CN1268490C - 喷墨打印头及具有该喷墨打印头的喷墨打印机 - Google Patents

Abstract

本发明的喷墨头，包括：流路单元，含多个压力室，上述压力室中的每一个的一端与喷嘴连接、另一端与墨水供给源连接，上述多个压力室沿平面彼此相邻配置，同时两个以上的上述压力室与一个上述喷嘴连通；以及执行单元，其被固定于上述流路单元的一个表面并被配置为跨越在多个上述压力室的上方，以便使上述压力室中的每一个的容积变化；其中上述执行单元包括：在与压力室分别对应的位置上设置的多个独立电极；其特征在于，上述执行单元包括：上述多个压力室所共用的共用电极；以及一个或多个压电板，被配置为跨越在上述多个压力室的上方，并被夹持在上述共用电极和至少一个上述独立电极之间。

Description

喷墨打印头及具有该喷墨打印头的喷墨打印机

技术领域

本发明涉及一种向印刷载体上喷墨而进行打印的喷墨头(ink-jethead)以及具有该喷墨头的喷墨打印机。

背景技术

在喷墨打印机中，喷墨头将从墨水容器供给的墨水分配到多个压力室(pressure chamber)，通过选择地对各压力室施加压力，从喷嘴(nozzle)喷出墨水。作为用于选择地对压力室施加压力的一个装置，使用执行单元，该执行单元层叠了由陶瓷构成的多枚压电板。

众所周知的上述喷墨头的一个例子，具有一个执行单元(actuatorunit)，该执行单元层叠了跨越多个压力室的多枚连续平板状的压电板，并且至少一枚压电板被多个压力室共用，该执行单元被夹在保持接地电位的共用电极(common electrode)和配置在与各压力室对应的位置上的多个独立电极即驱动电极(individual electrode or drivingelectrode)之间(参照特开平4-341852号公报)。被驱动电极和共用电极夹持且在层叠方向上极化的压电板部分，如果使其两侧的驱动电极的电位与共用电极不同，则由于纵向压电效应(longitudinalpiezoelectric effect)，其作为活性层(active layer)在层叠方向上伸缩。由此，压力室内的容积产生变化，从而会从与压力室连通的喷嘴向印刷载体喷出墨水。

近年来，对于上述喷墨头，从降低消耗功率和制造成本等观点出发，强烈希望以低电压驱动执行单元。但是，上述喷墨头的现状无法完全满足这样的要求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种能以低电压驱动执行单元的喷墨头以及具有该喷墨头的喷墨打印机。

根据本发明，提供一种喷墨头，包括：流路单元，含多个压力室，上述压力室中的每一个的一端与喷嘴连接、另一端与墨水供给源连接，上述多个压力室沿平面彼此相邻配置，同时两个以上的上述压力室与一个上述喷嘴连通；以及执行单元，其被固定于上述流路单元的一个表面并被配置为跨越在多个上述压力室的上方，以便使上述压力室中的每一个的容积变化；其中上述执行单元包括：在与压力室分别对应的位置上设置的多个独立电极；其特征在于，上述执行单元包括：上述多个压力室所共用的共用电极；以及一个或多个压电板，被配置为跨越在上述多个压力室的上方，并被夹持在上述共用电极和至少一个上述独立电极之间。

由于多个压力室与一个喷嘴连通，所以通过驱动执行单元，使墨水从上述多个压力室同时向喷嘴喷出，可以使执行单元的驱动电压实现低电压化，并且可以确保足够的喷墨量。而且，伴随着驱动电压的低电压化，可以降低消耗功率，且可以使驱动执行单元的驱动器IC小型化，降低制造成本。在本发明中，执行单元的驱动电压随着与一个喷嘴连通的压力室的数量增加，可以进一步实现低电压化。并且，根据本发明，由于执行单元跨越多个压力室而配置，所以易于制造。

附图说明

参照以下附图的说明，可以进一步清楚本发明的目的、特征和优点。

图1是包含本发明第一实施方式的喷墨头的喷墨打印机的简图。

图2是本发明第一实施方式的喷墨头的斜视图。

图3是沿图2的III-III线的剖视图。

图4是图3所示的点划线所包围的区域的放大图。

图5是图4所示的点划线所包围的区域的放大图。

图6是图5所示的点划线所包围的区域的放大图。

图7(a)是图4所示的打印头主体的局部剖视图。

图7(b)是图4所示的打印头主体的主要部分的透视平面图。

图8是图4所示的打印头主体的局部分解斜视图。

图9是图6的简要局部放大平面图。

图10是沿图9的X-X线的局部剖视图。

图11(a)是部分替换图4所示的喷墨头的部件、与图7(a)对应的局部剖视图。

图11(b)是部分替换图4所示的喷墨头的部件、与图7(b)对应的主要部分透视平面图。

图12是图11(a)、(b)所示的喷墨头、与图6对应的图。

图13(a)是本发明第二实施方式的喷墨头、与图7(a)对应的局部剖视图。

图13(b)是本发明第二实施方式的喷墨头、与图7(a)对应的主要部分透视平面图。

具体实施方式

图1是包含本发明第一实施方式的喷墨头的喷墨打印机的简图。图1所示的喷墨打印机即喷墨记录装置101，是具有四个喷墨头1的彩色喷墨打印机。在该打印机101中，在图中左方构成送纸机构111，在图中右方构成排纸机构112。

在打印机101内部，形成从送纸机构111流向排纸机构112的纸张传输路径。在紧邻送纸机构111的下游侧，配置有夹持传输作为图像记录载体的纸张的一对送纸辊子105a、105b。通过一对送纸辊子105a、105b，纸张被从图中左方向右方传输。在纸张传输路径的中间，配置有两个皮带轮106、107，以及环绕在两个皮带轮106、107之间的环状传输带108。对传输带108的外周面即传输面进行硅酮处理，可以借助于粘附力将由一对送纸辊子105a、105b所传输的纸张保持在传输带108的传输面上，同时通过一个皮带轮106向图中顺时针方向旋转(箭头104的方向)的旋转驱动，向下游侧(右方)传输。

