JP2005186596A - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力室に対向しない領域を占める圧電シートの変形を妨げることにより、構造的クロストークを低減すること。
【解決手段】 複数の圧力室１０の容積を変化させるアクチュエータユニット２１は、複数の圧力室１０の各々に対向して配置され、圧力室１０を駆動する為の駆動信号が入力される複数の個別電極３５と、複数の圧力室１０に亙って設けられた共通電極３４と、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた圧電シートと、圧電シートが占める領域のうちの少なくとも圧力室１０に対向しない非対向領域において隣接配置された２つの個別電極３５の間に設けられ、前記共通電極３４と等電位の地点に接続された独立電極６０とを有し、独立電極６０と等電位の地点との間にコイル６１が介装されている。
【選択図】 図９

Description

本発明は、記録媒体にインクを吐出して印刷を行うインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタに関する。

インクジェットヘッドは、インクタンクから供給されるインクを複数の圧力室に分配し、各圧力室に選択的にパルス状の圧力を付与することにより、各圧力室に連通するノズルからインクを吐出する。ここで、圧力室に選択的に圧力を付与する手段として、圧電性のセラミックからなる積層状の複数の圧電シートを備えたアクチュエータユニットがある。

このようなアクチュエータユニットを有するインクジェットヘッドとしては、例えば、複数の圧力室の各々に対向して配置され、圧力室の容積を変化させる為の駆動信号が入力される複数の個別電極と、複数の圧力室に亙って設けられグランド電位に保持された共通電極と、個別電極と共通電極とに挟まれた圧電シートとを有するものがある（特許文献１参照）。個別電極と共通電極とに挟まれ且つ積層方向に分極された圧電シートの部分は、その個別電極が共通電極と異なる電位にされて圧電シートの分極方向に外部電界が印加されたときに、いわゆる圧電縦効果により積層方向に変形する。この外部電界の方向が分極の方向と同じであれば圧電シートは積層方向に伸びる。そして、この圧電シートの変形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。

特開平４−３４１８５２号公報（図１）

このようなインクジェットヘッドにおいて、近年、画像の高解像度化や高速印字の要求に対応するために圧力室が高密度に配置されるにつれ、ある圧力室に対向する圧電シートを変形させることに起因して隣接する圧力室に対向した圧電シートまでもが変形し、本来インクを吐出すべきでないノズルからインクが吐出されたり、ノズルからのインク吐出量が本来の量よりも増加又は減少したりする、いわゆる構造的クロストークが生じてしまう。

この構造的クロストークにより、例えば、ある圧力室からインクが吐出されるときに、隣接する圧力室から同時にインクが吐出されるか否かによって、ある圧力室に対向する圧電シートの変形量が異なることになり、ある圧力室から吐出されるインクの量が安定しないという不具合が生じる。

本発明の目的は、圧力室に対向しない領域を占める圧電シートの変形を抑制することにより、隣接する圧力室の容積が不必要に変化してしまうことに起因する構造的クロストークを低減することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のインクジェットヘッドは、ノズルに連通した複数の圧力室が平面に沿って互いに隣接配置された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に固定されて、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを備え、前記アクチュエータユニットは、複数の圧力室の各々に対向して配置され、圧力室の容積を変化させる為の駆動信号が入力される複数の個別電極と、複数の圧力室に亙って設けられた共通電極と、前記個別電極と前記共通電極とに挟まれた圧電シートと、前記圧電シートが占める領域のうちの少なくとも前記圧力室に対向しない非対向領域において隣接配置された前記２つの個別電極の間に設けられ、前記共通電極と等電位の地点に接続された独立電極とを有し、前記独立電極と前記等電位の地点との間にインダクタが介装されていることを特徴とするものである。

個別電極と共通電極とに挟まれた圧電シートの部分は、個別電極に対して選択的に駆動信号が入力されて個別電極が共通電極と異なる電位とされて、圧電シートの分極方向に外部電界が印加されたときに、いわゆる圧電縦効果により伸縮して変形する。この圧電シートの変形により、圧力室にパルス状の圧力が付与されて、圧力室に連通するノズルからインクが吐出される。しかし、このときの圧電シートの変形に伴い、隣接する圧力室に対向する圧電シートの部分に変形が伝搬して、構造的クロストークが生じてしまう。そこで、本発明においては、圧力室に対向しない非対向領域における圧電シートの変形を抑制することにより、不必要な圧電シートの変形の伝搬を規制して、構造的クロストークを低減する。

即ち、圧電シートが占める領域のうちの少なくとも圧力室に対向しない非対向領域において、隣接配置された２つの個別電極の間に独立電極が設けられ、さらに、独立電極は共通電極と等電位の地点に接続され、独立電極と前記等電位の地点との間にはインダクタが介装されている。そのため、圧電シートを挟む独立電極と共通電極とによって形成されるキャパシタとインダクタからなる回路において、電荷の移動がキャパシタとインダクタとの並列共振により妨げられることになり、機械的インピーダンスが増大するので、独立電極と共通電極との間の圧電シートの変形が抑制される。即ち、ある個別電極に駆動信号が入力されて対応する圧電シートの部分が変形しても、その変形が隣接する他の個別電極に対応する圧電シートの部分に伝わりにくくなるため、構造的クロストークを低減することができる。

