JP6131864B2 - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法に関する。

液体を吐出する液体吐出装置として、特許文献１には、ノズルからインクの液滴を吐出するインクジェットヘッドが開示されている。特許文献１のインクジェットヘッドは、複数のノズルを含むインク流路が形成された流路ユニットと、この流路ユニットに接合された圧電アクチュエータ（アクチュエータユニット）とを備えている。

流路ユニットは、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を有する。圧電アクチュエータは、複数の圧力室を覆うように配置された４枚の圧電層（圧電シート）と、最上層の圧電層の上面に、複数の圧力室とそれぞれ対向して配置された複数の個別電極と、最上層の圧電層の下面に配置された共通電極を有する。また、最上層の圧電層の上面の、各圧力室の周囲部分には溝が形成されている。

この圧電アクチュエータにおいて、個別電極と共通電極との間に駆動電圧が印加されたときには、最上層の圧電層の、個別電極と共通電極とに挟まれた部分が面方向に収縮し、４枚の圧電層が圧力室側に凸となるように変形する。この圧電層の変形によって圧力室の体積が変化するために、圧力室内のインクの圧力が上昇して、ノズルからインクが吐出される。

特開２００３−３１１９５４号公報

前記特許文献１には明確には記載されていないが、圧電層の、圧力室の周囲部分に溝が形成されることで、圧電層の、各圧力室と対向する部分の変形を促進することができる。圧電層の変形量が大きくなると、圧力室の体積変化量が大きくなって、圧力室内のインクにより大きな圧力が付与されることになるため、ノズルからのインクの吐出速度が大きくなる。

ところで、特許文献１の開示されているような液体吐出装置において、複数のノズルの間で、ノズルから吐出される液体の吐出速度や吐出体積が揃っているのが理想的であるのだが、様々な要因によって吐出速度のばらつきが生じ得る、という問題がある。

本発明の目的は、圧電層に溝が形成された圧電アクチュエータを有する液体吐出装置において、溝の位置又は形状を異ならせることによって複数のノズルの間での液体の吐出速度のばらつきを抑制することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明の液体吐出装置は、複数のノズル及び前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられた圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆うように配置された圧電層と、前記圧電層に、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように設けられた複数の個別電極と、前記圧電層を挟んで前記複数の個別電極と反対側に配置され、且つ、前記複数の個別電極と対向する共通電極と、前記圧電層の、前記複数の圧力室の周囲部分にそれぞれ形成された複数の溝と、を有し、前記複数の溝に含まれる、少なくとも２以上の溝は、対応する前記ノズルからの液体の吐出速度に関連するパラメータに応じて位置又は形状が異なっていることを特徴とするものである。

圧電層の、圧力室の周囲部分に溝が形成されていると、この圧電層の、圧力室と対向する部分の変形が大きくなり、圧力室の体積変化量が大きくなる。そのため、ノズルから吐出される液体の吐出速度を大きくすることができる。

さらに、本発明では、複数の圧力室の周囲部分にそれぞれ形成された複数の溝のうち、少なくとも２以上の溝は、対応するノズルからの液体の吐出速度に関連するパラメータに応じて、位置又は形状が異なっている。つまり、複数のノズルの間で、液体の吐出速度のばらつきが生じる場合でも、２以上の溝の位置又は形状を異ならせることにより吐出速度が補正されるため、複数のノズルの間の吐出速度のばらつきを小さく抑えることができる。

第２の発明の液体吐出装置は、前記第１の発明において、前記少なくとも２以上の溝の各々は、その溝に隣接する２つの前記圧力室と連通する２つの前記ノズルのそれぞれについての、前記パラメータに応じて位置又は形状が異なっていることを特徴とするものである。

１つの溝が２つの圧力室とそれぞれ近接して設けられている場合、この溝は、２つの圧力室の体積変化量、ひいては、２つのノズルのそれぞれの液体の吐出速度に影響を及ぼす。従って、溝に隣接する２つの圧力室のうちの、一方の圧力室に連通するノズルについてのパラメータのみに基づいて、溝の位置又は形状が決定されていると、この溝による他方の圧力室に連通するノズルへの影響が考慮されていないために、逆に、吐出速度ばらつきが大きくなることもあり得る。そこで、本発明では、前記２以上の溝の各々は、その溝に隣接する２つの圧力室に連通する２つのノズルのそれぞれについての、吐出速度に関連するパラメータに応じて、位置又は形状が異なっている。

前記第１の発明において、前記少なくとも２以上の溝は、前記パラメータに応じて位置が異なっていてもよい（第３の発明）。また、前記少なくとも２以上の溝は、前記パラメータに応じて長さが異なっていてもよい（第４の発明）。あるいは、前記少なくとも２以上の溝は、前記パラメータに応じて深さが異なっていてもよい（第５の発明）。

また、前記第１の発明において、前記パラメータには、前記圧力室と前記個別電極との、前記圧電層の面方向における位置ズレ量が含まれてもよい（第６の発明）。また、前記パラメータには、前記圧電層の、前記個別電極と前記共通電極とに挟まれた部分である、活性部の静電容量が含まれてもよい（第７の発明）。また、前記パラメータには、前記ノズルの吐出口の径が含まれてもよい（第８の発明）。あるいは、前記パラメータには、前記ノズルから吐出される液体の粘度が含まれてもよい（第９の発明）。

