JP2004122680A

JP2004122680A - インクジェットプリンタヘッド

Info

Publication number: JP2004122680A
Application number: JP2002292502A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sekiguchi; 関口　恭裕
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: JP4324757B2; US7125097B2; US20040066430A1

Abstract

【課題】プレート１４〜２２を複数枚積層してなるキャビティユニットにおける各圧力室２３に対応するノズル２４の位置が、圧力室２３のプレートの板厚方向の垂線からプレートの平面方向に大きくずらせた設計時にも、圧力室２３からノズル２４にインクが流れる連通路２５を形成できるようにする。
【解決手段】連通路２５のうちの少なくとも一部を、１枚のプレートの広幅面と略平行状の凹溝状流通部５０にて構成し、且つ第１凹溝状流通部５０ａと第２凹溝状流通部５０ｂとは、１枚のプレートの表面側と裏面側とに交互に開放され、且つプレートの板厚の一部を残して凹み形成されているものである。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタヘッドに係り、より詳しくは、列状に並ぶノズルの数を多くした大型のインクジェットプリンタヘッドの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術のオンディマンド型のインクジェットプリンタヘッドにおいては、特許文献１等に開示されているように、複数枚のプレートを積層して、インク流路を有するキャビティユニットが構成され、これらのプレートは複数個のノズルを備えたノズルプレートと、この各ノズルごとの圧力室を備えたベースプレートと、インク供給源に接続され、且つ前記各圧力室に接続する共通インク室とのしてのマニホールド室を有するマニホールドプレート等とから構成されている。圧電アクチュエータは、圧電セラミックス板を挟んで内部電極としてのコモン電極と個別電極とを交互に積層して構成され、前記個別電極とコモン電極との重なり部である活性部が前記圧力室となるように、圧電アクチュエータとキャビティユニットとが接合されている。
【０００３】
ところで、通常のインクジェットプリンタ装置においては、そのインクジェットプリンタヘッドを備えたキャリッジを、用紙搬送方向（副走査方向という）と直交する方向（主走査方向）に往復移動させながら、前記用紙の幅方向に印刷作業するとき、前記インクジェットプリンタヘッドのノズル列方向は、用紙搬送方向（副走査方向）と平行状に並べられている。従って、前記１回の主走査方向のキャリッジの移動により印刷できる、副走査方向の印刷範囲（印刷長さ）は、前記各ノズルの列の長さに略対応することになる。例えば、前記副走査方向に、１インチ（２５．４ｍｍ）の長さに、７２個のノズルを千鳥配列させたインクジェットプリンタヘッドでは、１回の主走査方向の移動にて、副走査方向に印刷できる範囲（長さ）は１インチということになる。
【０００４】
そして、最近のプリンタの印字速度の高速化、及び高品質化に伴い、同じ短いノズルの間隔（ドット間隔）で前記副走査方向のノズル数を増大させて、ノズル列の長さを２インチ程度にする等、ノズル列を長くすることが要望されている。その場合、キャビティユニットにおけるプレートにノズルや圧力室を形成する場合、レーザ加工またはエッチング加工等の製法によることと、プレートの材質（金属製または合成樹脂製）から、ノズルや圧力室の間隔は、その個数に関係なくほぼ設計値どおり正確に得ることができる。
【０００５】
他方、１つの圧電アクチュエータの圧電セラミックス板に、前記ノズルの数と同じだけの活性部を形成するには、当該アクチュエータセラミックス板の長さも必然的に長くする必要があった。
【０００６】
周知のように、圧電アクチュエータの製作に際しては、前記コモン電極がパターン形成された圧電セラミックス板と、個別電極がパターン形成された圧電セラミックス板とを交互に積層プレスした後、焼成するものであるから、その焼成により圧電セラミックス板は、長さ方向、幅方向及び厚さ方向の夫々の寸法が収縮するのが通常であり、特に長さ方向（ノズルの列方向）の収縮量が大きいから、その収縮量（収縮率）を見込んで、前記パターン形成される個別電極の間隔を設定する。
【０００７】
しかしながら、圧電セラミックス板の製作精度のバラツキ、及び焼成温度のバラツキ等により、圧電セラミックス板の長さが長い程、仕上がった状態での前記個別電極の配置間隔を圧力室の間隔に合わせることが困難になり、製品歩留りが悪化するという問題があった。
【０００８】
一方、キャビティユニットにおいて、圧力室に対してノズルをずらせて配置し、圧力室からノズルまでのインク流通路の形態を、複数枚に積層したプレート毎に段付きの傾斜状に形成させたもの（特許文献２参照）や、インク流通路を形成する貫通路を、各プレートの表裏両面からエッチングにより穿孔するに際してそのプレートの表面側の開口部と裏面側の開口部とを適宜ずらせることにより、滑らかな傾斜状の貫通路を形成するしたもの（特許文献３参照）がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−５９５４７号公報
【特許文献２】
特開平０７−１９５６８５号公報
【特許文献３】
特開２００２−３６５４５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、まず、アクチュエータのノズル列の方向の長さを長くする代わりに、アクチュエータをノズル列方向に複数に分割して形成することで、アクチュエータとキャビティユニットとの位置ずれの問題を解決する。
【００１１】
