JP5112889B2 - インクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置 - Google Patents

インクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置 Download PDF

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Description

本発明は、電圧印加により圧電素子を変形させてチャネル内圧を上昇させてノズル孔からインク滴を吐出させるピエゾ方式のインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置に関する。

上記したピエゾ方式のインクジェットヘッドチップとしては、従来、インクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、チャネルに連通して被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、を備えた構成が知られている。

具体的に説明すると、インクジェットヘッドチップは、一面側に上記インク室が形成されたインク室プレートと、一面側に上記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートと、上記ノズル孔が一列に複数形成されたノズルプレートと、が備えられており、インク室プレートの他面側とアクチュエータプレートの一面側とを接合させてインク室プレートとアクチュエータプレートとを重ね合わせるとともに、アクチュエータプレートのチャネル長手方向の一端側にノズルプレートを接合した構成になっている。インク室プレートにはインク導入孔が形成されており、このインク導入孔を介してインク室とチャネルとが連通され、インク室内のインクがチャネルに供給される。このような構成からなるインクジェットヘッドチップによれば、圧電素子に電圧を印加して圧電素子を変形させ、その圧電素子で区切られたチャネルの容積を収縮させてチャネル内圧を上昇させることにより、そのチャネル内のインクをノズル孔から吐出させ、被記録媒体に対してインク滴を吹き付けることができる。

なお、上記したインクジェットヘッドチップには、吐出チャネル(ノズル孔に連通したチャネル)が連続的に並べて設けられたシェアードウォールタイプと、吐出チャネルと非吐出チャネル(ノズル孔に連通していないチャネル)とが交互に並べて設けられた独立チャネルタイプと、がある。

上記したインクジェットヘッドチップにおいては、インクジェットプリンタによる印刷物の画質向上を図るべく、一列に配列された各ノズル孔からの吐出速度を均一化することが望まれている。
そこで、従来、下記特許文献1に示されているような、駆動波形を最適化する技術が提案されている。この技術は、シェアードウォールタイプのインクジェットヘッドチップに適用可能な技術であり、単発或いは断続的にインクを吐出させる吐出チャネルの非吐出時に、インクが吐出された吐出チャネルの復元タイミングに合わせて、インクが吐出しない程度の短いパルスを印加する。この技術によれば、単発或いは断続的にインクを吐出させる吐出チャネルのノズル孔からのインク吐出速度が、連続的にインクを吐出させる吐出チャネルのノズル孔からのインク吐出速度に比べて遅くなる問題が解消され、各ノズル孔からのインク吐出速度の均一化を図ることができる。
特開2006−224545号公報

しかしながら、上記した従来の技術では、チャネル並列方向の中間部分の吐出チャネルとチャネル並列方向の両端部分の吐出チャネルとで、ノズル孔からのインク吐出速度に差異が生じ、各ノズル孔からのインク吐出速度を十分に均一化することができないという問題がある。具体的に説明すると、シェアードウォールタイプのインクジェットヘッドチップでは、両端部分のノズル孔からの吐出速度が中間部分のノズル孔よりも遅くなり、また、独立チャネルタイプのインクジェットヘッドチップでは、両端部分のノズル孔からの吐出速度が中間部分のノズル孔よりも速くなる。このようなインク吐出速度に差異が生じる原因としては、両端部分の吐出チャネルと中間部分の吐出チャネルとでは、その電気的状態が異なっているためと考えられる。すなわち、中間部分の吐出チャネルは、その両側に他の吐出チャネルがそれぞれ多数形成されており、これら他の吐出チャネルにかかる電界の影響を両側からそれぞれ受けるのに対し、両端部分の吐出チャネルは、片側にのみ他の吐出チャネルが多数形成されており、他の吐出チャネルにかかる電界の影響を片側だけから受けるためである。

また、同様な現象として、例えば中央付近のいくつかのノズル孔だけからインク滴を吐出させると、それらのノズル孔のうちの両端のノズル孔からのインク吐出速度に差異が生じる。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、複数のノズル孔からのインク吐出速度の差異を生じにくくさせ、各ノズル孔からのインク吐出速度の均一化を図ることができるインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置を提供することを目的としている。

本発明に係るインクジェットヘッドチップは、インクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、該圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、前記チャネルの長手方向の一端部に配設されて被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、が備えられたインクジェットヘッドチップにおいて、前記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートは、少なくとも、前記圧電素子を構成する圧電材料からなる圧電層と、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率基板層と、を積層させた構成からなり、前記チャネルの底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出されていることを特徴としている。

このような特徴により、圧電素子に対して電圧を印加して圧電素子を変形させる。これにより、変形した圧電素子に隣接するチャネルの容積が収縮され、チャネル内のインクがノズル孔から吐出される。このとき、電圧が印加された各チャネルは、それぞれ近似した電気的状態となる。すなわち、隣り合う圧電素子同士が低誘電率基板層によって互いに電気的に分断された状態になっており、各チャネルは、他のチャネルにかかる電界の影響を受け難くなっている。したがって、駆動する各チャネルは、それぞれ近似した電気的状態となる。

