JP2006205633A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 ドライバＩＣが発生する熱に起因して生じる圧力室でのインク温度差を小さくする。
【解決手段】 インクジェットヘッド３０は、複数の圧力室１０が形成された流路ユニット２７と、流路ユニット２７の上面に固定された圧電アクチュエータ２１とを含んでいる。圧電アクチュエータ２１の上面には、ドライバＩＣ８０が実装されたフレキシブルプリント回路７０が貼り付けられている。複数の圧力室１０は、２列の圧力室列を形成するように配列されている。各圧力室列は、ドライバＩＣ８０の副走査方向の中心と圧力室列との主走査方向における距離が、ドライバＩＣ８０の副走査方向の端部と圧力室列との主走査方向における距離よりも大きくなるように、湾曲形状に形成されている。
【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を行うインクジェットヘッドに関する。

特許文献１には、キャリッジに記録ヘッド部を搭載して、キャリッジを往復移動させながら、記録ヘッド部に設けられた圧電アクチュエータを含むヘッドユニット（インクジェットヘッド）から記録媒体上にインクを吐出して印刷する記録装置が記載されている。この記録装置において、記録ヘッド部には、ドライバー素子（ドライバＩＣ）の熱を放熱するヒートシンクが設けられており、ヒートシンクの下面にヘッドユニットが固定されている。ヒートシンクのヘッドユニットと対向する位置には開口が設けられている。この構成により、ヘッドユニットの上方には、空間が設けられることになり、ドライバー素子の熱がヒートシンクを介してヘッドユニットに伝わりにくくなる。したがって、ヒートシンクが高温になるような場合でも、ヘッドユニットの圧電アクチュエータが熱によって動作特性が大きく変わらなくなる。

特開２００４−２９１３４２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の記録装置において、ドライバー素子とヘッドユニットとが比較的隣接した位置に配置されているため、ドライバー素子で発生した熱によってヘッドユニットが温められる。ドライバー素子は、その中心部が最も熱を発生するため、ヘッドユニットはドライバー素子の中心部に近い領域ほどその熱の影響によって高温になる。このヘッドユニットは、ヘッドユニットの長手方向に沿った複数の圧力室列が形成されたキャビティユニットを備えている。このため、同じ圧力室列に属する圧力室において、ドライバー素子の長手方向中心部と長手方向において同じ位置にある圧力室と、ドライバー素子の長手方向端部と長手方向において同じ位置にある圧力室とが受けるドライバー素子からの熱影響に大きな差が生じる。かかる熱影響の差によって圧力室内のインク温度にも差が生じ、それに伴ってインク粘度にも差が生じる。その結果、ノズルからのインク吐出特性にばらつきが生じる。

そこで、本発明の目的は、ドライバＩＣが発生する熱に起因して生じる圧力室でのインク温度差を小さく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、圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに固定されて複数の前記圧力室の内部のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段と、前記エネルギー付与手段に供給される駆動信号を生成するドライバＩＣとを備えている。そして、複数の前記圧力室は、第１の方向において隣接する圧力室の間隔が等しくなるような圧力室列を一列又は複数列形成し、前記第１の方向と直交する第２の方向において、前記圧力室列と前記ドライバＩＣの前記第１の方向における中心部との距離が、前記圧力室列と前記ドライバＩＣの前記第１の方向における端部との距離よりも大きい。

これにより、ドライバＩＣの発熱によって流路ユニットが温められても、同じ圧力室列に属する複数の圧力室のうち、ドライバＩＣの第１の方向における中心部と第１の方向において同じ位置にある圧力室の内部に存在するインクと、ドライバＩＣの第１の方向における端部と第１の方向において同じ位置にある圧力室の内部に存在するインクとの温度差が小さくなる。そのため、インクの温度差にかかるインク粘度の差も小さくなり、ノズルからのインク吐出特性のばらつきが抑制される。

本発明において、前記流路ユニットは、前記複数の個別インク流路にインクを供給する共通インク室をさらに備えている。そして、前記第２の方向において、前記共通インク室と前記ドライバＩＣの前記中心部との距離が、前記共通インク室と前記ドライバＩＣの前記端部との距離よりも大きいことが好ましい。これにより、同じ共通インク室内において、ドライバＩＣの第１の方向における中心部と第１の方向において同じ位置にある共通インク室の一部に存在するインクと、ドライバＩＣの第１の方向における端部と第１の方向において同じ位置にある共通インク室の一部に存在するインクとの温度差が小さくなる。そのため、ノズルからのインク吐出特性のばらつきがより一層抑制される。

また、本発明において、前記流路ユニットに設けられた複数の前記ノズルが、前記圧力室列と同数のノズル列を形成しており、前記第２の方向において、前記ノズル列と前記ドライバＩＣの前記中心部との距離が、前記ノズル列と前記ドライバＩＣの前記端部との距離よりも大きいことが好ましい。これにより、同じノズル列内において、ドライバＩＣの第１の方向における中心部近傍と第１の方向において同じ位置にあるノズルの内部に存在するインクと、ドライバＩＣの第１の方向における端部と第１の方向において同じ位置にあるノズルの内部に存在するインクとの温度差が小さくなる。加えて、各個別インク流路内に存在するインクの温度差も小さくなる。そのため、ノズルからのインク吐出特性のばらつきがより一層抑制される。

また、本発明において、前記圧力室列は、前記第１の方向に沿って配列する互いに隣接した複数の圧力室からなる圧力室群を３以上有していることが好ましい。これにより、すべての圧力室毎に吐出タイミングを制御する必要がなくなり、吐出タイミング制御が簡易になる。

