(57)【要約】【課題】インクジェットプリントヘッドが提供される。【解決手段】本発明によるインクジェットプリントヘッドは、流入するインクが圧力チャンバを通過してノズルを介して吐出されるインク流路を有する複数のヘッドセルが設けられるインクジェットヘッドプレートと、インクジェットヘッドプレートの上面に形成され、圧力チャンバに対応する位置に形成される圧電アクチュエータと、を含み、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が変更されて、複数のヘッドセルから吐出されるインクの吐出特性が均一になることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入するインクが圧力チャンバを通過してノズルを介して吐出されるインク流路を有する複数のヘッドセルが設けられるインクジェットヘッドプレートと、
前記インクジェットヘッドプレートの上面に形成され、前記圧力チャンバに対応する位置に形成される圧電アクチュエータと
を含み、
前記圧力チャンバの群及び前記圧電アクチュエータの群のうち少なくとも一方において、少なくとも一部のものの面積が他のものの面積と異なり、前記複数のヘッドセルから吐出されるインクの吐出特性を均一にすることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記複数のヘッドセルは、前記インクジェットヘッドプレートの端部領域に形成される非均一領域のヘッドセルと、前記端部領域の内側に形成される均一領域のヘッドセルとを含み、
前記非均一領域のヘッドセルは、前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積が、前記均一領域のヘッドセルのものより大きく構成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記複数のヘッドセルは、前記インクジェットヘッドプレートの端部領域に形成される非均一領域のヘッドセルと、前記端部領域の内側に形成される均一領域のヘッドセルとを含み、
前記非均一領域のヘッドセルは、前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積が、前記インクジェットヘッドプレートの中心部から端部に向かう方向に段階的に大きくなるよう構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記インクの吐出特性は速度偏差（△υｉ）であり、
前記複数のヘッドセルは、前記速度偏差が０〜５％である均一領域のヘッドセルと、前記速度偏差が５％より大きい非均一領域のヘッドセルとを含み、
前記非均一領域のヘッドセルは、前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積が、前記速度偏差に比例して異なることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
（ここで、△υｉ＝｜υａｖｅ−υｉ｜／υａｖｅ×１００であって、υｉはｉ番目ヘッドセルの吐出速度、υａｖｅは全領域のヘッドセルの平均吐出速度）
【請求項５】
前記インクの吐出特性は量偏差（△Ｖｉ）であり、
前記複数のヘッドセルは前記量偏差が０〜５％である均一領域のヘッドセルと、前記量偏差が５％より大きい非均一領域のヘッドセルとを含み、
前記非均一領域のヘッドセルは、前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積が、前記量偏差に比例して異なることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
（ここで、△Ｖｉ＝｜Ｖａｖｅ−Ｖｉ｜／Ｖａｖｅ×１００であって、Ｖｉはｉ番目ヘッドセルの吐出されるインクの量、Ｖａｖｅは全領域のヘッドセルの吐出されるインクの平均量）
【請求項６】
前記非均一領域のヘッドセルの前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積は、前記均一領域のヘッドセルの前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積に対して１２０％以下であることを特徴とする請求項２から５のうち何れか一項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
インク流入口を含む上部基板と、
前記インク流入口に流入するインクが複数の圧力チャンバを通過して複数のノズルを介して吐出される流路が形成される下部基板と、
前記下部基板の上面に、前記複数の圧力チャンバそれぞれに対応する位置に形成される複数の圧電アクチュエータと、
を含み、
前記複数の圧力チャンバ及び前記複数の圧電アクチュエータのうち少なくとも一方において、少なくとも一部のものの面積が他のものの面積と異なり、前記複数のノズルを介して吐出されるインクの吐出特性を均一にすることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記インクジェットプリントヘッドは、前記インクジェットプリントヘッドの端部領域に位置する非均一領域と、前記端部領域の内側に配置される均一領域とを含み、
前記非均一領域は、前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積が、前記均一領域のものより大きく構成されることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記インクジェットプリントヘッドは、前記インクジェットプリントヘッドの端部領域に位置する非均一領域と、前記端部領域の内側に配置される均一領域とを含み、
