JP3960236B2 - インクジェットヘッド、および、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 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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、および、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する。そしてシート状の圧電セラミックからなるアクチュエータユニットなどによって圧力室に選択的にパルス状の圧力を付与して圧力波を発生させることにより、各圧力室に接続するノズルからインクを吐出する。このようなヘッドを用紙の幅方向に高速で往復移動させながら、印字作業が行われる。
【0003】
インクジェットヘッドにおける圧力室の配置については、ヘッドの長手方向に例えば1〜2列に配列する一次元的配置と、ヘッド表面に沿ったマトリクス状の二次元的配置とがある。近年要求されている印刷の高解像度化や高速化などを達成するには、圧力室を二次元的に配置するのがより効果的である。圧力室を表面に沿って二次元的に配置したインクジェットヘッドの一例としては、ヘッド表面と垂直な方向から見てノズルが圧力室の中央に配置されたものが知られている(特許文献1参照)。この場合、圧力室にパルス状の圧力が付与されると、圧力室内にはヘッド表面と垂直な方向に圧力波が伝播し、ヘッド表面と垂直な方向から見て圧力室の中央に配置されたノズルからインクが吐出される。
【0004】
【特許文献1】
特表平10−508808号公報 (第11頁、図3)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧力波を用いてインクを吐出する場合、圧力室に対して正圧を加える、いわゆる「押し打ち」という方法と、先ず圧力室に対して負圧を加えて負の圧力波が反転反射された後の所定のタイミングで正圧を加える、いわゆる「引き打ち」という方法とが知られている。「押し打ち」と「引き打ち」とでは、一般に「引き打ち」の方がエネルギー効率がよいと言われている。そして上記の従来例のように、圧力室内においてヘッド表面と垂直な方向に圧力波が伝播する場合、ヘッドを大型化しない限り、圧力波の伝播時間長さ(AL長:Acoustic Length)が極めて短くなる。そしてAL長が短い場合に「引き打ち」を行おうとすると、圧力波が反転反射して戻るまでの時間が短くなるため、負圧を与えるタイミングと正圧を与えるタイミングとの間の時間的間隔も短くなる。このため、応答性のよい高価な駆動回路を用いる必要がでてくる。また、これを避けるために「押し打ち」を採用するとすると、多大なエネルギーをインクジェットヘッドに投入しなければならず、エネルギー効率が悪いという問題がある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、高解像度化や印刷速度の高速化を達成できると共に、エネルギー効率を改善することができるインクジェットヘッド、およ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を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点によると、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有する流路ユニットと、圧力室内の容積を変化させるためのアクチュエータユニットとを備えており、複数の圧力室が配置された流路ユニットの上面において、圧力室のそれぞれが、一端と他端とを結ぶ方向に細長に形成された2n角形(n:自然数,n≧2)の一端と他端とを結ぶ線上から離れる方向に膨出する角部を丸めた平面形状を有し、互いに重なり合うことなく各辺を共有し、鈍角部が流路ユニットの長手方向である第1配列方向に配列し、且つ、一辺が第1配列方向と交差する第2配列方向に沿うように、第1配列方向と第2配列方向とにマトリクス状に隣接配置された複数の平行四辺形領域を仮想したとき、圧力室がそれぞれ平行四辺形領域内に収まり、平行四辺形領域の長い方の対角線に沿った第1の方向と圧力室における一端と他端とを結ぶ第2の方向とが一致していることを特徴とするインクジェットヘッドが提供される(請求項1)。
【0008】
本発明の第2の観点によると、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有する流路ユニットと、圧力室内の容積を変化させるためのアクチュエータユニットとを備えており、複数の圧力室が配置された流路ユニットの上面において、圧力室のそれぞれが、一端と他端とを結ぶ方向の長さがその方向と直交する方向の長さよりも長い楕円形の平面形状を有し、互いに重なり合うことなく各辺を共有し、鈍角部が流路ユニットの長手方向である第1配列方向に配列し、且つ、一辺が第1配列方向と交差する第2配列方向に沿うように、第1配列方向と第2配列方向とにマトリクス状に隣接配置された複数の平行四辺形領域を仮想したとき、圧力室がそれぞれ平行四辺形領域内に収まり、平行四辺形領域の長い方の対角線に沿った第1の方向と圧力室における一端と他端とを結ぶ第2の方向とが一致していることを特徴とするインクジェットヘッドが提供される(請求項4)。
【0009】
上記構成によると、圧力室をマトリクス状に配置することで高解像度化や印刷速度の高速化を達成可能とされたインクジェットヘッド及びプリンタにおいて、圧力室におけるノズルに接続された一端とインク供給源に接続された他端とを結ぶ第2の方向が流路ユニットにおける圧力室が複数配置された面と実質的に平行であることから、圧力室内で発生する圧力波は実質的に流路ユニットの複数の圧力室が配置された面に沿って伝播することになる。このように圧力波が流路ユニットの複数の圧力室が配置された面に沿って伝播する場合は、ヘッドの厚み(ヘッドにおける表面と垂直な方向に関する長さ)を増加させることなく、AL長を比較的長くすることができる。これにより時間的余裕をもって圧力波の発生と反射とのタイミングを合わせることができるので、「引き打ち」を採用することができ、「押し打ち」を行う場合に比べてエネルギー効率が改善される。