第１０の発明の液体吐出装置は、複数の液体吐出ユニットを有し、各液体吐出ユニットは、複数のノズル及び前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられた圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆うように配置された圧電層と、前記圧電層に、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように設けられた複数の個別電極と、前記圧電層を挟んで前記複数の個別電極と反対側に配置され、且つ、前記複数の個別電極と対向する共通電極と、前記圧電層の、前記複数の圧力室の周囲部分にそれぞれ形成された複数の溝と、を有し、
前記複数の液体吐出ユニットの間で、前記圧電アクチュエータの前記溝が、前記ノズルからの液体の吐出速度に関連するパラメータに応じて位置又は形状が異なっていることを特徴とするものである。

本発明の液体吐出装置は、複数の液体吐出ユニットを備えている。また、複数の液体吐出ユニットの間で、圧電アクチュエータの溝が、ノズルからの液体の吐出速度に関連するパラメータに応じて、位置又は形状が異なっている。つまり、複数の液体吐出ユニットの間で、ノズルからの液体の吐出速度のばらつきが生じる場合でも、複数の液体吐出ユニットの間で溝の位置又は形状を異ならせることにより吐出速度が補正されるため、複数の液体吐出ユニットの間での、吐出速度のばらつきを小さく抑えることができる。

第１１の発明の液体吐出装置の製造方法は、複数のノズル及び前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられた圧電アクチュエータを備え、
前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆うように前記流路構造体に配置された圧電層と、前記圧電層に、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように設けられた複数の個別電極と、前記圧電層を挟んで前記複数の個別電極と反対側に配置され、且つ、前記複数の個別電極と対向する共通電極と、前記圧電層の、前記複数の圧力室の周囲部分にそれぞれ形成された複数の溝と、を有する、液体吐出装置の製造方法であって、
前記圧電層の、前記複数の圧力室の周囲部分に前記複数の溝をそれぞれ形成する、溝形成工程を備え、
前記溝形成工程において、各ノズルについての液体の吐出速度に関連するパラメータに基づいて、そのノズルに連通する前記圧力室に対応する前記溝の、位置又は形状に関連する溝形成条件を決定し、決定した前記溝形成条件に基づいて、前記溝を形成することを特徴とするものである。

本発明では、各ノズルについての吐出速度に関するパラメータに基づいて、そのノズルに連通する圧力室の周囲に形成する溝の形成条件を調整する。従って、複数のノズル間で、液体の吐出速度のばらつきが生じる場合でも、その吐出速度のばらつきに応じて圧力室の周囲に形成する溝の形成条件を調整することにより、複数のノズル間での吐出速度のばらつきを小さくすることができる。

本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２のＡ部拡大図である。 図３のIV-IV線断面図である。 図３のV-V線断面図である。 図５の一部拡大図である（溝位置変更）。 溝位置と圧力室の体積変化量との関係を示すグラフである。 インクジェットヘッドの製造工程を示す図である。 変更形態のインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの部分断面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの部分断面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの部分断面図である。 別の変更形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。尚、以下では、図１の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して、適宜、「上」「下」の方向語を使用して説明する。

（プリンタの概略構成）
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、制御装置６等を備えている。

プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。キャリッジ３には無端ベルト１４が連結され、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が駆動されることで、キャリッジ３は走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４は、プリンタ１に装着された４色（例えば、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１７と、図示しないチューブによって接続されている。また、インクジェットヘッド４の下面（図１の紙面向こう側の面）には、複数のノズル３４が形成されている。そして、このインクジェットヘッド４は、インクカートリッジ１７から供給された４色のインクを、複数のノズル３４からプラテン２に載置された記録用紙１００に対して吐出する。

搬送機構５は、走査方向と直交する搬送方向において、プラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有する。搬送機構５は、２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を搬送方向に搬送する。

制御装置６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、各種制御回路を含むＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を備える。制御装置６は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＡＳＩＣにより、記録用紙１００への印刷等の各種処理を実行する。例えば、印刷処理においては、制御装置６は、ＰＣ等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド４やキャリッジ駆動モータ１５等を制御して、記録用紙１００に画像等を印刷させる。具体的には、キャリッジ３とともにインクジェットヘッド４を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。

（インクジェットヘッド）
図２は、インクジェットヘッド４の平面図である。図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、図３のIV-IV線断面図である。図５は、図３のV-V線断面図である。図６は、図５の一部拡大図である。尚、図４〜図６では、インクジェットヘッド４の流路ユニット２０内に充填されているインクを、符号“Ｉ”で示している。本実施形態のインクジェットヘッド４は、流路ユニット２０と、圧電アクチュエータ２１とを備えている。

（流路ユニットの構成）
図４、図５に示すように、流路ユニット２０は、５枚のプレート２５〜２９が積層された構造を有する。５枚のプレート２５〜２９のうちの最下層のプレート２９は、複数のノズル３４が形成されたノズルプレートである。一方、上側の残り４つのプレート２５〜２８には、複数のノズル３４に連通するマニホールド３６や圧力室３７等のインク流路が形成されている。

