JP4051541B2 - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタヘッドに係り、より詳しくは、列状に並ぶノズルの数を多くした大型のインクジェットプリンタヘッドの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術のオンディマンド型のインクジェットプリンタヘッドにおいては、特開２００２−３６５４５号公報や特開２００２−５９５４７号公報等に開示されているように、複数枚のプレートを積層して、インク流通路を有するキャビティユニットが構成され、これらのプレートは複数個のノズルを備えたノズルプレートと、この各ノズルごとの圧力室を備えたベースプレートと、インク供給源に接続され、且つ前記各圧力室に接続するマニホールド室を有するマニホールドプレート等とから構成されている。圧電アクチュエータは、圧電セラミックス板を挟んで内部電極としてのコモン電極と個別電極とを交互に積層して構成され、前記個別電極とコモン電極との重なり部である活性部が前記圧力室と重なるように、圧電アクチュエータとキャビティユニットとが接合されている。
【０００３】
ところで、通常のインクジェットプリンタ装置においては、そのインクジェットプリンタヘッドを備えたキャリッジを、用紙搬送方向（副走査方向という）と直交する幅方向（主走査方向）に往復移動させながら、前記用紙の幅方向に印刷作業するとき、前記インクジェットプリンタヘッドのノズル列方向は、用紙搬送方向（副走査方向）と平行状に並べられている。従って、前記１回の主走査方向のキャリッジの移動により印刷できる、副走査方向の印刷範囲（印刷長さ）は、前記各ノズルの列の長さに略対応することになる。例えば、前記副走査方向に、１インチ（２５．４ｍｍ）の長さに、７２個のノズルを千鳥配列させたインクジェットプリンタヘッドでは、１回の主走査方向の移動にて、副走査方向に印刷できる範囲（長さ）は１インチということになる。
【０００４】
そして、最近のプリンタの印字速度の高速化、及び高品質化に伴い、同じ短いノズルの間隔（ドット間隔）で前記副走査方向のノズル数を増大させて、ノズル列の長さを２インチ程度にする等、ノズル列を長くすることが要望されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記キャビティユニットにおけるマニホールド室は、ノズルとインクの供給源との間に配置され、インクの供給源からのインクを一旦溜めておき、印字指令に従い、アクチュエータの作動に応じて各圧力室から対応するノズルを経て用紙表面にインクが噴射されるときに、インクを補充させておくものであるから、キャビティユニットにおけるノズルの数の増大に応じて、当該キャビティユニットにおけるマニホールド室の占める体積の割合を増大させなければならない。
【０００６】
このため、例えば、ノズル列方向に並ぶノズルの数を多くしたキャビティユニットを創るとき、前記マニホールド室を、ノズル列方向と略平行状に１本のもので連続状に形成したとすると、以下のような不都合が発生する。
【０００７】
マニホールド室の長手方向に、インク供給側から最も遠い圧力室の列端に向かってインクが流れるとき、マニホールド室の壁面との流路抵抗のため、インク流の下流側に行くに従って、当該インクの供給流量が低下する傾向がある。
【０００８】
従って、前記マニホールド室の占める体積の割合の増加という要請を満足しつつ、インク流の圧力低下による不都合を解消すべく、マニホールドプレートの幅方向（ノズル列方向と直交する方向）にマニホールド室の幅寸法を拡げると、キャビティユニットの平面視の外形が大きくなり、小型化の要請に反する。
【０００９】
また、アクチュエータの駆動により、各圧力室内のインクを瞬間的に加圧するときの当該圧力室に発生する圧力波は、ノズル方向への前進成分だけでなく、マニホールド方向に向かう後退成分があるので、マニホールド室の形状、特にその長さ方向の寸法を変更すると、アクチュエータの駆動強さや駆動タイミング、ひいては前記圧力波の波形の設計も変更しなければならず、例えば、前記ノズル列の長さが１インチ（ノズル数の少ない形状）のキャビティユニットと２インチのノズル列長さ（ノズル数の多い形状）のキャビティユニットとでは、前記圧力波は異なることになり、アクチュエータの駆動電圧や駆動タイミングなどの基本設計を別々に行わなければならないから、開発費用が嵩み、製品実用化までに長時間を要するという問題もあった。
【００１０】
本発明は、ノズル数が多いものにおいて、マニホールド室の連続する長さを長くすることなく、分割することにより、従来の技術的課題を解決したもので、これにより、ノズル数の少ないものと同様のアクチュエータを使用できるようにして、開発費用並びに実用化までの時間を短縮できるインクジェットプリンタヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に分割して複数配置され、前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層して構成され、前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って且つ前記分割した各アクチュエータの数と同数に分割して形成され、それぞれのマニホールド室毎にインク供給源と接続するインク供給孔が連通され、前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置されているものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記マニホールド室は、２つに分割して形成され、対応する前記適数の圧力室のグループからそれぞれ互いに反対方向へ伸びた端部に、前記インク供給孔が連通されているものである。
請求項３に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動してインクを噴射させるアクチュエータとを有するインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層し て構成され、前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って２つに分割して形成され、前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置され、前記各マニホールド室の、対応する前記圧力室のグループからそれぞれ互いに反対方向へ伸びた端部に、インク供給源と接続するインク供給孔が連通されているものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１または３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、前記ベースプレートと前記ノズルプレートとの間に前記マニホールドプレートを配置し、さらに前記ベースプレートと前記マニホールドプレートとの間に、前記圧力室と前記マニホールド室とを連通する通路を有するスペーサプレートを配置して構成され、前記圧力室と前記ノズルとが、前記スペーサプレート及び前記マニホールドプレートに形成された連通路を介して連通されているものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１または３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記複数のノズルからなる列を４列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記各マニホールド室は、前記各ノズルの列の伸びる方向に沿って略平行状に形成したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図１は本発明の実施の形態による圧電式のインクジェットプリンタヘッド１０におけるキャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２との一部切欠き斜視図であり、図１において、金属板製のキャビティユニット１１の上面に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ１２の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル１３（図５及び図６参照）が接着剤にて重ね接合されている。
【００１５】
前記キャビティユニット１１は図２〜図６に示すように構成されている。すなわち、ノズルプレート１４、中間プレート１５、ダンパープレート１６、二枚のマニホールドプレート１７，１８、３枚のスペーサプレート１９，２０，２１及び圧力室２３が形成されているベースプレート２２の合計９枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構成であり、実施形態では、合成樹脂製のノズルプレート１４を除き、各プレート１５〜２２は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する。