また、このようにしたとき、アクチュエータを分割した位置で圧力室の間隔が広くなる一方、ノズルの間隔は全て均一にする必要があり、アクチュエータを分割した位置で圧力室の間隔とノズルの間隔とが合わなくなる。これを解消するめに、特許文献２、３の記載のように、圧力室からノズルまでのインク流通路を傾斜状に形成する方法があるが、前記プレートの積層枚数が少ない場合や、圧電アクチュエータの列方向の配置隙間がノズルの列方向の配置間隔（ピッチ）に対して大きい場合には、前記各圧力室からノズルまでのインク流通路の傾斜角度を大きくしなければならず、各プレートの板厚さ方向に傾斜状の貫通孔を穿設する加工が困難となる。また、各プレートを積層するときに、上下に隣接する前記傾斜状のインク流通路を位置合わせすることも困難になるという問題があった。
【００１２】
本発明は、前記インク流通路を傾斜状に形成することなく工夫することで、隣接するインク流通路の形状及び配置の設計自由度を向上させ、且つ製造コストを抑えながら大型のインクジェットプリンタヘッドを簡単に提供することを技術的課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有した複数枚のプレートとを積層してなるキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記アクチュエータを、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に複数に分割し、且つ隣接するアクチュエータの端部を相互に対向させて複数配置し、前記キャビティユニットにおける圧力室の配置間隔のうち、前記複数のアクチュエータにおける隣接する個所のみ大きく設定し、前記キャビティユニットにおける各圧力室から対応するノズルまで連通するインク流通路のうちの少なくとも一部を、１枚のプレートの広幅面と略平行状の凹溝状流通部にて構成したものである。
【００１４】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記列方向に沿って並ぶ複数の圧力室のうち互いに隣接する圧力室に対応するように隣接して配置される凹溝状流通部は、１枚のプレートの表面側と裏面側とに交互に開放され、且つプレートの板厚の一部を残して凹み形成されているものである。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記凹溝状流通部を有するプレートは、前記圧力室を有するプレートに隣接するか、または前記圧力室を有するプレートと前記マニホールド室を有するプレートとの間に介挿されているものである。
【００１６】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記各アクチュエータにおける活性部の間隔と、対応する圧力室の間隔とを、前記ノズルの配置間隔とを同じに設定したものである。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記複数のノズルからなる列を４列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記アクチュエータには、前記各ノズルの列に対応するように４列の活性部が形成されているものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図１は本発明の実施の形態による圧電式のインクジェットプリンタヘッド１０におけるキャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２との斜視図、図２はキャビティプレートとその下面側に隣接する第３スペーサプレート２１、第２スペーサプレート２０の一部切欠き拡大斜視図である。図１において、金属板製のキャビティユニット１１の上面に対して接合されるプレート積層型の圧電アクチュエータ１２の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル１３（図３（ａ）及び図４参照）が接着剤にて重ね接合されている。
【００１９】
前記キャビティユニット１１は図２〜図６に示すように構成されている。すなわち、下層から順にノズルプレート１４、カバープレート１５、ダンパープレート１６、二枚のマニホールドプレート１７，１８、３枚のスペーサプレート１９，２０，２１及び圧力室２３が形成されているベースプレート２２の合計９枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構成であり、実施形態では、合成樹脂製のノズルプレート１４を除き、各プレート１５〜２２は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する。
【００２０】
前記ノズルプレート１４には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のインク噴出用のノズル２４が、当該ノズルプレート１４における第１の方向（キャビティユニット１１の長辺方向であり、図１及び図４において、Ｘ軸方向）に沿って４列の千鳥配列状に設けられている。
【００２１】
即ち、キャビティユニット１１を図１のＹ軸方向（短辺方向）に沿って切断し、且つ前記短辺の中央線Ｃより右側のみ示す図３（ａ）において、右側位置の第１列のノズル２４−１と、前記中央線Ｃに近い側の第２列のノズル２４−２とは、ノズルプレート１４の前記第１の方向に延びる２つの平行状の近接した基準線（図示せず）に沿って各々微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて多数個穿設されており、同様に、前記中央線Ｃより左側においても、第３列のノズル２４−３と第４列のノズル２４−４（但し、図３及び図４には図示せず）とは、同じく前記第１の方向に延びる２つの平行状の近接した基準線に沿って、各々微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて多数個穿設されている。また、第１列のノズル２４−１と第２列のノズル２４−２との組と、第３列のノズル２４−３と第４列のノズル２４−４との組は、キャビティユニット１１の短辺方向（第２の方向、図１において、Ｙ軸方向）に間隔をおいて平行に配置されている。実施例では、第１列〜第４列の各々のノズル列の長さは２インチ、各々のノズル２４の数は１５０個で、つまり配列密度は７５（ｄｐｉ［ドット・パー・インチ］）である。