在用纸相对于皮带轮106的插入和排出位置上，配置有镇纸部件109a、109b。镇纸部件109a、109b用于将纸张压在传输带108的传输面上，使其可靠地粘附在传输面上，以使传输带108上的纸张不从传输面上浮起。

沿纸张传输路径，在紧邻传输带108的下游侧，设有剥离机构110。剥离机构110将粘附在传输带108的传输面上的纸张从传输面剥离，使其向右方的排纸机构112传输。

4个喷墨头1在其下端具有打印头主体1a(如后所述，该打印头主体1a贴合有形成包含压力室的墨水通路的墨水通路机构(ink passageunit)和对压力室内的墨水施加压力的执行单元)。打印头主体1a分别具有矩形截面，并且相邻配置，使得其纵向与纸张传输方向垂直。即，该打印机101为行式打印机。4个打印头主体1a的各底面与纸张传输路径相对置，在上述底面上设有喷嘴，该喷嘴形成具有微小直径的多个喷墨口。从4个打印头主体1a分别喷出红色(magenta)、黄色(yellow)、蓝色(cyan)、黑色(black)墨水。

打印头1a被配置成，在其下表面与传送带108的传输面之间形成很窄的间隙，在该间隙形成纸张传输路径。以此种构成，当在传输带108上传输的纸张顺次通过4个打印头主体1a的下方时，从喷嘴向该纸张的上表面即印刷面喷射各色墨水，因而在纸张上形成所希望的彩色图像。

喷墨打印机101具有维护机构117，用于对喷墨头1自动进行维护。该维护机构117设有用于覆盖4个打印头主体1a的下表面的4个盖体116和未图示的清洗机构等。

当通过喷墨打印机101进行打印时，维护机构117位于送纸机构111正下方的位置上(避让位置)。当打印结束之后满足规定条件时(例如不进行打印动作的状态持续规定时间时，或者打印机101的电源被关闭时)，维护机构117移动到紧邻4个打印头主体1a的下方位置，在该位置(护罩位置)上，通过盖体116分别覆盖打印头主体1a的下表面，从而可以防止打印头主体1a的喷嘴部分的墨水风干。

皮带轮106、107和传输带108由基座113支持。基座113放置在配置于其下方的圆筒部件115上。圆筒部件115以装配于偏离中心的位置上的轴114为中心，可以旋转。因此，当伴随着轴114的旋转，圆筒部件115的上端高度发生变化时，基座113相应地升降。当使维护机构117从避让位置向护罩位置移动时，预先使圆筒部件115旋转适当的角度，使基座113、传输带108和皮带轮106、107从图1所示的位置下降适当的距离，以确保维护机构117的移动用的空间。

在由传输带108所包围的区域内，配置有大体为长方体形状的导向机构121，通过与相对于喷墨头1的位置即上侧的传输带108的下表面接触，从内周侧支持传输带108。

以下对本实施方式的喷墨头1的结构，进行详细说明。图2是喷墨头1的斜视图。图3是沿图2的III-III线的剖视图。如图2和图3所示，本实施方式的喷墨头1包括：打印头主体1a，具有向一个方向(主扫描方向)延伸的矩形平面形状；基部131，用于支持打印头主体1a。基部131除了支持打印头主体1a，还支持向独立电极35(参照图6)等提供驱动信号的驱动器IC 132和基板133。

如图2所示，基部131由以下部分构成：基块138，通过与打印头主体1a的上表面部分地接合，支持打印头主体1a；支架139，通过与基块138的上表面接合，支持基块138。基块138是与打印头主体1a的长度方向长度大致相同的近似长方体形状的部件。由不锈钢等金属材料正常地基块138具有减去支架139的轻量构造体的功能。支架139由以下部分构成：支架主体141，配置在打印头主体1a一侧；一对支架支持部142，从支架主体141向与打印头主体1a相反一侧延伸。一对支架支持部142均为平板状部件，沿支架主体141的长度方向以规定间隔彼此平行配置。

在支架主体141的副扫描方向(与主扫描方向正交的方向)的两端部，设有向下方突出的一对挡裙部141a。一对挡裙部141a均在支架主体141的长度方向整个宽度上形成，所以在支架主体141的下表面，由一对挡裙部141a形成近似正方体形状的槽部141b。在该槽部141b内，容纳基块138。基块138的上表面和支架主体141的槽部14b的底面，由粘结剂接合。基块138的厚度比支架主体141的槽部141b的深度稍大，所以基块138的下端部从挡裙部141a向下方伸出。

在基块138的内部，作为向打印头主体1a供给墨水的流路，形成在其长度方向上延伸的近似长方体旋转的空隙(中空区域)即墨水池3。在基块138的下表面145上，形成与墨水池3连通的开口3b(参照图4)。墨水池3通过未图示的供给管与打印机主体内的未图示的主墨水容器(墨水供给源)连接。因此，可以从主墨水容器向墨水池3补充适量的墨水。

基块138的下表面145在开口3b附近从周围向下方伸出。基块138仅在下表面145的开口3b附近部分145a，与打印头主体1a的流路单元4(参照图3)接触。因此，在基块138的下表面145的开口3b附近部分145a以外的区域，与打印头主体1a的隔离开，在该隔离部分上配置执行单元21。

在支架139的支架支持部142的外侧面，通过海绵等弹性部件137固定有驱动器IC132。在驱动器IC的外侧面，紧密配置有散热器(heatsink)134。散热器134是近似长方体形状的部件，可以使驱动器IC 132产生的热量有效地发散。作为供电部件的柔性印刷电路板(FPC：Flexible Printed Circuit)136与驱动器IC 132连接。与驱动器IC132连接的FPC136通过锡焊与基板133和打印头主体1a电连接。在驱动器IC132和散热器134的上方，在FPC136的外侧，配置有基板133。散热器134的上表面和基板133之间，以及散热器134下表面和FPC136之间，分别通过密封部件149接合。

