JP2003011364A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク滴の吐出にばらつきが生じないように
改良されたインクジェットヘッドを提供することを主要
な目的とする。 【解決手段】 インクジェットヘッドは、少なくとも一
部が圧電材料で形成され、かつその表面に互いに壁で仕
切られ、平行に並ぶ複数の溝が設けられ、さらに、それ
ぞれの溝の側壁の一部に電極が設けられたベース部材１
を備える。複数の溝を覆うようにベース部材１の上に、
圧力室となるインクチャンネルを構成するカバー部材２
が設けられている。電極５に駆動電圧を印加して、側壁
に剪断変形を生じさせることによりインクチャンネル４
に圧力振動を生じさせて、ノズル１０よりインクを吐出
させる。複数個の溝のそれぞの深さは、中心部に位置す
る溝から両側に、それらの溝が並ぶ方向に向かって連続
的に変化している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般にインクジ
ェットヘッドに関するものであり、より特定的には、イ
ンクチャンネル毎のインク吐出のばらつきをなくし、印
字品質を向上させることができるように改良されたイン
クジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、インパクト印字装置に代わり、カ
ラー化、多階調化に適したインクジェット方式等のノン
インパクト印字装置が急速に普及している。中でも、印
字時のみに必要なインクを吐出させるドロップ・オン・
デマンド型が、印字効率の良さ、低コスト化、低ランニ
ングコスト化に有利であるなどの点から注目されてお
り、圧電素子を用いたカイザー方式や、サーマルジェッ
ト方式が主流となっている。

【０００３】しかしながら、カイザー方式は、小型化が
難しく、高密度化には適さないという欠点を有してい
た。また、サーマルジェット方式は、高密度には適して
いるものの、ヒータを加熱することで、インク内にバブ
ル（泡）を生じさせて、そのバブルのエネルギを吐出に
使用するため、インクの耐久性に対する要求が厳しく、
また、ヒータの寿命を長くすることが困難であり、さら
に、消費電力も大きくなるという問題を有していた。

【０００４】このような欠点を解決するものとして、圧
電材料の剪断モードを利用してインクジェット方式が提
案されている。この方式は、圧電材料からなるインクチ
ャンネル壁に形成した電極により、圧電材料の分極方向
と直交する方向に電界を加え、チャンネル壁を剪断モー
ドで変形させて、その際に生じる圧力波変動を利用して
インク滴を吐出させるものであり、ノズルの高密度化、
低消費電力化、高駆動周波数化に適している。このよう
な、剪断モードを利用したインクジェットヘッドの構造
を、図１５を用いて説明する。

【０００５】インクジェットヘッドは、図１５を参照し
て、上下方向に分極処理を施した圧電体に複数の溝４が
形成されたベース部材１と、インク供給口２１と共通イ
ンク室２２が形成されたカバー部材２と、ノズル孔１０
が開けられたノズル板９を張り合せることで、インクチ
ャンネル４が形成されている。

【０００６】チャンネル壁３には、電界を印加するため
の電極５が上方半分に形成されている。インクチャンネ
ルの後端部は、溝加工時に使用されるダイシングブレー
ドの直径に対応したＲ形状に加工されており、参照符号
６で示す部分には、外部との通電のための電極引出部と
しての浅溝部が同じく、ダイシングブレードにより加工
されている。浅溝部６に形成された電極は、浅溝部の後
端部で、たとえばフレキシブル基板のような外部の電極
８とワイヤボンディングにより接続されている。

【０００７】次に、図１５に示したインクジェットヘッ
ドの製造方法について説明する。図１６（ａ）に示すよ
うに、上下方向に分極処理が施された圧電体１２に、ダ
イシング加工が可能なドライレジストフィルム１１をラ
ミネートする。

【０００８】次に、図１６（ｂ）に示すように、ダイシ
ングブレードによりインクチャンネル４となる溝部と浅
溝部６を加工する。その後、電極となる金属がチャンネ
ル壁３の上半分にだけ付着するように、入射方向を設定
して、矢印Ａ方向、Ｂ方向から斜方蒸着する。その後、
ドライレジストフィルム１１をリフトオフすることで、
図１５に示すような、チャンネル壁３の上半分と浅溝６
内に金属膜５が形成されたアクチュエータとしてのベー
ス部材１を作製する。カバー部材２は、機械加工あるい
は、サンドブラスト加工にて、インク供給口２１と共通
インク室２２が設けられる。

【０００９】サンドブラスト加工を行なう場合は、イン
ク供給口２１と共通インク室２２以外をレジストフィル
ムあるいは、メタルマスクでマスキングした後に施せば
よい。ノズル板９は、高分子材料の場合は、エキシマレ
ーザ加工にて、所定の大きさのノズル孔が穴あけ加工さ
れるが、パンチング加工等で、金属材料にノズル孔を設
けてもよい。このようにして作製されたベース部材１と
カバー部材２とノズル板９は、それぞれ、所望の位置に
接着剤により張り合される。