【００２２】
図２に示すキャビティユニット１１の最上層であるベースプレート２２における圧力室２３の第１列２３−１は前記第１列のノズル２４−１と対応する。同様にして、第２列の圧力室２３−２は第２列のノズル２４−２と、第３列の圧力室２３−３は第３列のノズル２４−３と、第４列の圧力室２３−４は第４列のノズル２４−４と、各々対応関係にある。
【００２３】
次に、キャビティユニット１１の最上層であるベースプレート２２における圧力室２３の配置関係を、その上に前記ノズル２４の列方向（第１の方向）に縦列させて配置する２つの圧電アクチュエータ１２（個別には符号１２ａ、１２ｂを付する）における活性部の配置との関係から説明する。
【００２４】
１つの圧電アクチュエータ１２ａ（または１２ｂ）が、前記４列のノズル２４の個数のうちの列方向の半数（１列につき７５個）の圧力室２３を作動させるように７５個の活性部を有して配置される。従って、図１及び図４に示すように、キャビティユニット１１の上面のうち長手方向（前記第１の方向）の前半部に一方の圧電アクチュエータ１２ａが配置され、後半部に他方の圧電アクチュエータ１２ｂが配置される。
【００２５】
そして、各圧電アクチュエータ１２ａ（または１２ｂ）は、後に図９を参照して詳述するように、コモン電極３７と、前記各圧力室２３の位置毎に対応させて配置された個別電極３６とが圧電シートを挟んで交互に積層され、任意の個別電極３６とコモン電極３７との間に電圧を印加することにより、その印加された個別電極３６に対応した圧電シートの活性部に、当該積層方向に圧電縦効果による歪みが発生するものである。該活性部は、圧力室２３の数と同一の数で同一の列にてその対応する位置に形成されている。
【００２６】
即ち、前記活性部は、ノズル２４（圧力室２３）の列方向（第１の方向）に沿って並べられ、且つ前記ノズルの列の数（４つ）と同じ数だけ、第２の方向に並べられている。また、各活性部は、前記第２の方向（キャビティユニット１１の幅方向、Ｙ方向）に圧力室２３の長手方向に長く形成され、且つ隣接する活性部の配置間隔（ピッチＰ）も後述する圧力室２３の配置と同様であって、千鳥状配列されることになる（図９参照）。
【００２７】
前記圧力室２３は、２つの圧電アクチュエータ１２ａ、１２ｂと対応してベースプレート２２の長手方向に２グループに分けて配置される。つまり、一方のアクチュエータ１２ａに対応するグループの圧力室２３は、ノズル２４の列方向（第１の方向）の前半部のものに対応し、他方のアクチュエータ１２ｂに対応するグループの圧力室２３は、ノズル２４の列方向（第１の方向）の後半部のものに対応して、それぞれノズル２４の配置間隔（ピッチＰ）と同じ間隔で、且つ２列の千鳥状配列を２組、計４列をなして配置されている。
【００２８】
前記各圧力室２３は、ベースプレート２２の幅方向（第２の方向）に長く、且つベースプレート２２を厚さ方向に貫通して形成されている。その各圧力室２３の他端２３ｂは、スペーサプレート１９、２０、２１に形成された第２インク通路３０、絞り部２８、第１インク通路２９を介して後述するマニホールド室２６に連通する。
【００２９】
また、各圧力室２３の一端２３ａは、ベースプレート２２とノズルプレート１４との間に位置するスペーサプレート１９、２０、２１、マニホールドプレート１７、１８、ダンパープレート１６及び中間プレート１５に形成されたインク流通路としての各連通路２５を介して各ノズル２４に連通するが、この連通路２５の一部は、圧力室２３を備えたベースプレート２２とノズル２４を有するノズルプレート１４との間の積層されるプレート１５〜２１のうちすくなくとも１枚（１層）のプレートにはその広幅面（表面または裏面）と略平行状の凹溝状流通路５０を備えることにより、前記各圧力室２３に対応するノズル２４の位置を、前記各圧力室２３の一端２３ａ（インク流出部）から、ベースプレート２４の表面と直交する直線（垂線）がノズルプレート１４に至る個所より、横方向（プレートの第１方向に沿った方向）に距離Ｌ３だけずれた位置に設定することができるものである。
【００３０】
図１及び図４に示すごとく、２グループの圧力室２３の間は、ベースプレート２２の長手方向に圧力室２３の配置間隔（ピッチＰ）よりも広い間隔Ｌ２に設定されている。これは、各圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂの製作上、最列端の電極３６、３７とそれに近接する圧電アクチュエータの端部との距離Ｌ１を、電極３６のピッチＰの１／２以下に製作することが困難なため、距離Ｌ１を圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂの製作しやすい大きさとして、それよりも大きい間隔Ｌ２を設定したのである。隣接する圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂはその端部の間に隙間をあけて位置することになる。
【００３１】
これにより、ノズル２４のピッチＰは、その列方向に一定に設定されているが、対応する圧力室２３の位置とはプレートの板厚に垂直な線（垂線）に対して横方向に距離Ｌ３だけずれているから、対応する各圧力室２３の一端２３ａからノズル２４に接続する連通路２５のうち少なくとも一部を、上記したように、プレートの広幅面と平行な凹溝状連通路５０にて構成することにより、その他のプレートにおける連通路２５は各プレートの板厚方向に垂直に貫通させて、この凹溝状連通路５０の一端部及び他端部に連通させるだけで、前記横ずれに対応させることができる。なお、前記凹溝状連通路５０は前記横ずれとともに圧力室２３の延長方向にも延び、２グループの圧力室２３の間隔Ｌ２の中央を境にして対称に傾斜する。
【００３２】