在支架主体141的挡裙部141a下表面和流路单元4上表面之间，配置有夹持FPC136的密封部件150。即，FPC136相对于流路单元4和支架主体141，由密封部件150固定。由此，可以防止打印头主体1a长度较大时的弯曲，并且可以防止对执行单元21和FPC136的连接部施加应力以及可靠地保持FPC136。

如图2所示，在沿喷墨头1的主扫描方向的下方角部附近，沿喷墨头1的侧壁，等间距地配置有6个凸起部30a。这些板状部件是设置在打印头主体1a最下层的喷嘴板30(参照图7)的次扫描方向两端部的部分。即，喷嘴板30沿凸起部30a和除此之外的部分的边界线弯折90度。凸起部30a设置在打印机101中、与用于打印的各纸张的两端部附近对应的位置上。喷嘴板30的弯折部分不是直角，而是弯折成带圆角形状，所以不易发生以下情况，即向与喷墨头1接近的方向传输来的纸张的前端部与喷墨头1的侧面接触，而产生纸张堵塞即卡纸。

图4是打印头主体1a的简要俯视图。在图4中，用虚线表示在基块138内形成的墨水池3。如图4所示，打印头主体1a为向一个方向(主扫描方向)延伸的矩形平面形状。打印头主体1a具有后述的形成多个压力室10和喷嘴前端的喷墨口8(参照图5、图6、图7(a)、(b))的流路单元4，形成为交错状、排列成2列的多个台形执行单元21与其上表面接合。各执行单元21的平行的对边(上边和下边)沿流路单元4的纵向配置。相邻的执行单元21的斜边在流路单元4的宽度方向上重叠。

与执行单元21的接合区域对应的流路单元4的下表面成为喷墨区域。在喷墨区域的表面，如后所述，多个喷墨口8排列成矩阵状。此外，在流路单元4上方配置的基块138内，沿其纵向形成墨水池3。墨水池3通过设在其一端上的开口3a，与墨水容器(未图示)连通，因此总是充满墨水。墨水池3在其延伸方向上形成2个一对的开口3b，在没有设置执行单元21的区域内设置成交错状。

图5是由图4内的点划线所围成的区域的放大图。如图4和图5所示，墨水池3通过开口3b，与其下层的流路单元4内的岐管(manifoldchannel)5连通。开口3b内设有用于捕获墨水内含有的灰尘等的过滤器(未图示)。岐管5的前端部分为两叉，形成副岐管5a。在一个执行单元21的下部，两个副岐管5a分别从在喷墨头1的纵向彼此相邻的2个开口3b进入该执行单元21。即，在一个执行单元21的下部，一共4个副岐管5a沿喷墨头1的纵向延伸。各副岐管5a内充满由墨水池3供给的墨水。

图6是由图5的点划线所围成的区域的放大图。如图5和图6所示，在执行单元21的上表面，平面形状为近似菱形的独立电极35呈矩阵状规则地排列。此外，在流路单元与执行单元21对应的喷墨区域的表面上，呈矩阵状地排列有多个喷墨口8。在流路单元4内，呈矩阵状地分别排列有与各喷墨口8连通的压力室(空腔)10和狭孔12，其中压力室10的平面形状为比独立电极35大一圈的近似菱形。压力室10在与独立电极35对应的位置上形成，在平面视图中，独立电极35的大部分包含在压力室10中。在图5和图6中，为了容易理解该图，用实线表示位于执行单元21内或流路单元4内、本应以虚线表示的压力室10和狭孔(aperture)12。

图7(a)、(b)是图4的打印头主体的局部剖视图和主要部分透视平面图。从图7(a)、(b)可知，各喷墨口8在不存在副岐管5a的区域，形成纤细形状的喷嘴，该喷嘴设在沿压力室10的较长对角线方向(以下称为“对角线方向”)相邻的两个压力室10的中间位置上。此外，喷墨口8上方的空隙分为两支，分别通过压力室10(长900μm、宽350μm)和狭孔12与副岐管5a连通。即，2个压力室10与1个喷墨口相连通。这样，在喷墨头1内，形成从墨水容器经由墨水池3、岐管5、副岐管5a、狭孔12及压力室10至喷墨口8的墨水通路(ink passage)32，从压力室10经由墨水通路32而流出的2股墨水流在喷墨口8的上方汇合，然后从喷墨口8喷出。

以下参照图6，对配置在图5所示的台形喷墨区域内的压力室10、副岐管5a等的结构进行说明。在图5和图6所示的平面内，压力室10在喷墨头1的长度方向(第一排列方向)和从喷墨头1的宽度方向稍倾斜的方向(第二排列方向)2个方向上被排列在墨水喷出区域内。第一排列方向和第二排列方向形成比直角稍小的角度θ。

在形成于流路单元4上表面上的压力室10的矩阵内，存在多个压力室阵列，上述压力室阵列由图6所示的、沿第一排列方向配置的多个压力室10构成。根据与各压力室10连接的喷墨口8的配置不同，压力室阵列有第一和第二压力室阵列两种。在第一压力室阵列11a中，从相对于图6的纸面垂直的方向(第三方向)看，在与第一排列方向交叉的、连接压力室10两端的方向，即对角线方向上，喷墨口8偏向该压力室10的一侧，在本实施方式中为图6的纸面上侧。另一方面，在第二压力室阵列11b中，在对角线方向上，喷墨口8偏向该压力室10的另一侧，在本实施方式中为图5的纸面下侧。上述第一和第二压力室阵列11a、11b每隔两列交互地排列。因此，与属于第一压力室阵列11a的压力室10连通的喷墨口8，以及与属于从该第一压力室阵列11a开始第2列上的第二压力室阵列11b的压力室10连通的喷墨口8是共用的，喷墨口8隔离上述两个压力室10位于两者中间。