また、本発明に係るインクジェットヘッドチップは、前記複数のチャネルには、前記ノズル孔に連通されているとともにインク導入孔を介して前記インク室に連通された吐出チャネルと、前記インク室からのインクの供給が遮断された非吐出チャネルと、が備えられ、前記吐出チャネルと前記非吐出チャネルとがチャネル並列方向に交互に配設されており、前記吐出チャネルの一端部は、その底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出された状態で前記アクチュエータプレートの端面まで延在され、前記吐出チャネルの他端部は、前記アクチュエータプレートの端面の手前まで延在されており、前記非吐出チャネルは、その底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出された状態で、少なくとも前記アクチュエータプレートの全長に亘って延在されていることが好ましい。

上記したインクジェットヘッドチップは、いわゆる独立チャネルタイプのインクジェットであり、1つの吐出チャネルとその両側の圧電素子とが1つの吐出ユニットとなっており、この吐出ユニットが非吐出チャネルを介して並列された構成になっている。また、非吐出チャネルが、底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態でアクチュエータプレートの全長に亘って延在されているので、チャネル長手方向の他端部(ノズル孔側の反対側)においても、隣り合う吐出チャネル同士が電気的に分断された状態となり、各吐出チャネルがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となる。これにより、各吐出チャネルは、他の吐出チャネルにかかる電界の影響をほとんど受けなくなり、各吐出チャネルは均一な電気的状態となる。

また、本発明に係るインクジェットヘッドチップは、前記複数のチャネルは、それぞれ、前記ノズル孔に連通されているとともにインク導入孔を介して前記インク室に連通された吐出チャネルであり、前記吐出チャネルの一端部は、その底面に前記絶縁性低誘電率材料が露出された状態で前記アクチュエータプレートの端面まで延在され、前記吐出チャネルの他端部は、前記アクチュエータプレートの端面の手前まで延在されている構成であってもよい。

上記したインクジェットヘッドチップは、いわゆるシェアードウォールタイプのインクジェットであり、吐出チャネルが圧電素子を介して並列された構成になっており、各吐出チャネルは、他の吐出チャネルにかかる電界の影響を受け難くなっている。

また、本発明に係るインクジェットヘッドチップは、前記アクチュエータプレートには、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなり、前記低誘電率基板層上に積層されるとともに前記圧電層に隣接する低誘電率層が備えられており、前記吐出チャネルの他端部が前記低誘電率層で閉塞されていることが好ましい。

これにより、隣り合う圧電素子同士が低誘電率基板層及び低誘電率層により完全に電気的に分断され、各吐出ユニットがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となる。これにより、各吐出チャネルは、他の吐出チャネルにかかる電界の影響をほとんど受けなくなり、各吐出チャネルは均一な電気的状態となる。

本発明に係るインクジェットヘッドチップの製造方法は、インクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、該圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、前記チャネルの長手方向の一端部に配設されて被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、が備えられたインクジェットヘッドチップの製造方法であって、少なくとも、前記圧電素子を構成する圧電材料からなる圧電層と、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率基板層と、が積層されてなる積層板の圧電層側の面に、前記絶縁性低誘電率材料が露出する深さでチャネルを並列に複数切削し、前記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートを形成する工程と、隣り合う前記チャネル間に形成された圧電体の側面に電極を形成して前記圧電素子を形成する工程と、前記インク室と、該インク室内のインクを前記チャネルに導入させるためのインク導入孔と、がそれぞれ形成されたインク室プレートを前記アクチュエータプレートの圧電層側に接合するとともに、前記ノズル孔が形成されたノズルプレートを前記アクチュエータプレートのチャネル長手方向の一端側に接合する工程と、を備えることを特徴としている。

このように、圧電層と低誘電率基板層とを積層させて積層板を形成した後、その積層板の圧電層側の面にチャネルを切削してアクチュエータプレートを形成し、その後、アクチュエータプレートにインク室プレート及びノズルプレートをそれぞれ接合させることにより、上述したインクジェットヘッドチップが製作される。また、チャネルを形成するとき、絶縁性低誘電率材料が露出する深さで切削するので、隣り合う圧電素子同士が低誘電率基板層により互いに電気的に分断される。

本発明に係るインクジェットヘッドは、上記したインクジェットヘッドチップを備えることを特徴としている。
本発明に係るインクジェット記録装置は、上記したインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドに備えられた前記インクジェットヘッドチップのインク室にインクを供給するインク供給手段と、前記インクジェットヘッドチップのノズル孔に対向する位置を通過するように被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、を備えたことを特徴としている。

このような特徴により、被記録媒体搬送手段によって搬送された被記録媒体にインクジェットヘッドチップのノズル孔からインク滴が吹き付けられる。このとき、各チャネルはそれぞれ他のチャネルの圧電素子の電界の影響を受けることがなく、各チャネルは近似した電気的状態となるため、複数のノズル孔からのインク滴の吐出速度が均一化される。

