JP3876861B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

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記録装置に使用するインクジェットヘッドに関する。

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記録装置に使用するインクジェットヘッドには、インクタンクからマニホールドに供給されたインクが複数の圧力室に分配され、これら複数の圧力室に選択的にパルス状の圧力を与えることにより圧力室に連通したノズルからインクを吐出するように構成されているものがある。このようなインクジェットヘッドにおいては、圧力室、マニホールド、ノズル、あるいは、これらを接続するインク流路を形成する流路ユニットは、圧力室等を形成する為の開口や孔等を有する複数枚のプレートを積層して構成されている。さらに、前記複数枚のプレートのうち、圧力室を形成するキャビティプレートには、圧力室の容積を変化させてノズルからインクを吐出させるアクチュエータユニットが配設される。ここで、このアクチュエータユニットとして、例えば、圧電シートが用いられる場合があるが、その場合には、この圧電シートはキャビティプレート上に積層されることになる。

ところで、このような流路ユニット及びアクチュエータユニットを構成する複数枚のプレートは、一般的には、接着剤で接着されて互いに積層される。しかし、２枚のプレートを接着する際に、例えば、接着剤の量が多い場合や接着剤が偏って塗布された場合などに、余分な接着剤が２枚のプレートの間からあふれ出てしまう虞がある。そこで、プレートの外周部に、余分な接着剤を逃すための逃し溝がプレートの外周形状に沿って形成されているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−９６４７７号公報（図４）

ところで、前述した複数枚のプレートを接着する場合には、接着剤は、接着治具やローラ等により、プレート面に転写されて塗布されるのが一般的であり、この場合には、転写方向の上流側から下流側へ接着剤が流れていくことになる。しかし、前記特許文献１のインクジェットヘッドにおいては、各プレートの外周形状に沿った逃し溝が形成されているのみであり、この逃し溝だけで、転写方向上流側から流れてくる多量の接着剤を十分に逃すことが困難な場合もある。そのために、この逃し溝の幅を広くすることにより、転写方向上流側から流れてくる接着剤を逃すことが可能になるかもしれないが、逃し溝の幅を広くすればするほど、プレートの板厚が薄い部分が広くなり、その部分においてプレートの強度が低下してしまう。

本発明の目的は、２枚のプレートを接着する際に余分な接着剤を確実に逃して２枚のプレートの間から接着剤があふれ出るのを防止するとともに、接着剤の逃し溝が形成された部分の強度を確保することである。

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、共通インク室と、前記共通インク室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットを備え、前記流路ユニットには、前記複数の圧力室によって構成される複数の圧力室群が存在し、前記流路ユニットは、前記共通インク室又は前記複数の個別インク流路を形成する為の複数枚のプレートを積層して構成され、前記複数枚のプレートに含まれる第１のプレートには、前記複数の圧力室群又は前記複数の圧力室群に夫々連通して形成された複数の流路群が隣接して配置され、前記第１のプレートの一方の面に、別の第２のプレートを接着する為の接着剤を逃す第１の逃し溝が、前記複数の圧力室群又は複数の流路群の近傍において、夫々所定の第１の方向に延びるように形成され、前記第１の逃し溝に対して、前記第１の方向と交差するとともに前記接着剤が転写される前記流路ユニットの長手方向である第２の方向の一方側に、前記接着剤を逃す為の複数の凹部が、前記第１の方向に互いに所定間隔空けて形成され、前記複数の凹部の少なくとも一部が前記第１の逃し溝に連通しており、さらに、隣接して配置された前記複数の圧力室群又は複数の流路群の近傍に夫々形成された前記第１の逃し溝が、前記複数の凹部を介して互いに連通していることを特徴とするものである。

このインクジェットヘッドにおいて、流路ユニットには、共通インク室と、この共通インク室から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ている。そして、この流路ユニットは、共通インク室又は複数の個別インク流路を形成する為の複数枚のプレートが積層されて構成されている。ここで、これら複数枚のプレートに含まれる第１のプレートには、別の第２のプレートが接着剤により接着される。その際に、例えば、２枚のプレートの間の接着剤の量が多かったり、接着剤が部分的に偏ったりした場合などに、余分な接着剤が２枚のプレートの間からあふれ出してしまうのを防止するために、第１のプレートの一方の面には、その余分な接着剤を逃す逃し溝が所定の第１の方向に延びるように形成されている。

