(57)【要約】【課題】駆動素子を駆動する駆動回路の閉ループ長の差に基づく配線抵抗差等によるノズルの吐出滴速度のばらつきを防止する。【解決手段】複数の駆動素子と、前記駆動素子の動作に基づいて液滴を吐出するための液室と、前記液室に圧力を伝播する振動板からなる液体吐出ヘッドであって、前記液体吐出ヘッドの各駆動素子（PZT1〜PZTn）１２１の駆動信号源Ｇから見た閉ループの配線のうち、閉ループ長が長く、配線抵抗の大きい駆動素子に対応する振動板の膜厚を、閉ループ長が短く、配線抵抗の小さい駆動素子に対応する振動板よりも薄くして振動板の剛性を低下させ、閉ループ長の長いノズルの吐出滴速度の低下を防止して、ノズルの吐出滴速度のばらつきを抑制する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動素子と、前記駆動素子の動作に基づいて液滴を吐出するための液室と、前記液室に圧力を伝播する振動板からなる液体吐出ヘッドであって、
前記液体吐出ヘッドの各駆動素子の駆動信号源から見た閉ループの配線のうち、閉ループ長が長く、配線抵抗の大きい駆動素子に対応する振動板の膜厚を、閉ループ長が短く、配線抵抗の小さい駆動素子に対応する振動板よりも薄くしたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載された液体吐出ヘッドにおいて、
前記振動板の膜厚を、前記駆動素子の前記閉ループ長に対応して段階的に変えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された液体吐出ヘッドにおいて、
前記振動板の膜厚を、振動板への試料の蒸着量を調節することにより変えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された液体吐出ヘッドにおいて、
前記振動板の膜厚を、前記振動板に等方性エッチングを施すことにより変えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載された液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクなどの記録液の液滴を吐出する液体（液滴）吐出ヘッド（又は記録ヘッド）を用いた液体吐出装置が知られている。
液体吐出装置では、液体吐出ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、液体吐出ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。
これらの液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドは、様々な方式により液滴を形成吐出する。例えば、液体吐出のための駆動手段が圧電素子であるもの、液滴を加熱して気泡を発生させ、その圧力で液滴を吐出させるもの、静電気力を利用したものなどが知られている。
【０００３】
このような液体吐出手段を用いた液体吐出ヘッドは、比較的容易に高密度のマルチノズル化が可能であり、高精細な画像を記録紙などの記録媒体上に形成することができる。
ところで、液体吐出ヘッドをマルチノズル化した場合、各ノズルの駆動回路の駆動信号源から見た閉ループは、その長さが異なったものとなる。その場合、閉ループの配線が長い駆動手段（又は駆動素子）は、閉ループの配線が短い駆動手段よりも配線抵抗値が高くなる。その結果、多数の駆動手段を駆動させるとき、配線抵抗値の違いにより各駆動手段によって吐出される液滴にばらつきが生じる。
【０００４】
つまり、駆動手段、例えば圧電素子の駆動チャネル数を増やすと、駆動回路全体に流れる電流量が多くなる。また、それに伴い配線抵抗などの要因により電圧降下量が大きくなり駆動波形に歪みが生じる。とくに、配線経路の長い（配線抵抗の高い）駆動チャネルではその影響が大きい。即ち、配線経路の長い駆動チャネルでは、短い駆動チャネルに比べて配線抵抗による電圧降下が大きくなり、駆動手段の吐出効率が低下し、吐出速度が低下する。
液体吐出ヘッドにおけるノズルごとの吐出速度がばらつくと、印字を行った場合にインクの位置ズレが生じるという問題がある。
【０００５】
駆動手段の吐出効率の低下を補うための方策は、従来から幾つか知られている。例えば特許文献１（特開２００６−３２１１７４号公報）には、液体移送装置において、振動板に凹部を形成して、振動板の剛性を部分的に低下させ、より低い駆動電圧でも振動板を大きく変形させる、つまり、振動板の厚みを変えることで吐出効率を改善させることが記載されている。
また、特許文献２（特開２００９−１５４５１９号公報）には、液体吐出ヘッドの複数のアクチュエータ素子のグランド側の共通電極部とは別に導電ループを設け、且つ、一列に並設されたアクチュエータを駆動するための駆動のＩＣオン抵抗を、接続部からの距離が遠くなるにつれ小さくなるようにしている、つまり、接続部からの距離によってノズルの液体吐出特性にばらつきが出ないようにして、液体吐出特性を良好に保持することが記載されている。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された液体移送装置は、駆動手段の駆動チャネルごとに吐出効率を改善させるものではなく、配線経路が長い駆動チャネルの駆動手段の吐出効率を向上させるものではない。
