JP2004284109A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力室毎にアクチュエータユニットに現れる残留応力を一様として、吐出特性のバラツキの防止を図る。
【解決手段】インクジェットヘッドは、流路ユニット４と、当該流路ユニット４上に相互に隣接して形成された複数の圧力室１０と、圧力室１０の容積を変化させるために前記流路ユニット４に固定され、一定電位に保たれた共通電極と各圧力室１０に対応する位置の複数の個別電極３５とによって挟まれた圧電シートを少なくとも含むアクチュエータユニット２１を備える。前記アクチュエータユニット２１は、前記圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃを含んでそれより大きい領域を覆うように前記流路ユニット４に接着される。前記アクチュエータユニット２１には、前記圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃに対応する領域Ｙｃに、前記個別電極としての金属部３５を配置する。また、前記領域Ｙｃ以外の領域に、前記金属部３５と同一の材質の金属部３５ｄを配置する。
【選択図】 図１１
【解決手段】インクジェットヘッドは、流路ユニット４と、当該流路ユニット４上に相互に隣接して形成された複数の圧力室１０と、圧力室１０の容積を変化させるために前記流路ユニット４に固定され、一定電位に保たれた共通電極と各圧力室１０に対応する位置の複数の個別電極３５とによって挟まれた圧電シートを少なくとも含むアクチュエータユニット２１を備える。前記アクチュエータユニット２１は、前記圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃを含んでそれより大きい領域を覆うように前記流路ユニット４に接着される。前記アクチュエータユニット２１には、前記圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃに対応する領域Ｙｃに、前記個別電極としての金属部３５を配置する。また、前記領域Ｙｃ以外の領域に、前記金属部３５と同一の材質の金属部３５ｄを配置する。
【選択図】 図１１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、インクタンクからマニホールドに供給されたインクを複数の圧力室に分配し、各圧力室に選択的に圧力を付与することによりノズル孔からインクを吐出する。圧力室に選択的に圧力を付与するための一つの手段として、セラミックからなる複数の圧電シートが積層されたアクチュエータユニットが用いられることがある。
【０００３】
かかるインクジェットヘッドの一例として、特許文献１には、アクチュエータユニットの圧電シート間に、グランド電位に保持された多数の圧力室に共通の共通電極と、各圧力室に対応する位置に配置された多数の駆動電極（個別電極）とが配置されたものが記載されている。個別電極及び共通電極に挟まれ且つ積層方向に分極された圧電シートは、その両側にある個別電極が共通電極と異なる電位にされると、活性層として、いわゆる圧電縦効果により積層方向に伸縮する。これにより圧力室内の容積が変動し、圧力室に連通したノズルから記録媒体に向けてインクを吐出することが可能となっている。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドでは、共通電極及び個別電極となる導電性のペーストが圧電シート上に所定のパターンで印刷された後に加熱されることによって焼結し、共通電極及び個別電極が形成される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−３４１８５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、各圧力室に対応する位置に個別電極を配置するのみであると、隣接配置された圧力室群の端部にある圧力室と、圧力室群の中央にある圧力室とで、ノズルからの吐出特性にバラツキが生じてしまう。
【０００７】
即ち、上述のような導電性のペーストを圧電シート上に印刷して焼成すると、圧電シートの印刷部分には、ペーストの焼結時の収縮によって残留応力が発生する。ここで、圧力室群の端部の圧力室に対応する個別電極は、その周囲３６０°を個別電極で囲まれることはないが、圧力室群の中央の圧力室に対応する個別電極は、その周囲３６０°にわたって、個別電極が配置されることになる。このような周囲の個別電極の配置の差異が、圧電シート上に現れる残留応力の差となって現れ、これがアクチュエータユニットの圧電定数に大きく影響する。この結果、ノズルからの吐出特性が圧力室ごとにバラツキを生じてしまい、形成される画像の画質が低下してしまっていたのである。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主たる目的は、圧力室毎にアクチュエータユニットに現れる残留応力を一様として、吐出特性のバラツキの防止を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１に記載のインクジェットヘッドは、流路ユニットと、この流路ユニットの表面に沿って相互に隣接配置するよう当該流路ユニットに形成された複数の圧力室と、この圧力室の容積を変化させるために前記流路ユニットに対し接着され、一定電位に保たれた共通電極と各圧力室に対応する位置に配置された複数の個別電極とによって挟まれた圧電シートを少なくとも含むアクチュエータユニットと、を備えたインクジェットヘッドであって、前記アクチュエータユニットは、前記圧力室の隣接配置領域を含んでそれより大きい領域を覆うように前記流路ユニットに接着されるものとし、かつ、前記アクチュエータユニットには、・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域に、前記個別電極としての金属部を配置し、・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域以外の領域に、前記個別電極としての金属部と同一の材質の金属部を配置したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載のインクジェットヘッドは、前記圧力室のそれぞれに対応する個別電極は、何れも、他の前記圧力室に対応する個別電極の周囲が取り囲まれているのと同一のパターンの前記金属部で、その周囲が取り囲まれていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載のインクジェットヘッドは、前記アクチュエータユニットにおいて前記個別電極は二次元方向にマトリクス配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法は、（Ａ）アクチュエータユニット領域が設定された圧電シートの、前記アクチュエータユニット領域を含んでそれより大きな領域に、繰返しパターンの金属部を配置する工程、（Ｂ）前記圧電シートに前記金属部を焼き付ける工程、（Ｃ）前記圧電シートを、前記アクチュエータユニット領域の輪郭に沿って切断する工程、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
先ず、図１を参照しつつ、本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの全体構成について説明する。図１は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１の外観斜視図である。
【００１６】
インクジェットヘッド１には、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッドユニット７０と、ヘッドユニット７０に供給されるインクの流路が形成されたベースブロック７１と、が備えられている。そしてこのベースブロック７１は、ベースブロック７１を収容する把持部７２ａと、把持部７２ａの上面からベースブロック７１の平面に直交する方向に沿って所定間隔をなして延出された一対の平板部７２ｂと、を含むホルダ７２によって、支持されている。
【００１７】
また、ヘッドユニット７０からはＦＰＣ５０が引き出され、このＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材８３を介して、ホルダ７２の平板部７２ｂ表面に沿うように配置されている。そして、ＦＰＣ５０の、ホルダ７２の平板部７２ｂ表面に配置された部分の上には、ドライバＩＣ８０が設置されている。ＦＰＣ５０の内部には、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッドユニット７０のアクチュエータユニット２１（後に詳述）に伝達するための、導体パターンが設けられている。
【００１８】
さらにドライバＩＣ８０の外側表面には、ヒートシンク８２が密着するよう配置されており、ドライバＩＣ８０にて発生する熱がヒートシンク８２に放出されるようになっている。またさらに、ホルダ７２の平板部７２ｂ表面に設置されたＦＰＣ５０上で、ドライバＩＣ８０及びヒートシンク８２の上方には、基板８１が備えられている。
【００１９】
次いで、図２を参照しつつ、図１に示したヘッドユニット７０、ベースブロック７１などの構成について、より詳細に説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【００２０】
