(57)【要約】【課題】高密度ヘッドにおける吐出特性のバラツキが大きく、必要な滴吐出速度、吐出体積が得られない。【解決手段】ノズル４に連通する吐出室６の一部の壁を形成する振動板２に圧電体１５が積層され、振動板２を屈曲変位させてノズル４から液滴を吐出させるヘッドであって、振動板２の幅が８０μｍ以下であり、かつ、振動板２には部分的に剛性が小さくなる構造部分１２としてヒンジ構造を有する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルに連通する吐出室の一部の壁を形成する振動板に圧電体が積層され、前記振動板を屈曲変位させて前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の幅が８０μｍ以下であり、かつ、前記振動板は部分的に剛性が小さくなる構造を有すること特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は長手方向の固定端近傍に長手方向と略平行に前記剛性が小さくなる構造部分を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記剛性が小さくなる構造はヒンジ構造であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は成膜技術で形成されたものであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記剛性が小さくなる構造部分にも下部電極が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記剛性が小さくなる構造部分にも前記圧電体が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクとを一体化したインクカートリッジにおいて、前記インクジェットヘッドが請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項８】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用するインクジェットヘッドとして、インク滴を吐出する単一又は複数のノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（インク室、液室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズル孔からインク滴を吐出させる液滴吐出ヘッドが知られている。
【０００３】
なお、液滴吐出ヘッドとしては、例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００４】
従来の液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させる圧電型のものとして、圧電体の伸縮の力を振動板の面に垂直に加えて振動板を変形させる構成、あるいは、いわゆるユニモルフやバイモルフといった屈曲の力で振動板を変形する構成のものがある。
【０００５】
ここでユニモルフやバイモルフの構成は、振動板に薄い圧電体を形成しただけの構成であるので、小型化、低コスト化の点で有利である。ユニモルフ型の例として、たとえば特開平６−１９８８９５号公報や特開２００１−１４６０１４号公報に記載されたものなどがある。前者の特開平６−１９８８９５号公報に記載のものは、圧電体をスクリーン印刷で形成する方法で、圧電体の厚さが厚いものに向いている。一方、特開２００１−１４６０１４号公報に記載のものは、圧電体をゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、レーザーアブレーション法などで形成するもので、圧電体の厚さが薄いものに向いている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インクジェットヘッドにおいて、高密度印字、高速印字を行うためには吐出室やノズルを高密度に並べる必要がある。そのため、幅の狭い振動板を高密度で並べる必要が出てくるが、振動板の幅を狭くすると、振動板の剛性が大きくなるので撓みづらくなり、インク吐出に必要な振動板の変位が得られなくなる。
【０００７】
すなわち、振動板の幅が大きい場合は、振動板面積も大きくなるので、わずかな振動板変位量であっても、振動板変位によって押し出すインクの体積（排除体積）は大きくすることができる。これに対し、振動板の幅が小さくなると、必要な排除体積を得るためには、より大きな振動板変位量を得なければならないが、振動板の幅が狭くなることによって振動板剛性が大きくなり撓みづらくなることが問題となる。
【０００８】
