JP4274085B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出するノズル孔を備えたインクジェットヘッドに関する。

インクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ等において、インクタンクから供給されたインクを、共通インク室を介して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当該圧力室に連通しているノズルからインクを吐出するものである。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が用いられることがある。

そして、このようなインクジェットヘッドとしては、エッチング加工が施されることにより共通インク室や圧力室やノズルとなる孔が精密に配置されされた複数の金属薄板を精度良く積層することにより形成されるものが知られている（特許文献１参照）。これによると、インクジェットヘッド内に微細な共通インク室や圧力室やノズルを形成することができるため、圧力室やノズルを高密度に配置することができる。これにより、インクジェットヘッドの小型化や高精度印字を実現することができる。

特開２００３−３１１９５５号公報（図７）

しかしながら、上述した技術により、より多数の圧力室やノズルを高密度に配置すると、共通インク室の容量を十分に確保することが困難となる。共通インク室の容量が不足すると、圧力室に対するインクの供給不足が起こり、ノズルから所定の体積を有するインク滴を吐出することができなくなることがある。この場合、印字内容がかすれるなどして印字品質が著しく低下してしまう。

本発明の主たる目的は、ノズルや圧力室を高密度に配置しつつ、共通インク室の容量を確保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である。

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、複数のシート材が積層された積層構造体であって、一端がノズルに連通していると共に平面に沿って形成された複数の圧力室、複数の前記圧力室に連通していると共に少なくとも前記平面に平行で一方向に延在している第１の内壁面と当該第１の内壁面に交差する２つの第２の内壁面とにより画定された複数の共通インク室、及び前記圧力室毎に前記圧力室の他端と前記共通インク室と連通する複数の連通通路を含んでいる流路ユニットと、それぞれが対応する前記圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与する複数のアクチュエータとを備えている。そして、前記共通インク室が、前記２つの第２の内壁面から外側に向かって突出していると共に前記一方向に沿って配列された複数の突出部を有している。さらに、前記連通通路の一端が前記突出部において前記共通インク室と連通している。加えて、前記突出部が、前記第２の内壁面における前記第１の内壁面側の端部から反対側の端部に亘って形成されている。また、前記複数の圧力室が、前記一方向に沿って配列されることによって複数の圧力室列を形成しており、前記圧力室列が、前記シート材の積層方向に関して前記共通インク室と対向しており、前記圧力室列に含まれる前記圧力室から前記ノズルに至る流路の少なくとも一部が、当該圧力室列が対向している前記共通インク室に隣接する他の前記共通インク室に設けられた互いに隣接する２つの前記突出部の間を通過するように配置されている。

本発明によると、共通インク室に突出部を形成することにより、ノズルや圧力室を高密度に配置しつつ、共通インク室の容量を確保することができる。これにより、圧力室に対するインクの供給不足が起こりにくくなる。また、ノズル及び圧力室などをより一層高密度に配置することができる。

本発明においては、前記共通インク室の平面視において、前記突出部が千鳥状に配置されていることが好ましい。これによると、ノズルや圧力室を効率よく配置することができる。

また、本発明においては、前記突出部と前記連通通路との境界にある連通口が、前記平面と平行であることが好ましい。これによると、共通インク室内に滞留した空気などを、連通口を介して効率よく外部に排出することができる。

加えて、本発明においては、前記共通インク室における前記第２の内壁面が連続した曲面で形成されていることが好ましい。これによると、共通インク室のインクにおけるインクの流れをスムーズにすることができる。このとき、前記２つの前記第２の内壁面は、位相が互いに９０°ずれている波形の曲面で形成されていることがより好ましい。

また、本発明においては、前記共通インク室の幅寸法が一定であることが好ましい。これによると、共通インク室のインクにおけるインクの流れをよりスムーズにすることができる。

さらに、本発明においては、前記流路ユニットが、前記第１の内壁面の少なくとも一部を構成する薄膜部を介して前記共通インク室と隣接した第１のダンパー室、及び、前記共通インク室における前記第１の内壁面と対向する第３の内壁面の少なくとも一部を構成する薄膜部を介して前記共通インク室と隣接した第２のダンパー室の少なくともいずれか一方をさらに含んでいることが好ましい。これによると、圧力室に圧力を発生させたときに共通インク室内に発生する不要な圧力を減衰させることができる。これにより、各圧力室に不要な圧力が伝播しにくくなり、印字精度の低下を防止することができる。本発明においては、前記圧力室の他端は、前記連通通路を構成する絞りの一端と連通しており、前記絞りは、隣接する他の前記圧力室と対向していると共に、前記圧力室と前記積層方向に関する異なる位置で前記平面と平行に延在していてもよい。また、前記圧力室から前記ノズルに至る流路が、前記ノズルに近づくに伴って前記圧力室から離れるように湾曲しており、前記共通インク室は、前記一方向に直交する断面が台形形状を有しており、幅方向に関する前記２つの第２の内壁面間の距離が、前記ノズルが形成された下面から前記圧力室が形成された前記平面に向かって大きくなっていてもよい。さらに、前記圧力室の他端は、前記一方向に直交する方向に関して、前記共通インク室における一方の前記第２の内壁面から突出する前記突出部に前記連通通路を介して連通していると共に、他方の前記第２の内壁面の外側に配置されている前記ノズルに連通していてもよい。また、本発明のインクジェットヘッドはラインタイプであってもよい。