本発明に係るインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置によれば、各チャネルがそれぞれ近似した電気的状態になるため、複数のノズル孔からのインク吐出速度の差異が生じにくくなり、インク吐出速度の均一化を図ることができる。これにより、印刷の画質を向上させることができる。

以下、本発明に係るインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置の実施の形態について、図面に基いて説明する。

[第一実施形態]
まず、本発明の第一実施形態について説明する。
図1は本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視図であり、図2は本発明に係るインクジェットヘッドチップを備えるインクジェットヘッドを示す斜視図であり、図3は本発明に係るインクジェットヘッドチップの一例を示す斜視図であり、図4は図3に示すインクジェットヘッドチップ41の分解斜視図であり、図5は図3に示すA−A間の断面図である。

図1に示すように、インクジェット記録装置1は、紙等の被記録媒体Sを搬送する一対の搬送手段2,3と、被記録媒体Sにインクを吐出するインクジェットヘッド4と、インクジェットヘッド4にインクを供給するインク供給手段5と、インクジェットヘッド4を被記録媒体Sの搬送方向(以下、Y方向と記す。)と略直交する方向(以下、X方向と記す。)に走査させる走査手段6と、を備えている。

一対の搬送手段2,3は、それぞれX方向に延設されたグリッドローラ20,30と、グリッドローラ20,30に平行して延設されたピンチローラ21,31と、グリッドローラ20,30を軸回転させるモータ等の図示せぬ駆動機構と、を備えている。

インク供給手段5は、インクが収容されたインクタンク50と、インクタンク50とインクジェットヘッド4とを接続するインク供給管51と、を備えている。インクタンク50は、複数備えられており、具体的には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4種類のインクのインクタンク50Y,50M、50C,50BがY方向に並べて設けられている。インク供給管51は、インクジェットヘッド4(キャリッジ62)の動作に対応可能な可撓性を有するフレキシブルホースからなる。

走査手段6は、X方向に延設された一対のガイドレール60,61と、一対のガイドレール60,61に沿って摺動可能なキャリッジ62と、キャリッジ62をX方向に移動させる駆動機構63と、を備えている。駆動機構63は、一対のガイドレール60,61の間に配設された一対のプーリ64,65と、一対のプーリ64,65間に巻回された無端ベルト66と、一方のプーリ64を回転駆動させる駆動モータ67と、を備えている。一対のプーリ64,65は一対のガイドレール60,61の両端部間にそれぞれ配設されており、X方向に間隔をあけて配置されている。無端ベルト66は一対のガイドレール60,61間に配設されており、この無端ベルトにはキャリッジ62が連結されている。キャリッジ62には複数のインクジェットヘッド4が搭載されており、具体的には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4種類のインクのインクジェットヘッド4Y,4M,4C,4BがX方向に並べて搭載されている。

図2に示すように、インクジェットヘッド4は、取付基盤40と、インクジェットヘッドチップ41と、流路基板42と、圧力調整部43と、ベースプレート44と、配線基板45と、を備えている。取付基盤40はキャリッジ62の基台62aにネジ等で固定されており、この取付基盤40にはインクジェットヘッドチップ41が取り付けられている。流路基板42はインクジェットヘッドチップ41の一面側に取り付けられている。流路基板42の内部にはインクを流通させるための図示せぬ流通路が形成されており、流路基板42の上面には前記流通路に連通する流入口42aが形成されている。圧力調整部43は、インクの圧力変動を吸収するためのものであり、インクを貯留する図示せぬ貯留室を有している。圧力調整部43は、ベースプレート44の上端に突設された支持部44aの先端に固定されている。圧力調整部43の上部には、インク供給管51が接続されるインク取込口43aが設けられており、圧力調整部43の下部には流路基板42の流入口42aに接続されるインク吐出口43bが設けられている。ベースプレート44は取付基盤40の上面に略垂直に立設されており、このベースプレート44の表面には配線基板45が取り付けられている。配線基板45にはインクジェットヘッドチップ41を制御する制御回路45aが形成されている。

図3、図4に示すように、インクジェットヘッドチップ41には、インクが収容されたインク室10と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子11と、圧電素子11で区切られて並列に形成された複数のチャネル12と、図1に示す被記録媒体Sに向けてインク滴を吐出するノズル孔13と、が備えられている。
具体的に説明すると、インクジェットヘッドチップ41は、いわゆる独立チャネルタイプのインクジェットヘッドチップであって、ノズル孔13が形成されたノズルプレート14と、複数の圧電素子11が間隔をあけて並列に立設されて複数のチャネル12が形成されたアクチュエータプレート15と、インク室10が形成されたインク室プレート16と、ノズルプレート14を支持するためのノズルキャップ8と、を備えている。