図３に示すように、流路ユニット２０の上面には、４つのインク供給口３５が走査方向に並んで形成されている。また、流路ユニット２０は、その内部に、それぞれ搬送方向に延在する４本のマニホールド３６を有する。４本のマニホールド３６は、４つのインク供給口３５に接続されている。

さらに、流路ユニット２０は、その下面に開口した複数のノズル３４と、その上面に配置された複数の圧力室３７とを有する。図３に示すように、複数のノズル３４は、４本のマニホールド３６に沿って搬送方向に配列されており、４列のノズル列を構成している。複数の圧力室３７も、複数のノズル３４と同様に、４本のマニホールド３６に沿って搬送方向に配列されており、４列の圧力室列を構成している。また、各圧力室３７は、走査方向に長い、略楕円の平面形状を有する。尚、以下の説明において、搬送方向に平行な、複数のノズル３４、及び、複数の圧力室３７が配列された方向を、「ノズル配列方向」ともいう。

図４に示すように、各圧力室３７は、その一端部においてマニホールド３６に連通し、その他端部においてノズル３４に連通している。そして、図４に矢印で示すように、流路ユニット２０内には、各マニホールド３６から分岐して、圧力室３７を経てノズル３４に至る個別流路が複数形成されている。

（圧電アクチュエータの構成）
図３〜図６に示すように、圧電アクチュエータ２１は、インク封止膜４０と、圧電層４４，４５と、複数の個別電極４２と、共通電極４６を備えている。

インク封止膜４０は、複数の圧力室３７を覆うように、流路ユニット２０の上面に接合されている。インク封止膜４０は、インク透過性の低い材料、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成されている。

２枚の圧電層４４，４５は、それぞれ圧電材料からなる。圧電層４４，４５を構成する圧電材料としては、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を採用することができる。その他、非鉛の圧電材料である、チタン酸バリウムや、ニオブ系の圧電材料を採用することもできる。圧電層４４，４５は互いに積層された状態で、インク封止膜４０の上面に接合されている。圧電層４４，４５は、それぞれ、ノズル配列方向が長手方向となる、矩形の平面形状を有する。

複数の個別電極４２は、圧電層４４の、圧電層４５と反対側の面である上面において、複数の圧力室にそれぞれ対応してノズル配列方向に配列されている。個別電極４２は、圧力室３７よりも一回り小さい、走査方向に長い略楕円の平面形状を有し、対応する圧力室３７の中央部と対向して配置されている。個別電極４２の長手方向一端部には、接続端子４２ａが設けられている。接続端子４２ａは、圧電層４４の上面において、個別電極４２から、圧力室３７と対向しない領域まで走査方向に延びている。

複数の個別電極４２にそれぞれ設けられた複数の接続端子４２ａは、図示しない配線部材と接続される。この配線部材には、ドライバＩＣ５３が実装されている。ドライバＩＣ５３は、制御装置６からの吐出制御信号に基づき、各個別電極４２の電位を、所定の駆動電位とグランド電位との間で切り換える。

共通電極４６は、２枚の圧電層４４，４５の間において、ほぼ全面的に配置されている。共通電極４６は、上側の圧電層４４を挟んで複数の個別電極４２と反対側に配置され、且つ、複数の個別電極４２のそれぞれと対向している。この共通電極４６は、圧電層４４の上面に配置された、図示しない接続端子と導通している。そして、共通電極４６は、接続端子を介して配線部材に形成されているグランド配線と接続されており、常にグランド電位に維持されている。

また、図４に示される、圧電層４４の、個別電極４２と共通電極４６に挟まれた部分を、特に、活性部４１と呼ぶ。活性部４１は、厚み方向において下向き、即ち、個別電極４２から共通電極４６に向かう方向に分極されている。

図３、図５、図６に示すように、上側の圧電層４４の、各圧力室３７の周囲部分には２つの溝５１，５２が形成されている。２つの溝５１，５２は、圧電層４４の上面の、圧力室３７に対してノズル配列方向における両側の領域において、走査方向にそれぞれ延びている。尚、図５，図６では、２つの溝５１，５２は、圧電層４４にのみ形成されているが、下側の圧電層４５まで溝５１，５２が深く形成される場合もある。このように、圧電層４４の、各圧力室３７の両側の部分にそれぞれ溝５１，５２が形成されることで、圧電層４４の、圧力室３７と対向する部分の変形が促進される。尚、各圧力室３７に対して、その圧力室３７を挟むように１対の溝５１，５２が設けられている。そのため、図５、図６に示すように、圧電層４４の、ノズル配列方向において隣接する２つの圧力室３７の間の部分４７（図６の“Ｗ”の幅を有する部分）には、左側の圧力室３７（３７Ａ）に近接する溝５１と右側の圧力室３７（３７Ｂ）に近接する溝５２とが形成されている。

以上説明した圧電アクチュエータ２１の、ノズル３４からインクを吐出させる際の動作は、以下の通りである。ドライバＩＣ５３により、ある個別電極４２の電位が、グランド電位から駆動電位に切り換えられたとする。このとき、個別電極４２とグランド電位に保持されている共通電極４６の間に電位差が生じる。これにより、圧電層４４の活性部４１に厚み方向の電界が生じる。また、活性部４１の分極方向と電界の方向とが一致するために、活性部４１はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この活性部４１の収縮変形に伴って、２つの圧電層４４，４５が圧力室３７側に凸となるように撓む。これにより、圧力室３７の容積が減少してその内部のインクに圧力が付与され、圧力室３７に連通するノズル３４の吐出口３４ａからインクの液滴が吐出される。