さらに、第１のプレートには、第１の逃し溝に対して、第１の方向と交差する第２の方向の一方側に、複数の凹部が形成されている。そのため、第１の逃し溝では逃しきれない接着剤をこれら複数の凹部により逃すことができ、接着剤が第１、第２のプレート間からあふれ出すのを確実に防止することができる。ここで、複数の凹部は、第１の方向に所定間隔空けて形成されているため、複数の凹部が形成されることにより板厚が薄くなる部分が第１の方向に連続することがなく、この複数の凹部が形成された部分においても強度を確保することができる。尚、これら複数の凹部は、第１の逃し溝とともに接着剤が２枚のプレートの間からあふれ出ないようにするものであるから、第１の逃し溝の近傍に形成されることが好ましい。

また、前記第２の方向が、接着剤が転写される流路ユニットの長手方向であることから、接着剤を第１のプレートに転写により塗布する際に、流路ユニットの長手方向に接着剤を転写したときには、その転写の方向である第２の方向の上流側から流れてくる多量の接着剤を、第１の逃し溝と複数の凹部により確実に逃すことができる。
また、第１の逃し溝と複数の凹部の少なくとも一部が連通しているため、第１の逃し溝と複数の凹部の何れか一方だけでは逃しきれない接着剤を他方に逃すことができる。

さらに、第１のプレートには、複数の圧力室群又は複数の流路群が形成されており、これら複数の圧力室群又は複数の流路群に対して、夫々第１の逃し溝が形成されている。そして、これらの第１の逃し溝は、複数の凹部を介して互いに連通している。従って、第１のプレートに第２のプレートを接着剤で接着する際に、２枚のプレートの間の余分な接着剤を、ある圧力室群又は流路群に対して設けられた第１の逃し溝では十分に逃すことができない場合でも、隣接する圧力室群又は流路群に対して設けられた別の第１の逃し溝へ複数の凹部を介して逃すことができる。

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、前記第１の逃し溝は、前記圧力室群又は前記流路群が配置された領域を囲むように、端部において互いに連通していることを特徴とするものである。従って、第１のプレートと第２のプレートとを接着する際に、これらのプレートの間の余った接着剤が外側へ押し出されても、その余分な接着剤が第１の逃し溝に逃されるため、第１のプレートと第２のプレートとの間から接着剤があふれ出ない。
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、前記複数の圧力室は、前記第１の方向と前記第２の方向の２方向にマトリクス状に隣接配置され、前記第１の方向に関して両端に位置する前記圧力室は、インク吐出に寄与しないダミーの圧力室であることを特徴とするものである。

第４の発明のインクジェットヘッドは、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記複数の凹部は、前記第１の逃し溝と交差する方向に延びて櫛歯状に形成されたことを特徴とするものである。このように、複数の凹部が、第１の逃し溝と交差する方向に延びて櫛歯状に形成されることにより、複数の凹部が形成されることで板厚が薄くなってしまう部分が第１の方向に連続しないため、例えば、第１の逃し溝がより幅広に形成されている場合や、複数の凹部が第１の逃し溝と平行して延びるように形成されている場合などに比べて、第１のプレートの強度を確保することができる。

第５の発明のインクジェットヘッドは、前記第１から第４の発明において、前記第１のプレートのうちの、前記複数の凹部のほぼ裏側に位置する部分には、前記複数のプレートに含まれる別の第３のプレートを接着する為の接着剤を逃す第２の逃し溝が、前記第１の逃し溝と平行に形成されていることを特徴とするものである。

第１のプレートの一方の面に第２のプレートが接着剤により接着され、他方の面には、別の第３のプレートが同じく接着剤で接着される場合に、第１のプレートの一方の面に、第２のプレートを接着する接着剤を逃す第１の逃し溝が形成されるとともに、第１のプレートの他方の面にも、第３のプレートを接着する接着剤を逃す第２の逃し溝が形成される場合がある。この第２の逃し溝は、前述の第１の逃し溝とほぼ同様の目的で形成されるものであるため、第２の逃し溝は、第１の逃し溝と平行に形成されることがある。その場合に、第２の逃し溝を第１の逃し溝の裏側に形成されると、２つの逃し溝が重なる位置において第１のプレートの厚さが薄くなり強度が低下してしまうが、逆に、第１の逃し溝からあまりにも離れた位置に第２の逃し溝が形成された場合には、その分だけ第１のプレートの表面積が大きいものになってしまう。そこで、この第２の逃し溝は、平面視で第１の逃し溝から少しずれた位置に形成されることが好ましい。