ここで、振動板の剛性は、（振動板厚さの３乗）／（振動板幅の４乗）、に比例する。インクを吐出する時の力は振動板の剛性に依存し、振動板の剛性を同じに保とうとした場合、振動板幅を狭くしていくとその比率以上に振動板の厚さを薄くしなければならない。
【０００９】
このように、高密度で並べるために振動板の幅を狭くすると、振動板の剛性が大きくなるので撓みづらくなるため、振動板の厚さを薄くするのであるが、振動板の厚さを薄くしていくと、ピンホールなどの発生による不良が増加し、精度良く、歩留まり良く作製するのが困難になる。
【００１０】
また、インクジェットヘッドのインクの吐出には振動板の変位量と発生力が必要となってくるが、振動板の幅が大きいときには、振動板が厚くても、幅が大きいために剛性は小さく、必要となる変位量も小さいのでインク吐出のための振動板変位量と発生力を得ることが可能であるが、振動板幅が小さくなると、圧電体、電極、振動板を薄くするのに限界があり、発生力は得やすいが変位量を得ることが困難になる。
【００１１】
さらに、圧電体は内部応力が発生しやすく、振動板との積層構造とした場合に、その応力のために振動板に撓みが生じて、振動変位が小さくなってしまったり、変位にばらつきが生じるという問題も生じる。特に、振動板、吐出室、ノズルを高密度に並べた高密度ヘッドでは、振動板も小さくなり、インク滴も小さくなり、より高精度に変位を制御しなければならない。そのため、高密度ヘッドにおいては特に圧電体の応力による振動板の撓みも大きな問題となる。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、吐出特性のバラツキの少ない高密度な液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジ、これらの液滴吐出ヘッド或いはインクカートリッジを備えて高画質記録を可能にしたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルに連通する吐出室の一部の壁を形成する振動板に圧電体が積層され、振動板を屈曲変位させてノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、振動板の幅が８０μｍ以下であり、かつ、振動板は部分的に剛性が小さくなる構造を有する構成としたものである。
【００１４】
ここで、振動板は長手方向の固定端近傍に長手方向と略平行に剛性が小さくなる構造部分を有することが好ましい。また、剛性が小さくなる構造はヒンジ構造とすることができる。さらに、振動板は成膜技術で形成されたものであることが好ましい。さらにまた、剛性が小さくなる構造部分にも下部電極が形成され、あるいは、剛性が小さくなる構造部分にも圧電体が形成されている構成とすることができる。
【００１５】
本発明に係るインクカートリッジは、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクとを一体化した構成としたものである。
【００１６】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明に係る液滴吐出ヘッドの第１実施形態であるインクジェットヘッドについて図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図、図２は同ヘッドの振動板長辺方向に沿う断面説明図である。
【００１８】
このインクジェットヘッドは、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプのものであり、流路板１と、流路板１の下面に接合した振動板２と、流路板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによってインク滴を吐出する複数のノズル孔４が連通する吐出室６、各吐出室６に流体抵抗部７を介してインクを供給する共通液室（共通インク室）８などを形成している。なお、エッジシュータタイプとすることもできる。
【００１９】
流路板１は、例えばシリコン基板からなり、吐出室６を形成するための凹部と、流体抵抗部７を形成するための溝部、共通液室８を形成するための凹部を有する。この第１基板１の底面に吐出室６及び共通液室８などの底壁ともなる薄膜である振動板２を設けている。
【００２０】
この振動板２には、部分的に剛性が小さくなる構造部分１２としてのヒンジ構造を形成している。ここで、部分的に剛性が小さくなる構造部分１２は、振動板２の長手方向に、後述の圧電体活性部（圧電体が電極間に挟まれた部分）と振動板２の固定端との間に設けるのが、振動変位をより大きくする上で好ましい。また、この例の部分的に剛性が小さくなる構造部分１２としてのヒンジ構造は、断面形状で吐出室６側に突き出た略Ｖ字形状に形成している。さらに、このヘッドの振動板２の短辺方向の幅ａは８０μｍ以下としている。
【００２１】
