JP5871738B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、複数のノズルから記録媒体に向けてインクを吐出するインクジェットヘッドおよび当該インクジットヘッドを備えたインクジェット記録装置に関する。

インクジェットヘッドは、記録紙のような記録媒体に向けてインクを吐出する複数のノズルを有している。ノズルから吐出されたインクは、一定の方向に搬送される記録媒体の上に画像を形成する。

記録媒体に形成される画像の解像度を高めるため、複数のノズルを一組とする複数のノズル列を、記録媒体の幅方向に配列したインクジェットヘッドが知られている。この種のインクジェットヘッドによると、全てのノズルは、記録媒体の幅方向に一定のピッチで並んでいる。それとともに、各ノズル列を構成するノズルは、記録媒体の搬送方向に対して一定の角度を有する斜めの方向に互いに間隔を存して規則的に配列されている。

特開２００５−３１３６２３号公報

複数のノズルが規則的に配列された従来のインクジェットヘッドによると、一つのノズル列の終端に位置されたノズルと、当該ノズル列と隣り合う他のノズル列の始端に位置されたノズルとは、ノズル列の長さに匹敵する距離だけ記録媒体の搬送方向に離れている。

この構成によると、インクジェットヘッドに向かう記録媒体が、ノズル列が延びる方向に傾くことなく適正の姿勢で搬送されていれば、ノズルから吐出されるインクにより所望の解像度の画像を得ることができる。

しかしながら、ノズル列が延びる方向に記録媒体が傾いて搬送された場合、隣り合うノズル列の端部の間でノズルのピッチが広がったような状態となるのを避けられない。このため、記録媒体の上に到達したインクのドットの間隔が広くなり、記録媒体のうち隣り合うノズル列の間に対応する箇所に白い筋状の印字むらが発生することがある。

画像の上に白色の筋が残ると、この筋が目に留まり易くなり、高画質の画像を得る上での妨げとなる。

実施形態によれば、記録媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドは、前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に配列された複数のノズル列を有している。各ノズル列は、前記記録媒体に向けてインクを吐出する複数のノズルを含んでいる。
前記ノズル列を構成する複数の前記ノズルは、前記記録媒体の搬送方向に互いに間隔を存して配置され、かつ前記各ノズル列を構成する前記複数のノズルは、前記ノズル列が延びる方向に沿う直線に対し非対称となるように配列されている。
前記非対称となる前記複数のノズルの配列は、前記各ノズル列の前記記録媒体の搬送方向と直交する方向における一端に位置された少なくとも一つのノズルが、当該ノズルに対し前記一定のピッチで並んだ前記ノズルの配列方向に最も近接された他の２つのノズルよりも前記ノズル列が延びる方向に沿う直線に対し、前記記録媒体の搬送方向に沿う上流側に外れた位置に設けられる。前記各ノズル列の前記記録媒体の搬送方向と直交する方向における他端に位置された少なくとも一つのノズルは、当該ノズルに対し前記一定のピッチで並んだ前記ノズルの配列方向に最も近接された他の２つのノズルよりも前記ノズル列が延びる方向に沿う直線に対し、前記記録媒体の搬送方向に沿う下流側に外れた位置に設けられている。

第１の実施形態に係るインクジェット記録装置を概略的に示す側面図。 第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図。 第１の実施形態において、複数のノズル列がノズルプレートのノズル面に配列された状態を示すインクジェットヘッドの平面図。 図３のＦ４−Ｆ４線に沿う断面図。 図４のＦ５−Ｆ５線に沿う断面図。 第１の実施形態において、ノズル列を構成する複数のノズル間のピッチを誇張して示すインクジェットヘッドの平面図。 第１の実施形態において、保護層を構成するベースに振動板を積層した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、振動板の上に第１の電極の基となる薄膜を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、振動板の上に第１の電極を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、圧電体膜で振動板および第１の電極を覆った状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第１の電極の上に圧電体層を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、圧電体層の上に第２の電極の基となる薄膜を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、圧電体層の上に第２の電極を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第２の電極および振動板の上に電極保護膜を積層した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、振動板の上に第１の基板を積層するとともに、第１の基板にインク圧力室を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第１の基板が積層された振動板から電極保護膜を除去した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第２の電極および振動板の上に保護層を積層した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、保護層の上に撥液膜を形成するとともに、保護層および撥液膜にノズルを形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、撥液膜の上にノズル保護膜を形成した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、第１の基板の上にインク流通室を有する第２の基板を接着した状態を示す断面図。 第１の実施形態において、ノズル保護膜を剥離してノズルを露出させた状態を示す断面図。 複数のノズルを直線状に配列した比較例のインクジェットヘッドを示す平面図。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図。 第３の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図。 第４の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について、図１ないし図２２を参照して説明する。

図１は、インクジェット記録装置１００の一例を概略的に示している。インクジェット記録装置１００は、インクジェット記録装置１００の外郭を構成する箱形の筐体１０１を備えている。図１に示すように、給紙カセット１０２、排紙トレイ１０３、搬送路１０４および保持ドラム１０５が筐体１０１の内部に収容されている。

給紙カセット１０２は、記録媒体の一例である用紙Ｓを収容する要素であって、筐体１０１の底部に配置されている。用紙Ｓとしては、例えば無地の用紙、アート紙あるいはＯＨＰシート等を用いることができる。排紙トレイ１０３は、筐体１０１の上部に設けられて、筐体１０１の外に露出されている。

搬送路１０４は、給紙カセット１０２に連続する上流部１０４ａと、排紙トレイ１０３に連続する下流部１０４ｂとを備えている。給紙カセット１０２に収容された用紙Ｓは、ローラ１０６により一枚づつ搬送路１０４の上流部１０４ａに送り出される。