ところで、前述した第１〜第４の発明の構成では、第１の逃し溝に対して、この第１の逃し溝が延びる方向である第１の方向と交差する第２の方向の一方側に、複数の凹部が形成されている。これら複数の凹部は、第１の逃し溝とともに接着剤がプレートの間からあふれ出るのを防止するためのものであるから、第１の逃し溝の近傍に形成されることが好ましい。その場合に、前記の第２の逃し溝を、これら複数の凹部のほぼ裏側に形成すれば、第１、第２の逃し溝及び複数の凹部を第１のプレートに効率よく配置することができる。さらに、複数の凹部は、第１の逃し溝と平行な第２の逃し溝の延びる方向（第１の方向）に間隔を空けて形成されているため、複数の凹部と第２の逃し溝が形成されることにより、板厚が薄くなってしまう部分が第１の方向に連続することがなく、第１のプレートの強度を確保できる。

第６の発明のインクジェットヘッドは、前記第５の発明において、前記第１のプレートは、前記圧力室を形成するキャビティプレートであり、前記第２のプレートは、前記キャビティプレートの何れか一方の面に、前記ノズルからインクを吐出させるために前記圧力室の容積を変化させる圧電シートであることを特徴とするものである。このインクジェットヘッドにおいては、圧電シートに電圧を印加することにより圧電シートを歪ませて、圧電シートが接着されたキャビティプレート内の圧力室の容積を変化させて、圧力室に連通するノズルからインクを吐出する。

ここで、キャビティプレートに圧電シートを接着する為の接着剤を逃す第１の逃し溝や複数の凹部を、圧電シート側に形成するのは困難であることから、これら第１の逃し溝と複数の凹部は第１のプレートであるキャビティプレートに形成される。また、キャビティプレートの他方の面には、流路ユニットを構成する複数のプレートに含まれる別の第３のプレートが接着されるために、キャビティプレートには、第１の逃し溝と平行な第２の逃し溝も、複数の凹部のほぼ裏側に形成される。ここで、複数の凹部は第１、第２の逃し溝の延びる方向（第１の方向）に所定間隔空けて形成されているため、第２の逃し溝を複数の凹部のほぼ裏側に形成しても、板厚が薄くなる部分が第１の方向に連続することがなく、キャビティプレートの強度を確保できる。

第７の発明のインクジェットヘッドは、共通インク室と、前記共通インク室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットを備え、前記流路ユニットは、前記共通インク室又は前記複数の個別インク流路を形成する為の複数枚のプレートを積層して構成され、前記複数枚のプレートに含まれる第１のプレートの一方の面に、別の第２のプレートを接着する為の接着剤を逃す第１の逃し溝が所定の第１の方向に延びるように形成され、前記第１の逃し溝に対して、前記第１の方向と交差する第２の方向の一方側に、前記接着剤を逃す為の複数の凹部が、前記第１の方向に互いに所定間隔空けて形成され、前記第１のプレートのうちの、前記複数の凹部のほぼ裏側に位置する部分には、前記複数のプレートに含まれる別の第３のプレートを接着する為の接着剤を逃す第２の逃し溝が、前記第１の逃し溝と平行に形成されていることを特徴とするものである。
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、前記第２の方向が、接着剤が転写される流路ユニットの長手方向であることを特徴とするものである。
第９の発明のインクジェットヘッドは、前記第７又は第８の発明において、前記複数の凹部は、前記第１の逃し溝と交差する方向に延びて櫛歯状に形成されたことを特徴とするものである。
第１０の発明のインクジェットヘッドは、前記第７〜第９の何れかの発明において、前記第１のプレートは、前記圧力室を形成するキャビティプレートであり、前記第２のプレートは、前記キャビティプレートの何れか一方の面に、前記ノズルからインクを吐出させるために前記圧力室の容積を変化させる圧電シートであることを特徴とするものである。