また、本発明において、前記第１の方向において、前記ドライバＩＣの前記中心部と前記圧力室列の中心とが一致しており、前記第２の方向において、前記圧力室列の両端が一致しており、前記第２の方向において、前記圧力室列と前記ドライバＩＣの前記中心部との距離が、前記圧力室列の中心に近づくほど大きいことが好ましい。これにより、同じ圧力室列内の各圧力室において、ドライバＩＣから受ける熱影響のばらつきが小さくなる。そのため、同じ圧力室列の各圧力室内に存在するインクの温度差がより小さくなる。

また、本発明において、前記圧力室列は、前記ドライバＩＣを発熱源としたときの等温線に略一致するように形成されていることが好ましい。これにより、同じ圧力室列内の各圧力室において、ドライバＩＣから受ける熱影響がほぼ均一化する。そのため、同じ圧力室列の各圧力室内に存在するインクの温度差がより一層小さくなる。

また、本発明において、前記ドライバＩＣが実装されていると共に、前記ドライバＩＣが生成した駆動信号を前記エネルギー付与手段に供給する平型柔軟ケーブルをさらに備えていることが好ましい。これにより、ドライバＩＣを比較的自由に配置することができるため、他の部材の配置箇所にも自由度ができる。

また、本発明において、前記エネルギー付与手段が、複数の前記圧力室の容積を変化させる圧電アクチュエータからなり、前記圧電アクチュエータが、複数の前記圧力室に対向する複数の個別電極を含んでいることが好ましい。これによると、複数の個別電極がなす個別電極列も圧力室列と同じように延在することになる。そのため、圧電アクチュエータの同じ個別電極列内の個別電極間の温度差も小さくなり、個別電極を一方の電極とするキャパシタごとの静電容量のばらつきが抑制される。したがって、ドライバＩＣから個別電極毎に異なる駆動信号を供給する必要がなくなり、制御が簡易になる。

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、本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドが採用されたインクジェットプリンタの概略平面図である。インクジェットプリンタ１の内部には、図１に示すように、２本のガイド軸６，７が設けられている。これらガイド軸６，７には、キャリッジを兼用するヘッドユニット８が取り付けられている。ヘッドユニット８は、合成樹脂材料からなるヘッドホルダ９を含んでいる。ヘッドホルダ９には、印刷用紙Ｐへインクを吐出して印刷を行うインクジェットヘッド３０が保持されている。ヘッドホルダ９は、キャリッジモータ１２により回転する無端ベルト１１に取り付けられており、キャリッジモータ１２の駆動により、ガイド軸６，７に沿って主走査方向（第２の方向）に往復移動する。

インクジェットプリンタ１には、それぞれにブラックインクが収容された４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄが備えられている。各インクカートリッジ５ａ〜５ｄは、それぞれ可撓性のチューブ１４ａ〜１４ｄによってチューブジョイント２０と接続されている。また、インクジェットプリンタ１には、ヘッドホルダ９が左端に移動したときに対向するインク吸収部材３が設けられている。インク吸収部材３は、フラッシングのときにノズルから吐出されたインクを吸収する。また、インクジェットプリンタ１には、ヘッドホルダ９が右端に移動したときに対向するパージ装置２が設けられている。パージ装置２は、パージ時にノズルからインクを吸引する。そのパージ装置２の左方には、ノズル面に付着したインクを払拭するワイパ４が設けられている。

次に、ヘッドユニット８の主要構造について以下に説明する。図２は、図１に示すヘッドユニット８の分解斜視図であり、ヘッドホルダ９からバッファタンク４８及びヒートシンク６０を取り外した状態を示している。図３は、図２に示すインクジェットヘッドユニットの縦断面図である。

図２及び図３に示すように、ヘッドホルダ９は、上方に向かって開口した略箱状に形成されており、その底部にはインクジェットヘッド３０に含まれるヘッド本体２５が固定されている。また、ヘッドホルダ９において、ヘッド本体２５の上方には、ヘッド本体２５へ供給するインクを一時的に貯溜するバッファタンク４８が設置されている。ヘッド本体２５は、複数のノズル２８が形成されたノズル面（底面）２５ａがヘッドホルダ９の下方外側に露出するように設置されている（図６参照）。

バッファタンク４８の端部には、図２に示すように、インクをこのバッファタンク４８に供給するためのチューブジョイント２０が接続されている。バッファタンク４８の内部には、各インクカートリッジ５ａ〜５ｄから供給されたインクが合流する貯溜部（不図示）が形成されている。バッファタンク４８の下面には、インク流出口（不図示）が設けられており、ヘッド本体２５に設けられたインク供給口３０ａとシール部材９０を介して接続されている。この構成より、バッファタンク４８の貯溜部に貯えられたインクがインク流出口及びインク供給口３０ａを通ってヘッド本体２５の内部に供給される。バッファタンク４８の上方には、コンデンサ８３などの電子部品及びコネクタ８５が実装された制御基板８４が設けられている。制御基板８４の上方は、ヘッドホルダ９の上方を覆うカバー９ａにより覆われている。

ヘッドホルダ９には、図３に示すように、ヒートシンク６０がバッファタンク４８の左側側壁４８ａに隣接する位置に固定されている。ヒートシンク６０は、主走査方向に延在する水平部６０ａと、水平部６０ａの外側側縁から上方に立ち上がった垂直部６０ｂとを有している。水平部６０ａ及び垂直部６０ｂは、図２に示すように、共に横長の板状に形成されており、垂直部６０ｂの内側の板面はバッファタンク４８の側壁４８ａと対向している。バッファタンク４８の右方には、バッファタンク４８内に蓄積された空気を外部へ排気する排気装置４９が設けられている。

