JP4138592B2 - インクジェットヘッドおよび印刷装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、流路ユニットに多数の圧力室をマトリクス状に相互に隣接配置し、圧電素子及び一方の電極（共通電極）を複数の圧力室に跨ったシート状にすると共に、共通電極との間で圧電素子を挟み込む他方の電極（個別電極）を各圧力室に対向する位置に配置したインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドでは、個別電極の電位を共通電極とは異なるものとすることによって、対応する圧力室に連通したノズルからインクが吐出される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２９２８６０（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなインクジェットヘッドでは、個別電極及び圧力室が密接して配置されているために、ある圧力室に連通したノズルからインクを吐出した際に、当該圧力室に対応した位置にある圧電シートの振動が隣接した圧力室に連通したノズルからのインク吐出特性を悪化させるクロストークという現象が生じやすい。クロストークが生じると、印刷画像の画質が低下してしまうため、インクジェットヘッドにおいて圧力室間のクロストークの低減は重要な問題である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、圧力室間のクロストークを低減することができるインクジェットヘッドを提供すること、及び、このようなインクジェットヘッドを含む印刷装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドは、ノズルに連通した複数の圧力室が平面に沿って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、各圧力室内に対向する位置に配置された主電極領域と、前記主電極領域につながった前記圧力室外に対向する位置に配置され、前記アクチュエータユニット外部に対しての電気的な接続を行うための接続端子を含む補助電極領域とからそれぞれ構成され、マトリックス状に配置されていると共に全て同一形状を有する複数の個別電極と、複数の前記圧力室に跨って設けられ、前記個別電極の前記補助電極領域に対向し且ついずれの前記主電極領域とも対向しない複数の空き領域が互いに接続されないように形成された共通電極と、前記共通電極と前記個別電極とによって挟まれた圧電シートとを備えている（請求項１）。
【０００７】
この構成によると、共通電極に空き領域が形成されているので、空き領域に対向した圧電シートが変位しにくくなることによって圧力室間のクロストークを低減することができる。
【０００８】
またこの構成によると、空き領域が圧力室外に対向する位置に配置された補助電極領域、つまり圧電シートにおいてインク吐出にほとんど寄与しない部位に対向しているために、個別電極の補助電極領域に対向した圧電シートの変位量を少なくすることができる。
【０００９】
【００１０】
またこの構成によると、外部との電気的な接合がなされる接続端子を、駆動に寄与しない空き領域に対応させて設けることができるので、駆動に伴う振動で接続端子の接合点が剥離するおそれを少なくすることができる。
【００１１】
この場合、クロストーク低減効果を高める観点から、前記共通電極は、前記空き領域によって分断されず且つ前記空き領域が前記個別電極の前記主電極領域を取り囲むように形成されていることが好ましい（請求項２）。さらにこの場合、クロストーク低減効果をより高める観点から、前記共通電極は、前記主電極領域に対向した領域同士が細長形状のブリッジ領域によって接続された形状を有していることが好ましい（請求項３）。
【００１２】
本発明において、前記個別電極の前記補助電極領域が別の２つの前記個別電極の前記主電極領域間に位置していてもよい（請求項４）。この構成によると、高密度に圧力室が配置されている形態であっても、優れたクロストーク低減効果が得られる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
本発明の印刷装置は、上述したようなインクジェットヘッドを搭載したものである（請求項５）。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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７０を有している。ヘッド本体７０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７０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ノズル８（図７参照）が設けられている。４つのヘッド本体７０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。
【００２３】
ヘッド本体７０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７０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。
【００２４】
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７０の下面を覆うための４つのキャップ１１６や、図示しないパージ機構などが設けられている。