前記非均一領域は、前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積が、前記インクジェットプリントヘッドの中心部から端部に向かう方向に段階的に大きくなるよう構成されることを特徴とする請求項７または８に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記インクの吐出特性は速度偏差（△υｉ）であり、
前記インクジェットプリントヘッドは、前記速度偏差が０〜５％である均一領域と、前記速度偏差が５％より大きい非均一領域とを含み、
前記非均一領域は、前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積が、前記速度偏差に比例して異なることを特徴とする請求項７から９の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
（ここで、△υｉ＝｜υａｖｅ−υｉ｜／υａｖｅ×１００であって、υｉはｉ番目ノズルの吐出速度、υａｖｅは全領域のノズルの平均吐出速度）
【請求項１１】
前記インクの吐出特性は量偏差（△Ｖｉ）であり、
前記インクジェットプリントヘッドは、前記量偏差が０〜５％である均一領域と、前記量偏差が５％より大きい非均一領域とを含み、
前記非均一領域は、前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積が、前記量偏差に比例して異なることを特徴とする請求項７から９の何れか１項に記載のインクジェットプリントヘッド。
（ここで、△Ｖｉ＝｜Ｖａｖｅ−Ｖｉ｜／Ｖａｖｅ×１００であって、Ｖｉはｉ番目ノズルから吐出されるインクの量、Ｖａｖｅは全領域のノズルから吐出されるインクの平均量）
【請求項１２】
前記非均一領域は、前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積が、前記均一領域の前記圧力チャンバ及び前記圧電アクチュエータのうち少なくとも一方の面積に対して１２０％以下であることを特徴とする請求項８から１１のうち何れか一項に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
供給される印刷媒体の一面にインクを吐出する、請求項１から６の何れか１項に記載のインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドの下部で前記印刷媒体を支持する支持部と、
前記印刷媒体上で前記インクジェットヘッドの移動をガイドするキャリア部と
を含むインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリントヘッド及びこれを具備するインクジェットプリンタに関し、より詳細には、インクジェットプリントヘッドの全ヘッドセルのインク吐出速度または吐出量が均一なインクジェットプリントヘッド及びこれを具備するインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、インクジェットプリントヘッドは、電気信号を物理的な力に変換して、小さなノズルを介してインクを微小液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）の形で吐出する構造体である。このようなインクジェットプリントヘッドは、インクの吐出方式によっていくつかの種類に区分できるが、特に圧電体を使用してインクを吐出する圧電方式のインクジェットプリントヘッドが、近年産業用インクジェットプリンタ分野で広く使用されている。
【０００３】
例えば、フレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）上に金、銀などの金属を溶解して製造したインクを噴射して、回路パターンを直接形成するか、または産業グラフィックや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の製造及び太陽電池などに使用される。
【０００４】
インクジェットプリントヘッドは、その用途によって異なる数のノズルで構成されてもよい。例えば９６ノズル、２５６ノズルなどで構成され、各ノズルごとにインク流路が形成されて、それぞれのインク流路に供給されるインクは、各ノズルから微小液滴の形で吐出される。このとき、各ノズルのインク吐出特性は、液滴吐出速度や量が全ノズルにおいて均一でない現状である。
【０００５】
このようなインク液滴の不均一な吐出特性の原因には、多数のノズルを介したインクの吐出時にインク流路内の圧力が急激に変わることから発生するクロストーク（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）の影響、インクジェットプリントヘッドのインク流路形成時の加工誤差や整列誤差、または隣接したヘッドセルの振動による影響などが挙げられる。
【０００６】
このように、液滴吐出速度や量が全ノズルにおいて均一でない場合、印刷時にスワース（ｓｗａｔｈ）間の境界にムラが発生し、液滴の吐出速度が減少すると液滴のモメンタムが弱くなって濡れ（ｗｅｔｔｉｎｇ）が発生するなど、インク吐出特性が低下する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためのものであって 、その目的は、インクジェットプリントヘッドの多数のノズル全体で液滴の吐出速度や量が均一になるインクジェットプリントヘッド及びこれを具備するインクジェットプリンタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、流入するインクが圧力チャンバを通過してノズルを介して吐出されるインク流路を有する複数のヘッドセルが設けられるインクジェットヘッドプレートと、インクジェットヘッドプレートの上面に形成され、圧力チャンバに対応する位置に形成される圧電アクチュエータと、を含み、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が変更されて、複数のヘッドセルから吐出されるインクの吐出特性が均一になることができる。