また、特許文献２に記載された液滴吐出装置は、接続部からの距離によるノズルの液体吐出特性のばらつきの問題を改善するものであるが、液体吐出ヘッドに導電目的とは異なる導電ループを別途設ける必要があり、配線が複雑化し部品点数も増加するという問題は完全には解決できていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の問題を解決すべくなされたものであって、液体吐出ヘッドにおける配線を複雑化したり部品点数を増加させることなく、複数のノズル間において、ノズルからの液滴の吐出滴速度のばらつきを防止できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、複数の駆動素子と、前記駆動素子の動作に基づいて液滴を吐出するための液室と、前記液室に圧力を伝播する振動板からなる液体吐出ヘッドであって、前記液体吐出ヘッドの各駆動素子の駆動信号源から見た閉ループの配線のうち、閉ループ長が長く、配線抵抗の大きい駆動素子に対応する振動板の膜厚を、閉ループ長が短く、配線抵抗の小さい駆動素子に対応する振動板よりも薄くしたことを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、液体吐出ヘッドにおける配線を複雑化したり部品点数を増加させることなく、複数のノズル間において、ノズルからの液滴の吐出滴速度のばらつきを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液体吐出装置を前方からみた外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す液体吐出装置の機構部を示す平面図である。
【図３】液体吐出ヘッドの構成を示す図であり、図３Ａは液体吐出ヘッドの概観を示す図、図３Ｂはその吐出部の断面を示す図である。
【図４】第１の実施形態における駆動信号源から見た駆動手段の駆動回路の１例を示す図である。
【図５】比較例である従来の液体吐出ヘッドによる着弾画像例を示す図である。
【図６】図６Ａは、図３Ａと同様の液体吐出ヘッドの概観を示す図であり、図６Ｂは、図４と同様の駆動信号源から見た駆動手段の駆動回路の１例を示す図である。
【図７】第１の実施形態の液体吐出ヘッドによる着弾画像例を示す図である。
【図８】図８Ａは、第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの駆動手段（圧電素子）の駆動回路を示し、図８Ｂは、縦軸に振動板の膜厚を、横軸にノズルの位置をとって示したグラフである。
【図９】図９Ａは、図８Ａと同じ液体吐出ヘッドの駆動手段（圧電素子）の駆動回路を示し、図９Ｂは、図９Ａの駆動回路の液体吐出ヘッドの振動板の厚みを変更する手法の１例を示す図である。
【図１０】図１０Ａは、図９Ａと同じ液体吐出ヘッドの駆動手段（圧電素子）の駆動回路を示し、図１０Ｂは、駆動回路の液体吐出ヘッドの振動板の厚みを変更する他の手法の１例を示す図である。図１０Ｂ（１）〜１０Ｂ（３）は、振動板に等方性エッチングを施すことにより振動板膜厚を変更する過程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る液体吐出装置について図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る液体吐出装置（ここでインクジェットプリンタ）を前方からみた外観を示す斜視図であり、図２は液体吐出装置の機構部を示す平面図である。
インクジェットプリンタ（以下、単にプリンタという）は、装置本体１と、その装置本体１にそれぞれ着脱自在に装着された給紙トレイ２及び排紙トレイ３とを備えている。
【００１２】
給紙トレイ２は用紙を積載して収納する。排紙トレイ３上には、画像が記録（形成）された用紙を堆積する。また、装置本体１の上部には、内部の機構部を覆う上カバー４が開閉可能に配置されている。
上カバー４には、その幅方向に沿って内部の機構部を外部から視認できる透明又は半透明の部材からなる細長い窓部５が設けられている。
【００１３】
装置本体１の前面６の一端部側（給紙トレイ２の側方）には、前面６から装置本体１の前方側に突き出し、上カバー４よりも下側にカートリッジ装填部７が備えられている。カートリッジ装填部７の上面には、操作パネルである操作表示部８が備えられている。カートリッジ装填部７には、記録液である黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各インクをそれぞれ収容した複数のインクカートリッジ９（９ｋ，９ｃ，９ｍ，９ｙ）が装填されている。
【００１４】
