JP2005238720A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルからのインク吐出速度を一様にする。
【解決手段】 インクジェットヘッドには、開口３ａから供給されたインクが連通孔６を介してマニホールド流路５に供給され、マニホールド流路５から圧力室１０を経由してノズル８から吐出されるように、内部にインク流路が形成されている。マニホールド流路５は、２種類の副マニホールド５ａ，５ｂが交差することで形成された複数の交差領域１１を有している。各副マニホールド５ａ，５ｂは交差領域１１で連通している。
【選択図】 図５

Description

本発明は、記録媒体にインクを吐出して印刷するインクジェットヘッドに関する。

特許文献１には、平面に沿ってマトリクス状に配列された複数の圧力室のそれぞれにマニホールドからインクが分配されるインクジェットヘッドが記載されている。かかるインクジェットヘッドにおいて、マニホールド及びノズルが形成された流路ユニットには、各圧力室の容積を変化させる複数のアクチュエータユニットが貼り付けられている。複数の圧力室から選択された任意の圧力室内のインクにアクチュエータユニットによって圧力が付与されると、当該圧力室に接続されたノズルからインクが吐出される。

特開２００３−２３７０７８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、マニホールドから分岐した複数の副マニホールドから各圧力室にインクが供給されている。これら副マニホールドはそれぞれが互い独立しており、先端部又は途中部位で連通していない。そのため、ノズルからのインク吐出を停止した際に、吐出方向に向かっていたインクの流れが急に止められることで生じる吐出方向と反対方向の圧力波が、副マニホールド内のインクに伝播し、副マニホールド内の圧力が不均一となる。しかも、副マニホールド内において圧力波は短時間では減衰しない。つまり、副マニホールドが互いにほとんど連通していないので、副マニホールド内のインクに伝わった圧力波が減衰しにくく、副マニホールド内の圧力が不均一な状態が長く続く。その状態で各ノズルからインクを吐出すると副マニホールド内の不均一な圧力差がインク吐出速度の差となって表れ、画質の劣化の一因となる。

そこで、本発明の目的は、ノズルからのインク吐出速度を一様にすることが可能なインクジェットヘッドを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のインクジェットヘッドは、複数のノズルと、前記複数のノズルから吐出されるインクが充填されるマニホールド流路と、インク供給口を通じて外部から供給されたインクを前記マニホールド流路に流入させるインク流入流路と、前記マニホールド流路の出口から圧力室を経て前記ノズルに至る複数の個別インク流路とを備えている。そして、前記マニホールド流路は、一端から他端に向けて延在し且つこれら端部がともに前記インク流入流路に連通する複数の単位流路を有しており、前記複数の単位流路は、互いに交差するように配されつつ、その交差領域において連通している。

これによると、マニホールド流路を構成する複数の単位流路が交差領域において連通しているので、マニホールド流路が圧力波を多くの単位流路に伝播させやすい構造となる。そのため、１つの単位流路内に圧力室側から伝播した圧力波が当該単位流路以外の他の単位流路に次々と伝播して、その圧力波が迅速に減衰する。したがって、マニホールド流路内を伝播する圧力波がノズルからのインク吐出に悪影響を及ぼすことがほとんどなくなり、ノズルからのインク吐出速度の差が小さくなる。

本発明において、複数の前記圧力室が所定の平面に沿って配列されており、前記マニホールド流路の出口が、前記平面に直交する方向から見たときに、前記交差領域と重なる位置に配置されていることが好ましい。これにより、各単位流路への伝播性のよい交差領域に個別インク流路が連通することになるので、圧力波が効果的に減衰され解消される。

また、本発明において、前記複数の単位流路は、第１の方向に延在する複数の第１単位流路と、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の第２単位流路とからなることが好ましい。これにより、第１及び第２単位流路によって交差領域を有するマニホールド流路を容易に構成できる。