本実施形態では、圧力室２３が設けられたベースプレート２２の下面側に隣接する第３スペーサプレート２１に凹溝状連通路５０が設けられるものであって、この凹溝状連通路５０の構成をさらに詳述すると、図５及び図６に示すように、第３スペーサプレート２１の表面（上面）側に開放された第１の凹溝状連通路５０ａと、第３スペーサプレート２１の裏面（下面）側に開放された第２の凹溝状連通路５０ｂとの２種類が交互に設けられている。
【００３３】
前記第１凹溝状連通路５０ａは、第３スペーサプレート２１の上面に開放され、当該第３スペーサプレート２１の板厚のうち下半部を残してエッチングにより凹み形成された凹溝状で、その上方開放面は、一端５１ａを、対応する圧力室２３の一端２３ａに連通させて、上面に隣接するベースプレート２２にて密閉されている。この凹溝状連通路５０ａの他端開口部５２ａは、第３スペーサプレート２１の下面側に貫通して、下側に隣接する第２スペーサプレート２０に貫通穿設された連通路２５に対して連通している。
【００３４】
前記一方の圧力室２３に隣接する他方の圧力室２３の一端２３ａに連通する第２凹溝状連通路５０ｂは、第３スペーサプレート２１の下面に開放され、当該第３スペーサプレート２１の板厚のうち上半部を残してエッチングにより凹み形成された凹溝状で、その下方開放面は、その端部５２ｂを下側に隣接する第２スペーサプレート２０に貫通穿設された連通路２５に連通させて、その第２スペーサプレート２０にて密閉されている。この第２凹溝状連通路５０ｂの一端５１ｂは第３スペーサプレート２１の上面側に貫通し、対応する圧力室２３の一端２３ａに連通している。
【００３５】
実施形態では圧力室２３の一端２３ａに連通する第１開口部５１ａ（５１ｂ）の平面積が、連通路２５に連通する第２開口部５２ａ（５２ｂ）の平面積よりも大きく設定されている。
【００３６】
このように、第３スペーサプレート２１に形成する複数の凹溝状連通路５０を、当該第３スペーサプレート２１の表面側に開放される第１凹溝状連通路５０ａと裏面側に開放される第２凹溝状連通路５０ｂとが交互に形成されるように構成すれば、例えば、図５（ａ）に示すように、第１凹溝状連通路５０ａと、第２凹溝状連通路５０ｂに対応するものとが、キャビティユニット１１の平面視において、近接して配置されるように設計していても、第３スペーサプレート２１の表裏にて隔絶されて互いに連通することがないから、インク流通路としての連通路２５の設計の自由度が大幅に向上できる。
【００３７】
図７に示すように、前記上面開放型の第１凹溝状連通路５０ａと、下面開放型の第２凹溝状連通路５０ｂとの各溝の深さＨ１，Ｈ２との間に厚さＨ３の残部を有するようエッチングすれば、平面視において、第１凹溝状連通路５０ａの外形と、第２凹溝状連通路５０ｂの外形とが重複するように形状、及び配置の設計を行っても、両連通路５０ａ，５０ｂが互いに連通しないようにすることができて、インク流通路としての連通路２５全体の設計の自由度がさらに大幅に向上できる。
【００３８】
また、図８に示す例は、すべての凹溝状連通路５０を、第３スペーサプレート２１の上面に開放して形成している。これにより、ノズル２４の位置が、そのノズルに連通する圧力室２３に隣接する圧力室に近づいて、連通路２５が隣接する凹溝状連通路５０や圧力室２３と平面視において重なるように位置しても、凹溝状連通路５０は連通路２５とは反対側に開放されているから、隣接する凹溝状連通路５０と連通路２５とが互いに連通してしまうことがない。あるいは、それらがきわめて接近して設計され、組み立て誤差によりそれらが互いに連通してしまうこともなく、ノズル２４の位置を自由に設計することができる。
【００３９】
また、図５の例と同様に、凹溝状連通路５０の下面側の第２スペーサプレート２０の連通路２５の径を、それと連通する凹溝状連通路５０の端部５２の径よりも大きくしても、隣接する凹溝状連通路５０と連通路２５とが互いに連通してしまうことがなく、余裕を持った大きさの連通路２５とすることができる。
【００４０】
特に、キャビティユニット１１において、積層すべきプレートの枚数が多い場合には、圧力室２３から対応するノズル２４までのインク流通路としての連通路２５のうちの一部をプレートの平面と平行状に延びる凹溝状連通路５０ｂに形成すれば、その他の連通路２５をプレートの平面と垂直な方向に貫通させる形状を採用することにより、圧力室２３と対応するノズル２４の位置が平面視で大きくずれていても、簡単に連通させるようなインク流通路の設計ができる。これらいずれの場合にも、各圧力室２３から対応するノズル２４までのインク流通路としての連通路２５の全長（凹溝状連通路５０ａまたは凹溝状連通路５０ｂを含む距離）を等しくなように制御することも至極簡単となる。
【００４１】
前記二枚のマニホールドプレート１７、１８には、マニホールド室２６が、前記ノズル２４の列に沿って延びるように穿設されている。さらに詳述すると、各マニホールド室２６の長さは、前記各ノズル列方向に並ぶ圧力室２３を適宜数毎に分割した長さであり、実施例では、圧力室２３の１グループ（１グループの１列の圧力室２３の数が７５）の長さにわたった長さを有し、且つキャビティユニット１１には、圧力室２３の列が４列あるので、その１つの列毎に配置する。従って、実施例では、８本のマニホールド室２６が形成されている。各マニホールド室２６の長手方向一端部は、その上方の積層されたスペーサプレート１９〜２１及びベースプレート２２の端部に穿設されたインク供給孔３１に連通する。図示しないインクタンク等のインク供給源から供給されるインク中の塵を除去するためのフィルタ３２が、最上のベースプレート２２の端部に穿設されたインク供給孔３１の上面に張設されている。
【００４２】
また、各マニホールド室２６の深さはマニホールドプレート１７、１８の板厚さ全体にわたるようエッチング加工等にて穿設形成され、この二枚を合わせたマニホールドプレート１７、１８の上層の第一スペーサプレート１９と、下層のダンパープレート１６とにより積層されることにより密閉される構造となっている。なお、ダンパープレート１６には、前記マニホールド室２６と平面視形状が同じで下面側をエッチング加工により板厚を薄くしたダンパー室２７を形成する。
【００４３】