第２の発明のインクジェットヘッドは、前記第１の発明において、前記複数の圧力室が、前記平面に沿ってマトリクス状に互いに隣接配置されていることを特徴とするものである。複数の圧力室がマトリクス状に密集して互いに隣接配置されているために圧力室間の距離がかなり短く、クロストークの悪影響が大きい場合でも、非対向領域における圧電シートの変形が抑制されるため、構造的クロストークを低減することが可能となる。

第３の発明のインクジェットヘッドは、前記第１又は第２の発明において、前記圧電シートを挟む前記独立電極と前記共通電極とによって形成されるキャパシタと前記インダクタとからなる回路が前記駆動信号により前記圧力室に励起される振動の周波数で並列共振する場合のインダクタのインダクタンスをＬ₀としたときに、前記インダクタのインダクタンスＬが、１／３Ｌ₀＜Ｌ＜３Ｌ₀の範囲内にあることを特徴とするものである。

圧電シートを挟む独立電極と共通電極とによって形成されるキャパシタとインダクタからなる回路が、個別電極に入力される駆動信号により圧力室に励起される振動の振動周波数で並列共振する場合には、キャパシタに電荷が流れなくなる。そこで、インダクタのインダクタンスＬを、前述の並列共振するときのインダクタのインダクタンスＬ₀に近い値、具体的には、１／３Ｌ₀＜Ｌ＜３Ｌ₀の範囲内に設定することにより、キャパシタに電荷を流れにくくして、独立電極と共通電極とに挟まれた非対向領域の圧電シートの変形を抑制することができる。

第４の発明のインクジェットヘッドは、前記第３の発明において、前記インダクタのインダクタンスＬがＬ₀に略等しいことを特徴とするものである。インダクタのインダクタンスＬがＬ₀の場合には、独立電極と共通電極とによって形成されるキャパシタに電荷が流れなくなるので、独立電極と共通電極とに挟まれた非対向領域の圧電シートの部分を変形させないようにすることができる。

第５の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記独立電極は、前記圧電シートの前記非対向領域において所定の方向に直線状に延在していることを特徴とするものである。この場合には、圧電シートに独立電極を形成することが容易になる。

第６の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記独立電極は、隣接配置された２つの個別電極を最短距離で結ぶ直線に重なる位置に設けられていることを特徴とするものである。このように、２つの個別電極間の離隔距離が最も短く、一方の圧電シートの変形が他方に伝わりやすい位置に独立電極を設けることにより、構造的クロストークを確実に低減することができる。

第７の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第６の何れかの発明において、前記複数の個別電極の各々が、前記独立電極に囲まれていることを特徴とするものである。このように、個別電極を独立電極で囲うことにより、その個別電極に対応する圧電シートの変形が、隣接する他の個別電極に対応する圧電シートの部分に伝わるのを確実に抑制できる。

第８の発明のインクジェットヘッドは、前記第７の発明において、前記独立電極に囲まれた前記複数の個別電極の各々を含む領域の面積が等しいことを特徴とするものである。従って、複数の圧力室に関して、圧力室を駆動するときの圧電シートの変形が周囲に伝搬する度合を等しくすることができ、複数の圧力室に夫々連通した複数のノズルからのインク吐出量のばらつきを小さくすることができる。

第９の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第８の何れかの発明において、前記個別電極は、圧電シートが占める領域のうちの前記圧力室に対向する対向領域内に略収まるように設けられ、前記独立電極は、前記非対向領域から、前記対向領域内であって前記個別電極に重ならない領域まで延在して設けられていることを特徴とするものである。従って、独立電極を、非対向領域だけではなく、圧力室に対向する対向領域にまで広げて設けることにより、圧電シートの非対向領域における変形を極力抑え、構造的クロストークをより確実に低減することができる。

第１０の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第９の何れかの発明において、前記個別電極は、圧力室に対向する主電極部と、この主電極部から前記非対向領域まで引き出され、前記主電極部から前記非対向領域まで引き出され駆動信号を供給する為の信号線が接続される接続端子とを有し、前記独立電極は、前記接続端子の周囲を囲うように設けられていることを特徴とするものである。接続端子は、主電極部から非対向領域まで引き出されているため、個別電極は接続端子において隣接する個別電極と最も近接することになり、接続端子の位置から圧電シートの変形が隣接する個別電極に対応する圧力室に伝わりやすい。そこで、この接続端子の周囲を囲うようにして独立電極を設けることにより、駆動信号が入力された個別電極に対応する圧電シートの変形が他の個別電極に対応する圧電シートの部分に伝わるのを効果的に抑制することができる。

第１１の発明のインクジェットプリンタは、ノズルに連通した複数の圧力室が平面に沿って互いに隣接配置された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に固定されて、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを有するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタであって、前記アクチュエータユニットは、複数の圧力室の各々に対向して配置され、圧力室の容積を変化させる為の駆動信号が入力される複数の個別電極と、複数の圧力室に亙って設けられた共通電極と、前記個別電極と前記共通電極とに挟まれた圧電シートと、前記圧電シートが占める領域のうちの少なくとも前記圧力室に対向しない非対向領域において隣接配置された前記２つの個別電極の間に設けられ、前記共通電極と等電位の地点に接続された独立電極とを有し、前記独立電極と前記等電位の地点との間にインダクタが介装されていることを特徴とするものである。本発明は、インクジェットヘッド外にインダクタが設けられたインクジェットプリンタを含むものであり、その作用及び効果は、前述の第１の発明と同様であるので説明を省略する。