【0010】
【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。
【0011】
図1は、本発明の一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。
【0012】
プリンタ1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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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(後述するように、圧力室を含むインク流路が形成された流路ユニットと、圧力室内のインクに圧力を与えるアクチュエータユニットとが貼り合わされたものである)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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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II−II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35a、35b(図6及び図10参照)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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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)と接触している。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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。これらシート状部材は、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。
【0029】
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。
【0030】
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対応して千鳥状に設けられている。
【0031】
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。
【0032】
図6は、図5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、その平面に対して垂直な方向から見た状態を示している。流路ユニット4の構成要素である圧力室10、アパーチャ12、ノズル8、副マニホールドなどは、後述するように、図5及び図6の紙面に垂直方向においてそれぞれ異なる高さに配置されている(図7参照)。
【0033】
図6に示すように、多数の菱形領域10x(図中一点鎖線で示されている)が、図中矢印で示す第1配列方向および第2配列方向の2方向に、互いに重なり合うことなく各辺を共有するようにマトリクス状に隣接配置されている。これら第1配列方向および第2配列方向は図5に示す台形のインク吐出領域の面に平行であって、第1配列方向は流路ユニット4の長手方向、第2配列方向は菱形領域10xの一斜辺に沿った方向と一致する。圧力室10は菱形領域10xよりも若干小さいサイズの実質的に楕円形の平面形状を有し、それぞれ個別に当該領域10xに収容されている。
【0034】
後に詳述するように、各圧力室10は一端をノズルに他端を副マニホールド5aに接続されている。各圧力室10におけるノズルに接続された一端および副マニホールド5aに接続された他端は、それぞれ菱形領域10xの長い方の対角線上の両端に形成されている。つまり、図6に示すように、菱形領域10xの長い方の対角線に沿った方向(対角線方向:第1の方向)と、各圧力室10における一端および他端を結ぶ方向(両端方向:第2の方向)とが一致する。したがって、アクチュエータユニット21により圧力室10に圧力が付与されたときに圧力室10内において発生する圧力波のうち、圧力室10における一端および他端を結ぶ方向(両端方向:第2の方向)に伝播する圧力波をインクの吐出に寄与する圧力波として利用することになる。
【0035】
吐出に利用する圧力波(以下、単に「圧力波」と称する)の伝播方向が表面に垂直な場合、圧力室10の平面形状を円形や正多角形などの原点に対称な形状とするのが一般的である。しかし本実施形態のように圧力波の伝播方向が流路ユニット4平面に沿った方向である場合は、圧力波の伝播時間長さ(AL長)を長くするため、圧力室10の平面形状を圧力波の伝播方向、即ち上記一端および他端を結ぶ方向(両端方向:第2の方向)に沿って細長にするのが好ましい。このような理由から、図6に示す圧力室10の平面形状は、上記両端方向(第2の方向)における長さがその方向と直交する方向における長さよりも長い楕円形となっている。
【0036】
また、図6に示すように、圧力室10におけるマトリクス配置の第1配列方向および第2配列方向は直交せず、鋭角θをなしている。これにより、インクジェットヘッド1の走行方向におけるインク吐出口8同士の間隔が小さくなり、後述のような印刷方法による高解像度の画像形成が達成される。
【0037】
なお、図6には、平面視において圧力室10と重なり合い、圧力室10よりも一回り小さい平面形状の個別電極35a,35bが描かれている。
【0038】