圧電アクチュエータ１２の駆動により圧力室２３に作用する圧力波のうち、マニホールド室２６の方向に向かう後退成分を、板厚の薄いダンパープレート１６の振動により吸収し、いわゆるクロストークが発生することを防止するのである。
【００４４】
また、第２スペーサプレート２０には、インク流の絞り部２８を、前記各圧力室２３毎に対応させて形成する。この絞り部２８の平面視形状は、図３（ｂ）に示すように、長手方向の両端部２８ａ，２８ｂの面積が大きく、その中間の面積が小さく形成されている。また、各絞り部２８の長手方向を前記圧力室２３の長手方向と平行状になるように形成されている。そして、第２スペーサプレート２０の下面側に前記第１スペーサプレート１９を、上面側に第３スペーサプレート２１をそれぞれ積層することにより、前記絞り部２８が密閉されている。第１スペーサプレート１９に穿設された第１インク通路２９は、前記マニホールド室２６と前記絞り部２８における一端部２８ａとに連通している。他方、第３スペーサプレート２１に穿設された第２インク通路３０は、前記絞り部２８における他端部２８ｂと圧力室２３の他端部とに連通している（図３（ａ）参照）。
【００４５】
一方、前記各圧電アクチュエータ１２は、図９に示すように、１枚の厚さが３０μｍ程度の圧電セラミックス板からなる複数枚（４〜１０枚）の圧電シート３３、３４とが交互に積層され、その最上層にトップシート３５を積層した構造である。そして、最下段の圧電シート３３とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート３３の上面（広幅面）には、図９に示すように、前記キャビティユニット１１における各圧力室２３に対応した箇所ごとに細幅の個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが、第１の方向（圧電シート３３の長辺方向、図４のＸ方向、各ノズル２４の列方向）に沿って列状に形成される。
【００４６】
各個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは前記第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ軸方向）に沿って各圧電シート３３の短辺と平行状に延びる。その場合、各個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは、前記各圧力室２３−１，２３−２，２３−３，２３−４（図２参照）とほぼ同じ長さで、平面視で圧力室よりもやや狭い幅に形成する。最外列側に配置される第１列目の個別電極３６ａと第４列目の個別電極３６ｄとは、各圧電シート３３のー対の長辺の側縁に近い側に各々配置されている。
【００４７】
また、第２列目の個別電極３６ｂと第３列目の個別電極３６ｃとは、各圧電シート３３の短辺方向の中央寄り部位（各圧電シート３３のー対の長辺で挟まれる中央寄り部位）に配置されている。最下層以外の圧電シート３３には、後述するコモン電極３７における引き出し部３７ａと平面視で重複する個所に、ダミーコモン電極４３を形成する。
【００４８】
他方、前記コモン電極３７は、下から偶数番目の圧電シート３４の表面に印刷形成されるもので、当該圧電シート３４の第１の方向（Ｘ軸方向、圧電シート３４の長辺に沿う方向）に長い２本の幹部３７ａ，３７ｂと、該両幹部３７ａ，３７ｂと接続し、且つ圧電シート３４の短辺縁に沿って伸びる引き出し部３７ｃとからなる。前記一方の幹部３７ａは、前記第１列目の個別電極３６ａと第２列目の個別電極３６ｂとの大部分に平面視で重複する位置に配置されている一方、この幹部３７ａの両側に沿って一定間隔で配置形成されるダミー電極３８ａ，３８ｂは、前記第１列目の個別電極３６ａ及び第２列目の個別電極３６ｂの端部と平面視で重複する位置に配置されている。
【００４９】
同様にして、他方の幹部３７ｂは、前記第３列目の個別電極３６ｃと第４列目の個別電極３６ｄとの大部分に平面視で重複する位置に配置されている一方、この幹部３７ｂの両側に沿って一定間隔で配置形成されるダミー電極３８ｃ，３８ｄは、前記第３列目の個別電極３６ｃ及び第４列目の個別電極３６ｄの端部と平面視で重複する位置に配置されている。
【００５０】
そして、トップシート３５の表面（上面）には、前記４列の各個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに対する４列の各表面電極３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄと、コモン電極３７に対する表面電極４０とが設けられている。そして、最下層の圧電シート３３を除き、それより上層の圧電シート３３、３４とトップシート３５とには、前記各表面電極３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄと、それらにそれぞれ対応する上下位置の個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄと、ダミー電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄとが互いに上下方向に連通するスルーホール４１を穿設し、各スルーホール４１内に充填した導電部材（導電性ペースト）を介して互いに電気的に導通できるように接続する。同様にして、トップシート３５における表面電極４０と、それに対応する下層の圧電シート３４におけるコモン電極３７の引き出し部３７ｃと、圧電シート３３におけるダミーコモン電極４３とに互いに上下に連通するスルーホール４２を穿設し、各スルーホール４２内に充填した導電部材（導電性ペースト）を介して互いに電気的に導通できるように接続する。
【００５１】
なお、圧電アクチュエータ１２の製造方法としては、圧電シートであるセラミックス基板のグリーンシートの表面に、個別電極、コモン電極、ダミー電極、ダミーコモン電極並びに表面電極はそれぞれ、銀−パラジゥムペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷形成し、乾燥後に、積層したのち焼成して形成するものである。当然のことながら、前記各ダミー電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄは、隣接するもの同士及びコモン電極３７とも電気的に接続さないように島状に形成される。同様にして、ダミーコモン電極４３は、個別電極と電気的に接続さないように島状に形成される。