本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。第１実施形態のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ（図示略）に設けられて、搬送されてきた用紙に対してインクを吐出して用紙に記録するものであり、図１、図２に示すように、インクジェットヘッド１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本体７０と、ヘッド本体７０の上方に配置され且つヘッド本体７０に供給されるインクの流路である２つのインク溜まり３が形成されたベースブロック７１とを備えている。

ヘッド本体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の上面に接着された複数の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、給電部材であるフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）５０が接着され、左右に引き出されている。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る。ベースブロック７１内のインク溜まり３は、ベースブロック７１の長手方向に沿って形成された略直方体の中空領域である。

ベースブロック７１の下面７３は、開口３ｂの近傍において周囲よりも下方に飛び出している。そして、ベースブロック７１は、下面７３の開口３ｂ近傍部分７３ａにおいてのみ流路ユニット４と接触している。そのため、ベースブロック７１の下面７３の開口３ｂ近傍部分７３ａ以外の領域は、ヘッド本体７０から離隔しており、この離隔部分にアクチュエータユニット２１が配されている。

ベースブロック７１は、ホルダ７２の把持部７２ａの下面に形成された凹部内に接着固定されている。ホルダ７２は、把持部７２ａと、把持部７２ａの上面からこれと直交する方向に所定間隔をなして延出された平板状の一対の突出部７２ｂとを含んでいる。アクチュエータユニット２１に接着されたＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材８３を介してホルダ７２の突出部７２ｂ表面に沿うようにそれぞれ配置されている。そして、ホルダ７２の突出部７２ｂ表面に配置されたＦＰＣ５０上にドライバＩＣ８０が設置されている。ＦＰＣ５０は、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッド本体７０のアクチュエータユニット２１（後に詳述）に伝達するように、両者とハンダ付けによって電気的に接合されている。

ドライバＩＣ８０の外側表面には略直方体形状のヒートシンク８２が密着配置されているため、ドライバＩＣ８０で発生した熱を効率的に散逸させることができる。ドライバＩＣ８０及びヒートシンク８２の上方であって、ＦＰＣ５０の外側には、基板８１が配置されている。ヒートシンク８２の上面と基板８１との間、および、ヒートシンク８２の下面とＦＰＣ５０との間は、それぞれシール部材８４で接着されている。

図３は、図１に示したヘッド本体７０の平面図である。図３において、ベースブロック７１内に形成されたインク溜まり３が仮想的に破線で描かれている。２つのインク溜まり３は、ヘッド本体７０の長手方向に沿って、互いに所定間隔をなして平行に延在している。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）に連通することによって、常にインクで満たされている。また、開口３ｂは、ヘッド本体７０の長手方向に沿って各インク溜まり３に多数設けられていて、上述したように各インク溜まり３と流路ユニット４とを結んでいる。多数の開口３ｂは、対となる２つずつがヘッド本体７０の長手方向に沿って近接配置されている。一方のインク溜まり３に連通した開口３ｂの対と、他方のインク溜まり３に連通した開口３ｂの対とは、千鳥状に配置されている。

開口３ｂが配置されていない領域には、開口３ｂの対とは逆のパターンで、台形の平面形状を有する複数のアクチュエータユニット２１が千鳥状に配置されている。各アクチュエータユニット２１の平行対向辺（上辺及び下辺）は、ヘッド本体７０の長手方向と平行である。また、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺の一部同士がヘッド本体７０の幅方向にオーバーラップしている。

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に示すように、各インク溜まり３に設けられた開口３ｂは共通インク室であるマニホールド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。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、アクチュエータユニット２１の下方には、アクチュエータユニット２１の平行対向辺に沿って互いに離隔した計４つの副マニホールド５ａが延在している。

アクチュエータユニット２１の接着領域と対向した流路ユニット４の下面は、インク吐出領域となっている。インク吐出領域の表面には、後述するように、多数のノズル８がマトリクス状に配列されている。ノズル８は、図面を簡単にするために図４では幾つかだけを描いているが、実際にはインク吐出領域全体に亘って配列されている。

図５は、図４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及び図５は、流路ユニット４における多数の圧力室１０がマトリクス状に配置された平面を、インク吐出面に対して垂直な方向から見た状態を示している。各圧力室１０は、角部にアールが施された略菱形の平面形状を有しており、その長い方の対角線は流路ユニット４の幅方向に平行である。各圧力室１０の一端はノズル８に連通しており、他端はアパーチャ１２（図６参照）を介して共通インク流路としての副マニホールド５ａに連通している。平面視において各圧力室１０と重なり合う位置には、圧力室１０と相似でこれよりも一回り小さい平面形状を有する個別電極３５がアクチュエータユニット２１上に形成されている。図５には、図面を簡略にするために、多数の個別電極３５のうちの幾つかだけを描いている。なお、図４及び図５において、図面を分かりやすくするために、アクチュエータユニット２１内又は流路ユニット４内にあって破線で描くべき圧力室１０及びアパーチャ１２等を実線で描いている。

