(57)【要約】【課題】アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制できない。【解決手段】インク液が充填される複数の圧力室１１と、圧力室１１に連通して形成されたノズル孔と、圧力室１１上に形成され、電圧印加で変位して圧力室１１の容積を変化させて当該圧力室１１内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータ１２と、第１のアクチュエータ１２の形成面と同一面上における少なくとも一部の領域に形成され、電圧印加により第１のアクチュエータ１２の変位による振動を打ち消すように変位する第２のアクチュエータ１４とを有する構成のインクジェットヘッドとする。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク液が充填される複数の圧力室と、
前記圧力室に連通して形成されたノズル孔と、
前記圧力室上に形成され、電圧印加で変位して前記圧力室の容積を変化させて当該圧力室内の前記インク液を前記ノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータの形成面と同一面上における少なくとも一部の領域に形成され、電圧印加により前記第１のアクチュエータの変位によって発生する振動を打ち消すように変位する第２のアクチュエータとを有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
インク液が充填される複数の圧力室と、
前記圧力室に連通して形成されたノズル孔と、
前記圧力室上に形成され、電圧印加で変位して前記圧力室の容積を変化させて当該圧力室内の前記インク液を前記ノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータの形成面と同一面上における少なくとも一部の領域に形成され、接地電位が印加される第２のアクチュエータとを有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記第２のアクチュエータは、複数の前記第１のアクチュエータで構成される列の少なくとも一列を包囲するように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記第２のアクチュエータは分割形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
分割形成された前記第２のアクチュエータは、相互に独立した電圧が印加されることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置のインクジェットヘッドは、特開平１１−１９２７１３号公報の図２（２）に示すように、インク液を収容する圧力室の容積をアクチュエータの変位により変化させてノズル孔からインク滴を吐出し、これを記録媒体に着弾させることにより印刷を行っている。
【０００３】
すなわち、インクジェットヘッドは、図１４（ａ）に示すように、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応してアクチュエータ１２が設けられている。また、圧力室１１に連通して、インク滴が吐出されるノズル孔（図示せず）が形成されている。
【０００４】
アクチュエータ１２は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して収縮・伸張させる上方の個別電極１７および下方の振動板兼共通電極１８とを備えており、圧電体膜１６の圧電効果により圧力室１１の容積を変化させてインク滴をノズル孔から吐出させる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１９２７１３号公報（図２（２））
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成を有するインクジェットヘッドの電極１７，１８に電圧を印加してアクチュエータ１２を変位させると（図１４（ｂ））、変位の基点となる区画壁１０までもが変形してしまう。そして、変位するアクチュエータ数が増えていくと、その変化が区画壁１０を伝わってヘッド全体として大きな振動を生じさせる（図１４（ｃ））。これでは、所期の吐出性能が得られず、印刷画像の画質劣化原因になる。
【０００７】
特に、ヘッドの高密度化を志向していくと、圧力室１１の幅やノズル孔の径等は小さくなる方向になり、小さい溝や穴を空けるために、ヘッドの厚さが薄くなる傾向になる。また、多ノズル化を志向していくと、ノズル面の面積は大きくなる傾向になる。その結果、アクチュエータの変位によるヘッド全体の振動の問題はより深刻になる。
【０００８】
そこで、本発明は、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制することのできる技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、インク液が充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成されたノズル孔と、圧力室上に形成され、電圧印加で変位して圧力室の容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、第１のアクチュエータの形成面と同一面上における少なくとも一部の領域に形成され、電圧印加により第１のアクチュエータの変位によって発生する振動を打ち消すように変位する第２のアクチュエータとを有する構成としたものである。
【００１０】
このように、インク液を吐出させる第１のアクチュエータの変位によって発生する振動を第２のアクチュエータの変位で打ち消しているので、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制することが可能になる。
【００１１】
また、この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、インク液が充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成されたノズル孔と、圧力室上に形成され、電圧印加で変位して圧力室の容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、第１のアクチュエータの形成面と同一面上における少なくとも一部の領域に形成され、接地電位が印加される第２のアクチュエータとを有する構成としたものである。
【００１２】
このように、接地電位を印加して第２のアクチュエータを変形しにくくしてインクジェットヘッドの剛性を向上させているので、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、インク液が充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成されたノズル孔と、圧力室上に形成され、電圧印加で変位して圧力室の容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、第１のアクチュエータの形成面と同一面上における少なくとも一部の領域に形成され、電圧印加により第１のアクチュエータの変位によって発生する振動を打ち消すように変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであり、インク液を吐出させる第１のアクチュエータの変位によって発生する振動を第２のアクチュエータの変位で打ち消しているので、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制することが可能になるという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項２に記載の発明は、インク液が充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成されたノズル孔と、圧力室上に形成され、電圧印加で変位して圧力室の