ヘッドユニット７０は、インク流路が形成された流路ユニット４と、流路ユニット４の上面に接着剤を介して接着されたアクチュエータユニット２１とを含んでいる。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は共に、複数の薄板を積層して互いに接着させた構成である。また、アクチュエータユニット２１の上面にはＦＰＣ５０が接着されている。
【００２１】
流路ユニット４の上面において、アクチュエータユニット２１が接着されていない部分には、ベースブロック７１が固定されている。アクチュエータユニット２１はベースブロック７１の下面外側に設けられた凹部７１ａ内に配置され、ベースブロック７１とは接着されていない。
【００２２】
ベースブロック７１は、例えばステンレスなどの金属材料からなり、ホルダ７２の把持部７２ａ内に接着固定されている。また、ベースブロック７１には、後に詳述する、２つの略直方体の中空領域を有するインク溜まり３が設けられている。
【００２３】
なお、平板部７２ｂの表面に配置されたヒートシンク８２は、シール部材８４を介して、基板８１及びＦＰＣ５０に固定されている。また、ＦＰＣ５０は、シール部材８５を介して、ホルダ７２における把持部７２ａ先端及びアクチュエータユニット２１上面に固定されている。
【００２４】
次いで、図３〜図６を参照しつつ、ベースブロック７１に形成されたインク溜まり３からヘッドユニット７０へのインクの流れについて説明する。
【００２５】
図３は、図１に示したヘッドユニット７０の平面図である。図３から、ヘッドユニット７０の長手方向には、図２にも示した２つのインク溜まり３が互いに所定間隔をなして平行に延在しているのがわかる。２つのインク溜まり３はそれぞれ一端に開口３ａを有し、この開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通して常にインクで満たされている。また、各インク溜まり３には２つで１対となった開口３ｂが設けられている。２つのインク溜まり３に設けられた開口３ｂは、ヘッドユニット７０の幅方向において重ならないよう、それぞれ延在方向に所定間隔をなして配置されている。
【００２６】
１対の開口３ｂの間にはそれぞれ、台形の平面形状を有するアクチュエータユニット２１が配置されている。より詳細には、各アクチュエータユニット２１は、ヘッドユニット７０の長手方向に沿った平行対向辺（上辺及び下辺）を持つ台形の平面形状を有して、それぞれ千鳥状に配置され、隣接する斜辺同士をヘッドユニット７０の幅方向にオーバーラップしている。
【００２７】
図４は、図３内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図４から、各インク溜まり３に設けられた開口３ｂはマニホールド５に連通し、さらに各マニホールド５の先端部は２つに分岐して副マニホールド５ａを形成しているのがわかる。また、平面視において、アクチュエータユニット２１における２つの斜辺側それぞれから、隣接する開口３ｂから分岐した２つの副マニホールド５ａが延出している。つまり、平面視においては、アクチュエータユニット２１の平行対向辺に沿って計４つの副マニホールド５ａが延在している。
【００２８】
なお、アクチュエータユニット２１の下側に配置された流路ユニット４（図２参照）下面において、アクチュエータユニット２１の射影領域には、インクの吐出ノズル８がマトリクス状に配列され、インク吐出領域が形成されている（図４）。なお、吐出ノズル８は、図４において部分的に示されているが、流路ユニット４の下面におけるアクチュエータユニット２１の射影領域全体に配列されている。
【００２９】
図５は、図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図６は、ヘッドユニット７０及びその上面に配置されたＦＰＣ５０の要部断面図である。図６に示すように、流路ユニット４における最上層のプレート（即ち、アクチュエータユニット２１が表面に接着される、後に詳述するキャビティプレート２２）には、圧力室１０に対応する開口が形成されている。この圧力室１０は、ヘッドユニット７０内に形成されているので、ヘッドユニット７０下面を示す図４及び図５では本来破線で描かれるべきであるが、図面を分かりやすくするため実線で描かれている。圧力室１０は、流路ユニット４の表面に沿って相互に隣接するよう形成されている。
【００３０】
なお、アクチュエータユニット２１は、図１１に示すように、圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃを含んでそれより大きい領域を覆うように、流路ユニット４に対して接着される。
【００３１】
図６に示すように、圧力室１０と副マニホールド５ａとは、アパーチャ１２を介して連通している。アパーチャ１２は、図５にも示すように、その一端を副マニホールド５ａの領域に、他端を略菱形である圧力室１０の鋭角部に、それぞれ配置されている。
【００３２】
なお、図５から、１つの圧力室１０に対して２つのアパーチャ１２が重なり合うように配置されているのがわかる。これは、圧力室１０とアパーチャ１２とを異なる高さに設けたことにより実現されたものである。これにより、圧力室１０を高密度に配列することが可能になると共に、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド１で高解像度の画像形成を実現することが可能になっている。
【００３３】
本実施形態において、圧力室１０は、ヘッドユニット７０の長手方向（第１配列方向）と幅方向からやや傾いた方向（第２配列方向）との２方向に、アクチュエータユニット２１の射影領域内において、マトリクス状に形成されている。
【００３４】
また、インクの吐出ノズル８は、図５に示すように、ヘッドユニット７０の平面において、副マニホールド５ａの範囲外で且つ略菱形の各圧力室１０における一つの鋭角にほぼ対応する部分に配置されている。本実施形態において、吐出ノズル８は第１配列方向において５０ｄｐｉで配列され、圧力室１０は第２配列方向において各アクチュエータユニット２１に対応する領域内に最大で１２個含まれるように配列されている。そして、第２配列方向に配列された１２個の圧力室１０における第１配列方向を占める長さは、第１配列方向に隣接する２つの圧力室１０の占める長さに相当するようになっている。つまり、第１配列方向に隣接する２つの圧力室１０において、それぞれの鋭角部に配置された吐出ノズル８間の範囲内には、インクジェットヘッド１の幅方向に１２個の吐出ノズル８が存在している。なお、アクチュエータユニット２１の斜辺部（図４参照）では、インクジェットヘッド１の幅方向に対向するアクチュエータユニット２１の斜辺部と相補関係となることで、上記条件を満たしている。
【００３５】
したがって、本実施形態におけるインクジェットヘッド１によると、インクジェットヘッド１に対する用紙の副走査方向（図３参照）への相対的な移動に伴って、マトリクス状に配列された多数の吐出ノズル８から順次インク滴を吐出させることで、主走査方向に６００ｄｐｉで印刷を行うことができる。
【００３６】
以上に述べたように、本実施形態のインクジェットヘッド１には、インクタンク（図示せず）からインク溜まり３、マニホールド５、副マニホールド５ａ、アパーチャ１２、及び圧力室１０を経て、先細形状の吐出ノズル８の先端に形成された吐出ノズル８に至る、インク流路３２（図６参照）が形成されている。
【００３７】
次いで、図６〜図８を参照しつつ、ヘッドユニット７０及びその上面に配置されたＦＰＣ５０の断面構成についてより詳細に説明する。
【００３８】
図６に示すように、流路ユニット４は、アクチュエータユニット２１との接着側から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９、ノズルプレート３０を構成する計９枚のプレートが積層され、互いに接着されたものである。これらプレートは、例えばステンレスなどの金属からなる。
【００３９】
図７の要部分解斜視図から、上述した流路ユニット４を構成する９枚のプレート２２〜３０、その上に積層されるアクチュエータユニット２１、及びＦＰＣ５０のそれぞれに、切り欠きや貫通孔が設けられているのがわかる。
【００４０】
ここで、図６に示すように、流路ユニット４における最上層のキャビティプレート２２は、圧力室１０に対応する略菱形の開口が多数設けられた金属プレートである。
ベースプレート２３は、キャビティプレート２２に形成された各圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔、及び、圧力室１０から吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
アパーチャプレート２４は、アパーチャ１２、及び、ベースプレート２３に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
サプライプレート２５は、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔、及び、アパーチャプレート２４に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
マニホールドプレート２６、２７、２８は、副マニホールド５ａ、及び、サプライプレート２５に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
カバープレート２９は、マニホールドプレート２６、２７、２８の連絡孔より小さな吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