【００１６】
前記ノズルプレート１４には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のインク噴出用のノズル２４（個別の列のノズルに対しては符号２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを付する）が、当該ノズルプレート１４における第１の方向（キャビティユニット１１の長辺方向であり、図２において、Ｘ軸方向）に沿って４列の千鳥配列状に設けられている（図２参照）。
【００１７】
即ち、第１列のノズル２４ａと第２列のノズル２４ｂとは、ノズルプレート１４の前記第１の方向に延びる２つの平行状の近接した基準線（図示せず）に沿って各々微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて多数個穿設されており、第３列のノズル２４ｃと第４列のノズル２４ｄとは、同じく前記第１の方向に延びる２つの平行状の近接した基準線に沿って、各々微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて多数個穿設されている。また、第１列のノズル２４ａと第２列のノズル２４ｂとの組と、第３列のノズル２４ｃと第４列のノズル２４ｄとの組は、キャビティユニット１１の短辺方向（第２の方向、図２において、Ｙ軸方向）に間隔をおいて配置されている（図２参照）。実施例では、第１列〜第４列の各々のノズル列の長さは２インチ、各々のノズル２４の数は１５０個で、つまり配列密度は７５（ｄｐｉ［ドット・パー・インチ］）である（図５参照）。
【００１８】
次に、キャビティユニット１１の最上層であるベースプレート２２における圧力室２３の配置関係を、その上に前記ノズル２４の列方向（第１の方向）に縦列させて配置する２つの圧電アクチュエータ１２（個別には符号１２ａ、１２ｂを付する）における活性部の配置との関係から説明する。
【００１９】
１つの圧電アクチュエータ１２ａ（または１２ｂ）が、前記４列のノズル２４の個数のうちの列方向の半数（１列につき７５個）の圧力室２３を作動させるように配置される。従って、図２及び図６（ａ）に示すように、キャビティユニット１１の上面のうち長手方向（前記第１の方向）の前半部に一方の圧電アクチュエータ１２ａが配置され、後半部に他方の圧電アクチュエータ１２ｂが配置される。
【００２０】
そして、各圧電アクチュエータ１２ａ（または１２ｂ）は、後に詳述するように、コモン電極３７と、前記各圧力室２３の位置毎に対応させて配置された個別電極３６とが圧電シートを挟んで交互に積層され、任意の個別電極３６とコモン電極３７との間に電圧を印加することにより、その印加された個別電極３６に対応した圧電シートの活性部に、当該積層方向に圧電縦効果による歪みが発生するものである。該活性部は、圧力室２３の数と同一の数で同一の列にてその対応する位置に形成されている。
【００２１】
即ち、前記活性部は、ノズル２４（圧力室２３）の列方向（第１の方向）に沿って並べられ、且つ前記ノズルの列の数（４つ）と同じ数だけ、第２の方向に並べられている。また、各活性部は、前記第２の方向（キャビティユニット１１の幅方向）に圧力室２３の長手方向に長く形成され、且つ隣接する活性部の配置間隔（ピッチＰ）も前記圧力室２３の配置と同様であって、千鳥状配列されることになる（図４参照）。
【００２２】
前記圧力室２３は、２つの圧電アクチュエータ１２ａ、１２ｂと対応してベースプレート２２の長手方向に２グループに分けて配置される。つまり、一方のアクチュエータ１２ａに対応するグループの圧力室２３は、ノズル２４の列方向（第１の方向）の前半部のものに対応し、他方のアクチュエータ１２ｂに対応するグループの圧力室２３は、ノズル２４の列方向（第１の方向）の後半部のものに対応して、それぞれノズル２４の配置間隔（ピッチＰ）と同じ間隔で、且つ２列の千鳥状配列を２組、計４列をなして配置されている。
【００２３】
前記各圧力室２３は、ベースプレート２２の幅方向（第２の方向）に長く、且つベースプレート２２を厚さ方向に貫通して形成されている。その各圧力室２３の一端は、ベースプレート２２とノズルプレート１４との間に位置するスペーサプレート１９、２０、２１、マニホールドプレート１７、１８、ダンパープレート１６及び中間プレート１５に貫通形成された各連通路２５（個別には２５ａ、２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２５ｇの符号を付する）を介して各ノズル２４に連通する。また、各圧力室２３の他端は、マニホールドプレート１７、１８に形成された後述するマニホールド室２６に連通する。
【００２４】
図２及び図５に示すごとく、２グループの圧力室２３の間は、ベースプレート２２の長手方向に圧力室２３の配置間隔（ピッチＰ）よりも広い間隔Ｌ２に設定されている。これは、各圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂの製作上、最列端の電極３６、３７とそれに近接する圧電アクチュエータの端部との距離Ｌ１を、電極３６のピッチＰの１／２以下に製作することが困難なため、距離Ｌ１を圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂの製作しやすい大きさとして、それよりも大きい間隔Ｌ２を設定したのである。隣接する圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂはその端部の間に隙間をあけて位置することになる。
【００２５】
これにより、ノズル２４のピッチＰは、その列方向に一定に設定されているから、各圧力室２３の一端をノズル２４に接続する連通路２５は、各プレートの積層方向に対して傾斜することになる。また、連通路２５は、２グループの圧力室２３の間隔Ｌ２の中央を境にして対称に傾斜する。
【００２６】
前記二枚のマニホールドプレート１７、１８には、マニホールド室２６（個別には、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈ）が、前記ノズル２４の列に沿って延びるように穿設されている。さらに詳述すると、各マニホールド室２６の長さは、前記各ノズル列方向に並ぶ圧力室２３を適宜数毎に分割した長さであり、実施例では、図３に示すように、圧力室２３の１グループ（１グループの１列の圧力室２３の数が７５）の長さにわたった長さを有し、且つキャビティユニット１１には、圧力室２３の列が４列あるので、その１つの列毎に配置する。従って、前記図２及び図３の実施例では、八本のマニホールド室２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈが形成されている。各マニホールド室２６の長手方向一端部は、図示しないインク供給源からのインク供給孔３１に連通するように、各グループの互いに反対側へ延長され、各マニホールド室２６ａ，２６ｃ，２６ｅ，２６ｇの他端は、他のグループのマニホールド室２６ｂ，２６ｄ，２６ｆ，２６ｈの他端と近接している。また、各マニホールド室２６の深さはマニホールドプレート１７、１８の板厚さ全体にわたるようレーザ加工またはプラズマジェット加工、電解エッチング加工等にて穿設形成され、この二枚を合わせたマニホールドプレート１７、１８の上層の第一スペーサプレート１９と、下層のダンパープレート１６とにより積層されることにより密閉される構造となっている。なお、ダンパープレート１６には、前記マニホールド室２６と平面視形状が同じで下面側をエッチング加工により板厚を薄くしたダンパー室２７を形成する。
【００２７】
圧電アクチュエータ１２の駆動により圧力室２３に作用する圧力波のうち、マニホールド室２６の方向に向かう後退成分を、板厚の薄いダンパープレート１６の振動により吸収し、いわゆるクロストークが発生することを防止するのである。
【００２８】
また、第２スペーサプレート２０には、インク流の絞り部２８を、前記各圧力室２３毎に対応させて形成する。この絞り部２８の平面視形状は、図６（ｂ）に示すように、長手方向の両端部２８ａ，２８ｂの面積が大きく、その中間の面積が小さく形成されている。また、各絞り部２８の長手方向を前記圧力室２３の長手方向と平行状になるように形成されている。そして、第２スペーサプレート２０をその下面側で前記第１スペーサプレート１９を、上面側で第３スペーサプレート２１を積層することにより、前記絞り部２８が密閉されている。第１スペーサプレート１９に穿設された第１インク通路２９は、前記マニホールド室２６と前記絞り部２８における一端部２８ａとに連通している。他方、第３スペーサプレート２１に穿設された第２インク通路３０は、前記絞り部２８における他端部２８ｂと圧力室２３の他端部とに連通している（図６（ａ）参照）。
【００２９】
図２に示すように、前記ベースプレート２２、第３、第２、第１の各スペーサプレート２１、２０、１９における長手方向の両端部に、大きい径の８つのインク供給孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが上下に連通し、且つ前記各マニホールド室２６の端部に連通するように穿設形成されている。そして、また、スペーサプレート１３の一端に穿設されたインク供給孔３１ａの上面には、その上方のインクタンク等のインク供給源から供給されるインク中の塵を除去するためのフィルタ３２が張設されている。