図５において、圧力室１０がそれぞれ収容された仮想的な複数の菱形領域１０ｘは、互いに重なり合うことなく各辺を共有するように、配列方向Ａ（第１の方向）及び配列方向Ｂ（第２の方向）の２方向にマトリクス状に隣接配置されている。配列方向Ａは、インクジェットヘッド１の長手方向、すなわち副マニホールド５ａの延在方向であって、菱形領域１０ｘの短い方の対角線と平行である。配列方向Ｂは、配列方向Ａと鈍角θをなす菱形領域１０ｘの一斜辺方向である。圧力室１０は、対向する菱形領域１０ｘと中心位置が共通であって、両者の輪郭線は平面視において互いに離隔している。

配列方向Ａ及び配列方向Ｂの２方向にマトリクス状に隣接配置された圧力室１０は、配列方向Ａに沿って３７．５ｄｐｉに相当する距離ずつ離隔している。また、圧力室１０は、１つのインク吐出領域内において、配列方向Ｂに１８個並べられている。但し、配列方向Ｂの両端にある圧力室はダミーであって、インク吐出に寄与しない。

マトリクス状に配置された複数の圧力室１０は、図５に示す配列方向Ａに沿って、複数の圧力室列を形成している。圧力室列は、図５の紙面に対して垂直な方向（第３の方向）から見て、副マニホールド５ａとの相対位置に応じて、第１の圧力室列１１ａ、第２の圧力室列１１ｂ、第３の圧力室列１１ｃ、及び、第４の圧力室列１１ｄに分けられる。これら第１〜第４の圧力室列１１ａ〜１１ｄは、アクチュエータユニット２１の上辺から下辺に向けて、１１ｃ→１１ｄ→１１ａ→１１ｂ→１１ｃ→１１ｄ→…→１１ｂという順番で周期的に４個ずつ配置されている。

第１の圧力室列１１ａを構成する圧力室１０ａ及び第２の圧力室列１１ｂを構成する圧力室１０ｂにおいては、第３の方向から見て、配列方向Ａと直交する方向（第４の方向）に関して、ノズル８が図５の紙面下側に偏在している。そして、ノズル８が、それぞれ対向する菱形領域１０ｘの下端部に位置している。一方、第３の圧力室列１１ｃを構成する圧力室１０ｃ及び第４の圧力室列１１ｄを構成する圧力室１０ｄにおいては、第４の方向に関して、ノズル８が図５の紙面上側に偏在している。そして、ノズル８が、それぞれ対向する菱形領域１０ｘの上端部に位置している。第１及び第４の圧力室列１１ａ、１１ｄにおいては、第３の方向から見て、圧力室１０ａ、１０ｄの半分以上の領域が、副マニホールド５ａと重なっている。第２及び第３の圧力室列１１ｂ、１１ｃにおいては、第３の方向から見て、圧力室１０ｂ、１０ｃの全領域が、副マニホールド５ａと重なっていない。そのため、いずれの圧力室列に属する圧力室１０についてもこれに連通するノズル８が副マニホールド５ａと重ならないようにしつつ、副マニホールド５ａの幅を可能な限り広くして各圧力室１０にインクを円滑に供給することが可能となっている。

次に、ヘッド本体７０の断面構造について、図６及び図７を参照してさらに説明する。図６は、図５のVI−VI線における断面図であり、第１の圧力室列１１ａに属する圧力室１０ａが描かれている。図７はヘッド本体の部分分解斜視図である。図６から分かるように、ノズル８は、圧力室１０（１０ａ）及びアパーチャ１２を介して副マニホールド５ａと連通している。このようにして、ヘッド本体７０には、副マニホールド５ａの出口からアパーチャ１２、圧力室１０を経てノズル８に至る個別インク流路３２が圧力室１０ごとに形成されている。

ヘッド本体７０は、図７からも分かるように、上から、アクチュエータユニット２１、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及びノズルプレート３０の合計１０枚のシート材が積層された積層構造を有している。これらのうち、アクチュエータユニット２１を除いた９枚の金属プレートから流路ユニット４が構成されている。

アクチュエータユニット２１は、後で詳述するように、４枚の圧電シート４１〜４４（図９参照）が積層され且つ電極が配されることによってそのうちの最上層だけが電界印加時に活性層となる部分を有する層（以下、単に「活性層を有する層」というように記する）とされ、残り３層が非活性層とされたものである。キャビティプレート２２は、圧力室１０に対向するほぼ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の１つの圧力室１０について、圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔及び圧力室１０からインクノズル８への連絡孔がそれぞれ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、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、２つの孔とその間を結ぶハーフエッチング領域で形成されたアパーチャ１２のほかに圧力室１０からインクノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。サプライプレート２５は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔及び圧力室１０からインクノズル８への連絡孔がそれぞれ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、積層時に互いに連結して副マニホールド５ａを構成する孔に加えて、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からインクノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。カバープレート２９は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からインクノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレート３０は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、ノズル８がそれぞれ設けられた金属プレートである。

これら９枚の金属プレートは、図６に示すような個別インク流路３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層される。この個別インク流路３２は、副マニホールド５ａからまず上方へ向かい、アパーチャ１２において水平に延在し、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ノズル８へと向かう。