本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の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の近傍部分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の近傍部分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は共通インク室としてのマニホールド５に連通し、さらに各マニホールド５の先端部は２つに分岐して共通インク室としての副マニホールド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の接着領域と対応した流路ユニット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わた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（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）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、対応する菱形領域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１６個並べられている。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、図５の紙面に対して垂直な方向から見て、配列方向Ａと直交する方向に関して、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、それぞれ対応する菱形領域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、それぞれ対応する菱形領域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、図５の紙面に対して垂直な方向から見て、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、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の幅が可能な限り広く形成されており、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に示すように、各ノズル８は、圧力室１０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。

図６に示すように、複数の薄板の積層方向において、圧力室１０とアパーチャ１２とは異なる深さに設けられている。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の下方にあるインク吐出領域に対応した流路ユニット４内において、１つの圧力室１０と連通したアパーチャ１２を、当該圧力室に隣接する圧力室１０と平面視で同じ位置に重ねて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７に示すように、ヘッド本体７０は、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（ａ）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）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に対応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、副マニホールド５ａ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１０枚のシート２１〜３０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ている。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の構成について説明する。図８（ａ）はアクチュエータユニット２１と圧力室１０との部分拡大断面図であり、図８（ｂ）はアクチュエータユニット２１の表面に接着された個別電極３５の形状を示す平面図である。

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、４２、４３、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に対応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及び共通電極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、図５に示した圧力室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り、図８（ａ）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。

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を介してドライバＩＣ８０に接続されている（図１及び図２参照）。

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（圧力発生部）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隔壁（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。

ところで、図６、図７に示す、アクチュエータユニット２１及び流路ユニット４を構成する複数枚のプレート２２〜３０は、接着剤により接着されて互いに積層される。即ち、各プレートの一方の面に接着剤が、接着治具やローラ等により転写された後に、そのプレートに接着される他のプレートが貼り合わされる。ここで、２枚のプレートを貼り合わせたときに、例えば、接着剤の量が多かったり、接着剤が部分的に偏って塗布された場合には、余分な接着剤が２枚のプレートの間からあふれ出てしまう虞がある。そこで、流路ユニット４を構成する複数枚のプレート２２〜３０には、余分な接着剤を逃す逃し溝が形成されている。その中でも、特に、圧力室１０を形成するキャビティプレート２２に関して以下説明する。

図９に示すように、キャビティプレート２２において、千鳥状に隣接して配置された台形状の複数のアクチュエータユニット２１（図３参照）に夫々対応する領域には、マトリックス状に配列された複数の圧力室１０によって構成され、平面視で台形状の複数の圧力室群１５が隣接して配置されている。そして、これら圧力室群１５が配置された台形の領域には、アクチュエータユニット２１の複数枚の積層された圧電シート４１〜４４のうちの、最下層の圧電シート４４が接着剤により貼り合わせられる。

ここで、そのキャビティプレート２２と圧電シート４４とを接着する際に、余分な接着剤がキャビティプレート２２と圧電シート４４との間からあふれ出してしまうと、その接着剤が最上層の圧電シート４１の表面までせり上がってしまう虞がある。この場合には、圧電シート４４を接着する際に使用する接着治具と圧電シート４４が接着されて圧電シート４４に割れ等の損傷が生じたり、接着剤によりインク吐出時の圧電シート４１〜４４の変形が阻害されたり、あるいは、圧電シート４１の表面の個別電極３５とＦＰＣ５０との間の接続不良が発生したりすることがある。

そこで、キャビティプレート２２には、各圧力室群１５に対して、その各圧力室群１５が配置された平面視で台形形状の領域を囲み、端部において互いに連通した４本の逃し溝９０〜９３が夫々形成されている。即ち、図９に示すように、台形の２本の平行対向辺を構成し流路ユニット４の長手方向（第２の方向）に延びる２本の逃し溝９０，９１と、台形の２本の斜辺を構成し前記長手方向と所定角度φを成す延在方向Ｃ及び延在方向Ｄ（これら延在方向Ｃ及び延在方向Ｄが第１の方向に相当する）に延びる２本の逃し溝９２，９３（第１の逃し溝）が形成されている。そして、キャビティプレート２２に圧電シート４４を接着する際に、キャビティプレート２２と圧電シート４４との間の余った接着剤が外側へ押し出されたときには、その余分な接着剤が４本の逃し溝９０〜９３に流れ込むため、これら逃し溝９０〜９３により余分な接着剤が逃されて、キャビティプレート２２と圧電シート４４との間から接着剤があふれ出ないようになっている。