【００２５】
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の電源オフ操作がされたとき）は、４つのヘッド本体７０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７０の下面をそれぞれ覆い、ヘッド本体７０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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
図２は、図１に示すインクジェットヘッド１の外観斜視図である。図３は、図２のIII−III線における断面図である。インクジェットヘッド１は、用紙に対してインクを吐出するための主走査方向に延在した矩形平面形状を有するヘッド本体７０と、ヘッド本体７０の上方に配置され且つヘッド本体７０に供給されるインクの流路である２つのインク溜まり３が形成されたベースブロック７１とを備えている。
【００２９】
ヘッド本体７０は、インク流路が形成された流路ユニット４と、流路ユニット４の上面に接着された複数のアクチュエータユニット２１とを含んでいる。これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は共に、複数の薄板を積層して互いに接着させた構成である。また、アクチュエータユニット２１の上面には、給電部材であるフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）５０が接着され、左右に引き出されている。ベースブロック７１は、例えばステンレスなどの金属材料からなる。ベースブロック７１内のインク溜まり３は、ベースブロック７１の長手方向に沿って形成された略直方体の中空領域である。
【００３０】
ベースブロック７１の下面７３は、開口３ｂの近傍において周囲よりも下方に飛び出している。そして、ベースブロック７１は、下面７３の開口３ｂ近傍部分７３ａにおいてのみ流路ユニット４と接触している。そのため、ベースブロック７１の下面７３の開口３ｂ近傍部分７３ａ以外の領域は、ヘッド本体７０から離隔しており、この離隔部分にアクチュエータユニット２１が配されている。
【００３１】
ベースブロック７１は、ホルダ７２の把持部７２ａの下面に形成された凹部内に接着固定されている。ホルダ７２は、把持部７２ａと、把持部７２ａの上面からこれと直交する方向に所定間隔をなして延出された平板状の一対の突出部７２ｂとを含んでいる。アクチュエータユニット２１に接着されたＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材８３を介してホルダ７２の突出部７２ｂ表面に沿うようにそれぞれ配置されている。そして、ホルダ７２の突出部７２ｂ表面に配置されたＦＰＣ５０上にドライバＩＣ８０が設置されている。ＦＰＣ５０は、ドライバＩＣ８０から出力された駆動信号をヘッド本体７０のアクチュエータユニット２１に伝達するように、両者とハンダ付けによって電気的に接合されている。
【００３２】
ドライバＩＣ８０の外側表面には略直方体形状のヒートシンク８２が密着配置されているため、ドライバＩＣ８０で発生した熱を効率的に散逸させることができる。ドライバＩＣ８０及びヒートシンク８２の上方であって、ＦＰＣ５０の外側には、基板８１が配置されている。ヒートシンク８２の上面と基板８１との間、および、ヒートシンク８２の下面とＦＰＣ５０との間は、それぞれシール部材８４で接着されている。
【００３３】
図４は、図２に示したヘッド本体７０の平面図である。図４において、ベースブロック７１内に形成されたインク溜まり３が仮想的に破線で描かれている。２つのインク溜まり３は、ヘッド本体７０の長手方向に沿って、互いに所定間隔をなして平行に延在している。２つのインク溜まり３はそれぞれ一端に開口３ａを有し、この開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通することによって、常にインクで満たされている。また、開口３ｂは、ヘッド本体７０の長手方向に沿って各インク溜まり３に多数設けられていて、上述したように各インク溜まり３と流路ユニット４とを結んでいる。多数の開口３ｂは、対となる２つずつがヘッド本体７０の長手方向に沿って近接配置されている。一方のインク溜まり３に連通した開口３ｂの対と、他方のインク溜まり３に連通した開口３ｂの対とは、千鳥状に配置されている。
【００３４】
開口３ｂが配置されていない領域には、開口３ｂの対とは逆のパターンで、台形の平面形状を有する複数のアクチュエータユニット２１が千鳥状に配置されている。各アクチュエータユニット２１の平行対向辺（上辺及び下辺）は、ヘッド本体７０の長手方向と平行である。また、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺の一部同士がヘッド本体７０の幅方向にオーバーラップしている。
【００３５】
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５に示すように、各インク溜まり３に設けられた開口３ｂは共通インク室であるマニホールド５に連通し、さらに各マニホールド５の先端部は２つに分岐して副マニホールド５ａを形成している。また、平面視において、アクチュエータユニット２１における２つの斜辺側それぞれから、隣接する開口３ｂから分岐した２つの副マニホールド５ａが延出している。つまり、アクチュエータユニット２１の下方には、アクチュエータユニット２１の平行対向辺に沿って互いに離隔した計４つの副マニホールド５ａが延在している。