【００３０】
一方、前記各圧電アクチュエータ１２は、図４に示すように、１枚の厚さが３０μｍ程度の圧電セラミックス板からなる複数枚（４〜１０枚）の圧電シート３３、３４とその最上層のトップシート３５とを積層した構造である。そして、最下段の圧電シート３３とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート３３の上面（広幅面）には、図４に示すように、前記キャビティユニット１１における各圧力室２３に対応した箇所ごとに細幅の個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが、第１の方向（圧電シート３３の長辺方向、図４のＸ方向、ノズル２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの列方向）に沿って列状に形成される。
【００３１】
各個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは前記第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ軸方向）に沿って各圧電シート３３の短辺と平行状に延びる。その場合、各個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは、前記各圧力室２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとほぼ同じ長さで、平面視で圧力室よりもやや狭い幅に形成する。最外列側に配置される第１列目の個別電極３６ａと第４列目の個別電極３６ｄとは、各圧電シート３３のー対の長辺の側縁に近い側に各々配置されている。
【００３２】
また、第２列目の個別電極３６ｂと第３列目の個別電極３６ｃとは、各圧電シート３３の短辺方向の中央寄り部位（各圧電シート３３のー対の長辺で挟まれる中央寄り部位）に配置されている。最下層以外の圧電シート３３には、後述するコモン電極３７における引き出し部３７ａと平面視で重複する個所に、ダミーコモン電極４３を形成する。
【００３３】
他方、前記コモン電極３７は、下から偶数番目の圧電シート３４の表面に印刷形成されるもので、当該圧電シート３４の第１の方向（Ｘ軸方向、圧電シート３４長辺に沿う方向）に長い２本の幹部３７ａ，３７ｂと、該両幹部３７ａ，３７ｂと接続し、且つ圧電シート３４の短辺縁に沿って伸びる引き出し部３７ｃとからなる。前記一方の幹部３７ａは、前記第１列目の個別電極３６ａと第２列目の個別電極３６ｂとの大部分に平面視で重複する位置に配置されている一方、この幹部３７ａの両側に沿って一定間隔で配置形成されるダミー電極３８ａ，３８ｂは、前記第１列目の個別電極３６ａ及び第２列目の個別電極３６ｂの一部と平面視で重複する位置に配置されている。
【００３４】
同様にして、他方の幹部３７ｂは、前記第３列目の個別電極３６ｃと第４列目の個別電極３６ｄとの大部分に平面視で重複する位置に配置されている一方、この幹部３７ｂの両側に沿って一定間隔で配置形成されるダミー電極３８ｃ，３８ｄは、前記第３列目の個別電極３６ｃ及び第４列目の個別電極３６ｄの一部と平面視で重複する位置に配置されている。
【００３５】
そして、トップシート３５の表面（上面）には、前記４列の各個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに対する４列の各表面電極３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄと、コモン電極３７に対する表面電極４０とが設けられている。そして、最下層の圧電シート３３を除き、それより上層の圧電シート３３、３４とトップシート３５とには、前記各表面電極３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄと、それらにそれぞれ対応する上下位置の個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄと、ダミー電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄとが互いに上下方向に連通するスルーホール４１を穿設し、各スルーホール４１内に充填した導電部材（導電性ペースト）を介して互いに電気的に導通できるように接続する。同様にして、トップシート３５における表面電極４０と、それに対応する下層の圧電シート３４におけるコモン電極３７の引き出し部３７ｃと、圧電シート３３におけるダミーコモン電極４３とに互いに上下に連通するスルーホール４２を穿設し、各スルーホール４２内に充填した導電部材（導電性ペースト）を介して互いに電気的に導通できるように接続する。
【００３６】
なお、圧電アクチュエータ１２の製造方法としては、圧電シートであるセラミックス基板の表面に、個別電極、コモン電極、ダミー電極、ダミーコモン電極並びに表面電極はそれぞれ、銀−パラジゥムペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷形成し、乾燥後に、積層したのち焼成して形成するものである。当然のことながら、前記各ダミー電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄは、隣接するもの同士及びコモン電極３７とも電気的に接続しないように島状に形成される。同様にして、ダミーコモン電極４３は、個別電極と電気的に接続しないように島状に形成される。
【００３７】
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ１２における下面（圧力室２３と対面する広幅面）全体に、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート（囲示せず）を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット１１に対して、当該圧電アクチュエータ１２が、その各個別電極を前記キャビティユニット１１における各圧力室２３の各々に対応させて接着・固定される（図５及び図６（ａ）参照）。また、この圧電アクチュエータ１２における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル１３が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル１３における各種の配線パタ一ン（図示せず）が、前記各表面電極３９、４０に電気的に接合される。
【００３８】
この構成において、圧電アクチュエータ１２における表面電極３９、４０を介して全個別電極３６とコモン電極３７との間に分極用の高電圧を印加することで、各個別電極３６とコモン電極３７との間に挟まれた圧電シート３３、３４の部分を分極処理する。これにより、各個別電極３６とコモン電極３７との間に挟まれた圧電シート３３、３４の部分を活性部とする。そして、任意の表面電極３９と表面電極４０とを介して個別電極３６とコモン電極３７との間に駆動電圧を印加して、対応する活性部に分極方向と平行な電界を発生させると、その活性部が積層方向に伸長し、対応する圧力室２３ａ〜２３ｄの内容積が縮小され、この圧力室２３ａ〜２３ｄ内のインクが、ノズル２４ａ〜２４ｄから液滴状に噴出して、所定の印字が行われる（図６（ａ）参照）。
【００３９】
カラー印刷する場合に、４色のインク（ブラック、シアン、イエロー、マゼンタ）を使用する時には、例えば、前記第１列のノズル２４ａをブラックインクの吐出用とし、第２列のノズル２４ｂをシアンインク、第３列のノズル２４ｃをイエローインク、第４列のノズル２４ｄをマゼンタインクの吐出用にそれぞれ設定すると、図３に示す対応するマニホールドプレート１７（１８）に形成された第１列目のマニホールド室２６ａ，２６ｂにはブラックインクが充填され、第２列目のマニホールド室２６ｃ，２６ｄにはシアンインクが充填され、第３列目のマニホールド室２６ｅ，２６ｆにはイエローインクが充填され、第４列目のマニホールド室２６ｇ，２６ｈにはマゼンタインクが充填されるのである。
【００４０】
そして、例えば、既に開発されたインクジェットプリンタヘッドにおける、長手方向（列方向）のノズル２４（圧力室２３）の個数が７５個で、その個数を長さ１インチに割り当てたもので、これに対応するキャビティユニットにおけるマニホールド室の長さ，深さ及び平面視形状が既に設計されていたとすると、実施形態では、図３に示すように、前記各列のマニホールド室２６の長さを、前記既に設計したものと同じ長さ，深さ及び平面視形状にて形成する。つまり、キャビティユニット１１の長手方向、つまり列方向の圧力室２３（ノズル２４）の総数１５０（長さ２インチ）の半分の個所（個数で７５個（１インチ））で分割して、それぞれにマニホールド室２６を配置する。さらに、既に設計・開発された圧電アクチュエータ１２も圧力室２３の列の半分ずつに２個縦列配置する。これにより、ノズル数が多くなったとしても、マニホールド室２６の流路抵抗によるインク供給流量の低下がなく、圧電アクチュエータ１２の駆動電圧、駆動タイミングと同じにして作動させると、各ノズル２４から噴射するインク滴の噴射形態も、従前のものと同じにできる。