また、このとき、前記第１単位流路は、前記平面に直交する方向から見たときに、前記第２単位流路と少なくとも２箇所以上で交差していてもよい。これにより、マニホールド流路の第１単位流路が少なくとも２箇所以上の交差領域を有することになる。そのため、圧力波が効果的に減衰する。

また、本発明において、前記複数の圧力室は、前記平面に直交する方向から見たときに、複数の前記交差領域との位置関係がそれぞれ同じになるようにして配置されていることが好ましい。また、このとき、前記圧力室は、前記平面に直交する方向から見たときに、その中心が前記交差領域の中心と重なっていてもよい。これにより、各圧力室とマニホールド流路との位置関係が同じなるので、圧力室とマニホールド流路との位置関係の相違に起因した圧力室のコンプライアンス（剛性の逆数）の差を抑制し、ノズルからのインク吐出速度を一様にすることが可能になる。

また、このとき、前記インク流入流路、前記マニホールド流路及び前記個別インク流路の少なくとも１つを形成するための孔を有する複数種類のプレートが、これらの孔を連通させて前記各流路を形成するように積層されており、前記複数種類のプレートには、前記複数の第１単位流路が形成された第１マニホールドプレートと、前記複数の第２単位流路が形成された第２マニホールド流路とが含まれていてもよい。これにより、２枚のプレートで交差領域を有するマニホールド流路を容易に構成できる。

また、このとき、前記第１単位流路の端部と前記第２単位流路の端部とが連通していてもよい。これによると、インク流入流路から第１単位流路の端部を介してインクが第２単位流路に流入する。そのため、第２単位流路にもインクが供給されやすくなる。また、第１及び第２単位流路の端部連通位置と、第１単位流路とインク流入流路との連通位置とを重なるように配置させた場合においては、マニホールド流路全域に亘ってインク供給が行いやすくなる。

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。

図１は、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッド１が適用されたインクジェットプリンタの概略構成図である。図１に示すように、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１を有するカラーインクジェットプリンタである。このインクジェットプリンタ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。

インクジェットプリンタ１０１の内部には、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ー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させながら、一方のベルトローラ１０６を図中時計回り（矢印１０４の方向）に回転駆動す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１は、その下端にヘッド本体７０を有している。ヘッド本体７０は、それぞれが矩形断面を有しており、その長手方向が用紙搬送方向に垂直な方向（図１の紙面垂直方向）となるように互いに近接配置されている。つまり、このプリンタ１０１は、ライン式プリンタである。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多数のノズル８が形成されたノズルが設けられている。４つのヘッド本体７０からは、マゼンタ、イエロー、シアン及びブラックのインクが夫々吐出される（図６参照）。

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。

次にインクジェットヘッド１について詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの外観斜視図である。図３は、図２のIII−III線における断面図である。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と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の上面にエポキシ系の熱硬化性接着剤によって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。流路ユニット４は、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、ヘッド本体７０の底面は微小径を有する多数のノズル８（図６参照）が配列されたインク吐出面７０ａとなっている。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、図３中右側に引き出されるとともに屈曲しながら上方に引き出されている。

図４は、ヘッド本体７０の平面図である。図４に示すように流路ユニット４は、一方向（主走査方向）に延在した矩形平面形状を有している。図４に示すように、流路ユニット４の上面には、平面形状が長方形形状のアクチュエータユニット２１が、４つの開口（インク供給口）３ａを避けるように流路ユニット４の上面に接着されている。４つの開口３ａは、流路ユニット４の幅方向の両端部に２つずつ配置され互いに長手方向に沿って離隔されている。流路ユニット４の内部には、４つの開口３ａと流路ユニット４の内部に設けられた共通インク室となるマニホールド流路５（図５参照）とを連通させるインク流入流路となる２つの連通孔６が形成されている。連通孔６は、流路ユニット４の長手方向に沿って延在しており、流路ユニット４の幅方向の端部に形成された開口３ａと重なっている。そして、ベースブロック７１のインク溜まり３から４つの開口３ａ及び２つの連通孔６を介してマニホールド流路５内にインクが供給される。