【０００９】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、複数のヘッドセルは、インクジェットヘッドプレートの端部領域に形成される非均一領域のヘッドセルと、端部領域の内側に形成される均一領域のヘッドセルとを含み、非均一領域のヘッドセルは、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が均一領域のヘッドセルより大きく変更されてもよい。
【００１０】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、複数のヘッドセルは、インクジェットヘッドプレートの端部領域に形成される非均一領域のヘッドセルと、端部領域の内側に形成される均一領域のヘッドセルとを含み、非均一領域のヘッドセルは、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が、インクジェットヘッドプレートの中心部から端部に向かう方向に段階的に大きく変更されてもよい。
【００１１】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、インクの吐出特性は速度偏差（△υｉ）であり、複数のヘッドセルは、速度偏差が０〜５％である均一領域のヘッドセルと、速度偏差が５％より大きい非均一領域のヘッドセルとを含み、非均一領域のヘッドセルは、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が、速度偏差に比例して変更されてもよい。ここで、△υｉ＝｜υａｖｅ−υｉ｜／υａｖｅ×１００（υｉはｉ番目ヘッドセルの吐出速度、υａｖｅは全領域のヘッドセルの平均吐出速度）である。
【００１２】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、インクの吐出特性は量偏差（△Ｖｉ）であり、複数のヘッドセルは量偏差が０〜５％である均一領域のヘッドセルと、量偏差が５％より大きい非均一領域のヘッドセルとを含み、非均一領域のヘッドセルは、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が、量偏差に比例して変更されてもよい。ここで、△Ｖｉ＝｜Ｖａｖｅ−Ｖｉ｜／Ｖａｖｅ×１００（Ｖｉはｉ番目ヘッドセルの吐出されるインクの量、Ｖａｖｅは全領域のヘッドセルの吐出されるインクの平均量）である。
【００１３】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、非均一領域のヘッドセルの圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積は、均一領域のヘッドセルの圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積に対して２０％以下で変更されることが好ましい。
【００１４】
一方、本発明の別の実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、インク流入口を含む上部基板と、インク流入口に流入するインクが複数の圧力チャンバを通過して複数のノズルを介して吐出される流路が形成される下部基板と、下部基板の上面に、複数の圧力チャンバそれぞれに対応する位置に形成される複数の圧電アクチュエータと、を含み、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が変更されて、複数のノズルを介して吐出されるインクの吐出特性が均一になることができる。
【００１５】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、インクジェットプリントヘッドは、インクジェットプリントヘッドの端部領域に位置する非均一領域と、端部領域の内側に配置される均一領域とを含み、非均一領域は圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が均一領域より大きく変更されることが好ましい。
【００１６】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、インクジェットプリントヘッドは、インクジェットプリントヘッドの端部領域に位置する非均一領域と、端部領域の内側に配置される均一領域とを含み、非均一領域は、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が、インクジェットプリントヘッドの中心部から端部に向かう方向に段階的に大きく変更されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、インクの吐出特性は速度偏差（△υｉ）であり、インクジェットプリントヘッドは、速度偏差が０〜５％である均一領域と、速度偏差が５％より大きい非均一領域とを含み、非均一領域は、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が、速度偏差に比例して変更されることを特徴とする。ここで、△υｉ＝｜υａｖｅ−υｉ｜／υａｖｅ×１００（υｉはｉ番目ノズルの吐出速度、υａｖｅは全領域のノズルの平均吐出速度）である。
【００１８】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、インクの吐出特性は量偏差（△Ｖｉ）であり、インクジェットプリントヘッドは、記量偏差が０〜５％である均一領域と、量偏差が５％より大きい非均一領域とを含み、非均一領域は、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が、量偏差に比例して変更されることを特徴とする。ここで、△Ｖｉ＝｜Ｖａｖｅ−Ｖｉ｜／Ｖａｖｅ×１００（Ｖｉはｉ番目ノズルから吐出されるインクの量、Ｖａｖｅは全領域のノズルから吐出されるインクの平均量）である。