また、圧電層４４の、各圧力室３７の周囲部分に溝５１，５２が形成されているため、圧電層４４の、圧力室３７と対向する部分の変形が促進されて、圧力室３７の体積変化量が大きくなる。そのため、ノズル３４から吐出されるインクの吐出速度を大きくすることができる。

ところで、上記のインクジェットヘッド４においては、複数のノズル３４の間で、ノズル３４から吐出されるインクの吐出速度が揃っているのが、本来好ましいのであるが、実際には、複数のノズル３４の間でインクの吐出速度はばらついてしまう。その一例を以下に挙げる。

個別電極４２が、圧力室３７の中央部と対向する正規位置に対して、圧電層４４の面方向にずれて形成されてしまうと、その分、圧力室３７における圧電層４４の変形が小さくなってしまう。これにより、その圧力室３７の体積変化量も小さくなり、この圧力室３７に連通するノズル３４からのインクの吐出速度が低下する。また、圧電層４４に複数の個別電極４２を形成したときに、ある個別電極４２の圧力室３７に対する位置がずれて、他の個別電極４２の位置と異なってしまうことがある。

例えば、後の図８で詳細説明するが、焼成前のグリーンシート７１に複数の個別電極４２を形成してから、グリーンシート７１を焼成して圧電層４４とする場合、焼成時に圧電層４４が元のグリーンシート７１から面方向に収縮する。この影響により、各個別電極４２の、対応する圧力室３７に対する位置がずれる。また、圧電層４４の、複数の個別電極４２がそれぞれ形成される箇所によって、収縮量は異なるから、圧電アクチュエータ２１を流路ユニット２０に接合したときに、複数の圧力室３７の間で、個別電極４２の圧力室３７に対する位置ズレ量も異なることになる。

その他にも、プレート２５に複数の圧力室３７をエッチング等で形成する際に、その製造時の誤差によって、複数の圧力室３７の間で、位置や形状が異なってしまうことがある。この要因によっても、複数の圧力室３７の間で、個別電極４２の圧力室３７に対する位置ズレ量も異なることになる。

そこで、本実施形態では、複数のノズル３４の間でのインクの吐出速度ばらつきが小さくなるように、各圧力室３７の溝５１，５２の位置が決定されている。具体的には、図６に示すように、各圧力室３７に対応する溝５１，５２の、圧力室３７の縁からのノズル配列方向における位置Ａが、圧力室３７と個別電極４２との、ノズル配列方向における位置ズレ量ａに応じて決定されており、複数の圧力室３７の間で、溝５１，５２の位置Ａが異なっている。図６では、左側の圧力室３７Ａの両側の溝５１，５２が、右側の圧力室３７Ｂの両側の溝５１，５２よりも、圧力室３７の縁から離れた位置に形成されている。尚、１つの圧力室３７に対応する溝５１と溝５２とで、位置Ａの値は同じ値となっている。従って、２つの溝５１，５２は、ノズル配列方向において、圧力室３７に関して対称な位置に設けられる。

尚、溝５１，５２は、それぞれ、ノズル配列方向に所定の幅を有する溝であるが、上記の「溝位置Ａ」とは、圧力室３７の縁から、溝５１，５２のノズル配列方向における中心までの位置のことを言う。また、位置ズレ量ａとは、圧力室３７の中心線Ｃ１と個別電極４２の中心線Ｃ２の、ノズル配列方向におけるズレ量のことを言う。尚、この位置ズレ量ａが、本発明における、「ノズルからの液体の吐出速度に関連したパラメータ」である。

図７は、溝位置Ａと圧力室３７の体積変化量との関係を示すグラフである。尚、「圧力室３７の体積変化量」とは、圧電層４４の、圧力室３７を覆う部分が変形したときの圧力室３７の体積変化量のことであり、圧電層４４の変位量と言い換えることもできる。図７から理解されるように、溝５１（５２）が圧力室３７の縁近傍に位置している場合に、圧力室３７の体積変化量が最も大きくなり、溝５１（５２）の位置が圧力室３７の縁から離れるにつれて、圧力室３７の体積変化量は減少していく。そこで、本実施形態では、複数の圧力室３７の間での体積変化量のばらつきが小さくなるように、溝５１（５２）の位置Ａが設定される。

即ち、個別電極４２の圧力室３７に対する位置ズレ量ａが大きく、体積変化量が小さい圧力室３７については、溝位置Ａの値が小さく設定されて、圧力室３７の縁の近くに溝５１，５２が形成される。一方、個別電極４２の位置ズレ量ａが小さく、体積変化量が比較的大きい圧力室３７については、溝位置Ａの値が大きく設定されて、圧力室３７の縁から離れた位置に溝５１，５２が形成される。

次に、インクジェットヘッド４の製造工程について、主に、圧電アクチュエータ２１の製造工程を中心に説明する。図８は、インクジェットヘッド４の製造工程を示す図である。

（電極形成工程）
図８（ａ）に示すように、上側の圧電層４４となる、未焼成のグリーンシート７１の一面に複数の個別電極４２を形成する。また、下側の圧電層４５となる、未焼成のグリーンシート７２の一面に共通電極４６を形成する。個別電極４２、及び、共通電極４６の形成は、スクリーン印刷、蒸着、ＣＶＤ等の公知の方法で行うことができる。

