JP3951933B2 - インクジェットヘッド及びこれを有するインクジェットプリンタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被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、インクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタにおいて、インクジェットヘッドは、インクタンクから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パルス状の圧力を付与することによりノズル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、圧電性の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、複数の圧力室に跨る複数枚の連続平板状の圧電シートが積層され、その少なくとも１枚の圧電シートを、多数の圧力室に共通であってグランド電位に保持された共通電極と、各圧力室に対応する位置に配置された多数の個別電極すなわち駆動電極とで挟み込んだ１つのアクチュエータユニットを有するものが知られている（特許文献１参照）。駆動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の部分は、その挟まれた部分の両側にある駆動電極が共通電極と異なる電位にされると、圧電シートの分極方向に外部電界が印加されることにより、いわゆる圧電縦効果により積層方向に伸縮する。この場合、個別電極と共通電極とで挟まれた圧電シートの部分が外部電界が印加されると圧電効果で変形する活性層として働いている。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被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】
【特許文献１】
特開平４−３４１８５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述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連れ、ある圧力室に対応した活性層が変形することに起因して隣接する圧力室に対応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インク吐出口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する、いわゆるクロストークが問題となってきている。かかるクロストークが生じると、印刷された画像の画質が劣化してしまうため、インクジェットプリンタの品質を向上させるには、クロストークの抑制が極めて重要な問題である。
【０００６】
本発明の主な目的は、クロストークの発生を抑制することができるインクジェットヘッド及びこれを有するインクジェットプリンタを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、一端をノズルに他端をインク供給源にそれぞれ接続された複数の圧力室を含み、前記複数の圧力室がマトリクス状に互いに隣接配置された流路ユニットと、前記圧力室の容積を変化させるために前記流路ユニットの一表面に固定されたアクチュエータユニットとを備えており、前記アクチュエータユニットが、複数の前記圧力室に跨って連続して配置されており、厚み方向に分極した圧電シートと、前記圧電シートの一方側に配設され、一定電位に保たれた共通電極と、前記圧電シートの他方側に配設され、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、前記圧電シートの前記圧力室の間に対応した領域に形成された凹部と、前記圧電シートと前記流路ユニットとの間に、複数の前記圧力室に跨って連続して配置された非活性層とを含んでおり、前記圧電シートと前記流路ユニットとの間には、非活性層が配置されおり、前記アクチュエータユニットの前記個別電極に対応する個所は、当該個所に前記厚み方向への電界が印加されたときに、前記圧電シートの前記厚み方向と直交する方向への伸縮に伴ってユニモルフ変形を生じ、前記凹部が前記圧電シート及び前記共通電極を貫通して前記非活性層の内部にまで達しており、 前記共通電極が前記凹部によって複数に分離されておらず一つの連続体として形成されたインクジェットヘッドインクジェットヘッド及びこれを有するインクジェットプリンタが提供される（請求項１）。
【０００８】
これによると、アクチュエータユニットにおいて隣接する圧力室の間に対応した領域に凹部が形成されているので、圧電効果による活性層の変形が隣接する圧力室に影響を及ぼすクロストークを抑制することができる。また、共通電極が一体の連続したものとなっているので、共通電極への配線が容易なものとなる。
【０００９】
【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。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの概略図である。図１に示す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。
【００１１】
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の図中時計回り（矢印１０４の方向）への回転駆動によって下流側（右方）に向けて搬送できるようになっている。
【００１２】
用紙のベルトローラ１０６に対する挿入及び排出位置には、押さえ部材１０９ａ、１０９ｂがそれぞれ配置されている。押さえ部材１０９ａ、１０９ｂは、搬送ベルト１０８上の用紙が搬送面から浮かないように、搬送ベルト１０８の搬送面に用紙を押し付けて搬送面上に確実に粘着させるためのものである。
【００１３】
用紙搬送経路に沿って搬送ベルト１０８のすぐ下流側には、剥離機構１１０が設けられている。剥離機構１１０は、搬送ベルト１０８の搬送面に粘着されている用紙を搬送面から剥離して、右方の排紙部１１２へ向けて送るように構成されている。
【００１４】
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１ａを有している。ヘッド本体１ａ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１ａ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インク吐出口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１ａ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。
【００１５】
ヘッド本体１ａ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１ａ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噴射されることで、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。
【００１６】
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を有している。このメンテナンスユニット１１７には、４つのヘッド本体１ａの下面を覆うための４つのキャップ１１６や、図示せぬパージ機構などが設けられている。
【００１７】
メンテナンスユニット１１７は、インクジェットプリンタ１０１で印刷が行われているときには、給紙部１１１の直下方の位置（退避位置）に位置している。そして、印刷終了後に所定の条件が満たされたとき（例えば、印刷動作が行われない状態が所定の時間だけ継続したときや、プリンタ１０１の電源ＯＦＦ操作がされたとき）は、４つのヘッド本体１ａの直ぐ下方の位置に移動して、この位置（キャップ位置）にて、キャップ１１６によってヘッド本体１ａの下面をそれぞれ覆い、ヘッド本体１ａのノズル部分のインクの乾燥を防止するようになっている。
【００１８】
ベルトローラ１０６、１０７や搬送ベルト１０８は、シャーシ１１３によって支持されている。シャーシ１１３は、その下方に配置された円筒部材１１５上に載置されている。円筒部材１１５は、その中心から外れた位置に取り付けられた軸１１４を中心として回転可能となっている。そのため、軸１１４の回転に伴って円筒部材１１５の上端高さが変化すると、それに合わせてシャーシ１１３が昇降する。メンテナンスユニット１１７を退避位置からキャップ位置に移動させる際には、予め円筒部材１１５を適宜の角度回転させてシャーシ１１３、搬送ベルト１０８及びベルトローラ１０６、１０７を図１に示す位置から適宜の距離だけ下降させ、メンテナンスユニット１１７の移動のためのスペースを確保しておく必要がある。
【００１９】
搬送ベルト１０８によって囲まれた領域内には、インクジェットヘッド１と対向する位置、つまり上側にある搬送ベルト１０８の下面と接触することによって内周側からこれを支持するほぼ直方体形状（搬送ベルト１０８と同程度の幅を有している）のガイド１２１が配置されている。
【００２０】
次に、本実施の形態によるインクジェットヘッド１の構造について、より詳細に説明する。図２は、インクジェットヘッド１の斜視図である。図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。図２及び図３に示すように、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は、一方向（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１ａと、ヘッド本体１ａを支持するための基部１３１とを有している。基部１３１は、ヘッド本体１ａのほかに、個別電極３５（図６参照）などに駆動信号を供給するドライバＩＣ１３２及び基板１３３を支持している。
【００２１】
基部１３１は、図２に示すように、ヘッド本体１ａの上面と部分的に接着されることでヘッド本体１ａを支持するベースブロック１３８と、ベースブロック１３８の上面と接着されることでベースブロック１３８を保持するホルダ１３９とから構成されている。ベースブロック１３８は、ヘッド本体１ａの長尺方向長さとほぼ同じ長さを有する略直方体形状の部材である。ステンレスなどの金属材料からなるベースブロック１３８は、ホルダ１３９を補強する軽量の構造体としての機能を有している。ホルダ１３９は、ヘッド本体１ａ側に配置されるホルダ本体１４１と、ホルダ本体１４１からヘッド本体１ａとは反対側に延在した一対のホルダ支持部１４２とから構成されている。一対のホルダ支持部１４２は、いずれも平板状の部材であって、ホルダ本体１４１の長尺方向に沿って所定の間隔を隔てて互いに平行に設けられている。
【００２２】
ホルダ本体１４１の副走査方向（主走査方向と直交する方向）両端部には、下方に突出した一対のスカート部１４１ａが設けられている。ここで、一対のスカート部１４１ａは、いずれもホルダ本体１４１の長尺方向全幅にわたって形成されているため、ホルダ本体１４１の下面には、一対のスカート部１４１ａによって略直方体形状の溝部１４１ｂが形成されている。この溝部１４１ｂ内に、ベースブロック１３８が収納されている。ベースブロック１３８の上面と、ホルダ本体１４１の溝部１４１ｂの底面とは、接着剤によって接着されている。ベースブロック１３８の厚さは、ホルダ本体１４１の溝部１４１ｂの深さよりも若干大きいため、ベースブロック１３８の下端部は、スカート部１４１ａよりも下方に飛び出している。
【００２３】
ベースブロック１３８の内部には、ヘッド本体１ａに供給されるインクの流路として、その長尺方向に延在する略直方体形状の空隙（中空領域）であるインク溜まり３が形成されている。ベースブロック１３８の下面１４５には、インク溜まり３に連通した開口３ｂ（図４参照）が形成されている。なお、インク溜まり３は、プリンタ本体内の図示しないメインインクタンク（インク供給源）に、図示しない供給チューブにより接続されている。そのため、インク溜まり３には、メインインクタンクから適宜インクが補充されるようになっている。
【００２４】
ベースブロック１３８の下面１４５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１３８は、下面１４５の開口３ｂ近傍部分１４５ａにおいてのみヘッド本体１ａの流路ユニット４（図３参照）に固定されている。そのため、ベースブロック１３８の下面１４５の開口３ｂ近傍部分１４５ａ以外の領域は、ヘッド本体１ａ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。
【００２５】
ホルダ１３９のホルダ支持部１４２の外側面には、スポンジなどの弾性部材１３７を介してドライバＩＣ１３２が固定されている。ドライバＩＣ１３２の外側面には、ヒートシンク１３４が密着配置されている。ヒートシンク１３４は、略直方体形状の部材であって、ドライバＩＣ１３２で発生する熱を効率的に散逸させる。ドライバＩＣ１３２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）１３６が接続されている。ドライバＩＣ１３２に接続されたＦＰＣ１３６は、基板１３３及びヘッド本体１ａ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ＩＣ１３２およびヒートシンク１３４の上方であって、ＦＰＣ１３６の外側には、基板１３３が配置されている。ヒートシンク１３４の上面と基板１３３との間、および、ヒートシンク１３４の下面とＦＰＣ１３６との間は、それぞれシール部材１４９で接着されている。
【００２６】
ホルダ本体１４１のスカート部１４１ａの下面と流路ユニット４の上面との間には、ＦＰＣ１３６を挟むようにシール部材１５０が配置されている。つまりＦＰＣ１３６は、流路ユニット４およびホルダ本体１４１に対してシール部材１５０によって固定されている。これにより、ヘッド本体１ａが長尺化した場合の撓みの防止、アクチュエータユニット２１とＦＰＣ１３６との接続部への応力印可の防止およびＦＰＣ１３６の確実な保持が可能となる。
【００２７】
図２に示すように、インクジェットヘッド１の主走査方向に沿った下方角部近傍には、インクジェットヘッド１の側壁に沿って６つの凸設部３０ａが均等に離隔配置されている。これら凸設部３０ａは、ヘッド本体１ａの最下層にあるノズルプレート３０（図７参照）の副走査方向両端部に設けられた部分である。つまり、ノズルプレート３０は、凸設部３０ａとそれ以外の部分との境界線に沿って約９０度折り曲げられている。凸設部３０ａは、プリンタ１０１において印刷に用いられる各種サイズの用紙の両端部付近に対応する位置に設けられている。ノズルプレート３０の折り曲げ部分は直角ではなく丸みを帯びた形状となっているため、ヘッド１と近接する方向に搬送されてきた用紙の先端部がヘッド１の側面と接触することで生じる用紙の詰まりすなわちジャミングが起こりにくくなっている。
【００２８】
図４は、ヘッド本体１ａの模式的な平面図である。図４において、ベースブロック１３８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。図４に示すように、ヘッド本体１ａは、一方向（主走査方向）に延在した矩形平面形状をしている。ヘッド本体１ａは、後述する多数の圧力室１０やノズル先端のインク吐出口８（共に図５、図６、図７参照）が形成された流路ユニット４を有しており、その上面には、千鳥状になって２列に配列された複数の台形のアクチュエータユニット２１が接着されている。各アクチュエータユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。そして、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が、流路ユニット４の幅方向にオーバーラップしている。
【００２９】
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、多数のインク吐出口８がマトリクス状に多数配列されている。また、流路ユニット４の上方に配置されたベースブロック１３８内には、その長手方向に沿ってインク溜まり３が形成されている。インク溜まり３は、その一端に設けられた開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通しており、常にインクで満たされている。インク溜まり３には、その延在方向に沿って開口３ｂが２つずつ対になって、アクチュエータユニット２１が設けられていない領域に千鳥状に設けられている。
【００３０】
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４及び図５に示すように、インク溜まり３は、開口３ｂを介してその下層にある流路ユニット４内のマニホールド５と連通している。開口３ｂには、インク内に含有される塵埃などを捕獲するためのフィルタ（図示せず）が設けられている。マニホールド５は、その先端部が２つに分岐して副マニホールド５ａとなっている。１つのアクチュエータユニット２１の下部には、当該アクチュエータユニット２１に対してインクジェットヘッド１の長手方向両隣にある２つの開口３ｂからそれぞれ２つの副マニホールド５ａが進入してきている。つまり、１つのアクチュエータユニット２１の下部には、合計で４つの副マニホールド５ａがインクジェットヘッド１の長手方向に沿って延在している。各副マニホールド５ａは、インク溜まり３から供給されたインクで満たされている。
【００３１】
図６は、図５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５及び図６に示すように、アクチュエータユニット２１の上面には、平面形状がほぼひし形の個別電極３５がマトリクス状に規則的に配列されている。また、流路ユニット４のアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域の表面には、多数のインク吐出口８がマトリクス状に配列されている。流路ユニット４内には、共に各インク吐出口８と連通した、平面形状が個別電極３５よりも一回り大きいほぼひし形の圧力室（キャビティ）１０と、アパーチャ１２とがそれぞれマトリクス状に規則的に配列されている。圧力室１０は、個別電極３５と対応する位置に形成されており、平面視において個別電極３５の大部分は圧力室１０に含まれている。なお、図５及び図６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。さらに、図５及び図６において、後述する溝部６１の図示を省略している。