【００１９】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドにおいて、非均一領域の圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積は、均一領域の圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積に対して２０％以下で変更されることを特徴とする。
【００２０】
一方、本発明によるインクジェットプリンタは、供給される印刷媒体の一面にインクを吐出するインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドの下部で印刷媒体を支持する支持部と、印刷媒体上でインクジェットヘッドの移動をガイドするキャリア部と、を含み、インクジェットヘッドは、流入するインクが圧力チャンバを通過してノズルを介して吐出されるインク流路を有する複数のヘッドセルが設けられるインクジェットヘッドプレートと、インクジェットヘッドプレートの上面に形成され、圧力チャンバに対応する位置に形成される圧電アクチュエータと、を含み、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が変更されて、複数のヘッドセルから吐出されるインクの吐出特性が均一になることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明によるインクジェットプリンタにおいて、複数のヘッドセルは、インクジェットヘッドプレートの端領部域に形成される非均一領域のヘッドセルと、端部領域の内側に形成される均一領域のヘッドセルとを含み、非均一領域のヘッドセルは、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が、均一領域のヘッドセルより大きく変更されることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明によるインクジェットプリンタにおいて、複数のヘッドセルは、インクジェットヘッドプレートの端部領域に形成される非均一領域のヘッドセルと、端部領域の内側に形成される均一領域のヘッドセルとを含み、非均一領域のヘッドセルは、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積がインクジェットヘッドプレートの中心部から端部に向かう方向に段階的に大きく変更されることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明によるインクジェットプリンタにおいて、インクの吐出特性は速度偏差（△υｉ）であり、複数のヘッドセルは、速度偏差が０〜５％である均一領域のヘッドセルと、速度偏差が５％より大きい非均一領域のヘッドセルとを含み、非均一領域のヘッドセルは、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が、速度偏差に比例して変更されることを特徴とする。ここで、△υｉ＝｜υａｖｅ−υｉ｜／υａｖｅ×１００（υｉはｉ番目ヘッドセルの吐出速度、υａｖｅは全領域のヘッドセルの平均吐出速度）である。
【００２４】
また、本発明によるインクジェットプリンタにおいて、インクの吐出特性は量偏差（△Ｖｉ）であり、複数のヘッドセルは、量偏差が０〜５％である均一領域のヘッドセルと、量偏差が５％より大きい非均一領域のヘッドセルとを含み、非均一領域のヘッドセルは、圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積が、量偏差に比例して変更されることを特徴とする。ここで、△Ｖｉ＝｜Ｖａｖｅ−Ｖｉ｜／Ｖａｖｅ×１００（Ｖｉはｉ番目ヘッドセルの吐出されるインクの量、Ｖａｖｅは全領域のヘッドセルの吐出されるインクの平均量）である。
【００２５】
また、本発明によるインクジェットプリンタにおいて、非均一領域のヘッドセルの圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積は、均一領域のヘッドセルの圧力チャンバ及び圧電アクチュエータのうち少なくとも一つの面積に対して２０％以下で変更されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によるインクジェットプリントヘッド及びこれを具備するインクジェットプリンタによると、インクジェットプリントヘッドの多数のノズル全体で液滴の吐出速度や量を均一にすることで、インク吐出特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの液滴吐出速度を示すグラフである。
【図４】比較例によるインクジェットプリントヘッドの液滴吐出速度を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの分解斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの下部基板の平面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの分解斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの下部基板の平面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態によるインクジェットプリントヘッドによる液滴吐出量の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明によるインクジェットプリントヘッドを具備するインクジェットプリンタの構成を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施形態に限定されず、本発明の思想を理解する当業者であれば、同一の思想の範囲内で他の構成要素を追加、変更、削除することなどによって、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施形態を容易に提案できるはずであるが、これも本発明の思想の範囲内に含まれるのであろう。