向第一排列方向延伸的副岐管5a与多个压力室10连通，作为共用墨水通路。从相对于图6的纸面垂直的方向看，为了使与各压力室10连接的喷墨口8朝向外侧，该副岐管5a包含彼此相邻的一个第一压力室阵列11a和一个第二压力室阵列11b的边界区域，并且与喷墨口8不重合。为了增大其宽度，优选副岐管5a包含彼此相邻的各一个压力室阵列11a、11b的大部分。即，在副岐管5a与喷墨口8不重合的范围内，优选使副岐管5a的宽度界限延伸到压力室10的与喷墨口8连接的一端附近。

从图7(a)可知，使压力室10和副岐管5a可连通的狭孔12与流路单元4的表面大致平行地延伸。该狭孔12施加适当的流路阻力，以提高喷墨的稳定程度。此外，压力室10和狭孔12设置为不同的高度。由此，如图6所示，在位于执行单元21下方的墨水喷出区域所对应的流路单元4内，在平面视图上，可以使与一个压力室10连通的狭孔12配置在与该压力室相邻的压力室10相同的位置上。其结果是，压力室10之间可以高密度地紧密排列，所以能通过较小面积的喷墨头1打印高析像度的图像。

在压力室10内，用于喷墨的压力波的传播方向(以下简称为“压力波的传播方向”)与连接压力室10两端的方向，即与压力室10的对角线方向大致平行。在压力波的传播方向垂直于表面的情况下，一般使压力室10的平面形状为圆形或正多边形等轴对称形状，但在压力室10为菱形等细长形状，压力波的传播方向为沿表面的对角线方向的情况下，执行单元21的AL长度(Acoustic Length)(压力波在压力室10内传播的时间)较长。因此，在进行所谓的“吸入喷出”(fill before fire，预先对所有的独立电极35施加电压，使所有的压力室10的容积缩小，仅解除要进行喷墨动作的压力室10的独立电极35的电压，使其容积扩大，然后再次对独立电极35施加电压，使压力室10的容积缩小，从而利用在压力室10内传播的压力波，高效地对墨水施加喷出压力的方法)的情况下，不必增大独立电极35的驱动时钟频率，就能容易地进行驱动电压控制。

压力室10和喷墨口8在第一排列方向上以50dpi排列。另一方面，压力室10在第二排列方向上，在一个喷墨区域内包含12个(喷墨口8为6个)而排列，由于在第二排列方向上排列12个压力室10，使得向第一排列方向的位移相当于一个压力室10。由此，在喷墨头1的整个宽度内，在第一方向上相邻的2个喷墨口8之间的间隔距离范围内，有6个喷墨口8。在各喷墨区域的第一排列方向的两端部(相当于执行单元21的斜边)，通过与喷墨头1的宽度方向相对的喷墨区域成互补关系，而满足上述条件。因此，在本实施方式的喷墨头1中，随着相对于纸张、向喷墨头1宽度方向的相对移动，顺次从在第一及第二排列方向所排列的多个喷墨口8喷出墨滴，从而可以在主扫描方向上以300dpi进行打印。

以下，对本实施方式的喷墨头1的截面结构进行说明。图8是图4所示的打印头主体1a的局部分解斜视图。如图7(a)和图8所示，喷墨头1的底部主要部分具有叠层结构，从上到下层叠有执行单元21、空腔板(cavity plate)22、基板(base plate)23、狭孔板(aperture plate)24、供应板(supply plate)25、岐管板(manifold plate)26、27、盖板(cover plate)29以及喷嘴板(nozzle plate)30共9枚板材。其中，除了执行单元21，其余8枚板材构成流路单元4。构成流路单元4的8枚板材22～30也可以叠层多枚板材而构成。

如后所述，执行单元21层叠有4枚压电板并且配置有电极，其中仅最上层具有活性层，其余3层为非活性层(non-active layer)。

空腔板22是设有多个与压力室10对应的近似菱形的开口的金属板。如图7(a)、(b)所示，基板23是对空腔板22的每一个压力室10，分别设有压力室10和狭孔12之间的连通孔23a以及从压力室10通向喷墨口8的连通孔23b的金属板。

狭孔板24是对空腔板22的每一个压力室10，除了分别设有狭孔12，还分别设有与连通孔23b连接、通向喷墨口8的连通孔24b的金属板。供应板25是对空腔板22的每一个压力室10，分别设有狭孔12和副岐管5a之间的连通孔25a以及连接连通孔23b、24b、通向喷墨口8的连通孔25b的金属板。

岐管板26是设置在副岐管5a的上部，对空腔板22的每一个压力室10，分别设有与连通孔23b、24b、25b连通、通向喷墨口8的连通孔26b的金属板。岐管板27是设置在副岐管5a的下部，对在对角线方向上相邻的每两个压力室10，分别设有连接与上述压力室10连通的2个连通孔26b的一个连通孔27b的金属板。

盖板29是对在对角线方向上相邻的每2个压力室10，分别设有与连通孔23b、24b、25b、26b、27b连通、通向喷墨口8的连通孔29b的金属板。喷嘴板30是对在对角线方向上相邻的每2个压力室10，分别设有通过连通孔23b、24b、25b、26b、27b、29b与2个压力室10连通的、作为喷嘴工作的纤细的喷墨口8的金属板。

上述9枚板材21～30彼此对位而层叠，以形成如图7(a)所示的墨水流路32。该墨水流路32从副岐管5a开始先向上方，然后在狭孔12中沿水平延伸，然后再向上方，在压力室10中再沿水平延伸，然后在偏离狭孔12的方向上向斜下方，再垂直向下方，在连通孔27b中，与来自在对角线方向上相邻的2个压力室10的墨水汇合，最后到达喷墨口8。