【００３６】
アクチュエータユニット２１の接着領域と対応した流路ユニット４の下面は、インク吐出領域となっている。インク吐出領域の表面には、後述するように、多数のノズル８がマトリクス状に配列されている。ノズル８は、図面を簡単にするために図５では幾つかだけを描いているが、実際にはインク吐出領域全体に亘って配列されている。
【００３７】
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、インク吐出面に対して垂直な方向から見た状態を示している。各圧力室１０は、角部にアールが施された略菱形の平面形状を有しており、その長い方の対角線は流路ユニット４の幅方向に平行である。各圧力室１０の一端はノズル８に連通しており、他端はアパーチャ１２（図７参照）を介して共通インク流路としての副マニホールド５ａに連通している。平面視において各圧力室１０と重なり合う位置には、圧力室１０と相似でこれよりも一回り小さい平面形状を有する個別電極３５が、アクチュエータユニット２１上に形成されている。図６には、図面を簡略にするために、多数の個別電極３５のうちの幾つかだけを描いている。なお、図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。
【００３８】
図６において、圧力室１０がそれぞれ収容された仮想的な複数の菱形領域１０ｘは、互いに重なり合うことなく各辺を共有するように、配列方向Ａ（第１の方向）及び配列方向Ｂ（第２の方向）の２方向にマトリクス状に隣接配置されている。配列方向Ａは、インクジェットヘッド１の長手方向、すなわち副マニホールド５ａの延在方向であって、菱形領域１０ｘの短い方の対角線と平行である。配列方向Ｂは、配列方向Ａと鈍角θをなす菱形領域１０ｘの一斜辺方向である。圧力室１０は、対応する菱形領域１０ｘと中心位置が共通であって、両者の輪郭線は平面視において互いに離隔している。
【００３９】
配列方向Ａ及び配列方向Ｂの２方向にマトリクス状に隣接配置された圧力室１０は、配列方向Ａに沿って３７．５ｄｐｉに相当する距離ずつ離隔している。また、圧力室１０は、１つのインク吐出領域内において、配列方向Ｂに１８個並べられている。但し、配列方向Ｂの両端にある圧力室はダミーであって、インク吐出に寄与しない。
【００４０】
マトリクス状に配置された複数の圧力室１０は、図６に示す配列方向Ａに沿って、複数の圧力室列を形成している。圧力室列は、図６の紙面に対して垂直な方向（第３の方向）から見て、副マニホールド５ａとの相対位置に応じて、第１の圧力室列１１ａ、第２の圧力室列１１ｂ、第３の圧力室列１１ｃ、及び、第４の圧力室列１１ｄに分けられる。これら第１〜第４の圧力室列１１ａ〜１１ｄは、アクチュエータユニット２１の上辺から下辺に向けて、１１ｃ→１１ｄ→１１ａ→１１ｂ→１１ｃ→１１ｄ→…→１１ｂという順番で周期的に４個ずつ配置されている。
【００４１】
第１の圧力室列１１ａを構成する圧力室１０ａ及び第２の圧力室列１１ｂを構成する圧力室１０ｂにおいては、第３の方向から見て、配列方向Ａと直交する方向（第４の方向）に関して、ノズル８が図６の紙面下側に偏在している。そして、ノズル８が、それぞれ対応する菱形領域１０ｘの下端部に位置している。一方、第３の圧力室列１１ｃを構成する圧力室１０ｃ及び第４の圧力室列１１ｄを構成する圧力室１０ｄにおいては、第４の方向に関して、ノズル８が図６の紙面上側に偏在している。そして、ノズル８が、それぞれ対応する菱形領域１０ｘの上端部に位置している。第１及び第４の圧力室列１１ａ、１１ｄにおいては、第３の方向から見て、圧力室１０ａ、１０ｄの半分以上の領域が、副マニホールド５ａと重なっている。第２及び第３の圧力室列１１ｂ、１１ｃにおいては、第３の方向から見て、圧力室１０ｂ、１０ｃの全領域が、副マニホールド５ａと重なっていない。そのため、いずれの圧力室列に属する圧力室１０についてもこれに連通するノズル８が副マニホールド５ａと重ならないようにしつつ、副マニホールド５ａの幅を可能な限り広くして各圧力室１０にインクを円滑に供給することが可能となっている。
【００４２】
次に、ヘッド本体７０の断面構造について、図７及び図８を参照してさらに説明する。図７は、図６のVII−VII線における断面図であり、図７には、第１の圧力室列１１ａに属する圧力室１０ａが描かれている。図７から分かるように、各ノズル８は、圧力室１０ａ及びアパーチャ１２を介して副マニホールド５ａと連通している。このようにして、ヘッド本体７０には、副マニホールド５ａの出口からアパーチャ１２、圧力室１０ａを経てノズル８に至る個別インク流路３２が圧力室１０ごとに形成されている。
【００４３】
図７から明らかなように、圧力室１０とアパーチャ１２とは異なるレベルに設けられている。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。
【００４４】
ヘッド本体７０は、図８からも分かるように、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。
【００４５】