【００３２】
図７は、図４に描かれたヘッド本体１ａの圧力室長手方向に沿った部分断面図である。各インク吐出口８は、図７からも分かるように、先細形状のノズルの先端に形成されている。各インク吐出口８は、圧力室１０（長さ９００μｍ、幅３５０μｍ）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、インクジェットヘッド１には、インクタンクからインク溜まり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を経てインク吐出口８に至るインク流路３２が形成されている。
【００３３】
また、図７から明らかなように、圧力室１０とアパーチャ１２とは異なる高さに設けられている。これにより、図６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。
【００３４】
圧力室１０は、図５及び図６に描かれた平面内において、インクジェットヘッド１の長手方向（第１配列方向）と、インクジェットヘッド１の幅方向からやや傾いた方向（第２配列方向）との２方向にインク吐出領域内で配列されている。第１配列方向と第２配列方向は、直角よりもやや小さい角度θをなしている。このうち、第２配列方向は、図６に描かれた圧力室１０の左下又は右上の一斜辺に沿った方向に相当する。インク吐出口８は、第１配列方向には５０ｄｐｉで配列されている。一方で、圧力室１０は、第２配列方向には１つのアクチュエータユニット２１に対応するインク吐出領域内に１２個が含まれるように配列されている。これにより、インクジェットヘッド１の全幅内で、第１配列方向に隣接する２つのインク吐出口８間の距離だけ離隔した範囲には、１２個のインク吐出口８が存在するようになっている。なお、各インク吐出領域の第１配列方向についての両端部（アクチュエータユニット２１の斜辺に相当する）では、インクジェットヘッド１の幅方向に対向する別のアクチュエータユニット２１に対応するインク吐出領域と相補関係となることで上記条件を満たしている。そのため、本実施の形態によるインクジェットヘッド１では、第１及び第２配列方向に配列された多数のインク吐出口８から、インクジェットヘッド１の幅方向への用紙に対する相対的な移動に伴って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可能になっている。
【００３５】
次に、図８を参照して、流路ユニット４の構造をより詳細に説明する。図８は、圧力室１０、インク吐出口８及びアパーチャ（制限流路）１２の三者の位置関係を示す模式的な図である。図８に示すように、圧力室１０は、第１配列方向に所定の間隔である５０ｄｐｉで列状に配列されている。このような圧力室１０の列は、第２配列方向には１２列配列されて、全体として圧力室１０は１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内において２次元配列をしている。
【００３６】
圧力室１０には、ノズルが図８中上側の鋭角部に接続されている圧力室１０ａと、下側の鋭角部に接続されている圧力室１０ｂとの２種類がある。複数の圧力室１０ａ及び複数の圧力室１０ｂは、共に第１配列方向に配列されて圧力室列１１ａ、１１ｂをそれぞれ形成している。図８に示すように、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内においては、図８中下側から順に２列の圧力室列１１ａが配列され、その上側に隣接して２列の圧力室列１１ｂが配列されている。このような２列の圧力室列１１ａと２列の圧力室列１１ｂとの合わせて４列の圧力室列を１組とした圧力室列の組が、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内において、下側から３回繰り返して配列されている。各圧力室列１１ａ、１１ｂ中の各圧力室の上側鋭角部を結ぶ直線は、この圧力室列に上側から隣接する圧力室列中の各圧力室の下側斜辺と交差している。
【００３７】
上述のように、図８の紙面に対して垂直な方向から見て、圧力室１０に接続されたノズルの配置位置が異なる第１の圧力室列１１ａと第２の圧力室列１１ｂとを２列ずつ隣接して配列することにより、全体として圧力室１０は規則正しく整列している。一方、ノズルは、これら４列の圧力室列を１組とした圧力室列の組の中において中央領域に集まって配列されることになる。これにより、上述のように、４列の圧力室列を１組として、下側から３回繰り返して圧力室列の組を配置した場合、圧力室列の組と組との境界近傍領域、すなわち、このような４列の圧力室列からなる組の両側には、ノズルが存在しない領域が形成される。そして、そこに各圧力室１０にインクを供給するための幅の広い副マニホールド５ａが延設されている。本案施の形態では、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内において、図中下側に１本、一番下側の圧力室列の組と二番目の圧力室列の組との間に１本、一番上側の圧力室列の組の両側に２本、合わせて４本の幅の広い副マニホールド５ａが第１配列方向に延設されている。
【００３８】
図８に示すように、インクを吐出するインク吐出口８に連通するノズルは、第１配列方向には、この方向に規則正しく並ぶ圧力室１０に対応して、５０ｄｐｉの等間隔で配列されている。また、第１配列方向と角度θで交差している第２配列方向にも１２個の圧力室１０が規則正しく配列されているのとは異なり、これら１２個の圧力室１０に対応した１２個のノズルは、上述したように圧力室１０の上側の鋭角部に連通したものと下側の鋭角部に連通したものとがあって、第２配列方向に規則的に一定の間隔で配列されていない。
【００３９】
他方、ノズルが圧力室１０の同じ側の鋭角部に常に連通している場合には、ノズルも第２配列方向の方向に規則的に一定の間隔で配列されることになる。すなわち、この場合、ノズルは、図中下側から上側に１圧力室列上がるごとに第１配列方向に印字時の解像度である６００ｄｐｉに相当する間隔ずつ変位するように配列される。これに対して、本実施の形態では、２列の圧力室列１１ａと２列の圧力室列１１ｂとの合わせて４列の圧力室列を１組として、これが下側から３回繰り返して配列されているので、図中下側から上側に１圧力室列上がるごとのノズル位置の第１配列方向への変位は常に同じではない。
【００４０】
本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、第１配列方向に５０ｄｐｉに相当する幅（約５０８．０μｍ）を有し、この第１配列方向と直交する方向に延在する帯状領域Ｒについて考える。この帯状領域Ｒの中には、１２列の圧力室列の内の何れの列についても、ノズルが１つしか存在していない。すなわち、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内の任意の位置に、このような帯状領域Ｒを区画した場合、この帯状領域Ｒ内には、常に１２個のノズルが分布している。そして、これら１２個の各ノズルを第１配列方向に延びる直線上に射影した点の位置は、印字時の解像度である６００ｄｐｉに相当する間隔ずつ離隔している。
【００４１】
１つの帯状領域Ｒに属する１２個のノズルを第１配列方向に延びる直線上に射影した位置が左にあるものから順に、これら１２個のノズルを(1)〜(12)と記することにしたとき、これら１２個のノズルは、下から、(1)、(7)、(2)、(8)、(5)、(11)、(6)、(12)、(9)、(3)、(10)、(4)の順番に並んでいる。
【００４２】
このように構成された本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、アクチュエータユニット２１内の活性層を適宜駆動させると、６００ｄｐｉの解像度を有する文字や図形等を描画することができる。つまり、１２列の圧力室列に対応した活性層を印字媒体の搬送に合わせて順次選択的に駆動することで、特定の文字や図形を印字媒体に印刷することができる。
【００４３】
例えば、６００ｄｐｉの解像度で第１配列方向に延びる直線を印字する場合について説明する。まず、ノズルが圧力室１０の同じ側の鋭角部に連通している場合について簡単に説明する。この場合には、印字蝶体が搬送されるのに対応して、図８中一番下に位置する圧力室列中のノズルからインクの吐出を始め、順次上側に隣接する圧力室列に属するノズルを選択してインクを吐出する。これにより、インクのドットが第１配列方向に向かって６００ｄｐｉの間隔で隣接しながら形成されていく。最終的には、全体で６００ｄｐｉの解像度で第１配列方向に延びる直線が描かれることになる。
【００４４】
一方、本案施の形態では、図８中一番下に位置する圧力室列１１ａ中のノズルからインクの吐出を始め、印字媒体が搬送されるのに伴って順次上側に隣接する圧力室に連通するノズルを選択してインクを吐出していく。このとき、下側から上側に１圧力室列上がるごとのノズル位置の第１配列方向への変位が常に同じでないので、印字媒体が搬送されるのに伴って第１配列方向に沿って順次形成されるインクのドットは、６００ｄｐｉの間隔で等間隔にはならない。
【００４５】
すなわち、図８に示したように、印字媒体が搬送されるのに対応して、まず図中一番下の圧力室列１１ａに連通するノズル(1)からインクが吐出され、印字媒体上に５０ｄｐｉに相当する間隔（約５０８．０μｍ）でドット列が形成される。この後、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から２番目の圧力室列１１ａに連通するノズル(7)の位置に達すると、このノズル(7)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドット位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）の６倍だけ第１配列方向に変位した位置（約４２．３μｍ×６＝約２５４．０μｍ）に２番目のインクドットが形成される。
【００４６】
次に、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から３番目の圧力室列１１ｂに連通するノズル(2)の位置に達すると、ノズル(2)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドット位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）だけ第１配列方向に変位した位置に３番目のインクドットが形成される。さらに、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から４番目の圧力室列１１ｂに連通するノズル(8)の位置に達すると、ノズル(8)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドットの位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）の７倍だけ第１配列方向に変位した位置（約４２．３μｍ×７＝約２９６．３μｍ）に４番目のインクドットが形成される。さらに、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から５番目の圧力室列１１ａに連通するノズル(5)の位置に達すると、ノズル(5)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドット位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）の４倍だけ第１配列方向に変位した位置（約４２．３μｍ×４＝約１６９．３μｍ）に５番目のインクドットが形成される。
【００４７】
以下同様にして、順次図中下側から上側に位置する圧力室１０に連通するノズルを選択しながらインクドットが形成されていく。このとき、図８中に示したノズルの番号をＮとすると、（倍率ｎ＝Ｎ−１）×（６００ｄｐｉに相当する間隔）に相当する分だけ、始めに形成されたドット位置から第１配列方向に変位した位置にインクドットが形成される。最終的に１２個のノズルを選択し終わったときには、図中一番下の圧力室列１１ａ中のノズル(1)により５０ｄｐｉに相当する間隔（約５０８．０μｍ）で形成されたインクドットの間が６００ｄｐｉに相当する間隔（約４２．３μｍ）毎に離れて形成された１２個のドットで繋げられ、全体で６００ｄｐｉの解像度で第１配列方向に延びる直線を描くことが可能になっている。
【００４８】
次に、本実施の形態によるインクジェットヘッド１の断面構造について説明する。図９は、図４に描かれたヘッド本体１ａの部分分解斜視図である。図７及び図９に示すように、インクジェットヘッド１の底部側の要部は、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。
【００４９】
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１１参照）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からインク吐出口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、アパーチャ１２のほかに圧力室１０からインク吐出口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からインク吐出口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からインク吐出口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からインク吐出口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、ノズルとして機能する先細のインク吐出口８がそれぞれ設けられた金属プレートである。
【００５０】
これら１０枚のシート２１〜３０は、図７に示すようなインク流路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インク吐出口８へと向かう。
【００５１】
次に、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１０は、アクチュエータユニット２１の拡大平面図である。図１１は、図４に示すヘッド本体１ａの図１０のXI−XI線に沿った部分断面図である。
【００５２】
図１０に示すように、アクチュエータユニット２１の上面であって平面視で各圧力室１０と実質的に重なり合う位置には、厚さ１．１μｍ程度の個別電極３５がそれぞれ設けられている。個別電極３５は、ほぼひし形の主電極部３５ａと、主電極部３５ａの一方の鋭角部から連続して形成された、主電極部３５ａよりも小さいほぼひし形の補助電極部３５ｂとからなる。補助電極部３５ｂは、主電極部３５ａの鋭角部に接続されており、この接続部はくびれた形状を有している。主電極部３５ａは、圧力室１０よりも一回り小さくほぼこれと相似形状を有しており、平面視において圧力室１０に収まるように配置されている。また、補助電極部３５ｂは、平面視においてそのほとんどの領域が圧力室１０からはみ出している。アクチュエータユニット２１の上面の個別電極３５以外の領域には、後述する圧電シート４１が露出している。
【００５３】
本実施の形態のインクジェットヘッド１において、各個別電極３５の主電極部３５ａの鋭角部近傍を除いた部分は、幅３０μｍ程度、深さ２０〜２５μｍ程度の溝部６１によって包囲されている。この溝部６１は、インクジェットヘッド１の長手方向である第１配列方向において、圧力室１０の一方側に配置された溝部６１ａと、他方側に配置された溝部６１ｂとからなる。いずれの溝部６１ａ、６１ｂも主電極部３５ａの外縁からやや離隔した「くの字」状（Ｖ字状）を有し、平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置に形成されている。ここでは、２つの溝部６１ａ、６１ｂは、インクジェットヘッド１の幅方向からやや傾いた第２配列方向において、主電極部３５ａの鋭角な先端（鋭角部）からやや離れた位置から、平面視で圧力室１０の内壁に沿って延び、主電極部３５ａと補助電極部３５ｂとが接続されるくびれ部近傍まで延設されている。溝部６１ａ、６１ｂは、図１１に示すように、活性層を含む圧電シート４１を貫通しており、その底部は圧電シート４２の半分程度の厚さ位置にまで達している。
【００５４】
図１１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。そして、アクチュエータユニット２１には、個別電極３５及び共通電極３４の電位を制御する信号を供給するためのＦＰＣ１３６が貼り付けられる。ＦＰＣ１３６は、個別電極３５の補助電極部３５ｂに対してハンダ付けにより固定され、電気的に接続される。圧電シート４１〜４４は、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。本実施の形態において、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。
【００５５】
最上層にある圧電シート４１とその下方に隣接した圧電シート４２との間には、シート全面に形成された厚み２μｍ程度の共通電極３４が介在している。また、上述したように、アクチュエータユニット２１の上面つまり圧電シート４１の上面には、平面形状が圧力室１０と相似形状（長さ８５０μｍ、幅２５０μｍ）を有し且つ積層方向への射影領域が圧力室領域に含まれる主電極部３５ａと、主電極部３５ａよりも小さいほぼひし形の補助電極部３５ｂとからなる個別電極３５が、圧力室１０ごとに形成されている。さらに、圧電シート４３と圧電シート４４との間、及び、圧電シート４２と圧電シート４３との間には、アクチュエータユニット２１を補強するための補強用金属膜３６ａ、３６ｂがそれぞれ介在している。補強用金属膜３６ａ、３６ｂは、共通電極３４と同様にシート全面に形成され且つこれとほぼ同じ厚さを有している。本実施の形態において、個別電極３５は下地にＮｉ（膜厚１μｍ程度）、表層にＡｕ（膜厚０．１μｍ程度）が形成された積層金属材料からなるものであり、共通電極３４及び補強用金属膜３６ａ、３６ｂは、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料からなるものである。補強用金属膜３６ａ、３６ｂは電極として作用するものではなく必ずしも設ける必要もないが、補強用金属膜３６ａ、３６ｂがあることで焼結後の圧電シート４１〜４４の脆さを補うことができ、圧電シート４１〜４４がハンドリングし易くなるという利点がある。