（積層工程、焼成工程）
次に、２枚のグリーンシート７１，７２を、共通電極４６を挟むように積層する。その後、積層した２枚のグリーンシート７１，７２を所定の温度で焼成して、圧電層４４，４５の積層体を得る。尚、上の説明では、未焼成のグリーンシート７１に複数の個別電極４２を形成するとしたが、複数の個別電極４２は、圧電層４４，４５（グリーンシート７１，７２）の焼成後に、圧電層４４の上面にスクリーン印刷等によって形成することも可能である。

（接合工程）
次に、圧電アクチュエータ２１を流路ユニット２０に接合する。まず、図８（ｂ）に示すように、流路ユニット２０の上面にインク封止膜４０を接着剤で接合する。尚、インク封止膜４０の接合は、この段階で行う必要は必ずしもなく、流路ユニット４０の製造時に、プレート２５〜２９の接合と同時に行ってもよい。さらに、インク封止膜４０の上面に、図８（ａ），（ｂ）の工程で得られた、個別電極４２及び共通電極４６が形成された２枚の圧電層４４，４５を、流路ユニット２０に対して位置合わせをした上で、接着剤で接合する。

（位置ズレ量測定工程）
接合工程後、複数の個別電極４２のそれぞれについて、対応する圧力室３７に対する位置ズレ量ａを測定する。圧電層４４の上面に形成されている個別電極４２と、圧電層４４，４５によって覆われる圧力室３７との位置ズレ量ａの測定は、例えば、次のようにして行えば可能である。まず、流路ユニット２０の上面の、圧電層４４，４５によって覆われない所定位置に予め基準マークを設けておく。次に、上記接合工程で圧電アクチュエータ２１を流路ユニット２０に接合した後に、流路ユニット２０の基準マークに対する、各個別電極４２の位置を測定する。ここで、上記の圧電アクチュエータ２１の製造工程中に、流路ユニット２０の基準マークに対する各圧力室３７の位置は変化しないとすれば、各個別電極４２の圧力室３７に対する位置ズレ量ａを把握できることになる。

尚、プレート２５に複数の圧力室３７を形成する際に、複数の圧力室３７の間で位置がずれる場合は、以下のようにする。プレート２５に、例えばエッチングで複数の圧力室３７を形成する際に、その位置ズレは、使用するマスクなどのエッチングの条件によって、ある傾向性を有する。この傾向性に関する情報は、通常、トレーサビリティの観点から、予め、組立情報として記録される。そこで、この組立情報を用いて、各個別電極４２の圧力室３７に対する位置ズレ量ａを推定できる。また、複数の圧力室について、圧力室と個別電極の位置ズレ量ａを、センサ等を用いて個別に測定すれば、位置ズレ量ａを精度よく取得することができる。

（溝形成工程）
次に、図７に示す、溝位置Ａと圧力室３７の体積変化量との関係を参照し、各圧力室３７に対する個別電極４２の位置ズレ量ａに応じて、各圧力室３７に対応する２つの溝５１，５２の溝の位置Ａを決定する。この溝位置Ａが、本発明の溝形成条件に相当する。このようにして決定した溝位置Ａに基づいて、図８（ｃ）に示すように、各圧力室３７について圧電層４４に２つの溝５１，５２を形成する。溝５１，５２の形成は、例えば、ピコ秒レーザー等を用いたレーザー加工を採用することで、精度よく行うことができる。

以上説明したように、本実施形態では、複数の圧力室３７の周囲部分にそれぞれ形成された複数の溝５１（５２）の位置Ａは、ノズル３４からの吐出速度に関連するパラメータである、個別電極４２の圧力室３７に対する位置ズレ量ａに応じて決定されており、複数の溝５１（５２）の間で前記位置Ａが異なっている。これにより、複数のノズル３４の間で、インクの吐出速度のばらつきが存在していても、溝５１（５２）の位置又は形状を異ならせることにより吐出速度が補正されるため、複数のノズル３４の間での、インクの吐出速度のばらつきが小さく抑えられる。

以上説明した実施形態において、インクジェットヘッド４が、本発明の液体吐出装置に相当する。流路ユニット２０が、本発明の流路構造体に相当する。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、ノズル３４からの吐出速度に関連するパラメータである、個別電極４２の圧力室３７に対する位置ズレ量ａに応じて、複数の溝５１（５２）の位置を異ならせていた。これに対し、複数の溝５１（５２）の形状を異ならせてもよい。例えば、溝５１（５２）の長さが長いほど、圧電層４４の変形が大きくなって、圧力室３７の体積変化量は大きくなる。そこで、図９に示すように、複数のノズル３４の間でのインクの吐出速度のばらつきを小さく抑えるために、複数の圧力室３７の間で、溝５１（５２）の溝長さＢを異ならせてもよい。