そして、この振動板２の外面側には電極１４ａ、１４ｂで電圧が与えられる圧電体薄膜（薄膜圧電体）１５が積層形成されている。圧電体１５は、スパッタ法、ゾルゲル法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、水熱法、イオンプレーティング法、パルスレーザーアブレーション法などで形成した薄膜であり、スクリーン印刷などで形成する圧電体に比べて低温で形成できる。
【００２２】
また、ノズル板３は、例えば厚さ５０μｍのニッケル基板を用い、吐出室６と連通するようにそれぞれノズル孔４を形成し、また共通液室８と連通するようにインク供給口を設けている。
【００２３】
次に、このように構成したインクジェットヘッドの動作について説明する。まず、インク供給口（図示しない）を経てインクが共通液室８に充填されており、流体抵抗部７を経て各吐出室６にインクが供給される。
【００２４】
ここで、駆動回路１０から電極１４ａ，１４ｂ間に圧電体の分極方向の電圧を印加すると、圧電効果により圧電体１５は、面内方向に収縮する（ｄ３１変位）。そのため、振動板２に屈曲する方向の力が働き、振動板２は図３に示すように変形する。この振動板２の変位により吐出室６の容積が減少し、吐出室６内の圧力が上昇し、インクがノズル４から吐出される。印加電圧をオフにすると、振動板２及び圧電体１５の弾性力によりもとの状態に復帰する。このときインクが共通液室８から供給される。
【００２５】
このとき、振動板２には剛性が小さくなる構造部分１２（ここではヒンジ）を設けているので、振動板２の幅が８０μｍ以下の場合でも吐出体積と吐出速度とを確保することができる。
【００２６】
この点について、ヒンジを持たないヘッド（これを「従来例のヘッド」という。）とヒンジを持つヘッド（本発明のヘッド）との比較結果に基づいて説明する。
【００２７】
先ず、従来例のヘッドにおいて、振動板幅（吐出室幅）１２０μｍの場合の圧電体厚さ（ＰＺＴ厚さ）とインク滴吐出速度Ｖｊ及び吐出体積Ｍｊとの関係の一例を図４及び図５に示している。ここでは、圧電体の圧電定数ｄ３１は１５０Ｅ−１２（ｍ／Ｖ）、圧電体の電極はＰｔを用い厚さは０．０５μｍ、印加電圧２５Ｖ、振動板長さ２．４ｍｍ、振動板はシリコン酸化膜で形成したものを用いた。また、この例では、振動板厚２．０μｍ、３．０μｍの場合を示している。
【００２８】
これらの図４及び図５から分かるように、インク滴吐出速度、吐出体積ともに十分な数値が得られている。インク吐出速度は、主に振動板の発生力に依存し、吐出体積は、主に振動板の排除体積に依存する。
【００２９】
同様に、従来例のヘッドにおいて、振動板幅（吐出室幅）８０μｍの場合の圧電体厚さ（ＰＺＴ厚さ）とインク滴吐出速度Ｖｊ及び吐出体積Ｍｊとの関係の一例を図６及び図７に示している。この例では、振動板の長さは１．６ｍｍとし、振動板厚０．３μｍ、０．５μｍ、０．７μｍ、０．９μｍの場合を示している。
【００３０】
同様に、従来例のヘッドにおいて、振動板幅（吐出室幅）４０μｍの場合の圧電体厚さ（ＰＺＴ厚さ）とインク滴吐出速度Ｖｊ及び吐出体積Ｍｊとの関係の一例を図８及び図９に示している。この例では、振動板の長さは０．８ｍｍとし、振動板厚０．１μｍ、０．３μｍ、０．５μｍの場合を示している。
【００３１】
振動板の長さを長くすると、吐出体積が大きくなる傾向にあるが、このように狭い振動板幅の場合、吐出室幅も狭くなる。吐出室の長さも長くなると、インクの流れが悪くなり、高周波数駆動についていけなくなるという不具合が生じる。このような幅の狭い吐出室の場合、吐出室幅に対する吐出室長さの比が２０以上では高周波数駆動が困難になってくる。したがって、振動板の長さは吐出室の形状から最大値が決定される。
【００３２】
振動板幅８０μｍは、１列に配列すると３００ｄｐｉ相当となる。記録紙上で３００ｄｐｉで記録ドットを埋め尽くすためには、１パルスでのインク滴吐出体積は８ｐｌ以上あれば、複数パルスでの多滴技術を使って可能であるが、８ｐｌ未満では、パルス数が増えるために印字速度が低下してしまい現実的ではない。
【００３３】
他方、インク滴吐出速度は８ｍ／ｓｅｃ以上が必要である。吐出速度が８ｍ／ｓｅｃ未満になると、着弾位置ずれによる記録紙上での色ずれなどが大きくなり、高画質が得られなくなる。
【００３４】
上述した図６及び図７から、従来例のヘッドにおいて、振動板幅８０μｍとした場合、ＰＺＴ厚さを０．５〜１μｍ程度以下にすれば吐出体積は８ｐｌ以上得られるが、吐出速度８ｍ／ｓｅｃ以上が得られなくなる。
【００３５】
また、振動板幅４０μｍは、１列に配列すると６００ｄｐｉ相当となる。６００ｄｐｉで記録ドットを埋め尽くすには、１パルスでのインク吐出体積は４ｐｌ以上必要である。この振動板幅４０μｍでは、図８からは吐出速度８ｍ／ｓｅｃ以上が十分に得られるが、図９から分かるように吐出体積は４ｐｌを得ることはできない。
【００３６】