図7は、図4に描かれたヘッド本体1aの部分断面図である。各インク吐出口8は、図7からもわかるように、先細形状のノズルの先端に形成されている。また、圧力室10と副マニホールド5aとの間には、アパーチャ12が、圧力室10と同様に流路ユニット4の表面と実質的に平行に延在している。このアパーチャ12は、インクの流れを制限することで適当な流路抵抗を付与してインク吐出の安定化を図るためのものである。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。
【0039】
図6の紙面に対して垂直な方向から見て、1つの圧力室10に連通したアパーチャ12は、当該圧力室に隣接する圧力室10に重なるように配置されている。このようなことが可能なことの一因は、アパーチャ12を紙面に対して垂直な方向に関して圧力室10よりも副マニホールド5a側に設け、圧力室10とアパーチャ12とを異なる高さとしたことにある。即ち、図7にも示すように、圧力室10、アパーチャ12、及び副マニホールド5aはそれぞれ、積層されたシート部材により形成され、流路ユニット4の表面に垂直な方向から見て互いに重なりを持つように配置されている。
【0040】
なお、図5および図6においては、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の下方にあって破線で描くべき圧力室10およびアパーチャ12などを実線で描いている。
【0041】
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。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および第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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
アクチュエータユニット21は、後で詳述するように、5枚の圧電シート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3層が電界印加時に活性層となる部分を有する層(以下、単に「活性層と含む層」と称する)とされ残り2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。
【0057】
これら10枚のプレート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。
【0058】
次に、アクチュエータユニット21の構造について説明する。図10は、図7内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。図10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5枚の圧電シート41,42,43,44,45を含んでいる。これら圧電シート41〜45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41〜45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35a、35b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35a、35b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41〜45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。
【0059】
アクチュエータユニット21の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、厚み2μm程度の共通電極34aが介在している。共通電極34aは、1つのアクチュエータユニット21内のほぼ全域にわたって延在した1枚の導電シートである。同様に、圧電シート42の下方に隣接した圧電シート43とその下方に隣接した圧電シート44との間にも、共通電極34aと同様の形状を有する厚み2μm程度の共通電極34bが介在している。
【0060】
なお、共通電極34a、34b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同士が電気的に接続されていることが必要である。
【0061】
図10に示すように、圧電シート41の上面であって圧力室10に対応する位置には、厚み1μm程度の個別電極35aが形成されている。個別電極35aは、平面形状が略楕円形であって圧力室10とほぼ相似形状(長さ850μm、幅250μm)を有し、積層方向への射影領域が圧力室10領域に含まれる(図6参照)。圧電シート42と圧電シート43との間であって個別電極35aと対応する位置には、個別電極35aと同様の平面形状を有する厚み2μm程度の個別電極35bが介在している。なお、圧電シート44とその下方に隣接した圧電シート45との間、及び、圧電シート45の下方には、電極が配置されていない。各電極34a,34b,35a,35bは、Ag−Pd系等の金属材料からなるものである。
【0062】
共通電極34a,34b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34a,34b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35a,35b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35a,35bごとに独立した別のリード線を含むFPC136を介してドライバIC132に接続されている(図2および図3参照)。このとき、上下で対になった個別電極35a,35b同士は同じリード線を介してドライバIC132に接続されてよい。
【0063】