図４に示すようにアクチュエータユニット２１の上面に接着されたＦＰＣ５０は、アクチュエータユニット２１と接着される接続部５０ａと、接続部５０ａから図４中左側に引き出された引き出し部５０ｂとを有している。引き出し部５０ｂは、接続部５０ａから流路ユニット４の長手方向に沿って配置された２つの開口３ａ間を通るようにして引き出されている。

アクチュエータユニット２１の接着領域と対応する流路ユニット４の下面であってインク吐出面７０ａは、多数のノズル８（図６参照）が配列されたインク吐出領域となっている。アクチュエータユニット２１に対向する流路ユニット４の上面には、多数の圧力室１０（図６参照）が配列された圧力室群９（図５参照）が形成されている。言い換えると、アクチュエータユニット２１は、圧力室群９を構成する多数の圧力室１０に跨る寸法を有している。

図３に戻って、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。インク溜まり３は、その一端に設けられたインク導入孔（図示せず）を通じて外部に設置されたインクタンク（図示せず）からインクが供給され、常にインクで満たされている。インク溜まり３には、インクを流出するための開口３ｂがその延在方向に沿って２列に計４個設けられており、流路ユニット４の開口３ａと接続されるように千鳥状に設けられている。すなわち、インク溜まり３の４つの開口３ｂと流路ユニット４の４つの開口３ａは同じ位置関係となるように設けられている。

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の上面における開口３ａの近傍部分と接触している。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。

ホルダ７２は、ベースブロック７１を把持する把持部７２ａと、副走査方向に間隔をおいて設けられ把持部７２ａの上面から上方に向けて突出する一対の突出部７２ｂとを含んでいる。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。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の図中右側の突出部７２ｂ表面に沿うように配置されている。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。すなわち、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に伝達するものであり、アクチュエータユニット２１及びドライバＩＣ８０と半田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の上方においては、ＦＰＣ５０の外側に接続された基板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で接着されており、インクジェットヘッド１の本体にゴミやインクが侵入することを防いでいる。

図５は、流路ユニット４の平面図である。図５に示すように、流路ユニット４の上面におけるアクチュエータユニット２１の貼付範囲内には、多数の圧力室１０からなる圧力室群９が形成されている。圧力室群９は、図４に示すアクチュエータユニット２１の貼付範囲とほぼ同じ大きさの長方形形状を有している。流路ユニット４内のマニホールド流路５は、流路ユニット４の長手方向と交差する方向であって図５中左上から右下方向（第１の方向）に延在し且つ流路ユニット４の長手方向に沿って離隔配置された複数の副マニホールド（第１単位流路）５ａと、流路ユニット４の長手方向と交差する方向であって図５中右上から左下方向（第２の方向）に延在し且つ流路ユニット４の長手方向に沿って離隔配置された複数の副マニホールド（第２単位流路）５ｂとを有している。なお、副マニホールド５ａ，５ｂは互いに同じ平面形状を有しており、互いの中心同士が重なるように配置されるとともに、平面視において、それぞれの中心を結ぶ直線に関して対称になるように配置されている。後述するように、これら２つの副マニホールド５ａ，５ｂは、流路ユニット４内において、異なる高さに設けられており、副マニホールド５ａの最下位置高さが副マニホールド５ｂの最上位置高さに相当する。

複数の副マニホールド５ａ，５ｂのうち、流路ユニット４の長手方向の両端部側に位置する４つの副マニホールド５ａ，５ｂ（流路ユニット４の長手方向の各端部側に位置する２つの副マニホールド５ａ，５ｂ）は、両端部以外において、副マニホールド５ａ，５ｂ同士が交差する交差領域１１を２つずつ有しており、それら以外の複数の副マニホールド５ａ，５ｂは、交差領域１１を３つずつ有している。図５において、複数の交差領域１１は、流路ユニット４の長手方向に沿って千鳥状に３列に配列されており、これら交差領域１１の平面形状がほぼ菱形形状となっている。