保持ドラム１０５は、給紙カセット１０２と排紙トレイ１０３との間に配置されている。給紙カセット１０２から搬送路１０４の上流部１０４ａに送り出された用紙Ｓは、保持ドラム１０５の外周面１０５ａを経由して搬送路１０４の下流部１０４ｂに導かれる。具体的には、保持ドラム１０５は、その外周面１０５ａに用紙Ｓを保持した状態で周方向に一定の速度で回転するように構成されている。

図１に示すように、保持ドラム１０５の周囲に、用紙押圧装置１０８、画像形成装置１０９、除電装置１１０およびクリーニング装置１１１が配置されている。用紙押圧装置１０８、画像形成装置１０９、除電装置１１０およびクリーニング装置１１１は、保持ドラム１０５の回転方向に沿う上流から下流に向けて順番に並んでいる。

用紙押圧装置１０８は、搬送路１０４の上流部１０４ａから保持ドラム１０５の外周面１０５ａに供給された用紙Ｓを保持ドラム１０５の外周面１０５ａに押し付ける。保持ドラム１０５の外周面１０５ａに押し付けられた用紙Ｓは、静電力により保持ドラム１０５の外周面１０５ａに吸着される。

画像形成装置１０９は、保持ドラム１０５の外周面１０５ａに吸着された用紙Ｓに画像を形成するための要素である。本実施形態の画像形成装置１０９は、例えばシアン画像を形成する第１のインクジェットヘッド１Ａ、マゼンダ画像を形成する第２のインクジェットヘッド１Ｂ，イエロー画像を形成する第３のインクジェットヘッド１Ｃおよびブラック画像を形成する第４のインクジェットヘッド１Ｄを備えている。第１ないし第４のインクジェットヘッド１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、保持ドラム１０５の回転方向に間隔を存して配列されている。保持ドラム１０５の回転方向は、保持ドラム１０５の外周面１０５ａに沿って搬送される用紙Ｓの搬送方向と言い換えることができる。

除電装置１１０は、所望の画像が形成された用紙Ｓの除電を行うとともに、除電後に用紙Ｓを保持ドラム１０５の外周面１０５ａから剥離させる機能を有する。保持ドラム１０５の外周面１０５ａから剥離された用紙Ｓは、搬送路１０４の下流部１０４ｂを通って排紙トレイ１０３に導かれる。

クリーニング装置１１１は、用紙Ｓが剥離された保持ドラム１０５の外周面１０５ａを清掃する機能を有する。クリーニング装置１１１は、除電装置１１０よりも保持ドラム１０５の回転方向に沿う下流側において、保持ドラム１０５の外周面１０５ａに接する位置と、保持ドラム１０５の外周面１０５ａから離脱する位置との間で移動可能となっている。

さらに、本実施形態のインクジェット記録装置１００は、用紙Ｓの表と裏を反転させる反転装置１１２を備えている。反転装置１１２は、除電装置１１０により保持ドラム１０５の外周面１０５ａから剥離された用紙Ｓを反転させて搬送路１０４の上流部１０４ａに戻す。これにより、用紙Ｓは、表と裏が反転された状態で再び保持ドラム１０５の外周面１０５ａに供給される。よって、用紙Ｓの表と裏の両面に所望の画像を形成することができる。

画像形成装置１０９を構成する第１ないし第４のインクジェットヘッド１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、基本的に共通の構成を有している。そのため、本実施形態では、第１のインクジェットヘッド１Ａの構成を代表して説明する。

図２ないし図４に示すように、第１のインクジェットヘッド１Ａは、用紙Ｓの搬送方向と直交する方向に延びる細長い形状を有している。図４に示すように、第１のインクジェットヘッド１Ａは、ノズルプレート２とヘッド本体３とで構成されている。ノズルプレート２は、振動板４、保護層５および撥液膜６を有する三層構造である。

振動板４は、例えば電気絶縁性を有するシリコン酸化膜で形成されている。振動板４の厚さは、概ね１０μｍ以下である。第１の実施形態では、シリコン酸化膜は、熱酸化により基板温度を約１０００℃として形成した。シリコン酸化膜の製法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いることができる。

保護層５は、振動板４に積層されている。保護層５は、例えばポリイミドのような樹脂材料で形成されている。保護層５の厚さは、６μｍである。第１の実施形態では、保護層５は、例えばスピンコーティングにより形成されている。保護層５の材料としては、例えばポリ尿素のような樹脂材料、ＳｉＯ_２のような酸化膜を用いることも可能である。この場合、保護層５の膜厚は、概ね３〜２０μｍである。

撥液膜６は、保護層５に積層されている。撥液膜６は、例えばフッ素樹脂のようなインクをはじく特性を有する材料で形成されている。第１の実施形態では、撥液膜６は、例えばスピンコーティングにより形成されている。撥液膜６の膜厚は、概ね０．１〜５μｍ、好ましくは１μｍである。撥液膜６は、ノズルプレート２の表面となるノズル面７を構成する。ノズル面７は、用紙Ｓの被印字面と向かい合うように第１のインクジェットヘッド１Ａの外に露出されている。

図２に示すように、複数のノズル列１０がノズルプレート２に形成されている。ノズル列１０は、矢印Ｘで示す第１のインクジェットヘッド１Ａの長手方向に間隔を存して一列に並んでいる。第１のインクジェットヘッド１Ａの長手方向とは、矢印Ｙで示す用紙Ｓの搬送方向と直交する方向のことであり、用紙Ｓの幅方向と一致する。

各ノズル列１０は、複数のノズル１１を有している。ノズル１１は、ノズルプレート２を厚み方向に貫通する孔である。ノズル１１の直径は、例えば２０μｍである。ノズル１１は、ノズルプレート２のノズル面７およびノズル面７の反対側に位置された振動板４の表面４ａに開口されている。