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。

図１は、本発明に係る好適な実施の形態によるインクジェットヘッドの外観斜視図である。図２は、図１のII−II線における断面図であり、インクジェットヘッドを構成するホルダにヘッド本体が組み付けられた状態を示している。図３は、図２に示すヘッド本体に補強板が接着された状態を示す斜視図である。インクジェットヘッド１は、シリアル式のインクジェットプリンタ（図示略）に用いられて、副走査方向に平行に搬送されてきた用紙に対してマゼンタ、イエロー、シアン及びブラックの４色のインクを吐出して記録するものである。図１及び図２に示すようにインクジェットヘッド１は、４色のインクをそれぞれ貯溜する４つのインク室３が形成されたインクタンク７１と、このインクタンク７１の下方に配置されたヘッド本体７０と、ヘッド本体７０に貼り付けられた信号伝送基板となるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）５０とを備えている。

インクタンク７１の内部には、４つのインク室３が主走査方向に並んで形成されており、図２中左方のインク室３からマゼンタ、イエロー、シアン、ブラックのインクが順に貯溜されている。これら４つのインク室３は、対応するインクカートリッジ（図示せず）がチューブ４０（図１参照）によってそれぞれ接続されており、インクカートリッジからインク室３に各色のインクが供給されるようになっている。また、図２及び図３に示すようにインクタンク７１が、平面矩形形状の補強板４１に組み付けられている。この補強板４１は、略直方体形状を有するホルダ７２に紫外線型硬化剤４３で固着されている。さらに、この補強板４１には図３に示すように、平面形状が長方形形状の開口部４２が形成されており、この開口部４２内に後述のアクチュエータユニット（圧電アクチュエータ）２１を配置するようにしてヘッド本体７０が接着固定されている。インクタンク７１の下端部には、４つのインク室３にそれぞれ連通する４つのインク導出口３ａが形成されている。一方、補強板４１には、図３に示すように、４つのインク導出口３ａとそれぞれ連なる平面形状が楕円形状の４つの貫通孔４１ａが形成されている。

ヘッド本体７０は、それぞれの色ごとに複数の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の上面にエポキシ系の熱硬化性接着剤によって接着されたアクチュエータユニット２１とを含んでいる。流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１は、複数の薄板を積層して互いに接着させた構成であり、これら流路ユニット４及びアクチュエータユニット２１はインクタンク７１の下方に配置されている。流路ユニット４の上面には、平面形状が楕円形状の４つのインク供給口４ａ（図４参照）が形成されている。また、図３に示すように補強板４１には、補強板４１に形成された貫通孔４１ａと流路ユニット４に形成されたインク供給口４ａとがそれぞれ連なるようにして流路ユニット４が接着されている。この構成により、インクタンク７１内の４種類のインクが、インクタンク７１に形成された４つのインク導出口３ａ及び補強板４１に形成された４つの貫通孔４１ａを通ってそれぞれに対応する流路ユニット４の４つのインク供給口４ａから流路ユニット４内に供給されている。

また、ヘッド本体７０は、流路ユニット４のインク吐出面７０ａを外部に露出する状態で、補強板４１がホルダ７２の下面に形成された段付き状の開口部７２ａに装着されており、ホルダ７２と流路ユニット４との間はシール剤７３により封止されている。また、ヘッド本体７０の底面は微小径を有する多数のノズル８（図６参照）が配列されたインク吐出面７０ａとなっている。また、アクチュエータユニット２１の上面には、ＦＰＣ５０が熱硬化性接着剤５６（図９参照）によって固着され、主走査方向の一方に引き出されるとともに、屈曲しながら上方に引き出されている。さらに、このＦＰＣ５０の上面には、ＦＰＣ５０及びアクチュエータユニット２１を保護する保護プレート４４が貼付されている。この保護フレート４４は、アクチュエータユニット２１に生じる温度分布を均一化し、インクの吐出特性をそろえる働きをしている。

アクチュエータユニット２１に固着されたＦＰＣ５０は、スポンジなどの弾性部材７４を介してインクタンク７１の側面に沿うように引き出され、このＦＰＣ５０上にドライバＩＣ７５が設置されている。ＦＰＣ５０は、ドライバＩＣ７５から出力された駆動信号をヘッド本体７０のアクチュエータユニット２１（後に詳述）に伝達するように、電気的に接続されている。

図２において、ホルダ７２のドライバＩＣ７５に対向する側壁には、ドライバＩＣ７５の熱を外部に放散する為の開口部７２ｂが形成されている。さらに、ドライバＩＣ７５とホルダ７２の開口部７２ｂとの間には、略直方体形状のアルミ板からなるヒートシンク７６がドライバＩＣ７５に密着するように配置されている。これらヒートシンク７６及び開口部７２ｂにより、ドライバＩＣ７５で発生した熱を効率的に散逸させることができる。また、開口部７２ｂ内には、ホルダ７２の側壁とヒートシンク７６の隙間を埋めるためのシール剤７７が配置されており、インクジェットヘッド１の本体にゴミやインクが侵入することを防いでいる。