ところで、このキャビティプレート２２には、流路ユニット４の長手方向（第２の方向）に関し、図９の右側から接着治具やローラ等により接着剤が転写される。そのため、接着剤の転写時には、圧力室群１５が配置された台形の領域の図９における右端部には、この転写方向上流側である右方から多量の接着剤が流れてくることになる。そのような状態でキャビティプレート２２に圧電シート４４を接着すると、台形領域の圧力室群１５の図９における右端部における接着剤の量が多くなり、このような接着剤を１本の逃し溝９２だけでは逃しきれなくなる虞がある。

そこで、図９、図１０（ａ）及び図１１に示すように、延在方向Ｃに延びる逃し溝９２に対して、転写方向上流側である図９における右側に、複数の凹部９５が延在方向Ｃに所定間隔空けて形成され、これら複数の凹部９５により、１本の逃し溝９２だけでは逃しきれない接着剤を逃すようになっている。また、これら複数の凹部９５は、第２の方向に延びて逃し溝９２に連通している。従って、転写方向上流側から流れてくる接着剤を複数の凹部９５により確実に逃すことができるし、逃し溝９２と複数の凹部９５の一方では逃しきれない接着剤を、連通した他方に逃すことができる。

また、図９において、台形領域の左側に配置された逃し溝９３のさらに左側にも、この逃し溝９３に連通し且つ第２の方向に延びる複数の凹部９５が形成されている。さらに、逃し溝９３は、左側に隣接する圧力室群１５の台形領域の右側に形成された逃し溝９３と、複数の凹部９５を介して連通している。そのため、隣接する２つの圧力室群１５の台形領域に夫々設けられた２組の逃し溝９０〜９３の間において、一方では逃しきれない接着剤を他方に逃すことができる。尚、図９には図示されていないが、キャビティプレート２２に流路ユニット４の長手方向（第２の方向）に並べて配置された複数の圧力室群１５において、図９の右側から２つ目以降の圧力室群１５においても、隣接する２つの圧力室群１５の間で、逃し溝９２同士（あるいは、逃し溝９３同士）が複数の凹部９５を介して連通している。従って、流路ユニット４の長手方向に並べて配置された全ての圧力室群１５について、各圧力室群１５を囲っている４本の逃し溝９０〜９３が、圧力室群１５の間に介在する複数の凹部９５により全て連通していることになる。

ところで、キャビティプレート２２の下面（裏面）側において、４本の逃し溝９０〜９３よりも圧力室群１５の台形領域の外側に少しずれた位置には、キャビティプレート２２の下面にベースプレート２３を接着する為の接着剤を逃す４本の逃し溝が台形領域を囲むように形成されている。図１０（ａ）及び図１１に、その内の１本の逃し溝９７を示すが、この逃し溝９７（第２の逃し溝）は、キャビティプレート２２の上面（表面）側の逃し溝９２と平行に形成されている。キャビティプレート２２の裏面に形成された他の逃し溝については図示しないが、逃し溝９７と同様、表面側の逃し溝９０，９１，９３と夫々平行に形成されている。

ここで、キャビティプレート２２の上下面に配置された平行な２本の逃し溝９２，９７を、図９の紙面に垂直な方向から見て、重なる位置に形成してしまうと、キャビティプレート２２の板厚が局所的に薄い部分が延在方向Ｃに連続することになり、キャビティプレート２２の強度を十分に確保できなくなる虞がある。逆に、２本の逃し溝９２，９７の間隔を広げると、キャビティプレート２２における逃し溝９２，９７の配置効率が悪くなり、その分、キャビティプレート２２の表面積が大きくなってしまう。