【００５６】
共通電極３４は、図示しない領域においてＦＰＣ１３６を介して接地されている。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、ほぼひし形の補助電極部３５ｂにおいて、個別電極３５ごとに独立してＦＰＣ１３６内に配線されたリード線（図示せず）と接触しており、このリード線を介してドライバＩＣ１３２に接続されている。このように、本実施の形態では、平面視において圧力室１０の外側にある補助電極部３５ｂにおいて個別電極３５とＦＰＣ１３６とが接続されていることにより、アクチュエータユニット２１の積層方向への伸縮が阻害されることが少なく、圧力室１０の容積変化量を大きくすることができるようになっている。なお、共通電極３４は、積層方向への射影領域が圧力室領域を含むように圧力室１０よりも大きいものが圧力室１０ごとに多数形成されてもよいし、或いは、射影領域が圧力室領域に含まれるように圧力室１０よりもやや小さいものが圧力室１０ごとに多数形成されてもよく、必ずしもシート全面に形成された１枚の導電シートである必要はない。ただし、このとき、圧力室１０に対応する部分がすべて同一電位となるように共通電極どうしが電気的に接続されていることが必要である。
【００５７】
本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、圧電シート４１〜４４の分極方向はその厚み方向となっている。つまり、アクチュエータユニット２１は、最上側（つまり、圧力室１０から最も離れた側）の圧電シート４１を外部電界の印加で変形する活性層が存在する層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い側）３枚の圧電シート４２〜４４を活性層の変形によって変形する非活性層とした、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を共通電極３４に対して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４１〜４３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、最上層の圧電シート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１１で示したように、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の上面に固着されているので、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、インク吐出口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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、圧電シート４１〜４４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、インク吐出口８からインクを吐出する。
【００６０】
上述したように、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は、アクチュエータユニット２１の非活性層側が圧力室を区画する隔壁２２の上面に固定され、最上層の圧電シート４１だけが圧電効果による自発的な変位を生じる活性層を含むように構成されている。固定されていない最上層の圧電シート４１に活性層が含まれていることから、このままでは、外部電界の印加に伴う活性層の変位は、隣接する領域にも伝搬してしまう。しかし、各個別電極３５の主電極部３５ａの鋭角部近傍を除いた部分に圧電シート４２に達する溝部６１ａ、６１ｂが形成され、これら２つの溝部６１ａ、６１ｂが、圧力室１０の第２配列方向において主電極部３５ａの鋭角部からやや離れた位置から平面視で圧力室１０に沿って、主電極部３５ａと補助電極部３３５ｂとが接続されるくびれ部近傍まで延設されている。このため、個別電極３５に電圧を印加したときに大きな変位を生じる主電極部３５ａの中心部から圧電シート４１の面方向に見回した場合、面内のほとんどの方向に少なくとも１つの溝部６１が存在することになる。したがって、溝部６１が形成されていない場合に比べて、ある圧力室１０に対応する部分の活性層が変形したとしても、隣接する別の圧力室１０に対応する部分の圧電シート４１の変形量は小さくなる。つまり、本来インクを吐出すべきでないインク吐出口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する、いわゆるクロストークの発生が抑制される。よって、良好な画質の画像を印刷可能となってインクジェットプリンタの品質が向上すると共に、圧力室１０をより一層高密度に配置することができるようになって、さらに高解像度の画像を形成することが可能となる。
【００６１】
活性層が駆動される際、流路ユニット４との固定部から最も離れた圧電シート４１は、その他の圧電シート４２、４３、４４よりも変形量が大きい。したがって、圧電シート４１の上面、すなわち、アクチュエータユニット２１において圧力室１０対向面とは反対側の面に溝部６１ａ、６１ｂが形成されていることにより、隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを効果的に削減することが可能となっている。また、溝部６１ａ、６１ｂを圧電シート４１の上面に形成するので、製造工程が簡易で製造しやすく、しかも溝部６１ａ、６１ｂを高い位置精度で形成することができる。
【００６２】
本実施の形態のインクジェットヘッド１において、共通電極３４を貫いて圧電シート４２に達している溝部６１ａ、６１ｂは、主電極部３５ａを完全に取り囲む環状には形成されていない。そのため、主電極部３５ａ内に対応する部分の共通電極３４が他の部分から分離されることがなく、共通電極３４は一体の連続したものとなっている。よって、共通電極３４への配線が容易なものとなっている。
【００６３】
アクチュエータユニット２１は、活性層を含む圧力室１０から最も離れた圧電シート４１と流路ユニット４との間に、３枚の非活性層としての圧電シート４２〜４４が配置されたユニモルフ構造となっている。そのため、活性層の有する圧電横効果により圧力室１０の容積変化量を大きくすることができて、圧力室１０側が活性層を含む層でその反対側が非活性層のインクジェットヘッドと比較して、個別電極３５に印加される電圧の低電圧化及び／又は圧力室１０の高集積化を図ることが可能となる。印加電圧の低電圧化を図ることにより、個別電極３５を駆動するドライバを小型化できてコストを抑えることができ、圧力室１０を小さくして高集積化を図ったときであっても十分な量のインクを吐出することが可能となって、ヘッド１の小型化と印刷ドットの高密度配置が実現される。また、活性層を含む層を１層とすることで、圧力室１０の容積変化量を比較的大きくすることができ、従って、個別電極３５の駆動電圧の低電圧化と共に圧力室１０の小型化及び高集積化を図ることが可能となることが本発明者によって確認された。
【００６４】
また、本実施の形態のインクジェットヘッド１では、最も圧力室１０から離れた圧電シート４１が活性層を含む層となるように構成されることにより、活性層の変形を規制する別の層が活性層上にないことになる。これにより、最も圧力室１０から離れた圧電シートが非活性層である場合に比較して、活性層の有する圧電横効果による圧力室１０の容積変化量をより大きくすることができる。また、活性層に隣接して溝部６１ａ、６１ｂを形成することによる顕著なクロストーク抑制効果を得ることができる。
【００６５】
インクジェットヘッド１は、アクチュエータユニット２１の圧力室から最も離れた圧電シート４１だけが活性層を含む層であって、その圧力室側にある面とは反対側の面（上面）上だけに個別電極３５が形成されたものである。そのため、アクチュエータユニット２１を作製する際に、平面視で重なるようにアクチュエータ２１の内部に設けられた個別電極に対して電気的に接続するためのスルーホールを形成する必要もなく、容易に製造可能である。
【００６６】
インクジェットヘッド１は、活性層が存在する圧電シート４１と非活性層である圧電シート４２〜４４とが同じ材料で形成されているために、材料を交換する手間が不要となり、比較的簡略な製造工程により製造可能である。そのため、製造コストを低減できることが期待される。さらに、活性層を含む圧電シート４１と非活性層である圧電シート４２〜４４とがすべて実質的に同じ厚みを有していることからも、製造工程の簡略化によるコスト削減を図ることができる。なぜなら、圧電シートとなるセラミックス材料を塗布積層していくときの厚さ調整工程を簡単に行うことができるようになるからである。
【００６７】
上述のように、共通電極３４と個別電極３５とで挟まれた圧電シート４１の部分は、両電極３４、３５の間に電圧が印加されると、圧電効果により変形する。例えば、圧電シート４１は電圧の印加によりその厚み方向に伸びると、面方向に縮む。このとき、圧電シート４１と圧力室１０との間には、別の圧電シート４２、４３、４４が非活性層として存在しているので、アクチュエータユニット２１の活性層部分は全体として圧力室１０側に凸となるように変形する。このときのアクチュエータユニット２１の変位量は、圧力室１０との相対位置に依存して場所ごとに異なる。すなわち、隔壁２２によって変位が規制されるアクチュエータユニット２１の変位量は、隔壁２２間の幅が広い圧力室１０の中央部で一番大きく、隔壁２２間の幅が狭い圧力室１０の鋭角部近傍で最も小さくなる。
【００６８】
ここで、厚み方向への変位量が大きい圧力室１０の中央部の近傍領域では、圧電シート４１に形成された活性層の面方向の変位と厚み方向の変位とが合成された変位が周囲に伝搬する。この圧力室１０の中央部に隣接して別の圧力室１０が配置されていると、伝搬した変位は別の圧力室１０に対してクロストークとなってインク吐出に悪影響を及ぼす。本実施の形態においては、上述したように、個別電極３５の主電極部３５ａの鋭角部近傍を除いた部分が、圧電シート４２の半分程度の厚さ位置まで達する溝部６１によって包囲されている。これにより、圧力室１０の中央部の近傍領域における不必要な変位の伝播を効果的に防いでいる。
【００６９】
一方、圧力室１０の鋭角部近傍では、両電極３４、３５の間に電圧が印加されて面方向の変位が生じても、厚み方向の変位量が非常に小さいか或いはほとんどない。しかも、アクチュエータユニット２１が流路ユニット４の隔壁２２に固定されていることから、活性層の面方向への変位も伝搬しにくい。そのため、この圧力室１０の鋭角部に隣接する別の圧力室１０に面方向の変位がやや伝搬するものの、伝搬した変位がクロストークとなってインク吐出に悪影響を及ぼすことがほとんどない。そのため、図１０に示すように、圧力室１０の鋭角部近傍には、溝部６１は形成されていない。さらに、圧力室１０の鋭角部近傍に溝部６１を設けないことにより、圧電シート４１を挟むように形成されている共通電極３４の連続性も確保されている。
【００７０】
次に、本実施の形態によるインクジェットヘッド１の製造方法について、さらに図１２を参照しつつ説明する。
【００７１】
インクジェットヘッド１を製造するには、まず流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１をそれぞれ並行して別個に作製し、その後両者を接着する。流路ユニット４を作製するには、これを構成する各プレート２２〜３０に、パターニングされたフォトレジストをマスクとしたエッチングを施して、図７及び図９に示すような開孔及び凹部を各プレート２２〜３０のそれぞれに形成する。その後、インク流路３２が形成されるように９枚のプレート２２〜３０を接着剤を介在させつつ重ね合わせ、接着することで流路ユニット４を作製する。
【００７２】
一方、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のグリーンシート上に、補強用金属膜３６ａとなる導電性のペーストをパターン印刷する。それと並行して、圧電シート４３となるセラミックス材料のグリーンシート上に補強用金属膜３６ｂとなる導電性のペーストをパターン印刷すると共に、圧電シート４２となるセラミックス材料のグリーンシート上に共通電極３４となる導電性のペーストをパターン印刷する。その後、圧電シート４１〜４４となる４枚のグリーンシート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。しかる後、焼成された積層物の圧電シート４１上に個別電極３５を形成する。個別電極３５は、例えば、圧電シート４１上に導電膜を全面めっきし、レーザパターニングにより不要部分を除去するか、或いは、個別電極３５に対応する部分に開口を有するマスクを用いて圧電シート４１上に導電膜をＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理的蒸着）などで蒸着させることにより形成されてよい。ここまでの工程によりアクチュエータユニット２１の作製が終了する。
【００７３】
なお、上述した焼成時の蒸発を考慮するのであれば、圧電シート４１〜４４の焼成後に、金属ペーストからなる個別電極３５をパターン印刷し、さらに個別電極３５を焼成してもよい。この場合、圧電シート４１〜４４の焼成時に、圧電シート４１〜４４が既に十分収縮してしまっているので、個別電極の焼成時には収縮による圧電シート４１〜４４の寸法変化がほとんどない。したがって、メッキ法や蒸着法を用いて形成する場合と同様に、個別電極３５を対応する圧力室１０と精度良く位置合わせすることができる。
【００７４】
また、先に述べたように、補強用金属膜３６ａ、３６ｂを設けることで圧電シート４１〜４４の脆さを補い、圧電シート４１〜４４のハンドリング性を向上させることができるが、必ずしも補強用金属膜３６ａ、３６ｂを設ける必要はない。例えば、アクチュエータユニット２１のサイズが１インチ程度であれば、補強用金属膜３６ａ、３６ｂを設けなくても、脆さにより圧電シート４１〜４４のハンドリング性が損なわれることはない。
【００７５】
さらに、本実施の形態では、上述のように、圧電シート４１上にのみ個別電極３５が形成される。一方、圧電シート４１以外の圧電シート４２〜４４上にも個別電極を形成する場合には、かかる個別電極を圧電シート４１〜４４の積層及び焼成前に所望の圧電シート４１〜４４上に印刷しなければならなくなる。したがって、焼成時に生じる圧電シート４１〜４４の収縮のために、圧電シート４２〜４４上の個別電極の位置精度と、圧電シート４１上の個別電極３５の位置精度とに差が生じてしまう。しかし、本実施の形態では圧電シート４１上にのみ個別電極３５を形成するようにしているので、かかる位置精度の差が生じることがなく、個別電極３５は、対応する圧力室１０と精度よく位置合わせされることになる。
【００７６】
次に、上述のようにして作製されたアクチュエータユニット２１は、圧電シート４４とキャビティプレート２２とが接触するように、接着剤により流路ユニット４と接着される。この際、流路ユニット４のキャビティプレート２２の表面及び圧電シート４１の表面にそれぞれ形成された位置合わせのための目印に基づいて両者が接着される。
【００７７】
次に、図１２に示すように、個別電極３５の主電極部３５ａをそれぞれ基準にして、平面視で圧力室１０の外縁やや外側にレーザビームが照射されるよう出射方向を制御しつつ例えばＹＡＧレーザを用いてレーザ加工を行う。このレーザ加工によって圧電シート４２の半ばまで達する「くの字」状（Ｖ字状）の溝部６１ａ、６１ｂを各主電極部３５ａの両側に形成する。
【００７８】
その後、個別電極３５に電気信号を供給するためのＦＰＣ１３６をアクチュエータユニット２１上にハンダ付けにより電気的に接合し、さらに所定の工程を経ることによってインクジェットヘッド１の製造が完了する。
【００７９】
以上説明した製造方法では、圧電シート４１〜４４を積層する際に隣接する圧電シート間に個別電極を形成しない、つまり、圧力室１０から最も離れた圧電シート４１だけに活性層が含まれるようにしているので、平面視で重なるように設けられた個別電極同士を互いに接続するためのスルーホールを圧電シート４１〜４４に形成する必要がない。そのため、上述したように、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は、比較的簡易な工程により低コストで製造可能である。
【００８０】
なお、上述した製造方法では、個別電極３５のみ、共通電極３４及び補強用金属膜３６ａ、３６ｂとは異なり圧電シート４１〜４４となるセラミックス材料と一緒に焼成しない。これは、個別電極３５が露出しているために、焼成時の高温加熱により蒸発しやすく、セラミックス材料に被覆された共通電極３４などに比べて厚みの制御が困難だからである。しかしながら、共通電極３４なども焼成時に多少なりとも厚みが減少するので、焼成後の連続性を維持することを考慮するとその厚みを薄くすることが難しい。一方、個別電極３５は、焼成後に上述したような手法で形成するために、共通電極３４などよりも薄く形成することが可能である。このように、本実施の形態のインクジェットヘッド１では、最も上層にある個別電極３５を共通電極３４よりも薄くすることで、活性層である圧電シート４１の変位が個別電極３５によって規制されづらくなって、インクジェットヘッド１における圧力室１０の容積変形量を向上させている。
【００８１】
本実施の形態において、溝部６１ａ、６１ｂは上から２番目の圧電シート４２に達するように形成されているが、溝部は最上層の圧電シート４１内だけに収まるように、つまり上から２番目の圧電シート４２に達しないように形成されていてもよい。或いは、溝部は、上から３番目又は４番目の圧電シート４３、４４に達するように形成されていてもよい。なお、溝部を上から２番目以下の圧電シートに達するように形成する場合、共通電極３４が複数に分離されることがないように溝部を環状とせず、少なくとも一部において他の領域とつながるようにすることが好ましい。ただし、各共通電極のための配線を設けるようにすれば、共通電極が溝部のために複数に分割されていてもよい。
【００８２】
本実施の形態では、凹部として細長い溝部６１ａ、６１ｂを形成したが、凹部の形状は細長い溝とする必要はなく、例えば平面形状が円形の凹部を隣接する圧力室１０の間に対応した領域に一または複数形成するようにしてもよい。ただし、細長い溝部とすることは、よりクロストークの抑制効果を高めることができる点で好ましい。
【００８３】
本実施の形態では、凹部として平面視で圧力室１０の外縁に対応した細長い溝部６１ａ、６１ｂを形成しているが、このような細長い溝部を圧力室の各外縁につき２本以上並列に設けてもよい。また、溝部の幅は圧電シートの動作を阻害しない範囲で任意に変更可能である。