このように、従来のユニモルフ型の振動板を屈曲させるインクジェットヘッドにおいては、振動板幅が８０μｍ以下になると、インク吐出速度と吐出体積とを両立することが困難になる。
【００３７】
これに対し、ヒンジを設けた本発明に係るヘッドにおいて、振動板幅８０μｍの場合の圧電体厚さ（ＰＺＴ厚さ）とインク滴吐出速度Ｖｊ及び吐出体積Ｍｊとの関係の一例を図１０及び図１１に示している。この例では、振動板厚０．５μｍ、０．７μｍの場合を示している。
【００３８】
これらの図から分かるように、振動板厚さ０．５μｍの場合、圧電体の厚さを０．７５〜１．８μｍの範囲内とすることによって、吐出速度８ｍ／ｓｅｃ以上、吐出体積８ｐｌ以上の両方を得ることができる。また、振動板厚さ０．７μｍの場合、圧電体厚さを０．６〜１．６μｍの範囲内とすることによって、同様に、吐出速度８ｍ／ｓｅｃ以上、吐出体積８ｐｌ以上の両方を得ることができる。
【００３９】
また、振動板幅４０μｍの場合の圧電体厚さ（ＰＺＴ厚さ）とインク滴吐出速度Ｖｊ及び吐出体積Ｍｊとの関係の一例を図１２及び図１３に示している。この例では、振動板厚０．３μｍ、０．５μｍの場合を示している。
【００４０】
これらの図から分かるように、振動板厚さ０．３μｍの場合、圧電体の厚さを０．８５μｍ以下とすることによって、吐出速度８ｍ／ｓｅｃ以上、吐出体積８ｐｌ以上の両方を得ることができる。また、振動板厚さ０．５μｍの場合、圧電体厚さを０．７μｍ以下とすることによって、同様に、吐出速度８ｍ／ｓｅｃ以上、吐出体積８ｐｌ以上の両方を得ることができる。
【００４１】
以上のように、振動板幅が広い場合はヒンジがなくても、吐出速度、吐出体積ともに満たすことができるが、振動板の幅が狭くなると、振動板の剛性が大きくなり、振動板が撓みづらくなり、変位がとれなくなってくるので、振動板を薄くしなければならない。３００ｄｐｉ相当のヘッドにおいて必要な振動板幅８０μｍ以下になると、作製工程上、あるいは歩留まりの観点から振動板を薄くする限界になり、必要なインク吐出体積を得るだけの振動板の変位がとれなくなってくる。
【００４２】
そこで、本発明のように振動板幅が８０μｍ以下としてヒンジ（部分的に剛性の小さくなる構造部分）を設けることによって、３００ｄｐｉ以上のヘッドにおいても吐出速度と吐出体積の両者を満足する特性が得られ、高密度記録、高画質記録が可能になる。
【００４３】
ここで、図３に示すように、圧電体１５の変位により振動板２の曲げの力Ａと、振動板２の引張りの力Ｂが働く。ヒンジ構造は、その両方の力に対して有効に働くので、振動板の剛性を小さくする構造のなかでも特に優れている。
【００４４】
また、圧電体は内部応力が大きく、薄い振動板と積層すると、その応力によって振動板が撓んでしまうといった問題が生じ、特に、振動板が高密度で並んだ高密度ヘッドにおいては、振動板変位を高精度に制御して、微小インク滴を吐出するので、そのような問題の影響は大きくなる。本発明に係る液滴吐出ヘッドのように剛性の小さい構造部分、例えば、ヒンジを設けることによって、圧電体の応力をヒンジで吸収することができ、応力による撓みの少ない振動板を作製することができる。そのため、振動変位が小さくなったり、ばらついたりして、吐出特性にバラツキが生じるという問題も解決することができる。
【００４５】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの作製方法の一例を図１４及び図１５を参照して説明する。
先ず、図１４（ａ）に示すように、シリコン基板３１にヒンジ形状を決めるレジストパターン３２を形成する。パターン開口幅はここでは２μｍとした。そして、同図（ｂ）に示すように、レジストパターン３２をマスクとして、深さ２μｍのドライエッチングを行い、凹部３３を形成する。
【００４６】
その後、レジストを除去し、同図（ｃ）に示すように、熱酸化膜３４を０．５μｍ厚みに形成する。この熱酸化膜３４は、後に振動板となるものであり、厚さは振動板の厚さの設計に合わせて適宜選択する。また、熱酸化膜は一般的に圧縮応力をもつ膜である。振動板としたときに圧縮応力が問題となる場合は、引張り応力の膜、例えばシリコン窒化膜などを積層することによって応力緩和することができる。
【００４７】
次いで、同図（ｄ）に示すように、凹部３３を形成した面に下部電極１４ａとなるＰｔ層３５ａを密着層となるＴｉ層を介してスパッタなどで０．０５μｍ厚みに成膜する。
【００４８】
その後、図１５（ａ）に示すように、Ｐｔ層３５ａ表面にゾル・ゲル法で圧電体膜前駆体をコーティングし、７００℃で焼成して圧電体１５となる圧電体膜３６を形成する。ゾル・ゲル法以外にはスパッタ法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、レーザアブレーション法などの薄膜成膜法で圧電膜を形成してもよい。また、スクリーン印刷法などによっても圧電体膜を形成することが可能であるが、微細で薄い圧電体膜を形成するには薄膜成膜法のほうが好ましい。さらに、同図（ｂ）に示すように、圧電体膜３６表面に上部電極１４ｂとなるＰｔ層３５ｂを０．０５μｍ厚みに成膜する。