次に、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に積層された、アクチュエータユニット２１の詳細な構造について図８、図９を参照して説明する。図９に示すように、アクチュエータユニット２１は、それぞれ厚みが１５μｍ程度で同じになるように形成された４枚の圧電シート４１〜４４を含んでいる。これら圧電シート４１〜４４は、ヘッド本体７０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に亙って配置されるように連続した層状の平板（連続平板層）となっている。圧電シート４１〜４４が連続平板層として多数の圧力室１０に跨って配置されることで、例えばスクリーン印刷技術を用いることにより圧電シート４１上に個別電極３５を高密度に配置することが可能となっている。そのため、個別電極３５に対向する位置に形成される圧力室１０をも高密度に配置することが可能となって、高解像度画像の印刷ができるようになる。圧電シート４１〜４４は、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るものである。

最上層の圧電シート４１上には、個別電極３５が形成されている。最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間には、シート全面に形成された略２μｍの厚みの共通電極３４が介在している。これら個別電極３５、共通電極３４は共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。

図８に示すように、個別電極３５は、略１μｍの厚みで、圧力室１０とほぼ相似である略菱形（平行四辺形）の主電極部３５ａと、この主電極部３５ａから前記非対向領域まで引き出され、駆動信号を供給する為の信号線が接続されるランド部３５ｂ（接続端子）とを有し、複数の個別電極３５はマトリックス状に配置されている（図５参照）。図８に示すように、略菱形の主電極部３５ａにおける鋭角部の一方は全て同方向（図９の下方）に延出され、この鋭角部からランド部３５ｂが引き出されている。ランド部３５ｂは、略１６０μｍの径を有する円形形状を有し、主電極部３５ａと電気的に接続されている。ランド部３５ｂは、例えばガラスフリットを含む金からなり、個別電極３５における延出部表面上に接着されている。また、ランド部３５ｂはＦＰＣ５０に設けられた接点と電気的に接合されており、ドライバＩＣ（図２参照）からランド部３５ｂを介して主電極部３５ａに圧力室１０の容積を変形させる為の駆動信号が入力される。また、図９に示すように、ランド部３５ｂは、圧力室１０には対向していない非対向領域（桁部）に配置されている。

共通電極３４は接地されており、共通電極３４は、すべての圧力室１０に対向する領域において等しくグランド電位に保たれている。また、個別電極３５は、各圧力室１０に対向するものごとに電位を制御することができるように、各個別電極３５に対応するリード線を含むＦＰＣ５０を介してドライバＩＣ８０に電気的に接続されている（図１及び図２参照）。

さらに、圧電シート４１が占める領域のうちの圧力室１０に対向しない非対向領域において、隣接配置された２つの個別電極３５の間には、個別電極３５と電気的に絶縁され且つ接地されて共通電極３４と同じくグランド電位に保持された独立電極６０が設けられている。この独立電極６０については、後ほど詳しく説明する。

次に、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。アクチュエータユニット２１における圧電シート４１の分極方向はその厚み方向である。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）１枚の圧電シート４１を活性層が存在する層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い）３枚の圧電シート４２〜４４を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極３５を正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート４１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性層として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。一方、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ので、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４４全体が非活性側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このとき、図９に示したように、圧電シート４１〜４４の下面は圧力室１０を区画するキャビティプレート２２の上面に固定されているので、結果的に圧電シート４１〜４４は圧力室側へ凸になるように変形する。このため、圧力室１０の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の形状になって圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。

なお、他の駆動方法として、予め個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしておき、吐出要求があるごとに個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位とし、その後所定のタイミングにて再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にすることもできる。この場合は、個別電極３５と共通電極３４とが同じ電位になるタイミングで、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（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加し、インクがマニホールド５側から圧力室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしたタイミングで、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、インクが吐出される。

また、圧電シート４１に印加される電界方向とその分極方向とが逆であれば、圧電横効果により、個別電極３５と共通電極３４とで挟まれた圧電シート４１内の活性層が分極方向と直角方向に伸長しようとする。従って、圧電シート４１〜４４は、圧力室１０側に凹となるように変形する。このため、圧力室１０の容積が増加して、インクをマニホールド５側から吸い込む。その後、個別電極３５の電位が元に戻れば、圧電シート４１〜４４は元の平板形状となり、圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、ノズル８からインクを吐出する。

ところで、ある圧力室１０に対応した個別電極３５に駆動信号が入力されたときには、その圧力室１０に対向した圧電シート４１を変形させることに起因して隣接する圧力室１０に対向した圧電シート４１までもが変形し、本来インクを吐出すべきでないノズルからインクが吐出されたり、インク吐出量が本来の量よりも増加又は減少したりする、いわゆる構造的クロストークが生じる。特に、第１実施形態のインクジェットヘッド１では、複数の圧力室１０が平面においてマトリクス状に隣接配置されており、隣接配置されている２つの圧力室１０間の離隔距離が短いため、構造的クロストークによる悪影響が大きくなる。

そこで、第１実施形態では、圧電シート４１が占める領域のうちの圧力室１０に対向しない非対向領域における圧電シート４１の変形を抑制することにより、圧力室１０に対応する個別電極３５に駆動信号が入力された時の圧電シート４１の変形が他の圧力室１０に対向する部分の圧電シート４１に伝わりにくくなるように構成されている。具体的には、隣接配置された２つの個別電極３５の間に、個別電極３５と電気的に絶縁され且つ接地されて共通電極３４と同じくグランド電位に保持された独立電極６０が設けられ、さらに、この独立電極６０と接地地点との間にはコイル６１が介装されている。