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からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。アパーチャプレート２４は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、２つの孔とその間を結ぶハーフエッチング領域で形成されたアパーチャ１２のほかに圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。サプライプレート２５は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、アパーチャ１２と副マニホールド５ａとの連絡孔及び圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート２６、２７、２８は、副マニホールド５ａに加えて、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。カバープレート２９は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、圧力室１０からノズル８への連絡孔がそれぞれ設けられた金属プレートである。ノズルプレート３０は、キャビティプレート２２の１つの圧力室１０について、ノズル８がそれぞれ設けられた金属プレートである。
【００４６】
これら１０枚のシート２１〜３０は、図７に示すような個別インク流路３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。この個別インク流路３２は、副マニホールド５ａからまず上方へ向かい、アパーチャ１２において水平に延在し、それからさらに上方に向かい、圧力室１０において再び水平に延在し、それからしばらくアパーチャ１２から離れる方向に斜め下方に向かってから垂直下方にノズル８へと向かう。
【００４７】
次に、アクチュエータユニット２１の構成について説明する。図９はアクチュエータユニット２１の平面図である。アクチュエータユニット２１上には、圧力室１０と同じパターンで多数の個別電極３５がマトリクス状に配置されている。各個別電極３５は、平面視において圧力室１０と対向する位置に配置されている。
【００４８】
図１０は個別電極３５の平面図であり、図１０に示すように、個別電極３５は、圧力室１０と対向する位置に配置されて平面視において圧力室１０内に収容される主電極領域３５ａと、主電極領域３５ａにつながっており且つ圧力室１０外に対向する位置に配置された補助電極領域３５ｂとから構成されている。
【００４９】
図１１は、図１０のXI−XI線に沿った断面図である。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。これら圧電シート４１〜４４は、ヘッド本体７０内の１つのインク吐出領域内に形成された多数の圧力室１０に跨って配置されるように連続した層状の平板（連続平板層）となっている。圧電シート４１〜４４が連続平板層として多数の圧力室１０に跨って配置されることで、例えばスクリーン印刷技術を用いることにより圧電シート４１上に個別電極３５を高密度に配置することが可能となっている。そのため、個別電極３５に対応する位置に形成される圧力室１０をも高密度に配置することが可能となって、高解像度画像の印刷ができるようになる。圧電シート４１〜４４は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなるものである。
【００５０】
最上層の圧電シート４１上に形成された個別電極３５の主電極領域３５ａは、図１０に示すように、圧力室１０とほぼ相似である略菱形の平面形状を有している。略菱形の主電極領域３５ａにおける下方鋭角部は延出されて、圧力室１０外に対向する補助電極領域３５ｂにつながっている。補助電極領域３５ｂの先端には、個別電極３５と電気的に接続された円形のランド部３６が設けられている。図１１に示すように、ランド部３６は、キャビティプレート２２において圧力室１０が形成されていない領域に対向している。ランド部３６は、例えばガラスフリットを含む金からなり、図１０に示すように、補助電極領域３５ｂにおける延出部表面上に接着されている。図１１ではＦＰＣ５０の図示を省略しているものの、ランド部３６は、ＦＰＣ５０に設けられた接点と電気的に接合されている。この接合を行う際に、ＦＰＣ５０の接点を、ランド部３６に対して押圧する必要がある。ランド部３６に対向するキャビティプレート２２の領域に、圧力室１０が形成されていないため、十分な押圧により確実な接合を行うことができる。
【００５１】
最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間には、圧電シート４１と同じ外形及び略２μｍの厚みを有する共通電極３４が介在している。図１２（ａ）は、共通電極３４の平面図であり、図１２（ｂ）は、その部分拡大図である。これらの図面から分かるように、共通電極３４には、ランド部３６に対向し且つランド部３６よりもやや大きい径を有する円形の孔３７が、個別電極３５と同じパターンで多数形成されている。孔３７は、共通電極３４に形成された空き領域である。これら個別電極３５及び共通電極３４は共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。
【００５２】
共通電極３４は、図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極３４は、すべての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。また、個別電極３５は、各圧力室１０に対応するものごとに電位を制御することができるように、各個別電極３５ごとに独立した別のリード線を含むＦＰＣ５０及びランド部３６を介してドライバＩＣ８０に接続されている（図１及び図２参照）。