また、溝５１（５２）の幅が大きいほど、あるいは、溝５１（５２）の深さが深いほど、圧電層４４の変形が大きくなり、圧力室３７の体積変化量が大きくなる。そこで、図１０，図１１に示すように、複数の圧力室３７の間で、溝５１（５２）の溝幅Ｃ、あるいは、溝深さＤを異ならせてもよい。レーザー加工によって溝５１（５２）を形成する場合、レーザー光の照射エネルギー、あるいは、照射時間を変えることによって、溝幅Ｃ、あるいは、溝深さＤを容易に異ならせることができる。

さらに、複数の圧力室３７の間で、上述した、溝位置Ａ、溝長さＢ、溝幅Ｃ、及び、溝深さＤのうちの、２以上の溝形成条件をそれぞれ異ならせてもよい。

２］溝の位置又は形状を決定するための、ノズル３４からのインクの吐出速度に関連するパラメータとしては、前記実施形態で例示した、個別電極４２の位置ズレ量ａの他にも、以下のようなものがある。そして、これらのパラメータを単独、あるいは、組み合わせて用いることができる。

（ａ）圧電層４４の厚みばらつき、あるいは、個別電極４２の大きさのばらつき等の要因により、複数の個別電極４２と共通電極とに挟まれる、複数の活性部４１の間で、静電容量がばらつくことがある。活性部４１の静電容量が高いほど、圧力室３７における圧電層４４の変形が大きくなり、圧力室３７の体積変化量が大きくなって、ひいては、インクの吐出速度も大きくなる。そこで、圧電アクチュエータ２１の製造段階において複数の活性部４１の静電容量を測定しておき、これら複数の活性部４１の静電容量値に応じて、それぞれ対応する複数の溝５１（５２）の位置又は形状を異ならせてもよい。

（ｂ）圧電層４４，４５の厚みばらつき等の要因により、圧電層４４，４５の、複数の圧力室３７をそれぞれ覆う部分の間で、固有振動数がばらつくことがある。

固有振動数が高いということは、圧電層４４，４５の、圧力室３７を覆う部分の剛性が高いということである。圧電層４４，４５が変形する際に、この圧電層４４，４５は、圧力室３７のインクから圧力を受ける。このとき、圧電層４４，４５の剛性が高い（固有振動数が高い）と、圧電層４４，４５が、インクの圧力に負けずに変形することが可能となる。つまり、圧電層４４，４５の固有振動数が高いほど、圧電層４４，４５の変形が大きくなるため、インクの吐出速度も大きくなる。そこで、複数の圧力室３７を覆う圧電層４４の固有振動数に応じて、それぞれ対応する複数の溝５１（５２）の位置又は形状を異ならせてもよい。

（ｃ）ノズルプレート２９に複数のノズル３４を形成する際の製造誤差によって、複数のノズル３４の間で、吐出口３４ａの径がばらつくことがある。ノズル３４の吐出口３４ａの径が小さいほど、そのノズル３４から吐出されるインクの吐出速度が大きくなる。そこで、複数のノズル３４の吐出口３４ａの径に応じて、それぞれ対応する複数の溝５１（５２）の位置又は形状を異ならせてもよい。

（ｄ）ノズル３４から吐出されるインクの種類が異なる場合、インクの粘度が低いほど、インクの吐出速度は大きくなる。そこで、複数のノズル３４のそれぞれについて、吐出するインクの粘度に応じて、複数のノズル３４にそれぞれ対応する複数の溝５１（５２）の位置又は形状を異ならせてもよい。

３］前記実施形態では、図８（ｃ）に示すように、圧電アクチュエータ２１が流路ユニットに接合された後に、圧電層４４に溝５１，５２を形成している。これに対し、インクの吐出速度に関連するパラメータが、接合工程よりも前に既に把握できるものである場合は、接合前の圧電層４４に、溝５１，５２を形成してもよい。例えば、ノズル３４の吐出口３４ａの径や、ノズル３４から吐出されるインクの種類といったパラメータでは、接合工程前に把握することは可能である。

４］前記実施形態では、図５、図６に示されるように、圧電層４４の、隣接する２つの圧力室３７の間の部分４７には、２つの溝５１，５２が形成されている。これに対して、図１２に示すように、圧電層４４の、２つの圧力室３７の間の部分４７に１つの溝６１だけが形成されていてもよい。この形態では、２つの圧力室３７の間に存在する１つの溝６１によって、その両側２つの圧力室３７における圧電層４４の変形がそれぞれ促進される。

また、前記実施形態では、圧電層４４の、圧力室３７に対してノズル配列方向（圧力室３７の長手方向）に隣接する位置に溝５１（５２）が形成されていたが、圧力室３７に対して走査方向（圧力室３７の短手方向）に隣接する位置に溝が形成されていてもよい。さらには、１つの圧力室３７を取り囲むように、その全周にわたって溝が形成されてもよい。

５] １つの溝が２つの圧力室３７とそれぞれ近接して設けられている場合、この溝は、その両側の２つの圧力室３７の双方の体積変化量、ひいては、２つのノズル３４のそれぞれのインクの吐出速度に影響を及ぼす。そのため、このような場合に、溝に隣接する２つの圧力室３７のうちの、一方の圧力室３７に連通するノズル３４についてのパラメータ（例えば、個別電極４２の圧力室３７に対する位置ズレ量ａ）のみに基づいて、溝の位置又は形状が決定されていると、この溝による他方の圧力室３７に連通するノズル３４への影響が考慮されていないために、逆に、吐出速度のばらつきが大きくなることもあり得る。そこで、上記の場合には、複数の溝は、各溝に隣接する２つの圧力室３７に連通する２つのノズル３４のそれぞれについての、吐出速度に関連するパラメータに応じて、位置又は形状が異なっていることが好ましい。