【００２９】
また、各実施形態の図面に示される同一の思想の範囲内の同一機能を有する構成要素は、同一または類似の参照符号を使用して説明する。
【００３０】
一般にインクジェットプリントヘッドにおいて、各ノズルごとのインク吐出特性、例えば各ノズルの液滴吐出速度を測定して、最高速度と最低速度の差を平均速度で割って％で示した値、すなわち｛（υｍａｘ−υｍｉｎ）／υａｖｅ｝×１００が一定の範囲、例えば０〜１０％を超える場合、インク吐出特性が均一でないと判明されることができる。このようにインク吐出特性が均一でないと判明されたインクジェットプリントヘッドにおいて、以下で説明する本発明の実施形態のようにインクジェットプリントヘッドを構成することで、インク吐出特性を均一にすることができる。一方、インク吐出特性が均一であるかどうかを判明する基準は例示的なものであって、特にこのような範囲は、要求される条件及び設計仕様によって変更可能である。
【００３１】
また、以下で説明する本発明の実施形態では、インクジェットプリントヘッドを構成する多数のヘッドセルを、液滴吐出速度の均一領域と非均一領域に区分して説明する。
【００３２】
例えば、本発明によるインクジェットプリントヘッドを構成する多数のヘッドセルにおいて、各ヘッドセルの液滴吐出速度偏差（△υｉ）が０〜５％である領域を均一領域にし、それ以外のヘッドセルを非均一領域にしてもよい。速度偏差（△υｉ）は、式（１）によって導出することができる。
【００３３】
［数１］
△υｉ＝｜υａｖｅ-υｉ｜／υａｖｅ×１００
【００３４】
ここで、υｉはｉ番ヘッドセルの吐出速度、υａｖｅは全領域のヘッドセルの平均吐出速度を意味する。
【００３５】
一方、インク吐出特性の均一領域と非均一領域に区分する基準は例示的なものであり、特に均一領域を決める液滴吐出速度偏差の範囲は、要求される条件及び設計仕様によって変更可能である。
【００３６】
また、本発明によるインクジェットプリントヘッドを構成する多数のヘッドセルにおいて、各ヘッドセルの液滴吐出量偏差（△Ｖｉ）が０〜５％である領域を均一領域にし、それ以外のヘッドセルを非均一領域にしてもよい。量偏差（△Ｖｉ）は式（２）によって導出することができる。
【００３７】
［数２］
△Ｖｉ＝｜Ｖａｖｅ−Ｖｉ｜／Ｖａｖｅ×１００
【００３８】
ここで、Ｖｉはｉ番ヘッドセルの液滴の吐出量、Ｖａｖｅは全領域のヘッドセルの液滴の平均吐出量を意味する。
【００３９】
一方、インク吐出特性の均一領域と非均一領域に区分する基準は例示的なものであり、特に均一領域を決める液滴吐出量偏差の範囲は、要求される条件及び設計仕様によって変更可能である。
【００４０】
図１は、本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの分解斜視図であり、図２は、本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの平面図であり、図３は、本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの液滴吐出速度を示すグラフである。図１及び図２を参照すると、本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、インク流路が形成される上部基板１００及び下部基板２００と、上部基板１００の上面に形成される圧電アクチュエータ１３０とを含む。上部基板１００と下部基板２００とが組み合わされることでインクジェットヘッドプレートが構成される。インクジェットヘッドプレートには、複数のヘッドセルが設けられる。
【００４１】
本実施形態では、インクジェットプリントヘッドの長さ方向の両側にそれぞれ位置する５個のヘッドセルを非均一領域のヘッドセルと設定している。但し、図１及び図２では、便宜上インクジェットプリントヘッドの長さ方向の左側に位置する５個のヘッドセル、すなわち１番〜５番ヘッドセルを非均一領域のヘッドセルとして示している。よって、これと対応してインクジェットプリントヘッドの長さ方向の右側に位置する５個のヘッドセル、すなわち９２番〜９６番ヘッドセル（２５６ノズルの場合、２５２番〜２５６番ヘッドセル）も非均一領域のヘッドセルである。
【００４２】
しかし、非均一領域のヘッドセルの個数はこれに限定されるものではなく、式（１）及び（２）によって定まる均一領域のヘッドセル以外のヘッドセルを含んでもよく、そのほかに少なくとも２個以上のヘッドセルを含んでもよい。ここで、インクジェットプリントヘッドの長さ方向とは、インクジェットプリントヘッドの任意のヘッドセルから別のヘッドセルに向かう方向を意味する。
【００４３】
上部基板１００には、インクが流入するインク流入口１１０が形成される。下部基板２００は、多数の圧力チャンバ２３０、インク流入口１１０を通して流入するインクを多数の圧力チャンバ２３０にそれぞれ移送するマニホールド２１０及び、インクを吐出する多数のノズル２５０を含む。マニホールド２１０と圧力チャンバ２３０の間には、インクが吐出される時に圧力チャンバのインクがマニホールドに逆流することを抑えるために、多数のリストリクタ２２０が形成されてもよい。複数のヘッドセルの各々は、リストリクタ２２０、圧力チャンバ２３０、ダンパ２４０、およびノズル２５０を含んで構成されるインク流路を有し、マニホールド２１０から流入されるインクをノズル２５０から吐出する。
【００４４】
このとき、上部基板１００は単結晶シリコン基板または二つのシリコン層の間に絶縁層が形成されたＳＯＩ基板からなってもよく、下部基板２００も単結晶シリコン基板またはＳＯＩ基板からなってもよい。また、本発明はこれに限定されず、より多くの基板を使用してインク流路を構成してもよく、場合によっては一つの基板に具現してもよい。インク流路を形成する構成要素も例示的なものに過ぎず、要求される条件及び設計仕様によって様々な構成のインク流路が設けられることができる。