【００５３】
図１３（ａ）は、個別電極３５のパターンと共通電極３４のパターンとが重ね合わせられた仮想的な平面図であり、図１３（ｂ）はその部分拡大図である。図１３（ｂ）では、個別電極３５と共通電極３４との重なり領域をハッチングで描いている。図１３（ｂ）から明らかなように、本実施の形態においては、共通電極３４に形成された孔３７内に補助電極領域３５ｂのほぼ全域が位置しており、主電極領域３５ａのほぼ全域が共通電極３４と重なっている。
【００５４】
次に、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。アクチュエータユニット２１における圧電シート４１の分極方向はその厚み方向である。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）１枚の圧電シート４１を活性層が存在する層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い）３枚の圧電シート４２〜４４を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極３５を正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート４１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性層（圧力発生部）として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。
【００５５】
本実施の形態では、圧電シート４１において主電極領域３５ａと共通電極３４とによって挟まれた部分は、電界が印加されるために活性層として働く。一方、圧電シート４１において補助電極領域３５ｂの下方にある部分は、共通電極３４に孔３７が設けられているために電界強度が大幅に低下し、そのために活性層としてほとんど機能しない。したがって、圧電シート４１において主電極領域３５ａと共通電極３４とによって挟まれた部分だけが、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。
【００５６】
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変位しないので、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４４全体が非活性側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このとき、図１１に示したように、圧電シート４１〜４４の下面は圧力室を区画する隔壁（キャビティプレート）２２の上面に固定されているので、結果的に圧電シート４１〜４４は圧力室側へ凸になるように変形する。このため、圧力室１０の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の形状になって圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド５側から吸い込む。
【００５７】
上述のように、本実施の形態では、共通電極３４をアクチュエータユニット２１の全域に設けておらず、孔３７を設けることで共通電極３４に空き領域を形成している。この孔３７は、個別電極３５の補助電極領域３５ｂに対向する部分に設けられているので、共通電極３４と個別電極３５とを異なる電位にしても、圧電シート４１において補助電極領域３５ｂに対向した部分は活性層としてほとんど機能しない。そのため、孔３７及びその周辺における圧電シート４１〜４４の変形量が、共通電極３４に孔３７が形成されていない場合よりも小さくなる。
【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。この駆動方法を行う場合にも、共通電極３４に孔３７が形成されているために、上述した駆動方法を行う場合と同じく、孔３７及びその周辺における圧電シート４１〜４４の変形量が、共通電極３４に孔３７が形成されていない場合よりも小さくなる。
【００５９】
図６に戻って、配列方向Ａに３７．５ｄｐｉに相当する幅（６７８．０μｍ）を有し、配列方向Ｂに延在する帯状領域Ｒについて考える。この帯状領域Ｒの中では、１６列の圧力室列１１ａ〜１１ｄの内の何れの列についても、ノズル８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１６個のノズル８が分布している。そして、これら１６個の各ノズル８を配列方向Ａ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。
【００６０】
１つの帯状領域Ｒに属する１６個のノズル８を配列方向Ａ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１６個のノズル８を（１）〜（１６）と記することにしたとき、これら１６個のノズル８は、下から、（１）、（９）、（５）、（１３）、（２）、（１０）、（６）、（１４）、（３）、（１１）、（７）、（１５）、（４）、（１２）、（８）、（１６）の順番に並んでいる。このように構成された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内を印字媒体の搬送に合わせて適宜駆動させると、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。
【００６１】