容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、第１のアクチュエータの形成面と同一面上における少なくとも一部の領域に形成され、接地電位が印加される第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであり、接地電位を印加して第２のアクチュエータを変形しにくくしてインクジェットヘッドの剛性を向上させているので、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制することが可能になるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、第２のアクチュエータは、複数の第１のアクチュエータで構成される列の少なくとも一列を包囲するように形成されているインクジェットヘッドであり、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制することが可能になるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、第２のアクチュエータは分割形成されているインクジェットヘッドであり、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制することが可能になるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４記載の発明において、分割形成された第２のアクチュエータは、相互に独立した電圧が印加されるインクジェットヘッドであり、場所によって異なるインクジェットヘッドの振動に応じて振動抑制を行うことが可能になるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動が抑制されることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという作用を有する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１３を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図２は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位に伴うヘッドの振動状態を示す説明図、図６は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図７は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ、図８は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合におけるヘッドの振動量を示すグラフ、図９は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図１０は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合におけるヘッドの振動量を示すグラフ、図１１は本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図１２は図１１のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図１３は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図である。
【００２１】
図１に示すインクジェット式記録装置４０は、アクチュエータである強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものである。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動する。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
【００２２】
次に、インクジェットヘッド４１の構造の一実施の形態について、図２および図３を用いて説明する。
【００２３】
これらの図面に示すように、インクジェットヘッドは、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応して第１のアクチュエータ（アクチュエータ）１２が設けられている。そして、圧力室１１に連通して、インク滴が吐出するノズル孔１５が形成されている。
【００２４】
また、圧力室１１をはさんで第１のアクチュエータ１２と反対側には、インク液供給方向に並ぶ圧力室１１内へインク液を供給する共通インク室１３が圧力室１１に連通して形成されている。
【００２５】
さらに、たとえば区画壁１０上など、第１のアクチュエータ１２の形成面と同一面上には、第２のアクチュエータ１４が形成されている。
【００２６】
ここで、第１のアクチュエータ１２および第２のアクチュエータ１４は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して変位（収縮・伸張）させる上方の個別電極１７及び下方の振動板兼共通電極１８とを備えている。
【００２７】
そして、第１のアクチュエータ１２は、電極１７，１８への電圧印加による圧電体膜１６の圧電効果により変位し、圧力室１１の容積を変化させて圧力室１１内のインク液をノズル孔１５から吐出させる。
【００２８】
また、第２のアクチュエータ１４は、電極１７，１８への電圧印加により、このような第１のアクチュエータ１２の変位によるインクジェットヘッド４１の振動を打ち消すように変位する。
【００２９】
なお、本実施の形態では共通電極と振動板とを一体とした構造（振動板が共通電極を兼ねている）となっているが、両者は別々に形成されていてもよい。その場合には、区画壁１０の上に振動板を形成し、その上に共通電極が形成される。
【００３０】
本実施の形態において、個別電極１７は例えばＰｔ（白金）で、圧電体膜１６は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、振動板兼共通電極１８は例えばＣｕ（銅）で、それぞれ形成されている。また、個別電極１７は例えば厚さ０．２μｍに、圧電体膜１６は例えば厚さ３μｍに、振動板兼共通電極１８は例えば厚さ５．５μｍに、各々成膜されている。
【００３１】
また、個別電極１７、圧電体膜１６、振動板兼共通電極１８などの形成方法は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用され得るが、それらに何等限定されるものではない。
【００３２】
なお、本実施の形態に示す振動板兼共通電極１８、圧電体膜１６、個別電極１７のそれぞれの膜間には、例えばそれぞれの膜の接合を良くするなどの目的で、これら以外の層を介在させてもよい。
【００３３】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドの駆動機構について図４を用いて説明する。
【００３４】
図示するように、第１の駆動波形発生回路１９と第２の駆動波形発生回路２０とが設けられている。
【００３５】
第１の駆動波形発生回路１９で生成された第１の駆動波形は選択回路２１に入力され、選択回路２１において制御信号により第１の駆動波形の印加される第１のアクチュエータ１２が選択される。そして、選択された第１のアクチュエータ１２に対して選択回路２１から第１の駆動波形が印加される。
【００３６】
また、第２の駆動波形生成回路２０で生成された第２の駆動波形は第２のアクチュエータ１４に印加される。そして、第２のアクチュエータ１４に印加される第２の駆動波形は、第１の駆動波形の印加された第１のアクチュエータ１２の変位によるインクジェットヘッド４１の振動を打ち消すような波形となっている。
【００３７】