また、複数の副マニホールド５ａ，５ｂのうち、流路ユニット４の長手方向の両端部側に位置する８つの副マニホールド５ａ，５ｂ（流路ユニット４の長手方向の各端部側に位置する４つの副マニホールド５ａ，５ｂ）は、平面視において、それぞれの一端部のみが他の副マニホールド５ａ，５ｂの端部と重なっており、それら以外の複数の副マニホールド５ａ，５ｂは、平面視において、それぞれの両端部が他の副マニホールド５ａ，５ｂの端部と重なっている。このような副マニホールド５ａ，５ｂの端部同士が重なった領域１４及び各交差領域１１において、各副マニホールド５ａ，５ｂ同士が上下方向に連通している。この構成により、マニホールド流路５を構成する各副マニホールド５ａ，５ｂに開口３ａから連通孔６を介してインクを供給することが可能になると共に、副マニホールド５ａ，５ｂ間においても相互にインクを連通させることができる。また、領域１４で副マニホールド５ａ，５ｂ同士が連通していることで、インク流入流路となる連通孔６から直ぐに副マニホールド５ａ，５ｂにインクが供給される。つまり、副マニホールド５ａ，５ｂの端部同士で連通させる領域１４が形成されていないと、副マニホールド５ａ，５ｂは交差領域１１でのみ連通することとなって、副マニホールド５ｂ内へのインク供給が行いにくくなるが、本実施の形態のように領域１４で副マニホールド５ａ，５ｂの端部同士が連通していることで、副マニホールド５ｂにもインクをスムーズに供給することができ、マニホールド流路５全域に亘ってインク供給がしやすくなる。

図５に示すように複数の交差領域１１がなす３列の交差領域列のうち、図５中右側及び中央の２列の交差領域列をなす交差領域１１には、ノズル８の各々に通じる多数の個別インク流路７（図６参照）が接続されている。図６は、流路ユニット４を示しており、（ａ）は図５のＶIａ−ＶIａ線における断面図であり、（ｂ）は図５のＶIｂ−ＶIｂ線における断面図である。図６（ａ）からわかるように、各ノズル８は、圧力室１０及びアパーチャすなわち絞り１３を介してマニホールド流路５の副マニホールド５ａと連通している。このようにして、ヘッド本体７０には、マニホールド流路５の出口５ｃからアパーチャ１３、圧力室１０を経てノズル８に至る個別インク流路７が圧力室１０毎に形成されている。

ヘッド本体７０は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、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、アパーチャプレート２３、サプライプレート２４、第１マニホールドプレート２５、第２マニホールドプレート２６及びノズルプレート２７の合計７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６枚の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８参照）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部となる部分を有する層（以下、単に「活性部を有する層」というように記する）とされ、残り３層が活性部を有しない非活性層とされたものである。図７は流路ユニット４を構成する各プレートの平面図である。図７（ａ）〜図７（ｆ）に示すように流路ユニット４を構成する各プレート２２〜２７は、平面形状が長方形形状を有するとともに同じ大きさになっている。図６及び図７（ａ）に示すようにキャビティプレート２２は、アクチュエータユニット２１の貼付範囲内に多数設けられ圧力室１０の空隙を構成するほぼ菱形の孔と４つの開口３ａとなる孔とが設けられた金属プレートである。図６及び図７（ｂ）に示すようにアパーチャプレート２３は、開口３ａからマニホールド流路５への連通孔６を構成する孔６ａと、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アパーチャ１３のほかに、平面形状が長穴形状であって圧力室１０からノズル８への連絡孔２３ａがそれぞれ設けられた金属プレートである。図６及び図７（ｃ）に示すようにサプライプレート２４は、開口３ａからマニホールド流路５への連通孔６を構成する孔６ｂと、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からノズル８への連絡孔２４ａ及びアパーチャ１３と副マニホールド５ａとの連絡孔２４ｂがそれぞれ設けられた金属プレートである。