【００４１】
このように、圧電アクチュエータ１２も従来品を使用し、且つマニホールド室２６の長さ、深さ及び平面視形状も従来品の形態を流用して製作すれば、印刷性能や印刷精度（ノズルのドット密度）が従来品とほぼ同じであって、且つ１列の長さの長いインクジェットプリンタヘッドを簡単に実現させることでき、製品設計・開発に要する手間（期間）及び費用を節約（短縮）できるという効果を奏する。
【００４２】
本発明において、マニホールド室の長さに対応する圧力室２３（ノズル２４）の数には限定はなく、また、対応して配置すべき圧電アクチュエータ１２の数にも制限はない。
【００４３】
なお、キャビティユニット１１における前記複数のノズル２４からなる列を４列とし、前記各ノズル２４の列に対応させて配置する前記各マニホールド室２６は、前記各ノズル２４の列の伸びる方向に沿って略平行状に形成すれば、ノズル２４の列とマニホールド室２６の列とが平面視で重複関係にあっても、不都合がなく、キャビティユニット１１の平面視形状の面積を小さくしたコンパクトなものを製作できるという効果を奏する。
【００４４】
本発明の変形例として、図２に示すキャビティユニット１１（圧電アクチュエータ１２ａと１２ｂとがＸ軸方向に縦列配置されているもの）を、Ｙ軸方向に２つ並設した形態にすれば、２インチに３００個のノズルを持つ列が４列平行状に配列されたインクジェットプリンタヘッドとなるから、その各列毎にインク色を変えた４色のカラープリンタとするときには、高密度のドット数（１５０ｄｐｉ）で、且つ副搬送方向の印字範囲を２インチとする大型のプリンタヘッドとなり、高密度で高速印刷を達成できる。
【００４５】
また、前記実施形態では、ノズルの列は４列であったが、本発明では１列以上のノズル列に対して適用できる。さらに、アクチュエータは、圧電素子を利用したものの他、静電気により、各圧力室の背面を覆う振動板を振動させてノズルからインクを吐出させる形式のものや、各圧力室のごとにジュール熱発生素子を設けて、駆動信号によりジュール熱発生素子を発熱させて圧力室内のインクを気化させてノズルから吐出するインクを加圧する形式であっても良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に分割して複数配置され、前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層して構成され、前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って且つ前記分割した各アクチュエータの数と同数に分割して形成され、それぞれのマニホールド室毎にインク供給源と接続するインク供給孔が連通され、前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置されていることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動してインクを噴射させるアクチュエータとを有するインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層して構成され、前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って２つに分割して形成され、前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置され、前記各マニホールド室の、対応する前記圧力室のグループからそれぞれ互 いに反対方向へ伸びた端部に、インク供給源と接続するインク供給孔が連通されているものである。
従って、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数に対応させた長さのマニホールド室を設計・製作しておけば、ノズル数が多くなったとしても、マニホールド室も従前のマニホールド室と同じ長さのものに設定したキャビティユニットを製作すれば、従前のキャビティユニットとのものと同じ印字性能を実現できる。換言すると、従前の基本性能を変えることなく、大型のインクジェットプリンタヘッドを簡単に製作できる。また、マニホールド室が著しく長くならないから、流路抵抗を考慮してマニホールド室の幅を大きくする必要がなく、キャビティユニットを小型化できるという効果を奏する。
【００４７】
しかも、前記アクチュエータを、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に分割して複数配置し、前記キャビティユニットにおける前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室を、前記分割した各アクチュエータの数と同数に分割させて配置すれば、従前に開発したアクチュエータを利用し、且つその基本性能を変えず、また駆動電圧や駆動タイミングも変更することなく、大型のインクジェットプリンタヘッドを簡単に製作できるという効果を奏する。
【００４８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１または３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記複数のノズルからなる列を４列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記各マニホールド室は、前記各ノズルの列の伸びる方向に沿って略平行状に形成したものであるから、請求項１または請求項２に記載の発明による効果に加えて、ノズルの列とマニホールド室の列とが平面視で重複関係にあっても、不都合がなく、キャビティユニットの平面視形状の面積を小さくしたコンパクトなインクジェットプリンタヘッドを製作できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態による圧電式インクジェットプリンタヘッドのキャビティユニットと圧電アクチュエータとを分離して示す一部斜視図である。
【図２】 キャビティユニットの分解斜視図である。
【図３】 マニホールドプレートの斜視図である。
【図４】 圧電アクチュエータにおける個別電極とコモン電極との配置パターンを示す部分的拡大斜視図である。
【図５】 フレキシブルフラットケーブルと、キャビティユニットと圧電アクチュエータとを接着・固定した状態のインクジェットプリンタヘッドの中途部を図１又は図２のＸ軸方向の断面で見た拡大断面図である。
【図６】 （ａ）はインクジェットプリンタヘッドの中途部を図１又は図２のＹ軸方向の断面で見た拡大断面図、（ｂ）は絞り部の拡大平面図である。
【符号の説明】
１０ インクジェットプリンタヘッド
１１ キャビティユニット
１２ 圧電アクチュエータ
１３ フレキシブルフラットケーブル
１４ ノズルプレート
１５ 中間プレート
１６ ダンパープレート
１７、１８ マニホールドプレート
１９、２０、２１ スペーサプレート
２２ ベースプレート
２３ 圧力室
２４ ノズル
２５ 連通路
２６ マニホールド室
２７ ダンパー室
２８ 絞り部
２９、３０ インク通路
３１ａ〜３１ｄ インク供給孔
３３、３４ 圧電シート
３６ 個別電極
３７ コモン電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタヘッドに係り、より詳しくは、列状に並ぶノズルの数を多くした大型のインクジェットプリンタヘッドの構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術のオンディマンド型のインクジェットプリンタヘッドにおいては、特開２００２−３６５４５号公報や特開２００２−５９５４７号公報等に開示されているように、複数枚のプレートを積層して、インク流通路を有するキャビティユニットが構成され、これらのプレートは複数個のノズルを備えたノズルプレートと、この各ノズルごとの圧力室を備えたベースプレートと、インク供給源に接続され、且つ前記各圧力室に接続するマニホールド室を有するマニホールドプレート等とから構成されている。圧電アクチュエータは、圧電セラミックス板を挟んで内部電極としてのコモン電極と個別電極とを交互に積層して構成され、前記個別電極とコモン電極との重なり部である活性部が前記圧力室と重なるように、圧電アクチュエータとキャビティユニットとが接合されている。
【０００３】
ところで、通常のインクジェットプリンタ装置においては、そのインクジェットプリンタヘッドを備えたキャリッジを、用紙搬送方向（副走査方向という）と直交する幅方向（主走査方向）に往復移動させながら、前記用紙の幅方向に印刷作業するとき、前記インクジェットプリンタヘッドのノズル列方向は、用紙搬送方向（副走査方向）と平行状に並べられている。従って、前記１回の主走査方向のキャリッジの移動により印刷できる、副走査方向の印刷範囲（印刷長さ）は、前記各ノズルの列の長さに略対応することになる。例えば、前記副走査方向に、１インチ（２５．４ｍｍ）の長さに、７２個のノズルを千鳥配列させたインクジェットプリンタヘッドでは、１回の主走査方向の移動にて、副走査方向に印刷できる範囲（長さ）は１インチということになる。