図８、図９に示すように、独立電極６０は、非対向領域において、圧力室１０の配列方向Ｂとこの配列方向Ｂと鋭角φをなす配列方向Ｃの２方向に、夫々連続的な直線状に延在している。そして、複数の個別電極３５の各々が、配列方向Ｂ及び配列方向Ｃに延在する独立電極６０により囲まれている。

図９に示すように、コイル６１は、ドライバＩＣ８０（図２参照）内に設けられており、ＦＰＣ５０内に配線されたリード線を介して独立電極６０に電気的に接続されている。このコイル６１を設けることにより、図１０に示す、圧電シート４１を挟む独立電極６０と共通電極３４とによって形成されるキャパシタ６２とコイル６１からなる回路において、電荷の移動が、キャパシタ６２とコイル６１との並列共振により妨げられ、独立電極６０と共通電極３４との間の圧電シート４１によって形成されるキャパシタ６２における電荷の誘起が規制されることになる。即ち、機械的インピーダンスが増大するので、独立電極６０と共通電極３４とに挟まれた部分の圧電シート４１の変形が抑制される。マトリクス状に配置された個々の圧力室１０をみれば、複数の方向から独立電極６０の影響を受ける構成になっており、圧力室１０の変形がより効果的に独立電極６０を越えて伝搬しにくくなっている。

コイル６１のインダクタンスＬは、キャパシタ６２とコイル６１からなるＬＣ並列回路が、個別電極３５に入力される駆動信号により対応する圧力室１０に励起される振動の周波数ｆ₀で並列共振する場合の、コイル６１のインダクタンスＬ₀に近い値であることが好ましい。ここで、ω₀を個別電極３５に対応する圧力室１０に励起される振動の角周波数（ω₀＝２πｆ₀）、Ｃをキャパシタ６２のキャパシタンスとすると、Ｌ₀＝１／（ω₀ ²・Ｃ）である。そして、図１０のＬＣ並列回路のインピーダンスＺは、Ｚ＝ｊωＬ／（１−ω²ＬＣ）となるため、ＬがＬ₀に近い値となるほど、インピーダンスＺが大きくなり、ＬＣ並列回路を流れる電流が小さくなる。つまり、キャパシタ６２を構成する独立電極６０と共通電極３４に挟まれる圧電シート４１内を流れる電荷の量が少なくなるため、この部分の圧電シート４１が変形しにくくなる。具体的には、Ｌは、１／３Ｌ₀＜Ｌ＜３Ｌ₀の範囲内にあることが好ましく、さらには、キャパシタ６２を構成する圧電シート４１内を電荷がほとんど流れなくなるように、ＬをＬ₀と略等しくすることが好ましい。尚、インクジェットヘッド１の種類によりキャパシタンスＣの値は異なるため、複数種類のインクジェットヘッド１に対応できるように、コイル６１としてインダクタンスＬの値を変更可能な可変コイルを使用してもよい。

そして、前述のように、独立電極６０は、圧力室１０の配列方向Ｂとこの配列方向Ｂと鋭角φをなす配列方向Ｃの２方向に連続的な直線状に延在し、複数の個別電極３５の各々が、配列方向Ｂ及び配列方向Ｃに延在する独立電極６０に囲まれている。そのため、ある個別電極３５に駆動信号が入力されてこの個別電極３５に対応する圧電シート４１が変形しても、非対向領域のうちの独立電極６０が延在する部分の圧電シート４１の変形が、コイル６１とキャパシタ６２の作用により増大した機械的インピーダンスにより抑制されるため、隣接する個別電極３５に対応する圧電シート４１がほとんど変形しなくなり、構造的クロストークを確実に低減することができる。尚、本実施の形態では、独立電極６０に囲まれた複数の個別電極３５の各々を含む領域の面積は等しくなっている。これにより駆動信号が入力される個別電極３５に対応する圧電シート４１の変形が完全に抑制されず、隣接する個別電極３５に対応する圧電シート４１まで変形が伝搬したとしても、複数の個別電極３５の各々に伝搬した変形の度合が略等しくなるため、複数の圧力室１０に夫々連通した複数のノズル８からのインク吐出量のばらつきを小さくすることができる。また、独立電極６０は、図８の配列方向Ｂ及び配列方向Ｃに連続的な直線状に延在しており、離散的に独立電極６０を設ける場合と比較して圧電シート４１上に形成することが容易である。

次に、前記第１実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記第１実施形態のアクチュエータユニット２１においては、独立電極６０が個別電極３５を囲うように設けられているが、２つの隣接する個別電極３５を最短距離で結ぶ直線に重なる位置に、独立電極が部分的に設けてもよい。前記第１実施形態と同様に複数の個別電極３５がマトリクス状に互いに隣接配置されている場合には、ランド部３５ｂにおいて、隣接する個別電極３５までの距離が最も短くなる。そこで、図１１に示すように、アクチュエータユニット２１Ａにおいて、配列方向Ｂ及び配列方向Ｃに延在する独立電極６０Ａを、ランド部３５ｂ近傍で且つ隣接する２つの個別電極３５を最短距離で結ぶ仮想直線６５と重なる位置に離散的に設けてもよい。あるいは、図１２に示すように、アクチュエータユニット２１Ｂにおいて、Ｃ字状の独立電極６０Ｂを、個別電極３５から圧力室１０に対向していない非対向領域まで引き出されたランド部３５ｂの周囲を囲うように設けてもよい。