次に、インクジェットヘッド３０の主要構成について以下に説明する。図４は、本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッド３０を示す外観斜視図である。図４に示すように、インクジェットヘッド３０は、ヘッド本体２５と、ヘッド本体２５の上面に貼り付けられたフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）７０とを含んでいる。ヘッド本体２５は、内部に複数のインク流路が形成された流路ユニット２７と、流路ユニット２７の上面に接合された圧電アクチュエータ（エネルギー付与手段）２１とを含んでいる。流路ユニット２７及び圧電アクチュエータ２１はともに、長方形平面形状を有する複数の薄板を積層して構成され、バッファタンク４８の下方に配置されている。

図５は、図４に示すインクジェットヘッド３０の部分上面図である。図６は、図４に示すインクジェットヘッド３０の縦断面図である。図４及び図５に示すように、ＦＰＣ７０は、圧電アクチュエータ２１から制御基板８４まで延在する基材７１と、基材７１の延在方向に沿って形成された複数の配線７２とを有している。基材７１上には、ドライバＩＣ８０が実装されている。ドライバＩＣ８０は、副走査方向（第１の方向）において長尺な長方形状に構成されている。基材７１は、図６に示すように、２枚のシート７１ａ，７１ｂが重ね合わされて互いに貼り合わされた構成となっている。基材７１における下層であるシート７１ｂには、圧電アクチュエータ２１と対向する領域に厚み方向に貫通した複数の孔７７が形成されている。これら孔７７は、圧電アクチュエータ２１に形成された後述の複数の個別電極３７の引き出し部３７ａとそれぞれ対向する位置に形成されている。各孔７７には、引き出し部３７ａと接触するように基材７１の下面から突出した導電部材７８が配置されている。また、図５に示すように、シート７１ｂには、厚み方向に貫通した２つの孔７９が形成されている。これら孔７９にも導電部材７８と同様の導電部材が配置されている。

複数の配線７２は、基材７１のシート７１ａ，７１ｂ間に形成されている。複数の配線７２は、図５に示すように、複数の個別電極３７とドライバＩＣ８０とを個別電極３７ごとに電気的に接続する複数の個別配線７３と、ドライバＩＣ８０と制御基板８４とを電気的に接続する複数の信号線７４と、圧電アクチュエータ２１に含まれるプレート３４（後述する）をグランドに接続する２本の共通配線７５とを有している。複数の個別配線７３は、対応する個別電極３７ごとに形成されており、複数の信号線７４より本数が多い。また、複数の個別配線７３の先端は、図６に示すように、孔７７に配置された導電部材７８とそれぞれ電気的に接続されている。これにより、個別配線７３と個別電極３７とが導電部材７８を介して電気的に接続される。また、２本の共通配線７５の先端は、図５に示すように、孔７９に配置された導電部材とそれぞれ電気的に接続されている。共通配線７５と接続された導電部材は、圧電シート３３（後述する）に形成されたスルーホール３５内の導電部材を介してプレート３４と電気的に接続されている。

図３に戻って、ＦＰＣ７０は、圧電アクチュエータ２１の上面から主走査方向の一方に引き出され、ヘッドホルダ９の底部に形成された孔１７を通されて垂直部６０ｂとヘッドホルダ９の側壁との間に形成された隙間を介して上方に向かう。そして、ＦＰＣ７０は、制御基板８４とバッファタンク４８との隙間を介して制御基板８４上に設けられたコネクタ８５と電気的に接続されている。ドライバＩＣ８０は、制御基板８４からシリアル転送されてきた印刷信号を、圧電アクチュエータ２１の個別電極３７ごとに対応したパラレル信号に変換し且つ所定の電位に変換して生成した駆動信号を各個別電極３７に接続した個別配線７３に出力する。また、ＦＰＣ７０は、ドライバＩＣ８０と対向する位置に配置された弾性部材１８によりドライバＩＣ８０の上面がヒートシンク６０の水平部６０ａに接触するように押圧されている。これにより、発熱したドライバＩＣ８０の過剰な熱を放熱することが可能になる。

ここで、ドライバＩＣ８０の発熱がヘッド本体２５に及ぼす影響について説明する。なお、ヘッド本体２５がドライバＩＣ８０の発熱によってどのように温められているかを分かりやすくするために、図５に５本の等温線Ｔ１〜Ｔ５をヘッド本体２５上に描いている。５本の等温線Ｔ１〜Ｔ５は、副走査方向（主走査方向と直交する方向）の中心が主走査方向（第２の方向）においてその両端よりドライバＩＣ８０から離れるように湾曲している。これは、本実施形態におけるヘッド本体２５が、ドライバＩＣ８０のヘッド本体２５側の側面８０ａ、すなわち副走査方向（第１の方向）に平行な平面からの熱によって主に温められるからである。つまり、ドライバＩＣ８０の駆動時において、ヘッド本体２５は、側面８０ａからの距離が同じである位置同士を比較したときに、その長手方向中心に近いほど温度が高い。また、等温線Ｔ１〜Ｔ５が示す温度は、ドライバＩＣ８０から離れるにつれ低くなっている。つまり、５本の等温線Ｔ１〜Ｔ５のうち、等温線Ｔ１が最も高い温度を示しており、等温線Ｔ２から等温線Ｔ５と順に、その示す温度が低くなっている。

ヘッド本体２５は、図６に示すように、矩形平面形状を有する４枚のプレート１０１〜１０４から構成された流路ユニット２７と、流路ユニット２７の上面に接合されたプレート３４とプレート３４上に形成された圧電シート３３とを含んだ圧電アクチュエータ２１とを含んでなる。