例えば、図１２のように、２つの圧力室３７の間に１つの溝６１が存在する場合であれば、２つの圧力室３７に連通する２つのノズル３４の、吐出速度に関連するパラメータ（例えば、個別電極４２の位置ズレ量ａ等）の平均値を求め、この平均値に応じて、溝６１の位置又は形状を決定する。

一方、図６のように、２つの圧力室３７の間に２つの溝５１，５２が存在する場合は、図１２の形態と比べると、一方の圧力室３７に近接する溝５１（５２）が、反対側の他方の圧力室３７に及ぼす影響は小さいと言える。但し、圧電層４４の、圧力室３７の間の部分４７の、ノズル配列方向における幅Ｗが小さい場合は、溝５１（５２）が、前記他方の圧力室３７に及ぼす影響を無視できなくなる。そこで、図６の形態での溝５１，５２の位置又は形状の決定は以下のようにする。

圧電層４４の圧力室３７の間の部分４７の幅Ｗ≧所定幅Ｗ０であり、前記部分４７の幅が十分に大きい場合には、溝５１，５２の各々の位置又は形状を、近接する圧力室３７に連通するノズル３４のパラメータのみによって決定する。一方、圧電層４４の圧力室３７の間の部分４７の幅Ｗ＜所定幅Ｗ０で、前記部分４７の幅が小さい場合は、溝５１，５２の各々の位置又は形状を、２つの圧力室３７に連通する２つのノズル３４のそれぞれについてのパラメータに応じて決定する。尚、２つの圧力室３７のうち、溝５１（５２）が及ぼす影響が大きいのは、この溝５１（５２）が近接する方の圧力室３７である。そこで、溝５１（５２）の位置又は形状の決定の際には、近接する圧力室３７に連通するノズル３４のパラメータに大きな重み係数をかけ、反対側の圧力室３７に連通するノズル３４のパラメータには小さな重み係数をかける、というように影響の大きさに応じて重みをつけることが望ましい。また、圧電層４４の部分４７の所定幅Ｗ０については、例えば、隣接する２つの圧力室３７の、ノズル配列方向における離間距離（中心間距離）の、２５％とすることができる。

６］複数の圧力室３７（複数のノズル３４）の周囲にそれぞれ設けられている複数の溝の全てが、対応するノズル３４の、吐出速度に関連するパラメータに応じて決定されて、全ての溝の位置又は形状が異なっている必要はない。例えば、複数のノズル３４を、吐出速度が近いノズル３４同士をまとめることによって複数のグループに区分けし、そのグループ単位で、溝の位置又は形状を決定することもできる。即ち、１つのグループに属するノズル３４の間では、溝の位置及び形状が全て同じであり、異なるグループに属するノズル３４の間では、溝の位置又は形状が異なっている。

７］流路ユニットや圧電アクチュエータの構成は、前記実施形態のものには限られない。例えば、圧電アクチュエータの圧電層の枚数は２枚には限られず、適宜変更できる。また、圧力室３７や、それに対応する個別電極４２の形状についても、前記実施形態の形状には限られない。例えば、前記実施形態では、個別電極４２は、圧電層４４の圧力室３７と反対側に配置されていたが、圧力室３７側に配置されていてもよい。

８］前記実施形態は、１つのインクジェットヘッド４内での、複数のノズル３４からの吐出速度のばらつきを小さくすることを目的として、圧電アクチュエータ２１の各溝の溝形成条件を、対応するノズル３４についてのインクの吐出速度に関連するパラメータに基づいて決定している。これに対して、複数のインクジェットヘッド４間での、吐出速度の差を小さくするために本発明を適用することも可能である。即ち、複数のインクジェットヘッド４を製造する際に、各インクジェットヘッド４の溝形成条件を、そのインクジェットヘッド４における吐出速度に関連するパラメータに基づいて決定する。つまり、各インクジェットヘッド４の溝形成条件を調整することにより、複数のインクジェットヘッド４の間で、ノズル３４からのインクの吐出速度のばらつきを小さくすることができる。

９］インクジェットヘッドが、それぞれ複数のノズルを有する複数のヘッドユニットが組み合わされて構成されたものであってもよい。図１３に示すインクジェットプリンタ７１は、記録用紙１００の幅方向に長尺な、ライン型のインクジェットヘッド７４を備えている。インクジェットヘッド７４は、用紙幅方向に沿って配列された６つのヘッドユニット８０を有する。６つのヘッドユニット８０は、板状のヘッドホルダ８１に取り付けられている。ヘッドホルダ８１は、左右２つの支持部材８２によって水平な姿勢で支持されている。インクジェットヘッド７４には、ホルダ７５に装着されたインクカートリッジ７３から４色のインクが供給される。インクジェットヘッド７４は、搬送ローラ７８，７９によって搬送される記録用紙１００に対して、６つのヘッドユニット８０のノズル８４からそれぞれインクを吐出させて、記録用紙１００に画像を記録する。