【０００４】
そして、最近のプリンタの印字速度の高速化、及び高品質化に伴い、同じ短いノズルの間隔（ドット間隔）で前記副走査方向のノズル数を増大させて、ノズル列の長さを２インチ程度にする等、ノズル列を長くすることが要望されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記キャビティユニットにおけるマニホールド室は、ノズルとインクの供給源との間に配置され、インクの供給源からのインクを一旦溜めておき、印字指令に従い、アクチュエータの作動に応じて各圧力室から対応するノズルを経て用紙表面にインクが噴射されるときに、インクを補充させておくものであるから、キャビティユニットにおけるノズルの数の増大に応じて、当該キャビティユニットにおけるマニホールド室の占める体積の割合を増大させなければならない。
【０００６】
このため、例えば、ノズル列方向に並ぶノズルの数を多くしたキャビティユニットを創るとき、前記マニホールド室を、ノズル列方向と略平行状に１本のもので連続状に形成したとすると、以下のような不都合が発生する。
【０００７】
マニホールド室の長手方向に、インク供給側から最も遠い圧力室の列端に向かってインクが流れるとき、マニホールド室の壁面との流路抵抗のため、インク流の下流側に行くに従って、当該インクの供給流量が低下する傾向がある。
【０００８】
従って、前記マニホールド室の占める体積の割合の増加という要請を満足しつつ、インク流の圧力低下による不都合を解消すべく、マニホールドプレートの幅方向（ノズル列方向と直交する方向）にマニホールド室の幅寸法を拡げると、キャビティユニットの平面視の外形が大きくなり、小型化の要請に反する。
【０００９】
また、アクチュエータの駆動により、各圧力室内のインクを瞬間的に加圧するときの当該圧力室に発生する圧力波は、ノズル方向への前進成分だけでなく、マニホールド方向に向かう後退成分があるので、マニホールド室の形状、特にその長さ方向の寸法を変更すると、アクチュエータの駆動強さや駆動タイミング、ひいては前記圧力波の波形の設計も変更しなければならず、例えば、前記ノズル列の長さが１インチ（ノズル数の少ない形状）のキャビティユニットと２インチのノズル列長さ（ノズル数の多い形状）のキャビティユニットとでは、前記圧力波は異なることになり、アクチュエータの駆動電圧や駆動タイミングなどの基本設計を別々に行わなければならないから、開発費用が嵩み、製品実用化までに長時間を要するという問題もあった。
【００１０】
本発明は、ノズル数が多いものにおいて、マニホールド室の連続する長さを長くすることなく、分割することにより、従来の技術的課題を解決したもので、これにより、ノズル数の少ないものと同様のアクチュエータを使用できるようにして、開発費用並びに実用化までの時間を短縮できるインクジェットプリンタヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に分割して複数配置され、前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層して構成され、前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って且つ前記分割した各アクチュエータの数と同数に分割して形成され、それぞれのマニホールド室毎にインク供給源と接続するインク供給孔が連通され、前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置されているものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記マニホールド室は、２つに分割して形成され、対応する前記適数の圧力室のグループからそれぞれ互いに反対方向へ伸びた端部に、前記インク供給孔が連通されているものである。
請求項３に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動してインクを噴射させるアクチュエータとを有するインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層し て構成され、前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って２つに分割して形成され、前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置され、前記各マニホールド室の、対応する前記圧力室のグループからそれぞれ互いに反対方向へ伸びた端部に、インク供給源と接続するインク供給孔が連通されているものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１または３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、前記ベースプレートと前記ノズルプレートとの間に前記マニホールドプレートを配置し、さらに前記ベースプレートと前記マニホールドプレートとの間に、前記圧力室と前記マニホールド室とを連通する通路を有するスペーサプレートを配置して構成され、前記圧力室と前記ノズルとが、前記スペーサプレート及び前記マニホールドプレートに形成された連通路を介して連通されているものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１または３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記複数のノズルからなる列を４列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記各マニホールド室は、前記各ノズルの列の伸びる方向に沿って略平行状に形成したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図１は本発明の実施の形態による圧電式のインクジェットプリンタヘッド１０におけるキャビティユニット１１と圧電アクチュエータ１２との一部切欠き斜視図であり、図１において、金属板製のキャビティユニット１１の上面に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ１２の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル１３（図５及び図６参照）が接着剤にて重ね接合されている。
【００１５】
前記キャビティユニット１１は図２〜図６に示すように構成されている。すなわち、ノズルプレート１４、中間プレート１５、ダンパープレート１６、二枚のマニホールドプレート１７，１８、３枚のスペーサプレート１９，２０，２１及び圧力室２３が形成されているベースプレート２２の合計９枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構成であり、実施形態では、合成樹脂製のノズルプレート１４を除き、各プレート１５〜２２は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する。
【００１６】
前記ノズルプレート１４には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のインク噴出用のノズル２４（個別の列のノズルに対しては符号２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを付する）が、当該ノズルプレート１４における第１の方向（キャビティユニット１１の長辺方向であり、図２において、Ｘ軸方向）に沿って４列の千鳥配列状に設けられている（図２参照）。
【００１７】
即ち、第１列のノズル２４ａと第２列のノズル２４ｂとは、ノズルプレート１４の前記第１の方向に延びる２つの平行状の近接した基準線（図示せず）に沿って各々微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて多数個穿設されており、第３列のノズル２４ｃと第４列のノズル２４ｄとは、同じく前記第１の方向に延びる２つの平行状の近接した基準線に沿って、各々微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて多数個穿設されている。また、第１列のノズル２４ａと第２列のノズル２４ｂとの組と、第３列のノズル２４ｃと第４列のノズル２４ｄとの組は、キャビティユニット１１の短辺方向（第２の方向、図２において、Ｙ軸方向）に間隔をおいて配置されている（図２参照）。実施例では、第１列〜第４列の各々のノズル列の長さは２インチ、各々のノズル２４の数は１５０個で、つまり配列密度は７５（ｄｐｉ［ドット・パー・インチ］）である（図５参照）。
【００１８】
次に、キャビティユニット１１の最上層であるベースプレート２２における圧力室２３の配置関係を、その上に前記ノズル２４の列方向（第１の方向）に縦列させて配置する２つの圧電アクチュエータ１２（個別には符号１２ａ、１２ｂを付する）における活性部の配置との関係から説明する。