何れの場合も、個別電極３５に関してランド部３５ｂと反対側に、個別電極３５とは電気的に絶縁され、ランド部３５ｂと略同形状で同サイズのダミーランド部を配置しておくとよい。そして、このダミーランド部とＦＰＣ５０とを介してコイル６１を接続することにより、アクチュエータユニット２１に対するＦＰＣ５０自体の接合強度が増すとともに、ダミーランド部と離散的に配置されている各独立電極との電気的接続も容易になる。

２］図１３に示すアクチュエータユニット２１Ｃのように、ランド部３５ｂが非対向領域まで引き出されおらず、圧力室１０に対向する対向領域内に設けられている場合にも本発明を適用することができる。この場合には、隣接する２つの個別電極３５の主電極部３５ａの間の位置であって、その離隔距離が最短となる位置に独立電極６０Ｃが設けられる。もちろん、前記第１実施形態のように、主電極部３５ａの周囲を囲うように独立電極を設けてもよい。

３］図１４に示すように、アクチュエータユニット２１Ｄにおいて、圧電シート４１の上面に導電膜からなる独立電極６０Ｄが、個別電極の周囲に全面的に設けられてもよい。例えば、圧電シート上４１に、導電膜をＰＶＤやメッキ等の方法により形成した後、フォトリン法やレーザー加工等により導電膜にループ状の溝部６６を形成する。そして、この溝部６６の内側と外側の導電膜の部分が、互いに電気的に絶縁された個別電極３５と独立電極６０Ｄとなる。ここで、溝部６６を、圧力室１０に対向する対向領域に形成することにより、個別電極３５が対向領域内に略収まり、独立電極６０Ｄが、非対向領域から、対向領域内であって個別電極３５に重ならない領域まで延在するようにしてもよい。このように、独立電極６０Ｄを、非対向領域だけではなく対向領域にまで広げて設けることにより、圧電シート４１の非対向領域における変形を確実に抑制し、構造的クロストークを低減することができる。

４］本発明のインクジェットヘッドは、前記第１実施形態のような、複数の圧力室１０が平面に沿ってマトリクス状に隣接配置されたインクジェットヘッドに限られない。例えば、複数の圧力室が横一列に互いに隣接配置されたインクジェットヘッドに本発明を適用することも可能である。

５］コイル６１の設置場所としては、前記第１実施形態のドライバＩＣ８０に限られず、例えば、基板８１の外側に沿わせて設けて、独立電極６０とコイル６１とをＦＰＣ５０内のリード線とは別の信号線で接続するようにしてもよい。また、ＬＣ並列回路のインダクタンスＬを有するインダクタとしては、前記第１実施形態のコイル６１に限られず、トランス等の他のインダクタを代わりに用いることもできる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、前記第１実施形態のコイル６１がインクジェットヘッドの外に設けられたインクジェットプリンタに関するものである。

まず、インクジェットプリンタ１０１の概略構成について図１を参照して説明する。インクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１Ａを有するカラーインクジェットプリンタである。このプリンタ１０１には、図中左方に給紙部１１１が、図中右方に排紙部１１２が、それぞれ構成されている。

プリンタ１０１内部には、給紙部１１１から排紙部１１２に向かって用紙が搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部１１１のすぐ下流側には、画像記録媒体たる用紙を挟持搬送する一対の送りローラ１０５ａ、１０５ｂが配置されている。一対の送りローラ１０５ａ、１０５ｂによって用紙は図中左方から右方へ送られる。用紙搬送経路の中間部には、二つのベルトローラ１０６、１０７と、両ローラ１０６、１０７間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト１０８とが配置されている。搬送ベルト１０８の外周面すなわち搬送面にはシリコン処理が施されており、一対の送りローラ１０５ａ、１０５ｂによって搬送されてくる用紙を、搬送ベルト１０８の搬送面にその粘着力により保持しながら、一方のベルトローラ１０６を図中時計回り（矢印の方向）に回転させることにより下流側（右方）に向けて搬送できるようになっている。

４つのインクジェットヘッド１Ａは、その下端に互いに近接配置された前記第１実施形態と同様のヘッド本体７０を備えている。４つのヘッド本体７０の各底面は用紙搬送経路に対向しており、これら底面には微小径を有する前記第１実施形態と同様のノズル８（図７参照）が設けられている。４つのヘッド本体７０のそれぞれからは、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックのインクが吐出される。

ヘッド本体７０は、その下面と搬送ベルト１０８の搬送面との間に少量の隙間が形成されるように配置されており、この隙間部分に用紙搬送経路が形成されている。この構成で、搬送ベルト１０８上を搬送される用紙が４つのヘッド本体７０のすぐ下方側を順に通過する際、この用紙の上面すなわち印刷面に向けてノズル８から各色のインクが吐出されることで、用紙上に所望のカラー画像を形成できるようになっている。