ノズルプレート３０は、インクの吐出ノズル８が多数設けられた金属プレートである。
【００４１】
これら９枚のプレート２２〜３０を、図６に示したインク流路３２が形成されるよう、互いに位置合わせして積層することにより、流路ユニット４が構成されている。インク流路３２は、副マニホールド５ａから上方へ向かい、アパーチャ１２にて水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方に吐出ノズル８へと向かう。
【００４２】
また、図６に示したインク流路３２に相当する空間形状が、図８（ａ），（ｂ）にそれぞれ平面図及び斜視図として示されている。なお、図８（ａ），（ｂ）には、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの境界に設けられたフィルタ１３が示されている。このフィルタ１３は、インクに含まれる不純物を除去するためのものである。
【００４３】
次いで、図９，図１０を参照しつつ、流路ユニット４における最上層のキャビティプレート２２に積層された、アクチュエータユニット２１の構成について説明する。図９は図６内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大断面図であり、図１０はアクチュエータユニット２１の表面に設けられた個別電極及びランド部の形状を示す平面図である。
【００４４】
図９に示すように、アクチュエータユニット２１には、４枚の連続平板層である圧電シート４１、４２、４３、４４が積層されている。これら圧電シート４１、４２、４３、４４のそれぞれは、加工性に富み且つ強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなり、略１５μｍの厚みを有している。これら圧電シート４１〜４４は、圧電素子を構成するものであり、インクジェットヘッド１内の１つのインク吐出領域内に形成された多数の圧力室１０に跨って配置されている。これにより、圧電素子の機械的剛性が高く保たれると共に、インクジェットヘッド１におけるインク吐出性能の応答性が高まるようになっている。
【００４５】
最上層の圧電シート４１上には、図１０に示す平面形状を有する個別電極３５が形成されている。また、図９に示すように、最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間、及び、圧電シート４３とその下側の圧電シート４４との間には、シート全面に形成された略２μｍの厚みの共通電極３４ａが介在している。なお、圧電シート４２と圧電シート４３の間には電極が配置されていない。これら個別電極３５及び共通電極３４ａ、３４ｂは共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなり、後に詳述するように、圧電シート４１〜４４に電界を印加して変形させることにより圧力室１０の容積を変化させるためのものである。
【００４６】
個別電極３５は、略１μｍの厚みで、図１０に示すように、圧力室１０とほぼ相似である略菱形（長さ８５０μｍ、幅２５０μｍ）の平面形状を有している。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は延出され、その先端に、個別電極３５と電気的に接続された、円形のランド部３６が設けられている（図５、図１０）。ランド部３６は、厚み（頂部の高さ）が１０μｍ、径が略１６０μｍであって、図９に示すように、個別電極３５における延出部表面上に接着されている。ランド部３６の材質は、例えばガラスフリットを含む金である。
【００４７】
圧電シート４１〜４４の積層方向において、個別電極３５の射影領域は圧力室１０の領域に含まれるよう配置されているが、上記のランド部３６の射影領域は圧力室１０の領域に含まれていない。
【００４８】
なお、前記共通電極３４ａ、３４ｂは、図示せぬ接地用電極を介して前記ＦＰＣ５０の接地用導体パターン（前記個別電極３５が接続される導体パターンとは独立に形成されている）と電気的に接続され、共通電極３４ａ、３４ｂが全ての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれるようになっている。
【００４９】
ここで、本実施形態におけるアクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。
【００５０】
アクチュエータユニット２１における圧電シート４１〜４４の分極方向はその厚み方向であり、いわゆるユニモルフタイプの構成である。先ず、前記ドライバＩＣ８０を制御することにより、ＦＰＣ５０を介して、個別電極３５を正又は負の所定電位とする。例えば電界と分極とが同方向であれば、活性層である圧電シート４１が分極方向と直角方向に縮み、その他の圧電シート４２〜４４は電界の影響を受けないため自発的には縮まない。このとき圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間では分極方向への歪みに差が生じ、圧電シート４１〜４４全体に非活性側、即ち圧力室１０側に凸となる変形（ユニモルフ変形）が生じる。すると圧力室１０の容積が低下してインクの圧力が上昇し、図６に示した吐出ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５への駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４４は元の形状に戻って圧力室１０の容積も元の容積に戻り、マニホールド５側からインクが吸い込まれる。
【００５１】
また、例えば電界と分極とが逆方向であれば、活性層である圧電シート４１が分極方向と直角方向に伸び、圧電シート４１〜４４は圧電横効果により圧力室側に凹となるように湾曲する。すると圧力室１０の容積が増加してマニホールド５側からインクが吸い込まれる。その後、個別電極３５への駆動電圧の印加が停止されると、圧電シート４１〜４４は元の形状に戻って圧力室１０の容積も元の容積に戻り、吐出ノズル８からインクが吐出される。
【００５２】
他の駆動方法としては、予め個別電極３５に電圧を印加しておき、吐出要求があるごとに一旦電圧の印加を停止し、その後所定のタイミングにて再び電圧を印加する方法もある。この場合、電圧の印加が停止されたタイミングで圧電シート４１〜４４が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、マニホールド５側からインクが吸い込まれる。その後再び電圧が印加されたタイミングで圧電シート４１〜４４が圧力室１０側へ凸となるように変形し、圧力室１０の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、吐出ノズル８からインクが吐出される。
【００５３】
以上のようなアクチュエータユニット２１を作製するには、まず、圧電シート４４となるセラミックス材料上に、共通電極３４ｂとなる導電性のペースト（例えば、銀の微小粉末を樹脂などのバインダーに混入したものを，さらに有機系樹脂と溶剤からなる粘性媒体に混ぜてペースト状にしたものである）をパターン印刷する。それと並行して、圧電シート４２となるセラミックス材料上に共通電極３４ａとなる導電性のペーストをパターン印刷する。その後、４枚の圧電シート４１〜４４を治具を用いて位置合わせしつつ重ね合わせることによって得られた積層物を、所定の温度で焼成する。これにより、圧電シート４１〜４４の間に二つの共通電極３４ａ・３４ｂが介在され、且つ個別電極を有しない積層物が形成される。
【００５４】
次に、圧電シート４１上に、個別電極３５となる導電性のペーストを位置合わせしながらパターン印刷し、焼成工程を行ってペーストを焼結させる。これにより、圧電シート４１上に個別電極３５が形成される。
【００５５】
ここで導電性のペーストは、図１１に示すように、流路ユニット４に圧力室１０が隣接して形成されている領域Ｘｃに対応する領域Ｙｃに印刷されて前記個別電極３５としての金属部を形成しているが、その領域Ｙｃ以外の領域、即ち、アクチュエータユニット２１の端縁側の領域にも、導電性のペーストが同様のパターンで印刷され、個別電極３５と同一の材質のダミー電極（金属部）３５ｄを形成している。言い換えれば、前記領域Ｙｃの境界線ＹｃＬをハミ出した領域にも、金属部（ダミー電極３５ｄ）が形成されている。
【００５６】
これにより、インクの吐出特性のバラツキを低減することができる。即ち、上述のような導電性のペーストを圧電シート４１上に印刷して焼成すると、圧電シート４１の当該印刷部分には、ペーストの焼結時の収縮によって残留応力が発生する。この点、本実施形態の構成では、圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃに対応する領域Ｙｃ以外の領域にもダミー電極３５ｄが配置されているので、圧力室の隣接配置領域Ｘｃの中央側と端縁側とで、圧力室１０に対応する個別電極３５の部分の圧電シート４１の残留応力の差異を小さくすることができる。この結果、アクチュエータユニット２１の圧電定数（前記残留応力に大きく依存する）の圧力室１０ごとのバラツキが低減され、インクの吐出特性を均一化することができる。
【００５７】