【００１０】このようにして作製されたインクジェット
ヘッドは、インク供給口２１が、図示しない外部のイン
ク貯蔵タンクに接続され、インクが共通インク室２２を
介して、複数のインクチャンネル４ごとに供給される。
チャンネル壁３の上半分に設けられた電極は、それぞれ
１つのインクチャンネル４の内部では、同電位になるよ
うにインクチャンネル後端部のＲ形状部で接続され、浅
溝６を介して外部の電極８と接続される。そして、それ
ぞれのインクチャンネル４に形成されている電極同士
は、独立して、外部電極８と接続されている。

【００１１】印字データに応じて所定のインクチャンネ
ルが接続され、チャンネル壁３の分極方向と直交する方
向に電界がかかるように、外部の電極８より電圧が印加
される。電界が印加されたチャンネル壁３は剪断変形を
起こし、その結果、インクチャンネル内に圧力波変動が
生じて、ノズル孔１０よりインク滴が吐出する。

【００１２】なお、図１５では、電極引出部と外部の電
極はワイヤボンディングにより接続されているが、異方
性導電膜（ＡＣＦ）を用いて接続する方法も従来より採
用されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来のインクジェット
ヘッドでは、アクチュエータとしてのベース部材に上下
方向に分極された圧電体を用いており、剪断モードでチ
ャンネル壁を変形させるために、チャンネル壁の上半分
に電極を形成していた。これに対し、アクチュエータと
してのベース部材を、チャンネル壁の高さの半分の位置
で、上下方向に分極の方向が異なる圧電体を積層した複
合材料を用いるいわゆるシェブロン方式と呼ばれる構造
も従来より提案されていた。この場合、電極をチャンネ
ル壁の全面に形成すればよいので、電極の形成位置を、
チャンネル壁の上半分に限定する必要がなく、電極の形
成方法として、無電解めっき法等を用いることができる
という特徴があるが、アクチュエータとしてのベース部
材の製造コストが高くなるという問題があった。

【００１４】そこで、現在では、ベース部材として、上
下方向に分極処理が施された１枚の圧電体を用いる方式
が主流となっており、チャンネル壁の上半分のみに、斜
方蒸着により電力が形成されている。

【００１５】図１７を用いて、従来の電極の形成方法に
ついて詳細に説明する。チャンネル壁３の上半分に電極
膜を形成するには、一方に斜方蒸着法が用いられ、蒸着
粒子の入射方向を変えて２回蒸着する。

【００１６】図１７（ａ）は、１回目の蒸着の状態を示
しており、チャンネル壁の高さが３００μｍ、幅が８０
μｍ、ドライレジストフィルム１１の高さが３０μｍの
場合、チャンネル壁３の左側は上半分に電極を形成する
ために、法線に対し６６°の入射角度で蒸着粒子を入射
する。

【００１７】続いて、図１７（ｂ）は、２回目の蒸着の
状態を示しており、チャンネル壁３の右側上半分に電極
を形成するために、同じく法線に対し６６°の入射角度
で蒸着粒子を入射する。その後、ドライレジスト１１上
に形成された金属膜をドライレジスト１１とともにリフ
トオフすることで、図１７（ｃ）に示すような、チャン
ネル壁３の上半分にのみ電極５が形成されたベース材１
を作製する。このように、チャンネル壁に形成される電
極の深さは、チャンネル深さの半分になるように形成さ
れる。

【００１８】特開平６−２３８８９２号公報には、この
電極の深さの公差が、設定値に対して±３０％以内であ
れば、インクチャンネルの容積変化が±５％以内に収ま
る、ということが開示されている。しかしながら、近年
のインクジェットプリンタに要求されている高品質の印
字では、インク滴の体積が小さくなって、数ピコリット
ルの大きさになっている。このような微小なサイズのイ
ンク滴を安定して吐出するには、±５％のインクチャン
ネルの容積の変化は決して小さな値ではない。また、特
開平６−２３８８９２号公報では、電極形成時の電極深
さのばらつき、特にチャンネル壁の両側での電極深さの
違いについては何ら記載されておらず、インクチャンネ
ルの容積変化が、チャンネル壁の両側での電極深さの違
いに大きく影響される。

【００１９】特開平１１−３４３１７号公報には、イン
クチャンネル列の両端部の溝幅を広くすることで、イン
クが吐出するノズル孔が開けられたチャンネルでの吐出
量を一定にする方法が開示されている。しかしながら、
本公報においても、電極の深さばらつきが、インクの吐
出に及ぼす影響については、何ら記載されていない。

【００２０】このように、従来用いられている電極の形
成方法には、これまで着目されていなかった、避けられ
ない問題が内包されており、電極の形成高さが、チャン
ネル壁の両側で異なり、インクチャンネルによって不均
一になるという問題があった。これについて、図１８を
用いて詳細に説明する。

【００２１】図１８は、斜め蒸着に用いる蒸着装置およ
びベース材１の位置関係を示したものである。図１８
で、蒸着源１５は、るつぼ１６に入れられて蒸着装置の
下方の中心に位置され、蒸着装置の上方の基板ホルダ１
７には所定角度を持って、ベース材１が取付けられてい
る。

【００２２】蒸着源を点源とみなした場合の蒸着源１５
から飛翔する蒸着粒子のベース材１への入射の様子を、
図１９を用いて詳細に説明する。

【００２３】図１９は、蒸着源１５からベース材１のチ
ャンネル列の中心部までの鉛直距離が５０ｃｍ、水平距
離が２０ｃｍの場合を示しており、ベース材１には、イ
ンクチャンネル４が１８０ＤＰＩで２００個形成されて
いる。この場合、インクチャンネルは、幅約２８ｍｍの
長さにわたり形成されることになる。