各ヘッドユニット８０は、流路ユニット８５と圧電アクチュエータ８６を有する。流路ユニット８５と圧電アクチュエータ８６は、図２に示される前記実施形態のインクジェットヘッドのものと同様の構成を有する。流路ユニット８５は、その下面において４列に配列された複数のノズル８４と、複数のノズル８４にそれぞれ連通する複数の圧力室（図示省略）を有する。また、詳細な図示は省略するが、圧電アクチュエータ８６は、圧電層と、流路ユニット８５の複数の圧力室にそれぞれ対応した複数の個別電極等を有する。また、前記実施形態と同様に、圧電層の、複数の圧力室の周囲部分には複数の溝が形成されている。

このインクジェットヘッド７４において、６つのヘッドユニット８０の間で、圧電アクチュエータ８６の溝が、ノズル８４からのインクの吐出速度に関連するパラメータ（例えば、前記実施形態の図６に示される、位置ズレ量ａ等）に応じて、位置又は形状が異なっている。これにより、６つのヘッドユニット８０の間で、ノズル８４からのインクの吐出速度のばらつきが生じる場合でも、６つのヘッドユニット８０の間で溝の位置又は形状を異ならせることにより吐出速度が補正されるため、６つのヘッドユニット８０の間での、吐出速度のばらつきを小さく抑えることができる。尚、上記の形態において、ヘッドユニット８０が、本発明の液体吐出ユニットに相当する。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を噴射して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。

４ インクジェットヘッド
２０ 流路ユニット
２１ 圧電アクチュエータ
３４ ノズル
３４ａ 吐出口
３７ 圧力室
４１ 活性部
４２ 個別電極
４４，４５ 圧電層
４６ 共通電極
５１，５２ 溝
６１ 溝
７４ インクジェットヘッド
８０ ヘッドユニット
８４ ノズル
８５ 流路ユニット
８６ 圧電アクチュエータ

Claims (11)

1. 複数のノズル及び前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられた圧電アクチュエータと、を備え、
   前記圧電アクチュエータは、
   前記複数の圧力室を覆うように配置された圧電層と、
   前記圧電層に、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように設けられた複数の個別電極と、
   前記圧電層を挟んで前記複数の個別電極と反対側に配置され、且つ、前記複数の個別電極と対向する共通電極と、
   前記圧電層の、前記複数の圧力室の周囲部分にそれぞれ形成された複数の溝と、を有し、
   前記複数の溝に含まれる、少なくとも２以上の溝は、対応する前記ノズルからの液体の吐出速度に関連するパラメータに応じて位置又は形状が異なっていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記少なくとも２以上の溝の各々は、その溝に隣接する２つの前記圧力室と連通する２つの前記ノズルのそれぞれについての、前記パラメータに応じて位置又は形状が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記少なくとも２以上の溝は、前記パラメータに応じて位置が異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記少なくとも２以上の溝は、前記パラメータに応じて長さが異なっていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体吐出装置。
5. 前記少なくとも２以上の溝は、前記パラメータに応じて深さが異なっていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体吐出装置。
6. 前記パラメータには、前記圧力室と前記個別電極との、前記圧電層の面方向における位置ズレ量が含まれることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体吐出装置。
7. 前記パラメータには、前記圧電層の、前記個別電極と前記共通電極とに挟まれた部分である、活性部の静電容量が含まれることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体吐出装置。
8. 前記パラメータには、前記ノズルの吐出口の径が含まれることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の液体吐出装置。
9. 前記パラメータには、前記ノズルから吐出される液体の粘度が含まれることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の液体吐出装置。
10. 複数の液体吐出ユニットを有し、
    各液体吐出ユニットは、複数のノズル及び前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられた圧電アクチュエータと、を備え、
    前記圧電アクチュエータは、
    前記複数の圧力室を覆うように配置された圧電層と、
    前記圧電層に、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように設けられた複数の個別電極と、
    前記圧電層を挟んで前記複数の個別電極と反対側に配置され、且つ、前記複数の個別電極と対向する共通電極と、
    前記圧電層の、前記複数の圧力室の周囲部分にそれぞれ形成された複数の溝と、を有し、
    前記複数の液体吐出ユニットの間で、前記圧電アクチュエータの前記溝が、前記ノズルからの液体の吐出速度に関連するパラメータに応じて位置又は形状が異なっていることを特徴とする液体吐出装置。
11. 複数のノズル及び前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられた圧電アクチュエータを備え、
    前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆うように前記流路構造体に配置された圧電層と、前記圧電層に、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように設けられた複数の個別電極と、前記圧電層を挟んで前記複数の個別電極と反対側に配置され、且つ、前記複数の個別電極と対向する共通電極と、前記圧電層の、前記複数の圧力室の周囲部分にそれぞれ形成された複数の溝と、を有する、液体吐出装置の製造方法であって、
    前記圧電層の、前記複数の圧力室の周囲部分に前記複数の溝をそれぞれ形成する、溝形成工程を備え、
    前記溝形成工程において、
    各ノズルについての液体の吐出速度に関連するパラメータに基づいて、そのノズルに連通する前記圧力室に対応する前記溝の、位置又は形状に関連する溝形成条件を決定し、
    決定した前記溝形成条件に基づいて、前記溝を形成することを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
    

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