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41〜43はその厚み方向に分極されている。従って、個別電極35a,35bを共通電極34a,34bと異なる電位にして圧電シート41〜43に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シート41〜43における電界が印加された部分が活性層として働き、その厚み方向すなわち積層方向には伸長又は収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮又は伸長しようとする。一方、残り2枚の圧電シート44、45は、個別電極35a,35bと共通電極34a,34bとに挟まれた領域をもたない非活性層であるので、自発的に変形することができない。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)3枚の圧電シート41〜43を活性層を含む層とし且つ下側(つまり、圧力室10に近い)2枚の圧電シート44,45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。
【0064】
そのため、電界と分極とが同方向となるようにドライバIC132を制御して個別電極35a,35bを共通電極34a,34bに対して正又は負の所定電位とすると、圧電シート41〜43の個別電極35a,35bと共通電極34a,34bとで挟まれた活性層が面方向に収縮し、その一方で圧電シート44,45は自発的には収縮しない。このとき、図10で示したように、圧電シート41〜45の下面はキャビティプレート22に形成された圧力室10を区画する隔壁の上面に固着されているので、圧電横効果に基づく面方向の収縮により、圧電シート41〜45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。すると、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35a,35bの電位が元に戻れば、圧電シート41〜45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、インクをマニホールド5側から吸い込む。
【0065】
なお、他の駆動方法として、圧電シート41〜45が圧力室10側へ凸に変形するように、予め個別電極35a,35bを共通電極34a,34b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35a,35bを共通電極34a,34b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35a,35bを共通電極34a,34bと異なる電位にすることもできる。この場合は、個別電極35a,35bと共通電極34a,34bとが同じ電位になるタイミングで、圧電シート41〜45が元の形状に戻り、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35a,35bを共通電極34a,34bと異なる電位にしたタイミングで、圧電シート41〜45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。
【0066】
圧電シート41〜43に印加される電界方向とその分極方向とが逆であれば、個別電極35a,35bと共通電極34a,34bとで挟まれた圧電シート41〜43中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41〜45は、圧電横効果に基づき、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35a,35bの電位が元に戻れば、圧電シート41〜45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。
【0067】
以上のように、本実施の形態のインクジェットヘッド1では、図6に示すように、圧力室10におけるノズルに接続された一端と副マニホールド5aに接続された他端とを結ぶ両端方向(第2の方向)が流路ユニット4における圧力室が複数配置された面と実質的に平行であることから、圧力室10内で発生する圧力波は実質的に表面に沿って伝播することになる。圧力波が流路ユニット4表面に対して垂直方向に伝播する場合は、ヘッド1の厚み(ヘッド1における表面と垂直な方向に関する長さ)を増加させない限りAL長が短くなる。しかし本実施の形態のように圧力波が流路ユニット4表面に沿って伝播する場合は、ヘッド1の厚みを増加させることなくAL長を比較的長くすることができる。これにより時間的余裕をもって圧力波の発生と反射とのタイミングを合わせることができることから、「押し打ち」よりもエネルギー効率のよい、いわゆる「引き打ち」(予め全ての個別電極35a,35bに電圧を印加して全ての圧力室10の容積を縮小させておき、インクの吐出動作をしようとする圧力室10のみ個別電極35a,35bの電圧を解除して容積を拡大することにより負の圧力波を発生させ、その後、再び個別電極35a,35bに電圧を印加して圧力室10の容積を縮小させ、先に発生した負の圧力波が反転反射された後に到達するタイミングに合わせるように正の圧力波を重畳させることにより、圧力室10内を伝播する圧力波を利用して効率よくインクに吐出圧力を加える方式)を採用することができる。つまり上記構成によると、インクジェットヘッド1におけるエネルギー効率を改善することができる。
【0068】
また、圧力室10が、一端と他端とを結ぶ方向の長さがその方向と直交する方向の長さよりも長い楕円形の平面形状を有することから、隣接する圧力室10同士の間隔が広くなって、複数の圧力室が10近接配置された場合に問題となるクロストークを抑制することができる。
【0069】
さらに、圧力室10の平面形状が楕円形という全体的に角のない形状であることで、インクの流れが円滑になると共に、パージによるインク中の気泡の排出が容易になってインク中に気泡が溜まりにくくなる。したがって、気泡によってインクが正常に吐出しなくなるという問題が解消される。