ヘッド本体２は、第１の基板１２および第２の基板１３を有している。第１の基板１２は、例えば単一のシリコン基板で形成されている。第１の基板１２の厚さは、例えば６７５μｍである。第１の基板１２は、振動板４の表面４ａに積層されて、振動板４と一体化されている。

ノズル１１と同数のインク圧力室１４が第１の基板１２に形成されている。インク圧力室１４は、例えば直径が２５０μｍの円筒状である。ノズル圧力室１４の一方の開口端は振動板４によって塞がれている。

言い換えると、振動板４は、インク圧力室１４に露出されている。インク圧力室１４は、ノズル１１に対応するように設けられているとともに、各インク圧力室１４の中央に各ノズル１１が連通されている。

第２の基板１３は、ステンレスのような金属材料で構成されている。第２の基板１３の厚さは、例えば４ｍｍである。第２の基板１３は、第１の基板１２に積層されているとともに、例えばエポキシ系の接着剤を用いて第１の基板１２に固定されている。

複数のインク流通室１５が第２の基板１３の内部に形成されている。インク流通室１５は、第２の基板１３の厚み方向に沿う深さが例えば２ｍｍの円筒状である。画像形成用のインクは、第１のインクジェットヘッド１Ａの外部からインク供給口１６を通じてインク流通室１５に供給される。

インク流通室１５は、連通口１７を通じてインク圧力室１４に通じている。連通口１７はノズル１１よりも小径な孔である。連通口１７は、ノズル１１と同軸となるように第２の基板１３に形成されている。インク供給口１６からインク流通室１５に分配されたインクは、連通口１７を通じてインク圧力室１４に供給される。

第１の実施形態では、インク供給口１６は、インク流通室１５の中央に位置されている。さらに、連通口１７にしてもインク流通室１５の中央およびインク圧力室１４の中央に位置されている。この結果、インクが複数のインク流通室１５から複数のインク圧力室１４に供給される際の流路抵抗が均等化されて、インク圧力室１４に供給されるインク量のばらつきが抑制されている。

第２の基板１３は、ステンレスに限らず、例えばアルミニウム合金、チタンのようなその他の金属材料で形成してもよい。加えて、第２の基板１３を形成する材料は金属に限らない。例えば、ノズルプレート２および第１の基板１２との膨張係数の差異を考慮して、インク吐出圧力に影響を及ぼさない範囲内で他の材料を用いることができる。

具体的には、セラミック材料としてのアルミナ、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウムなどの窒化物・酸化物を用いることができる。さらに、例えばＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材料を用いることができる。

図３および図４に示すように、第１の実施形態のノズルプレート２は、インクを加圧する複数のアクチュエータ２０を内蔵している。アクチュエータ２０は、ノズル１１毎に設けられている。

アクチュエータ２０は、ノズル１１を同軸状に取り囲むように振動板４の上にリング状に形成されているとともに、保護層５で覆われている。各アクチュエータ２０は、圧電体層２１、第１の電極２２および第２の電極２３を備えている。

圧電体層２１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で構成されている。圧電体層２１の材料としては、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ_３：チタン酸鉛）、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３）、ＺｎＯ、ＡＩＮ等を用いることも可能である。

圧電体層２１は、例えばＲＦマグネトロンスパッタリング法により基板温度３５０℃で形成されている。圧電体層２１は、その膜厚が３μｍ、直径が２５０μｍである。第１の実施形態では、圧電体層２１を形成した後、圧電体層２１に圧電性を付与するために、５００℃で３時間に亘る熱処理を施している。これにより、圧電体層２１は、良好な圧電性能を得ることができる。圧電体層２１が形成されると、圧電体層２１の厚さ方向に沿う分極が発生する。

圧電体層２１の他の製法としては、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ゾルゲル法、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）、水熱合成法等を用いることができる。この場合、圧電体層２１の厚さは、概ね０．１μｍから１０μｍの範囲となる。

第１の電極２２および第２の電極２３は、圧電体層２１を駆動するための信号を伝送するための要素であって、例えばＰｔ（白金）／Ｔｉ（チタン）の薄膜で形成されている。薄膜は、例えばスパッタリング法により形成され、その膜厚が０．５μｍである。

第１の電極２２および第２の電極２３を形成する他の材料としては、Ｎｉ（ニッケル）、ＣＵ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｕ（金）を用いることができるとともに、前記各種の金属を積層することも可能である。
第１の電極２２および第２の電極２３を形成する方法としては、例えば蒸着、鍍金を用いることも可能である。この場合、第１の電極２２および第２の電極２３の望ましい膜厚は、０．０１〜１μｍである。

図４に示すように、第１の電極２２は、振動板４に形成されている。第１の電極２２は、夫々電極部分２４を備えている。電極部分２４は、圧電体層２１よりも小径のリング形である。電極部分２４は、圧電体層２１で同軸状に覆われているとともに、圧電体層２１に電気的に接続されている。さらに、ノズル１１は、電極部分２４の中央部および圧電体層２１の中央部を同軸状に貫通している。

図３に示すように、アクチュエータ２０の第１の電極２２は、基幹配線２５から分岐された複数の中継配線２６を介して電気的に接続されている。したがって、第１の電極２２は、全ての圧電体層２１に共通して繋がっており、全ての圧電体層２１に一定の電圧を印加する共通電極として作用する。第１の実施形態によると、基幹配線２５および中継配線２６は、振動板４に形成されて保護層５で覆われている。基幹配線２５の配線幅は、概ね１００μｍである。

図４に示すように、第２の電極２３は、夫々電極部分２８と配線部２９とを備えている。電極部分２８は、圧電体層２１よりも小径のリング形である。電極部分２８は、圧電体層２１に同軸状に積層されて、圧電体層２１に電気的に接続されている。したがって、圧電体層２１は、第１の電極２２の電極部分２４と第２の電極２３の電極部分２８との間で挟み込まれている。さらに、ノズル１１は、電極部分２８の中央部を貫通している。