すなわち、図５（ａ）に示すインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータ１２に電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように圧電体膜１６が変形して振動板兼共通電極１８が撓む。このままであれば、第１のアクチュエータ１２の動作によりインクジェットヘッドが振動してしまうが、本発明では、図５（ｃ）に示すように、このインクジェットヘッドの振動を打ち消すように第２のアクチュエータ１４が変位してインクジェットヘッドの振動が抑制される。
【００３８】
ここで、第１のアクチュエータ１２にたとえば図６に示す波形の電圧が印加されたとすると、この第１のアクチュエータ１２の振動板は図７に示すように変位する。すると、インクジェットヘッドは図８に示すように大きく振動してしまう。このとき、第２のアクチュエータ１４にたとえば図９に示す波形の電圧を印加すると、図１０に示すようにインクジェットヘッドの振動が大幅に抑制されているのが分かる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、インクジェットヘッドの第１のアクチュエータ１２の形成面と同一面上に第２のアクチュエータ１４を形成し、インク液を吐出させる第１のアクチュエータ１２の変位による振動を第２のアクチュエータ１４で打ち消しているので、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制することが可能になる。
【００４０】
また、第２のアクチュエータ１４は第１のアクチュエータと同じ工程で、且つ同一の部材で形成できるので、コストが上昇することがない。
【００４１】
さらに、第２のアクチュエータ１４は個別制御の必要がなく、一体電極で同一波形で制御できるため、コスト上昇が抑制される。
【００４２】
さらに、第１のアクチュエータ１２以外の領域に第２のアクチュエータ１４が存在することから、それ自体でインクジェットヘッドの剛性が向上する。
【００４３】
そして、このようなインクジェットヘッド４１を備えたインクジェット式記録装置によれば、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動が抑制されることから、インクジェットヘッド４１を高密度化および大型化しても所期の吐出性能が確保され、印字画像の高品質化を図ることが可能になる。
【００４４】
次に、インクジェットヘッド４１の構造の他の実施の形態について説明する。
【００４５】
前述の説明では、第２のアクチュエータ１４はインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータ１２以外の領域全てに形成されているが（図２参照）、一部の領域のみに形成されていてもよい。つまり、第２のアクチュエータ１４は、第１のアクチュエータ１２の形成面と同一面上における少なくとも一部の領域に形成される。
【００４６】
また、第２のアクチュエータ１４は、複数の第１のアクチュエータ１２で構成される列を包囲するように形成してもよい。この場合において、全ての列を包囲するように形成することもでき、少なくとも一列を包囲するように形成することもできる。
【００４７】
さらに、図１１および図１２に示すように、第２のアクチュエータ１４は分割形成してもよい。図示する場合には、複数の第１のアクチュエータ１２で構成される列を包囲するように分割されているが、分割パターンは列単位でなくてもよい。また、列単位で分割した場合、図１３に示すように、図１１および図１２に示す列方向と直交する列方向に分割することもできる。
【００４８】
第２のアクチュエータ１４を分割形成した場合、それぞれの第２のアクチュエータ１４に対して相互に独立した電圧を印加するようにし、場所によって異なるインクジェットヘッドの振動に応じて各第２のアクチュエータ１４を動作制御してもよい。特に、インクジェットヘッドが大型化すると、ヘッドの振動が場所によって異なる傾向が顕著になるため、この技術が有用になる。
【００４９】
なお、第２のアクチュエータ１４を分割形成して相互に独立した電圧を印加する場合、図４において示す選択回路２１と同様の選択回路を第２の駆動波形発生回路２０と第２のアクチュエータ１４との間に設けて、選択回路において選択した何れかの第２のアクチュエータ１４に第２の駆動波形を印加するようにする。あるいは、第２の駆動波形発生回路そのものをそれぞれの第２のアクチュエータ１４に対応して設けて第２の駆動波形を印加するようにする。
【００５０】
そして、以上の説明では、第２のアクチュエータ１４を変位させる電圧が印加されるが、第２のアクチュエータ１４に接地電位を印加して、変位はさせないようにすることもできる。これによれば、第２のアクチュエータ１４が変形しにくくなってインクジェットヘッドの剛性が向上することにより、インクジェットヘッドの振動を抑制することが可能になる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インクジェットヘッドの第１のアクチュエータの形成面と同一面上に第２のアクチュエータを形成し、インク液を吐出させる第１のアクチュエータの変位によって発生する振動を第２のアクチュエータの変位で打ち消しているので、あるいは接地電位を印加して第２のアクチュエータを変形しにくくしてインクジェットヘッドの剛性を向上させているので、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動を抑制することが可能になるという有効な効果が得られる。
【００５２】
そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、アクチュエータの変位によるインクジェットヘッドの振動が抑制されることから、インクジェットヘッドを高密度化しても所期の吐出性能が確保され、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図４】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位に伴うヘッドの振動状態を示す説明図
【図６】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図７】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ
【図８】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合におけるヘッドの振動量を示すグラフ
【図９】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図１０】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合におけるヘッドの振動量を示すグラフ
【図１１】本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線に沿った断面図
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１４】従来のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの変位に伴うヘッドの振動状態を示す説明図
【符号の説明】
１０　区画壁
１１　圧力室
１２　第１のアクチュエータ（アクチュエータ）
１３　共通インク室
１４　第２のアクチュエータ
１５　ノズル孔
１６　圧電体膜
１７　個別電極
１８　振動板兼共通電極
１９　第１の駆動波形発生回路
２０　第２の駆動波形発生回路
２１　選択回路
４０　インクジェット式記録装置
４１　インクジェットヘッド
４２　記録媒体
４３　キャリッジ軸
４４　キャリッジ
４５　ローラ（移動手段）
【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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【図１１】
2004106215.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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