【0070】
また、圧力室10が収められている菱形領域10xの長い方の対角線に沿った方向(対角線方向:第1の方向)と、圧力室10における一端と他端とを結ぶ方向(両端方向:第2の方向)即ち圧力波の伝播方向とが一致することにより、圧力室10の高集積化およびインクの流れの円滑化が達成されると共に、AL長がより効果的に長くなる。そしてAL長が長くなると、「引き打ち」の制御がより容易になる。
【0071】
また、圧力室10の流路ユニット4表面における平面形状が、圧力波の伝播方向である一端と他端とを結ぶ方向(両端方向:第2の方向)に沿って細長であることによっても、AL長が長くなるという効果が得られる。
【0072】
また、圧力室10の平面形状が圧力波の伝播方向である一端と他端とを結ぶ方向(両端方向:第2の方向)の軸に関して対称であることにより、圧力室10内において発生する圧力波は対称に反射し、インクの吐出が安定化するという効果が得られる。
【0073】
また、流路ユニット4はそれぞれに対応した開口を設けた9枚のシート部材22〜30を積層して形成されているため、流路ユニット4の作製が容易である。
【0074】
また、インクジェットヘッド1のヘッド本体1aでは、インク吐出領域ごとに分割された複数のアクチュエータユニット21が、流路ユニット4に接着された状態でその長手方向に沿って配列されている。これにより、焼結などによって成形されるために寸法精度にばらつきが生じやすいアクチュエータユニット21ごとに流路ユニット4との位置合わせを行うことが可能となり、ヘッドを長尺化しても各アクチュエータユニット21と流路ユニット4との位置ずれ量の増加が抑制され、両者を精度よく位置合わせすることができる。よって、目印から比較的遠くにある個別電極35a、35bについてもその圧力室10に対する位置が所定位置から大幅にずれることが少なくなって、インクジェットヘッド1の製造歩留まりが飛躍的に向上する。他方、これとは異なり、アクチュエータユニット21を流路ユニット4と同様の長尺体として形成すると、アクチュエータユニット21を流路ユニット4と重ねたときの平面視における各圧力室10に対する個別電極35a、35bの位置の所定位置からのずれ量が目印から離れるに連れて大きくなり、目印から比較的離れた圧力室10におけるインク吐出性能が劣化し、インクジェットヘッド1内でのインク吐出性能の均一性が失われてしまう。
【0075】
アクチュエータユニット21では圧電シート41〜43を共通電極34a、34bと個別電極35a、35bとで挟み込んでいるので、圧電効果によって容易に圧力室10の容積を変化させることができる。また、圧電シート41〜45が連続した層状の平板(連続平板層)であるため、アクチュエータユニット21を容易に製造することが可能である。
【0076】
また、インクジェットヘッド1は、圧力室10に近い圧電シート44、45を非活性層とし、圧力室10から離れた圧電シート41〜43を活性層を含む層としたユニモルフ構造のアクチュエータユニット21を有している。そのため、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側に活性層、その反対側に非活性層が配置されたアクチュエータユニットと比較して個別電極35a、35bの駆動電圧の低電圧化および/又は圧力室10の高集積化を図ることが可能となる。駆動電圧の低電圧化を図ることにより、個別電極35a、35b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を小さくできてその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。
【0077】
さらに、上述のように、インクジェットヘッド1のヘッド本体1aでは、各アクチュエータユニット21が実質的に台形形状を有しており、各アクチュエータユニット21の平行対向辺が流路ユニット4の長手方向に沿い且つ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するように複数のアクチュエータユニット21が千鳥状に2列配置されている。このように、隣接するアクチュエータユニット21の斜辺同士がオーバーラップしていることで、インクジェットヘッド1の長手方向において、流路ユニット4の幅方向に沿って存在する圧力室10同士が補完し合うことができ、高解像度印刷を実現しつつ、非常に幅の狭い小型のインクジェットヘッド1とすることができる。
【0078】
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。
【0079】
例えば、圧力室の流路ユニット4表面における平面形状は、ノズルに接続された一端および副マニホールド5aに接続された他端を結ぶ方向(両端方向:第2の方向)に細長でなくてもよい。しかしこの場合は、圧力室の高集積化は期待できない。
【0080】
また、流路ユニット4の表面における複数の圧力室のマトリクス配列方向としては、流路ユニット4の表面に沿った方向であれば、図6に示した第1配列方向および第2配列方向に限定されず、様々な方向を取ってよい。
【0081】