【００４９】
次いで、同図（ｃ）に示すように、吐出室６が形成されるべき位置に合わせて適当なエッチングマスクを施す。そして、ドライエッチング法を用いて、Ｐｔ層３５ｂ、圧電体膜３６、Ｐｔ膜３５ａを所定の分離形状に形成して、各吐出室６に対応する下部電極１４ａ、圧電体１５、上部電極１４ｂを形成する。
【００５０】
その後、同図（ｄ）に示すように、基板３１の吐出室を形成する側の面に吐出室６や共通液室８のレジストパターンを形成し、熱酸化膜３４をエッチング除去し、続いて、ＩＣＰによってシリコン基板３１にエッチングを施す。圧電体側の熱酸化膜３４に到達するとエッチングが停止し、振動板２が形成される。このとき、振動板２には凹部３３に対応する部分でヒンジ１２が形成される。
【００５１】
なお、ＩＣＰ以外にもＫＯＨやＴＭＡＨなどによる異方性ウェットエッチの方法でも可能である。異方性ウェットエッチでは吐出室６や共通液室８の内壁にテーパーが形成されてスペースがロスしたり、エッチング時に圧電体側をエッチングから保護する手段が必要なので、ＩＣＰが好ましい。
【００５２】
ヒンジを振動板に設けるためには、以上に説明した作製方法のように振動板を成膜による方法で作製することが好ましい。本作製方法によれば、シリコン基板３１に凹部３３を形成し、振動板２となる膜を成膜することによって、凹部３３の形状が振動板２に転写されて容易にヒンジ１２を形成することができる。
【００５３】
なお、ここでは、振動板材料として熱酸化膜を例としたが、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、スパッタ、ＨＴＯ、ＬＴＯなどその他の成膜法で形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、あるいはスパッタ、抵抗加熱蒸着、ＥＢ蒸着などで形成された金属膜、あるいはそれらの積層膜でもよい。金属膜を用いた場合は、金属膜を下部電極として用いることもできる。
【００５４】
本作製方法によれば、凹部を作製するマスクパターン形状を変えたり、異方性ウェットエッチング、等方性ウェットエッチ、異方性ドライエッチ、等方性ドライエッチといったエッチング方法を変えたり、エッチング条件を変えたりすることによって、種々の形状のヒンジ構造を形成することが可能である。
【００５５】
ここで、部分的に剛性が小さくなる構造部分１２としてのヒンジ構造の他の異なる例について図１６ないし図２１を参照して説明する。
図１６に示す他の第１例の構造部分１２は、断面形状で吐出室６側と反対側に突き出た略Ｖ字形状に形成している。図１７に示す他の第２例の構造部分４２は、断面形状で略Ｗ字形状に形成している。図１８に示す他の第３例の構造部分５２は、断面形状で吐出室６側と反対側に突き出た湾曲形状に形成している。図１９に示す他の第４例の構造部分５２は、断面形状で吐出室６側に突き出た湾曲形状に形成している。図２０に示す他の第５例の構造部分６２は、断面形状で吐出室６側に向かう方向の段差部を有する形状に形成している。図２１に示す他の第６例の構造部分６２は、断面形状で吐出室６側と反対側に向かう方向の段差部を有する形状に形成している。
【００５６】
次に、本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドについて図２２を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図である。
この実施形態では、振動板２に断面形状で吐出室６側に向かう凸状のヒンジ構造である部分的に剛性が小さくなる構造部分７２を形成するとともに、下部電極１４ａを形成する電極材料の層をパターニングしないで、そのまま振動板２と下部電極１４ａとの積層構造としている。
【００５７】
この場合、ヒンジ構造（部分的に剛性が小さくなる構造部分７２）があるために全面に下部電極１４ａが形成されていると、振動板２の厚さは下部電極１４ａの分だけ厚くなるが、ヒンジ構造（部分的に剛性が小さくなる構造部分７２）によって振動板２の剛性を部分的に小さくすることができ、下部電極１４ａがあるために振動板２が撓まなくなるのを避けることができる。
【００５８】
このようにすれば、下部電極１４ａのパターニングがないために、製造工程を少なくでき、製造コストも低くすることができる。
【００５９】
次に、本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドについて図２３を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図である。