在本实施方式中，除空腔板22和喷嘴板30外的6枚板材，即基板23、狭孔板24、供应板25、岐管板26、27、盖板29构成连接板。由连通孔23b、24b、25b、26b、27b、29b形成连接流路。

以下，对执行单元21的详细结构进行说明。图9是图6的简要局部放大平面图。如图9所示，在执行单元21的上表面的平面视图中，与各压力室10实质重合的位置上，分别设有厚度为1.1μm左右的独立电极35。独立电极35由近似菱形的主电极部35a和从主电极部35a的一个锐角部延续而形成的、比主电极部35a小的近似菱形的辅助电极部35b构成。主电极部35a具有比压力室10小一圈，并有与压力室10近似的形状，在平面视图中，其收容在压力室10内。此外，辅助电极部35b在平面视图中，其大部分区域从压力室10伸出。在执行单元21上表面的独立电极35以外的区域，露出后述的压电板41。

图10是沿图9的X-X线的局部剖视图。如图9所示，执行单元21分别包含厚度为1.5μm左右、同样形成的4枚压电板41、42、43、44。在执行单元21的上表面，贴有FPC 136，用于提供控制独立电极35和共用电极34的电位的信号。压电板41～44是连续平板层，跨越在喷墨头1内的1个喷墨区域内形成的多个压力室10而配置。压电板41～44作成连续平板层，并且跨越多个压力室10而配置，由此能高密度地配置独立电极35。因此，也能高密度地配置在与独立电极35对应的位置上形成的压力室10，从而打印高析像度的图像。在本实施方式中，压电板41～44由具有强电介性的钛酸锆酸铅(PZT)系列的陶瓷材料制成。

在位于最上层的压电板41和与其下方相邻的压电板42之间，有在压电板整个表面形成的厚度为2μm左右的共用电极34。此外，如上所述，在执行单元21的上表面即压电板41的上表面，对应每个压力室10都形成独立电极35，独立电极35由具有与压力室10相似的平面形状(长850μm、宽250μm)且在层叠方向的投影区域被包含压力室区域内的主电极部35a以及近似为菱形的辅助电极部35b构成。进而，在压电板43和压电板44之间，以及压电板42和压电板43之间，分别有加强用金属膜36a、36b，用于加强执行单元21。加强用金属膜36a、36b与共用电极34同样在整个板面上形成且具有与共用电极34大致相同的厚度。在本实施方式中，独立电极35由叠层金属材料构成，该叠层金属材料的基底由Ni(膜厚为1μm左右)形成、表层由Au(膜厚为0.1μm左右)形成，共用电极34和加强用金属膜36a、36b由Ag-Pd系列金属材料构成。加强用金属膜36a、36b不起电极的作用，不是必须设置的，但通过设置加强用金属膜36a、36b，可以补偿烧结后的压电板41～44的脆性，使压电板41～44易于操纵。

共用电极34在未图示的区域通过FPC 136被接地。由此，共用电极34在所有与压力室10对应的区域，被保持相等的一定电位(例如接地电位)。此外，独立电极35为了与每个压力室10对应地控制电位，在近似菱形的辅助电极部35b中，与对应每个独立电极35而独立地在FPC 136内配置的引线(未图示)接触，通过该引线与未图示的驱动装置连接。由此，在本实施方式的平面视图中，在位于压力室10外侧的辅助电极部35b中，独立电极35和FPC 50连接，因此能减小对执行单元21在层叠方向上的伸缩的阻碍，从而能增大压力室10的容积变化量。共用电极34可以形成在层叠方向上的投影区域对每个压力室10比压力室10大的多个，以包含压力室区域，或者可以形成投影区域对应每个压力室10比压力室小的多个，以包含在压力室区域内，而不必是在压电板整个表面上形成的一枚导电板。但是，此时，共用电极之间必须电连接，使得与压力室10对应的所有部分为相同的电位。

在本实施方式的喷墨头1中，压电板41～44的极化方向为其厚度方向。即，执行单元21形成最上侧(即离压力室10最远)的压电板41为具有活性层的层、下侧(即靠近压力室10)的3枚压电板42～44为非活性层的单面(unimolf)型结构。因此，当使独立电极35为正或负的规定电位时，例如如果电场和极化同方向，则由压电板41～43中的电极所夹的活性层由于横向压电效应，向与极化方向垂直的方向收缩。另一方面，压电板42～44由于不受电场的影响，不会自发地收缩，所以在最上层的压电板41和下层的压电板42～44之间，在压电板之间会产生向与极化方向垂直的方向的扭曲差，从而会产生变形，使得压电板41整体向非活性层一侧凸起(单面变形)。此时，如图9所示，由于压电板41～44的下表面被固定在分隔压力室的隔板(空腔板)22的上表面，其结果是压电板41～44向压力室一侧凸起而变形。因此，压力室10的容积变小，墨水的压力上升，从而从喷墨口8喷出墨水。此后，当使独立电极35恢复到与共用电极34相同的电位时，压电板41～44变回原来的形状，压力室10也恢复到原来的容积，从而从岐管5一侧吸入墨水。

作为其他的驱动方法，可以预先使独立电极35为与共用电极34不同的电位，对于每个喷墨请求，使独立电极35与共用电极34暂时为相同的电位，然后经过规定的时间，再次使独立电极35变为与共用电极34不同的电位。在这种情况下，在独立电极35和共用电极34为相同的电位期间内，压电板41～44恢复原来的形状，由此，压力室10的容积与初始状态相比变大，从而墨水从岐管5一侧被吸入压力室10内。然后，在使独立电极35再次变为与共用电极34不同的电位的期间内，压电板41～44向压力室10一侧凸起而变形，压力室10的容积变小，由此对墨水的压力上升，墨水被喷出。