【００８４】
本実施の形態では、レーザ加工により溝部６１ａ、６１ｂを形成しているが、溝部はレーザ加工以外に、パターニングされたフォトレジストをマスクとしたエッチングなど様々な方法によって形成することが可能である。
【００８５】
また、凹部はアクチュエータユニット２１と流路ユニット４とを接着する前に形成してもよいし、上述のように接着した後に形成してもよい。さらに、最上層の圧電シート４１上に個別電極３５を形成する場合には、当該圧電シート４１上の全面に導電膜を形成した後にレーザ加工によって個別電極３５となる領域以外の導電膜を除去し、この導電膜除去に併せて圧電シート４１に凹部を形成するようにしてもよい。
【００８６】
また、上述の実施の形態では、圧力室１０から最も離れた最上層の圧電シート４１だけに活性層を形成しているが、最上層の圧電シート４１は必ずしも活性層を含んでいなくてもよく、また、最上層の圧電シート４１に加えてそれ以外の圧電シートに活性層を形成してもよい。これらの場合であっても、十分なクロストークの抑制効果を得ることができる 。さらに、上述の実施の形態では非活性層はすべて圧電シートであるが、非活性層として圧電シート以外の絶縁シートを用いてもよい。
【００８７】
次に、本発明の第２〜第６の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。なお、これら実施の形態によるインクジェットヘッドは、アクチュエータユニットに形成される溝部の位置及び形状においてのみ第１の実施の形態と相違している。そこで、これらの実施の形態にかかる図面において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
図１３は、本発明の第２の実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。図１４は、図１３のＸIII−ＸIII線に沿った断面図である。
【００８９】
図１３に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニット２１’の上面であって第１配列方向に隣接する２つの個別電極３５の間には、主電極部３５ａの鋭角部近傍を除いた部分に対応して、主電極部３５ａの長い方の対角線と平行に、ほぼ直線状の溝部６１ｃが設けられている。溝部６１ｃは、図１４に示すように、アクチュエータユニット２１’を貫通しており、その底部はキャビティプレート２２の上面に達している。
【００９０】
このような形態を有するアクチュエータユニット２１’は、上述のようにアクチュエータユニット２１’を構成する各圧電シートに、補強用金属膜３６ｂや共通電極３４となる導電性ペーストをパターン印刷して重ね合わせ、所定の温度で焼成され、さらに焼成された積層物において圧電シート４１上に個別電極３５を形成することで得られる。溝６１ｃとなる直線状の貫通孔は、アクチュエータユニット２１’を接着剤により流路ユニット４に固定した後にＹＡＧレーザの出力や照射回数、出射方向を調整しながらレーザ加工を行うことで穿設される。その後、図１４に示すように、個別電極３５に電気信号を供給するためのＦＰＣ１３６をアクチュエータユニット２１’上に貼り付けて、インクジェットヘッド１の製造が完了する。
【００９１】
以上説明した溝部６１ｃの形態では、溝部６１ｃがアクチュエータユニット２１’の表面からその反対側の面に達する貫通孔として形成されているので、個別電極３５と共通電極３４３との間に電圧を印加することにより生じる活性層の変位を、隣接する圧力室側へ伝搬させるセラミックス材料自体が存在していない。これにより、より効果的に隣接する圧力室側への変位の伝搬、すなわち、クロストークを抑制することができる。また、図１４に示すように、貫通孔である溝部６１ｃは、流路ユニット４の隣接する圧力室の間の部分に対応して、アクチュエータユニット２１’を確実に接着固定できるだけの肉厚を残してアクチュエータユニット２１’に形成されているので、圧電素子としての機械的剛性を高く保つことができ、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を高めることができる。
【００９２】
また、溝部６１ｃ内は、溝部６１ｃ内に露出した電極の腐食を防止するためにシリコンゴム７１で埋め込まれていてもよい。シリコンゴム７１は、圧電シート４１〜４４に比較して、変形を伝播しにくい材料である。
【００９３】
このように溝部６１ｃがアクチュエータユニット２１’を貫通していることにより、ある圧力室１０に対応する活性層を駆動させたときに隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを極めて効果的に削減することが可能となっている。
【００９４】
なお、このようにアクチュエータユニットを貫通する溝部は、本実施の形態だけではなく、上述した第１の実施の形態や、後述する第３〜第５の実施の形態においても採用することが可能である。また、本実施の形態において、溝部６１ｃをアクチュエータユニット２１’を貫通しないものとしてもよい。この場合、隣接する個別電極３５間に形成される溝が１本だけになるので、第１の実施の形態に比べて製造工程が簡略化される。
【００９５】
次に、本発明の第３の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図１５は、本実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【００９６】
図１４に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニットの上面には、各個別電極３５の主電極部３５ａの右下側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）から、当該個別電極３５に対して第１配列方向右側に隣接する個別電極３５の主電極部３５ａの左上側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）にかけて、ほぼ直線状の溝部６１ｄが設けられている。溝部６１ｄは、圧電シート４１を貫通しており、その底部は圧電シート４２の半ばまで達している。本実施の形態においても、溝部６１ｄが設けられていることにより、第１の実施の形態と同様に、ある圧力室１０に対応する活性層を駆動させたときに隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを削減することが可能である。
【００９７】
次に、本発明の第４の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図１６は、本実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【００９８】
図１６に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニットの上面には、各個別電極３５の主電極部３５ａの左上側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）にほぼ直線状の溝部６１ｅが設けられていると共に、各個別電極３５の主電極部３５ａの右下側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）にほぼ直線状の溝部６１ｆが設けられている。溝部６１ｅ、６１ｆは、圧電シート４１を貫通しており、その底部は圧電シート４２の半ばまで達している。
【００９９】
溝部６１ｅの下方端部は、主電極部３５ａの左上側辺と左下側辺との接続部よりもやや下方に位置している。他方、溝部６１ｆの上方端部は、主電極部３５ａの右上側辺と右下側辺との接続部よりもやや上方に位置している。つまり、２つの溝部６１ｅと６１ｆとは、主電極部３５ａの長い方の対角線方向に関して若干オーバーラップしている。このように、それぞれが比較的短いものの主電極部３５ａの長い方の対角線方向に関して互いにオーバーラップするように溝部６１ｅ、６１ｆが設けられていることにより、第１の実施の形態と同様に、ある圧力室１０に対応する活性層を駆動させたときに隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを削減することが可能である。なお、溝部６１ｅの下方端部と６１ｆの上方端部が主電極部３５ａの長い方の対角線方向に関してオーバーラップしておらず、両者が主電極部３５ａの長い方の対角線方向に関してほぼ同じ位置にあっても、同様の効果が得られる。
【０１００】
次に、本発明の第５の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図１７は、本実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【０１０１】
図１７に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニットの上面には、各個別電極３５の主電極部３５ａの左側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）に「くの字」状（Ｖ字状）の溝部６１ｇが設けられている。溝部６１ｇは、圧電シート４１を貫通しており、その底部は圧電シート４２の半ばまで達している。本実施の形態においても、溝部６１ｇが設けられていることにより、第１の実施の形態と同様に、ある圧力室１０に対応する活性層を駆動させたときに隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを削減することが可能である。
【０１０２】
次に、本発明の第６の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図１８は、本実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【０１０３】
図１８に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドは、第１の実施の形態に形成された溝部６１ａ、６１ｂよりも長く、圧力室１０の鋭角部にさらに近い位置にまで延在した溝部６１ｈ、６１ｉを有している。このとき、図１８中において中央に描かれている圧力室１０の中心位置から、図１８中に描かれている当該圧力室１０に隣接する６個の圧力室１０方向を見たとき、どの方向にも少なくとも１つの溝部６１が存在しているために、極めて高いクロストーク抑制効果が得られる。
【０１０４】
また、上述の説明からも明らかなように、本実施の形態においては、大きな変位を生じる主電極部３５ａの中心位置から第２配列方向を見た場合、ある圧力室１０の中心位置と、第２配列方向に隣接する別の圧力室１０との間に少なくとも１つの溝部６１が存在することになる。したがって、ある圧力室１０に対応する活性層が変形したときにおける、第２配列方向に隣接する別の圧力室１０に対応する部分の圧電シート４１の変形量は、かかる溝部６１が形成されていない場合に比べて小さくなる。第２配列方向に隣接する圧力室１０は、印刷が行われる際に同時に駆動されることが多いため、本実施の形態のように、第２配列方向に隣接する圧力室１０の間に対応して少なくとも１つの溝部６１を形成することによって、画質に悪影響を及ぼすクロストークの発生を大幅に抑制することが可能である。
【０１０５】
上述した第１〜第６の実施の形態からも明らかなように、本発明において、アクチュエータユニットに形成される溝部の位置及び形状は種々変更が可能である。例えば、第１の実施の形態で説明した溝部６１ａ、６１ｂと、第２の実施の形態で説明した溝部６１ｃとの両方をアクチュエータユニットに形成してもよい。
【０１０６】
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設計変更が可能なものである。例えば、上述した実施の形態において、圧電シートや電極の材料は、上述したものに限らず、その他の公知の材料に変更してもよい。また、圧力室の平面形状や断面形状、配置形態、活性層を含む圧電シートの数、非活性層の数などは、適宜変更してよい。例えば、細長く形成されたアクチュエータユニット１つだけを流路ユニットに接着するようにいてもよい。また、活性層を含む圧電シートと非活性層とで層厚を異なる厚みにしてもよい。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、クロストークの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態によるインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの概略図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態によるインクジェットヘッドの斜視図である。
【図３】 図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】 図２に描かれたインクジェットヘッドに含まれるヘッド本体の平面図である。
【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である。
【図６】 図５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７】 図４に描かれたヘッド本体の部分断面図である。
【図８】 図５内に描かれた二点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図９】 図４に描かれたヘッド本体の部分分解斜視図である。
【図１０】 アクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１１】 図４に示すヘッド本体の図１０のXI−XI線に沿った部分断面図である。
【図１２】 図４に示すヘッド本体の製造途中の一過程における、図１１に対応した部分断面図である。
【図１３】 本発明の第２の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１４】 本発明の第２の実施の形態によるインクジェットヘッドのヘッド本体の部分断面図である。
【図１５】 本発明の第３の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１６】 本発明の第４の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１７】 本発明の第５の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１８】 本発明の第６の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
１ａ ヘッド本体
４ 流路ユニット
５ マニホールド
５ａ 副マニホールド
８ インク吐出口
１０ 圧力室
１２ アパーチャ
２１ アクチュエータユニット
２２ キャビティプレート
３０ ノズルプレート
３２ インク流路
３４ 共通電極
３５ 個別電極
３５ａ 主電極部
３５ｂ 補助電極部
３６ａ，３６ｂ 補強用電極
４１ 圧電シート（活性層を含む層）
４２、４３、４４ 圧電シート（非活性層）
６１ａ、６１ｂ 溝部（凹部）
１０１ インクジェットプリンタ
１３６ フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、被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、インクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタにおいて、インクジェットヘッドは、インクタンクから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パルス状の圧力を付与することによりノズル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、圧電性の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、複数の圧力室に跨る複数枚の連続平板状の圧電シートが積層され、その少なくとも１枚の圧電シートを、多数の圧力室に共通であってグランド電位に保持された共通電極と、各圧力室に対応する位置に配置された多数の個別電極すなわち駆動電極とで挟み込んだ１つのアクチュエータユニットを有するものが知られている（特許文献１参照）。駆動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の部分は、その挟まれた部分の両側にある駆動電極が共通電極と異なる電位にされると、圧電シートの分極方向に外部電界が印加されることにより、いわゆる圧電縦効果により積層方向に伸縮する。この場合、個別電極と共通電極とで挟まれた圧電シートの部分が外部電界が印加されると圧電効果で変形する活性層として働いている。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被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】
【特許文献１】
特開平４−３４１８５２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述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連れ、ある圧力室に対応した活性層が変形することに起因して隣接する圧力室に対応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インク吐出口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する、いわゆるクロストークが問題となってきている。かかるクロストークが生じると、印刷された画像の画質が劣化してしまうため、インクジェットプリンタの品質を向上させるには、クロストークの抑制が極めて重要な問題である。
【０００６】
