項または８項記載のマルチノズルインクジェットヘッドにおいて、
前記ピエゾ素子は、ｄ３１方向の収縮を利用して前記振動板を前記圧力室内に撓ませることを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッド。
インクを噴出する複数のノズルと複数の圧力室を有するマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法において、
基板上に、複数の個別電極を形成するステップと、
各前記個別電極上に、複数のピエゾ素子を形成するステップと、
前記ピエゾ素子の設けられた範囲と、前記複数の隣接する圧力室を仕切る前記圧力室の壁との間に盛り上がり部分を有する絶縁層を、前記基板上に形成するステップと、
前記絶縁層上に、振動板層を形成するステップと、
前記複数のノズルと複数の圧力室を形成するヘッド基板を、前記各圧力室に前記各ピエゾ素子が位置するように、前記振動板層上に形成するステップと、
前記基板を除去して前記個別電極面を露出させるステップと、
を有することを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法。
請求の範囲１１項記載のマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法において、
前記ピエゾ素子を形成するステップは、前記複数の圧力室の隣接方向について両端にテーパ部分を有するピエゾ素子を形成するステップからなり、
前記絶縁層を形成するステップは、前記ピエゾ素子の前記テーパ部分に前記盛り上がり部分を有する絶縁層を、前記基板上に形成するステップからなることを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法。
請求の範囲１１項記載のマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法において、
前記振動板層を形成するステップは、前記複数の圧力室に共通の振動板層を形成するステップからなることを特徴とするマルチノズルインクジェットヘッドの製造方法。