また、圧力室10の収まる領域は、平行四辺形であればよく、菱形に限定されるものではない。そしてその領域に収まる圧力室10自体の平面形状は、当該領域に収まり且つ一端と他端とを結ぶ方向の長さがその方向と直交する方向の長さよりも長い楕円形、又は、当該領域に収まり且つ一端と他端とを結ぶ方向に細長に形成された2n角形(n:自然数,n≧2)の一端と他端とを結ぶ線上から離れる方向に膨出する角部を丸めた形状であれば、様々な形状に適宜変更してよい。例えば、圧力室の平面形状の変形例として、図11(a)および図12(a)に示すものがある。図11(a)には、第1の変形例として、菱形領域60xの鈍角部分に対応する角が圧力室10の一端と他端とを結ぶ方向(両端方向:第2の方向)と略平行に切り落とされた、実質的に6角形の平面形状を有する圧力室60が示されている。図12(a)には、第2の変形例として、圧力室10の一端と他端とを結ぶ方向(両端方向:第2の方向)に沿って上述の実施の形態よりもさらに細長な、略楕円の平面形状を有する圧力室70が示されている。ここでは、個別電極65a,65bおよび個別電極75a,75bの平面形状がそれぞれ圧力室60,70と実質的に相似で一回り小さい略6角形および楕円となっている。なお、図11(a),(b)および図12(a),(b)には、圧力室60の一端に接続されたノズルおよび他端に接続された副マニホールドが示されていないが、これらは上述した実施の形態の場合と同様に、菱形領域60x,70xの長い方の対角線上の両端に形成されている。図中の矢印方向は圧力波の伝播方向を示している。
【0082】
図11(b)および図12(b)にはそれぞれ、図11(a)および図12(a)に描かれた第1および第2の変形例による圧力室60,70が3×3のマトリクス状に配置された状態が示されている。先ず図11(b)に示すように、第1の変形例による実質的に6角形平面の圧力室60をマトリクス状に配置した場合、隣接する圧力室60,60における菱形領域60xの短い方の対角線と平行な方向の間隔はd1である。同様に、図12(b)に示すマトリクス状に配置された第2の変形例による実質的に楕円形平面の圧力室70における上記間隔はd2である。この隣接する圧力室同士の間隔は、各圧力室が菱形領域60x,70xと相似で若干小さな形状である場合に比べて大きいことが理解されるだろう。このように間隔が広くなると、複数の圧力室が近接配置された場合に問題となるクロストークなどが生じにくくなる。
【0083】
特に図11(a),(b)に示す第1の変形例による圧力室60については、圧力室10の一端と他端とを結ぶ方向(両端方向:第2の方向)と略平行に角を切り落とした形状とすることにより、マトリクス状に配置された圧力室60同士の間隔を効率的に広くすることが可能である。つまり、圧力室60の面積を著しく減少させることなく、圧力室60同士の間隔を広くとってクロストークを抑制することができる。さらに、圧力室60の平面形状が略6角形という比較的単純な形状であるので、圧力室60を比較的容易に形成することができる。
【0084】
また、圧力室の平面形状は、例えば8角形や10角形、歪んだ略楕円形などであってもよい。
【0085】
また、流路ユニット4は複数のシート部材を積層したものでなくてもよい。
【0086】
また、アクチュエータユニット21における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、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。さらに活性層を含む層の数、非活性層の数なども、適宜変更してよい。例えば、上述の実施の形態において、アクチュエータユニット21に含まれる活性層を含む層である圧電シートは3又は5層に積層されているが、7層以上に積層されてもよい。そして圧電シートの積層数に伴い、個別電極および共通電極の数も適宜変更してよい。また、上述した実施の形態ではアクチュエータユニット21に含まれる非活性層の圧電シートは2層となっているが、1層であってもよいし、アクチュエータユニット21の伸縮変形が阻害されない範囲で3層以上としてもよい。また、上述した実施の形態のアクチュエータユニット21では、活性層を含む層の圧力室側に非活性層が配置されているが、非活性層の圧力室10側に活性層を含む層が配置されてもよいし、非活性層を設けなくてもよい。ただし、活性層を含む層の圧力室10側に非活性層44、45を設けることで、アクチュエータユニット21の変位効率がさらに向上することが期待できる。
【0087】
また、上述の実施の形態では共通電極34a,34bをグランド電位に保つものとしているが、各圧力室10に共通の電位であればこれに限定されるものではない。
【0088】
また、上述の実施の形態では、図4に示すように、台形とした複数のアクチュエータユニット21を2列に千鳥状に配置しているが、アクチュエータユニットは必ずしも台形にしなくてもよく、複数のアクチュエータユニットを流路ユニットの長手方向に沿って単に1列に配列してもよい。或いは、アクチュエータユニットを3列以上に千鳥状に配置してもよい。また、1つのアクチュエータユニット21を複数の圧力室10に跨って配置するのではなく、各圧力室10に1つのアクチュエータユニット21を配置してもよい。
【0089】
また、共通電極34a,34bは、積層方向への射影領域が圧力室領域を含むように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ごとに多数形成されたものであってもよく、必ずしも1つのアクチュエータユニット21内のほぼ全域に設けられた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同士が電気的に接続されていることが必要である。
【0090】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1および請求項3によると、高解像度化や印刷速度の高速化を達成可能であると共に、AL長を長くすることによってエネルギー効率を改善することができる。
【0091】
請求項2によると、複数の圧力室が近接配置された場合に問題となるクロストークなどが生じにくくなる。
【0092】
請求項4によると、AL長が長くなり、「引き打ち」の制御がより容易になる。
【0093】