装置本体１内のプリンタの機構部には、図２に示すように、ガイドレール２１が設けられている。液体吐出ヘッドを搭載したキャリッジ２０は、ガイドレール２１にその移動範囲に亘ってスライド可能に、且つ上下動可能に支持されている。
キャリッジ２０は、主走査モータとタイミングベルト機構等によって、矢印Ｘで示す主走査方向に移動走査される。
【００１５】
キャリッジ２０には、各色のインク滴を吐出する４個の液体吐出ヘッド１０が、それぞれ多数のノズルによるノズル列を主走査方向と直交する方向（副走査方向）に配列して、その各インク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。
液体吐出ヘッド１０は、図示のように、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）の各インク滴を吐出する液体吐出ヘッド１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙで構成されている。
【００１６】
キャリッジ２０の走査方向の一方側（図２では右側）の非印字領域には、液体吐出ヘッド１０のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構部３０が配置されている。キャリッジ２０の走査方向の他方側（図２では左側）の非印字領域には、記録中などに増粘したインクを排出するために、記録に寄与しないインク滴を吐出させる空吐出を行うときのインク滴を受ける空吐出受け３５が配置されている。この空吐出受け３５には各液体吐出ヘッド１０のノズル配列方向に沿った開口部を設けている。
液体吐出装置本体１は、液体吐出ヘッド１０に駆動のための駆動波形を印加することで、液体吐出ヘッド１０より液滴を吐出して画像を形成する。なお、図２中符号Ｐは用紙を示す。
【００１７】
図３は液体吐出ヘッド１０の構成を示す図であり、図３Ａは液体吐出ヘッド１０の概観を示す図であり、図３Ｂはその吐出部の断面を示す図である。
即ち、液体吐出ヘッド１０は、液室１５と、駆動素子（例えば圧電素子）１２と駆動素子１２に駆動電圧を印加する駆動回路、例えばＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）１４と、駆動素子（記録素子とも云う）１２の変位により液室１５中の記録液に圧力を伝播する振動板１６と、液室１５中の記録液を、駆動素子１２に駆動電圧を印加して吐出するノズル口１８を有している。
【００１８】
液室１５には、液滴供給部２５から記録液が供給されて液室１５に充填される。記録素子（圧電素子）１２には、ＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）やＦＰＣなどの配線基板および配線基板上の駆動回路（駆動ＩＣ）１４を通して駆動信号が印加される。駆動信号が印加されると、それにより駆動素子１２が変位して、振動板１６を変形させる。記録液の液滴は、振動板１６の変形に伴う液室１５の圧力変動によりノズル口１８より吐出される。
【００１９】
図４は、第１の実施形態における駆動信号源Ｇから見た駆動手段の駆動回路１４の１例を示す図である。
液体吐出ヘッド１０の各駆動回路１４は、駆動信号源Ｇと、二つの駆動信号源Ｇ間において、これらの駆動信号源Ｇに対して並列に接続されたｎ個の駆動手段、ここでは圧電素子（PZT1・・・PZTn）１２１、および任意のチャネルｃｈに信号を与える駆動スイッチ（SW）１２２で構成されている。
図４に示すように、中央のｍチャネル目は駆動信号源Ｇから見た閉ループ長が長く、端部にあたる１チャネル目とｎチャネル目は駆動信号源Ｇから見た閉ループ長が短い構成になっている。
【００２０】
ここで、駆動信号源Ｇから見た閉ループは短いほど経路（駆動信号源Ｇの閉ループ）の配線抵抗が小さい。そのため、駆動信号源Ｇから圧電素子（PZT1）１２１に駆動信号が印加されたとき、その駆動信号の劣化が少なく効率的に滴を吐出することができる。逆に、この駆動信号源Ｇから見た閉ループ量が長いほど、経路の配線抵抗が大きい。そのため、閉ループ量が長いチャネルｃｈ（ｍ）では駆動信号の劣化が大きく経路の短いチャネルｃｈ（１）、ｃｈ（ｎ）と比較して、振動板１６の変位が小さいため低効率で滴を吐出することになる。
【００２１】
本発明は前記問題を解決するものであるが、その実施形態の説明に先立って、まず比較のため従来の駆動素子について説明する。
図５は、比較例である従来の液体吐出ヘッドによる着弾画像例を示す図である。
配線経路長の長いチャネルｃｈ（１）、ｃｈ（ｎ）は、配線経路長の短いチャネルｃｈ（ｍ）と比較して駆動信号の劣化が大きいため吐出効率が低い。そのため、同時に液滴を吐出した場合でも、吐出滴速度が相対的に遅くなる。そのため、図５に示す着弾画像例（黒点）で示すように、キャリッジ移動方向に対して着弾ズレが生じる。これは既に述べたように、駆動波形の劣化による振動板１６の変位量に差が生じることによる。
【００２２】
次に、本発明の第１の実施形態を、図６を参照して説明する。
図６Ａは、図３Ａと同様の液体吐出ヘッドの概観を示す図であり、図６Ｂは、図４と同様の駆動信号源Ｇから見た駆動手段の駆動回路の１例を示す図である。