第２の電極２３の配線部２９は、電極部分２８の外周縁から振動板４に沿ってアクチュエータ２０の外に互いに間隔を存して引き出されている。

そのため、第２の電極２３は、圧電体層２１に個別に繋がっており、個々の圧電体層２１を独立して動作させる個別電極として作用する。第１の実施形態によると、第２の電極２３の配線部２９は、所定の導体パターンを形成しているとともに、電極部分２８と一緒に保護層５で覆われている。配線部２９は、アクチュエータ２０の周囲を通して配線するため、その配線幅が概ね１５μｍである。

第１の電極２２に電気的に接続された基幹配線２５および第２の電極２３の配線部２９は、第１のインクジェットヘッド１Ａの外部に導かれて、テープキャリアパッケージに電気的に接続されている。テープキャリアパッケージは、第１のインクジェットヘッド１Ａを駆動するための駆動回路を実装している。

駆動回路は、各アクチュエータ２０の第１の電極２２および第２の電極２３に駆動電圧を供給する。圧電体層２１の分極の方向と同じ向きの電界が第１および第２の電極２２，２３から圧電体層２１に印加されると、アクチュエータ２０が電界の向きと直交する方向に伸縮を繰り返そうとする。ここで、電界の向きと直交する方向とは、振動板４の表面４ａに沿う方向のことを指している。

アクチュエータ２０は、振動板４の上に形成されているので、振動板４がアクチュエータ２０の伸縮を妨げる働きをする。このため、アクチュエータ２０と振動板４との接触部分に応力が発生し、発生した応力は振動板４を厚み方向に撓むように変形させる。

この結果、アクチュエータ２０が電界の向きと直交する方向に伸縮を繰り返すことで、インク圧力室１４に露出された振動板４が厚み方向に振動し、インク圧力室１４内のインクの圧力を高める。したがって、インク圧力室１４内で加圧されたインクの一部がインク滴となってノズル１１から用紙Ｓに向けて吐出される。

図３は、ノズルプレート２のノズル面７に配列されたノズル列１０を部分的に拡大して示している。第１の実施形態によると、ノズル列１０は、用紙Ｓの搬送方向（Ｙ方向）に延びているとともに、用紙Ｓの搬送方向と直交するノズルプレート２の長手方向（Ｘ方向）に沿って１２０列に亘って配置されている。

各ノズル列１０は、夫々第１ないし第１０のノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊを有している。各ノズル列１０を構成する１０個のノズル１１ａ〜１１ｊは、ノズル列１０毎に用紙Ｓの搬送方向（Ｙ方向）に互いに間隔を存して配置されている。

したがって、第１の実施形態のノズルプレート２は、１２００個のノズル１１ａ〜１１ｊを有している。１２００個のノズル１１ａ〜１１ｊは、少なくとも用紙Ｓの幅方向に沿う長さに亘って二次元的にマトリクス状に配列されたノズル群３０を構成している。

図３に示すように、ノズル面７に開口された全てのノズル１１ａ〜１１ｊは、所望の解像度を得るために、ノズルプレート２の長手方向（Ｘ方向）に一定のピッチＰで並べられている。ノズル１１ａ〜１１ｊのピッチＰは、各ノズルに対応するインク圧力室１４が、隣り合う他のノズルに対応するインク圧力室１４と干渉することがない値に定められている。

さらに、各ノズル列１０を構成する第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊは、ノズル列１０が延びる方向に沿う直線Ｚに対し非対称となるようにランダムに配置されている。

具体的に述べると、図６は、第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊのピッチＰを誇張した状態で示している。第１のノズル１１ａは、ノズル列１０の一端に位置され、第１０のノズル１１ｊは、ノズル列１０の他端に位置されている。

第１の実施形態によると、各ノズル列１０にあっては、ノズル列１０の一端部に位置された第１および第２のノズル１１ａ，１１ｂが、第２のノズル１１ｂに対しノズル配列方向（Ｘ方向）に所定のピッチＰで最も近接された第３のノズル１１ｃよりも用紙Ｓの搬送方向に沿う上流側にずれた位置に設けられている。

加えて、各ノズル列１０にあっては、ノズル列１０の他端部に位置された第９および第１０のノズル１１ｉ，１１ｊが、第９のノズル１１ｉに対しノズル配列方向（Ｘ方向）に所定のピッチＰで最も近接された第８のノズル１１ｈよりも用紙Ｓの搬送方向に沿う下流側にずれた位置に設けられている。

この結果、図６に最もよく示されるように、第３ないし第８のノズル１１ｃ〜１１ｈは、前記直線Ｚに沿うように略一列に並んでいる。第１および第２のノズル１１ａ，１１ｂおよび第９および第１０のノズル１１ｉ，１１ｊは、前記直線Ｚから外れている。 このことから、第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊは、前記直線Ｚに対し非対称となるように不規則に配列されている。

第１の実施形態では、前記基幹配線２５が１２０列に亘るノズル列１０の第５のノズル１１ｅと第６のノズル１１ｆとの間を通してノズルプレート２の長手方向に配線されている。それとともに、前記基幹配線２５は、隣り合うノズル列１０の間では、一方のノズル列１０の第１０のノズル１１ｊと他方のノズル列１０の第１のノズル１１ａとの間を通っている。

したがって、各ノズル列１０においては、第５のノズル１１ｅと第６のノズル１１ｆとの間に基幹配線２５を通すスペースを確保するため、用紙Ｓの搬送方向（Ｙ方向）に沿う第５のノズル１１ｅと第６のノズル１１ｆとの間の配置間隔Ｌ１がノズル列１０の中で最も大きくなっている。