図６及び図７（ｄ）に示すように第１マニホールドプレート２５は、図７中右上から左下に向う方向（第１の方向）に延在され且つ流路ユニット４の長手方向に沿って離隔配置された副マニホールド５ａとなる複数の孔と、それぞれが第１マニホールドプレート２５の中心点で点対称になるように配置され且つ連通孔６と副マニホールド５ｂとを連絡する連絡孔６ｃと、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からノズル８への連絡孔２５ａがそれぞれ設けられた金属プレートである。第１マニホールドプレート２５に連絡孔６ｃが形成されされていることで、連通孔６から連絡孔６ｃを介して副マニホールド６ｂにインクが供給されることになる。すなわち、すべての副マニホールド５ａ，５ｂの端部は連通孔６と連通していることになり、インク供給が行いやすくなっている。図６及び図７（ｅ）に示すように第２マニホールドプレート２６は、図７中左上から右下に向う方向（第２の方向）に延在され且つ流路ユニット４の長手方向に沿って離隔配置された副マニホールド５ｂとなる複数の孔に加えて、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からノズル８への連絡孔２６ａがそれぞれ設けられた金属プレートである。図６及び図７（ｆ）に示すようにノズルプレート２７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。以上の説明から明らかなように、上述した６枚のプレート２２〜２７から構成される流路ユニット４は、その上面（アクチュエータユニット２１が貼付される面）に沿って圧力室１０が形成されており、これらの圧力室１０は上面において開口する構成となっている。

これら６枚の金属プレートは、図６（ａ）に示すような個別インク流路７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７は、マニホールド流路５の出口５ｃからまず上方に向かい、アパーチャ１３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、それから下方に向かい、連絡孔２３ａにおいて水平に延在し、連絡孔２４ａ，２５ａ，２６ａを通じて垂直下方にノズル８へと向かう。連絡孔２４ａ，２５ａ，２６ａが連通してなるディセンダ流路及びノズル８は流路ユニット４を平面視したときに、副マニホールド５ａ，５ｂのいずれもが形成されていない桁領域１２（図５参照）に形成されている。また、図６（ｂ）に示すように副マニホールド５ａと副マニホールド５ｂとが交差領域１１で連通しており、図５において交差領域１１の中央でマニホールド流路５が個別インク流路７と連通している。そのため、圧力室側から伝播した圧力波が出口５ｃを介してマニホールド流路５の交差領域１１に伝播しても、その圧力波は交差領域１１からすぐに多くの副マニホールド５ａ，５ｂへと伝播する。同様に、圧力波は領域１４からも多くの副マニホールド５ａ，５ｂへと伝播する。したがって、マニホールド流路５に伝播した圧力波は、迅速に減衰していく。

また、図６（ａ）、（ｂ）から明らかなように、第１及び第２マニホールドプレート２５，２６は、積層時に互いに連結してマニホールド流路５を構成している。このように異なるプレート２５，２６にマニホールド流路５を構成する副マニホールド５ａ，５ｂがそれぞれ形成されているため、図５に示すように各副マニホールド５ａ，５ｂが少なくとも２箇所以上で互いに交差する交差領域１１を有するマニホールド流路５を容易に構成できる。なお、本実施の形態において、マニホールド流路５を構成するプレートは、２枚使用しているが、第１及び第２マニホールドプレート２５，２６が一体化したような１枚のプレートであってもよい。つまり、分厚いプレートの一平面に副マニホールド５ａをハーフエッチングで形成し、一平面の反対側の面に副マニホールド５ｂをハーフエッチングで形成した１枚のプレートであってもよい。さらに、第１マニホールドプレートと第２マニホールドプレートとの間に第１マニホールドプレートと同じプレートをもう１枚追加し、副マニホールド５ａの容積を大きくするようにしてもよい。こうすることで、マニホールド流路５の容積が大きくなって圧力室側から伝播した圧力波が減衰しやすくなる。