そのため、図１１に示すように、延在方向Ｃに延びるキャビティプレート２２の下面側の逃し溝９７は、延在方向Ｃと交差する第２の方向に延びる複数の凹部９５のほぼ裏側に形成されている。さらに、図９、図１０に示すように、複数の凹部９５は、延在方向Ｃに所定間隔空けて配置され且つ第２の方向に延びており、全体として櫛歯状に形成されている。そのため、２本の逃し溝９２，９７と複数の凹部９５とをキャビティプレート２２の上下面に効率よく配置できるし、複数の凹部９５と裏面側の逃し溝９７とが重なることにより、キャビティプレート２２の板厚が薄くなった部分が延在方向Ｃに連続することがなく、キャビティプレート２２の強度を確保することができる。

以上説明したインクジェットヘッド１によれば、次のような効果が得られる。
台形状の圧力室群１５の転写方向（第２の方向）上流側部分に形成された逃し溝９２に対して、さらに転写方向上流側に、複数の凹部９５が延在方向Ｃに所定間隔空けて形成されているため、多量の接着剤が流れてくる転写方向上流側の部分において、これら複数の凹部９５により、１本の逃し溝９２だけでは逃しきれない接着剤を逃すことができる。また、これら複数の凹部９５は、第２の方向に延びて逃し溝９２に連通している。従って、上流側から第２の方向に流れてくる接着剤を複数の凹部９５により確実に逃すことができるし、逃し溝９２と複数の凹部９５の一方では逃しきれない接着剤を、連通した他方に逃すことができる。

隣接する２つの圧力室群１５の間に設けられた逃し溝９２，９３が、複数の凹部９５を介して連通しているため、これら２つの圧力室群１５の台形領域に夫々設けられた２組の逃し溝９０〜９３の間において、一方では逃しきれない接着剤を他方に逃すことができる。

キャビティプレート２２の下面にベースプレート２３を接着する接着剤を逃す逃し溝９７は、上面の逃し溝９２と平行に形成されており、さらに、この逃し溝９７は、延在方向Ｃと交差する第２の方向に延びる複数の凹部９５のほぼ裏側に形成される。また、複数の凹部９５は、延在方向Ｃに所定間隔空けて配置され全体として櫛歯状に形成されている。そのため、２本の逃し溝９２，９７と複数の凹部９５をキャビティプレート２２の上下面に効率よく配置できるし、キャビティプレート２２の板厚が薄い部分が延在方向Ｃに沿って連続することがないため、キャビティプレート２２の強度を確保することもできる。

次に、前記実施の形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
１］接着剤の転写時には、転写方向上流側から接着剤が流れてくるため、特に、上流側において余分な接着剤の量が多くなるが、転写方向の下流側は上流側に比べると、余分な接着剤の量は少ない。そこで、図９において、転写方向下流側である、圧力室群１５の台形領域の左側においては、複数の凹部９５を省略することもできる。あるいは、複数の凹部９５を設ける場合でも、隣接する圧力室群１５の逃し溝９３とが連通しない構成を採用することもできる。

２］逃し溝９２と複数の凹部９５とが連通しない構成を採用することもできる。例えば、図１２、図１３に示すように、逃し溝９２に対して転写方向上流側である図１２における右側に、延在方向Ｃに長い長穴形状の複数の凹部１００を、延在方向Ｃに所定間隔空けて形成してもよい。

３］前記実施の形態では、キャビティプレート２２に複数の凹部９５を形成したが、個別インク流路３２を形成する他のプレート２３〜３０に、複数の凹部を形成してもよい。この場合、各プレート２３〜３０には、複数のアクチュエータユニット２１に対応する位置に、複数の圧力室１０と連通する複数の流路群（例えば、図６における、副マニホールド５ａやアパーチャ１２等）が形成されているが、これら複数の流路群近傍に夫々形成され接着剤を逃すための逃し溝（第１の逃し溝）に対して、前記実施の形態と同様の複数の凹部が形成される。