図７は、図４に示す流路ユニット２７を構成する各プレートを示しており、（ａ）はキャビティプレートの平面図であり、（ｂ）は流路プレートの平面図であり、（ｃ）はマニホールドプレートの平面図であり、（ｄ）はノズルプレートの平面図である。なお、図７にも図５に示した等温線Ｔ１〜Ｔ５を描いている。流路ユニット２７は、上から、キャビティプレート１０１、流路プレート１０２、マニホールドプレート１０３、ノズルプレート１０４の計４枚が積層された積層構造を有している。

キャビティプレート１０１は、図７（ａ）に示すように、圧力室１０を構成する孔（以下、「圧力室１０」と称することがある）が多数設けられた金属プレートである。複数の圧力室１０は、等温線Ｔ１〜Ｔ５の線方向に沿って千鳥状に配列されており、２列の圧力室列１０５，１０６を形成している。図５において、これら圧力室列１０５，１０６は、ドライバＩＣ８０の側面８０ａと対向している。また、各圧力室列１０５，１０６は、副走査方向における中心近傍に位置する圧力室１０が両端側に位置する圧力室１０よりもドライバＩＣ８０の側面８０ａから離れた湾曲形状となっている。つまり、図５に示すように、圧力室列１０５と側面８０ａの副走査方向における中心との主走査方向における距離Ｓ１が、圧力室列１０５と側面８０ａの副走査方向における端部との主走査方向における距離Ｓ２よりも大きくなっている（圧力室列１０６も距離Ｓ１と距離Ｓ２との差を同様に有している）。そして、各圧力室列１０５，１０６に属する圧力室１０は、各圧力室列１０５，１０６において、それぞれの圧力室１０の中心を結ぶ線が等温線Ｔ１〜Ｔ５と平行になるように配置されている。言い換えると、各圧力室列１０５，１０６において、各圧力室の中心を結ぶ線は、それ自体が等温線になりえる。各圧力室列１０５，１０６に属する複数の圧力室１０は、副走査方向において隣接する圧力室１０間の距離が互いに等しくなるように配列されている。圧力室列１０５の副走査方向における中心とドライバＩＣ８０の側面８０ａの中心とが、図５に示すように、副走査方向において一致しているとともに、圧力室列１０５の両端が主走査方向において一致している。圧力室列１０６は、圧力室列１０５と同じ延在長を有しており、圧力室列１０６の副走査方向における中心が、ドライバＩＣ８０の側面８０ａの中心から図５中左側に若干ずれた位置に配置されている。また、圧力室列１０６の両端が主走査方向において一致している。さらに、圧力室列１０５の両端に位置する圧力室１０の中心と側面８０ａの延長線との主走査方向における距離Ｓ３は、当該圧力室列に属する圧力室１０の中心と側面８０ａとの距離において最も小さくなっている。なお、圧力室列１０６も圧力室列１０５と平行に配列されているため、ほぼ同様な配置形態となる。このように、各圧力室列１０５，１０６は、主走査方向において、副走査方向における中心に近づくほどドライバＩＣ８０との距離が大きくなっている。

また、各圧力室１０は、主走査方向に平行な方向に長手方向を有する角が丸まった長方形平面形状となっている。各圧力室１０の一端部は、流路プレート１０２及びマニホールドプレート１０３にそれぞれ千鳥状配列で穿設されている貫通孔１１１ａ，１１１ｂを介して、ノズルプレート１０４のノズル２８に連通している。なお、貫通孔１１１ａ，１１１ｂ及びノズル２８は、図６に示すように、対応する圧力室１０の一端部と対向する位置に形成されている。また、キャビティプレート１０１には、図７（ａ）に示すように、右端部であってインク供給口３０ａと対向する位置に孔１０９が形成されている。

流路プレート１０２には、図７（ｂ）に示すように、複数の貫通孔１１１ａの他に、複数の連絡孔１１２が貫通して形成されている。これら連絡孔１１２は、一方の開口において圧力室１０と連通し他方の開口において後述のマニホールド流路１１５と連通している。さらに、複数の連絡孔１１２は、各圧力室１０に対応して等温線Ｔ１〜Ｔ５の線方向に沿って千鳥状の２列に配列されている。また、流路プレート１０２には、右端部であって孔１０９と対向する位置に孔１１３が形成されている。孔１０９は、一方の開口において孔１０９と連通し他方の開口においてマニホールド流路１１５と連通している。

マニホールドプレート１０３には、図７（ｃ）に示すように、複数の貫通孔１１１ｂの他に、厚み方向に貫通し平面形状が略コの字型のマニホールド流路１１５（共通インク室）となる貫通部が形成されている。そして、流路プレート１０２、マニホールドプレート１０３及びノズルプレート１０４を積層することにより、貫通部の上下の開口が流路プレート１０２及びノズルプレート１０４で覆われ、マニホールド流路１１５が形成される。マニホールド流路１１５は、等温線Ｔ１〜Ｔ５の線方向に沿って湾曲し且つ複数の貫通孔１１１ｂを挟むようにして形成された２つの延在部１１４ａ，１１４ｂと、延在部１１４ａ，１１４ｂの右側端部において両者をつなぐ主走査方向に延在した連結部１１４ｃとを有している。延在部１１４ａ，１１４ｂは、等温線Ｔ１〜Ｔ５に沿って延在していることで、主走査方向において、ドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における中心との距離がドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における端部との距離よりも大きくなっている。連結部１１４ｃの主走査方向における中央近傍は、孔１１３と対向している。