【００２４】図１９の場合、チャンネル列の中心部での
電極形成深さをチャンネル深さの半分にするために、ベ
ース材１は４５．８°の角度で基板ホルダ１７に取付け
られている。チャンネル壁の片面への金属膜の形成が終
了したら、残る片面へ金属膜を形成するために、ベース
材１は１８０°方向を変えられ、再び蒸着される。所
で、チャンネル列は有限の長さを持っており、チャンネ
ル列の端部では、蒸着粒子の入射角度が異なってしま
う。

【００２５】これについて、図１９および図２０を用い
て詳細に説明する。図１９は、蒸着粒子の入射の様子を
ベース材１を平行において模式的に示したものである。
チャンネル列の中心部での入射角度が６６°である場
合、チャンネル端部での入射角度は、６４．７°と６
７．４°となる。その結果、電極５となる金属膜の形成
深さは、図２０に示すように、チャンネル列の中心部で
は、１５０μｍであるのに対し、チャンネル列の端部で
は、１３８．５μｍと１６２．２μｍとなる。さらに、
金属膜の蒸着時にベース材を１８０°回転させて２回蒸
着することで、チャンネル列の端部では、チャンネル壁
の両側に形成される電極の深さが異なる結果となる。

【００２６】剪断モードで圧電体を変形させる場合、チ
ャンネル壁の上半分にのみ電極が形成されている場合が
最も効率よく変形することができるが、チャンネル壁の
両側で電極の深さが異なると変形量が低下する。これに
ついて、図２１を用いて詳細に説明する。

【００２７】図２１は、電極の深さがチャンネル壁３の
上半分に形成されている場合（ａ）と、両側で異なる場
合（ｂ）のチャンネル壁３の変形モードを模式的に示し
た図である。

【００２８】図２１（ａ）で、上下方向に分極された圧
電体からなるチャンネル壁３の上半分に電極が形成され
ている場合、両側の電極より電圧を印加するとチャンネ
ル壁３の上半分にのみ分極方向と直交する方向に電界が
加わり、電界が加えられた圧電体に剪断歪みが生じる。
チャンネル壁３の上下は固定されているので、剪断歪み
によりチャンネル壁３は、破線で示すようにチャンネル
３壁の中心部Ａで屈曲するように変形する。

【００２９】これに対し、図２１（ｂ）では、チャンネ
ル壁３の両側で電極深さが異なり、剪断歪みを起こすた
めに有効に働く領域は、電極深さの浅い領域となる。そ
の結果、歪み量が小さくなり、しかも、屈曲点が図２１
（ａ）のＡより上方の、図２１（ｂ）のＡ′に移動する
ことになり、インクチャンネル４の体積変位が少なくな
り、インク滴をノズルより吐出するための圧力変化が小
さくなってしまう。このように、従来のインクジェット
ヘッドでは、インクチャンネルによって、剪断歪みを起
こすための電圧を印加する電極の深さが変化してしま
い、複数のインクチャンネルから吐出するインク滴の吐
出速度や吐出体積がばらつくという問題があった。

【００３０】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、インクチャンネル毎のインク滴の吐
出ばらつきを低減できるように改良されたインクジェッ
トヘッドを提供することを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の局面に
従うインクジェットヘッドは、少なくとも一部が圧電材
料で形成され、かつその表面に互いに壁で仕切られ、平
行に並ぶ複数の溝が設けられ、さらに、それぞれの溝の
側壁の一部に電極が設けられたベース部材を備える。上
記複数の溝を覆うように、上記ベース部材の上に、圧力
室となるインクチャンネルを構成するカバー部材が設け
られている。当該インクジェットヘッドは、上記インク
チャンネルに連通するノズルを備える。当該インクジェ
ットヘッドは、上記電極に駆動電圧を印加して、上記側
壁に剪断変形を生じさせることにより上記インクチャン
ネルに圧力振動を生じさせて上記ノズルよりインクを吐
出させるものである。上記複数個の溝のそれぞれの深さ
は、中心部に位置する溝から両側に、それらの溝が並ぶ
方向に向かって連続的に変化している。

【００３２】この発明によれば、チャンネル壁に設けら
れた電極の深さがチャンネル列の並びに従って連続的に
変化することによるインクチャンネルの体積変位のばら
つきに起因するインク滴のばらつきを、上記複数の溝の
深さをインクチャンネル毎に連続的に変化させることで
低減することができるので、高品質の印字を行なうこと
ができる。

【００３３】この発明の第２の局面に従うインクジェッ
トヘッドでは、上記複数個の溝のうち、中心部に位置す
る溝の深さが最も浅い。

【００３４】この構成においては、チャンネル壁に電極
となる金属膜を斜方蒸着により形成するときに、ベース
材をチャンネル列の中心部を回転軸として１８０°回転
させてチャンネル壁の両側に電極を形成した場合、チャ
ンネル壁に設けられた電極の深さが、チャンネル列の中
心部を対称にしてチャンネル列の並びに従って連続的に
変化することによるインクチャンネルの体積変位のばら
つきに起因するインク滴のばらつきを、上記複数の溝の
深さを、インクチャンネル列の中心部に位置する溝深さ
が最も浅くなるように連続的に変化させることで低減す
ることができるので、高品質の印字を行なうことができ
る。