【００４５】
圧電アクチュエータ１３０は、圧力チャンバ２３０に対応するように上部基板１００の上部に形成され、圧力チャンバ２３０に流入したインクをノズル２５０に吐出するための駆動力を提供する。例えば、圧電アクチュエータ１３０は、共通電極の役割を果たす下部電極１３１、電圧の印加によって変形される圧電膜１３２及び駆動電極の役割を果たす上部電極１３３を含む。
【００４６】
下部電極１３１は、上部基板１００の全表面に形成されてもよく、一つの導電性金属物質からなってもよいが、チタン（Ｔｉ）と白金（Ｐｔ）からなる二つの金属薄膜層で構成されることが好ましい。下部電極１３１は、共通電極の役割だけでなく、圧電膜１３２と上部基板１００の間の相互拡散を防止する拡散防止層の役割も果たす。圧電膜１３２は、下部電極１３１上に形成され、多数の圧力チャンバ２３０それぞれの上部に位置するように配置される。このような圧電膜１３２は、圧電物質、好ましくはＰＺＴ（Ｌｅａｄ  Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ）セラミック材料からなってもよい。上部電極１３３は、圧電膜１３２上に形成され、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＣｕなどの物質のうち何れか一つの物質からなってもよい。
【００４７】
圧電アクチュエータ１３０のうち非均一領域のヘッドセルの圧電アクチュエータＰＡ１〜ＰＡ５は、上部電極の幅ｗ１〜ｗ５が外側に向かって大きくなるように形成される。すなわち、圧電アクチュエータＰＡ５からＰＡ１の方に上部電極の幅がｗ５からｗ１に大きくなるように形成される。このとき、圧電アクチュエータＰＡ１〜ＰＡ５の圧電膜の幅も、上部電極に対応して大きくなるように形成されてもよい。圧電アクチュエータの上部電極または圧電膜の幅は、インクジェットプリントヘッドの長さ方向と平行な方向のサイズを意味する。
【００４８】
本実施形態では多数のヘッドセルの吐出速度や吐出量のようなインク吐出特性を均一にするために、非均一領域のヘッドセルの圧電アクチュエータの上部電極の幅を調整しているが、これは例示的なものに過ぎず、上部電極の幅だけでなく、上部電極の長さを調整することもでき、圧電アクチュエータの水平断面の面積を調整したり圧電アクチュエータの体積を調整するなど、様々に設計されることができる。
【００４９】
下記の表１は、本実施形態によるインクジェットプリントヘッドの圧電アクチュエータの上部電極の幅の増加量による平均速度の差を示している。
【００５０】
【表１】
2011235628.tif 000003
【００５１】
表１は、９６ノズルのインクジェットプリントヘッド、すなわちヘッドセルが９６個である場合を想定し、インクジェットプリントヘッドにインクを充填しない状態で、圧電アクチュエータに電圧を印加し、ＬＤＶ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｒｏｐｐｌｅｒ  Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｍｅｔｅｒ）を用いてアクチュエータの変形量に基づいて各セルの速度を算出したものである。
【００５２】
表１において、セル番号は、インクジェットプリントヘッドの長さ方向の左側から順に付与されており、平均速度の差は、均一領域のヘッドセルである６番〜９１番ヘッドセルの速度と非均一領域のヘッドセルである１番〜５番、９２番〜９６番ヘッドセルそれぞれの速度との差を均一領域ヘッドセルの速度に対する百分率（％）で示したものであり、上部電極の幅の増加量は、６番〜９１番ヘッドセルの上部電極の幅と非均一領域のヘッドセルそれぞれの上部電極の幅との差を均一領域ヘッドセルの上部電極の幅に対する百分率（％）で示したものである。
【００５３】
表１に示すように、本実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、均一領域のヘッドセルである６番〜９１番ヘッドセルから外側に向かって、すなわち、５番から１番に向かって、そして９２番から９６番に向かって、圧電アクチュエータの上部電極の幅を２％ずつ増加させている。すなわち、５番ヘッドセルの上部電極ＰＡ５の幅ｗ５は均一領域ヘッドセルである６番から９１番ヘッドセルの上部電極の幅ｗより２％増加し、４番ヘッドセルの上部電極ＰＡ４の幅ｗ４はｗより４％増加するなどの構成になっている。したがって、最外側ヘッドセルである１番ヘッドセルと９６番ヘッドセルは、６番〜９１番ヘッドセルの上部電極の幅ｗより１０％増加していることが分かる。
【００５４】
本実施形態では、非均一領域のヘッドセルの上部電極の幅を均一領域のヘッドセルから外側に向かって２％ずつ増加させているが、これは例示的なものであり、上部電極の幅の増加量は、要求される条件及び設計仕様によって様々に変更してもよい。
【００５５】
例えば、非均一領域のヘッドセルの上部電極の幅が１％ずつ増加してもよく、４％ずつ増加してもよい。また、式（１）及び（２）で求められた速度偏差や量偏差に比例して大きくなるように形成されてもよい。例えば、非均一領域のヘッドセルのうち６番ヘッドセルの速度偏差が６％であれば、６番ヘッドセルの上部電極の幅は均一領域のヘッドセルの上部電極の幅より６％大きく形成されてもよい。但し、このとき、非均一領域のヘッドセルの上部電極の幅の増加量は２０％を超えないことが好ましい。これは、インクジェットプリントヘッドの大きさが限られているためである。
【００５６】
表１に示すように、このように構成されたインクジェットプリントヘッドの非均一領域のヘッドセルの平均速度差は、均一領域のヘッドセルから外側に向かって増加している。これは、圧電アクチュエータの上部電極の幅が大きくなるほど、各ヘッドセルの圧電アクチュエータの変位も大きくなるためである。
【００５７】