本発明の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を示す図であり、（ａ）はアクチュエータユニットの断面図、（ｂ）は個別電極の平面図である。 キャビティプレートの一部平面図である。 図９の部分拡大図であり、（ａ）は図９のＡの丸枠内拡大図、（ｂ）は図９のＢの丸枠内拡大図である。 図１０（ａ）のXI-XI線断面図である。 変更形態のキャビティプレートの一部平面図である。 図１２のＣの丸枠内拡大図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
５ マニホールド
５ａ 副マニホールド
１０ 圧力室
１５ 圧力室群
２２ キャビティプレート
３２ 個別インク流路
４４ 圧電シート
９２，９３ 逃し溝（第１の逃し溝）
９５ 凹部
９７ 逃し溝（第２の逃し溝）

Claims (10)

1. 共通インク室と、前記共通インク室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットを備え、
   前記流路ユニットには、前記複数の圧力室によって構成される複数の圧力室群が存在し、
   前記流路ユニットは、前記共通インク室又は前記複数の個別インク流路を形成する為の複数枚のプレートを積層して構成され、
   前記複数枚のプレートに含まれる第１のプレートには、前記複数の圧力室群又は前記複数の圧力室群に夫々連通して形成された複数の流路群が隣接して配置され、
   前記第１のプレートの一方の面に、別の第２のプレートを接着する為の接着剤を逃す第１の逃し溝が、前記複数の圧力室群又は複数の流路群の近傍において、夫々所定の第１の方向に延びるように形成され、
   前記第１の逃し溝に対して、前記第１の方向と交差するとともに前記接着剤が転写される前記流路ユニットの長手方向である第２の方向の一方側に、前記接着剤を逃す為の複数の凹部が、前記第１の方向に互いに所定間隔空けて形成され、
   前記複数の凹部の少なくとも一部が前記第１の逃し溝に連通しており、
   さらに、隣接して配置された前記複数の圧力室群又は複数の流路群の近傍に夫々形成された前記第１の逃し溝が、前記複数の凹部を介して互いに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. 前記第１の逃し溝は、前記圧力室群又は前記流路群が配置された領域を囲むように、端部において互いに連通し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. 前記複数の圧力室は、前記第１の方向と前記第２の方向の２方向にマトリクス状に隣接配置され、
   前記第１の方向に関して両端に位置する前記圧力室は、インク吐出に寄与しないダミーの圧力室で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. 前記複数の凹部は、前記第１の逃し溝と交差する方向に延びて櫛歯状に形成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のインクジェットヘッド。
5. 前記第１のプレートのうちの、前記複数の凹部のほぼ裏側に位置する部分には、前記複数のプレートに含まれる別の第３のプレートを接着する為の接着剤を逃す第２の逃し溝が、前記第１の逃し溝と平行に形成され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. 前記第１のプレートは、前記圧力室を形成するキャビティプレートであり、前記第２のプレートは、前記キャビティプレートの何れか一方の面に、前記ノズルからインクを吐出させるために前記圧力室の容積を変化させる圧電シートであ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. 共通インク室と、前記共通インク室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットを備え、
   前記流路ユニットは、前記共通インク室又は前記複数の個別インク流路を形成する為の複数枚のプレートを積層して構成され、
   前記複数枚のプレートに含まれる第１のプレートの一方の面に、別の第２のプレートを接着する為の接着剤を逃す第１の逃し溝が所定の第１の方向に延びるように形成され、
   前記第１の逃し溝に対して、前記第１の方向と交差する第２の方向の一方側に、前記接着剤を逃す為の複数の凹部が、前記第１の方向に互いに所定間隔空けて形成され、
   前記第１のプレートのうちの、前記複数の凹部のほぼ裏側に位置する部分には、前記複数のプレートに含まれる別の第３のプレートを接着する為の接着剤を逃す第２の逃し溝が、前記第１の逃し溝と平行に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
8. 前記第２の方向が、接着剤が転写される流路ユニットの長手方向であ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。
9. 前記複数の凹部は、前記第１の逃し溝と交差する方向に延びて櫛歯状に形成されたことを特徴とする請求項７又は８に記載のインクジェットヘッド。
10. 前記第１のプレートは、前記圧力室を形成するキャビティプレートであり、前記第２のプレートは、前記キャビティプレートの何れか一方の面に、前記ノズルからインクを吐出させるために前記圧力室の容積を変化させる圧電シートであることを特徴とする請求項７〜９の何れかに記載のインクジェットヘッド。
    

Images