【００３５】この発明の第３の局面に従うインクジェッ
トヘッドにおいては、上記複数個の溝のうち、どちらか
一方の端部に位置する溝の深さが最も浅い。

【００３６】この構成においては、チャンネル壁に電極
となる金属膜を斜方蒸着により形成するときに、ベース
材をチャンネル列のどちらか一方の端部を回転軸として
１８０°回転させてチャンネル壁の両側に電極を形成し
た場合、チャンネル壁に設けられた電極の深さが、チャ
ンネル列のどちらか一方の端部よりチャンネル列の並び
に従って連続的に変化することによるインクチャンネル
の体積変位のばらつきに起因するインク滴のばらつき
を、上記複数の溝の深さを、インクチャンネル列のどち
らか一方の端部に位置する溝の深さが最も浅くなるよう
に連続的に変化させることで低減することができるの
で、高品質の印字を行なうことができる。

【００３７】この発明の第４の局面に従うインクジェッ
トヘッドは、少なくとも一部が圧電材料で形成され、か
つその表面に互いに壁で仕切られ、平行に並ぶ複数の溝
が設けられ、さらに、それぞれの溝の側壁の一部に電極
が設けられたベース部材を備える。上記複数の溝を覆う
ように、上記ベース部材の上に、圧力室となるインクチ
ャンネルを構成するカバー部材が設けられている。当該
インクジェットヘッドは、上記インクチャンネルの連通
するノズルとを備える。当該インクジェットヘッドは、
上記電極に駆動電圧を印加して、上記側壁に剪断変形を
生じさせることにより上記インクチャンネルに圧力振動
を生じさせて上記ノズルよりインクを吐出させるもので
ある。上記カバー部材と接している上記複数の溝の側壁
の長さが、インクチャンネルごとに連続的に変化する。

【００３８】この構成においては、チャンネル壁に設け
られた電極の深さがチャンネル列の並びに従って連続的
に変化することによるインクチャンネルの体積変位のば
らつきに起因するインク滴のばらつきを、上記カバー部
材と接している上記複数の溝の側壁の長さを、インクチ
ャンネル毎に連続的に変化させることで低減することが
できるので、高品質の印字を行なうことができる。

【００３９】この発明の第５の局面に従うインクジェッ
トヘッドにおいては、上記カバー部材と接している複数
の側壁のうち、インクチャンネル列の中心部に位置する
側壁の長さが最も長いあるいは最も短い。

【００４０】この構成においては、チャンネル壁に電極
となる金属膜を斜方蒸着により形成するときに、ベース
材をチャンネル列の中心部を回転軸として１８０°回転
させてチャンネル壁の両側に電極を形成した場合、チャ
ンネル壁に設けられた電極の深さが、チャンネル列の中
心部を対称にしてチャンネル列の並びに従って連続的に
変化することによるインクチャンネルの体積変位のばら
つきに起因するインク滴のばらつきを、上記複数の側壁
の、インクチャンネル列の中心部に位置する長さが最も
長くあるいは最も短くなるように連続的に変化させるこ
とで低減することができるので、高品質の印字を行なう
ことができる。

【００４１】この発明の第６の局面に従うインクジェッ
トヘッドにおいては、上記カバー部材と接している複数
の側壁のうち、インクチャンネル列のどちらか一方の端
部に位置する側壁の長さが最も長い。

【００４２】この構成においては、チャンネル壁に電極
となる金属膜を斜方蒸着により形成するときに、ベース
材をチャンネル列のどちらか一方の端部を回転軸として
１８０°回転させてチャンネル壁の両側に電極を形成し
た場合、チャンネル壁に設けられた電極の深さが、チャ
ンネル列のどちらか一方の端部よりチャンネル列の並び
に従って連続的に変化することによるインクチャンネル
の体積変位のばらつきに起因するインク滴のばらつき
を、上記複数の側壁の、インクチャンネル列のどちらか
一方の端部に位置する長さが最も長くあるいは最も短く
なるように連続的に変化させることで低減することがで
きるので、高品質の印字を行なうことができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１から図１４を用いて詳細に説明する。

【００４４】実施の形態１ 本発明による駆動方法を用いるインクジェットヘッドの
構造を図１および図２を用いて説明する。

【００４５】インクジェットヘッドは、図１の上下方向
に分極処理を施した圧電体に複数の溝４が形成されたベ
ース部材１と、インク供給口２１と共通インク室２２が
形成されたカバー部材２と、ノズル孔１０が開けられた
ノズル板９を張り合せることで、インクチャンネル４が
形成されている。

【００４６】チャンネル壁３には、電界を印加するため
の電極５が形成されている。インクチャンネル４の後端
部は、溝加工時に使用されるダイシングブレードの直径
に対応したＲ形状に加工されており、参照符号６に示す
部分には、外部との通電のための電極引出部としての浅
溝部が同じく、ダイシングブレードにより加工されてい
る。浅溝部６に形成された電極は、浅溝部の後端部でた
とえばフレキシブル基板のような外部の電極８とワイヤ
ボンディングにより接続されている。