本発明の主な目的は、クロストークの発生を抑制することができるインクジェットヘッド及びこれを有するインクジェットプリンタを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、一端をノズルに他端をインク供給源にそれぞれ接続された複数の圧力室を含み、前記複数の圧力室がマトリクス状に互いに隣接配置された流路ユニットと、前記圧力室の容積を変化させるために前記流路ユニットの一表面に固定されたアクチュエータユニットとを備えており、前記アクチュエータユニットが、複数の前記圧力室に跨って連続して配置されており、厚み方向に分極した圧電シートと、前記圧電シートの一方側に配設され、一定電位に保たれた共通電極と、前記圧電シートの他方側に配設され、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、前記圧電シートの前記圧力室の間に対応した領域に形成された凹部と、前記圧電シートと前記流路ユニットとの間に、複数の前記圧力室に跨って連続して配置された非活性層とを含んでおり、前記圧電シートと前記流路ユニットとの間には、非活性層が配置されおり、前記アクチュエータユニットの前記個別電極に対応する個所は、当該個所に前記厚み方向への電界が印加されたときに、前記圧電シートの前記厚み方向と直交する方向への伸縮に伴ってユニモルフ変形を生じ、前記凹部が前記圧電シート及び前記共通電極を貫通して前記非活性層の内部にまで達しており、 前記共通電極が前記凹部によって複数に分離されておらず一つの連続体として形成されたインクジェットヘッドインクジェットヘッド及びこれを有するインクジェットプリンタが提供される（請求項１）。
【０００８】
これによると、アクチュエータユニットにおいて隣接する圧力室の間に対応した領域に凹部が形成されているので、圧電効果による活性層の変形が隣接する圧力室に影響を及ぼすクロストークを抑制することができる。また、共通電極が一体の連続したものとなっているので、共通電極への配線が容易なものとなる。
【０００９】
【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。
【００１０】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの概略図である。図１に示す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。
【００１１】
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の図中時計回り（矢印１０４の方向）への回転駆動によって下流側（右方）に向けて搬送できるようになっている。
【００１２】
用紙のベルトローラ１０６に対する挿入及び排出位置には、押さえ部材１０９ａ、１０９ｂがそれぞれ配置されている。押さえ部材１０９ａ、１０９ｂは、搬送ベルト１０８上の用紙が搬送面から浮かないように、搬送ベルト１０８の搬送面に用紙を押し付けて搬送面上に確実に粘着させるためのものである。
【００１３】
用紙搬送経路に沿って搬送ベルト１０８のすぐ下流側には、剥離機構１１０が設けられている。剥離機構１１０は、搬送ベルト１０８の搬送面に粘着されている用紙を搬送面から剥離して、右方の排紙部１１２へ向けて送るように構成されている。
【００１４】
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１ａを有している。ヘッド本体１ａ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１ａ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インク吐出口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１ａ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。
【００１５】
ヘッド本体１ａ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１ａ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噴射されることで、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。
【００１６】
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を有している。このメンテナンスユニット１１７には、４つのヘッド本体１ａの下面を覆うための４つのキャップ１１６や、図示せぬパージ機構などが設けられている。
【００１７】
メンテナンスユニット１１７は、インクジェットプリンタ１０１で印刷が行われているときには、給紙部１１１の直下方の位置（退避位置）に位置している。そして、印刷終了後に所定の条件が満たされたとき（例えば、印刷動作が行われない状態が所定の時間だけ継続したときや、プリンタ１０１の電源ＯＦＦ操作がされたとき）は、４つのヘッド本体１ａの直ぐ下方の位置に移動して、この位置（キャップ位置）にて、キャップ１１６によってヘッド本体１ａの下面をそれぞれ覆い、ヘッド本体１ａのノズル部分のインクの乾燥を防止するようになっている。
【００１８】
ベルトローラ１０６、１０７や搬送ベルト１０８は、シャーシ１１３によって支持されている。シャーシ１１３は、その下方に配置された円筒部材１１５上に載置されている。円筒部材１１５は、その中心から外れた位置に取り付けられた軸１１４を中心として回転可能となっている。そのため、軸１１４の回転に伴って円筒部材１１５の上端高さが変化すると、それに合わせてシャーシ１１３が昇降する。メンテナンスユニット１１７を退避位置からキャップ位置に移動させる際には、予め円筒部材１１５を適宜の角度回転させてシャーシ１１３、搬送ベルト１０８及びベルトローラ１０６、１０７を図１に示す位置から適宜の距離だけ下降させ、メンテナンスユニット１１７の移動のためのスペースを確保しておく必要がある。
【００１９】
搬送ベルト１０８によって囲まれた領域内には、インクジェットヘッド１と対向する位置、つまり上側にある搬送ベルト１０８の下面と接触することによって内周側からこれを支持するほぼ直方体形状（搬送ベルト１０８と同程度の幅を有している）のガイド１２１が配置されている。
【００２０】
次に、本実施の形態によるインクジェットヘッド１の構造について、より詳細に説明する。図２は、インクジェットヘッド１の斜視図である。図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。図２及び図３に示すように、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は、一方向（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１ａと、ヘッド本体１ａを支持するための基部１３１とを有している。基部１３１は、ヘッド本体１ａのほかに、個別電極３５（図６参照）などに駆動信号を供給するドライバＩＣ１３２及び基板１３３を支持している。
【００２１】
基部１３１は、図２に示すように、ヘッド本体１ａの上面と部分的に接着されることでヘッド本体１ａを支持するベースブロック１３８と、ベースブロック１３８の上面と接着されることでベースブロック１３８を保持するホルダ１３９とから構成されている。ベースブロック１３８は、ヘッド本体１ａの長尺方向長さとほぼ同じ長さを有する略直方体形状の部材である。ステンレスなどの金属材料からなるベースブロック１３８は、ホルダ１３９を補強する軽量の構造体としての機能を有している。ホルダ１３９は、ヘッド本体１ａ側に配置されるホルダ本体１４１と、ホルダ本体１４１からヘッド本体１ａとは反対側に延在した一対のホルダ支持部１４２とから構成されている。一対のホルダ支持部１４２は、いずれも平板状の部材であって、ホルダ本体１４１の長尺方向に沿って所定の間隔を隔てて互いに平行に設けられている。
【００２２】
ホルダ本体１４１の副走査方向（主走査方向と直交する方向）両端部には、下方に突出した一対のスカート部１４１ａが設けられている。ここで、一対のスカート部１４１ａは、いずれもホルダ本体１４１の長尺方向全幅にわたって形成されているため、ホルダ本体１４１の下面には、一対のスカート部１４１ａによって略直方体形状の溝部１４１ｂが形成されている。この溝部１４１ｂ内に、ベースブロック１３８が収納されている。ベースブロック１３８の上面と、ホルダ本体１４１の溝部１４１ｂの底面とは、接着剤によって接着されている。ベースブロック１３８の厚さは、ホルダ本体１４１の溝部１４１ｂの深さよりも若干大きいため、ベースブロック１３８の下端部は、スカート部１４１ａよりも下方に飛び出している。
【００２３】
ベースブロック１３８の内部には、ヘッド本体１ａに供給されるインクの流路として、その長尺方向に延在する略直方体形状の空隙（中空領域）であるインク溜まり３が形成されている。ベースブロック１３８の下面１４５には、インク溜まり３に連通した開口３ｂ（図４参照）が形成されている。なお、インク溜まり３は、プリンタ本体内の図示しないメインインクタンク（インク供給源）に、図示しない供給チューブにより接続されている。そのため、インク溜まり３には、メインインクタンクから適宜インクが補充されるようになっている。
【００２４】
ベースブロック１３８の下面１４５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１３８は、下面１４５の開口３ｂ近傍部分１４５ａにおいてのみヘッド本体１ａの流路ユニット４（図３参照）に固定されている。そのため、ベースブロック１３８の下面１４５の開口３ｂ近傍部分１４５ａ以外の領域は、ヘッド本体１ａ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。
【００２５】
ホルダ１３９のホルダ支持部１４２の外側面には、スポンジなどの弾性部材１３７を介してドライバＩＣ１３２が固定されている。ドライバＩＣ１３２の外側面には、ヒートシンク１３４が密着配置されている。ヒートシンク１３４は、略直方体形状の部材であって、ドライバＩＣ１３２で発生する熱を効率的に散逸させる。ドライバＩＣ１３２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）１３６が接続されている。ドライバＩＣ１３２に接続されたＦＰＣ１３６は、基板１３３及びヘッド本体１ａ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ＩＣ１３２およびヒートシンク１３４の上方であって、ＦＰＣ１３６の外側には、基板１３３が配置されている。ヒートシンク１３４の上面と基板１３３との間、および、ヒートシンク１３４の下面とＦＰＣ１３６との間は、それぞれシール部材１４９で接着されている。
【００２６】
ホルダ本体１４１のスカート部１４１ａの下面と流路ユニット４の上面との間には、ＦＰＣ１３６を挟むようにシール部材１５０が配置されている。つまりＦＰＣ１３６は、流路ユニット４およびホルダ本体１４１に対してシール部材１５０によって固定されている。これにより、ヘッド本体１ａが長尺化した場合の撓みの防止、アクチュエータユニット２１とＦＰＣ１３６との接続部への応力印可の防止およびＦＰＣ１３６の確実な保持が可能となる。
【００２７】
図２に示すように、インクジェットヘッド１の主走査方向に沿った下方角部近傍には、インクジェットヘッド１の側壁に沿って６つの凸設部３０ａが均等に離隔配置されている。これら凸設部３０ａは、ヘッド本体１ａの最下層にあるノズルプレート３０（図７参照）の副走査方向両端部に設けられた部分である。つまり、ノズルプレート３０は、凸設部３０ａとそれ以外の部分との境界線に沿って約９０度折り曲げられている。凸設部３０ａは、プリンタ１０１において印刷に用いられる各種サイズの用紙の両端部付近に対応する位置に設けられている。ノズルプレート３０の折り曲げ部分は直角ではなく丸みを帯びた形状となっているため、ヘッド１と近接する方向に搬送されてきた用紙の先端部がヘッド１の側面と接触することで生じる用紙の詰まりすなわちジャミングが起こりにくくなっている。
【００２８】
図４は、ヘッド本体１ａの模式的な平面図である。図４において、ベースブロック１３８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。図４に示すように、ヘッド本体１ａは、一方向（主走査方向）に延在した矩形平面形状をしている。ヘッド本体１ａは、後述する多数の圧力室１０やノズル先端のインク吐出口８（共に図５、図６、図７参照）が形成された流路ユニット４を有しており、その上面には、千鳥状になって２列に配列された複数の台形のアクチュエータユニット２１が接着されている。各アクチュエータユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。そして、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が、流路ユニット４の幅方向にオーバーラップしている。
【００２９】
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、多数のインク吐出口８がマトリクス状に多数配列されている。また、流路ユニット４の上方に配置されたベースブロック１３８内には、その長手方向に沿ってインク溜まり３が形成されている。インク溜まり３は、その一端に設けられた開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通しており、常にインクで満たされている。インク溜まり３には、その延在方向に沿って開口３ｂが２つずつ対になって、アクチュエータユニット２１が設けられていない領域に千鳥状に設けられている。
【００３０】
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４及び図５に示すように、インク溜まり３は、開口３ｂを介してその下層にある流路ユニット４内のマニホールド５と連通している。開口３ｂには、インク内に含有される塵埃などを捕獲するためのフィルタ（図示せず）が設けられている。マニホールド５は、その先端部が２つに分岐して副マニホールド５ａとなっている。１つのアクチュエータユニット２１の下部には、当該アクチュエータユニット２１に対してインクジェットヘッド１の長手方向両隣にある２つの開口３ｂからそれぞれ２つの副マニホールド５ａが進入してきている。つまり、１つのアクチュエータユニット２１の下部には、合計で４つの副マニホールド５ａがインクジェットヘッド１の長手方向に沿って延在している。各副マニホールド５ａは、インク溜まり３から供給されたインクで満たされている。
【００３１】
図６は、図５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５及び図６に示すように、アクチュエータユニット２１の上面には、平面形状がほぼひし形の個別電極３５がマトリクス状に規則的に配列されている。また、流路ユニット４のアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域の表面には、多数のインク吐出口８がマトリクス状に配列されている。流路ユニット４内には、共に各インク吐出口８と連通した、平面形状が個別電極３５よりも一回り大きいほぼひし形の圧力室（キャビティ）１０と、アパーチャ１２とがそれぞれマトリクス状に規則的に配列されている。圧力室１０は、個別電極３５と対応する位置に形成されており、平面視において個別電極３５の大部分は圧力室１０に含まれている。なお、図５及び図６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。さらに、図５及び図６において、後述する溝部６１の図示を省略している。
【００３２】
図７は、図４に描かれたヘッド本体１ａの圧力室長手方向に沿った部分断面図である。各インク吐出口８は、図７からも分かるように、先細形状のノズルの先端に形成されている。各インク吐出口８は、圧力室１０（長さ９００μｍ、幅３５０μｍ）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、インクジェットヘッド１には、インクタンクからインク溜まり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を経てインク吐出口８に至るインク流路３２が形成されている。
【００３３】
また、図７から明らかなように、圧力室１０とアパーチャ１２とは異なる高さに設けられている。これにより、図６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。
【００３４】
圧力室１０は、図５及び図６に描かれた平面内において、インクジェットヘッド１の長手方向（第１配列方向）と、インクジェットヘッド１の幅方向からやや傾いた方向（第２配列方向）との２方向にインク吐出領域内で配列されている。第１配列方向と第２配列方向は、直角よりもやや小さい角度θをなしている。このうち、第２配列方向は、図６に描かれた圧力室１０の左下又は右上の一斜辺に沿った方向に相当する。インク吐出口８は、第１配列方向には５０ｄｐｉで配列されている。一方で、圧力室１０は、第２配列方向には１つのアクチュエータユニット２１に対応するインク吐出領域内に１２個が含まれるように配列されている。これにより、インクジェットヘッド１の全幅内で、第１配列方向に隣接する２つのインク吐出口８間の距離だけ離隔した範囲には、１２個のインク吐出口８が存在するようになっている。なお、各インク吐出領域の第１配列方向についての両端部（アクチュエータユニット２１の斜辺に相当する）では、インクジェットヘッド１の幅方向に対向する別のアクチュエータユニット２１に対応するインク吐出領域と相補関係となることで上記条件を満たしている。そのため、本実施の形態によるインクジェットヘッド１では、第１及び第２配列方向に配列された多数のインク吐出口８から、インクジェットヘッド１の幅方向への用紙に対する相対的な移動に伴って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可能になっている。
【００３５】
次に、図８を参照して、流路ユニット４の構造をより詳細に説明する。図８は、圧力室１０、インク吐出口８及びアパーチャ（制限流路）１２の三者の位置関係を示す模式的な図である。図８に示すように、圧力室１０は、第１配列方向に所定の間隔である５０ｄｐｉで列状に配列されている。このような圧力室１０の列は、第２配列方向には１２列配列されて、全体として圧力室１０は１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内において２次元配列をしている。
【００３６】