【００１９】
１つの圧電アクチュエータ１２ａ（または１２ｂ）が、前記４列のノズル２４の個数のうちの列方向の半数（１列につき７５個）の圧力室２３を作動させるように配置される。従って、図２及び図６（ａ）に示すように、キャビティユニット１１の上面のうち長手方向（前記第１の方向）の前半部に一方の圧電アクチュエータ１２ａが配置され、後半部に他方の圧電アクチュエータ１２ｂが配置される。
【００２０】
そして、各圧電アクチュエータ１２ａ（または１２ｂ）は、後に詳述するように、コモン電極３７と、前記各圧力室２３の位置毎に対応させて配置された個別電極３６とが圧電シートを挟んで交互に積層され、任意の個別電極３６とコモン電極３７との間に電圧を印加することにより、その印加された個別電極３６に対応した圧電シートの活性部に、当該積層方向に圧電縦効果による歪みが発生するものである。該活性部は、圧力室２３の数と同一の数で同一の列にてその対応する位置に形成されている。
【００２１】
即ち、前記活性部は、ノズル２４（圧力室２３）の列方向（第１の方向）に沿って並べられ、且つ前記ノズルの列の数（４つ）と同じ数だけ、第２の方向に並べられている。また、各活性部は、前記第２の方向（キャビティユニット１１の幅方向）に圧力室２３の長手方向に長く形成され、且つ隣接する活性部の配置間隔（ピッチＰ）も前記圧力室２３の配置と同様であって、千鳥状配列されることになる（図４参照）。
【００２２】
前記圧力室２３は、２つの圧電アクチュエータ１２ａ、１２ｂと対応してベースプレート２２の長手方向に２グループに分けて配置される。つまり、一方のアクチュエータ１２ａに対応するグループの圧力室２３は、ノズル２４の列方向（第１の方向）の前半部のものに対応し、他方のアクチュエータ１２ｂに対応するグループの圧力室２３は、ノズル２４の列方向（第１の方向）の後半部のものに対応して、それぞれノズル２４の配置間隔（ピッチＰ）と同じ間隔で、且つ２列の千鳥状配列を２組、計４列をなして配置されている。
【００２３】
前記各圧力室２３は、ベースプレート２２の幅方向（第２の方向）に長く、且つベースプレート２２を厚さ方向に貫通して形成されている。その各圧力室２３の一端は、ベースプレート２２とノズルプレート１４との間に位置するスペーサプレート１９、２０、２１、マニホールドプレート１７、１８、ダンパープレート１６及び中間プレート１５に貫通形成された各連通路２５（個別には２５ａ、２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２５ｇの符号を付する）を介して各ノズル２４に連通する。また、各圧力室２３の他端は、マニホールドプレート１７、１８に形成された後述するマニホールド室２６に連通する。
【００２４】
図２及び図５に示すごとく、２グループの圧力室２３の間は、ベースプレート２２の長手方向に圧力室２３の配置間隔（ピッチＰ）よりも広い間隔Ｌ２に設定されている。これは、各圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂの製作上、最列端の電極３６、３７とそれに近接する圧電アクチュエータの端部との距離Ｌ１を、電極３６のピッチＰの１／２以下に製作することが困難なため、距離Ｌ１を圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂの製作しやすい大きさとして、それよりも大きい間隔Ｌ２を設定したのである。隣接する圧電アクチュエータ１２ａ，１２ｂはその端部の間に隙間をあけて位置することになる。
【００２５】
これにより、ノズル２４のピッチＰは、その列方向に一定に設定されているから、各圧力室２３の一端をノズル２４に接続する連通路２５は、各プレートの積層方向に対して傾斜することになる。また、連通路２５は、２グループの圧力室２３の間隔Ｌ２の中央を境にして対称に傾斜する。
【００２６】
前記二枚のマニホールドプレート１７、１８には、マニホールド室２６（個別には、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈ）が、前記ノズル２４の列に沿って延びるように穿設されている。さらに詳述すると、各マニホールド室２６の長さは、前記各ノズル列方向に並ぶ圧力室２３を適宜数毎に分割した長さであり、実施例では、図３に示すように、圧力室２３の１グループ（１グループの１列の圧力室２３の数が７５）の長さにわたった長さを有し、且つキャビティユニット１１には、圧力室２３の列が４列あるので、その１つの列毎に配置する。従って、前記図２及び図３の実施例では、八本のマニホールド室２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ，２６ｇ，２６ｈが形成されている。各マニホールド室２６の長手方向一端部は、図示しないインク供給源からのインク供給孔３１に連通するように、各グループの互いに反対側へ延長され、各マニホールド室２６ａ，２６ｃ，２６ｅ，２６ｇの他端は、他のグループのマニホールド室２６ｂ，２６ｄ，２６ｆ，２６ｈの他端と近接している。また、各マニホールド室２６の深さはマニホールドプレート１７、１８の板厚さ全体にわたるようレーザ加工またはプラズマジェット加工、電解エッチング加工等にて穿設形成され、この二枚を合わせたマニホールドプレート１７、１８の上層の第一スペーサプレート１９と、下層のダンパープレート１６とにより積層されることにより密閉される構造となっている。なお、ダンパープレート１６には、前記マニホールド室２６と平面視形状が同じで下面側をエッチング加工により板厚を薄くしたダンパー室２７を形成する。
【００２７】
圧電アクチュエータ１２の駆動により圧力室２３に作用する圧力波のうち、マニホールド室２６の方向に向かう後退成分を、板厚の薄いダンパープレート１６の振動により吸収し、いわゆるクロストークが発生することを防止するのである。
【００２８】
また、第２スペーサプレート２０には、インク流の絞り部２８を、前記各圧力室２３毎に対応させて形成する。この絞り部２８の平面視形状は、図６（ｂ）に示すように、長手方向の両端部２８ａ，２８ｂの面積が大きく、その中間の面積が小さく形成されている。また、各絞り部２８の長手方向を前記圧力室２３の長手方向と平行状になるように形成されている。そして、第２スペーサプレート２０をその下面側で前記第１スペーサプレート１９を、上面側で第３スペーサプレート２１を積層することにより、前記絞り部２８が密閉されている。第１スペーサプレート１９に穿設された第１インク通路２９は、前記マニホールド室２６と前記絞り部２８における一端部２８ａとに連通している。他方、第３スペーサプレート２１に穿設された第２インク通路３０は、前記絞り部２８における他端部２８ｂと圧力室２３の他端部とに連通している（図６（ａ）参照）。
【００２９】
図２に示すように、前記ベースプレート２２、第３、第２、第１の各スペーサプレート２１、２０、１９における長手方向の両端部に、大きい径の８つのインク供給孔３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄが上下に連通し、且つ前記各マニホールド室２６の端部に連通するように穿設形成されている。そして、また、スペーサプレート１３の一端に穿設されたインク供給孔３１ａの上面には、その上方のインクタンク等のインク供給源から供給されるインク中の塵を除去するためのフィルタ３２が張設されている。
【００３０】
一方、前記各圧電アクチュエータ１２は、図４に示すように、１枚の厚さが３０μｍ程度の圧電セラミックス板からなる複数枚（４〜１０枚）の圧電シート３３、３４とその最上層のトップシート３５とを積層した構造である。そして、最下段の圧電シート３３とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート３３の上面（広幅面）には、図４に示すように、前記キャビティユニット１１における各圧力室２３に対応した箇所ごとに細幅の個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄが、第１の方向（圧電シート３３の長辺方向、図４のＸ方向、ノズル２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの列方向）に沿って列状に形成される。
【００３１】
各個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは前記第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ軸方向）に沿って各圧電シート３３の短辺と平行状に延びる。その場合、各個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄは、前記各圧力室２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄとほぼ同じ長さで、平面視で圧力室よりもやや狭い幅に形成する。最外列側に配置される第１列目の個別電極３６ａと第４列目の個別電極３６ｄとは、各圧電シート３３のー対の長辺の側縁に近い側に各々配置されている。