【００４７】チャンネル壁３に設けられた電極は、それ
ぞれ１つのインクチャンネル４の内部では、同電位にな
るようにインクチャンネル後端部のＲ形状部で接続さ
れ、浅溝６を介して外部の電極８と接続される。そし
て、それぞれのインクチャンネル４に形成されている電
極同士は、独立して、外部電極８と接続されている。印
字データに応じて所定のインクチャンネルが選択され、
チャンネル壁３の分極方向と直交する方向に電界がかか
るように、外部電極８より電圧が印加される。電界が印
加されたチャンネル壁３は剪断変形を起こし、その結
果、インクチャンネル内に圧力波変動が生じて、ノズル
孔１０よりインク滴が吐出する。なお、図１では、電極
引出部と外部の電極はワイヤボンディングにより接続さ
れているが、異方性導電膜（ＡＣＦ）を用いて接続して
もよい。

【００４８】本実施の形態では、チャンネル壁３への電
極形成を、チャンネル列の中心部を回転軸としてベース
材１を１８０°回転させて、２回斜方蒸着することで形
成した場合について説明する。

【００４９】図２は、チャンネル列の断面図を示したも
のである。図２で、チャンネル壁３に設けられた電極５
は、チャンネル列の中心部では、チャンネル壁３の両側
で等しい深さで上半分となる１５０μｍの範囲で形成さ
れている。

【００５０】一方、チャンネル列の端部では、斜方蒸着
の入射角度の違いにより、チャンネル壁３の両側で電極
深さが異なり、チャンネル列の中心部よりが浅く、端部
よりが深く形成されており、チャンネル列の中心部より
端部に向かって連続的に変化している。

【００５１】図３は、チャンネルの数が２００個の場
合、チャンネル壁の左右両側に形成されるそれぞれの電
極の深さを、横軸にチャンネル列の並びをとって示した
図である。なお、この図では、説明のため溝深さを全チ
ャンネルで同一にしてある。

【００５２】図３より、チャンネル壁の中心部では、左
右の電極深さは等しいが、チャンネル列の端部に向かう
につれて、左右対称に左右の電極深さが連続的に変化し
ていることがわかる。このような電極深さを持つインク
ジェットヘッドを、すべてのチャンネルの溝の深さを同
一にした場合、チャンネル列の中心部のチャンネル壁の
変位量が最も大きくなり、チャンネル列の端部に向かっ
て、連続的に変位量が減少することになる。

【００５３】このような、電源深さの不均一に起因する
変位量のチャンネル毎の変化を、本実施の形態では、チ
ャンネル列の中心部の溝深さを最も浅くし、チャンネル
列の端部に向かうにつれて、連続的に深くなるようにす
ることで解決する。

【００５４】図４は、本実施の形態によるところの溝深
さを、横軸にチャンネル列並びをとって示した図であ
る。図４のように、チャンネル列の中心部の溝深さが最
も浅く、チャンネル列の両端部に向かって連続的に深く
なっている。

【００５５】図５は、本実施の形態によるところのイン
クジェットヘッドの断面図である。このような、溝深さ
のチャンネルを形成することで、チャンネル毎のチャン
ネル壁の変位量が等しくなり、ノズルより吐出されるイ
ンク滴のばらつきを低減することができ、高品質の印字
を行なうことができる。

【００５６】なお、本実施の形態では、チャンネル列の
中心部の溝深さを３００μｍ、チャンネル列の中心部の
電極深さを１５０μｍ、チャンネル列の両端部の溝深さ
を３２０μｍとして直線的に変化させたが、チャンネル
毎の電極の深さに応じて、インク吐出のばらつきの程度
によりその値を調整すればよく、また、必ずしも直線的
に変化させる必要はない。

【００５７】なお、チャンネル列両端部の溝深さは、深
くなりすぎると、チャンネル壁の剛性が低下して、イン
ク吐出のための圧力が低下してしまうので、チャンネル
列の中心部の深さより２０％以上深くない方が好まし
い。

【００５８】実施の形態２ 本実施の形態において、インクジェットヘッドの構造
は、実施の形態１で説明したものと同様であるので、そ
の説明を繰返さない。

【００５９】本実施の形態では、図６を参照して、チャ
ンネル壁３への電極形成を、チャンネル列の端部を回転
軸としてベース材１を１８０°回転させて、２回斜方蒸
着することで形成した場合について説明する。

【００６０】図６は、チャンネル列の断面図を示したも
のである。図６で、チャンネル壁３に設けられた電極５
は、チャンネル列の端部では、チャンネル壁３の両側で
等しい深さで上半分となる１５０μｍの範囲で形成され
ている。一方、チャンネル列のもう一方の端部では、斜
方蒸着の入射角度の違いにより、チャンネル壁３の両側
で電極深さが異なり、チャンネル壁の片側で連続的に浅
く、別の片側で連続的に深く形成されている。