圧力室１０には、ノズルが図８中上側の鋭角部に接続されている圧力室１０ａと、下側の鋭角部に接続されている圧力室１０ｂとの２種類がある。複数の圧力室１０ａ及び複数の圧力室１０ｂは、共に第１配列方向に配列されて圧力室列１１ａ、１１ｂをそれぞれ形成している。図８に示すように、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内においては、図８中下側から順に２列の圧力室列１１ａが配列され、その上側に隣接して２列の圧力室列１１ｂが配列されている。このような２列の圧力室列１１ａと２列の圧力室列１１ｂとの合わせて４列の圧力室列を１組とした圧力室列の組が、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内において、下側から３回繰り返して配列されている。各圧力室列１１ａ、１１ｂ中の各圧力室の上側鋭角部を結ぶ直線は、この圧力室列に上側から隣接する圧力室列中の各圧力室の下側斜辺と交差している。
【００３７】
上述のように、図８の紙面に対して垂直な方向から見て、圧力室１０に接続されたノズルの配置位置が異なる第１の圧力室列１１ａと第２の圧力室列１１ｂとを２列ずつ隣接して配列することにより、全体として圧力室１０は規則正しく整列している。一方、ノズルは、これら４列の圧力室列を１組とした圧力室列の組の中において中央領域に集まって配列されることになる。これにより、上述のように、４列の圧力室列を１組として、下側から３回繰り返して圧力室列の組を配置した場合、圧力室列の組と組との境界近傍領域、すなわち、このような４列の圧力室列からなる組の両側には、ノズルが存在しない領域が形成される。そして、そこに各圧力室１０にインクを供給するための幅の広い副マニホールド５ａが延設されている。本案施の形態では、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内において、図中下側に１本、一番下側の圧力室列の組と二番目の圧力室列の組との間に１本、一番上側の圧力室列の組の両側に２本、合わせて４本の幅の広い副マニホールド５ａが第１配列方向に延設されている。
【００３８】
図８に示すように、インクを吐出するインク吐出口８に連通するノズルは、第１配列方向には、この方向に規則正しく並ぶ圧力室１０に対応して、５０ｄｐｉの等間隔で配列されている。また、第１配列方向と角度θで交差している第２配列方向にも１２個の圧力室１０が規則正しく配列されているのとは異なり、これら１２個の圧力室１０に対応した１２個のノズルは、上述したように圧力室１０の上側の鋭角部に連通したものと下側の鋭角部に連通したものとがあって、第２配列方向に規則的に一定の間隔で配列されていない。
【００３９】
他方、ノズルが圧力室１０の同じ側の鋭角部に常に連通している場合には、ノズルも第２配列方向の方向に規則的に一定の間隔で配列されることになる。すなわち、この場合、ノズルは、図中下側から上側に１圧力室列上がるごとに第１配列方向に印字時の解像度である６００ｄｐｉに相当する間隔ずつ変位するように配列される。これに対して、本実施の形態では、２列の圧力室列１１ａと２列の圧力室列１１ｂとの合わせて４列の圧力室列を１組として、これが下側から３回繰り返して配列されているので、図中下側から上側に１圧力室列上がるごとのノズル位置の第１配列方向への変位は常に同じではない。
【００４０】
本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、第１配列方向に５０ｄｐｉに相当する幅（約５０８．０μｍ）を有し、この第１配列方向と直交する方向に延在する帯状領域Ｒについて考える。この帯状領域Ｒの中には、１２列の圧力室列の内の何れの列についても、ノズルが１つしか存在していない。すなわち、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内の任意の位置に、このような帯状領域Ｒを区画した場合、この帯状領域Ｒ内には、常に１２個のノズルが分布している。そして、これら１２個の各ノズルを第１配列方向に延びる直線上に射影した点の位置は、印字時の解像度である６００ｄｐｉに相当する間隔ずつ離隔している。
【００４１】
１つの帯状領域Ｒに属する１２個のノズルを第１配列方向に延びる直線上に射影した位置が左にあるものから順に、これら１２個のノズルを(1)〜(12)と記することにしたとき、これら１２個のノズルは、下から、(1)、(7)、(2)、(8)、(5)、(11)、(6)、(12)、(9)、(3)、(10)、(4)の順番に並んでいる。
【００４２】
このように構成された本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、アクチュエータユニット２１内の活性層を適宜駆動させると、６００ｄｐｉの解像度を有する文字や図形等を描画することができる。つまり、１２列の圧力室列に対応した活性層を印字媒体の搬送に合わせて順次選択的に駆動することで、特定の文字や図形を印字媒体に印刷することができる。
【００４３】
例えば、６００ｄｐｉの解像度で第１配列方向に延びる直線を印字する場合について説明する。まず、ノズルが圧力室１０の同じ側の鋭角部に連通している場合について簡単に説明する。この場合には、印字蝶体が搬送されるのに対応して、図８中一番下に位置する圧力室列中のノズルからインクの吐出を始め、順次上側に隣接する圧力室列に属するノズルを選択してインクを吐出する。これにより、インクのドットが第１配列方向に向かって６００ｄｐｉの間隔で隣接しながら形成されていく。最終的には、全体で６００ｄｐｉの解像度で第１配列方向に延びる直線が描かれることになる。
【００４４】
一方、本案施の形態では、図８中一番下に位置する圧力室列１１ａ中のノズルからインクの吐出を始め、印字媒体が搬送されるのに伴って順次上側に隣接する圧力室に連通するノズルを選択してインクを吐出していく。このとき、下側から上側に１圧力室列上がるごとのノズル位置の第１配列方向への変位が常に同じでないので、印字媒体が搬送されるのに伴って第１配列方向に沿って順次形成されるインクのドットは、６００ｄｐｉの間隔で等間隔にはならない。
【００４５】
すなわち、図８に示したように、印字媒体が搬送されるのに対応して、まず図中一番下の圧力室列１１ａに連通するノズル(1)からインクが吐出され、印字媒体上に５０ｄｐｉに相当する間隔（約５０８．０μｍ）でドット列が形成される。この後、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から２番目の圧力室列１１ａに連通するノズル(7)の位置に達すると、このノズル(7)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドット位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）の６倍だけ第１配列方向に変位した位置（約４２．３μｍ×６＝約２５４．０μｍ）に２番目のインクドットが形成される。
【００４６】
次に、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から３番目の圧力室列１１ｂに連通するノズル(2)の位置に達すると、ノズル(2)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドット位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）だけ第１配列方向に変位した位置に３番目のインクドットが形成される。さらに、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から４番目の圧力室列１１ｂに連通するノズル(8)の位置に達すると、ノズル(8)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドットの位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）の７倍だけ第１配列方向に変位した位置（約４２．３μｍ×７＝約２９６．３μｍ）に４番目のインクドットが形成される。さらに、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から５番目の圧力室列１１ａに連通するノズル(5)の位置に達すると、ノズル(5)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドット位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）の４倍だけ第１配列方向に変位した位置（約４２．３μｍ×４＝約１６９．３μｍ）に５番目のインクドットが形成される。
【００４７】
以下同様にして、順次図中下側から上側に位置する圧力室１０に連通するノズルを選択しながらインクドットが形成されていく。このとき、図８中に示したノズルの番号をＮとすると、（倍率ｎ＝Ｎ−１）×（６００ｄｐｉに相当する間隔）に相当する分だけ、始めに形成されたドット位置から第１配列方向に変位した位置にインクドットが形成される。最終的に１２個のノズルを選択し終わったときには、図中一番下の圧力室列１１ａ中のノズル(1)により５０ｄｐｉに相当する間隔（約５０８．０μｍ）で形成されたインクドットの間が６００ｄｐｉに相当する間隔（約４２．３μｍ）毎に離れて形成された１２個のドットで繋げられ、全体で６００ｄｐｉの解像度で第１配列方向に延びる直線を描くことが可能になっている。
【００４８】
次に、本実施の形態によるインクジェットヘッド１の断面構造について説明する。図９は、図４に描かれたヘッド本体１ａの部分分解斜視図である。図７及び図９に示すように、インクジェットヘッド１の底部側の要部は、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。
【００４９】
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１１参照）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からインク吐出口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、アパーチャ１２のほかに圧力室１０からインク吐出口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からインク吐出口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からインク吐出口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からインク吐出口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、ノズルとして機能する先細のインク吐出口８がそれぞれ設けられた金属プレートである。
【００５０】
これら１０枚のシート２１〜３０は、図７に示すようなインク流路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インク吐出口８へと向かう。
【００５１】
次に、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１０は、アクチュエータユニット２１の拡大平面図である。図１１は、図４に示すヘッド本体１ａの図１０のXI−XI線に沿った部分断面図である。
【００５２】
図１０に示すように、アクチュエータユニット２１の上面であって平面視で各圧力室１０と実質的に重なり合う位置には、厚さ１．１μｍ程度の個別電極３５がそれぞれ設けられている。個別電極３５は、ほぼひし形の主電極部３５ａと、主電極部３５ａの一方の鋭角部から連続して形成された、主電極部３５ａよりも小さいほぼひし形の補助電極部３５ｂとからなる。補助電極部３５ｂは、主電極部３５ａの鋭角部に接続されており、この接続部はくびれた形状を有している。主電極部３５ａは、圧力室１０よりも一回り小さくほぼこれと相似形状を有しており、平面視において圧力室１０に収まるように配置されている。また、補助電極部３５ｂは、平面視においてそのほとんどの領域が圧力室１０からはみ出している。アクチュエータユニット２１の上面の個別電極３５以外の領域には、後述する圧電シート４１が露出している。
【００５３】
本実施の形態のインクジェットヘッド１において、各個別電極３５の主電極部３５ａの鋭角部近傍を除いた部分は、幅３０μｍ程度、深さ２０〜２５μｍ程度の溝部６１によって包囲されている。この溝部６１は、インクジェットヘッド１の長手方向である第１配列方向において、圧力室１０の一方側に配置された溝部６１ａと、他方側に配置された溝部６１ｂとからなる。いずれの溝部６１ａ、６１ｂも主電極部３５ａの外縁からやや離隔した「くの字」状（Ｖ字状）を有し、平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置に形成されている。ここでは、２つの溝部６１ａ、６１ｂは、インクジェットヘッド１の幅方向からやや傾いた第２配列方向において、主電極部３５ａの鋭角な先端（鋭角部）からやや離れた位置から、平面視で圧力室１０の内壁に沿って延び、主電極部３５ａと補助電極部３５ｂとが接続されるくびれ部近傍まで延設されている。溝部６１ａ、６１ｂは、図１１に示すように、活性層を含む圧電シート４１を貫通しており、その底部は圧電シート４２の半分程度の厚さ位置にまで達している。
【００５４】
図１１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。そして、アクチュエータユニット２１には、個別電極３５及び共通電極３４の電位を制御する信号を供給するためのＦＰＣ１３６が貼り付けられる。ＦＰＣ１３６は、個別電極３５の補助電極部３５ｂに対してハンダ付けにより固定され、電気的に接続される。圧電シート４１〜４４は、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。本実施の形態において、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。
【００５５】
最上層にある圧電シート４１とその下方に隣接した圧電シート４２との間には、シート全面に形成された厚み２μｍ程度の共通電極３４が介在している。また、上述したように、アクチュエータユニット２１の上面つまり圧電シート４１の上面には、平面形状が圧力室１０と相似形状（長さ８５０μｍ、幅２５０μｍ）を有し且つ積層方向への射影領域が圧力室領域に含まれる主電極部３５ａと、主電極部３５ａよりも小さいほぼひし形の補助電極部３５ｂとからなる個別電極３５が、圧力室１０ごとに形成されている。さらに、圧電シート４３と圧電シート４４との間、及び、圧電シート４２と圧電シート４３との間には、アクチュエータユニット２１を補強するための補強用金属膜３６ａ、３６ｂがそれぞれ介在している。補強用金属膜３６ａ、３６ｂは、共通電極３４と同様にシート全面に形成され且つこれとほぼ同じ厚さを有している。本実施の形態において、個別電極３５は下地にＮｉ（膜厚１μｍ程度）、表層にＡｕ（膜厚０．１μｍ程度）が形成された積層金属材料からなるものであり、共通電極３４及び補強用金属膜３６ａ、３６ｂは、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料からなるものである。補強用金属膜３６ａ、３６ｂは電極として作用するものではなく必ずしも設ける必要もないが、補強用金属膜３６ａ、３６ｂがあることで焼結後の圧電シート４１〜４４の脆さを補うことができ、圧電シート４１〜４４がハンドリングし易くなるという利点がある。
【００５６】
共通電極３４は、図示しない領域においてＦＰＣ１３６を介して接地されている。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、ほぼひし形の補助電極部３５ｂにおいて、個別電極３５ごとに独立してＦＰＣ１３６内に配線されたリード線（図示せず）と接触しており、このリード線を介してドライバＩＣ１３２に接続されている。このように、本実施の形態では、平面視において圧力室１０の外側にある補助電極部３５ｂにおいて個別電極３５とＦＰＣ１３６とが接続されていることにより、アクチュエータユニット２１の積層方向への伸縮が阻害されることが少なく、圧力室１０の容積変化量を大きくすることができるようになっている。なお、共通電極３４は、積層方向への射影領域が圧力室領域を含むように圧力室１０よりも大きいものが圧力室１０ごとに多数形成されてもよいし、或いは、射影領域が圧力室領域に含まれるように圧力室１０よりもやや小さいものが圧力室１０ごとに多数形成されてもよく、必ずしもシート全面に形成された１枚の導電シートである必要はない。ただし、このとき、圧力室１０に対応する部分がすべて同一電位となるように共通電極どうしが電気的に接続されていることが必要である。
【００５７】
本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、圧電シート４１〜４４の分極方向はその厚み方向となっている。つまり、アクチュエータユニット２１は、最上側（つまり、圧力室１０から最も離れた側）の圧電シート４１を外部電界の印加で変形する活性層が存在する層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い側）３枚の圧電シート４２〜４４を活性層の変形によって変形する非活性層とした、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を共通電極３４に対して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４１〜４３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、最上層の圧電シート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１１で示したように、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の上面に固着されているので、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、インク吐出口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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、圧電シート４１〜４４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、インク吐出口８からインクを吐出する。
【００６０】