第１の実施形態によると、例えば第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊの直径を２０μｍ、第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊのピッチＰを４２μｍ、インク圧力室１４の直径を２５０μｍ、所定のピッチＰで最も近接されたノズルに付随するインク圧力室１４の間の間隔を１００μｍに設定している。第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊを有するノズル列１０をＸ方向に１２０列に亘って配置した場合、ノズルプレート２は、Ｘ方向の長さが５２．５ｍｍ、Ｙ方向の長さが５．２５ｍｍの大きさとなる。この場合、用紙Ｓの搬送方向に沿う第５のノズル１１ｅと第６のノズル１１ｆとの間の配置間隔Ｌ１は、８００μｍとなる。

第１の実施形態では、所定の解像度を得るために１インチあたり６００個のノズルが配置されることを想定してノズルのピッチＰを設定している。ノズルのピッチＰは、解像度の値に応じて適宜変化する。このため、ノズルのピッチＰは４２μｍに限定されないことは勿論である。

次に、前記のような構成を有する第１のインクジェットヘッド１Ａを製造する手順の一例について、図７ないし図２１を参照して簡単に説明する。

まず、図７に示すように、第１の基板１２の基となるベース４０に振動板４を積層した積層体４１を形成する。この後、振動板４に例えばフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを施すことで、開口部４２を形成する。

引き続いて、図８に示すように、振動板４の上に白金又はチタンの薄膜４３を例えばスパッタリング法により形成する。

さらに、図９に示すように、薄膜４３に例えばフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを施すことで、振動板４の上にリング状の第１の電極２２を形成する。

この後、図１０に示すように、振動板４および第１の電極２２の上にＰＺＴ製の圧電体膜４４を例えばスパッタリング法により形成する。引き続いて、圧電体膜４４に例えばフォトリソグラフィーおよびウエットエッチングを施すことで、振動板４の上に第１の電極２２を覆う圧電体層２１を形成する。（図１１を参照）
この後、図１２に示すように、振動板４および圧電体層２１の上に白金又はチタンの薄膜４５を例えばＣＶＤ法又はスパッタリング法により形成する。引き続いて、薄膜４５に例えばフォトリソグラフィーおよびドライエッチングを施すことで、振動板４および圧電体層２１の上にリング状の第２の電極２３を形成する。この結果、振動板４の上にアクチュエータ２０が形成される。（図１３を参照）
この後、図１４に示すように、振動板４の上に電極保護膜４６を形成する。これにより、アクチュエータ２０が電極保護膜４６で被覆された中間成形物４７が形成される。

この後、図１５に示すように中間成形物４７を上下に反転させて、ベース４０を上向きとする。この状態で、ベース４０に例えばDeep Reactive Ion Etching（シリコン深堀エッチング）を施すことで、ベース４０にインク圧力室１４を形成する。

引き続いて、図１６に示すように、再び中間成形物４７を上下に反転させるとともに、電極保護膜４６を除去する。これにより、振動板４およびアクチュエータ２０が露出される。

この後、図１７に示すように、振動板４の上に保護層５となるノズル保護膜４８を例えばフォトリソグラフィーにより形成し、このノズル保護膜４８でアクチュエータ２０を被覆する。さらに、ノズル保護膜４８の上に撥液膜６を例えば蒸着等の手段により積層する。この結果、アクチュエータ２０を内蔵したノズルプレート２が形成される。

この後、図１８に示すように、ノズル保護膜４８および撥液膜６に例えばドライエッチングおよびアッシングを施すことで、ノズル保護膜４８および撥液膜６を貫通する貫通孔４９を形成する。貫通孔４９は、振動板４の開口部４２に同軸状に連通することでノズル１１を構成する。

引き続いて、図１９に示すように、撥液膜６の上にノズル保護膜４９ａを積層し、ノズル保護膜４９ａでノズル１１の開口端およびノズル面７を保護する。

この後、図２０に示すように中間成形物４７を再び上下に反転させ、インク圧力室１４が形成されたベース４０を上向きとする。この状態で、予めインク流通室１５、インク供給口１６および連通口１７が形成された第２の基板１３を第１の基板１２の上に接着する。これにより、第１の基板１２と第２の基板１３とが一体化されたヘッド本体３が形成される。

最後に、ノズル保護膜４９ａを撥液膜６から剥離させてノズル面７を露出させるとともに、中間成形物４７を予め決められた大きさに裁断する。このことにより、一連の第１のインクジェットヘッド１Ａの成形工程が完了する。

第１の実施形態によると、ノズルプレート２の長手方向（Ｘ方向）に沿って配列されたノズル列１０は、夫々ノズル列１０の一端部に位置された第１および第２のノズル１１ａ，１１ｂが、第２のノズル１１ｂに対しノズル配列方向に所定のピッチＰで最も近接された第３のノズル１１ｃよりも用紙Ｓの搬送方向に沿う上流側に設けられている。

さらに、ノズル列１０の他端部に位置された第９および第１０のノズル１１ｉ，１１ｊが、第９のノズル１１ｉに対しノズル配列方向に所定のピッチＰで最も近接された第８のノズル１１ｈよりも用紙Ｓの搬送方向に沿う下流側に設けられている。

この結果、図６に示すように、ノズル列１０の第３ないし第８のノズル１１ｃ〜１１ｈは、前記直線Ｚに沿うように略一列に並んでいるのに対し、第１および第２のノズル１１ａ，１１ｂおよび第９および第１０のノズル１１ｉ，１１ｊは、前記直線Ｚから外れている。
このように第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊを配置することで、Ｘ方向に一定のピッチＰで隣り合うノズルのうち、用紙Ｓの搬送方向に沿う配置間隔Ｌ１が最大となる第５のノズル１１ｅと第６のノズル１１ｆとの間の距離を、最大でも８００μｍに抑えることが可能となる。

一方、図２２は、比較例としてのインクジェットヘッド１を示している。比較例のインクジェットヘッド１では、ノズル列１０を構成する第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊが用紙Ｓの搬送方向に対して一定の角度αを有する斜めの方向に互いに間隔を存して直線状に規則的に配列されている。