特に本実施形態のアクチュエータユニット２１においては、圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃに対応する領域Ｙｃに形成されている印刷パターン（二次元方向のマトリクス配置パターン）と同じパターンが、当該領域Ｙｃ以外の領域にも形成されている。従って、流路ユニット４の圧力室１０に対応して形成される個別電極３５は、何れも、他の前記圧力室１０に対応する個別電極３５の周囲が取り囲まれているのと同一のパターンの前記金属部（即ち、個別電極３５あるいはダミー電極３５ｄ）で、その周囲が取り囲まれている。
【００５８】
アクチュエータユニット２１の平面拡大図である図１２を用いて具体的に説明すると、例えばＡ〜Ｄのどの圧力室１０の個別電極３５に着目したとしても、個別電極３５あるいはダミー電極３５ｄ（ハッチングを付して示されている）による周囲の取り囲まれ方が同一である。即ち、圧力室群の中央側に位置する圧力室Ｂは個別電極３５によって囲まれるが、圧力室群の端部に位置する圧力室Ａ・Ｃ・Ｄも、同じように個別電極３５及びダミー電極３５ｄによって囲まれる。
【００５９】
従って、圧力室１０に対応する個別電極３５部分の残留応力のバラツキが、より一層低減される（圧力室Ａ〜Ｄのいずれにおいても同じような残留応力が現れる）。従って、インクの吐出特性をより一層均一化できる。
【００６０】
また、アクチュエータユニット２１においては、前記個別電極３５が二次元方向にマトリクス配置されている。即ち、そのような配置パターンを実現するように、前記導電性ペーストの印刷パターンが定められている。
【００６１】
この結果、インクの吐出特性の均一化と高解像度化を両立することができる。
【００６２】
アクチュエータユニット２１の製造方法としては、例えば以下の方法を用いればよい。
【００６３】
まず、図１３（１）に示すように、まずアクチュエータユニット材料２１ｍを用意し、ここにアクチュエータユニット領域Ｐを設定する。これは仮想的な領域であって、この領域Ｐの輪郭線ＰＬは、アクチュエータユニット２１の外郭線に一致するものである。
なお、上記アクチュエータユニット材料２１ｍとは、上述した、圧電シート４１〜４４の間に二つの共通電極３４ａ・３４ｂが介在され、且つ個別電極を有しない状態でいったん焼成された積層物をいう。
【００６４】
次に、図１３（２）に示すように、前記アクチュエータユニット領域Ｐを含んでそれより大きな領域に、繰返しパターンの金属部Ｑを配置する。ここでは、アクチュエータユニット材料２１ｍの全面に、繰返しパターンの金属部Ｑを配置している。この後に焼成し、前記輪郭線ＰＬに沿って切断する。
【００６５】
この結果、図１３（３）のように、切断後のアクチュエータユニット材料２１ｍ（即ち、完成品としてのアクチュエータユニット２１）には全ての領域にわたって繰返しパターンの金属部Ｑが配置されることになるので、アクチュエータユニット２１の圧電シート４１への残留応力の現れ方も一様となる。この結果、アクチュエータユニット２１の圧力室１０ごとの吐出特性のバラツキを少なくできる。
【００６６】
以上に本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の構成に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り様々な変容が可能である。
【００６７】
例えば、アクチュエータユニット２１において、圧電シート４２と圧電シート４３との間に個別電極を更に配置する構成にも、本発明は同様に適用できる。この場合、圧電シート４１上の個別電極３５と、圧電シート４２・４３に挟まれた個別電極とは、当該圧電シート４１・４２に形成されたスルーホールを介して電気的に接続されるようにすれば良い。なお、ダミー電極３５ｄを設置した部分には、圧電シート４２・４３の間に更にダミー電極を介在させても良いし、させなくても良い。
【００６８】
あるいは、アクチュエータユニット２１において、共通電極３４ｂを省略し、共通電極３４ａを一つのみとする構成にも、本発明は同様に適用できる。
【００６９】
また、圧力室１０が二次元方向にマトリクス配置されていない場合についても、本発明は同様に適用できる。例えば図１４（ａ）の変形例１に示すように、細長い圧力室１０が等間隔で一列に並ぶように流路ユニット４に配置されている場合は、アクチュエータユニット２１において、当該圧力室１０に対応しない領域（圧力室１０の配列方向端部）に、ダミー電極３５ｄを配置する。
【００７０】
また、図１４（ｂ）の変形例２に示すように、細長い圧力室１０が二列で千鳥状に隣接するように流路ユニット４に配置されている場合は、アクチュエータユニット２１において、当該圧力室１０に対応しない領域に、ダミー電極３５ｄを配置すれば良い。
【００７１】
前記変形例１，２の何れにおいても、個別電極３５・ダミー電極３５ｄを含め、金属部は、同一の繰返しパターンを維持しながら配置される。即ち、金属部のパターンは、変形例１では等間隔で一列に並ぶパターン、変形例２では千鳥状に二列に並ぶパターンであって、これは金属部が個別電極３５であるとダミー電極３５ｄであるとを問わない。こうすることで、配列方向端部の圧力室１０に対応する個別電極３５の部分にも、中央側の圧力室１０に対応する個別電極３５の部分にも、残留応力は一様に現れ、この結果、吐出特性のバラツキを抑制できる。
【００７２】
また、流路ユニット４に、インクの吐出に寄与しないダミーの圧力室を形成した構成でも良い。この場合、本発明の「圧力室の隣接配置領域」にはダミーの圧力室の配置領域は含まれないものとして、本発明を適用すればよい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００７４】
即ち、請求項１に示すインクジェットヘッドは、流路ユニットと、この流路ユニットの表面に沿って相互に隣接配置するよう当該流路ユニットに形成された複数の圧力室と、この圧力室の容積を変化させるために前記流路ユニットに対し接着され、一定電位に保たれた共通電極と各圧力室に対応する位置に配置された複数の個別電極とによって挟まれた圧電シートを少なくとも含むアクチュエータユニットと、を備えたインクジェットヘッドであって、前記アクチュエータユニットは、前記圧力室の隣接配置領域を含んでそれより大きい領域を覆うように前記流路ユニットに接着されるものとし、かつ、前記アクチュエータユニットには、・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域に、前記個別電極としての金属部を配置し、・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域以外の領域に、前記個別電極としての金属部と同一の材質の金属部を配置したので、
圧力室の隣接配置領域の中央側と端縁側とで、圧力室に対応する個別電極部分の圧電シートの残留応力の差異を小さくすることができる。この結果、アクチュエータユニットの圧電定数（前記残留応力に大きく依存する）の圧力室ごとのバラツキが低減され、インクの吐出特性を均一化できる。
【００７５】
請求項２に示すように、前記圧力室のそれぞれに対応する個別電極は、何れも、他の前記圧力室に対応する個別電極の周囲が取り囲まれているのと同一のパターンの前記金属部で、その周囲が取り囲まれているので、
圧電シートにおいて、圧力室に対応する個別電極部分の残留応力のバラツキが、より一層低減される。従って、インクの吐出特性をより一層均一化できる。
【００７６】
請求項３に示すように、前記アクチュエータユニットにおいて前記個別電極は二次元方向にマトリクス配置されているので、
インクの吐出特性の均一化と高解像度化を両立できる。
【００７７】
請求項４に示すインクジェットヘッドの製造方法は、（Ａ）アクチュエータユニット領域が設定された圧電シートの、前記アクチュエータユニット領域を含んでそれより大きな領域に、繰返しパターンの金属部を配置する工程、（Ｂ）前記圧電シートに前記金属部を焼き付ける工程、（Ｃ）前記圧電シートを、前記アクチュエータユニット領域の輪郭に沿って切断する工程、を少なくとも含むので、切断後の圧電シートには全ての領域にわたって繰り返しパターンの金属部が配置されることになるので、残留応力の現れ方も一様となる。この結果、アクチュエータユニットの圧力室ごとの吐出特性のバラツキを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの外観斜視図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。
【図３】図１に示すヘッドユニットの平面図。
【図４】図３内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図。
【図５】図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図。
【図６】ヘッドユニット及びその上面に配置されたＦＰＣの要部断面図。
【図７】ヘッドユニット及びＦＰＣの要部分解斜視図である。
【図８】（ａ）は図６内に描かれたインク流路を形成する空間の平面図、（ｂ）は同じく斜視図。
【図９】図６内に描かれた二点鎖線で囲まれた領域の拡大断面図。
【図１０】アクチュエータユニットの表面に接着された個別電極及びランド部の形状を示す平面図。
【図１１】流路ユニットにおける圧力室の隣接配置領域とアクチュエータユニットの金属部の配置との関係を示す斜視図。
【図１２】アクチュエータユニット上における金属部の配置パターンを示す平面図要部拡大図。
【図１３】アクチュエータユニットの製造方法を示す図。
【図１４】圧力室及び金属部の配置の変形例を示す概略図。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
１０ 圧力室
２１ アクチュエータユニット
３５ 個別電極（個別電極としての金属部）