また、インクジェットプリンタ１０１は、インクジェットヘッド１に対するメンテナンスを自動的に行うためのメンテナンスユニット１１７を備えている。また、ベルトローラ１０６、１０７及び搬送ベルト１０８は、シャーシ１１３によって支持されており、メンテナンスユニット１１７によるメンテナンス作業時には、軸１１４の回転に伴って円筒部材１１５の上端高さが変化して、シャーシ１１３が昇降するようになっている。

ところで、このインクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１Ａからのインクの吐出や、ベルトローラ１０６，１０７による用紙の搬送等、プリンタ１０１の各種作業の制御を司る制御装置１２０を備えている。この制御装置には、前記アクチュエータユニット２１の独立電極６０（図８、図９参照）に接続されたコイル６１が設けられている。そして、このコイル６１を介して独立電極６０が接地されている。

従って、前記第１実施形態と同様に、圧電シート４１を挟む独立電極６０と共通電極３４とによって形成されるキャパシタ６２とコイル６１からなる回路（図１０参照）において、キャパシタ６２とコイル６１の相互作用により、機械的インピーダンスが増大し、独立電極６０と共通電極３４とに挟まれた部分の圧電シート４１の変形が抑制される。その他の作用及び効果については、前記第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。 図１のII-II線断面図である。 ヘッド本体の平面図である。 図３の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図４の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図５のVI-VI線断面図である。 ヘッド本体の部分分解斜視図である。 アクチュエータユニットの拡大平面図である。 図８のIX-IX線断面図である。 圧電シートを挟む独立電極と共通電極とにより形成されるキャパシタとコイルからなるＬＣ並列回路の回路図である。 第１実施形態の変更形態のアクチュエータユニットの拡大平面図である。 別の変更形態のアクチュエータユニットの拡大平面図である。 別の変更形態のアクチュエータユニットの拡大平面図である。 別の変更形態のアクチュエータユニットの拡大平面図である。 第２実施形態のインクジェットプリンタの概略構成図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
８ ノズル
１０ 圧力室
２１ アクチュエータユニット
３４ 共通電極
３５ 個別電極
３５ａ 主電極部
３５ｂ ランド部
４１ 圧電シート
６０ 独立電極
６１ コイル
６２ キャパシタ
６０Ａ 独立電極
６０Ｂ 独立電極
６０Ｃ 独立電極
６０Ｄ 独立電極
１０１ インクジェットプリンタ

Claims (11)

1. ノズルに連通した複数の圧力室が平面に沿って互いに隣接配置された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に固定されて、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを備え、
   前記アクチュエータユニットは、
   複数の圧力室の各々に対向して配置され、圧力室の容積を変化させる為の駆動信号が入力される複数の個別電極と、
   複数の圧力室に亙って設けられた共通電極と、
   前記個別電極と前記共通電極とに挟まれた圧電シートと、
   前記圧電シートが占める領域のうちの少なくとも前記圧力室に対向しない非対向領域において隣接配置された前記２つの個別電極の間に設けられ、前記共通電極と等電位の地点に接続された独立電極とを有し、
   前記独立電極と前記等電位の地点との間にインダクタが介装されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記複数の圧力室が、前記平面に沿ってマトリクス状に互いに隣接配置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ヘッド。
3. 前記圧電シートを挟む前記独立電極と前記共通電極とによって形成されるキャパシタと前記インダクタとからなる回路が前記駆動信号により前記圧力室に励起される振動の周波数で並列共振する場合のインダクタのインダクタンスをＬ₀としたときに、前記インダクタのインダクタンスＬが、１／３Ｌ₀＜Ｌ＜３Ｌ₀の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記インダクタのインダクタンスＬがＬ₀に略等しいことを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記独立電極は、前記圧電シートの前記非対向領域において所定の方向に直線状に延在していることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のインクジェットヘッド。
6. 前記独立電極は、隣接配置された２つの個別電極を最短距離で結ぶ直線に重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド。
7. 前記複数の個別電極の各々が、前記独立電極に囲まれていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のインクジェットヘッド。
8. 前記独立電極に囲まれた前記複数の個別電極の各々を含む領域の面積が等しいことを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッド。
9. 前記個別電極は、圧電シートが占める領域のうちの前記圧力室に対向する対向領域内に略収まるように設けられ、
   前記独立電極は、前記非対向領域から、前記対向領域内であって前記個別電極に重ならない領域まで延在して設けられていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のインクジェットヘッド。
10. 前記個別電極は、圧力室に対向する主電極部と、この主電極部から前記非対向領域まで引き出され駆動信号を供給する為の信号線が接続される接続端子とを有し、
    前記独立電極は、前記接続端子の周囲を囲うように設けられていることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載のインクジェットヘッド。
11. ノズルに連通した複数の圧力室が平面に沿って互いに隣接配置された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に固定されて、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを有するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタであって、
    前記アクチュエータユニットは、
    複数の圧力室の各々に対向して配置され、圧力室の容積を変化させる為の駆動信号が入力される複数の個別電極と、
    複数の圧力室に亙って設けられた共通電極と、
    前記個別電極と前記共通電極とに挟まれた圧電シートと、
    前記圧電シートが占める領域のうちの少なくとも前記圧力室に対向しない非対向領域において隣接配置された前記２つの個別電極の間に設けられ、前記共通電極と等電位の地点に接続された独立電極とを有し、
    前記独立電極と前記等電位の地点との間にインダクタが介装されていることを特徴とするインクジェットプリンタ。

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