例えば、６００ｄｐｉの解像度で配列方向Ａ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８が圧力室１０の同じ側の鋭角部に連通している参考例の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６中一番下に位置する圧力室列中のノズル８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８を選択してインクを吐出する。これにより、インクのドットが配列方向Ａ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の解像度で配列方向Ａに延びる直線が描かれることになる。
【００６２】
一方、本実施の形態では、図６中一番下に位置する圧力室列１１ｂ中のノズル８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８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８位置の配列方向Ａへの変位が同じでないので、印字媒体が搬送されるのに伴って配列方向Ａ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。
【００６３】
すなわち、図６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１１ｂ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３７．５ｄｐｉに相当する間隔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（９）の位置に達すると、このノズル（９）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に相当する間隔分の８倍だけ配列方向Ａに変位した位置に２番目のインクドットが形成される。
【００６４】
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１１ｄ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に相当する間隔分の４倍だけ配列方向Ａ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１１ｃに連通するノズル（１３）の位置に達すると、ノズル(１３)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に相当する間隔分の１２倍だけ配列方向Ａに変位した位置に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に相当する間隔分のだけ配列方向Ａに変位した位置に５番目のインクドットが形成される。
【００６５】
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８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６中に示したノズル８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配列方向Ａに変位した位置にインクドットが形成される。最終的に１６個のノズル８を選択し終わったときには、図中一番下の圧力室列１１ｂ中のノズル（１）により３７．５ｄｐｉに相当する間隔で形成されたインクドットの間が６００ｄｐｉに相当する間隔毎に離れて形成された１５個のドットで繋げられ、全体で６００ｄｐｉの解像度で配列方向Ａに延びる直線を描くことが可能になっている。
【００６６】
なお、各インク吐出領域の配列方向Ａについての両端部（アクチュエータユニット２１の斜辺）近傍では、ヘッド本体７０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の配列方向Ａについての両端部近傍と相補関係となることで６００ｄｐｉの解像度での印刷が可能となっている。
【００６７】
上述のように、本実施の形態では、共通電極３４をアクチュエータユニット２１の全域に設けておらず、孔３７を設けることで共通電極３４に空き領域を形成しているので、圧電シート４１において個別電極３５の補助電極領域３５ｂに対向した部分は活性層としてほとんど機能しない。そのため、孔３７及びその周辺における圧電シート４１〜４４の変形量が、共通電極３４に孔３７が形成されていない場合よりも小さくなる。したがって、ある圧力室１０に連通したノズルからのインク吐出動作時において、圧電シート４１〜４４の振動によって引き起こされ、当該圧力室の周辺にある圧力室１０に連通したノズルからのインク吐出特性の悪化の原因となるクロストークが低減する。また、圧電シート４１において主電極領域３５ａに対向しておらずインク吐出にほとんど寄与しない部位だけに対向する孔３７が共通電極３４に形成されているために、孔３７を設けることによって個別電極３５の主電極領域３５ａに対向した圧電シート４１〜４４の変位量がほとんど変化せず、インク吐出特性を維持することができる。また、ＦＰＣ５０の接点と接合するランド部３６が圧電シート４１〜４４の変形量の小さい補助電極領域３５ｂに設けられているため、アクチュエータユニット２１の駆動に伴い、ランド部３６とＦＰＣ５０の接点とが剥離するおそれを少なくすることができる。
【００６８】