この比較例において、用紙Ｓの搬送方向と直交するＸ方向に沿う第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊのピッチＰ、ノズル１１ａ〜１１ｊの直径およびインク圧力室１４の直径等は、第１の実施形態と同様である。

図２２から明らかなように、一つのノズル列１０の他端に位置する第１０のノズル１１ｊと、隣り合う他のノズル列１０の一端に位置する第１のノズル１１ａとは、ノズル列１０の長さに匹敵する距離だけ用紙Ｓの搬送方向（Ｙ方向）に離れている。

この比較例では、一方のノズル列１０の他端に位置する第１０のノズル１１ｊと、隣り合う他方のノズル列１０の一端に位置する第１のノズル１１ａとの間のＹ方向に沿う配置間隔Ｌ２が３５００μｍとなっている。

このような比較例によると、第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊを直線状に規則的に配列したことで、隣り合うノズル列１０の間に、用紙Ｓの搬送方向に沿うノズルの配置間隔Ｌ２が局部的に広がった箇所が形成される。

この結果、例えばノズル列１０が延びる方向に用紙Ｓが傾いて搬送された場合、一方のノズル列１０の他端に位置する第１０のノズル１１ｊと、隣り合う他方のノズル列１０の一端に位置する第１のノズル１１ａとの間のピッチＰが見かけ上拡張された状態となる。

そのため、例えば隣り合う二つのノズル列１０から用紙Ｓにインクを吐出した場合に、用紙Ｓに到達したインクのドットの間隔が局部的に広がるのを避けられない。よって、用紙Ｓに形成された画像上にインクの抜けに伴うが白い筋が発生することがある。

これに対し、第１の実施形態に係る第１のインクジェットヘッド１Ａによれば、ノズル列１０を構成する第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊを前記のような配列とすることで、所定のピッチＰで隣り合う第１ないし第１０のノズル１１ａ〜１１ｊの用紙Ｓの搬送方向に沿う配置間隔を可能な限り小さく抑えることができる。

第１の実施形態によると、基幹配線２５が第５のノズル１１ｅと第６のノズル１１ｆとの間を通過するにも拘らず、ノズル列１０の中で最も大きくなる第５のノズル１１ｅと第６のノズル１１ｆとの間の配置間隔Ｌ１が８００μｍとなる。よって、前記比較例と比較して用紙Ｓの搬送方向に沿うノズルの最大配置間隔を大幅に縮小することができる。

この結果、たとえ用紙Ｓがノズル列１０が延びる方向に傾いたとしても、用紙Ｓの上に到達したインクのドットの間隔が局部的に広がるのを防止できる。したがって、画像の上に白い筋状の印字むらが生じ難くなり、所望の解像度を有する高画質の画像を得ることができる。

第１の実施形態では、１０個のノズルによって構成されるノズル列を、用紙の搬送方向と直交するＸ方向に１２０列に亘って配置している。しかしながら、ノズル列の数および一つのノズル列が有するノズルの数（行数）は、第１の実施形態に特定されるものではなく、インクジェットヘッドに要求される画像の解像度に応じて適宜変更することができる。

［第２の実施形態］
図２３は、第２の実施形態を開示している。第２の実施形態は、用紙の搬送方向に沿うノズル列の形状が第１の実施形態と相違している。これ以外の第１のインクジェットヘッド１Ａの基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図２３は、複数のノズル列５０がノズルプレート２のノズル面７に配列された状態を示している。第２の実施形態によると、ノズル列５０は、用紙Ｓの搬送方向（Ｙ方向）に延びているとともに、用紙Ｓの搬送方向と直交するノズルプレート２の長さ方向（Ｘ方向）に沿って複数列に亘って配置されている。

各ノズル列５０は、第１の列５１と第２の列５２とを備えている。第１の列５１は、例えば１０個のノズル５３ａを有している。第２のノズル列５２は、例えば１０個のノズル５３ｂを有している。全てのノズル５３ａ，５３ｂは、所望の解像度を得るために、ノズルプレート２の長さ方向（Ｘ方向）に所定のピッチＰで並んでいる。ノズル５３ａ，５３ｂのピッチＰは、各ノズル５３ａ，５３ｂに付随するインク圧力室１４が、所定のピッチＰで隣り合うノズル５３ａ，５３ｂのインク圧力室１４と干渉することがない値に定められている。

第１の列５１を構成する１０個のノズル５３ａは、用紙Ｓの搬送方向に沿う直線Ｒに対して所定の角度θ1だけ傾斜する方向に互いに間隔を存して直線状に配列されている。第２の列５２を構成する１０個のノズル５３ｂは、前記直線Ｒに対して第１の列５１とは逆方向に所定の角度θ2だけ傾斜する方向に互いに間隔を存して直線状に配列されている。

言い換えると、第１の列５１のノズル５３ａおよび第２の列５２のノズル５３ｂは、夫々用紙Ｓの搬送方向（Ｙ方向）に互いに間隔を存して配置されている。

この結果、各ノズル列５０の第１および第２の列５１，５２は、ノズル面７を平面的に見た場合に、用紙Ｓの搬送方向に沿う直線Ｒに対し非対称となるようにＶ字状に配置されている。

よって、第２の実施形態に係る第１のインクジェットヘッド１Ａにしても、複数のノズル列５０のノズル５３ａ，５３ｂは、少なくとも用紙Ｓの幅方向に沿う長さに亘って二次元的にマトリクス状に配列されたノズル群５５を構成している。