ノズルプレート１０４には、複数の圧力室１０に対応するように微小径のノズル２８が多数個穿設されている。これらノズル２８は、等温線Ｔ１〜Ｔ５の線方向に沿って千鳥状に配列されており、２列のノズル列１１７，１１８を形成している。各ノズル列１１７，１１８に属する複数のノズル２８は、副走査方向において隣接するノズル２８間の距離が互いに等しくなるように配列されている。各ノズル列１１７，１１８は、等温線Ｔ１〜Ｔ５に沿って延在していることで、主走査方向において、ドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における中心との距離がドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における端部との距離よりも大きくなっている。

このような流路ユニット２７の構成により、流路ユニット２７の内部には、マニホールド流路１１５の出口から連絡孔１１２、圧力室１０及び貫通孔１１１ａ，１１１ｂを通ってノズル２８に至る複数の個別インク流路１２０が形成されている。インク供給口３０ａからの流路ユニット２７に流入したインクは、各孔１０９，１１３を介してマニホールド流路１１５に一旦貯溜される。そして、各圧力室１０で、圧電アクチュエータ２１により圧力が付与されたインクが、マニホールド流路１１５から個別インク流路１２０を介してノズル２８から吐出される。

図８は、図６に示す圧電アクチュエータ２１の平面図である。なお、図８にも図５に示した等温線Ｔ１〜Ｔ５を描いている。圧電アクチュエータ２１は、圧電シート３３と金属製プレート３４とを含んでおり、圧電シート３３は、図８に示すように、両端部を除く全域が圧力室１０と対向している。圧電シート３３の上面には、圧電シート２１のほぼ全域を覆うように複数の個別電極３７が形成されており、個別電極３５同士が互いに離隔している。図８に示すように、各個別電極３７は、圧力室１０とそれぞれ対向する位置に配置されている。つまり、個別電極３７も等温線Ｔ１〜Ｔ５の線方向に沿って配置されており、複数の圧力室１０と同様な配置形態となっている。各個別電極３７には、圧力室１０と対向しない領域であって圧力室１０を構成する孔が形成されたキャビティプレート１０１の隔壁と対向する位置に個別電極３７のドライバＩＣ８０側の端部から引き出された引き出し部３７ａが形成されている。

圧電シート３３は、本実施形態において、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミック材料からなる。個別電極３７及び引き出し部３７ａは、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなるものであり、引き出し部３７ａと導電部材７８とがそれぞれ電気的に接続されている。また、圧電シート３３の孔７９と対向する位置には、厚み方向に貫通した２つのスルーホール３５が形成されている。これらスルーホール３５内には、導電部材が配置されており、孔７９の導電部材とプレート３４とを電気的に接続している。これにより、孔７９の導電部材が共通配線７５と接続されているため、プレート３４がグランド電位に保たれることになり、共通電極として機能している。

プレート３４は、例えば、ステンレス鋼からなり、流路ユニット２７の上面全体を覆うようにして配置されている。図８に示すように、プレート３４の右側端部には、インク供給口３０ａとなる孔が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ２１の駆動方法について述べる。圧電シート３３は、その厚み方向に分極されている。したがって、個別電極３７にグランド電位より高い電位を印加することで、圧電シート３３に対してその分極方向に電界が印加される。圧電シート３３に電界が印加されると、電界が印加された部分が活性層として働き、その厚み方向に伸長すると共に、圧電横効果により面方向に収縮しようとする。これに伴って圧電シート３３及びプレート３４は圧力室１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。このとき、図６に示したように、プレート３４の下面は圧力室１０を区画する隔壁（キャビティプレート１０１）の上面に固定されているので、結果的に圧電シート３３とプレート３４は圧力室側に凸と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２８からインクが吐出される。その後、個別電極３７を共通電極として機能するプレート３４と同じ電位に戻すと、圧電シート３３とプレート３４とが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１１５側から吸い込む。

なお、他の駆動方法として、予め個別電極３７を共通電極となるプレート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３７をプレート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３７をプレート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３７とプレート３４とが同じ電位になるタイミングで、圧電シート３３とプレート３４とが元の形状に戻ることにより、圧力室１０の容積は初期状態と比較して増加し、インクがマニホールド流路１１５側から圧力室１０内に吸い込まれる。その後、再び個別電極３７をプレート３４と異なるタイミングで、圧電シート３３とプレート３４とが圧力室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。こうして、ノズル２８からインクが吐出され、用紙Ｐに所望画像が印刷される。

以上のように、本実施形態のインクジェットヘッド３０によると、ドライバＩＣ８０の発熱によって流路ユニット２７が温められても、図５に示すように、距離Ｓ１が距離Ｓ２よりも大きくなっているので、ドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における中心近傍と副走査方向において同じ位置にある圧力室１０内のインクと、ドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における端部と副走査方向において同じ位置にある圧力室１０内のインクとが受けるドライバＩＣ８０からの熱影響差が小さくなる。そのため、これら圧力室１０の内部に存在するインクの温度差が小さくなる。したがって、インク温度差にかかるインク粘度の差も小さくなり、同じ圧力室列１０５，１０６に属する圧力室１０に対応するノズル２８からのインク吐出特性が安定する。さらに、圧力室列１０５の副走査方向における中心とドライバＩＣ８０の側面８０ａの中心とがほぼ一致し、加えて、圧力室列１０５の両端が主走査方向において一致していることで、同じ圧力室列内の各圧力室１０において、ドライバＩＣ８０から受ける熱影響のばらつきがより一層小さくなる。そのため、同じ圧力室列１０５の各圧力室内に存在するインクの温度差がより小さくなる。なお、圧力室列１０６は、その副走査方向における中心がドライバＩＣ８０の側面８０ａの中心と一致していないものの、僅かにずれた位置に存在しているので、上述とほぼ同様な効果を得ることができる。また、同じ圧力室列１０５，１０６内の圧力室１０の中心を結ぶ線が、等温線Ｔ１〜Ｔ５と平行になっており且つそれ自体が等温線となり得るため、同じ圧力室列内の各圧力室１０において、ドライバＩＣ８０から受ける熱影響がほぼ均一化する。そのため、同じ圧力室列１０５，１０６の各圧力室内に存在するインクの温度差がほとんどなくなる。