アクチュエータプレート15は、圧電素子11を構成する例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電材料からなる圧電層15Aと、前記圧電材料よりも誘電率の低い絶縁性低誘電率材料(例えば、アルミナセラミックス、窒化アルミ、ジルコニア等)からなる低誘電率基板層15Bと、を積層させた構成からなる矩形プレートである。アクチュエータプレート15の一面側(圧電層15A側)には、アクチュエータプレート15の短手方向(以下、Z方向と記す。)に延びる断面視矩形の凹溝状のチャネル12が形成されている。チャネル12は、アクチュエータプレート15の長手方向(Y方向)の方向に所定間隔をあけて複数配列されている。

図4、図5に示すように、上記したチャネル12の底面には絶縁性低誘電率材料が露出されている。具体的に説明すると、チャネル12は圧電層15Aの厚さと同等の深さで形成されており、チャネル12の底面は圧電層15A及び低誘電率基板層15Bの境界面と面一になっている。すなわち、チャネル12の底面は絶縁性低誘電率材料からなり、チャネル12の内壁面は圧電材料からなる。

また、チャネル12には、複数の吐出チャネル12A(コモンチャネル)と、隣り合う吐出チャネル12A間に配設された非吐出チャネル12B(アクティブチャネル)と、が備えられている。これら吐出チャネル12Aと非吐出チャネル12Bとは、チャネル並列方向(Y方向)に交互に並べて設けられている。つまり、隣り合う一対の圧電素子11とその間に形成される1つの吐出チャネル12Aとが1つの吐出ユニット7となっており、この吐出ユニット7が非吐出チャネル12Bを介してY方向に並列に設けられた構成になっている。

吐出チャネル12Aは、インク滴を吐出させることが可能なチャネル12であり、ノズル孔13に連通されているとともにインク導入孔9を介してインク室10に連通されている。図4に示すように、吐出チャネル12Aの先端部(ノズル孔13側の端部)はその底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態でアクチュエータプレート15の端面まで延在されており、吐出チャネル12Aの先端はノズルプレート14によって閉塞されている。吐出チャネル12Aの基端部(ノズル孔13側の反対側の端部)はアクチュエータプレート15の端面の手前まで延在されている。つまり、吐出チャネル12Aの基端側は圧電層15Aで閉塞されている。また、吐出チャネル12Aの基端部の底面は傾斜されており、吐出チャネル12Aの基端部は基端側に向かうに従い漸次浅くなっている

非吐出チャネル12Bは、インク滴を吐出させることができないチャネル12であり、インク室10に連通されてなく、インク室10からのインクの供給が遮断されている。非吐出チャネル12Bは、図4に示すように、その底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態でアクチュエータプレート15の全長に亘って延在されており、非吐出チャネル12Bの先端はノズルプレート14によって閉塞され、非吐出チャネル12Bの基端は開放されている。

隣り合うチャネル12間には、圧電素子11が形成されている。圧電素子11は、断面視矩形の圧電体17と、その圧電体17の両側面にそれぞれ設けられた駆動電極18と、を備えている。圧電体17は、隣り合うチャネル12間に形成されたZ方向に延在する側壁部であり、圧電層15Aと低誘電率基板層15Bとを積層させた積層板15´(図6に示す。)の圧電層15A側の面に矩形溝(チャネル12)を所定ピッチで複数並列に形成することにより形成される。駆動電極18は、Z方向に延びる帯状の電極であり、圧電体17の側面の上部に蒸着されている。

また、アクチュエータプレート15には、コモン引き出し電極19aと、アクティブ引き出し電極19bと、連結電極19cと、が備えられている。コモン引き出し電極19aは、アクチュエータプレート15の基端部の一面側に配設されており、吐出チャネル12Aの内壁面に配設された駆動電極18aの基端部に連結されている。アクティブ引き出し電極19bは、コモン引き出し電極19aに対して間隔をあけて並列に配設されており、吐出チャネル12Aを挟んで配設された両側の非吐出チャネル12Bのうちの一方の内壁面に配設された駆動電極18bに連結されている。連結電極19cは、両側の非吐出チャネル12Bのうちの一方の内壁面に配設された駆動電極18bの基端部と他方の内壁面に配設された駆動電極18cの基端部とを連結する電極であり、コモン引き出し電極19a及びアクティブ引き出し電極19bの基端側に配設されている。

また、アクチュエータプレート15の基端部と配線基板45との間には、図3に示す可撓性を有するフレキシブル基板46が介装されている。このフレキシブル基板46には図示せぬ電極パターンが形成されており、この電極パターンを介して各引き出し電極19a,19bと配線基板45の制御回路45aとが接続されている。