本実施形態では、図６Ｂに示すように、配線経路（閉ループ）が最も長く吐出効率の低いチャネルｃｈ（ｍ）の振動板１６を、配線経路が短く吐出効率の高いチャネルｃｈ（１）、ｃｈ（ｎ）の振動板１６よりも薄く形成する。つまり、振動板１６の厚みを薄くすることで、振動板の剛性を低下させ、より低い駆動電圧でも振動板を大きく変形できるようにする。
【００２３】
これにより、吐出効率の低いチャネルｃｈ（ｍ）においては、液体吐出ヘッドからの液滴の吐出効率を、吐出効率の高いチャネルｃｈ（１）、ｃｈ（ｎ）の液体吐出ヘッドよりも上げ、それによって、液体吐出ヘッドからの液滴の吐出滴速度を平準化することができる。
図７は、本実施形態の液体吐出ヘッドによる着弾画像例を示す図である。
即ち、中央チャネルｃｈ（ｍ）の振動板１６の厚みを端チャネルｃｈ（１）、ｃｈ（ｎ）のそれよりも薄くすることで、液滴の吐出滴速度を上げ、図中の黒点で示すように、キャリッジ移動方向における着弾ズレを小さくすることができる。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。
図８Ａは、第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの駆動素子（圧電素子）の駆動回路を示し、図８Ｂは、縦軸に振動板１６の膜厚を、横軸にノズルの位置をとって示したグラフである。
第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドでは、駆動信号源Ｇからの配線経路が最も長い中央チャネルｃｈ（ｍ）の振動板１６の厚さを、端チャネルｃｈ（１）、（ｎ）よりも薄くすることで、液滴の吐出滴速度を平準化してキャリッジ移動方向における着弾ズレを小さくしている。
【００２５】
これに対し、第２の実施形態の液体吐出ヘッドでは、その振動板の膜厚を、駆動信号源Ｇからの配線経路が長くなるにしたがって各チャネル毎に段階的に変えている。即ち、本実施形態においては、単に端チャネルｃｈ（１）、ｃｈ（ｎ）と中央チャネルｃｈ（ｍ）の圧電素子に対応する振動板の厚みを変えるのではなく、端チャネルｃｈ（１）、ｃｈ（ｎ）を除く全てのチャネルの圧電素子に対応する振動板１６の膜厚を変えることで、図８Ｂに示すように、膜厚変化の度合いを滑らかなものとし、全てのチャネルｃｈ間の吐出滴速度におけるばらつきを抑え、キャリッジ移動方向における着弾ズレをより一層小さくすることができる。
なお、マルチノズル化することにより、ノズル全体の吐出効率が低下した場合は、端チャネルｃｈ（１）、ｃｈ（ｎ）を含め全ての膜厚を薄膜化してもよい。
【００２６】
次に、振動板１６の厚みを変更する手法について説明する。
図９Ａは、図８Ａと同じ液体吐出ヘッドの駆動素子（圧電素子）の駆動回路を示し、図９Ｂは、図９Ａの駆動回路の液体吐出ヘッドの振動板１６の厚みを変更する手法の１例を示す図である。
振動板１６に平坦化した基板に例えば金属薄膜部材などの試料を蒸着する際の蒸着量を調節することで、振動板膜厚を変更する。即ち、蒸着の際に、振動板の位置により試料へのビーム照射時間を短くする、或いは、ビーム強度を小さくすることで膜厚を変化させる。これにより振動板の位置に応じてその膜厚を変更することができる。
【００２７】
図１０Ａは、図９Ａと同じ液体吐出ヘッドの駆動手段（圧電素子）の駆動回路を示し、図１０Ｂは、駆動回路の液体吐出ヘッドの振動板１６の厚みを変更する他の手法の１例を示す図である。図１０Ｂ（１）〜１０Ｂ（３）は、振動板１６に等方性エッチングを施すことにより振動板膜厚を変更する過程を示す。
即ち、まず、厚みが一様なシリコン基板でできた振動板上にフォトレジスト層を形成する。次に、振動板１６の膜厚を変更する部分に対応するフォトレジスト層を除去する（図１０Ｂ（１））。次に、そのフォトレジスト層をマスクとして等方性エッチングを行う（図１０Ｂ（２））。その結果、断面でみて図示のようにお椀型の凹部を形成する（図１０Ｂ（３））。ここでは、エッチングの度合に応じて凹部の厚み、つまり振動板１６の厚みを変更する。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・液体吐出装置（インクジェットプリンタ）本体、２・・・給紙トレイ、３・・・排紙トレイ、４・・・上カバー、７・・・カートリッジ装填部、９・・・インクカートリッジ、１０・・・液体吐出ヘッド、１２・・・駆動素子、１２１・・・圧電素子、１２２・・・駆動スイッチ、１４・・・駆動回路（ＦＰＣ）、１５・・・液室、１６・・・振動板、１８・・・ノズル口。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２００６−３２１１７４号公報
【特許文献２】特開２００９−１５４５１９号公報
【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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