このように構成されたインクジェットプリントヘッドにインクを充填し、９６個のヘッドセルの液滴吐出速度を測定して、図３のグラフに示している。図３を参照すると、非均一領域のヘッドセル、すなわち１番〜５番、９２番〜９６番ヘッドセルの液滴吐出速度が均一領域のヘッドセル、すなわち６番〜９１番ヘッドセルの速度と同様に殆ど均一なプロファイルを示していることが分かる。
【００５８】
図４は、比較例によるインクジェットプリントヘッドのインク充填状態での液滴吐出速度を示すグラフである。比較例によるインクジェットプリントヘッドは、全体ヘッドセルにおいて圧電アクチュエータの上部電極が同じ幅で形成されている。したがって、図４に示すように、インクジェットプリントヘッドの長さ方向の両側に位置するヘッドセルにおいて、液滴吐出速度が急激に低下していることが分かる。
【００５９】
これに対して、本実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、図３に示すように、インクジェットプリントヘッドの長さ方向の両側に位置するヘッドセルにおいて、均一領域のヘッドセルの液滴吐出速度と同様に殆ど均一な吐出速度を示している。したがって、インクジェットプリントヘッドの全ヘッドセル領域で均一な吐出性能を示している。
【００６０】
図５は、本発明の第２の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの分解斜視図であり、図６は、本発明の第２の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの下部基板の平面図である。
【００６１】
図５及び図６に示すインクジェットプリントヘッドは、圧電アクチュエータの上部電極の幅が、非均一領域のヘッドセルと均一領域のヘッドセルにおいて等しく形成されるが、圧力チャンバの幅は、非均一領域のヘッドセルで均一領域のヘッドセルよりも大きく形成されることが、図１に示す本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの構成と相違する。よって、以下では説明の便宜上相違する構成について具体的に説明する。
【００６２】
図５及び図６に示すように、本発明の第２の実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、圧力チャンバ２３０の幅が、非均一領域のヘッドセルで均一領域のヘッドセルよりも大きく形成されている。ここで、圧力チャンバの幅は、インクジェットプリントヘッドの長さ方向に平行な方向のサイズを意味する。
【００６３】
本実施形態では、インクジェットプリントヘッドの長さ方向の両側にそれぞれ位置する５個のヘッドセルを非均一領域のヘッドセルと設定している。但し、図５及び図６では、便宜上インクジェットプリントヘッドの長さ方向の左側に位置する５個のヘッドセル、すなわち１番〜５番ヘッドセルを非均一領域のヘッドセルとして示している。したがって、これと対応するインクジェットプリントヘッドの長さ方向の右側に位置する５個のヘッドセル、すなわち９２番〜９６番ヘッドセル（２５６ノズルの場合、２５２番〜２５６番ヘッドセル）も非均一領域のヘッドセルである。
【００６４】
しかし、非均一領域のヘッドセルの個数はこれに限定されるものではなく、式（１）によって決まる液滴吐出速度偏差や式（２）によって決まる液滴吐出量偏差の一定の範囲を均一領域のヘッドセルにし、それ以外のヘッドセルを非均一領域のヘッドセルとして含んでもよく、その他に少なくとも２個以上のヘッドセルを含んでもよい。
【００６５】
本実施形態で、非均一領域のヘッドセルの圧力チャンバの幅の増加量も、本発明の第１の実施形態のように外側に向かって、圧力チャンバＰＣ５から圧力チャンバＰＣ１に向かう方向に、均一領域のヘッドセルの圧力チャンバの幅ｔより２％ずつ増加してもよく、最外側ヘッドセルの圧力チャンバＰＣ１の幅の増加量が２０％を超えない範囲で式（１）または（２）の速度偏差や量偏差に比例して増加してもよい。
【００６６】
本実施形態のように、非均一領域のヘッドセルの圧力チャンバＰＣ１〜ＰＣ５の幅ｔ１〜ｔ５が増加すると、圧力チャンバの体積が増加し、圧力チャンバに充填されるインクの量が増加するので、均一領域のヘッドセルと等しい駆動力が提供されても吐出される液滴にはより大きい力が作用して、結果的に均一領域のヘッドセルの吐出量と同様に均一になる。
【００６７】
図７は、本発明の第３の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの分解斜視図であり、図８は、本発明の第３の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの下部基板の平面図である。
【００６８】
図７及び図８に示すインクジェットプリントヘッドは、圧電アクチュエータの上部電極の幅は、非一領域のヘッドセルと均一領域のヘッドセルにおいて等しく形成されるが、圧力チャンバの長さは、非均一領域のヘッドセルで均一領域のヘッドセルよりも大きく形成される点で、図１に示す本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドの構成と相違する。したがって、以下では説明の便宜上、相違する構成について具体的に説明する。
【００６９】
図７及び図８に示すように、本発明の第３の実施形態によるインクジェットプリントヘッドは、圧力チャンバ２３０の長さが、非均一領域のヘッドセルで均一領域のヘッドセルよりも大きく形成されている。ここで、圧力チャンバの長さは、圧力チャンバの幅と垂直な方向のサイズを意味する。
【００７０】
本実施形態では、インクジェットプリントヘッドの長さ方向の両側にそれぞれ位置する５個のヘッドセルを非均一領域のヘッドセルにしている。但し、図７及び図８では、便宜上インクジェットプリントヘッドの長さ方向の左側に位置する５個のヘッドセル、すなわち１番〜５番ヘッドセルを非均一領域のヘッドセルとして示している。したがって、これと対応するインクジェットプリントヘッドの長さ方向の右側に位置する５個のヘッドセル、すなわち９２番〜９６番ヘッドセル（２５６ノズルの場合、２５２番〜２５６番ヘッドセル）も非均一領域のヘッドセルである。