さらに、第２の実施形態によると、例えばノズル５３ａ，５３ｂの直径を２０μｍ、ノズル５３ａ，５３ｂのピッチＰを４２μｍ、インク圧力室１４の直径を２５０μｍ、所定のピッチＰで最も接近されたノズル５３ａ，５３ｂに付随するインク圧力室１４の間隔を１００μｍに設定するとともに、２０個のノズル５３ａ，５３ｂをＶ字状に配列したノズル列５０をＸ方向に１２０列に亘って配置した場合、ノズルプレート２は、Ｘ方向の長さが５２．５ｍｍ、Ｙ方向の長さが７．２ｍｍの大きさとなる。

さらに、この場合、ノズル列５０の第１の列５１および第２の列５２において、用紙Ｓの搬送方向に隣り合うノズル５３ａ，５３ｂの配置間隔Ｌ３は、６００μｍとなる。

第２の実施形態によると、各ノズル列５０は、用紙Ｓの搬送方向に沿う直線Ｒに対し非対称となるようにＶ字状に配置された第１および第２の列５１，５２を有している。そのため、第１の実施形態と比較した場合、ノズルプレート２は、用紙Ｓの搬送方向（Ｙ方向）に沿う寸法が増加するものの、所定のピッチＰで隣り合うノズル５３ａ，５３ｂに関しては、用紙Ｓの搬送方向に沿うノズル５３の配置間隔Ｌ３を第１の実施形態よりも小さくすることができる。

このため、たとえ用紙Ｓが直線Ｒに対し傾いたとしても、用紙Ｓの上に到達したインクのドットの間隔が局部的に広がるのを防止できる。よって、画像の上に白い筋状の印字むらが生じ難くなり、所望の解像度を有する高画質の画像を得ることができる。

［第３の実施形態］
図２４は、第３の実施形態に係るインクジェットヘッド６０を開示している。第３の実施形態のインクジェットヘッド６０は、主にインクを加圧する部分の構成が第１の実施形態と相違している。

図２４に示すように、インクジェットヘッド６０は、ノズルプレート６１および基板６２を備えている。ノズルプレート６１は、例えば単一のシリコン基板６３と、シリコン基板６３の表面を覆う撥液膜６４とで構成されている。ノズルプレート６１は、複数のノズル６５（一つのみ図示）を備えている。ノズル６５は、ノズルプレート６１を厚み方向に貫通するとともに、例えば前記第１の実施形態あるいは第２の実施形態と同様のパターンでノズルプレート６１に配列されている。

基板６２は、ノズルプレート６１よりも厚い単一のシリコン基板で形成されている。基板６２は、ノズルプレート６１の上に積層されて、ノズルプレート６１と一体化されている。

ノズル６５と同数のインク圧力室６６が基板６２に形成されている。インク圧力室６６は、ノズル６５よりも大径な円筒状であり、その一端がノズルプレート６１によって塞がれている。ノズル６５は、インク圧力室６６の中央に同軸状に連通されている。さらに、インク圧力室６６は、図示しないインク供給路に接続されている。そのため、画像を形成するためのインクは、インク供給路からインク圧力室６６に供給されるようになっている。

基板６２の上に振動板６８が積層されている。振動板６８は、例えば電気絶縁性を有するシリコン酸化膜で形成されている。振動板６８は、ノズルプレート６１と向かい合うようにインク圧力室６６の他端を塞いでいる。そのため、振動板６８は、インク圧力室６６に露出されている。

図２４に示すように、振動板６８の上にインクを加圧するアクチュエータ７０が配置されている。アクチュエータ７０は、各インク圧力室６６に対応するように設けられている。

アクチュエータ７０は、第１の電極７１、圧電体層７２および第２の電極７３を備えている。第１の電極７１は、振動板６８の上面に形成されている。圧電体層７２は、例えばＰＺＴ製であって、第１の電極７１の上に積層されて、第１の電極７１に電気的に接続されている。第２の電極７３は、圧電体層７２の上に積層されて、圧電体層７２に電気的に接続されている。

第１の電極７１は、全てのアクチュエータ７０の圧電体層７２に共通して繋がっており、全ての圧電体層７２に一定の電圧を印加する共通電極として作用する。第２の電極７３は、全てのアクチュエータ７０の圧電体層７２に個別に繋がっており、個々の圧電体層７２を独立して動作させる個別電極として作用する。

第１および第２の電極７１，７２から圧電体層７２の分極の方向と同じ向きの電界が圧電体層７２に印加されると、前記第１の実施形態と同様に、アクチュエータ７０の伸縮動作に応じて振動板６８が厚み方向に振動する。振動板６８は、インク圧力室６６に露出しているので、インク圧力室６６内のインクに圧力変化が生じる。

この結果、インク圧力室６６内で加圧されたインクの一部がインク滴となってノズル６５から用紙Ｓに向けて吐出される。

[第４の実施形態]
図２５は、第４の実施形態に係るインクジェットヘッド８０を開示している。第４の実施形態のインクジェットヘッド８０は、インク圧力室内のインクを加圧するための構成が第３の実施形態と相違している。これ以外のインクジェットヘッド８０の構成は、第３の実施形態と同様である。そのため、第４の実施形態において、第３の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図２５に示すように、基板６２の上にトッププレート８１が積層されている。トッププレート８１は、ノズルプレート６１と向かい合うようにインク圧力室６６の他端を塞いでいる。さらに、トッププレート８１は、インク供給口８２を有している。インク供給口８２は、図示しないインク供給路に接続されている。画像を形成するためのインクは、インク供給路からインク供給口８２を経てインク圧力室６６に供給される。

図２５に示すように、トッププレート８１は、インク圧力室６６に露出された内面８１ａを有している。ヒータのような発熱素子８３がトッププレート８１の内面８１ａに取り付けられている。発熱素子８３は、インク圧力室６６に充填されたインクに浸かっている。

このような構成において、発熱素子８３が発熱すると、インク圧力室６６内のインクが加熱されて気泡が発生する。この気泡によりインク圧力室６６内のインクに圧力変化が生じる。