上述したように、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は、アクチュエータユニット２１の非活性層側が圧力室を区画する隔壁２２の上面に固定され、最上層の圧電シート４１だけが圧電効果による自発的な変位を生じる活性層を含むように構成されている。固定されていない最上層の圧電シート４１に活性層が含まれていることから、このままでは、外部電界の印加に伴う活性層の変位は、隣接する領域にも伝搬してしまう。しかし、各個別電極３５の主電極部３５ａの鋭角部近傍を除いた部分に圧電シート４２に達する溝部６１ａ、６１ｂが形成され、これら２つの溝部６１ａ、６１ｂが、圧力室１０の第２配列方向において主電極部３５ａの鋭角部からやや離れた位置から平面視で圧力室１０に沿って、主電極部３５ａと補助電極部３３５ｂとが接続されるくびれ部近傍まで延設されている。このため、個別電極３５に電圧を印加したときに大きな変位を生じる主電極部３５ａの中心部から圧電シート４１の面方向に見回した場合、面内のほとんどの方向に少なくとも１つの溝部６１が存在することになる。したがって、溝部６１が形成されていない場合に比べて、ある圧力室１０に対応する部分の活性層が変形したとしても、隣接する別の圧力室１０に対応する部分の圧電シート４１の変形量は小さくなる。つまり、本来インクを吐出すべきでないインク吐出口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する、いわゆるクロストークの発生が抑制される。よって、良好な画質の画像を印刷可能となってインクジェットプリンタの品質が向上すると共に、圧力室１０をより一層高密度に配置することができるようになって、さらに高解像度の画像を形成することが可能となる。
【００６１】
活性層が駆動される際、流路ユニット４との固定部から最も離れた圧電シート４１は、その他の圧電シート４２、４３、４４よりも変形量が大きい。したがって、圧電シート４１の上面、すなわち、アクチュエータユニット２１において圧力室１０対向面とは反対側の面に溝部６１ａ、６１ｂが形成されていることにより、隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを効果的に削減することが可能となっている。また、溝部６１ａ、６１ｂを圧電シート４１の上面に形成するので、製造工程が簡易で製造しやすく、しかも溝部６１ａ、６１ｂを高い位置精度で形成することができる。
【００６２】
本実施の形態のインクジェットヘッド１において、共通電極３４を貫いて圧電シート４２に達している溝部６１ａ、６１ｂは、主電極部３５ａを完全に取り囲む環状には形成されていない。そのため、主電極部３５ａ内に対応する部分の共通電極３４が他の部分から分離されることがなく、共通電極３４は一体の連続したものとなっている。よって、共通電極３４への配線が容易なものとなっている。
【００６３】
アクチュエータユニット２１は、活性層を含む圧力室１０から最も離れた圧電シート４１と流路ユニット４との間に、３枚の非活性層としての圧電シート４２〜４４が配置されたユニモルフ構造となっている。そのため、活性層の有する圧電横効果により圧力室１０の容積変化量を大きくすることができて、圧力室１０側が活性層を含む層でその反対側が非活性層のインクジェットヘッドと比較して、個別電極３５に印加される電圧の低電圧化及び／又は圧力室１０の高集積化を図ることが可能となる。印加電圧の低電圧化を図ることにより、個別電極３５を駆動するドライバを小型化できてコストを抑えることができ、圧力室１０を小さくして高集積化を図ったときであっても十分な量のインクを吐出することが可能となって、ヘッド１の小型化と印刷ドットの高密度配置が実現される。また、活性層を含む層を１層とすることで、圧力室１０の容積変化量を比較的大きくすることができ、従って、個別電極３５の駆動電圧の低電圧化と共に圧力室１０の小型化及び高集積化を図ることが可能となることが本発明者によって確認された。
【００６４】
また、本実施の形態のインクジェットヘッド１では、最も圧力室１０から離れた圧電シート４１が活性層を含む層となるように構成されることにより、活性層の変形を規制する別の層が活性層上にないことになる。これにより、最も圧力室１０から離れた圧電シートが非活性層である場合に比較して、活性層の有する圧電横効果による圧力室１０の容積変化量をより大きくすることができる。また、活性層に隣接して溝部６１ａ、６１ｂを形成することによる顕著なクロストーク抑制効果を得ることができる。
【００６５】
インクジェットヘッド１は、アクチュエータユニット２１の圧力室から最も離れた圧電シート４１だけが活性層を含む層であって、その圧力室側にある面とは反対側の面（上面）上だけに個別電極３５が形成されたものである。そのため、アクチュエータユニット２１を作製する際に、平面視で重なるようにアクチュエータ２１の内部に設けられた個別電極に対して電気的に接続するためのスルーホールを形成する必要もなく、容易に製造可能である。
【００６６】
インクジェットヘッド１は、活性層が存在する圧電シート４１と非活性層である圧電シート４２〜４４とが同じ材料で形成されているために、材料を交換する手間が不要となり、比較的簡略な製造工程により製造可能である。そのため、製造コストを低減できることが期待される。さらに、活性層を含む圧電シート４１と非活性層である圧電シート４２〜４４とがすべて実質的に同じ厚みを有していることからも、製造工程の簡略化によるコスト削減を図ることができる。なぜなら、圧電シートとなるセラミックス材料を塗布積層していくときの厚さ調整工程を簡単に行うことができるようになるからである。
【００６７】
上述のように、共通電極３４と個別電極３５とで挟まれた圧電シート４１の部分は、両電極３４、３５の間に電圧が印加されると、圧電効果により変形する。例えば、圧電シート４１は電圧の印加によりその厚み方向に伸びると、面方向に縮む。このとき、圧電シート４１と圧力室１０との間には、別の圧電シート４２、４３、４４が非活性層として存在しているので、アクチュエータユニット２１の活性層部分は全体として圧力室１０側に凸となるように変形する。このときのアクチュエータユニット２１の変位量は、圧力室１０との相対位置に依存して場所ごとに異なる。すなわち、隔壁２２によって変位が規制されるアクチュエータユニット２１の変位量は、隔壁２２間の幅が広い圧力室１０の中央部で一番大きく、隔壁２２間の幅が狭い圧力室１０の鋭角部近傍で最も小さくなる。
【００６８】
ここで、厚み方向への変位量が大きい圧力室１０の中央部の近傍領域では、圧電シート４１に形成された活性層の面方向の変位と厚み方向の変位とが合成された変位が周囲に伝搬する。この圧力室１０の中央部に隣接して別の圧力室１０が配置されていると、伝搬した変位は別の圧力室１０に対してクロストークとなってインク吐出に悪影響を及ぼす。本実施の形態においては、上述したように、個別電極３５の主電極部３５ａの鋭角部近傍を除いた部分が、圧電シート４２の半分程度の厚さ位置まで達する溝部６１によって包囲されている。これにより、圧力室１０の中央部の近傍領域における不必要な変位の伝播を効果的に防いでいる。
【００６９】
一方、圧力室１０の鋭角部近傍では、両電極３４、３５の間に電圧が印加されて面方向の変位が生じても、厚み方向の変位量が非常に小さいか或いはほとんどない。しかも、アクチュエータユニット２１が流路ユニット４の隔壁２２に固定されていることから、活性層の面方向への変位も伝搬しにくい。そのため、この圧力室１０の鋭角部に隣接する別の圧力室１０に面方向の変位がやや伝搬するものの、伝搬した変位がクロストークとなってインク吐出に悪影響を及ぼすことがほとんどない。そのため、図１０に示すように、圧力室１０の鋭角部近傍には、溝部６１は形成されていない。さらに、圧力室１０の鋭角部近傍に溝部６１を設けないことにより、圧電シート４１を挟むように形成されている共通電極３４の連続性も確保されている。
【００７０】
次に、本実施の形態によるインクジェットヘッド１の製造方法について、さらに図１２を参照しつつ説明する。
【００７１】
インクジェットヘッド１を製造するには、まず流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１をそれぞれ並行して別個に作製し、その後両者を接着する。流路ユニット４を作製するには、これを構成する各プレート２２〜３０に、パターニングされたフォトレジストをマスクとしたエッチングを施して、図７及び図９に示すような開孔及び凹部を各プレート２２〜３０のそれぞれに形成する。その後、インク流路３２が形成されるように９枚のプレート２２〜３０を接着剤を介在させつつ重ね合わせ、接着することで流路ユニット４を作製する。
【００７２】
一方、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のグリーンシート上に、補強用金属膜３６ａとなる導電性のペーストをパターン印刷する。それと並行して、圧電シート４３となるセラミックス材料のグリーンシート上に補強用金属膜３６ｂとなる導電性のペーストをパターン印刷すると共に、圧電シート４２となるセラミックス材料のグリーンシート上に共通電極３４となる導電性のペーストをパターン印刷する。その後、圧電シート４１〜４４となる４枚のグリーンシート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。しかる後、焼成された積層物の圧電シート４１上に個別電極３５を形成する。個別電極３５は、例えば、圧電シート４１上に導電膜を全面めっきし、レーザパターニングにより不要部分を除去するか、或いは、個別電極３５に対応する部分に開口を有するマスクを用いて圧電シート４１上に導電膜をＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理的蒸着）などで蒸着させることにより形成されてよい。ここまでの工程によりアクチュエータユニット２１の作製が終了する。
【００７３】
なお、上述した焼成時の蒸発を考慮するのであれば、圧電シート４１〜４４の焼成後に、金属ペーストからなる個別電極３５をパターン印刷し、さらに個別電極３５を焼成してもよい。この場合、圧電シート４１〜４４の焼成時に、圧電シート４１〜４４が既に十分収縮してしまっているので、個別電極の焼成時には収縮による圧電シート４１〜４４の寸法変化がほとんどない。したがって、メッキ法や蒸着法を用いて形成する場合と同様に、個別電極３５を対応する圧力室１０と精度良く位置合わせすることができる。
【００７４】
また、先に述べたように、補強用金属膜３６ａ、３６ｂを設けることで圧電シート４１〜４４の脆さを補い、圧電シート４１〜４４のハンドリング性を向上させることができるが、必ずしも補強用金属膜３６ａ、３６ｂを設ける必要はない。例えば、アクチュエータユニット２１のサイズが１インチ程度であれば、補強用金属膜３６ａ、３６ｂを設けなくても、脆さにより圧電シート４１〜４４のハンドリング性が損なわれることはない。
【００７５】
さらに、本実施の形態では、上述のように、圧電シート４１上にのみ個別電極３５が形成される。一方、圧電シート４１以外の圧電シート４２〜４４上にも個別電極を形成する場合には、かかる個別電極を圧電シート４１〜４４の積層及び焼成前に所望の圧電シート４１〜４４上に印刷しなければならなくなる。したがって、焼成時に生じる圧電シート４１〜４４の収縮のために、圧電シート４２〜４４上の個別電極の位置精度と、圧電シート４１上の個別電極３５の位置精度とに差が生じてしまう。しかし、本実施の形態では圧電シート４１上にのみ個別電極３５を形成するようにしているので、かかる位置精度の差が生じることがなく、個別電極３５は、対応する圧力室１０と精度よく位置合わせされることになる。
【００７６】
次に、上述のようにして作製されたアクチュエータユニット２１は、圧電シート４４とキャビティプレート２２とが接触するように、接着剤により流路ユニット４と接着される。この際、流路ユニット４のキャビティプレート２２の表面及び圧電シート４１の表面にそれぞれ形成された位置合わせのための目印に基づいて両者が接着される。
【００７７】
次に、図１２に示すように、個別電極３５の主電極部３５ａをそれぞれ基準にして、平面視で圧力室１０の外縁やや外側にレーザビームが照射されるよう出射方向を制御しつつ例えばＹＡＧレーザを用いてレーザ加工を行う。このレーザ加工によって圧電シート４２の半ばまで達する「くの字」状（Ｖ字状）の溝部６１ａ、６１ｂを各主電極部３５ａの両側に形成する。
【００７８】
その後、個別電極３５に電気信号を供給するためのＦＰＣ１３６をアクチュエータユニット２１上にハンダ付けにより電気的に接合し、さらに所定の工程を経ることによってインクジェットヘッド１の製造が完了する。
【００７９】
以上説明した製造方法では、圧電シート４１〜４４を積層する際に隣接する圧電シート間に個別電極を形成しない、つまり、圧力室１０から最も離れた圧電シート４１だけに活性層が含まれるようにしているので、平面視で重なるように設けられた個別電極同士を互いに接続するためのスルーホールを圧電シート４１〜４４に形成する必要がない。そのため、上述したように、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は、比較的簡易な工程により低コストで製造可能である。
【００８０】
なお、上述した製造方法では、個別電極３５のみ、共通電極３４及び補強用金属膜３６ａ、３６ｂとは異なり圧電シート４１〜４４となるセラミックス材料と一緒に焼成しない。これは、個別電極３５が露出しているために、焼成時の高温加熱により蒸発しやすく、セラミックス材料に被覆された共通電極３４などに比べて厚みの制御が困難だからである。しかしながら、共通電極３４なども焼成時に多少なりとも厚みが減少するので、焼成後の連続性を維持することを考慮するとその厚みを薄くすることが難しい。一方、個別電極３５は、焼成後に上述したような手法で形成するために、共通電極３４などよりも薄く形成することが可能である。このように、本実施の形態のインクジェットヘッド１では、最も上層にある個別電極３５を共通電極３４よりも薄くすることで、活性層である圧電シート４１の変位が個別電極３５によって規制されづらくなって、インクジェットヘッド１における圧力室１０の容積変形量を向上させている。
【００８１】
本実施の形態において、溝部６１ａ、６１ｂは上から２番目の圧電シート４２に達するように形成されているが、溝部は最上層の圧電シート４１内だけに収まるように、つまり上から２番目の圧電シート４２に達しないように形成されていてもよい。或いは、溝部は、上から３番目又は４番目の圧電シート４３、４４に達するように形成されていてもよい。なお、溝部を上から２番目以下の圧電シートに達するように形成する場合、共通電極３４が複数に分離されることがないように溝部を環状とせず、少なくとも一部において他の領域とつながるようにすることが好ましい。ただし、各共通電極のための配線を設けるようにすれば、共通電極が溝部のために複数に分割されていてもよい。
【００８２】
本実施の形態では、凹部として細長い溝部６１ａ、６１ｂを形成したが、凹部の形状は細長い溝とする必要はなく、例えば平面形状が円形の凹部を隣接する圧力室１０の間に対応した領域に一または複数形成するようにしてもよい。ただし、細長い溝部とすることは、よりクロストークの抑制効果を高めることができる点で好ましい。
【００８３】
本実施の形態では、凹部として平面視で圧力室１０の外縁に対応した細長い溝部６１ａ、６１ｂを形成しているが、このような細長い溝部を圧力室の各外縁につき２本以上並列に設けてもよい。また、溝部の幅は圧電シートの動作を阻害しない範囲で任意に変更可能である。
【００８４】
本実施の形態では、レーザ加工により溝部６１ａ、６１ｂを形成しているが、溝部はレーザ加工以外に、パターニングされたフォトレジストをマスクとしたエッチングなど様々な方法によって形成することが可能である。
【００８５】
また、凹部はアクチュエータユニット２１と流路ユニット４とを接着する前に形成してもよいし、上述のように接着した後に形成してもよい。さらに、最上層の圧電シート４１上に個別電極３５を形成する場合には、当該圧電シート４１上の全面に導電膜を形成した後にレーザ加工によって個別電極３５となる領域以外の導電膜を除去し、この導電膜除去に併せて圧電シート４１に凹部を形成するようにしてもよい。
【００８６】
また、上述の実施の形態では、圧力室１０から最も離れた最上層の圧電シート４１だけに活性層を形成しているが、最上層の圧電シート４１は必ずしも活性層を含んでいなくてもよく、また、最上層の圧電シート４１に加えてそれ以外の圧電シートに活性層を形成してもよい。これらの場合であっても、十分なクロストークの抑制効果を得ることができる 。さらに、上述の実施の形態では非活性層はすべて圧電シートであるが、非活性層として圧電シート以外の絶縁シートを用いてもよい。
【００８７】
次に、本発明の第２〜第６の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。なお、これら実施の形態によるインクジェットヘッドは、アクチュエータユニットに形成される溝部の位置及び形状においてのみ第１の実施の形態と相違している。そこで、これらの実施の形態にかかる図面において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
図１３は、本発明の第２の実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。図１４は、図１３のＸIII−ＸIII線に沿った断面図である。
【００８９】
図１３に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニット２１’の上面であって第１配列方向に隣接する２つの個別電極３５の間には、主電極部３５ａの鋭角部近傍を除いた部分に対応して、主電極部３５ａの長い方の対角線と平行に、ほぼ直線状の溝部６１ｃが設けられている。溝部６１ｃは、図１４に示すように、アクチュエータユニット２１’を貫通しており、その底部はキャビティプレート２２の上面に達している。
【００９０】
このような形態を有するアクチュエータユニット２１’は、上述のようにアクチュエータユニット２１’を構成する各圧電シートに、補強用金属膜３６ｂや共通電極３４となる導電性ペーストをパターン印刷して重ね合わせ、所定の温度で焼成され、さらに焼成された積層物において圧電シート４１上に個別電極３５を形成することで得られる。溝６１ｃとなる直線状の貫通孔は、アクチュエータユニット２１’を接着剤により流路ユニット４に固定した後にＹＡＧレーザの出力や照射回数、出射方向を調整しながらレーザ加工を行うことで穿設される。その後、図１４に示すように、個別電極３５に電気信号を供給するためのＦＰＣ１３６をアクチュエータユニット２１’上に貼り付けて、インクジェットヘッド１の製造が完了する。
【００９１】