【００５２】
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ１２における下面（圧力室２３と対面する広幅面）全体に、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート（囲示せず）を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット１１に対して、当該圧電アクチュエータ１２が、その各個別電極を前記キャビティユニット１１における各圧力室２３の各々に対応させて接着・固定される（図３（ａ）及び図４参照）。また、この圧電アクチュエータ１２における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル１３が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル１３における各種の配線パタ一ン（図示せず）が、前記各表面電極３９、４０に電気的に接合される。
【００５３】
この構成において、圧電アクチュエータ１２における表面電極３９、４０を介して全個別電極３６とコモン電極３７との間に分極用の高電圧を印加することで、各個別電極３６とコモン電極３７との間に挟まれた圧電シート３３、３４の部分を分極処理する。これにより、各個別電極３６とコモン電極３７との間に挟まれた圧電シート３３、３４の部分を活性部とする。そして、任意の表面電極３９と表面電極４０とを介して個別電極３６とコモン電極３７との間に駆動電圧を印加して、対応する活性部に分極方向と平行な電界を発生させると、その活性部が積層方向に伸長し、対応する圧力室２３の内容積が縮小され、この圧力室２３内のインクが、対応するノズル２４から液滴状に噴出して、所定の印字が行われる。
【００５４】
カラー印刷する場合に、４色のインク（ブラック、シアン、イエロー、マゼンタ）を使用する時には、例えば、前記第１列のノズル２４−１をブラックインクの吐出用とし、第２列のノズル２４−２をシアンインク、第３列のノズル２４−３をイエローインク、第４列のノズル２４−４をマゼンタインクの吐出用にそれぞれ設定すると、対応するマニホールドプレート１７（１８）に形成された第１列目のマニホールド室２６にはブラックインクが充填され、第２列目のマニホールド室２６にはシアンインクが充填され、第３列目のマニホールド室２６にはイエローインクが充填され、第４列目のマニホールド室２６にはマゼンタインクが充填されるのである。
【００５５】
上記のように本実施の形態においては、圧力室２３をノズル２４の列方向に沿って２つのグル−プに分け、そのグル−プの間隔をＬ２と広くする一方、ノズル２４の間隔は上記グル−プ分けにかかわらずＰ（＜Ｌ２）と狭くする一方、圧力室２３からノズル２４まで連通する連通路２５のうち少なくとも一部には、一枚のプレートの広幅面と略平行状の凹溝状流通路５０にて構成したものであるから、ノズル２４の配置間隔（ピッチ）を従前のものと同一にしたままノズル数の多いヘッドを製作する場合、圧電アクチュエータ１２ａ、１２ｂはノズル２４の列方向の長さの短いものをその列方向に並べて使用できる。
【００５６】
従って、圧電アクチュエータを製造したときの各アクチュエータの焼成時の収縮量が少なくなるから、活性部の間隔のバラツキも少なくでき、寸法精度の良い圧電アクチュエータを効率良く製造できる。
【００５７】
また、既に開発されたインクジェットプリンタヘッドで、長手方向（列方向）のノズル２４（圧力室２３）の個数が７５個で、その個数を長さ１インチに配列したものがある場合、そのための圧電アクチュエータ１２を複数使用することで、ノズル列の長さが２インチまたは数インチのものが容易に製造できる。
しかも、隣接する圧力室２３の一端２３ａとノズル２４とが平面視で近接している場合であっても、前記プレートの表面（裏面）に沿って形成される凹溝状流通路５０の平面視形状を湾曲させる等して、隣接するノズル２４への縦方向の連通路２５に対して凹溝状流通路５０を迂回させる設計の自由度が大きくなるという効果を奏する。
【００５８】
図１０は圧電アクチュエータ１２及び圧力室２３の配列関係を維持して、異なる解像度のインクジェットプリンタヘッドを製作する場合を説明するものである。すなわち、副走査方向（Ｘ方向）の解像度は、公知のように、印字したＸ方向のドット間にさらにドットを印字するように被印字媒体を搬送することで、インクジェットプリンタヘッドのＸ方向のノズル配列間隔よりも高い解像度を達成することができる。
【００５９】
主走査方向（Ｙ方向）の解像度は、インクジェットプリンタヘッドのＹ方向のノズル配列間隔が解像度（例えば６００ｄｐｉまたは１５０ｄｐｉ）の整数倍である必要がある。
【００６０】
このため、１つの解像度について、Ｙ方向の第１のノズル列２４−１と第２のノズル列２４−２との間隔をＷ３、第３のノズル列２４−３と第４のノズル列２４−４との間隔をＷ３とする。また、第１、第２のノズル列２４−１、２４−２間の中心線Ｘ１と、第３、第４のノズル列２４−３、２４−４間の中心線Ｘ２との間隔をＷ１としたとき（図１０において実線状態参照）、他の解像度において、第１のノズル列２４−１と第２のノズル列２４−２との間隔をＷ４、第３のノズル列２４−３と第４のノズル列２４−４との間隔をＷ４とし、第１、第２のノズル列２４−１、２４−２間の中心線Ｘ１と、第３、第４のノズル列２４−３、２４−４間の中心線Ｘ２との間隔をＷ２とする（図１０において破線状態参照）。
【００６１】
これを実現するためには、図１０に破線で示すように、前記凹溝状流通路５０の形状、連通路２５の位置、及びノズル２４の位置を変更するだけで良い。凹溝状流通路５０は、各列の流路抵抗を揃えるために、その形状を設定することが望ましい。