此外，如果施加在压电板41～44上的电场方向与其极化方向相反，则由于横向压电效应(transversal piezoelectric effect)，由独立电极35和共用电极34所夹的压电板41内的活性层向垂直于极化方向的方向伸长。因此，压电板41～44向压力室10一侧凹进而变形。因此，压力室10的容积变大，墨水从岐管5一侧被吸入。然后，如果独立电极35恢复到原来的电位，则压电板41～44恢复原来的形状，压力室1010的容积恢复原来的容积，由此墨水从喷墨口8被喷出。

在本实施方式的喷墨头1中，由于2个压力室10与1个喷墨口8连通，如果驱动执行单元21的独立电极35，使墨水同时从该2个压力室10向喷墨口8喷出，则一个喷墨口8的喷墨量是2个压力室10之和，所以即使把从各压力室10喷出的墨水量减半，也可以确保足够的喷墨量。即，在本实施方式中，同一个压力室10与一个喷墨口8连通的情况相比，可以极大地降低独立电极35的驱动电压。随着独立电极35的驱动电压的低电压化，可以减小消耗功率，并且可以使驱动独立电极35的驱动器IC小型化，从而减小制造成本。

特别是，在执行单元21跨越多个压力室10而配置的情况下，如果增大其中一个压力室10的单面变形量，则该压力室10受到其周围部分的更大的机械约束，所以应施加在与该压力室10对应的独立电极35上的电压与变形量之间的关系不是线性的。即，与从初始状态开始的变形量小的区域相比，在变形量大的区域中，为了增大相同的变形量而应增大的电压将变大。但是，在本实施方式中，如上所述，由于可以使来自各压力室10的喷墨量减半，所以可以使各压力室10的单面变形量变得较小，从而可以在从初始状态开始的变形量小的区域进行驱动，使驱动电压降低一半以下。因此，消耗功率的减小和驱动器IC的低成本化的效果非常好。

随着与一个喷墨口8连通的压力室10的个数增多，独立电极35的驱动电压可以实现更低电压化。另一方面，如果与一个喷墨口8连通的压力室10的个数增多，则由于喷墨头1所包含的喷墨口8数量减少，从而被打印的图像的析像度变低。由此，与一个喷墨口8连通的压力室10的数量与被打印的图像的析像度为折中(trade off)关系。

此外，在喷墨头1中，执行单元21包含由与各压力室10共用的共用电极34和配置在与各压力室10对应的位置上的多个独立电极35所夹的具有活性层的压电板41。因此，可以通过改变由共用电极和独立电极所夹的、作为压电板的活性层的数量和厚度等，来较容易地增减压力室10的容积变化量。

此外，喷墨头1的仅离执行单元21的压力室10最远的压电板41包含活性层，并且仅在与位于压电板41的压力室一侧的表面相反的表面(上表面)上形成独立电极35。因此，在制造执行单元21时，不必形成用于使平面视图上重合设置的独立电极之间彼此连接的通孔，从而能易于制造。

并且，由于在流路单元4中彼此相邻的多个压力室10配置成矩阵状，所以可以在较小的区域内高密度地配置多个压力室10。

此外，由于压力室10的平面形状为菱形，所以能确保在压力室10，压力波的传播方向长度很长，并且多个压力室彼此接近配置。

进而，本实施方式的喷墨头1，在离压力室10最远的包含活性层的压电板41和流路单元4之间，配置作为非活性层的3枚压电板42～44。这样，相对于1层活性层配置3层非活性层，由此可以使压力室10的容积变化量较大。因此，本发明人认为可以实现独立电极35的驱动电压的低电压化，并且可以实现压力室10的小型化和高集成化。

此外，根据具有上述结构的本实施方式的喷墨头1，通过将压电板41夹在共用电极34和独立电极35之间，通过压电效应可以容易地使压力室10的容积变化。此外，由于包含活性层的压电板41为连续平板层，所以易于制造。

此外，本实施方式的喷墨头1，具有使靠近压力室10的压电板42～44为非活性层、使离压力室10最远的压电板41成为包含活性层的层的单面型结构的执行单元21。因此，可以通过横向压电效应增大压力室10的容积变化量，与压力室10一侧为包含活性层的层、其相反一侧为非活性层的喷墨头相比，可以实现施加在独立电极35上的电压的低电压化和/或压力室10的高集成化。通过实现加载电压的低电压化，可以使驱动独立电极35的驱动器小型化，降低成本，并且即使减小压力室10，使其高集成化时，也可以喷出足够的墨水，从而实现了打印头1的小型化和打印点的高密度配置。

此外，在喷墨头1中，在每个喷墨区域被分割的多个执行单元21在与流路单元4连接的状态下，沿其纵向排列。由此，由于通过烧结等成形，可以使易于产生尺寸精度不均匀和独立电极35的位置精度不均匀的每个执行单元21与流路单元4进行对位，从而即使打印头的尺寸较大，也可以抑制各执行单元21和流路单元4的位置偏差量的增大，使两者高精度地进行对位。由此，即使对于离目标较远的独立电极35，其相对于压力室10的位置也不会大幅地偏离规定位置，从而使喷墨头1的制造合格率大幅提高。另一方面，与此相反，如果执行单元21以与流路单元4相同的尺寸形成，则当使执行单元21与流路单元4重合时，平面视图中独立电极35相对于压力室10的位置偏离规定位置的偏移量随着远离目标而变大，从而使离目标较远的压力室10的喷墨性能变差，失去了喷墨头1内的喷墨性能的均一性。