以上説明した溝部６１ｃの形態では、溝部６１ｃがアクチュエータユニット２１’の表面からその反対側の面に達する貫通孔として形成されているので、個別電極３５と共通電極３４３との間に電圧を印加することにより生じる活性層の変位を、隣接する圧力室側へ伝搬させるセラミックス材料自体が存在していない。これにより、より効果的に隣接する圧力室側への変位の伝搬、すなわち、クロストークを抑制することができる。また、図１４に示すように、貫通孔である溝部６１ｃは、流路ユニット４の隣接する圧力室の間の部分に対応して、アクチュエータユニット２１’を確実に接着固定できるだけの肉厚を残してアクチュエータユニット２１’に形成されているので、圧電素子としての機械的剛性を高く保つことができ、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を高めることができる。
【００９２】
また、溝部６１ｃ内は、溝部６１ｃ内に露出した電極の腐食を防止するためにシリコンゴム７１で埋め込まれていてもよい。シリコンゴム７１は、圧電シート４１〜４４に比較して、変形を伝播しにくい材料である。
【００９３】
このように溝部６１ｃがアクチュエータユニット２１’を貫通していることにより、ある圧力室１０に対応する活性層を駆動させたときに隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを極めて効果的に削減することが可能となっている。
【００９４】
なお、このようにアクチュエータユニットを貫通する溝部は、本実施の形態だけではなく、上述した第１の実施の形態や、後述する第３〜第５の実施の形態においても採用することが可能である。また、本実施の形態において、溝部６１ｃをアクチュエータユニット２１’を貫通しないものとしてもよい。この場合、隣接する個別電極３５間に形成される溝が１本だけになるので、第１の実施の形態に比べて製造工程が簡略化される。
【００９５】
次に、本発明の第３の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図１５は、本実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【００９６】
図１４に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニットの上面には、各個別電極３５の主電極部３５ａの右下側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）から、当該個別電極３５に対して第１配列方向右側に隣接する個別電極３５の主電極部３５ａの左上側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）にかけて、ほぼ直線状の溝部６１ｄが設けられている。溝部６１ｄは、圧電シート４１を貫通しており、その底部は圧電シート４２の半ばまで達している。本実施の形態においても、溝部６１ｄが設けられていることにより、第１の実施の形態と同様に、ある圧力室１０に対応する活性層を駆動させたときに隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを削減することが可能である。
【００９７】
次に、本発明の第４の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図１６は、本実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【００９８】
図１６に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニットの上面には、各個別電極３５の主電極部３５ａの左上側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）にほぼ直線状の溝部６１ｅが設けられていると共に、各個別電極３５の主電極部３５ａの右下側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）にほぼ直線状の溝部６１ｆが設けられている。溝部６１ｅ、６１ｆは、圧電シート４１を貫通しており、その底部は圧電シート４２の半ばまで達している。
【００９９】
溝部６１ｅの下方端部は、主電極部３５ａの左上側辺と左下側辺との接続部よりもやや下方に位置している。他方、溝部６１ｆの上方端部は、主電極部３５ａの右上側辺と右下側辺との接続部よりもやや上方に位置している。つまり、２つの溝部６１ｅと６１ｆとは、主電極部３５ａの長い方の対角線方向に関して若干オーバーラップしている。このように、それぞれが比較的短いものの主電極部３５ａの長い方の対角線方向に関して互いにオーバーラップするように溝部６１ｅ、６１ｆが設けられていることにより、第１の実施の形態と同様に、ある圧力室１０に対応する活性層を駆動させたときに隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを削減することが可能である。なお、溝部６１ｅの下方端部と６１ｆの上方端部が主電極部３５ａの長い方の対角線方向に関してオーバーラップしておらず、両者が主電極部３５ａの長い方の対角線方向に関してほぼ同じ位置にあっても、同様の効果が得られる。
【０１００】
次に、本発明の第５の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図１７は、本実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【０１０１】
図１７に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドにおいて、アクチュエータユニットの上面には、各個別電極３５の主電極部３５ａの左側辺からやや離隔しており平面視で圧力室１０の内壁とほぼ同じ位置（主電極部３５ａの鋭角部近傍を除く）に「くの字」状（Ｖ字状）の溝部６１ｇが設けられている。溝部６１ｇは、圧電シート４１を貫通しており、その底部は圧電シート４２の半ばまで達している。本実施の形態においても、溝部６１ｇが設けられていることにより、第１の実施の形態と同様に、ある圧力室１０に対応する活性層を駆動させたときに隣接する圧力室１０側に伝わる変形及びこれによって生じるクロストークを削減することが可能である。
【０１０２】
次に、本発明の第６の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。図１８は、本実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【０１０３】
図１８に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッドは、第１の実施の形態に形成された溝部６１ａ、６１ｂよりも長く、圧力室１０の鋭角部にさらに近い位置にまで延在した溝部６１ｈ、６１ｉを有している。このとき、図１８中において中央に描かれている圧力室１０の中心位置から、図１８中に描かれている当該圧力室１０に隣接する６個の圧力室１０方向を見たとき、どの方向にも少なくとも１つの溝部６１が存在しているために、極めて高いクロストーク抑制効果が得られる。
【０１０４】
また、上述の説明からも明らかなように、本実施の形態においては、大きな変位を生じる主電極部３５ａの中心位置から第２配列方向を見た場合、ある圧力室１０の中心位置と、第２配列方向に隣接する別の圧力室１０との間に少なくとも１つの溝部６１が存在することになる。したがって、ある圧力室１０に対応する活性層が変形したときにおける、第２配列方向に隣接する別の圧力室１０に対応する部分の圧電シート４１の変形量は、かかる溝部６１が形成されていない場合に比べて小さくなる。第２配列方向に隣接する圧力室１０は、印刷が行われる際に同時に駆動されることが多いため、本実施の形態のように、第２配列方向に隣接する圧力室１０の間に対応して少なくとも１つの溝部６１を形成することによって、画質に悪影響を及ぼすクロストークの発生を大幅に抑制することが可能である。
【０１０５】
上述した第１〜第６の実施の形態からも明らかなように、本発明において、アクチュエータユニットに形成される溝部の位置及び形状は種々変更が可能である。例えば、第１の実施の形態で説明した溝部６１ａ、６１ｂと、第２の実施の形態で説明した溝部６１ｃとの両方をアクチュエータユニットに形成してもよい。
【０１０６】
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設計変更が可能なものである。例えば、上述した実施の形態において、圧電シートや電極の材料は、上述したものに限らず、その他の公知の材料に変更してもよい。また、圧力室の平面形状や断面形状、配置形態、活性層を含む圧電シートの数、非活性層の数などは、適宜変更してよい。例えば、細長く形成されたアクチュエータユニット１つだけを流路ユニットに接着するようにいてもよい。また、活性層を含む圧電シートと非活性層とで層厚を異なる厚みにしてもよい。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、クロストークの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態によるインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの概略図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態によるインクジェットヘッドの斜視図である。
【図３】 図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】 図２に描かれたインクジェットヘッドに含まれるヘッド本体の平面図である。
【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である。
【図６】 図５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７】 図４に描かれたヘッド本体の部分断面図である。
【図８】 図５内に描かれた二点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図９】 図４に描かれたヘッド本体の部分分解斜視図である。
【図１０】 アクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１１】 図４に示すヘッド本体の図１０のXI−XI線に沿った部分断面図である。
【図１２】 図４に示すヘッド本体の製造途中の一過程における、図１１に対応した部分断面図である。
【図１３】 本発明の第２の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１４】 本発明の第２の実施の形態によるインクジェットヘッドのヘッド本体の部分断面図である。
【図１５】 本発明の第３の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１６】 本発明の第４の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１７】 本発明の第５の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【図１８】 本発明の第６の実施の形態によるインクジェットヘッドに含まれるアクチュエータユニットの拡大平面図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
１ａ ヘッド本体
４ 流路ユニット
５ マニホールド
５ａ 副マニホールド
８ インク吐出口
１０ 圧力室
１２ アパーチャ
２１ アクチュエータユニット
２２ キャビティプレート
３０ ノズルプレート
３２ インク流路
３４ 共通電極
３５ 個別電極
３５ａ 主電極部
３５ｂ 補助電極部
３６ａ，３６ｂ 補強用電極
４１ 圧電シート（活性層を含む層）
４２、４３、４４ 圧電シート（非活性層）
６１ａ、６１ｂ 溝部（凹部）
１０１ インクジェットプリンタ
１３６ フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）
Claims (15)
- 一端をノズルに他端をインク供給源にそれぞれ接続された複数の圧力室を含み、前記複数の圧力室がマトリクス状に互いに隣接配置された流路ユニットと、
前記圧力室の容積を変化させるために前記流路ユニットの一表面に固定されたアクチュエータユニットとを備えており、
前記アクチュエータユニットが、
複数の前記圧力室に跨って連続して配置されており、厚み方向に分極した圧電シートと、
前記圧電シートの一方側に配設され、一定電位に保たれた共通電極と、
前記圧電シートの他方側に配設され、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、
前記圧電シートの前記圧力室の間に対応した領域に形成された凹部と、
前記圧電シートと前記流路ユニットとの間に、複数の前記圧力室に跨って連続して配置された非活性層とを含んでおり、
前記アクチュエータユニットの前記個別電極に対応する個所は、当該個所に前記厚み方向への電界が印加されたときに、前記圧電シートの前記厚み方向と直交する方向への伸縮に伴ってユニモルフ変形を生じ、
前記凹部が前記圧電シート及び前記共通電極を貫通して前記非活性層の内部にまで達しており、前記共通電極が前記凹部によって複数に分離されておらず一つの連続体として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。 - 前記圧力室が平行四辺形状に形成されており、各圧力室の辺が互いに平行となるようにマトリクス状に配列され、
前記個別電極は前記圧力室と相似形に形成され、
前記凹部は前記圧力室を実質的に囲むように形成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。 - 前記凹部は前記圧力室の外縁に沿って形成されてい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。
- 前記凹部が、前記圧力室の鋭角部を除いた領域に対応して形成され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。
- 前記流路ユニットは前記複数の圧力室が一列に配置された列を複数備えており、
ある一つの前記列内の一つの圧力室と当該列内において当該圧力室に隣接する他の圧力室との間の領域に凹部が形成され、
前記一つの圧力室の中心から前記他の圧力室方向を見たときに、前記領域に少なくとも１つの凹部が形成され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。 - ある一つの圧力室と当該圧力室に隣接する少なくとも６個の圧力室との間の領域に前記凹部が形成され。
前記一つの圧力室から前記隣接する圧力室方向を見たときに、前記領域に少なくとも１つの凹部が形成され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。 - 前記凹部が、前記流路ユニットの前記一表面に固定された面とは反対側の面に形成され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。
- 前記凹部が、前記アクチュエータユニットを貫通して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。
- 前記非活性層が圧電シートからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記圧力室から最も離れた前記圧電シートが、前記共通電極と前記個別電極とに挟まれていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記アクチュエータユニットが複数の前記非活性層を含んでおり、
互いに隣接する２つの前記非活性層の間に補強用金属膜が配設されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。 - 前記補強用金属膜が、前記凹部によって複数に分離されておらず一つの連続体として形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットヘッド。
- 前記圧力室から最も離れた前記圧電シートが、前記個別電極と前記共通電極とに挟まれており、
前記凹部が、前記個別電極と前記共通電極とに挟まれた前記圧電シートに隣接した前記非活性層の厚みの半分程度の位置にまで達していることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のインクジェットヘッド。 - 前記凹部の中にシリコンゴムが充填されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
- 一端をノズルに他端をインク供給源にそれぞれ接続された複数の圧力室を含み、前記複数の圧力室がマトリクス状に互いに隣接配置された流路ユニットと、
前記圧力室の容積を変化させるために前記流路ユニットの一表面に固定された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を含む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が、
複数の前記圧力室に跨って連続して配置されており、厚み方向に分極した圧電シートと、
前記圧電シートの一方側に配設され、一定電位に保たれた共通電極と、
前記圧電シートの他方側に配設され、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、
前記圧電シートの前記圧力室の間に対応した領域に形成された凹部と、
前記圧電シートと前記流路ユニットとの間に、複数の前記圧力室に跨って連続して配置された非活性層とを含んでおり、
前記圧電シートと前記流路ユニットとの間には、非活性層が配置されおり、
前記アクチュエータユニットの前記個別電極に対応する個所は、当該個所に前記厚み方向への電界が印加されたときに、前記圧電シートの前記厚み方向と直交する方向への伸縮に伴ってユニモルフ変形を生じ、
前記凹部が前記圧電シート及び前記共通電極を貫通して前記非活性層の内部にまで達しており、前記共通電極が前記凹部によって複数に分離されておらず一つの連続体として形成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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