インク室プレート16は、アクチュエータプレート15に重ね合わせられた矩形プレートであり、チャネル12を閉塞するように配設されている。インク室プレート16の一面側(アクチュエータプレート15側の反対側)には、インク室プレート16の長手方向(Y方向)に延びた平面視矩形の凹溝状のインク室10が形成されている。インク室10の底面には、インク室プレート16の他面側(アクチュエータプレート15側)に貫通した矩形のインク導入孔9が形成されている。このインク導入孔9を介してインク室10と吐出チャネル12Aとは連通されている。つまり、インク導入孔9は吐出チャネル12Aの上方に配設されている。一方、非吐出チャネル12Bの上方にはインク導入孔9が形成されていない。
また、インク室プレート16の一面側には、図2に示す流路基板42が接合されて重ね合わせられており、インク室10は流路基板42の図示せぬ流路に連通されている。

ノズルプレート14は、アクチュエータプレート15のチャネル先端側の端面に接合された矩形プレートであり、チャネル12の先端を閉塞するように配設されている。ノズルプレート14には、複数のノズル孔13がチャネル並列方向(Y方向)に一列に並べて設けられている。これらノズル孔13は、吐出チャネル12Aの先端位置に配設されており、非吐出チャネル12Bの先端位置には設けられていない。

ノズルキャップ8は、アクチュエータプレート15及びインク室プレート16が挿通される開口8aが形成されたブロック体であり、ノズルプレート14の背面(被記録媒体Sに対向する面の反対側の面)に接合されている。

ここで、上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ41の製造方法について説明する。
図6はインクジェットヘッドチップ41の製造工程を表した断面図である。

図6(a)に示すように、まず、圧電層15Aと低誘電率基板層15Bとが積層されてなる積層板15´を用意する。
そして、図6(b)に示すように、積層板15´の圧電層15A側の面にチャネル12(吐出チャネル12A及び非吐出チャネル12B)を並列に複数切削してアクチュエータプレート15を形成する工程を行う。このとき、低誘電率基板層15Bの絶縁性低誘電率材料が露出する深さでチャネル12を切削する。具体的に説明すると、チャネル12は、圧電層15Aの厚さと同等の深さで切削する。
次に、図6(c)に示すように、隣り合うチャネル12間に形成された圧電体17の側面に駆動電極18を形成して圧電素子11を形成する工程を行う。このとき、図4に示すコモン引き出し電極19a、アクティブ引き出し電極19b及び連結電極19cもアクチュエータプレート15に形成する。
次に、図6(d)に示すように、アクチュエータプレート15の圧電層15A側にインク室プレート16を接合するとともに、アクチュエータプレート15のチャネル長手方向の先端側に図4に示すノズルプレート14を接合する工程を行う。このとき、インク室プレート16に形成されたインク導入孔9が吐出チャネル12Aの位置に配置されるように、インク室プレート16とアクチュエータプレート15との相対的な位置合わせを行う。また、ノズルプレート14に形成されたノズル孔13が吐出チャネル12Aの位置に配置されるように、ノズルプレート14とアクチュエータプレート15との相対的な位置合わせを行う。
以上の工程により、図6(e)に示すように、上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ41が製作される。

次に、上記した構成からなるインクジェット記録装置1及び、上記した製造方法により製造されたインクジェットヘッドチップ41の作用について説明する。

まず、インク供給手段5により、インクタンク50内のインクをインクジェットヘッド4に供給しておく。詳しく説明すると、インクタンク50内のインクは、インク供給管51を通ってインクジェットヘッド4側へ流通し、インク取込口43aから圧力調整部43内に流入する。圧力調整部43内に貯留されたインクは、インク吐出口43bから流出し、流入口42aから流路基板42内に流入し、流路基板42内の流通路を通ってインクジェットヘッドチップ41のインク室10内に供給される。インク室10内のインクは、インク導入孔9を通って各吐出チャネル12Aにそれぞれ流入する。なお、非吐出チャネル12Bの位置にはインク導入孔9が形成されていないため、インク室10内のインクが非吐出チャネル12Bに流入することはなく、非吐出チャネル12Bは空の状態になっている。

次に、一対の搬送手段2,3により被記録媒体SをY方向に搬送する。詳しく説明すると、上流側のグリッドローラ20とピンチローラ21との間に被記録媒体Sを挟み込ませた状態で、図示せぬ駆動機構により上流側のグリッドローラ20を軸回転させる。これにより、被記録媒体Sは、インクジェットヘッドチップ41(ノズルプレート14)の下を通ってY方向に搬送される。インクジェットヘッドチップ41を通過した被記録媒体Sは、下流側のグリッドローラ30とピンチローラ31との間に挟み込まれる。そして、図示せぬ駆動機構により下流側のグリッドローラ30を軸回転させることにより、被記録媒体Sが排出される。

一方、上述したように被記録媒体Sがインクジェットヘッド4(インクジェットヘッドチップ41)の下方を通過する間に、走査手段6によりインクジェットヘッド4をX方向に走査させる。詳しく説明すると、まず、駆動機構63の駆動モータ67を駆動させ、一方のプーリ64を回転駆動させる。これにより、無端ベルト66が一対のプーリ64,65間で循環移動し、無端ベルト66に固定されたキャリッジ62がX方向に移動し、キャリッジ62に搭載された複数のインクジェットヘッド4がX方向に走査する。