図６（ａ）から明らかなように、各プレートの積層方向において圧力室１０とアパーチャ１３とは異なるレベルに設けられている。これにより、図５に示すように、アクチュエータユニット２１に対向した流路ユニット４内において、１つの圧力室１０と連通したアパーチャ１３を、当該圧力室１０と平面視で同じ位置に配置することが可能となっている。この結果、圧力室１０同士が密着して高密度に配列されるため、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド１により高解像度の画像印刷が実現される。

図５から明らかなように、圧力室群９に属する各圧力室１０は、その長い対角線の一端においてノズル８に連通されていると共に、長い対角線の他端においてアパーチャ１３を介して副マニホールド流路５ａに連通している。後述するように、アクチュエータユニット２１上には、平面形状がほぼ菱形で圧力室１０よりも一回り小さい個別電極３５（図８参照）が、圧力室１０と対向するように配列されている。

複数の圧力室１０は、２種類の副マニホールド５ａ，５ｂが交差した交差領域１１であって、図５中左側の交差領域列を除く２列の交差領域列に属する交差領域１１と対向する位置に配置されており、流路ユニット４の長手方向に沿って千鳥状に２列に配列されている。本実施の形態において、各圧力室１０は、その中心が交差領域１１の中心とそれぞれ重なるように配置されており、平面視において、圧力室１０と交差領域１１との位置関係がすべて同じになっている。この構成により、圧力室１０とマニホールド流路との位置関係をすべて同じ関係にすることができる。一方、特許文献１のように、流路ユニットの長手方向に沿って延在する共通インク室（マニホールド流路）を形成し、圧力室が配される面に対して垂直方向にインクを吐出するようにノズルを設けると、すべての圧力室を共通インク室と対向するように設けることができない。したがって、圧力室には、共通インク室と対向するものと対向しないものとの２種類が必然的に生じてしまう。これら２種類の圧力室のうち、共通インク室に対向する圧力室に関してはインク吐出動作時におけるコンプライアンス（剛性の逆数）が比較的大きいが、共通インク室に対向しない圧力室に関してはインク吐出動作時におけるコンプライアンスが比較的小さい。つまり、かかるコンプライアンスの相違は、インク吐出速度の差となって表れ、画質劣化の一因となるが、本実施の形態においては、圧力室１０とマニホールド流路５との位置関係がどの圧力室１０に関しても同じになっているので、その位置関係の相違に起因した圧力室のコンプライアンスの差をほとんどない状態にすることができる。したがって、ノズル８からのインク吐出速度を一様にすることが可能になる。

図５に示すように、２列の圧力室列のうち、図５中左側に位置する圧力室列に属する圧力室１０の右側の鋭角部が図５中右側に位置する圧力室列に属する圧力室１０間に位置しており、図５中右側に位置する圧力室列に属する圧力室１０の左側の鋭角部が図５中左側に位置する圧力室列に属する圧力室１０間に位置している。各圧力室１０においては、紙面垂直方向から見て、流路ユニット４の短手方向と平行な方向に関して、ノズル８が図５中左側に偏在しており、副マニホールド５ａ，５ｂと重ならない位置に配置されている。

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説明する。図８は、アクチュエータユニットを示しており、（ａ）は図６に示す一点鎖線で囲まれた部分の拡大図であり、（ｂ）はアクチュエータユニットの上面の一部を示す拡大平面図である。

図８（ａ）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、多数の圧力室１０に跨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。なお、圧電シート４２と圧電シート４３との間及び圧電シート４３と圧電シート４４との間には、電極は配置されていない。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。

個別電極３５は、略１μｍの厚みで、図８（ｂ）に示すように、各圧力室１０とほぼ相似である略菱形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、略１６０μｍの径を有する円形のランド部３６が設けられている。ランド部３６は、例えば、ガラスフリットを含む金からなる。また、ランド部３６はＦＰＣ５０に設けられた接点と電気的に接合されている。

共通電極３４は、図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極３４は、すべての圧力室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ている。また、個別電極３５は、各圧力室１０に対応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ごとに独立した別のリード線を含むＦＰＣ５０及びランド部３６を介して図示しない制御部に接続されている。