【００６１】図７は、チャンネルの数が２００個の場
合、チャンネル壁の左右両側に形成される電極の深さ
を、横軸にチャンネル列の並びをとって示した図であ
る。

【００６２】図７より、チャンネル壁の端部では、左右
の電極深さは等しいが、チャンネル列のもう一方の端部
に向かうにつれて、左右の電極深さが連続的に変化して
いることが分かる。このような電極深さを持つインクジ
ェットヘッドを、すべてのチャンネルの溝の深さを同一
にした場合、電極の深さが等しいチャンネル列の端部の
チャンネル壁の変位量が最も大きくなり、チャンネル列
のもう一方の端部に向かって、連続的に変位量が減少す
ることになる。

【００６３】このような、電極深さの不均一に起因する
変位量のチャンネル毎の変化を、本実施の形態では、チ
ャンネル列の電極の深さが等しい端部の溝深さを最も浅
く、チャンネル列のもう一方の端部に向かうにつれて、
連続的に深くなるようにすることで解決する。

【００６４】図８は、本実施の形態によるところのチャ
ンネルの溝深さを、横軸にチャンネル列並びをとって示
した図である。

【００６５】図８のように、チャンネル列の電極の深さ
が等しい端部のチャンネルの溝深さが最も浅く、チャン
ネル列のもう一方の端部に向かって連続的に深くなって
いる。このような、溝深さのチャンネルを形成すること
で、チャンネル毎のチャンネル壁の変位量が等しくな
り、ノズルより吐出されるインク滴のばらつきを低減す
ることができ、高品質の印字を行なうことができる。

【００６６】なお、本実施の形態では、チャンネル列の
電極の深さが等しい端部の溝深さを３００μｍ、電極深
さを１５０μｍ、もう一方のチャンネル列の端部の溝深
さを３３０μｍとして直線的に変化させたが、チャンネ
ル毎の電極の深さに応じて、インク吐出のばらつきの程
度によりその値を調整すればよく、また、必ずしも直線
的に変化させる必要はない。なお、チャンネル列の電極
の深さが等しくない方の端部の溝深さは、深くなりすぎ
ると、チャンネル壁の剛性が低下して、インク吐出のた
めの圧力が低下してしまうので、チャンネル列の中心部
の深さより２０％以上深くない方が好ましい。

【００６７】実施の形態３ 本実施の形態では、チャンネル壁３への電極形成を、チ
ャンネル列の中心部を回転軸としてベース材１を１８０
°回転させて、２回斜方蒸着することで形成した場合に
ついて説明する。

【００６８】なお、インクジェットヘッドの構造および
電極の深さについては、実施の形態１と同様であるの
で、詳細な説明は省略する。本実施の形態では、チャン
ネル壁のカバー部材と接している長さが、連続的に変化
している。

【００６９】図９は、チャンネルに印加される駆動波形
とそのときのチャンネル壁の変形を模式的に示した図で
ある。

【００７０】図９で、電極には、インクチャンネルの体
積を広げる向きの電圧が時間Ｔ１印加され、その後、イ
ンクチャンネルの体積を狭める電圧が時間Ｔ２印加され
る。Ｔ１とＴ２の時間印加される電圧は、大きさが等し
く向きが逆である。

【００７１】なお、Ｔ１およびＴ２に印加される電圧の
正負は、ベース材１の分極方向によって一義的に決定さ
れる。

【００７２】Ｔ１の時間は、インク滴の吐出速度に影響
し、吐出速度を最大とするＴ１の時間は、チャンネル壁
のカバー部材と接している長さで決まるインクチャンネ
ルの長さ、インクチャンネルのコンプライアンス、圧力
波の伝搬速度により決定される。つまり、吐出速度は、
Ｔ１の時間により制御することができ、これは、Ｔ１の
時間を固定すれば、インクチャンネルの長さで吐出速度
を制御できることを示している。

【００７３】なお、Ｔ２の時間は、インクチャンネルの
残留振動と吐出周期に関係して最適値が設定され、一般
にＴ１の時間の３〜４倍の値で設定すればよい。

【００７４】図１０は、インクチャンネルの幅が８０μ
ｍ、深さが３００μｍ、長さが１ｍｍ、ノズルの径がイ
ンクチャンネル側でφ４２μｍ、吐出側でφ２５μｍ、
ノズル板の厚さが５０μｍのインクジェットヘッドで、
同一の印加電圧２５Ｖのもとで、Ｔ１の時間をパラメー
タに、インク滴の吐出速度を測定した結果である。

【００７５】図１０より、Ｔ１の時間が２．２５μｓの
ときに、吐出速度がピークを持ち、Ｔ１の時間が２．２
５μｓより長くても短くても、インク滴の吐出速度は低
下する。

【００７６】続いて、図１１は、Ｔ１の時間を２．２５
μｓに固定し、インクチャンネルの長さをパラメータ
に、インク吐出速度を測定した結果である。

【００７７】インクチャンネルの長さが１ｍｍのときに
吐出速度は最大となり、インクチャンネルの長さが１ｍ
ｍより長くても短くても、吐出速度は低下する。このこ
とは、インクチャンネルの長さを固定して、Ｔ１の時間
を最適値から、増加あるいは減少した場合と等価であ
る。

【００７８】本実施の形態では、電極の深さがチャンネ
ル壁の両側で最も異なるチャンネル列の両端部のチャン
ネルからの吐出速度が最大となるように、両端部のイン
クチャンネルの長さを１ｍｍ、中心部のインクチャンネ
ルの長さを１．２ｍｍとする。