さらに、流路ユニット２７に形成されたマニホールド流路１１５は、主走査方向において、ドライバＩＣ８０の側面８０ａの中心との距離がドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における端部との距離よりも大きくなる２本の延在部１１４ａ，１１４ｂを有しているので、マニホールド流路１１５内において、ドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における中心と副走査方向において同じ位置にあるマニホールド流路１１５の一部に存在するインクとドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における端部と副走査方向において同じ位置にあるマニホールド流路１１５の一部に存在するインクとの温度差が小さくなる。そのため、ノズル２８からのインク吐出特性がより安定する。

さらに、ノズル列１１７，１１８は、主走査方向において、ドライバＩＣ８０の側面８０ａの中心との距離がドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における端部との距離よりも大きくなるように延在しているので、同じノズル列１１７，１１８内の各ノズル２８内のインク温度差が小さくなる。そのため、ノズル２８からのインク吐出特性がより一層安定する。また、複数のノズル２８が対応する圧力室１０のそれぞれと重なるようにして配置されているので、図６に示すように、圧力室１０からノズル２８に至る個別インク流路１２０の一部が垂直方向に延在する。そのため、各個別インク流路内に存在するインクの温度差も小さくなり、ノズル２８からのインク吐出特性がより一層安定する。

また、インクジェットヘッド３０が、ＦＰＣ７０を備えていることで、ドライバＩＣ８０を比較的自由に配置することが可能になる。そのため、ヒートシンク６０などの他の部材の配置箇所にも自由度ができる。つまり、ヒートシンクを垂直部だけで構成しその垂直部に沿うようにドライバＩＣを配置することも可能になる。

また、エネルギー付与手段として圧電アクチュエータ２１を用いても、複数の個別電極３７が複数の圧力室１０とそれぞれ対向する位置に配置されているので、個別電極３７間の温度差も小さくなる。一方、圧電アクチュエータ２１の個別電極３７間に温度差が生じると、各個別電極を一方の電極とするキャパシタ（他方の電極はここではプレート３４となる）の静電容量が異なるので、それら静電容量に合わせて各個別電極３７に異なる電位（駆動信号）を供給しなければならない。しかしながら、本実施形態においては、複数の個別電極３７がなす個別電極列も圧力室列１０５，１０６と同様に延在することになるので、同じ個別電極列内の個別電極３７間の温度差も小さくなる。同じ個別電極列内のすべての個別電極３７に同じ電位を供給してもノズル間のインク吐出特性のばらつきが抑制される。したがって、ドライバＩＣ８０からすべての個別電極３７に対して異なる電位を供給する必要がなくなり、制御が簡易になる。

続いて、本発明の第２実施形態によるインクジェットヘッドについて、以下に説明する。図９は、本発明の第２実施形態によるインクジェットヘッドの流路ユニットを構成する各プレートを示しており、（ａ）はキャビティプレートの平面図であり、（ｂ）は流路プレートの平面図であり、（ｃ）はマニホールドプレートの平面図であり、（ｄ）はノズルプレートの平面図である。なお、図９にも図５に示した等温線Ｔ１〜Ｔ５を描いている。また、上述のインクジェットヘッド３０と同様なものについては同符号で示し説明を省略する。

本実施形態におけるインクジェットヘッドは、流路ユニットの構成が上述の流路ユニット２７と若干異なるだけでその他は同じ構成となっている。図９（ａ）に示すキャビティプレート１０１は第１実施形態のキャビティプレート１０１と同じ構成である。図９（ｂ）に示す流路プレート２０２には、上述の流路プレート１０２と同様な複数の貫通孔２１１ａが形成されているが、流路プレート２０２における配列形態が若干異なる。複数の貫通孔２１１ａは、副走査方向に沿って２列に配列されている。つまり、複数の貫通孔２１１ａは、等温線Ｔ１〜Ｔ５の線方向に沿って配置されていない。図９（ｃ）に示すマニホールドプレート２０３においても、複数の貫通孔２１１ａとそれぞれ連通する複数の貫通孔２１１ｂが等温線Ｔ１〜Ｔ５の線方向に沿って配置されず、副走査方向に沿って２列に配列されている。そして、図９（ｄ）に示すノズルプレート２０４においても、複数の貫通孔２１１ｂとそれぞれ連通する複数のノズル２２８が等温線Ｔ１〜Ｔ５の線方向に沿って配置されず、副走査方向に沿って２列に配列されている。

このような各プレート１０１，２０２，２０３，２０４が積層されて構成された流路ユニットにおいては、複数のノズル２２８及び貫通孔２１１ａ，２１１ｂが等温線Ｔ１〜Ｔ５に沿って配列されたことによる効果を除いて第１実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。さらに、貫通孔２１１ａ，２１１ｂ及びノズル２２８が副走査方向に沿って形成されていることで、印刷時にヘッドユニット８を主走査方向に移動させながら、複数のノズル２２８からインクを吐出するタイミングを列毎に同時に吐出させることが可能になる。そのため、圧力室列毎にインク吐出タイミングを制御するだけになり、吐出タイミング制御を簡易化することができる。