进而，本实施方式的喷墨头1的各执行单元21实质上具有台形形状，多个执行单元21配置成交错的2列，使得各执行单元21的平行对边沿流路单元4的纵向，并且相邻的执行单元21的各斜边在流路单元4的宽度方向上重叠。这样，由于相邻的执行单元21的各斜边重叠，当喷墨头1相对于印刷载体在其宽度方向上相对移动时，沿流路单元4的宽度方向而存在的各压力室10之间可以互补，从而可以实现高析像度打印，并且可以实现宽度非常窄的小型喷墨头1。

以下，对喷墨头1的打印头主体1a的制造方法进行说明。为了制造执行单元21，首先将5枚构成压电板41～44的陶瓷材料的生板材(green sheet)进行层叠，然后进行烧固。在层叠时，在各陶瓷材料上图像印刷构成共用电极34、加强用金属膜36a、36b的金属材料。烧固后，在压电板41的整个表面上电镀构成独立电极35的金属材料，然后通过激光构图，除去不要的部分，或者使用在与独立电极35对应的部分上有开口的掩模，在压电板41上蒸镀构成独立电极35的金属材料。

这样，仅独立电极35与其他电极不同，不是与构成压电板41～44的陶瓷材料同时烧固，所以不必担心露出外部的独立电极35由于烧结时的高温加热而被蒸发。此外，由于独立电极35在烧固后通过上述方法形成，所以能形成得较薄。这样，在本实施方式的喷墨头1中，通过使位于最上层的独立电极35形成得较薄，使包含活性层的压电板41的位移难以被独立电极35限制，从而能提高执行单元21的效率(电效率和面积效率)。

如果考虑上述烧结时的蒸发，则压电板41～44烧结后，图形印刷由金属涂料制成的独立电极35，然后烧结独立电极35。在这种情况下，在压电板41～44烧结时，压电板41～44已经充分收缩，所以独立电极烧结时的收缩几乎不会使压电板41～44的尺寸变化。因此，可以使独立电极35与对应的压力室10高精度地对位。

此外，如上所述，通过设置加强用金属膜36a、36b，可以加强压电板41～44的脆度，提高压电板41～44的操作性，但不一定非要设置加强用金属膜36a、36b。例如，如果执行单元21的尺寸为1英寸左右，则即使不设置加强用金属膜36a、36b，也不会由于脆度对压电板41～44的操作性产生影响。

在本实施方式中，如上所述，仅在压电板41上形成独立电极35。另一方面，当在压电板41之外的压电板42～44上也形成独立电极时，必须在压电板41～44层叠和烧结前将所述独立电极印刷在所希望的压电板41～44上。因此，由于烧结时压电板41～44的收缩，压电板42～44上的独立电极的位置精度和压电板41上的独立电极35的位置精度产生偏差。但是，在本实施方式中，由于仅在压电板41上形成独立电极35，所以不会产生所述位置精度的偏差，独立电极35可以与对应的压力室10高精度地对位。

如上所述制造的执行单元21通过粘结剂与流路单元4接合，该流路单元4通过将利用单独的蚀刻工艺而形成多个开口的空腔板22等8枚金属板接合而制成。此时，根据在流路单元4的空腔板22的表面和执行单元21的压电板41的表面上分别形成的、用于对位的标记，将两者接合起来。这样，制成了打印头主体1a。

然后，将用于向独立电极35提供电信号的FPC 136通过锡焊与执行单元21电连接，进而通过规定的工艺，完成喷墨头1的制造。

执行单元21的包含活性层的压电板41和作为非活性层的压电板42～44由相同的材料形成，因此不需要更换材料的步骤，能以较简单的制造工艺进行制造。因此，可以降低制造成本。进而，由于包含活性层的压电板41和作为非活性层的压电板42～44实质上均具有相同的厚度，所以制造工艺的简化会导致成本降低。其原因是可以简化涂覆层叠构成压电板的陶瓷材料时的厚度调整工艺。

如上所述，在本实施方式的喷墨头1中，流路单元4由8枚板材22～30层叠而成。因此，只要更换上述8枚板材22～30的一部分，就可以容易地变换一个压力室10与一个喷墨口8连通的状态，以及两个或两个以上的压力室10与一个喷墨口8连通的状态。对于这一点，参照图11(a)、(b)和图11进一步进行说明。图11(a)、(b)是分别与在一个压力室10与各喷墨口8连通的情况下的图7(a)、(b)对应的局部剖视图和主要部分透视平面图，图12是与图6对应的平面图。在图11(a)、(b)和图12中，对与图6和图7(a)、(b)相同的部件标以相同的标号。

通过比较图7(a)和图11(a)可知，图11(a)的流路单元64相对于图7(a)的流路单元4，将岐管板27替换为岐管板67，将盖板29替换为盖板69，将喷嘴板30替换为喷嘴板70，而其他的板材22～26对两者是共用的。

如图11(a)、(b)所示，岐管板67是设置在副岐管5a的下部，对于空腔板22的每一个压力室10，分别设置在与岐管板26的连通孔26b相同的位置上以相同的形状形成的连通孔67b的金属板。盖板69是对于每一个压力室10，分别设置与连通孔23b、24b、25b、26b、67b连接、通向喷墨口68的连通孔69b的金属板。喷嘴板70是对于每一个压力室10，分别设置通过连通孔23b、24b、25b、26b、67b、69b与一个压力室10连通的、起到喷嘴作用的纤细的喷墨口68的金属板。

这样，在具有图11(a)、(b)和图21所示的流路单元64的喷墨头的情况下，一个压力室10与一个喷墨口68连通，喷墨口68设置在与压力室10的端部对应的位置上。因此，喷墨口68的数量是本实施方式的喷墨头1的2倍，可以在主扫描方向上以600dpi进行打印。

如图11(a)、(b)和图12所示的流路单元64，仅通过替换本实施方式的流路单元4的3枚板材即可得到，所以易于制造。因此，根据本实施方式，能实现通过低电压驱动来共用多个可打印高析像度图像的打印头和可打印低析像度图像的打印头的部件。