この実施形態では、振動板２に断面形状で吐出室６側に向かう凸状のヒンジ構造である部分的に剛性が小さくなる構造部分７２を形成するとともに、圧電体１５を形成する圧電体層をパターニングしないで、そのまま振動板２と圧電体１５を形成する圧電体層との積層構造としている。
【００６０】
圧電体のエッチングは時間がかかるので、圧電体のパターニング工程を除くことによって製造コストを下げることができる。なお、本実施形態では、圧電体がパターニングされていなく、その分振動板の厚さが厚くなるが、ヒンジ構造によって振動板の剛性を下げて振動板が撓みやすくできる。
【００６１】
なお、下部電極１４ａを形成する電極材料層と圧電体１５を形成する圧電体層の両方がパターニングされていない構造とすることもできる。
【００６２】
次に、本発明の第４実施形態の異なる例に係るインクジェットヘッドについて図２４及び図２５を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図である。
この実施形態では、振動板２に部分的に厚みが薄くなる構造を形成して部分的に剛性が小さくなる構造部分８２を形成しており、図２４は片面から掘り込んだ例、図２５は両面から掘り込んだ例である。
【００６３】
次に、本発明の第５実施形態の異なる例に係るインクジェットヘッドについて図２６を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図である。
この実施形態では、振動板２に部分的にヤング率の小さな材料を設けて部分的に剛性が小さくなる構造部分９２を形成した例である。
【００６４】
なお、上記実施形態においては、伸縮する圧電体と振動板の伸縮の差によって屈曲させるユニモルフ型を例としたが、圧電体自体の厚さ方向で伸縮率に分布を持っていて、圧電体自体で屈曲を起こすモノモルフ型、互いに逆方向に伸縮する圧電体を積層したバイモルフ型を使ったインクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができる。
【００６５】
次に、本発明に係るインクカートリッジの一例について図２７を参照して説明する。
このインクカートリッジ１００は、ノズル孔１０１等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド１０２と、このインクジェットヘッド１０２に対してインクを供給するインクタンク１０３とを一体化したものである。
【００６６】
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化したインクカートリッジを構成することで、高密度に吐出室を並べることができてヘッドの大きさを小さくでき、その結果、インクカートリッジ全体の大きさも小さくなって、小型化、低コスト化を図れる。
【００６７】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図２８及び図２９を参照して説明する。なお、図２８は同記録装置の斜視説明図、図２９は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００６８】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【００６９】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図２２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。なお、ここではヘッドとインクカートリッジとを別体とした構成で説明しているが、本発明に係るタンク一体型ヘッドであるインクカートリッジを搭載するようにすることもできる。
【００７０】
インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００７１】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００７２】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【００７３】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００７４】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【００７５】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドは高密度に吐出室、ノズルを配置した３００ｄｐｉ以上の密度を有するヘッドであるので、高い画像品質の画像を記録することができる。