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８（ａ）に示したように、圧電シート４１〜４４の下面は圧力室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流路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流路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。

以上のように、本実施の形態におけるインクジェットヘッド１は、複数の副マニホールド５ａ，５ｂが互いに連通する複数の交差領域１１及び領域１４を有するマニホールド流路５を備えている。したがって、圧力室側からマニホールド流路５に伝播した圧力波が多数の副マニホールド５ａ，５ｂに交差領域１１及び領域１４を介して次々と伝播することになる。つまり、１つの副マニホールド５ａに圧力室側から伝播した圧力波が、その副マニホールド５ａと交差領域１１において連通した他の副マニホールド５ｂに伝播し、多数の副マニホールド５ａ，５ｂに次々と伝播する。同様にして、圧力波は領域１４において連通した他の副マニホールド５ｂに伝播し、次々と多数の副マニホールド５ａ，５ｂに伝播する。そのため、圧力波がマニホールド流路５内で迅速に減衰する。したがって、圧力室側からマニホールド流路５内に圧力波が伝播してきても、マニホールド流路５内の圧力は短時間のうちにほぼ均一な状態となって、マニホールド流路５内を伝播する圧力波がノズル８からのインク吐出に悪影響を及ぼすことがほとんどなくなり、インク吐出速度が均一となる。また、複数の副マニホールド５ａ，５ｂは、それぞれが少なくとも２箇所以上の交差領域１１を有し且つ領域１４も有しているので、マニホールド流路５が圧力室側から伝播した圧力波を他の副マニホールド５ａ，５ｂに伝播させる経路を多く有した構成となる。

なお、本実施の形態においては、圧力室１０と交差領域１１との中心がそれぞれ重なるように配置されているが、図９に示すように圧力室１０が４つの交差領域１１によって挟まれた領域９１に重なるようにして配置されていてもよい。この領域９１は、第１及び第２マニホールドプレートの副マニホールド５ａ，５ｂが形成されていない桁部分であって副マニホールド５ａ，５ｂのそれぞれに沿った桁部分が交差した領域である。領域９１は交差領域１１とほぼ同じ大きさの菱形形状となっている。そして、圧力室１０の中心が、領域９１の中心と重なるように配置されている。アパーチャ９２は、交差領域１１の中心と重なる位置から圧力室１０の一鋭角部と重なる位置に延在しており、マニホールド流路５から圧力室１０にインクを供給する。ノズル８は、圧力室１０の中心と重なる位置に形成されている。このような構成を有したインクジェットヘッドにおいても、上述と同様に副マニホールド５ａに圧力室側から伝播した圧力波を交差領域１１及び領域１４を介して他の多くの副マニホールド５ａ，５ｂに伝播させ、迅速に圧力波を減衰させることができる。したがって、圧力室側からマニホールド流路５内に圧力波が伝播してきても、マニホールド流路５内の圧力は短時間のうちにほぼ均一な状態となって、マニホールド流路５内を伝播する圧力波がノズル８からのインク吐出に悪影響を及ぼすことがほとんどなくなり、インク吐出速度が均一となる。また、圧力室１０と領域９１との中心が重なっていることで、すべての圧力室１０の対向する領域には、領域９１が存在することになり、圧力室１０と交差領域１１との位置関係が、どの圧力室１０についても同じとなる。そのため、圧力室１０とマニホールド流路５との位置関係を、どの圧力室１０についてもすべて同じ関係にすることができる。したがって、圧力室のコンプライアンスを均一化することができ、ノズル８からのインク吐出速度を一様にすることが可能になる。