続いて、本発明の第３実施形態によるインクジェットヘッドについて、以下に説明する。図１０は、本発明の第３実施形態によるインクジェットヘッドの流路ユニットを構成する各プレートを示しており、（ａ）はキャビティプレートの平面図であり、（ｂ）は流路プレートの平面図であり、（ｃ）はマニホールドプレートの平面図であり、（ｄ）はノズルプレートの平面図である。なお、図１０にも図５に示した等温線Ｔ１〜Ｔ５を描いている。また、上述のインクジェットヘッド３０と同様なものについては同符号で示し説明を省略する。

本実施形態におけるインクジェットヘッドは、流路ユニットの構成が上述の流路ユニット２７と若干異なるだけでその他は同じ構成となっている。図１０（ａ）に示すキャビティプレート３０１には、第１実施形態と同様の孔１０９と複数の圧力室１０´とが形成されている。複数の圧力室１０´は、等温線Ｔ１〜Ｔ５の線方向に沿って千鳥状に配列されており、２列の圧力室列３０５，３０６を形成している。これら圧力室列３０５，３０６も上述した圧力室列１０５，１０６と同様にドライバＩＣ８０の側面８０ａと対向している。圧力室列３０５は、副走査方向に沿って隣接した３つの圧力室１０´からなる圧力室群３０５ａと、副走査方向に沿って隣接した４つの圧力室１０´からなる２つの圧力室群３０５ｂ，３０５ｃとから構成されている。圧力室列３０６は、副走査方向に沿って隣接した４つの圧力室１０´からなる圧力室群３０６ａと、副走査方向に沿って隣接した３つの圧力室１０´からなる２つの圧力室群３０６ｂ，３０６ｃとから構成されている。また、各圧力室列３０５，３０６は、圧力室群３０５ａ，３０６ａが中央に位置しており、その圧力室群３０５ａ，３０６ａを挟むように２つの圧力室群３０５ａ，３０５ｂ，３０６ａ，３０６ｂが両端に位置している。各圧力室列３０５，３０６において、各圧力室群の中心を結ぶ線は、各等温線Ｔ１〜Ｔ５と平行になっていると共に、その線自体が等温線と一致している。また、各圧力室列３０５，３０６の副走査方向における中心がドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における中心と一致しており、且つ、各圧力室列３０５，３０６の両端に位置する圧力室群３０５ｂ，３０５ｃ，３０６ｂ，３０６ｃが主走査方向において一致している。このように、各圧力室列３０５，３０６は、副走査方向における中心に位置する圧力室群３０５ａ，３０６ａが両端に位置する圧力室群３０５ｂ，３０５ｃ，３０６ｂ，３０６ｃよりもドライバＩＣ８０の側面８０ａから離れた湾曲形状となっている。

図１０（ｂ）に示す流路プレート３０２には、上述の孔１１３、複数の貫通孔３１１ａ及び複数の連絡孔３１２が形成されている。複数の貫通孔３１１ａは各圧力室１０´の一端部と連通可能に形成されており、複数の連絡孔３１２はマニホールド流路１１５と複数の圧力室１０´とをそれぞれ連通させるために各圧力室１０´の他端部と連通可能に形成されている。これより、各貫通孔３１１ａ及び各連絡孔３１２は、図１０（ｂ）に示すように、複数の圧力室１０´と同様な配置形態となっている。つまり、複数の貫通孔３１１ａ及び連絡孔３１２は、各圧力室群の圧力室１０´に対応するもの毎に群を形成しており、それぞれの群の中心を結ぶ線が、各等温線Ｔ１〜Ｔ５と平行になっていると共に、その線自体が等温線と一致することになる。また、各圧力室列３０５，３０６の両端に位置する圧力室群３１０ｂ，３１０ｃに係る貫通孔３１１ａ及び連絡孔３１２は、主走査方向において一致している。

図１０（ｃ）に示すマニホールドプレート３０３には、上述のマニホールド流路１１５と複数の貫通孔３１１ｂとが形成されている。貫通孔３１１ｂは、貫通孔３１１ａと対向する位置に配置されている。そのため、複数の貫通孔３１１ａと同様な配置形態となっている。

図１０（ｄ）に示すノズルプレート３０４には、複数のノズル３２８が形成されている。ノズル３２８は、貫通孔３１１ｂと対向する位置に配置されている。これも上述の複数の貫通孔３１１ａと同様な配置形態となっている。

このような各プレート３０１，３０２，３０３，３０４が積層されて構成された流路ユニットにおいても、各圧力室列３０５，３０６内の圧力室１０´がほぼ等温線Ｔ１〜Ｔ５に沿って配置されることになるので、上述のようにドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における中心近傍と副走査方向において同じ位置にある圧力室１０´内のインクとドライバＩＣ８０の側面８０ａの副走査方向における端部と副走査方向において同じ位置にある圧力室１０´内のインクとの温度差が小さくなる。さらに、同じ列内のノズル３２８もほぼ等温線Ｔ１〜Ｔ５に沿って配置されることになるので、これも上述と同様な効果を得ることができる。加えて、圧力室列３０５，３０６がそれぞれ３つの圧力室群３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃ，３０６ａ，３０６ｂ，３０６ｃからなり、それら圧力室群に対応するように複数のノズル３２８が配置されているので、圧力室毎に吐出タイミングを制御する必要がなくなり、吐出タイミング制御が簡易になる。さらに、各圧力室列３０５，３０６の両端に位置する圧力室群３０５ｂ，３０５ｃ，３０６ｂ，３０６ｃが、各圧力室列において、主走査方向に一致し、且つ、圧力室群３０５ｂ，３０５ｃ，３０６ｂ，３０６ｃに対応する複数のノズル３２８も、ノズル列毎において、主走査方向に一致しているので、印刷時におけるインク吐出タイミングが圧力室列毎に２種類となる。