【００７６】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００７７】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００７８】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、高密度でインク滴を吐出することができて、印字速度が高速で、高い画像品質を記録できる小型の記録装置とすることができる。
【００７９】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振動板の幅が８０μｍ以下であり、かつ、振動板は部分的に剛性が小さくなる構造を有する構成としたので、吐出特性のバラツキの少ない高密度な液滴吐出ヘッドが得られる。
【００８１】
本発明に係るインクカートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、吐出特性のバラツキの少ない高密度なヘッド部を有する小型のインクカートリッジを得ることができる。
【００８２】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたので、高速で高画質記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図
【図２】同ヘッドの振動板長辺方向に沿う断面説明図
【図３】同ヘッドの作動説明に供する説明図
【図４】従来のヘッドにおける振動板幅１２０μｍでの圧電体厚さと吐出速度特性との関係の一例を示す説明図
【図５】従来のヘッドにおける振動板幅１２０μｍでの圧電体厚さと吐出体積特性との関係の一例を示す説明図
【図６】従来のヘッドにおける振動板幅８０μｍでの圧電体厚さと吐出速度特性との関係の一例を示す説明図
【図７】従来のヘッドにおける振動板幅８０μｍでの圧電体厚さと吐出体積特性との関係の一例を示す説明図
【図８】従来のヘッドにおける振動板幅４０μｍでの圧電体厚さと吐出速度特性との関係の一例を示す説明図
【図９】従来のヘッドにおける振動板幅４０μｍでの圧電体厚さと吐出体積特性との関係の一例を示す説明図
【図１０】本発明のヘッドにおける振動板幅８０μｍでの圧電体厚さと吐出速度特性との関係の一例を示す説明図
【図１１】本発明のヘッドにおける振動板幅８０μｍでの圧電体厚さと吐出体積特性との関係の一例を示す説明図
【図１２】本発明のヘッドにおける振動板幅４０μｍでの圧電体厚さと吐出速度特性との関係の一例を示す説明図
【図１３】本発明のヘッドにおける振動板幅４０μｍでの圧電体厚さと吐出体積特性との関係の一例を示す説明図
【図１４】本発明に係るヘッドの製作工程の一例を説明する断面説明図
【図１５】図１４に続く工程を説明する断面説明図
【図１６】同実施形態の他の第１例の説明に供する断面説明図
【図１７】同実施形態の他の第２例の説明に供する断面説明図
【図１８】同実施形態の他の第３例の説明に供する断面説明図
【図１９】同実施形態の他の第４例の説明に供する断面説明図
【図２０】同実施形態の他の第５例の説明に供する断面説明図
【図２１】同実施形態の他の第６例の説明に供する断面説明図
【図２２】本発明の液滴吐出ヘッドの第２実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図
【図２３】本発明の液滴吐出ヘッドの第３実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図
【図２４】本発明の液滴吐出ヘッドの第４実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図
【図２５】同実施形態の他の例に係るインクジェットヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図
【図２６】本発明の液滴吐出ヘッドの第５実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短辺方向に沿う断面説明図
【図２７】本発明に係るインクカートリッジの説明に供する斜視説明図
【図２８】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を説明する斜視説明図
【図２９】同記録装置の機構部の説明図
【符号の説明】
１…流路板、２…振動板、３…ノズル板、４…ノズル孔、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１２…部分的に剛性が小さくなる構造部分、１４ａ、１４ｂ…電極、１５…圧電体、１００…インクカートリッジ、１２４…ヘッド。
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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