３５ｄ ダミー電極（金属部）
４１〜４４ 圧電シート
Ｘｃ 圧力室の隣接配置領域
Ｙｃ アクチュエータユニットにおいて、圧力室の隣接配置領域Ｘｃに対応する領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドは、インクタンクからマニホールドに供給されたインクを複数の圧力室に分配し、各圧力室に選択的に圧力を付与することによりノズル孔からインクを吐出する。圧力室に選択的に圧力を付与するための一つの手段として、セラミックからなる複数の圧電シートが積層されたアクチュエータユニットが用いられることがある。
【０００３】
かかるインクジェットヘッドの一例として、特許文献１には、アクチュエータユニットの圧電シート間に、グランド電位に保持された多数の圧力室に共通の共通電極と、各圧力室に対応する位置に配置された多数の駆動電極（個別電極）とが配置されたものが記載されている。個別電極及び共通電極に挟まれ且つ積層方向に分極された圧電シートは、その両側にある個別電極が共通電極と異なる電位にされると、活性層として、いわゆる圧電縦効果により積層方向に伸縮する。これにより圧力室内の容積が変動し、圧力室に連通したノズルから記録媒体に向けてインクを吐出することが可能となっている。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドでは、共通電極及び個別電極となる導電性のペーストが圧電シート上に所定のパターンで印刷された後に加熱されることによって焼結し、共通電極及び個別電極が形成される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−３４１８５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、各圧力室に対応する位置に個別電極を配置するのみであると、隣接配置された圧力室群の端部にある圧力室と、圧力室群の中央にある圧力室とで、ノズルからの吐出特性にバラツキが生じてしまう。
【０００７】
即ち、上述のような導電性のペーストを圧電シート上に印刷して焼成すると、圧電シートの印刷部分には、ペーストの焼結時の収縮によって残留応力が発生する。ここで、圧力室群の端部の圧力室に対応する個別電極は、その周囲３６０°を個別電極で囲まれることはないが、圧力室群の中央の圧力室に対応する個別電極は、その周囲３６０°にわたって、個別電極が配置されることになる。このような周囲の個別電極の配置の差異が、圧電シート上に現れる残留応力の差となって現れ、これがアクチュエータユニットの圧電定数に大きく影響する。この結果、ノズルからの吐出特性が圧力室ごとにバラツキを生じてしまい、形成される画像の画質が低下してしまっていたのである。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主たる目的は、圧力室毎にアクチュエータユニットに現れる残留応力を一様として、吐出特性のバラツキの防止を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１０】
即ち、請求項１に記載のインクジェットヘッドは、流路ユニットと、この流路ユニットの表面に沿って相互に隣接配置するよう当該流路ユニットに形成された複数の圧力室と、この圧力室の容積を変化させるために前記流路ユニットに対し接着され、一定電位に保たれた共通電極と各圧力室に対応する位置に配置された複数の個別電極とによって挟まれた圧電シートを少なくとも含むアクチュエータユニットと、を備えたインクジェットヘッドであって、前記アクチュエータユニットは、前記圧力室の隣接配置領域を含んでそれより大きい領域を覆うように前記流路ユニットに接着されるものとし、かつ、前記アクチュエータユニットには、・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域に、前記個別電極としての金属部を配置し、・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域以外の領域に、前記個別電極としての金属部と同一の材質の金属部を配置したことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載のインクジェットヘッドは、前記圧力室のそれぞれに対応する個別電極は、何れも、他の前記圧力室に対応する個別電極の周囲が取り囲まれているのと同一のパターンの前記金属部で、その周囲が取り囲まれていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載のインクジェットヘッドは、前記アクチュエータユニットにおいて前記個別電極は二次元方向にマトリクス配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法は、（Ａ）アクチュエータユニット領域が設定された圧電シートの、前記アクチュエータユニット領域を含んでそれより大きな領域に、繰返しパターンの金属部を配置する工程、（Ｂ）前記圧電シートに前記金属部を焼き付ける工程、（Ｃ）前記圧電シートを、前記アクチュエータユニット領域の輪郭に沿って切断する工程、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
先ず、図１を参照しつつ、本発明の実施形態におけるインクジェットヘッドの全体構成について説明する。図１は、本実施形態におけるインクジェットヘッド１の外観斜視図である。
【００１６】
インクジェットヘッド１には、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッドユニット７０と、ヘッドユニット７０に供給されるインクの流路が形成されたベースブロック７１と、が備えられている。そしてこのベースブロック７１は、ベースブロック７１を収容する把持部７２ａと、把持部７２ａの上面からベースブロック７１の平面に直交する方向に沿って所定間隔をなして延出された一対の平板部７２ｂと、を含むホルダ７２によって、支持されている。
【００１７】
また、ヘッドユニット７０からはＦＰＣ５０が引き出され、このＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材８３を介して、ホルダ７２の平板部７２ｂ表面に沿うように配置されている。そして、ＦＰＣ５０の、ホルダ７２の平板部７２ｂ表面に配置された部分の上には、ドライバＩＣ８０が設置されている。ＦＰＣ５０の内部には、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッドユニット７０のアクチュエータユニット２１（後に詳述）に伝達するための、導体パターンが設けられている。
【００１８】
さらにドライバＩＣ８０の外側表面には、ヒートシンク８２が密着するよう配置されており、ドライバＩＣ８０にて発生する熱がヒートシンク８２に放出されるようになっている。またさらに、ホルダ７２の平板部７２ｂ表面に設置されたＦＰＣ５０上で、ドライバＩＣ８０及びヒートシンク８２の上方には、基板８１が備えられている。
【００１９】
次いで、図２を参照しつつ、図１に示したヘッドユニット７０、ベースブロック７１などの構成について、より詳細に説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【００２０】
ヘッドユニット７０は、インク流路が形成された流路ユニット４と、流路ユニット４の上面に接着剤を介して接着されたアクチュエータユニット２１とを含んでいる。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は共に、複数の薄板を積層して互いに接着させた構成である。また、アクチュエータユニット２１の上面にはＦＰＣ５０が接着されている。
【００２１】
流路ユニット４の上面において、アクチュエータユニット２１が接着されていない部分には、ベースブロック７１が固定されている。アクチュエータユニット２１はベースブロック７１の下面外側に設けられた凹部７１ａ内に配置され、ベースブロック７１とは接着されていない。
【００２２】
ベースブロック７１は、例えばステンレスなどの金属材料からなり、ホルダ７２の把持部７２ａ内に接着固定されている。また、ベースブロック７１には、後に詳述する、２つの略直方体の中空領域を有するインク溜まり３が設けられている。
【００２３】
なお、平板部７２ｂの表面に配置されたヒートシンク８２は、シール部材８４を介して、基板８１及びＦＰＣ５０に固定されている。また、ＦＰＣ５０は、シール部材８５を介して、ホルダ７２における把持部７２ａ先端及びアクチュエータユニット２１上面に固定されている。
【００２４】
次いで、図３〜図６を参照しつつ、ベースブロック７１に形成されたインク溜まり３からヘッドユニット７０へのインクの流れについて説明する。
【００２５】
図３は、図１に示したヘッドユニット７０の平面図である。図３から、ヘッドユニット７０の長手方向には、図２にも示した２つのインク溜まり３が互いに所定間隔をなして平行に延在しているのがわかる。２つのインク溜まり３はそれぞれ一端に開口３ａを有し、この開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通して常にインクで満たされている。また、各インク溜まり３には２つで１対となった開口３ｂが設けられている。２つのインク溜まり３に設けられた開口３ｂは、ヘッドユニット７０の幅方向において重ならないよう、それぞれ延在方向に所定間隔をなして配置されている。
【００２６】