この結果、インク圧力室６６内で加圧されたインクの一部がインク滴となってノズル６５から用紙Ｓに向けて吐出される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以下に、インクジェットヘッドの他の形態に係る発明を付記する。

［１］記録媒体にインクを吐出させることで、前記記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドであって、
前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に配列された複数のノズル列を有し、各ノズル列は、前記記録媒体に向けてインクを吐出する複数のノズルを含み、
前記ノズルは、前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に一定のピッチで並んでいるとともに、前記各ノズル列は、複数の前記ノズルが前記記録媒体の搬送方向に対して傾斜するように配列された第１の列と、複数の前記ノズルが前記記録媒体の搬送方向に対して前記第１の列とは逆方向に傾斜するように配列された第２の列と、を含むインクジェットヘッド。

［２］［１］の記載において、前記各ノズル列の前記第１の列および前記第２の列は、前記記録媒体の搬送方向に沿う直線に対し非対称に配置されたインクジェットヘッド。

［３］［１］の記載において、インクを加圧して前記ノズルから吐出させる複数のアクチュエータをさらに備えており、前記アクチュエータは、個々のノズルに対応するように設けられたインクジェットヘッド。

［４］［１］の記載において、前記ノズルは、少なくとも前記記録媒体の幅方向に対応する長さに亘って二次元的に配列されたノズル群を構成したインクジェットヘッド。

［５］記録媒体にインクを吐出させるインクジェットヘッドであって、
前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に配列された複数のノズル列を有し、各ノズル列は、前記記録媒体に向けてインクを吐出する複数のノズルを含み、
前記ノズルは、前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に一定のピッチで並んでいるとともに、前記ノズル列毎に前記ノズル列が延びる方向に沿う直線に対し非対称となるように前記記録媒体の搬送方向に互いに間隔を存して配置されたインクジェットヘッド。

［６］［５］の記載において、インクを加圧して前記ノズルから吐出させる複数のアクチュエータをさらに備えており、前記アクチュエータは、個々のノズルに対応するように設けられたインクジェットヘッド。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］記録媒体にインクを吐出させることで、前記記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドであって、前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に配列された複数のノズル列を有し、各ノズル列は、前記記録媒体に向けてインクを吐出する複数のノズルを含み、前記ノズルは、前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に沿って一定のピッチで並んでいるとともに、前記ノズル列毎に前記記録媒体の搬送方向に互いに間隔を存して配置され、前記各ノズル列の一端に位置された少なくとも一つのノズルは、当該ノズルに対し前記一定のピッチで並んだ前記ノズルの配列方向に最も近接された他のノズルよりも前記記録媒体の搬送方向に沿う上流側に設けられ、前記各ノズル列の他端に位置された少なくとも一つのノズルは、当該ノズルに対し前記一定のピッチで並んだ前記ノズルの配列方向に最も近接された他のノズルよりも前記記録媒体の搬送方向に沿う下流側に設けられたインクジェットヘッド。
［２］［１］の記載において、インクを加圧して前記ノズルから吐出させる複数のアクチュエータをさらに備えており、前記アクチュエータは、個々のノズルに対応するように設けられたインクジェットヘッド。
［３］［２］の記載において、前記アクチュエータは、互いに間隔を存して並んでいるインクジェットヘッド。
［４］［１］の記載において、前記各ノズル列を構成する前記複数のノズルは、前記ノズル列が延びる方向に沿う直線に対し非対称となるように配列されたインクジェットヘッド。
［５］［１］の記載において、前記ノズルは、少なくとも前記記録媒体の幅方向に対応する長さに亘って二次元的に配列されたノズル群を構成したインクジェットヘッド。
［６］［１］ないし［５］のいずれか一項に記載されたインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置。

１Ａ，６０，８０…インクジェットヘッド（第１のインクジェットヘッド）、１０…ノズル列、１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ，１１ｉ，１１ｊ），６５…ノズル、Ｓ…記録媒体（用紙）。

Claims (5)

1. 記録媒体にインクを吐出させることで、前記記録媒体に画像を形成するインクジェットヘッドであって、
   前記記録媒体の搬送方向と直交する方向に配列された複数のノズル列を有し、各ノズル列は、前記記録媒体に向けてインクを吐出する複数のノズルを含み、
   前記ノズル列を構成する複数の前記ノズルは、前記記録媒体の搬送方向に互いに間隔を存して配置され、かつ前記各ノズル列を構成する前記複数のノズルは、前記ノズル列が延びる方向に沿う直線に対し非対称となるように配列され、
   前記非対称となる前記複数のノズルの配列は、前記各ノズル列の前記記録媒体の搬送方向と直交する方向における一端に位置された少なくとも一つのノズルが、当該ノズルに対し前記一定のピッチで並んだ前記ノズルの配列方向に最も近接された他の２つのノズルよりも前記ノズル列が延びる方向に沿う直線に対し、前記記録媒体の搬送方向に沿う上流側に外れた位置に設けられ、
   前記各ノズル列の前記記録媒体の搬送方向と直交する方向における他端に位置された少なくとも一つのノズルが、当該ノズルに対し前記一定のピッチで並んだ前記ノズルの配列方向に最も近接された他の２つのノズルよりも前記ノズル列が延びる方向に沿う直線に対し、前記記録媒体の搬送方向に沿う下流側に外れた位置に設けられたインクジェットヘッド。
2. 請求項１の記載において、インクを加圧して前記ノズルから吐出させる複数のアクチュエータをさらに備えており、前記アクチュエータは、個々のノズルに対応するように設けられたインクジェットヘッド。
3. 請求項２の記載において、前記アクチュエータは、互いに間隔を存して並んでいるインクジェットヘッド。
4. 請求項１の記載において、前記ノズルは、少なくとも前記記録媒体の幅方向に対応する長さに亘って二次元的に配列されたノズル群を構成したインクジェットヘッド。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載されたインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置。

Images