【００７９】図１２は、本実施の形態で用いられるイン
クチャンネルの長さをチャンネル毎に示したものであ
る。図１２で、インクチャンネル長さは、チャンネル列
の両端部で１．０ｍｍ、チャンネル列の中心部で１．２
ｍｍと連続的に変化している。

【００８０】本実施の形態では、チャンネル壁３への電
極形成を、チャンネル列の中心部を回転軸として２回斜
方蒸着することで形成したので、斜方蒸着の入射角度の
違いにより、チャンネル壁３の両側で電極深さが異な
り、チャンネル壁の中心部では、左右の電極深さは等し
いが、チャンネル列の端部に向かうにつれて、左右対称
に左右の電極深さが連続的に変化している。そのため、
チャンネル壁の中心部では、同一の電圧で駆動した場合
に、最もチャンネル壁の変位が大きく、インク滴の吐出
速度が大きくなる。

【００８１】本実施の形態では、インク滴の吐出速度が
小さくなるチャンネル列の両端部で、インク滴の吐出速
度が最大となるように、インクチャンネルの長さを１ｍ
ｍとし、チャンネル列の中心部では、インクチャンネル
の長さを１．２ｍｍとしている。その結果、電極の深さ
がチャンネル毎に異なるインクジェットヘッドを用いて
も、チャンネル毎のインク滴の吐出速度のばらつきを低
減することができ、高品質な印字を行なうことができ
る。

【００８２】なお、本実施の形態では、チャンネル列の
中心部のインクチャンネル長さを１．２ｍｍとしたが、
図１１より明らかなように、インク滴の吐出速度が最大
となる１．０ｍｍよりも短い値をとることもできる。

【００８３】なお、インク滴の吐出速度を最大にするイ
ンクチャンネルの長さは、インクチャンネルの幅、イン
クチャンネルの深さ、ノズルの寸法、インク特性等によ
り決定されるので、インクジェットヘッドの寸法仕様が
異なる場合は、それぞれに最適な値を用いればよい。

【００８４】なお、インクチャンネルの長さは、カバー
部材の共通インク室形状より任意に変化させることがで
きる。これについて、図１３を用いて説明する。

【００８５】図１３は、チャンネル列の中心部のインク
チャンネル長さを１．２ｍｍ、両端部のインクチャンネ
ル長さを１．０ｍｍとしたインクジェットヘッドの平面
図で、カバー部材２の共通インク室２２の形状を、図１
３のＡの長さが連続的に変化するように加工してあるの
が特徴である。このように、インクチャンネルの長さ
は、チャンネル壁の上面とカバー部材の接する長さで決
定されるので、カバー部材を所望の形状に加工すること
で、容易に変化させることができる。

【００８６】実施の形態４ 本実施の形態では、チャンネル壁３への電極形成を、チ
ャンネル列の端部を回転軸としてベース材１を１８０°
回転させて、２回斜方蒸着することで形成した場合につ
いて説明する。

【００８７】なお、インクジェットヘッドの構造および
電極の深さについては、実施の形態３と同様であるの
で、詳細な説明は省略する。

【００８８】図１４で、インクチャンネル長さは、チャ
ンネル列の一方の端部で１．０ｍｍ、チャンネル列のも
う一方の端部で１．３ｍｍと連続的に変化している。

【００８９】本実施の形態では、チャンネル壁３への電
極形成を、チャンネル列の端部を回転軸として２回斜方
蒸着することで形成したので、斜方蒸着の入射角度の違
いによりチャンネル壁３の両側で電極深さが異なり、チ
ャンネル壁の一方の端部では、左右の電極深さは等しい
が、チャンネル列のもう一方の端部に向かうにつれて、
左右対称に左右の電極深さが連続的に変化している。

【００９０】そのため、チャンネル壁の一方の端部で
は、同一の電圧で駆動した場合に、最もチャンネル壁の
変位が大きく、インク滴の吐出速度が大きくなる。

【００９１】本実施の形態では、インク滴の吐出速度が
小さくなるチャンネル列の一方の端部で、インク滴の吐
出速度が最大となるように、インクチャンネルの長さを
１ｍｍとし、チャンネル列のもう一方の端部では、イン
クチャンネルの長さを１．３ｍｍとしている。その結
果、電極の深さがチャンネル毎に異なるインクジェット
ヘッドを用いても、チャンネル毎のインク滴の吐出速度
のばらつきを低減することができ、高品質な印字を行な
うことができる。

【００９２】なお、本実施の形態では、チャンネル列の
一方の端部のインクチャンネル長さを１．３ｍｍとした
が、図１１より明らかなように、インク滴の吐出速度が
最大となる１．０ｍｍよりも短い値をとることもでき
る。

【００９３】なお、インク滴の吐出速度を最大にするイ
ンクチャンネルの長さは、インクチャンネルの幅、イン
クチャンネルの深さ、ノズルの寸法、インク特性等によ
り決定されるので、インクジェットヘッドの寸法仕様が
異なる場合は、それぞれに最適な値を用いればよい。