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様々な変更が可能なものである。例えば、インクジェットヘッドの流路ユニットに形成された圧力室列は、主走査方向において、ドライバＩＣ８０の副走査方向の中心と副走査方向において同じ位置にある圧力室列の一部がドライバＩＣ８０の副走査方向の端部と副走査方向において同じ位置にある圧力室列の一部よりもドライバＩＣ８０から離れていればよい。また、各圧力室列１０５，１０６，３０５，３０６は等温線に一致していなくてもよい。また、流路ユニットのマニホールド流路１１５は副走査方向に平行に延在していてもよい。また、流路ユニット２７は、複数の圧力室１０及びノズル２８がともに２列の圧力室列及びノズル列を形成しているがそれぞれ１列であってもよい。この場合、圧電アクチュエータ２１の個別電極３７も同様に１列となる。また、ドライバＩＣがヘッド（流路ユニット）上に固定されていてもよい。

また、上述した各実施形態におけるインクジェットヘッドは、シリアルタイプのインクジェットプリンタに適用されるものであるが、ラインタイプのインクジェットヘッドプリンタに適用されるインクジェットヘッドにも本発明を適用可能である。また、上述した実施形態に係るインクジェットヘッドは圧電方式の圧電アクチュエータによって駆動され、インクがノズルから吐出されるが、ＦＰＣから送られた駆動信号によって各圧力室内のインクを加熱し、圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するサーマル方式のインクジェットヘッドであっても本発明を適用可能である。

本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドが採用されたインクジェットプリンタの概略平面図である。 図１に示すヘッドユニットの分解斜視図である。 図２に示すインクジェットヘッドユニットの縦断面図である。 本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドを示す外観斜視図である。 図４に示すインクジェットヘッドの部分上面図である。 図４に示すインクジェットヘッドの縦断面図である。 図４に示す流路ユニットを構成する各プレートを示しており、（ａ）はキャビティプレートの平面図であり、（ｂ）は流路プレートの平面図であり、（ｃ）はマニホールドプレートの平面図であり、（ｄ）はノズルプレートの平面図である。 図６に示す圧電アクチュエータの平面図である。 本発明の第２実施形態によるインクジェットヘッドの流路ユニットを構成する各プレートを示しており、（ａ）はキャビティプレートの平面図であり、（ｂ）は流路プレートの平面図であり、（ｃ）はマニホールドプレートの平面図であり、（ｄ）はノズルプレートの平面図である。 本発明の第３実施形態によるインクジェットヘッドの流路ユニットを構成する各プレートを示しており、（ａ）はキャビティプレートの平面図であり、（ｂ）は流路プレートの平面図であり、（ｃ）はマニホールドプレートの平面図であり、（ｄ）はノズルプレートの平面図である。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ
１０，１０´ 圧力室
２１ 圧電アクチュエータ（エネルギー付与手段）
２５ ヘッド本体
２７ 流路ユニット
２８，２２８，３２８ ノズル
３０ インクジェットヘッド
３７ 個別電極
７０ ＦＰＣ（平型柔軟ケーブル）
８０ ドライバＩＣ
１０５，１０６，３０５，３０６ 圧力室列
１１５ マニホールド流路（共通インク室）
１１７，１１８ ノズル列
１２０ 個別インク流路
３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃ，３０６ａ，３０６ｂ，３０６ｃ 圧力室群
Ｔ１〜Ｔ５ 等温線
Ｓ１〜Ｓ３ 距離

Claims (8)

1. 圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路が形成された流路ユニットと、
   前記流路ユニットに固定されて複数の前記圧力室の内部のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段と、
   前記エネルギー付与手段に供給される駆動信号を生成するドライバＩＣとを備えており、
   複数の前記圧力室は、第１の方向において隣接する圧力室の間隔が等しくなるような圧力室列を一列又は複数列形成し、
   前記第１の方向と直交する第２の方向において、前記圧力室列と前記ドライバＩＣの前記第１の方向における中心部との距離が、前記圧力室列と前記ドライバＩＣの前記第１の方向における端部との距離よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記流路ユニットは、前記複数の個別インク流路にインクを供給する共通インク室をさらに備えており、
   前記第２の方向において、前記共通インク室と前記ドライバＩＣの前記中心部との距離が、前記共通インク室と前記ドライバＩＣの前記端部との距離よりも大きい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. 前記流路ユニットに設けられた複数の前記ノズルが、前記圧力室列と同数のノズル列を形成しており、
   前記第２の方向において、前記ノズル列と前記ドライバＩＣの前記中心部との距離が、前記ノズル列と前記ドライバＩＣの前記端部との距離よりも大きい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. 前記圧力室列は、前記第１の方向に沿って配列する互いに隣接した複数の圧力室からなる圧力室群を３以上有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記第１の方向において、前記ドライバＩＣの前記中心部と前記圧力室列の中心とが一致しており、
   前記第２の方向において、前記圧力室列の両端が一致しており、
   前記第２の方向において、前記圧力室列と前記ドライバＩＣの前記中心部との距離が、前記圧力室列の中心に近づくほど大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記圧力室列は、前記ドライバＩＣを発熱源としたときの等温線に略一致するように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記ドライバＩＣが実装されていると共に、前記ドライバＩＣが生成した駆動信号を前記エネルギー付与手段に供給する平型柔軟ケーブルをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記エネルギー付与手段が、複数の前記圧力室の容積を変化させる圧電アクチュエータからなり、
   前記圧電アクチュエータが、複数の前記圧力室に対向する複数の個別電極を含んでいることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。

Images