【００３２】
また、第２列目の個別電極３６ｂと第３列目の個別電極３６ｃとは、各圧電シート３３の短辺方向の中央寄り部位（各圧電シート３３のー対の長辺で挟まれる中央寄り部位）に配置されている。最下層以外の圧電シート３３には、後述するコモン電極３７における引き出し部３７ａと平面視で重複する個所に、ダミーコモン電極４３を形成する。
【００３３】
他方、前記コモン電極３７は、下から偶数番目の圧電シート３４の表面に印刷形成されるもので、当該圧電シート３４の第１の方向（Ｘ軸方向、圧電シート３４長辺に沿う方向）に長い２本の幹部３７ａ，３７ｂと、該両幹部３７ａ，３７ｂと接続し、且つ圧電シート３４の短辺縁に沿って伸びる引き出し部３７ｃとからなる。前記一方の幹部３７ａは、前記第１列目の個別電極３６ａと第２列目の個別電極３６ｂとの大部分に平面視で重複する位置に配置されている一方、この幹部３７ａの両側に沿って一定間隔で配置形成されるダミー電極３８ａ，３８ｂは、前記第１列目の個別電極３６ａ及び第２列目の個別電極３６ｂの一部と平面視で重複する位置に配置されている。
【００３４】
同様にして、他方の幹部３７ｂは、前記第３列目の個別電極３６ｃと第４列目の個別電極３６ｄとの大部分に平面視で重複する位置に配置されている一方、この幹部３７ｂの両側に沿って一定間隔で配置形成されるダミー電極３８ｃ，３８ｄは、前記第３列目の個別電極３６ｃ及び第４列目の個別電極３６ｄの一部と平面視で重複する位置に配置されている。
【００３５】
そして、トップシート３５の表面（上面）には、前記４列の各個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄに対する４列の各表面電極３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄと、コモン電極３７に対する表面電極４０とが設けられている。そして、最下層の圧電シート３３を除き、それより上層の圧電シート３３、３４とトップシート３５とには、前記各表面電極３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄと、それらにそれぞれ対応する上下位置の個別電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄと、ダミー電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄとが互いに上下方向に連通するスルーホール４１を穿設し、各スルーホール４１内に充填した導電部材（導電性ペースト）を介して互いに電気的に導通できるように接続する。同様にして、トップシート３５における表面電極４０と、それに対応する下層の圧電シート３４におけるコモン電極３７の引き出し部３７ｃと、圧電シート３３におけるダミーコモン電極４３とに互いに上下に連通するスルーホール４２を穿設し、各スルーホール４２内に充填した導電部材（導電性ペースト）を介して互いに電気的に導通できるように接続する。
【００３６】
なお、圧電アクチュエータ１２の製造方法としては、圧電シートであるセラミックス基板の表面に、個別電極、コモン電極、ダミー電極、ダミーコモン電極並びに表面電極はそれぞれ、銀−パラジゥムペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷形成し、乾燥後に、積層したのち焼成して形成するものである。当然のことながら、前記各ダミー電極３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄは、隣接するもの同士及びコモン電極３７とも電気的に接続しないように島状に形成される。同様にして、ダミーコモン電極４３は、個別電極と電気的に接続しないように島状に形成される。
【００３７】
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ１２における下面（圧力室２３と対面する広幅面）全体に、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート（囲示せず）を予め貼着し、次いで、前記キャビティユニット１１に対して、当該圧電アクチュエータ１２が、その各個別電極を前記キャビティユニット１１における各圧力室２３の各々に対応させて接着・固定される（図５及び図６（ａ）参照）。また、この圧電アクチュエータ１２における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル１３が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル１３における各種の配線パタ一ン（図示せず）が、前記各表面電極３９、４０に電気的に接合される。
【００３８】
この構成において、圧電アクチュエータ１２における表面電極３９、４０を介して全個別電極３６とコモン電極３７との間に分極用の高電圧を印加することで、各個別電極３６とコモン電極３７との間に挟まれた圧電シート３３、３４の部分を分極処理する。これにより、各個別電極３６とコモン電極３７との間に挟まれた圧電シート３３、３４の部分を活性部とする。そして、任意の表面電極３９と表面電極４０とを介して個別電極３６とコモン電極３７との間に駆動電圧を印加して、対応する活性部に分極方向と平行な電界を発生させると、その活性部が積層方向に伸長し、対応する圧力室２３ａ〜２３ｄの内容積が縮小され、この圧力室２３ａ〜２３ｄ内のインクが、ノズル２４ａ〜２４ｄから液滴状に噴出して、所定の印字が行われる（図６（ａ）参照）。
【００３９】
カラー印刷する場合に、４色のインク（ブラック、シアン、イエロー、マゼンタ）を使用する時には、例えば、前記第１列のノズル２４ａをブラックインクの吐出用とし、第２列のノズル２４ｂをシアンインク、第３列のノズル２４ｃをイエローインク、第４列のノズル２４ｄをマゼンタインクの吐出用にそれぞれ設定すると、図３に示す対応するマニホールドプレート１７（１８）に形成された第１列目のマニホールド室２６ａ，２６ｂにはブラックインクが充填され、第２列目のマニホールド室２６ｃ，２６ｄにはシアンインクが充填され、第３列目のマニホールド室２６ｅ，２６ｆにはイエローインクが充填され、第４列目のマニホールド室２６ｇ，２６ｈにはマゼンタインクが充填されるのである。
【００４０】
そして、例えば、既に開発されたインクジェットプリンタヘッドにおける、長手方向（列方向）のノズル２４（圧力室２３）の個数が７５個で、その個数を長さ１インチに割り当てたもので、これに対応するキャビティユニットにおけるマニホールド室の長さ，深さ及び平面視形状が既に設計されていたとすると、実施形態では、図３に示すように、前記各列のマニホールド室２６の長さを、前記既に設計したものと同じ長さ，深さ及び平面視形状にて形成する。つまり、キャビティユニット１１の長手方向、つまり列方向の圧力室２３（ノズル２４）の総数１５０（長さ２インチ）の半分の個所（個数で７５個（１インチ））で分割して、それぞれにマニホールド室２６を配置する。さらに、既に設計・開発された圧電アクチュエータ１２も圧力室２３の列の半分ずつに２個縦列配置する。これにより、ノズル数が多くなったとしても、マニホールド室２６の流路抵抗によるインク供給流量の低下がなく、圧電アクチュエータ１２の駆動電圧、駆動タイミングと同じにして作動させると、各ノズル２４から噴射するインク滴の噴射形態も、従前のものと同じにできる。
【００４１】
このように、圧電アクチュエータ１２も従来品を使用し、且つマニホールド室２６の長さ、深さ及び平面視形状も従来品の形態を流用して製作すれば、印刷性能や印刷精度（ノズルのドット密度）が従来品とほぼ同じであって、且つ１列の長さの長いインクジェットプリンタヘッドを簡単に実現させることでき、製品設計・開発に要する手間（期間）及び費用を節約（短縮）できるという効果を奏する。
【００４２】
本発明において、マニホールド室の長さに対応する圧力室２３（ノズル２４）の数には限定はなく、また、対応して配置すべき圧電アクチュエータ１２の数にも制限はない。
【００４３】
なお、キャビティユニット１１における前記複数のノズル２４からなる列を４列とし、前記各ノズル２４の列に対応させて配置する前記各マニホールド室２６は、前記各ノズル２４の列の伸びる方向に沿って略平行状に形成すれば、ノズル２４の列とマニホールド室２６の列とが平面視で重複関係にあっても、不都合がなく、キャビティユニット１１の平面視形状の面積を小さくしたコンパクトなものを製作できるという効果を奏する。
【００４４】
本発明の変形例として、図２に示すキャビティユニット１１（圧電アクチュエータ１２ａと１２ｂとがＸ軸方向に縦列配置されているもの）を、Ｙ軸方向に２つ並設した形態にすれば、２インチに３００個のノズルを持つ列が４列平行状に配列されたインクジェットプリンタヘッドとなるから、その各列毎にインク色を変えた４色のカラープリンタとするときには、高密度のドット数（１５０ｄｐｉ）で、且つ副搬送方向の印字範囲を２インチとする大型のプリンタヘッドとなり、高密度で高速印刷を達成できる。
【００４５】