１対の開口３ｂの間にはそれぞれ、台形の平面形状を有するアクチュエータユニット２１が配置されている。より詳細には、各アクチュエータユニット２１は、ヘッドユニット７０の長手方向に沿った平行対向辺（上辺及び下辺）を持つ台形の平面形状を有して、それぞれ千鳥状に配置され、隣接する斜辺同士をヘッドユニット７０の幅方向にオーバーラップしている。
【００２７】
図４は、図３内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図４から、各インク溜まり３に設けられた開口３ｂはマニホールド５に連通し、さらに各マニホールド５の先端部は２つに分岐して副マニホールド５ａを形成しているのがわかる。また、平面視において、アクチュエータユニット２１における２つの斜辺側それぞれから、隣接する開口３ｂから分岐した２つの副マニホールド５ａが延出している。つまり、平面視においては、アクチュエータユニット２１の平行対向辺に沿って計４つの副マニホールド５ａが延在している。
【００２８】
なお、アクチュエータユニット２１の下側に配置された流路ユニット４（図２参照）下面において、アクチュエータユニット２１の射影領域には、インクの吐出ノズル８がマトリクス状に配列され、インク吐出領域が形成されている（図４）。なお、吐出ノズル８は、図４において部分的に示されているが、流路ユニット４の下面におけるアクチュエータユニット２１の射影領域全体に配列されている。
【００２９】
図５は、図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図６は、ヘッドユニット７０及びその上面に配置されたＦＰＣ５０の要部断面図である。図６に示すように、流路ユニット４における最上層のプレート（即ち、アクチュエータユニット２１が表面に接着される、後に詳述するキャビティプレート２２）には、圧力室１０に対応する開口が形成されている。この圧力室１０は、ヘッドユニット７０内に形成されているので、ヘッドユニット７０下面を示す図４及び図５では本来破線で描かれるべきであるが、図面を分かりやすくするため実線で描かれている。圧力室１０は、流路ユニット４の表面に沿って相互に隣接するよう形成されている。
【００３０】
なお、アクチュエータユニット２１は、図１１に示すように、圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃを含んでそれより大きい領域を覆うように、流路ユニット４に対して接着される。
【００３１】
図６に示すように、圧力室１０と副マニホールド５ａとは、アパーチャ１２を介して連通している。アパーチャ１２は、図５にも示すように、その一端を副マニホールド５ａの領域に、他端を略菱形である圧力室１０の鋭角部に、それぞれ配置されている。
【００３２】
なお、図５から、１つの圧力室１０に対して２つのアパーチャ１２が重なり合うように配置されているのがわかる。これは、圧力室１０とアパーチャ１２とを異なる高さに設けたことにより実現されたものである。これにより、圧力室１０を高密度に配列することが可能になると共に、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド１で高解像度の画像形成を実現することが可能になっている。
【００３３】
本実施形態において、圧力室１０は、ヘッドユニット７０の長手方向（第１配列方向）と幅方向からやや傾いた方向（第２配列方向）との２方向に、アクチュエータユニット２１の射影領域内において、マトリクス状に形成されている。
【００３４】
また、インクの吐出ノズル８は、図５に示すように、ヘッドユニット７０の平面において、副マニホールド５ａの範囲外で且つ略菱形の各圧力室１０における一つの鋭角にほぼ対応する部分に配置されている。本実施形態において、吐出ノズル８は第１配列方向において５０ｄｐｉで配列され、圧力室１０は第２配列方向において各アクチュエータユニット２１に対応する領域内に最大で１２個含まれるように配列されている。そして、第２配列方向に配列された１２個の圧力室１０における第１配列方向を占める長さは、第１配列方向に隣接する２つの圧力室１０の占める長さに相当するようになっている。つまり、第１配列方向に隣接する２つの圧力室１０において、それぞれの鋭角部に配置された吐出ノズル８間の範囲内には、インクジェットヘッド１の幅方向に１２個の吐出ノズル８が存在している。なお、アクチュエータユニット２１の斜辺部（図４参照）では、インクジェットヘッド１の幅方向に対向するアクチュエータユニット２１の斜辺部と相補関係となることで、上記条件を満たしている。
【００３５】
したがって、本実施形態におけるインクジェットヘッド１によると、インクジェットヘッド１に対する用紙の副走査方向（図３参照）への相対的な移動に伴って、マトリクス状に配列された多数の吐出ノズル８から順次インク滴を吐出させることで、主走査方向に６００ｄｐｉで印刷を行うことができる。
【００３６】
以上に述べたように、本実施形態のインクジェットヘッド１には、インクタンク（図示せず）からインク溜まり３、マニホールド５、副マニホールド５ａ、アパーチャ１２、及び圧力室１０を経て、先細形状の吐出ノズル８の先端に形成された吐出ノズル８に至る、インク流路３２（図６参照）が形成されている。
【００３７】
次いで、図６〜図８を参照しつつ、ヘッドユニット７０及びその上面に配置されたＦＰＣ５０の断面構成についてより詳細に説明する。
【００３８】
図６に示すように、流路ユニット４は、アクチュエータユニット２１との接着側から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９、ノズルプレート３０を構成する計９枚のプレートが積層され、互いに接着されたものである。これらプレートは、例えばステンレスなどの金属からなる。
【００３９】
図７の要部分解斜視図から、上述した流路ユニット４を構成する９枚のプレート２２〜３０、その上に積層されるアクチュエータユニット２１、及びＦＰＣ５０のそれぞれに、切り欠きや貫通孔が設けられているのがわかる。
【００４０】
ここで、図６に示すように、流路ユニット４における最上層のキャビティプレート２２は、圧力室１０に対応する略菱形の開口が多数設けられた金属プレートである。
ベースプレート２３は、キャビティプレート２２に形成された各圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔、及び、圧力室１０から吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
アパーチャプレート２４は、アパーチャ１２、及び、ベースプレート２３に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
サプライプレート２５は、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔、及び、アパーチャプレート２４に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
マニホールドプレート２６、２７、２８は、副マニホールド５ａ、及び、サプライプレート２５に形成された連絡孔と連通する吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
カバープレート２９は、マニホールドプレート２６、２７、２８の連絡孔より小さな吐出ノズル８への連絡孔が設けられた金属プレートである。
ノズルプレート３０は、インクの吐出ノズル８が多数設けられた金属プレートである。
【００４１】
これら９枚のプレート２２〜３０を、図６に示したインク流路３２が形成されるよう、互いに位置合わせして積層することにより、流路ユニット４が構成されている。インク流路３２は、副マニホールド５ａから上方へ向かい、アパーチャ１２にて水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方に吐出ノズル８へと向かう。
【００４２】
また、図６に示したインク流路３２に相当する空間形状が、図８（ａ），（ｂ）にそれぞれ平面図及び斜視図として示されている。なお、図８（ａ），（ｂ）には、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの境界に設けられたフィルタ１３が示されている。このフィルタ１３は、インクに含まれる不純物を除去するためのものである。
【００４３】
次いで、図９，図１０を参照しつつ、流路ユニット４における最上層のキャビティプレート２２に積層された、アクチュエータユニット２１の構成について説明する。図９は図６内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大断面図であり、図１０はアクチュエータユニット２１の表面に設けられた個別電極及びランド部の形状を示す平面図である。
【００４４】
図９に示すように、アクチュエータユニット２１には、４枚の連続平板層である圧電シート４１、４２、４３、４４が積層されている。これら圧電シート４１、４２、４３、４４のそれぞれは、加工性に富み且つ強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなり、略１５μｍの厚みを有している。これら圧電シート４１〜４４は、圧電素子を構成するものであり、インクジェットヘッド１内の１つのインク吐出領域内に形成された多数の圧力室１０に跨って配置されている。これにより、圧電素子の機械的剛性が高く保たれると共に、インクジェットヘッド１におけるインク吐出性能の応答性が高まるようになっている。