請求項5によると、圧力室内において発生する圧力波が対称に反射し、インクの吐出が安定化する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一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】 本発明の一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II−II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6に描かれたIII−III線に沿った、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】 図7内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【図11】 (a)は、圧力室の平面形状における第1の変形例を示す図である。(b)は、図11(a)に描かれた圧力室が3×3のマトリクス状に配置された状態を示す図である。
【図12】 (a)は、圧力室の平面形状における第2の変形例を示す図である。(b)は、図12(a)に描かれた圧力室が3×3のマトリクス状に配置された状態を示す図である。
【符号の説明】
1 インクジェットヘッド
1a ヘッド本体
3 インク溜まり
3a、3b 開口
4 流路ユニット
5 マニホールド(インク供給源)
5a 副マニホールド(インク供給源)
8 インク吐出口(ノズル)
10,60,70 圧力室
10x,60x,70x 菱形領域(平行四辺形領域)
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
34a、34b 共通電極
35a、35b,65a,65b,75a,75b 個別電極
41〜45 圧電シート
50 フレキシブルプリント配線板(FPC)
101 インクジェットプリンタ
Claims (22)
- 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有する流路ユニットと、前記圧力室内の容積を変化させるためのアクチュエータユニットとを備えており、
前記複数の圧力室が配置された前記流路ユニットの上面において、
前記圧力室のそれぞれが、前記一端と前記他端とを結ぶ方向に細長に形成された2n角形(n:自然数,n≧2)の前記一端と前記他端とを結ぶ線上から離れる方向に膨出する角部を丸めた平面形状を有し、
互いに重なり合うことなく各辺を共有し、鈍角部が前記流路ユニットの長手方向である第1配列方向に配列し、且つ、一辺が前記第1配列方向と交差する第2配列方向に沿うように、前記第1配列方向と前記第2配列方向とにマトリクス状に隣接配置された複数の平行四辺形領域を仮想したとき、前記圧力室がそれぞれ前記平行四辺形領域内に収まり、
前記平行四辺形領域の長い方の対角線に沿った第1の方向と前記圧力室における前記一端と前記他端とを結ぶ第2の方向とが一致していることを特徴とするインクジェットヘッド。 - n=2であ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。
- 前記圧力室の平面形状が、前記一端と前記他端とを結ぶ方向と平行に角を切り落とした形状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。
- 前記圧力室の平面形状が、正2n角形(n:自然数,n≧2)を前記一端と前記他端とを結ぶ方向に沿って細長に変形し且つその前記一端と前記他端とを結ぶ線上から離れる方向に膨出する角部を丸めた形状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一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有する流路ユニットと、前記圧力室内の容積を変化させるためのアクチュエータユニットとを備えており、
前記複数の圧力室が配置された前記流路ユニットの上面において、
前記圧力室のそれぞれが、前記一端と前記他端とを結ぶ方向の長さがその方向と直交する方向の長さよりも長い楕円形の平面形状を有し、
互いに重なり合うことなく各辺を共有し、鈍角部が前記流路ユニットの長手方向である第1配列方向に配列し、且つ、一辺が前記第1配列方向と交差する第2配列方向に沿うように、前記第1配列方向と前記第2配列方向とにマトリクス状に隣接配置された複数の平行四辺形領域を仮想したとき、前記圧力室がそれぞれ前記平行四辺形領域内に収まり、
前記平行四辺形領域の長い方の対角線に沿った第1の方向と前記圧力室における前記一端と前記他端とを結ぶ第2の方向とが一致していることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記平行四辺形領域が菱形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。
- 前記圧力室の前記平面形状が前記第2の方向に関して軸対称であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一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に含まれる圧電シートが前記複数の圧力室のうちの2以上に跨って設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一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前記複数の圧力室に跨って配置されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一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有する流路ユニットと、前記圧力室内の容積を変化させるためのアクチュエータユニットとを備えており、
前記複数の圧力室が配置された前記流路ユニットの上面において、
前記圧力室のそれぞれが、前記一端と前記他端とを結ぶ方向に細長い平面形状を有し、
互いに重なり合うことなく各辺を共有し、鈍角部が前記流路ユニットの長手方向である第1配列方向に配列し、且つ、一辺が前記第1配列方向と交差する第2配列方向に沿うように、前記第1配列方向と前記第2配列方向とにマトリクス状に隣接配置された複数の平行四辺形領域を仮想したとき、前記圧力室がそれぞれ前記平行四辺形領域内に収まり、