【００６２】
なお、前記従来の圧電アクチュエータに対応するキャビティユニットにおけるマニホールド室の長さ，深さ及び平面視形状が既に設計されていたとすると、実施形態では、ノズル列の長さが２インチまたは数インチになる場合でも、図３に示すように、前記各列のマニホールド室２６の長さを分割することで、前記既に設計したものと同じ長さ，深さ及び平面視形状にて形成する。つまり、マニホールド室２６をキャビティユニット１１の長手方向、つまり列方向の圧力室２３（ノズル２４）の総数１５０（長さ２インチ）の半分の個所（個数で７５個（１インチ））で分割されたように形成して配置する。
【００６３】
つまり、ノズル数が多くなる（ノズル列が長くなる）のに対応してマニホールド室２６を長くするのでないから、マニホールド室２６が長くなるのに伴い流路抵抗が増して、インク供給量が低下するということがない。また、流路抵抗を減らすためにはマニホールド室２６の幅や深さを大きくする必要があるが、そうすると、キャビティユニット１１が大型化するだけでなく、アクチュエータの駆動により、圧力室２３からマニホールド室２６側に伝播した圧力波の成分が、クロストークを発生させないためには、アクチュエータ１２の駆動電圧、駆動タイミング、駆動波形等を変更しなければならない。上記実施の形態では、既に開発・設計されたマニホールド室２６を圧力室２３のグループに対応して配置するだけで、アクチュエータの駆動電圧、駆動タイミング、駆動波形等も既に開発・設計されたものをほぼそのまま適用することができ、ノズル２４からのインクの噴射形態等を従前と同じにできる。
【００６４】
なお、図示実施形態では、複数の圧電アクチュエータ１２ａ、１２ｂをノズル２４の列方向に沿って縦列配置するとき、該アクチュエータ１２ａ、１２ｂの相対向する端部間に隙間を設けたが、この隙間をほとんど零となるように配置しても良い。
【００６５】
このように、従来品の圧電アクチュエータ１２を使用し、且つマニホールド室２６の長さ、深さ及び平面視形状も従来品の形態を流用して製作すれば、印刷性能や印刷精度（ノズルのドット密度）が従来品とほぼ同じであって、且つ１列の長さの長いインクジェットプリンタヘッドを簡単に実現させることでき、製品設計・開発に要する手間（期間）及び費用を節約（短縮）できるという効果を奏する。
【００６６】
本発明において、マニホールド室の長さに対応する圧力室２３（ノズル２４）の数には限定はなく、また、配置すべき圧電アクチュエータ１２の数にも制限はない。
【００６７】
本発明の変形例として、図１に示すキャビティユニット１１（圧電アクチュエータ１２ａと１２ｂとがＸ軸方向に縦列配置されているもの）を、Ｙ軸方向に２つ並設した形態にすれば、２インチに３００個のノズルを持つ列が４列平行状に配列されたインクジェットプリンタヘッドとなるから、その各列毎にインク色を変えた４色のカラープリンタとするときには、高密度のドット数（１５０ｄｐｉ）で、且つ副搬送方向の印字範囲を２インチとする大型のプリンタヘッドとなり、高密度で高速印刷を達成できる。
【００６８】
また、前記実施形態では、ノズルの列は４列であったが、本発明では１列以上のノズル列に対して適用できる。さらに、アクチュエータは、圧電素子を利用したものの他、静電気により、各圧力室の背面を覆う振動板を振動させてノズルからインクを吐出させる形式のものや、各圧力室のごとにジュール熱発生素子を設けて、駆動信号によりジュール熱発生素子を発熱させて圧力室内のインクを気化させてノズルから吐出するインクを加圧する形式であっても良い。
【００６９】
【発明の作用・効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有した複数枚のプレートとを積層してなるキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記アクチュエータを、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に複数に分割し、且つ隣接するアクチュエータの端部を相互に対向させて複数配置し、前記キャビティユニットにおける圧力室の配置間隔のうち、前記複数のアクチュエータにおける隣接する個所のみ大きく設定し、前記キャビティユニットにおける各圧力室から対応するノズルまで連通するインク流通路のうちの少なくとも一部を、１枚のプレートの広幅面と略平行状の凹溝状流通部にて構成したものである。
【００７０】
従って、ノズル数の多いキャビティユニットを製作したとしても、アクチュエータを圧力室の適数ごとに複数に分割したことで、アクチュエータの活性部と圧力室とを正確に位置対応させることができる。また、このようにしたとき、アクチュエータを分割した位置で圧力室の間隔が広くなって、圧力室と等間隔のノズルとが横にずれることになるが、プレートの広幅面と略平行な凹溝状連通路によって両者を連通させることができる。また、その凹溝状連通路によってノズルを任意の位置に配置することができ、解像度の異なるヘッドを製作する等の場合にも、アクチュエータや圧力室の配置を変更することなく、容易に対応することができるという効果を奏する。
【００７１】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記列方向に沿って並ぶ複数の圧力室のうち互いに隣接する圧力室に対応するように隣接して配置される凹溝状流通部は、１枚のプレートの表面側と裏面側とに交互に開放され、且つプレートの板厚の一部を残して凹み形成されているものである。
【００７２】
従って、表面開放型の第１凹溝状連通路と、裏面開放型の第１凹溝状連通路とがそのプレートを板厚方向に貫通する部分で重複していないならば、平面視で重複または近接しするように凹溝状連通路の形状及び配置位置を設計でき、インク流通路の設計の自由度が大幅に向上できるという効果を奏する。