【００４５】
最上層の圧電シート４１上には、図１０に示す平面形状を有する個別電極３５が形成されている。また、図９に示すように、最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間、及び、圧電シート４３とその下側の圧電シート４４との間には、シート全面に形成された略２μｍの厚みの共通電極３４ａが介在している。なお、圧電シート４２と圧電シート４３の間には電極が配置されていない。これら個別電極３５及び共通電極３４ａ、３４ｂは共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなり、後に詳述するように、圧電シート４１〜４４に電界を印加して変形させることにより圧力室１０の容積を変化させるためのものである。
【００４６】
個別電極３５は、略１μｍの厚みで、図１０に示すように、圧力室１０とほぼ相似である略菱形（長さ８５０μｍ、幅２５０μｍ）の平面形状を有している。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は延出され、その先端に、個別電極３５と電気的に接続された、円形のランド部３６が設けられている（図５、図１０）。ランド部３６は、厚み（頂部の高さ）が１０μｍ、径が略１６０μｍであって、図９に示すように、個別電極３５における延出部表面上に接着されている。ランド部３６の材質は、例えばガラスフリットを含む金である。
【００４７】
圧電シート４１〜４４の積層方向において、個別電極３５の射影領域は圧力室１０の領域に含まれるよう配置されているが、上記のランド部３６の射影領域は圧力室１０の領域に含まれていない。
【００４８】
なお、前記共通電極３４ａ、３４ｂは、図示せぬ接地用電極を介して前記ＦＰＣ５０の接地用導体パターン（前記個別電極３５が接続される導体パターンとは独立に形成されている）と電気的に接続され、共通電極３４ａ、３４ｂが全ての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれるようになっている。
【００４９】
ここで、本実施形態におけるアクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。
【００５０】
アクチュエータユニット２１における圧電シート４１〜４４の分極方向はその厚み方向であり、いわゆるユニモルフタイプの構成である。先ず、前記ドライバＩＣ８０を制御することにより、ＦＰＣ５０を介して、個別電極３５を正又は負の所定電位とする。例えば電界と分極とが同方向であれば、活性層である圧電シート４１が分極方向と直角方向に縮み、その他の圧電シート４２〜４４は電界の影響を受けないため自発的には縮まない。このとき圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間では分極方向への歪みに差が生じ、圧電シート４１〜４４全体に非活性側、即ち圧力室１０側に凸となる変形（ユニモルフ変形）が生じる。すると圧力室１０の容積が低下してインクの圧力が上昇し、図６に示した吐出ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５への駆動電圧の印加が停止されれば、圧電シート４１〜４４は元の形状に戻って圧力室１０の容積も元の容積に戻り、マニホールド５側からインクが吸い込まれる。
【００５１】
また、例えば電界と分極とが逆方向であれば、活性層である圧電シート４１が分極方向と直角方向に伸び、圧電シート４１〜４４は圧電横効果により圧力室側に凹となるように湾曲する。すると圧力室１０の容積が増加してマニホールド５側からインクが吸い込まれる。その後、個別電極３５への駆動電圧の印加が停止されると、圧電シート４１〜４４は元の形状に戻って圧力室１０の容積も元の容積に戻り、吐出ノズル８からインクが吐出される。
【００５２】
他の駆動方法としては、予め個別電極３５に電圧を印加しておき、吐出要求があるごとに一旦電圧の印加を停止し、その後所定のタイミングにて再び電圧を印加する方法もある。この場合、電圧の印加が停止されたタイミングで圧電シート４１〜４４が元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、マニホールド５側からインクが吸い込まれる。その後再び電圧が印加されたタイミングで圧電シート４１〜４４が圧力室１０側へ凸となるように変形し、圧力室１０の容積低下によりインクへの圧力が上昇し、吐出ノズル８からインクが吐出される。
【００５３】
以上のようなアクチュエータユニット２１を作製するには、まず、圧電シート４４となるセラミックス材料上に、共通電極３４ｂとなる導電性のペースト（例えば、銀の微小粉末を樹脂などのバインダーに混入したものを，さらに有機系樹脂と溶剤からなる粘性媒体に混ぜてペースト状にしたものである）をパターン印刷する。それと並行して、圧電シート４２となるセラミックス材料上に共通電極３４ａとなる導電性のペーストをパターン印刷する。その後、４枚の圧電シート４１〜４４を治具を用いて位置合わせしつつ重ね合わせることによって得られた積層物を、所定の温度で焼成する。これにより、圧電シート４１〜４４の間に二つの共通電極３４ａ・３４ｂが介在され、且つ個別電極を有しない積層物が形成される。
【００５４】
次に、圧電シート４１上に、個別電極３５となる導電性のペーストを位置合わせしながらパターン印刷し、焼成工程を行ってペーストを焼結させる。これにより、圧電シート４１上に個別電極３５が形成される。
【００５５】
ここで導電性のペーストは、図１１に示すように、流路ユニット４に圧力室１０が隣接して形成されている領域Ｘｃに対応する領域Ｙｃに印刷されて前記個別電極３５としての金属部を形成しているが、その領域Ｙｃ以外の領域、即ち、アクチュエータユニット２１の端縁側の領域にも、導電性のペーストが同様のパターンで印刷され、個別電極３５と同一の材質のダミー電極（金属部）３５ｄを形成している。言い換えれば、前記領域Ｙｃの境界線ＹｃＬをハミ出した領域にも、金属部（ダミー電極３５ｄ）が形成されている。
【００５６】
これにより、インクの吐出特性のバラツキを低減することができる。即ち、上述のような導電性のペーストを圧電シート４１上に印刷して焼成すると、圧電シート４１の当該印刷部分には、ペーストの焼結時の収縮によって残留応力が発生する。この点、本実施形態の構成では、圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃに対応する領域Ｙｃ以外の領域にもダミー電極３５ｄが配置されているので、圧力室の隣接配置領域Ｘｃの中央側と端縁側とで、圧力室１０に対応する個別電極３５の部分の圧電シート４１の残留応力の差異を小さくすることができる。この結果、アクチュエータユニット２１の圧電定数（前記残留応力に大きく依存する）の圧力室１０ごとのバラツキが低減され、インクの吐出特性を均一化することができる。
【００５７】
特に本実施形態のアクチュエータユニット２１においては、圧力室１０の隣接配置領域Ｘｃに対応する領域Ｙｃに形成されている印刷パターン（二次元方向のマトリクス配置パターン）と同じパターンが、当該領域Ｙｃ以外の領域にも形成されている。従って、流路ユニット４の圧力室１０に対応して形成される個別電極３５は、何れも、他の前記圧力室１０に対応する個別電極３５の周囲が取り囲まれているのと同一のパターンの前記金属部（即ち、個別電極３５あるいはダミー電極３５ｄ）で、その周囲が取り囲まれている。
【００５８】
アクチュエータユニット２１の平面拡大図である図１２を用いて具体的に説明すると、例えばＡ〜Ｄのどの圧力室１０の個別電極３５に着目したとしても、個別電極３５あるいはダミー電極３５ｄ（ハッチングを付して示されている）による周囲の取り囲まれ方が同一である。即ち、圧力室群の中央側に位置する圧力室Ｂは個別電極３５によって囲まれるが、圧力室群の端部に位置する圧力室Ａ・Ｃ・Ｄも、同じように個別電極３５及びダミー電極３５ｄによって囲まれる。
【００５９】
従って、圧力室１０に対応する個別電極３５部分の残留応力のバラツキが、より一層低減される（圧力室Ａ〜Ｄのいずれにおいても同じような残留応力が現れる）。従って、インクの吐出特性をより一層均一化できる。
【００６０】
また、アクチュエータユニット２１においては、前記個別電極３５が二次元方向にマトリクス配置されている。即ち、そのような配置パターンを実現するように、前記導電性ペーストの印刷パターンが定められている。
【００６１】
この結果、インクの吐出特性の均一化と高解像度化を両立することができる。
【００６２】
アクチュエータユニット２１の製造方法としては、例えば以下の方法を用いればよい。
【００６３】
まず、図１３（１）に示すように、まずアクチュエータユニット材料２１ｍを用意し、ここにアクチュエータユニット領域Ｐを設定する。これは仮想的な領域であって、この領域Ｐの輪郭線ＰＬは、アクチュエータユニット２１の外郭線に一致するものである。
なお、上記アクチュエータユニット材料２１ｍとは、上述した、圧電シート４１〜４４の間に二つの共通電極３４ａ・３４ｂが介在され、且つ個別電極を有しない状態でいったん焼成された積層物をいう。
【００６４】
次に、図１３（２）に示すように、前記アクチュエータユニット領域Ｐを含んでそれより大きな領域に、繰返しパターンの金属部Ｑを配置する。ここでは、アクチュエータユニット材料２１ｍの全面に、繰返しパターンの金属部Ｑを配置している。この後に焼成し、前記輪郭線ＰＬに沿って切断する。
【００６５】