また、上述したインクジェットヘッド4の走査動作を行いながら、インクジェットヘッド4により被記録媒体Sにインク滴を吹き付ける。詳しく説明すると、配線基板45の制御回路45aに駆動信号を送信し、制御回路45aからフレキシブル基板46の図示せぬ電極パターン及びコモン引き出し電極19a、アクティブ引き出し電極19b、連結電極19cを介して、圧電素子11の駆動電極18に対して電圧を印加する。これにより、吐出チャネル12Aの両側の圧電素子11が吐出チャネル12Aの内側に膨らむように湾曲変形される。このように吐出チャネル12Aの両側の圧電素子11が変形することにより、吐出チャネル12Aの容積が収縮され、吐出チャネル12A内のインクがノズル孔13から吐出される。

このとき、隣り合う圧電素子11同士が低誘電率基板層15Bによって互いに電気的に分断された状態になっており、駆動する各吐出チャネル12Aは、他のチャネル12にかかる電界の影響を受け難くなっている。したがって、電圧が印加された各吐出チャネル12Aは、それぞれ近似した電気的状態となる。
特に、上記したインクジェットヘッドチップ41では、非吐出チャネル12Bが、底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態でアクチュエータプレート15の全長に亘って延在されているので、チャネル長手方向の基端部においても、隣り合う吐出チャネル12A同士が電気的に分断された状態となり、各吐出チャネル12Aがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となる。これにより、各吐出チャネル12Aは、他の吐出チャネル12Aにかかる電界の影響をほとんど受けなくなり、各吐出チャネル12Aは均一な電気的状態となる。

上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ41、インクジェットヘッドチップ41の製造方法、及びインクジェット記録装置1によれば、各吐出チャネル12Aがそれぞれ近似した電気的状態になるため、複数のノズル孔13からのインク吐出速度の差異が生じにくくなり、インク吐出速度の均一化を図ることができる。これにより、印刷の画質を向上させることができる。

特に、上記したインクジェットヘッドチップ41では、非吐出チャネル12Bが、底面に低誘電率基板層15Bの絶縁性低誘電率材料が露出された状態で、アクチュエータプレート15の全長に亘って延在されており、各吐出チャネル12Aがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となるため、インク吐出速度の差異がほとんど生じなくなり、印刷の画質をより一層向上させることができる。

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
なお、第二実施形態はインクジェットヘッドチップ141以外の構成が上述した第一実施形態と同様であり、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図7は本発明に係るインクジェットヘッドチップの一例を示す断面図である。

図7に示すように、インクジェットヘッドチップ141は、吐出チャネル12Aが連続的に配列された所謂シェアードウォールタイプのインクジェットヘッドチップであり、アクチュエータプレート15の一面側(圧電層15A側)には、アクチュエータプレート15の短手方向(Z方向)に延びるチャネル12がチャネル並列方向に所定の間隔をおいて複数形成されており、これら複数のチャネル12のいずれもが、ノズル孔13に連通されているとともにインク室10に連通されている。すなわち、複数のチャネル12はそれぞれインク滴を吐出する吐出チャネル12Aであり、圧電素子11の両側に吐出チャネル12Aがそれぞれ隣接された構成になっている。この吐出チャネル12Aの先端部(ノズル孔13側の端部)は、その底面に絶縁性低誘電率材料が露出された状態で、アクチュエータプレート15の端面まで延在されており、吐出チャネル12Aの基端部(ノズル孔13側の反対側の端部)は、アクチュエータプレート15の端面の手前まで延在されている。

また、ノズルプレート14に形成された複数のノズル孔13は、連続する3つのノズル孔13a,13b,13cを一組としており、これら3つのノズル孔13a,13b,13cは、チャネル12の深さ方向(X方向)に位置をずらして形成されている。具体的に説明すると、ノズル孔13a,13b,13cのうちの真中のノズル孔13bは、チャネル深さ方向の中央部分に形成されており、一方側(図7における左側)のノズル孔13aはチャネル深さ方向の低誘電率基板層15B側(図7における下側)に形成されており、他方側(図7における右側)のノズル孔13cはチャネル深さ方向の圧電層15A表面側(図7における上側)に形成されている。