以上、説明した本発明の実施形態に関しては、以下の３つの条件（ａ）〜（ｃ）をすべて満たす範囲であれば適宜変形が可能である。条件（ａ）が、ディセンダ流路（連絡孔２４ａ〜２６ａ）とノズル８が桁領域１２に形成されていることであり、条件（ｂ）が、流路ユニット４の平面視において、アパーチャ１３の入口が副マニホールド５ａと重複することであり、条件（ｃ）が、すべての圧力室１０のマニホールド流路５の交差領域１１に対する相対位置が等しいことである。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな設計変更が可能なものである。例えば、上述したインクジェットヘッド１のマニホールド流路５は、同一平面上において交差するように形成された副マニホールド５ａ，５ｂによって構成されていてもよい。つまり、上述した実施形態では副マニホールド５ａ，５ｂの高さレベルが異なっているが、同じ高さレベルに形成されていてもよい。また、マニホールド流路５からのインクの出口５ｃは、交差領域１１以外と重なる位置に配置されていてもよい。また、マニホールド流路は、副マニホールド５ａと副マニホールド５ｂとが少なくとも１箇所以上で交差して形成された１つ以上の交差領域を有しておればよい。また、上述したインクジェットヘッド１は、すべての圧力室１０とマニホールド流路５との位置関係が同じになっていなくてもよい。また、マニホールド流路は副マニホールドが直角に交差して構成されていてもよい。また、副マニホールド５ａ，５ｂの端部同士が重なっていなくてもよい。

本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドが適用されたインクジェットプリンタの概略構成図である。 本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドの外観斜視図である。 図２のIII−III線における断面図である。 図２に示したヘッド本体の平面図である。 図３に示した流路ユニットの平面図である。 流路ユニットを示しており、（ａ）は図５のＶIａ−ＶIａ線における断面図であり、（ｂ）は図５のＶIｂ−ＶIｂ線における断面図である。 図３に示した流路ユニットを構成する各プレートの平面図である。 アクチュエータユニットを示しており、（ａ）は図６に示す一点鎖線で囲まれた部分の拡大図であり、（ｂ）はアクチュエータユニットの上面の一部を示す拡大平面図である。 本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
３ａ 開口（インク供給口）
４ 流路ユニット
５ マニホールド流路
５ａ 副マニホールド（第１単位流路）
５ｂ 副マニホールド（第２単位流路）
５ｃ 出口
６ 連通孔（インク流入流路）
７ 個別インク流路
８ ノズル
１０ 圧力室
２５ 第１マニホールドプレート
２６ 第２マニホールドプレート

Claims (8)

1. 複数のノズルと、
   前記複数のノズルから吐出されるインクが充填されるマニホールド流路と、
   インク供給口を通じて外部から供給されたインクを前記マニホールド流路に流入させるインク流入流路と、
   前記マニホールド流路の出口から圧力室を経て前記ノズルに至る複数の個別インク流路とを備えており、
   前記マニホールド流路は、一端から他端に向けて延在し且つこれら端部がともに前記インク流入流路に連通する複数の単位流路を有しており、
   前記複数の単位流路は、互いに交差するように配されつつ、その交差領域において連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 複数の前記圧力室が所定の平面に沿って配列されており、
   前記マニホールド流路の出口が、前記平面に直交する方向から見たときに、前記交差領域と重なる位置に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. 前記複数の単位流路は、第１の方向に延在する複数の第１単位流路と、前記第１の方向と交差する第２の方向に延在する複数の第２単位流路とからな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. 前記第１単位流路は、前記平面に直交する方向から見たときに、前記第２単位流路と少なくとも２箇所以上で交差している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. 前記複数の圧力室は、前記平面に直交する方向から見たときに、複数の前記交差領域との位置関係がそれぞれ同じになるようにして配置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記圧力室は、前記平面に直交する方向から見たときに、その中心が前記交差領域の中心と重なっていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記インク流入流路、前記マニホールド流路及び前記個別インク流路の少なくとも１つを形成するための孔を有する複数種類のプレートが、これらの孔を連通させて前記各流路を形成するように積層されており、
   前記複数種類のプレートには、前記複数の第１単位流路が形成された第１マニホールドプレートと、前記複数の第２単位流路が形成された第２マニホールド流路とが含まれていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記第１単位流路の端部と前記第２単位流路の端部とが連通している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。
   

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