前記圧力室における前記一端と前記他端とを結ぶ方向が、前記流路ユニットの前記上面と平行であり、
前記平行四辺形領域の長い方の対角線に沿った第1の方向と前記圧力室における前記一端と前記他端とを結ぶ第2の方向とが平行であることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記第1の方向と前記第2の方向とが一致していることを特徴とする請求項10に記載のインクジェットヘッド。
- 前記流路ユニットの前記上面における前記圧力室の平面形状が、前記第2の方向の軸に関して対称であることを特徴とする請求項10又は11に記載のインクジェットヘッド。
- 前記流路ユニットの前記上面における前記圧力室の平面形状が、前記平行四辺形領域と相似な平行四辺形であることを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記流路ユニットの前記上面における前記圧力室の平面形状が菱形であることを特徴とする請求項13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有する流路ユニットと、前記圧力室内の容積を変化させるためのアクチュエータユニットとを備えており、
前記複数の圧力室が配置された前記流路ユニットの上面において、
前記圧力室のそれぞれが、前記一端と前記他端とを結ぶ方向に細長い平面形状を有し、
互いに重なり合うことなく各辺を共有し、鈍角部が前記流路ユニットの長手方向である第1配列方向に配列し、且つ、一辺が前記第1配列方向と交差する第2配列方向に沿うように、前記第1配列方向と前記第2配列方向とにマトリクス状に隣接配置された複数の平行四辺形領域を仮想したとき、前記圧力室がそれぞれ前記平行四辺形領域内に収まり、
前記圧力室における前記一端と前記他端とを結ぶ方向が、前記流路ユニットの前記上面と平行であり、
前記平行四辺形領域の長い方の対角線に沿った第1の方向と前記圧力室における前記一端と前記他端とを結ぶ第2の方向とが一致しており、
前記アクチュエータユニットに含まれる圧電シートが前記複数の圧力室のうちの2以上に跨って設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記アクチュエータユニットが、台形形状を有し、その平行対向辺が前記第1配列方向に沿い、且つ、隣接する前記アクチュエータユニットの斜辺同士が前記流路ユニットの幅方向にオーバーラップするように千鳥状に2列に配置されていることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一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、前記圧力室のそれぞれに対応して配置された複数の個別電極と、前記複数の圧力室に対して共通の電位に保たれた共通電極と、前記複数の個別電極及び前記共通電極に挟まれ且つ前記複数の圧力室に跨って配置されるように連続した第1の圧電シートと、前記第1の圧電シートと前記流路ユニットとの間に配置され、前記個別電極及び前記共通電極に挟まれた領域を持たず且つ前記複数の圧力室に跨って配置されるように連続した第2の圧電シートとを有し、
前記第1及び第2の圧電シートが厚み方向に分極され、
前記個別電極が、対応する圧力室と相似の平面形状を有し、且つ、その前記厚み方向への射影領域が前記対応する圧力室の領域に含まれることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一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、前記圧力室のそれぞれに対応して配置された複数の個別電極と、前記複数の圧力室に対して共通の電位に保たれた共通電極と、前記個別電極の1つ及び前記共通電極に挟まれた第3の圧電シートと、前記第3の圧電シートと前記流路ユニットとの間に配置され、前記個別電極及び前記共通電極に挟まれた領域を持たない第4の圧電シートとを有し、
前記第3及び第4の圧電シートが厚み方向に分極され、
前記第3及び第4の圧電シートを積層した積層体が前記複数の圧力室のそれぞれに対して配置され、
前記個別電極が、対応する圧力室と相似の平面形状を有し、且つ、その前記厚み方向への射影領域が前記対応する圧力室の領域に含まれることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。 - 前記個別電極が前記共通電極よりも薄いことを特徴とする請求項17又は18に記載のインクジェットヘッド。
- 前記流路ユニットが、前記複数の圧力室が形成された面とは反対側の面に、前記圧力室のそれぞれと連通する複数のノズルを有し、
前記アクチュエータユニットにおける前記個別電極が形成された最上層の圧電シート上に、前記個別電極毎に独立したインク吐出信号を供給するための信号線を有するフレキシブルプリント配線板が接続されていることを特徴とする請求項17〜19のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。 - 前記第1配列方向が、前記インクジェットヘッドと相対移動する記録媒体の移動方向と直交する方向であって、
前記平行四辺形領域の鈍角部が前記第1配列方向に沿って印刷の解像度に対応した間隔で配列されていることを特徴とする請求項1〜20のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。 - 請求項1〜21のいずれか一項に係るインクジェットヘッドを備え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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