次に、上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ141の作用について説明する。

上述した第一実施形態と同様にインクジェットヘッド4を走査させながら、インクジェットヘッド4のインクジェットヘッドチップ141から被記録媒体Sにインク滴を吹き付ける。詳しく説明すると、圧電素子11の駆動電極18に対して電圧を印加して圧電素子11をチャネル内側に湾曲変形させ、上述した3つのノズル孔13a,13b,13cに連通する各吐出チャネル12A1〜12A3の容積を順次収縮させ、3つのノズル孔13a,13b,13cからインク滴を順次吐出させる。例えば、インクジェットヘッド4が図7に示す矢印方向に走査する場合、一方側のノズル孔13a、真中のノズル孔13b、他方側ノズル孔13cの順で、インク滴を順次吐出させる。これにより、3つのノズル孔13a,13b,13cからそれぞれ吐出された各インク滴が被記録媒体S上でY方向に沿って並べられ、Y方向に延在する直線が描かれる。また、各吐出チャネル12A1〜12A3のうちの1つ(例えば吐出チャネル12A2)の容積を収縮させてノズル孔13(例えば真中のノズル孔13b)からインク滴を吐出している際、他の吐出チャネル12A(例えば吐出チャネル12A1,12A3)の容積は膨張するため、他のノズル孔13(例えば一方及び他方のノズル孔13a,13c)からはインク滴が吐出されない。

上記した構成からなるインクジェットヘッドチップ141によれば、各吐出チャネル12Aが他の吐出チャネル12Aにかかる電界の影響を受け難く、各吐出チャネル12Aがそれぞれ近似した電気的状態になるため、インク吐出速度の差異が生じにくくなり、インク吐出速度の均一化を図ることができ、印刷の画質を向上させることができる。

また、上記したインクジェットヘッドチップ141によれば、吐出チャネル12Aが連続的に配列されているので、インクジェットヘッドチップ141のチャネル並列方向の長さ寸法を変えずにノズル孔13の数を増加させることができる。

[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
なお、第三実施形態はアクチュエータプレート115以外の構成が上述した第二実施形態と同様であり、上述した第一、第二実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図8はアクチュエータプレート115の一部分を拡大した斜視図である。

アクチュエータプレート115は、絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率基板層15Bの上に、圧電材料からなる圧電層15Aと、絶縁性低誘電率材料からなる低誘電率層15Cと、が積層された構成からなる。圧電層15Aと低誘電率層15Cとは、横並びに隣接されている。具体的には、圧電層15Aはアクチュエータプレート115の先端側の部分に配設されており、低誘電率層15Cはアクチュエータプレート115の基端側の部分に配設されている。アクチュエータプレート115に形成された吐出チャネル12Aは、アクチュエータプレート115の先端面から低誘電率層15Cの位置まで延設されており、吐出チャネル12Aの基端は、低誘電率層15Cで閉塞されている。

上記したアクチュエータプレート115を備えるインクジェットヘッドチップ141によれば、隣り合う圧電素子11同士が低誘電率基板層15B及び低誘電率層15Cにより完全に電気的に分断され、各吐出ユニット12Aがそれぞれ完全に電気的に独立した状態となるため、各吐出チャネル12Aは、他の吐出チャネル12Aにかかる電界の影響をほとんど受けなくなり、各吐出チャネル12Aは均一な電気的状態となる。これにより、インク吐出速度の差異がほとんど生じなくなり、印刷の画質をより一層向上させることができる。

以上、本発明に係るインクジェットヘッドチップ、インクジェットヘッドチップの製造方法、インクジェットヘッド、及びインクジェット記録装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記した実施の形態では、圧電層15A及び低誘電率基板層15Bからなるアクチュエータプレート15、或いは、圧電層15A、低誘電率基板層15B及び低誘電率層15Cからなるアクチュエータプレート215を備えるインクジェットヘッドチップ41,141について説明しているが、本発明は、アクチュエータプレートに圧電層15A、低誘電率基板層15B及び低誘電率層15C以外の層が形成されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、チャネル12が圧電層15Aの厚さと同等の深さになっており、チャネル12の底面が圧電層15A及び低誘電率基板層15Bの境界面と面一になっているが、本発明は、チャネル12が圧電層15Aの厚さよりも深くなっており、チャネル12の底面が上記境界面よりも深い位置に形成されていてもよい。例えば、図9に示すように、チャネル12の深さの半分程度までが低誘電率基板層15Bになっており、駆動電極18が形成される分だけを圧電層15Aにした構成からなるアクチュエータプレート215を用いることもできる。これにより、チャネル12の深さ方向の中央部分が屈曲点となって効率が向上し、浮遊容量を下げることができる。

また、上記した第三実施形態では、所謂シェアードウォールタイプのインクジェットヘッドチップ141に、圧電層15A、低誘電率基板層15B及び低誘電率層15Cを有するアクチュエータプレート215が備えられているが、本発明は、所謂独立チャネルタイプのインクジェットヘッドチップ41に、圧電層15A、低誘電率基板層15B及び低誘電率層15Cを有するアクチュエータプレート215が備えられていてもよい。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第一実施形態を説明するためのインクジェット記録装置の斜視図である。 本発明の第一実施形態を説明するためのインクジェットヘッドの斜視図である。 本発明の第一実施形態を説明するためのインクジェットヘッドチップの斜視図である。 本発明の第一実施形態を説明するためのインクジェットヘッドチップの分解斜視図である。 図3に示すA−A間の断面図である。 本発明に係るインクジェットヘッドチップの製造方法を表したインクジェットヘッドチップの断面図である。 本発明の第二実施形態を説明するためのインクジェットヘッドチップの断面図である。 本発明の第三実施形態を説明するためのアクチュエータプレートの部分拡大斜視図である。 本発明の他の実施形態を説明するためのインクジェットヘッドチップの断面図である。