【００７３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記凹溝状流通部を有するプレートは、前記圧力室を有するプレートに隣接するか、または前記圧力室を有するプレートと前記マニホールド室を有するプレートとの間に介挿されているものである。前記凹溝状流通部を有するプレートを、前記のようなプレートに隣接するか、間に介在させることにより、プレートの片面に開放する凹溝状流通部を隣接するプレートとの積層にて簡単に密閉させることができるという効果を奏する。
【００７４】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記各アクチュエータにおける活性部の間隔と、対応する圧力室の間隔とを、前記ノズルの配置間隔とを同じに設定したものである。
【００７５】
従って、アクチュエータの個数に対応したグループ数の圧力室を有するキャビティユニットを製作することで、その基本性能を変えず、また駆動電圧や駆動タイミングも変更することなく、大型のインクジェットプリンタヘッドを効率良く製作でき、高速印刷可能なプリンタに供することができるという効果を奏する。
【００７６】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記複数のノズルからなる列を４列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記アクチュエータには、前記各ノズルの列に対応するように４列の活性部が形成されているものであるから、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明による効果に加えて、カラー用のインクジェットプリンタをコンパクトに製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による圧電式インクジェットプリンタヘッドのキャビティユニットと圧電アクチュエータとを分離して示す斜視図である。
【図２】キャビティユニットの一部分解斜視図である。
【図３】（ａ）は図１の　ＩＩＩ−ＩＩＩ　線矢視拡大断面図、（ｂ）は絞り部の拡大平面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線矢視拡大断面図である。
【図５】（ａ）は凹溝状流通部の拡大平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ　線矢視断面図である。
【図６】凹溝状流通部の拡大斜視図である。
【図７】他の実施形態を示す拡大断面図である。
【図８】さらに他の実施形態を示す図５に相当の図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図８（ａ）の　ＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ　線矢視断面図である。
【図９】圧電アクチュエータにおける個別電極とコモン電極との配置パターンを示す部分的拡大斜視図である。
【図１０】凹溝状流通部の配置関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１０　　　インクジェットプリンタヘッド
１１　　　キャビティユニット
１２　　　圧電アクチュエータ
１３　　　フレキシブルフラットケーブル
１４　　　ノズルプレート
１５　　　カバープレート
１６　　　ダンパープレート
１７、１８　　　マニホールドプレート
１９、２０、２１　　　スペーサプレート
２２　　　ベースプレート
２３　　　圧力室
２４　　　ノズル
２５　　　インク流通路としての連通路
２６　　　マニホールド室
２７　　　ダンパー室
２８　　　絞り部
２９、３０　　　インク通路
３１ａ〜３１ｄ　　インク供給孔
３３、３４　　圧電シート
３６　　　個別電極
３７　　　コモン電極
５０　　　凹溝状流通路
５０ａ　　第１凹溝状流通路
５０ｂ　　第２凹溝状流通路
５１ａ，５１ｂ　　　第１開口部
５２ａ，５２ｂ　　　第２開口部

Claims

前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有した複数枚のプレートとを積層してなるキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記アクチュエータを、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に複数に分割し、且つ隣接するアクチュエータの端部を相互に対向させて複数配置し、
前記キャビティユニットにおける圧力室の配置間隔のうち、前記複数のアクチュエータにおける隣接する個所のみ大きく設定し、
前記キャビティユニットにおける各圧力室から対応するノズルまで連通するインク流通路のうちの少なくとも一部を、１枚のプレートの広幅面と略平行状の凹溝状流通部にて構成したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
前記列方向に沿って並ぶ複数の圧力室のうち互いに隣接する圧力室に対応するように隣接して配置される凹溝状流通部は、１枚のプレートの表面側と裏面側とに交互に開放され、且つプレートの板厚の一部を残して凹み形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッド。
前記凹溝状流通部を有するプレートは、前記圧力室を有するプレートに隣接するか、または前記圧力室を有するプレートと前記マニホールド室を有するプレートとの間に介挿されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリンタヘッド。
前記各アクチュエータにおける活性部の間隔と、対応する圧力室の間隔とを、前記ノズルの配置間隔とを同じに設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
前記複数のノズルからなる列を４列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記アクチュエータには、前記各ノズルの列に対応するように４列の活性部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。