また、本実施の形態では、配列方向Ａに沿って隣接する２つの個別電極３５の主電極領域３５ａの間に、別の列の個別電極３５と接続されたランド部３６とが位置するように、圧力室１０及び個別電極３５がマトリクス状に高密度に配置されている。すなわち、配列方向Ａに沿って見た場合は、ランド部３６の両側には２つの主電極領域３５ａが設けられているが、共通電極３４におけるランド部３６に対向する領域には、空き領域としての孔３７が設けられている。そのため、ランド部３６に電圧を印加してインク吐出動作を行った場合でも、ランド部３６に対向する部分が活性層として機能しないので、配列方向Ａに沿って隣接する２つの個別電極３５に対して、クロストークの原因となる振動がほとんど伝わることがない。したがって、本実施の形態のようなインクジェットヘッドにおいても、優れたクロストーク低減効果が得られる。
【００６９】
第１の実施の形態では、共通電極３４に形成された円形の孔３７内に補助電極領域３５ｂのほぼ全域が位置しており、（孔の面積）＞（補助電極部の面積）が成り立っている。しかしながら、孔３７の形状及びそのサイズは、圧力室１０の変形に悪影響を与えない範囲で変更することができる。例えば、一変形例として、補助電極領域３５ｂとほぼ同じ形状を有する孔を共通電極３４に形成してもよい。その場合、（孔の面積）＝（補助電極部の面積）が成り立ち、第１の実施の形態と同等のクロストーク低減効果が得られる。また、別の変形例として、補助電極領域３５ｂよりも小さい孔を共通電極３４に形成してもよい。その場合、（孔の面積）＜（補助電極部の面積）が成り立ち、クロストーク低減効果は第１の実施の形態よりも低下する。また、孔３７の形状も円形以外の任意の形状としてよい。
【００７０】
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。本実施の形態によるインクジェットヘッドは、共通電極に設けられた空き領域の形状が第１の実施の形態と相違したものである。つまり、図１〜図１０に描かれた構造に関して、本実施の形態のインクジェットヘッドは第１の実施の形態と同じであり、図１１〜図１３に描かれた構造に関して両者は相違している。そこで、以下、その相違点を中心に説明することとし、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
図１４は、本実施の形態におけるヘッド本体の図１１に対応した断面図である。図１４に示すように、最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間には、共通電極３４ｃが介在している。図１５（ａ）は、共通電極３４ｃの平面図であり、図１５（ｂ）は、その部分拡大図である。これらの図面から分かるように、共通電極３４ｃは、個別電極３５の主電極領域３５ａと相似形状で主電極領域３５ａよりも一回り大きい多数の島状部３８が細長形状のブリッジ３９によって連結されたような形状をしている。共通電極３４ｃは、全体としては、アクチュエータユニット２１の平面形状とほぼ同じ形状を有している。ブリッジ３９は、１つの島状部３８について、その右上、右下、左上、左下の４個所に連結されている。このように島状部３８及びブリッジ３９が連結されることによって、共通電極３４ｃには孔４０、つまり島状部３８及びブリッジ３９が設けられていない空き領域が形成されている。なお、個別電極３５の主電極領域３５ａに対向配置された島状部３８は、全てブリッジ３９で電気的に接続されているので、共通電極３４は、全ての圧力室１０に対応する領域において均一なグランド電位に保たれている。
【００７２】
図１６（ａ）は、個別電極３５のパターンと共通電極３４ｃのパターンとが重ね合わせられた仮想的な平面図であり、図１６（ｂ）はその部分拡大図である。図１６（ｂ）では、個別電極３５と共通電極３４ｃとの重なり領域をハッチングで描いている。図１６（ｂ）から明らかなように、本実施の形態においては、共通電極３４ｃに形成された孔４０内に補助電極領域３５ｂのほぼ全域が位置しており、主電極領域３５ａのほぼ全域が共通電極３４ｃの島状部３８と重なっている。そして、上下左右どの方向に隣接する主電極領域３５ａ同士も、孔４０によって遮られている。
【００７３】
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を駆動した場合、圧電シート４１において主電極領域３５ａと共通電極３４ｃの島状部３８とによって挟まれた部分は、電界が印加されるために活性層として働く。一方、圧電シート４１において補助電極領域３５ｂの下方にある部分は、共通電極３４ｃに孔４０が設けられているために電界強度が大幅に低下し、そのために活性層としてほとんど機能しない。したがって、圧電シート４１において主電極領域３５ａと共通電極３４ｃの島状部３８とによって挟まれた部分だけが、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。よって、孔４０及びその周辺における圧電シート４１〜４４の変形量が、共通電極３４ｃに孔４０が形成されていない場合よりも小さくなる。したがって、ある圧力室１０に連通したノズルからのインク吐出動作時における圧電シート４１〜４４の振動が当該圧力室の周辺にある圧力室１０に連通したノズルからのインク吐出特性に及ぼす影響が少なくなり、クロストークが低減する。また、圧電シート４１において主電極領域３５ａに対向しておらずインク吐出にほとんど寄与しない部位だけに対向する孔４０が共通電極３４ｃに形成されているために、孔４０を設けることによって個別電極３５の主電極領域３５ａに対向した圧電シート４１〜４４の変位量がほとんど変化せず、インク吐出特性を維持することができる。
【００７４】