符号の説明

1 インクジェット記録装置
2、3 搬送手段
5 インク供給手段
9 インク導入孔
10 インク室
11 圧電素子
12 チャネル
12A 吐出チャネル
12B 非吐出チャネル
13 ノズル孔
14 ノズルプレート
15、115、215 アクチュエータプレート
15A 圧電層
15B 低誘電率基板層
15C 低誘電率層
16 インク室プレート
17 圧電体
18 駆動電極(電極)
41、141 インクジェットヘッドチップ
S 被記録媒体

Claims (7)

  1. ンクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、該圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、前記チャネルの長手方向の一端部に配設されて被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、が備えられたインクジェットヘッドチップにおいて、
    記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートは、少なくとも、前記圧電素子を構成する圧電材料からなる圧電層と、前記圧電材料よりも誘電率の低い低誘電率材料からなる低誘電率基板層と、を積層させた構成からなり、前記チャネルの底面に前記低誘電率材料が露出されているとともに、前記チャネルの深さ方向の略半分までが前記低誘電率基板層であることを特徴とするインクジェットヘッドチップ。
  2. 請求項1記載のインクジェットヘッドチップにおいて、
    前記複数のチャネルには、前記ノズル孔に連通されているとともにインク導入孔を介して前記インク室に連通された吐出チャネルと、前記インク室からのインクの供給が遮断された非吐出チャネルと、が備えられ、
    前記吐出チャネルと前記非吐出チャネルとがチャネル並列方向に交互に配設されており、
    前記吐出チャネルの一端部は、その底面に前記低誘電率材料が露出された状態で前記アクチュエータプレートの端面まで延在され、前記吐出チャネルの他端部は、前記アクチュエータプレートの端面の手前まで延在されており、
    前記非吐出チャネルは、その底面に前記低誘電率材料が露出された状態で、少なくとも前記アクチュエータプレートの全長に亘って延在されていることを特徴とするインクジェットヘッドチップ。
  3. 請求項1記載のインクジェットヘッドチップにおいて、
    前記複数のチャネルは、それぞれ、前記ノズル孔に連通されているとともにインク導入孔を介して前記インク室に連通された吐出チャネルであり、
    前記吐出チャネルの一端部は、その底面に前記低誘電率材料が露出された状態で前記アクチュエータプレートの端面まで延在され、前記吐出チャネルの他端部は、前記アクチュエータプレートの端面の手前まで延在されていることを特徴とするインクジェットヘッドチップ。
  4. 請求項2又は3記載のインクジェットヘッドチップにおいて、
    前記アクチュエータプレートには、前記圧電材料よりも誘電率の低い低誘電率材料からなり、前記低誘電率基板層上に積層されるとともに前記圧電層に隣接する低誘電率層が備えられており、
    前記吐出チャネルの他端部は前記低誘電率層で閉塞されていることを特徴とするインクジェットヘッドチップ。
  5. ンクが収容されたインク室と、電圧を印加することにより変形可能な圧電素子と、該圧電素子で区切られて並列に形成された複数のチャネルと、前記チャネルの長手方向の一端部に配設されて被記録媒体に向けてインク滴を吐出するノズル孔と、が備えられたインクジェットヘッドチップの製造方法であって、
    少なくとも、前記圧電素子を構成する圧電材料からなる圧電層と、前記圧電材料よりも誘電率の低い低誘電率材料からなる低誘電率基板層と、が積層されてなる積層板の圧電層側の面に、前記低誘電率材料が露出する深さで、かつ前記チャネルの深さ方向の略半分までが前記低誘電率基板層となるようにチャネルを並列に複数切削し、前記複数のチャネルが形成されたアクチュエータプレートを形成する工程と、
    隣り合う前記チャネル間に形成された圧電体の側面に電極を形成して前記圧電素子を形成する工程と、
    前記インク室と、該インク室内のインクを前記チャネルに導入させるためのインク導入孔と、がそれぞれ形成されたインク室プレートを前記アクチュエータプレートの圧電層側に接合するとともに、前記ノズル孔が形成されたノズルプレートを前記アクチュエータプレートのチャネル長手方向の一端側に接合する工程と、
    を備えることを特徴とするインクジェットヘッドチップの製造方法。
  6. 請求項1から4の何れか一項に記載のインクジェットヘッドチップを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
  7. 請求項6記載のインクジェットヘッドと、
    該インクジェットヘッドに備えられた前記インクジェットヘッドチップのインク室にインクを供給するインク供給手段と、
    前記インクジェットヘッドチップのノズル孔に対向する位置を通過するように被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段と、
    を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
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