以下，对本实施方式的第二实施方式进行说明。图13(a)、(b)是本实施方式的喷墨头的与图7(a)、(b)对应的局部剖视图和主要部分透视平面图。在图13(a)、(b)中，对与图7(a)、(b)和图11(a)、(b)相同的部件使用相同的标号。

通过比较图13(a)和图11(a)可知，图13(a)的流路单元74是将图11(a)的流路单元64中的基板23替换为基板73的流路，而其他的板材22、24～70对两者是共用的。

如图13(a)、(b)所示，基板73是对于每一个压力室10，设置压力室10和狭孔12之间的连通孔73a，同时设置连接在对角线方向上相邻的2个压力室10和一侧的连通孔24b的细长形状的连通孔73b的金属板。通过在基板73上设置连通孔73b，可以从2个压力室10向与连通孔73b连通的喷墨口68供给墨水，但墨水没有供给与连通孔73b不连通的喷墨口68′，该喷墨口68是虚设的。

这样，在图13(a)、(b)所示的本实施方式的喷墨头中，与上述第一实施方式相同，2个压力室10也与一个喷墨口68连通，所以可以降低独立电极35的驱动电压。此外，本实施方式的喷墨头，为了从可用300dpi进行低析像度打印的状态变为图11(a)、(b)所示的可用600dpi进行高析像度打印的状态，仅更换基板73即可，因此与上述实施方式相比，具有可进一步提高部件通用化的优点。此外，本实施方式还具有以下优点，即从2个墨水通路流出的墨水的汇合位置在最靠近压力室10的基板73内，离喷墨口68较远，从而可以减小伴随墨水汇合而产生的紊流对来自喷墨68的墨水的喷出特性的影响。

在上述实施方式中，压电板和电极材料不限于上述材料，可以用其他公知的材料代替。此外，压力室的平面形状或截面形状、配置方式、包含活性层的压电板数量、非活性层的数量等也可以进行适当改变。例如，可以在流路单元上仅接合形成为细长的一个执行单元。此外，包含活性层的压电板和非活性层可以设定为不同的厚度。

此外，在上述实施方式中，2个压力室与一个喷墨口连通，但也可以使3个以上的压力室与一个喷墨口连通。

此外，在上述实施方式中，仅使离位于最上层的离压力室最远的压电板为包含活性层的压电板，但也可以使其他的压电板为包含活性层的压电板。为了制造这样的喷墨头，在层叠压电板时，只要印刷与包含活性层的压电板的一个表面(例如压电板42的下表面)接触的独立电极图形即可。在这种情况下，需要形成用于连接在平面视图中上下重合的各独立电极的通孔，制造工艺较为复杂。

此外，在上述实施方式中，通过在压电板上配置独立电极和共用电极来形成执行单元，但不一定使用这样的执行单元，只要能使各压力室的容积分别变化，也可以使用其他的执行单元。

此外，在上述实施方式中，流路单元是将板状的金属板层叠接合而成的，但流路单元不一定由板材层叠而成。此外，当流路单元为板材层叠而成时，来自多个墨水通路的墨水可以在任意的金属板上汇合。

此外，在上述实施方式中，将台形的多个执行单元配置成交错状的2列，但执行单元不必一定作成台形的，可以将多个执行单元沿流路单元的纵向配置成1列。或者将执行单元配置成交错状的3列以上。

Claims (9)

1.一种喷墨头，包括：

流路单元，包含多个压力室，上述压力室中的每一个的一端与喷嘴连接、另一端与墨水供给源连接，上述多个压力室沿平面彼此相邻配置，同时两个以上的上述压力室与一个上述喷嘴连通；以及

执行单元，其被固定于上述流路单元的一个表面并被配置为跨越在多个上述压力室的上方，以便使上述压力室中的每一个的容积变化；

其中上述执行单元包括：

在与压力室分别对应的位置上设置的多个独立电极；

其特征在于，上述执行单元包括：

上述多个压力室所共用的共用电极；

以及

一个或多个压电板，被配置为跨越在上述多个压力室的上方，并被夹持在上述共用电极和至少一个上述独立电极之间。

2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，

上述流路单元由多个板状部件层叠而成。

3.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，

上述流路单元包括：

空腔板，构成多个上述压力室；

喷嘴板，形成多个上述喷嘴；以及

连接板，形成有使两个以上的上述压力室与一个上述喷嘴连通的连接流路，由一个板状部件或层叠的两个以上板状部件构成。

4.根据权利要求3所述的喷墨头，其特征在于，

通过替换上述连接板的一个或多个上述板状部件以及上述喷嘴板中至少其中之一，可以转换两个以上的上述压力室与一个上述喷嘴连通的状态，以及仅一个上述压力室与一个上述喷嘴连通的状态。

5.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，

上述压力室的两端在与上述平面平行的面内，具有连接上述两端的方向的长度比与其垂直的方向的长度长的细长形状。

6.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，上述多个压力室彼此相邻并且配置成矩阵状。

7.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，上述压力室的平面形状为菱形。

8.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，多个上述执行单元沿上述流路单元的长度方向排列。

9.一种包含喷墨头的喷墨打印机，该喷墨头包括：

流路单元，包含多个压力室，上述压力室中的每一个的一端与喷嘴连接、另一端与墨水供给源连接，上述多个压力室沿平面彼此相邻配置，同时两个以上的上述压力室与一个上述喷嘴连通；以及

执行单元，其被固定于上述流路单元的一个表面并被配置为跨越在多个上述压力室的上方，以便使上述压力室中的每一个的容积变化；

其中上述执行单元包括：

在与压力室分别对应的位置上设置的多个独立电极；

其特征在于，上述执行单元包括：

上述多个压力室所共用的共用电极；

以及

一个或多个压电板，被配置为跨越在上述多个压力室的上方，并被夹持在上述共用电极和至少一个上述独立电极之间。

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