さらに、本実施の形態では、図１６（ｂ）から明らかなように、共通電極３４ｃは、孔４０によって分断されることなく且つ孔４０が主電極領域３５ａをほぼ全方向に亘って取り囲むように形成されている。そのため、第１の実施の形態のように補助電極領域３５ｂに対向した孔３７を設ける場合よりも、クロストーク低減効果を高めることができる。特に本実施の形態では、島状部３８同士が細長形状のブリッジ３９によって連結されているために、クロストーク低減効果をより高めることができる。
【００７５】
また、配列方向Ａに沿って隣接する２つの個別電極３５の主電極領域３５ａの間に、別の個別電極３５と接続されたランド部３６が位置している。しかし、ランド部３６に対向する部分は、圧電効果により変位を起こす活性層としてほとんど機能しないので、圧力室１０がマトリクス状に高密度に配置されている本実施の形態のようなインクジェットヘッドにおいても、優れたクロストーク低減効果が得られる。
【００７６】
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。
【００７７】
また、第２の実施の形態において、共通電極３４ｃが補助電極領域３５ｂの一部又は全部と対向していてもよい。この場合、共通電極３４ｃに形成された孔が補助電極領域３５ｂの一部を取り囲んでいてもよい。
【００７８】
また、上述した第２の実施の形態では、孔４０がブリッジ３９の方向を除いて主電極領域３５ａをほぼ全方向に亘って取り囲んでいるが、共通電極３４ｃに形成された孔が主電極領域３５ａの一部の方向だけに亘って取り囲んでいてもよい。
【００７９】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係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】 図１に描かれてい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３に描かれたインクジェットヘッドの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のVII−VII線に沿った、図３に描かれたヘッド本体の断面図である。
【図８】 図７に描かれたヘッド本体の部分分解斜視図である。
【図９】 図７に描かれたアクチュエータユニットの平面図である。
【図１０】 図７に描かれたアクチュエータユニット上に形成された個別電極の平面図である。
【図１１】 図１０のXI−XI線に沿った断面図である。
【図１２】 図１２（ａ）は、図７に描かれたアクチュエータユニット内に形成された共通電極の平面図である。図１２（ｂ）は、その部分拡大図である。
【図１３】 図１３（ａ）は、図７に描かれたアクチュエータユニットにおける、個別電極のパターンと共通電極のパターンとが重ね合わせられた仮想的な平面図である。図１３（ｂ）はその部分拡大図である。
【図１４】 本発明の第２の実施の形態におけるヘッド本体の図１１に対応した断面図である。
【図１５】 図１５（ａ）は、図１４に描かれた共通電極の平面図である。図１５（ｂ）は、その部分拡大図である。
【図１６】 図１６（ａ）は、図１４に描かれたアクチュエータユニットにおける、個別電極のパターンと共通電極のパターンとが重ね合わせられた仮想的な平面図である。図１６（ｂ）はその部分拡大図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
８ ノズル
１０ 圧力室
２１ アクチュエータユニット
３４ 共通電極
３５ 個別電極
３５ａ 主電極領域
３５ｂ 補助電極領域
３６ ランド部
３７ 孔（空き領域）
４１、４２、４３、４４ 圧電シート
７０ ヘッド本体

Claims (5)

1. ノズルに連通した複数の圧力室が平面に沿って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、
   各圧力室内に対向する位置に配置された主電極領域と、前記主電極領域につながった前記圧力室外に対向する位置に配置され、前記アクチュエータユニット外部に対しての電気的な接続を行うための接続端子を含む補助電極領域とからそれぞれ構成され、マトリックス状に配置されていると共に全て同一形状を有する複数の個別電極と、
   複数の前記圧力室に跨って設けられ、前記個別電極の前記補助電極領域に対向し且ついずれの前記主電極領域とも対向しない複数の空き領域が互いに接続されないように形成された共通電極と、
   前記共通電極と前記個別電極とによって挟まれた圧電シートとを備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記共通電極は、前記空き領域によって分断されず且つ前記空き領域が前記個別電極の前記主電極領域の少なくとも一部を取り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。
3. 前記共通電極は、前記個別電極の前記主電極領域に対向した領域同士が細長形状のブリッジ領域によって接続された形状を有していることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記個別電極の前記補助電極領域が別の２つの前記個別電極の前記主電極領域間に位置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドを搭載した印刷装置。

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