【００７１】
しかし、非均一領域のヘッドセルの個数はこれに限定されるものではなく、式（１）によって決まる液滴吐出速度偏差や、式（２）によって決まる液滴吐出量偏差の一定の範囲、例えば０〜５％を均一領域のヘッドセルにし、それ以外のヘッドセルを非均一領域のヘッドセルとして含んでもよく、そのほかに少なくとも２個以上のヘッドセルを含んでもよい。
【００７２】
本実施形態で、非均一領域のヘッドセルの圧力チャンバの長さの増加量は、非均一領域の外側に向かって、すなわち圧力チャンバＰ５から圧力チャンバＰ１の方に向かって、均一領域のヘッドセルの圧力チャンバの長さｌより２％ずつ増加してもよく、最外側ヘッドセルの圧力チャンバの長さｌ１の増加量が２０％を超えない範囲で、設計仕様によって任意の増加量を決めてもよい。一方、式（１）または（２）の速度偏差や量偏差に比例して増加してもよい。
【００７３】
本実施形態のように、圧力チャンバＰ１〜Ｐ５の長さｌ１〜ｌ５が増加すると、圧力チャンバの体積が増加し、圧力チャンバに充填されるインクの量が増加するので、均一領域のヘッドセルと同様の駆動力が提供されても、吐出される液滴にはより大きい力が作用して、結果的に均一領域のヘッドセルの吐出量と同様に均一になる。
【００７４】
以上、本発明の第２の実施形態及び第３の実施形態では、多数のヘッドセルの吐出速度や吐出量のようなインク吐出特性を均一にするために、圧力チャンバの幅または長さを調整する構成を示し説明しているが、これは例示的なものであり、圧力チャンバの幅と長さを両方とも含む水平断面の面積を調整するかまたは圧力チャンバの体積を調整することもできる。
【００７５】
図９は、本発明の第４の実施形態によるインクジェットプリントヘッドによる液滴吐出量の変化を示すグラフである。
【００７６】
図９に示すインクジェットプリントヘッドは、２５６個のヘッドセルで構成されており、液滴の吐出量プロファイルが図９の（ａ）のようなウエーブ状に現われる場合、圧電アクチュエータの上部電極の幅を用いて逆ウエーブ状に変化させて、図９の（ｂ）のように吐出量を全体ヘッドセルにおいて均一にする。それ以外の構成は、図１に示す本発明の第１の実施形態によるインクジェットプリントヘッドと同様であるので、その構成についての詳細な説明は省略し、以下では、相違する部分を中心に説明することにする。
【００７７】
図９の（ａ）に示すように液滴の吐出量プロファイルが現われる場合、図９の（ｂ）に示すように、全体ヘッドセルの圧電アクチュエータにおいて上部電極の幅のプロファイルを吐出量プロファイルの逆ウエーブとして算出する。ここで、上部電極の幅のプロファイルを算出する方法は、例えば、各ヘッドセルにおいて吐出量偏差を式（２）によって求め、このように求められた量偏差に反比例するプロファイルを算出することで、調整される上部電極の幅のプロファイルを求めることができる。
【００７８】
図９の（ｃ）に示すように、このように求められた上部電極の幅のプロファイルＷに基づいて各ヘッドセルの圧電アクチュエータの上部電極の幅ｗを調整すると、図９の（ｄ）に示すように、全体ヘッドセルで均一な吐出量プロファイルＶを得ることができる。
【００７９】
本実施形態では、吐出量プロファイルＶａｃｔの逆ウエーブを圧電アクチュエータの上部電極の幅に適用することを説明しているが、本発明はこれに限定されず、第２の及び第３の実施形態のように圧力チャンバの幅または長さに適用してもよく、吐出速度プロファイルの逆ウエーブを適用してもよい。
【００８０】
本実施形態で、吐出量プロファイルＶａｃｔの逆ウエーブを各ヘッドセルの圧電アクチュエータの上部電極の幅に適用すると、図９の（ｄ）に示すように、吐出量プロファイルが全体ヘッドセルの領域で均一になる。
【００８１】
図１０は、本発明によるインクジェットプリントヘッドを具備するインクジェットプリンタの構成を概略的に示す図である。
【００８２】
本発明によるインクジェットプリンタは、第１、第２及び第３の実施形態で説明したインクジェットプリントヘッドを具備するものであって、以下では説明の便宜上インクジェットプリントヘッドの構成についての詳細な説明は省略することにする。
【００８３】
図１０を参照すると、本発明によるインクジェットプリンタは、印刷媒体Ｍを供給する供給部（図示せず）、印刷媒体Ｍを支持する支持部１０、印刷媒体Ｍの一面にインクを吐出するインクジェットプリントヘッド３０及び、印刷媒体Ｍ上でインクジェットプリントヘッド３０をガイドするキャリア部２０を含む。
【００８４】
インクジェットプリントヘッド３０は、キャリア部２０の垂直移動によって印刷媒体Ｍ上でインク吐出のための位置に移動し、キャリア部２０の水平移動によって印刷媒体Ｍ上で配線や画像などの所定パターンを印刷する。このとき、印刷媒体Ｍは支持部１０によって印刷時に安定的に支持されることができる。
【００８５】
以上、本発明の好ましい実施形態を詳しく説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解できるであろう。例えば、本発明でインク流路が形成される基板を上部基板及び下部基板として説明しているが、これは例示的なものであって、一つの基板を使用するかまたは３枚以上の基板を使用してもよく、様々な種類の基板を使用してもよい。よって、本発明の技術的保護範囲は添付の特許請求の範囲によって定まるべきであろう。
【符号の説明】
【００８６】
１０    支持部
２０    キャリア部
３０    インクジェットプリントヘッド
１００    上部基板
１１０    インク流入口
１３０    圧電アクチュエータ
２００    下部基板
２１０    マニホールド
２２０    リストリクタ
２３０    圧力チャンバ
２４０    ダンパ
２５０    ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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