また、前記実施形態では、ノズルの列は４列であったが、本発明では１列以上のノズル列に対して適用できる。さらに、アクチュエータは、圧電素子を利用したものの他、静電気により、各圧力室の背面を覆う振動板を振動させてノズルからインクを吐出させる形式のものや、各圧力室のごとにジュール熱発生素子を設けて、駆動信号によりジュール熱発生素子を発熱させて圧力室内のインクを気化させてノズルから吐出するインクを加圧する形式であっても良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に分割して複数配置され、前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層して構成され、前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って且つ前記分割した各アクチュエータの数と同数に分割して形成され、それぞれのマニホールド室毎にインク供給源と接続するインク供給孔が連通され、前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置されていることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動してインクを噴射させるアクチュエータとを有するインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層して構成され、前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って２つに分割して形成され、前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置され、前記各マニホールド室の、対応する前記圧力室のグループからそれぞれ互 いに反対方向へ伸びた端部に、インク供給源と接続するインク供給孔が連通されているものである。
従って、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数に対応させた長さのマニホールド室を設計・製作しておけば、ノズル数が多くなったとしても、マニホールド室も従前のマニホールド室と同じ長さのものに設定したキャビティユニットを製作すれば、従前のキャビティユニットとのものと同じ印字性能を実現できる。換言すると、従前の基本性能を変えることなく、大型のインクジェットプリンタヘッドを簡単に製作できる。また、マニホールド室が著しく長くならないから、流路抵抗を考慮してマニホールド室の幅を大きくする必要がなく、キャビティユニットを小型化できるという効果を奏する。
【００４７】
しかも、前記アクチュエータを、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に分割して複数配置し、前記キャビティユニットにおける前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室を、前記分割した各アクチュエータの数と同数に分割させて配置すれば、従前に開発したアクチュエータを利用し、且つその基本性能を変えず、また駆動電圧や駆動タイミングも変更することなく、大型のインクジェットプリンタヘッドを簡単に製作できるという効果を奏する。
【００４８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１または３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記複数のノズルからなる列を４列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記各マニホールド室は、前記各ノズルの列の伸びる方向に沿って略平行状に形成したものであるから、請求項１または請求項２に記載の発明による効果に加えて、ノズルの列とマニホールド室の列とが平面視で重複関係にあっても、不都合がなく、キャビティユニットの平面視形状の面積を小さくしたコンパクトなインクジェットプリンタヘッドを製作できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態による圧電式インクジェットプリンタヘッドのキャビティユニットと圧電アクチュエータとを分離して示す一部斜視図である。
【図２】 キャビティユニットの分解斜視図である。
【図３】 マニホールドプレートの斜視図である。
【図４】 圧電アクチュエータにおける個別電極とコモン電極との配置パターンを示す部分的拡大斜視図である。
【図５】 フレキシブルフラットケーブルと、キャビティユニットと圧電アクチュエータとを接着・固定した状態のインクジェットプリンタヘッドの中途部を図１又は図２のＸ軸方向の断面で見た拡大断面図である。
【図６】 （ａ）はインクジェットプリンタヘッドの中途部を図１又は図２のＹ軸方向の断面で見た拡大断面図、（ｂ）は絞り部の拡大平面図である。
【符号の説明】
１０ インクジェットプリンタヘッド
１１ キャビティユニット
１２ 圧電アクチュエータ
１３ フレキシブルフラットケーブル
１４ ノズルプレート
１５ 中間プレート
１６ ダンパープレート
１７、１８ マニホールドプレート
１９、２０、２１ スペーサプレート
２２ ベースプレート
２３ 圧力室
２４ ノズル
２５ 連通路
２６ マニホールド室
２７ ダンパー室
２８ 絞り部
２９、３０ インク通路
３１ａ〜３１ｄ インク供給孔
３３、３４ 圧電シート
３６ 個別電極
３７ コモン電極
Claims (5)
- 前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部を有してインクを噴射させるアクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記アクチュエータは、前記ノズルの列方向に並ぶ圧力室の適宜数毎に分割して複数配置され、
前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層して構成され、
前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って且つ前記分割した各アクチュエータの数と同数に分割して形成され、
それぞれのマニホールド室毎にインク供給源と接続するインク供給孔が連通され、
前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置されていることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 前記マニホールド室は、２つに分割して形成され、対応する前記適数の圧力室のグループからそれぞれ互いに反対方向へ伸びた端部に、前記インク供給孔が連通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プリンタヘッド。
- 前面に列状に配置された複数個のノズルと、該各ノズル毎に対応する圧力室と、各圧力室から前記各ノズル毎に連通するインク流通路と、インク供給源からインクを溜めたのち前記列状の複数のノズルに対応する複数の圧力室にインクを補充するマニホールド室とを有したキャビティユニットと、前記圧力室毎に選択的に駆動してインクを噴射させるアクチュエータとを有するインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記キャビティユニットは、前記ノズルが形成されているノズルプレート、前記圧力室が形成されているベースプレート、及び前記ノズルの列方向に沿って伸びる前記マニホールド室が形成されているマニホールドプレートを積層して構成され、
前記マニホールド室は、１つの前記マニホールドプレートに、前記ノズルの列方向に沿って２つに分割して形成され、
前記適宜数毎の圧力室を前記分割した前記マニホールド室にそれぞれ連通させて前記マニホールドプレート上に前記ベースプレートが配置され、
前記各マニホールド室の、対応する前記圧力室のグループからそれぞれ互いに反対方向へ伸びた端部に、インク供給源と接続するインク供給孔が連通されていることを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 - 前記キャビティユニットは、前記ベースプレートと前記ノズルプレートとの間に前記マニホールドプレートを配置し、さらに前記ベースプレートと前記マニホールドプレートとの間に、前記圧力室と前記マニホールド室とを連通する通路を有するスペーサプレートを配置して構成され、
前記圧力室と前記ノズルとが、前記スペーサプレート及び前記マニホールドプレートに形成された連通路を介して連通されていることを特徴とする請求項１または３に記載のインクジェットプリンタヘッド。 - 前記複数のノズルからなる列を４列とし、前記各ノズルの列に対応させて配置する前記各マニホールド室は、前記各ノズルの列の伸びる方向に沿って略平行状に形成されていることを特徴とする請求項１または３に記載のインクジェットプリンタヘッド。
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