この結果、図１３（３）のように、切断後のアクチュエータユニット材料２１ｍ（即ち、完成品としてのアクチュエータユニット２１）には全ての領域にわたって繰返しパターンの金属部Ｑが配置されることになるので、アクチュエータユニット２１の圧電シート４１への残留応力の現れ方も一様となる。この結果、アクチュエータユニット２１の圧力室１０ごとの吐出特性のバラツキを少なくできる。
【００６６】
以上に本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の構成に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り様々な変容が可能である。
【００６７】
例えば、アクチュエータユニット２１において、圧電シート４２と圧電シート４３との間に個別電極を更に配置する構成にも、本発明は同様に適用できる。この場合、圧電シート４１上の個別電極３５と、圧電シート４２・４３に挟まれた個別電極とは、当該圧電シート４１・４２に形成されたスルーホールを介して電気的に接続されるようにすれば良い。なお、ダミー電極３５ｄを設置した部分には、圧電シート４２・４３の間に更にダミー電極を介在させても良いし、させなくても良い。
【００６８】
あるいは、アクチュエータユニット２１において、共通電極３４ｂを省略し、共通電極３４ａを一つのみとする構成にも、本発明は同様に適用できる。
【００６９】
また、圧力室１０が二次元方向にマトリクス配置されていない場合についても、本発明は同様に適用できる。例えば図１４（ａ）の変形例１に示すように、細長い圧力室１０が等間隔で一列に並ぶように流路ユニット４に配置されている場合は、アクチュエータユニット２１において、当該圧力室１０に対応しない領域（圧力室１０の配列方向端部）に、ダミー電極３５ｄを配置する。
【００７０】
また、図１４（ｂ）の変形例２に示すように、細長い圧力室１０が二列で千鳥状に隣接するように流路ユニット４に配置されている場合は、アクチュエータユニット２１において、当該圧力室１０に対応しない領域に、ダミー電極３５ｄを配置すれば良い。
【００７１】
前記変形例１，２の何れにおいても、個別電極３５・ダミー電極３５ｄを含め、金属部は、同一の繰返しパターンを維持しながら配置される。即ち、金属部のパターンは、変形例１では等間隔で一列に並ぶパターン、変形例２では千鳥状に二列に並ぶパターンであって、これは金属部が個別電極３５であるとダミー電極３５ｄであるとを問わない。こうすることで、配列方向端部の圧力室１０に対応する個別電極３５の部分にも、中央側の圧力室１０に対応する個別電極３５の部分にも、残留応力は一様に現れ、この結果、吐出特性のバラツキを抑制できる。
【００７２】
また、流路ユニット４に、インクの吐出に寄与しないダミーの圧力室を形成した構成でも良い。この場合、本発明の「圧力室の隣接配置領域」にはダミーの圧力室の配置領域は含まれないものとして、本発明を適用すればよい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００７４】
即ち、請求項１に示すインクジェットヘッドは、流路ユニットと、この流路ユニットの表面に沿って相互に隣接配置するよう当該流路ユニットに形成された複数の圧力室と、この圧力室の容積を変化させるために前記流路ユニットに対し接着され、一定電位に保たれた共通電極と各圧力室に対応する位置に配置された複数の個別電極とによって挟まれた圧電シートを少なくとも含むアクチュエータユニットと、を備えたインクジェットヘッドであって、前記アクチュエータユニットは、前記圧力室の隣接配置領域を含んでそれより大きい領域を覆うように前記流路ユニットに接着されるものとし、かつ、前記アクチュエータユニットには、・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域に、前記個別電極としての金属部を配置し、・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域以外の領域に、前記個別電極としての金属部と同一の材質の金属部を配置したので、
圧力室の隣接配置領域の中央側と端縁側とで、圧力室に対応する個別電極部分の圧電シートの残留応力の差異を小さくすることができる。この結果、アクチュエータユニットの圧電定数（前記残留応力に大きく依存する）の圧力室ごとのバラツキが低減され、インクの吐出特性を均一化できる。
【００７５】
請求項２に示すように、前記圧力室のそれぞれに対応する個別電極は、何れも、他の前記圧力室に対応する個別電極の周囲が取り囲まれているのと同一のパターンの前記金属部で、その周囲が取り囲まれているので、
圧電シートにおいて、圧力室に対応する個別電極部分の残留応力のバラツキが、より一層低減される。従って、インクの吐出特性をより一層均一化できる。
【００７６】
請求項３に示すように、前記アクチュエータユニットにおいて前記個別電極は二次元方向にマトリクス配置されているので、
インクの吐出特性の均一化と高解像度化を両立できる。
【００７７】
請求項４に示すインクジェットヘッドの製造方法は、（Ａ）アクチュエータユニット領域が設定された圧電シートの、前記アクチュエータユニット領域を含んでそれより大きな領域に、繰返しパターンの金属部を配置する工程、（Ｂ）前記圧電シートに前記金属部を焼き付ける工程、（Ｃ）前記圧電シートを、前記アクチュエータユニット領域の輪郭に沿って切断する工程、を少なくとも含むので、切断後の圧電シートには全ての領域にわたって繰り返しパターンの金属部が配置されることになるので、残留応力の現れ方も一様となる。この結果、アクチュエータユニットの圧力室ごとの吐出特性のバラツキを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの外観斜視図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。
【図３】図１に示すヘッドユニットの平面図。
【図４】図３内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図。
【図５】図４内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図。
【図６】ヘッドユニット及びその上面に配置されたＦＰＣの要部断面図。
【図７】ヘッドユニット及びＦＰＣの要部分解斜視図である。
【図８】（ａ）は図６内に描かれたインク流路を形成する空間の平面図、（ｂ）は同じく斜視図。
【図９】図６内に描かれた二点鎖線で囲まれた領域の拡大断面図。
【図１０】アクチュエータユニットの表面に接着された個別電極及びランド部の形状を示す平面図。
【図１１】流路ユニットにおける圧力室の隣接配置領域とアクチュエータユニットの金属部の配置との関係を示す斜視図。
【図１２】アクチュエータユニット上における金属部の配置パターンを示す平面図要部拡大図。
【図１３】アクチュエータユニットの製造方法を示す図。
【図１４】圧力室及び金属部の配置の変形例を示す概略図。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
１０ 圧力室
２１ アクチュエータユニット
３５ 個別電極（個別電極としての金属部）
３５ｄ ダミー電極（金属部）
４１〜４４ 圧電シート
Ｘｃ 圧力室の隣接配置領域
Ｙｃ アクチュエータユニットにおいて、圧力室の隣接配置領域Ｘｃに対応する領域
Claims (4)
- 流路ユニットと、
この流路ユニットの表面に沿って相互に隣接配置するよう当該流路ユニットに形成された複数の圧力室と、
この圧力室の容積を変化させるために前記流路ユニットに対し接着され、一定電位に保たれた共通電極と各圧力室に対応する位置に配置された複数の個別電極とによって挟まれた圧電シートを少なくとも含むアクチュエータユニットと、
を備えたインクジェットヘッドであって、
前記アクチュエータユニットは、前記圧力室の隣接配置領域を含んでそれより大きい領域を覆うように前記流路ユニットに接着されるものとし、
かつ、前記アクチュエータユニットには、
・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域に、前記個別電極としての金属部を配置し、
・前記圧力室の隣接配置領域に対応する領域以外の領域に、前記個別電極としての金属部と同一の材質の金属部を配置した
ことを特徴とする、
インクジェットヘッド。 - 請求項１に記載のインクジェットヘッドであって、
前記圧力室のそれぞれに対応する個別電極は、何れも、他の前記圧力室に対応する個別電極の周囲が取り囲まれているのと同一のパターンの前記金属部で、その周囲が取り囲まれていることを特徴とする、インクジェットヘッド。 - 請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッドであって、
前記アクチュエータユニットにおいて前記個別電極は二次元方向にマトリクス配置されていることを特徴とする、インクジェットヘッド。 - 請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
（Ａ）アクチュエータユニット領域が設定された圧電シートの、前記アクチュエータユニット領域を含んでそれより大きな領域に、繰返しパターンの金属部を配置する工程、
（Ｂ）前記圧電シートに前記金属部を焼き付ける工程、
（Ｃ）前記圧電シートを、前記アクチュエータユニット領域の輪郭に沿って切断する工程、
を少なくとも含むことを特徴とする、インクジェットヘッドの製造方法。
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