【００９４】なお、インクチャンネルの長さは、カバー
部材の共通インク室形状より任意に変化させる方法につ
いては、実施の形態３と同様であるので、詳細な説明は
省略する。

【００９５】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるとこ
ろのインクジェットヘッドは、インクチャンネル毎に異
なる電極の深さに応じて、インクチャンネルの溝深さあ
るいは、インクチャンネルのカバー部材と接している長
さを連続的に変化させるので、インクチャンネル毎のイ
ンク滴の吐出のばらつきを低減することができ、高品質
の印字を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るインクジェットヘッドの実施の
形態を示す斜視図である。

【図２】 実施の形態１に係るチャンネル列の断面図で
ある。

【図３】 実施の形態１に係るインクジェットヘッドに
おける電極深さの図である。

【図４】 実施の形態１に係るインクジェットヘッド
の、溝深さを示す図である。

【図５】 実施の形態１に係るインクジェットヘッドの
断面図である。

【図６】 実施の形態２に係るインクジェットヘッドの
断面図である。

【図７】 実施の形態２に係るインクジェットヘッド
の、電極深さを示す図である。

【図８】 実施の形態２に係るインクジェットヘッド
の、溝深さを示す図である。

【図９】 従来および本発明に係るインクジェットヘッ
ドの駆動波形とチャンネルの駆動模式図である。

【図１０】 実施の形態３に係るインクジェットヘッド
の、駆動波形の時間Ｔ１とインク吐出速度の関係を示す
図である。

【図１１】 実施の形態３に係るインクジェットヘッド
の、チャンネル長さとインク吐出速度の関係を示す図で
ある。

【図１２】 実施の形態３に係るインクジェットヘッド
の、チャンネル列ごとのチャンネル長さを示す図であ
る。

【図１３】 実施の形態３に係るインクジェットヘッド
の平面図である。

【図１４】 実施の形態４に係るインクジェットヘッド
の、チャンネル列ごとのチャンネル長さを示す図であ
る。

【図１５】 従来のインクジェットヘッドを示す斜視図
である。

【図１６】 従来のインクジェットヘッドの製造方法を
示す図である。

【図１７】 従来のインクジェットヘッドの電極形成方
法を示す断面図である。

【図１８】 従来のインクジェットヘッドの電極形成装
置を示す図である。

【図１９】 従来のインクジェットヘッドの電極形成方
法を示す断面図である。

【図２０】 従来のインクジェットヘッドを示す断面図
である。

【図２１】 従来のインクジェットヘッドのチャンネル
の駆動の様子を示す断面図である。

【符号の説明】

１ ベース部材、２ カバー部材、３ チャンネル壁、
４ インクチャンネル、５ 電極（金属膜）、６ 浅溝
部、７ ボンディングワイヤ、８ 外部電極、９ ノズ
ル板、１０ ノズル孔、１１ ドライレジストフィル
ム、１２ 圧電体、２１ インク供給口、２２ 共通イ
ンク室。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一部が圧電材料で形成され、
   かつその表面に互いに壁で仕切られ、平行に並ぶ複数の
   溝が設けられ、さらに、それぞれの溝の側壁の一部に電
   極が設けられたベース部材と、 前記複数の溝を覆うように前記ベース部材の上に設けら
   れ、圧力室となるインクチャンネルを構成するカバー部
   材と、 前記インクチャンネルに連通するノズルとを備え、 前記電極に駆動電圧を印加して、前記側壁に剪断変形を
   生じさせることにより前記インクチャンネルに圧力振動
   を生じさせて前記ノズルよりインクを吐出させるインク
   ジェットヘッドにおいて、 前記複数個の溝のそれぞれの深さは、中心部に位置する
   溝から両側に、それらの溝が並ぶ方向に向かって連続的
   に変化していることを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
2. 【請求項２】 前記複数個の溝のうち、中心部に位置す
   る溝の深さが最も浅い請求項１に記載のインクジェット
   ヘッド。
3. 【請求項３】 前記複数個の溝のうち、どちらか一方の
   端部に位置する溝の深さが最も浅い、請求項１に記載の
   インクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 少なくとも一部が圧電材料で形成され、
   かつその表面に互いに壁で仕切られ、平行に並ぶ複数の
   溝が設けられ、さらに、それぞれの溝の側壁の一部に電
   極が設けられたベース部材と、 前記複数の溝を覆うように前記ベース部材の上に設けら
   れ、圧力室となるインクチャンネルを構成するカバー部
   材と、 前記インクチャンネルの連通するノズルとを備え、 前記電極に駆動電圧を印加して、前記側壁に剪断変形を
   生じさせることにより、前記インクチャンネルに圧力振
   動を生じさせて前記ノズルよりインクを吐出させるイン
   クジェットヘッドにおいて、 前記カバー部材と接している前記複数の溝の側壁の長さ
   が、インクチャンネルごとに連続的に変化することを特
   徴とするインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記カバー部材と接している前記複数の
   溝の側壁のうち、インクチャンネル列の中心部に位置す
   る側壁の長さが最も長いあるいは最も短い、請求項４に
   記載のインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 前記カバー部材と接している複数の側壁
   のうち、インクチャンネル列のどちらか一方の端部に位
   置する側壁の長さが最も長い、請求項４に記載のインク
   ジェットヘッド。