図４は、ヘッド本体７０の平面図である。図４に示すように、ヘッド本体７０は流路ユニット４の一方向（副走査方向）に延在した矩形平面形状を有している。図４において、流路ユニット４内には、流路ユニット４の長手方向に沿って互いに平行に延在された４つのマニホールド流路５が形成されている。これらマニホールド流路５には、流路ユニット４の４つのインク供給口４ａを通じてインクタンク７１のインク室３からそれぞれインクが供給される。本実施の形態では、図４中上方に示すマニホールド流路５から下方に向かって順にマゼンタ、イエロー、シアン及びブラックに対応するマニホールド流路５Ｍ、５Ｙ、５Ｃ、５Ｋが形成されている。さらに、後述するように、各マニホールド流路５Ｍ、５Ｙ、５Ｃ、５Ｋは、２本の副マニホールド５ａに分岐している（図５参照）。また、流路ユニット４の上面であって４つのインク供給口４ａを覆う位置には、フィルタ部材４５が配置されている。フィルタ部材４５は、各インク供給口４ａと重なる位置に複数の微小孔が形成されたフィルタ４５ａを有している。こうして、インクタンク７１から流路ユニット４内に供給されるインク内のゴミなどがフィルタ部材４５のフィルタ４５ａによって捕獲される。

流路ユニット４の上面には、平面形状が長方形形状のアクチュエータユニット２１が、インク供給口４ａを避けたほぼ中央部分に接着されている。アクチュエータユニット２１と流路ユニット４との接着領域と対応する流路ユニット４の下面は、多数のノズル８（図６参照）が配列されたインク吐出領域となっている。アクチュエータユニット２１に対向する流路ユニット４の接着領域には、マトリクス状に配列された多数の圧力室１０（図６参照）及び空隙６０（図５参照）が形成されている。言い換えると、アクチュエータユニット２１はすべての圧力室１０及び空隙６０に跨る寸法を有している。

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６は、図５内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域のさらなる拡大図である。図５に示すように、流路ユニット４には、複数の圧力室１０がマニホールド流路５（副マニホールド５ａ）と平行に配列された１６本の圧力室列１１と、多数の空隙６０が圧力室列１１と平行に配列された４本の空隙列６１とが形成されている。１６本の圧力室列１１は、隣接して形成された４本の空隙列６１の集団によって、１２本の集団と４本の集団とに隔てられている。圧力室１０及び空隙６０は平面形状及びサイズが同じである。多数の圧力室１０及び空隙６０は、両者を区別のないものと考えたときに、流路ユニット４において１つの配列パターンが形成されるように規則的に配列されている。

マニホールド流路５Ｍ、５Ｙ、５Ｃ、５Ｋはそれぞれ圧力室列１１と平行に延在している２本の副マニホールド５ａに分岐している。副マニホールド５ａは、平面視において、幅方向の外側に向かって突出するように、且つ延在方向に沿って千鳥状に配列されている多数の突出部８０を備えている。後述するように、各突出部８０は１つの圧力室１０に対応しており、突出部８０と圧力室１０とがアパーチャ１３及び連通孔６８を介して連通している（図７参照）。

また、図６に示すように、突出部８０の内壁面が配列方向に沿って滑らかに湾曲している。さらに、流路ユニット４の平面視において、副マニホールド５ａの幅方向の両内壁面５ｃが連続した曲線で波形に形成されている。また、突出部８０が延在方向に沿って千鳥状に配列されているため、副マニホールド５ａにおける幅方向の両内壁面５ｃの波形の位相が９０°ずれている。これにより、副マニホールド５ａの幅寸法が常に一定となっている。本実施の形態では、図６及び図７に示すように、連通孔６８と突出部８０とが、それぞれの内壁面が一致するように配設されている。また、突出部８０が曲面状内壁面を有していることより、例えば、気泡が副マニホールド５ａ中に流入するようなことがあっても、突出部８０のような凹部に入り込みやすい気泡は、容易に連通孔６８を介して外部に排出される。

流路ユニット４に形成された圧力室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（主走査方向）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１３を介して副マニホールド５ａに連通している。これにより、各副マニホールド５ａには、ノズル８に連通して圧力室１０毎に形成された多数の個別インク流路７（図７参照）が接続されている。図５及び図６には、図面を分かりやすくするために流路ユニット４内にあって破線で描くべき圧力室１０、空隙６０、アパーチャ１３及びノズル８等を実線で描いている。

図７は、個別インク流路７を示す断面図であり、図５に示すVII−VII線に沿った断面図である。図８は、図７に示すVIII−VIII線に沿って副マニホールド５ａの延在方向に切断した断面図である。図７から分かるように、各ノズル８は、圧力室１０、アパーチャ（すなわち絞り）１３及び連通孔６８（アパーチャ１３及び連通孔６８で連通通路を構成）を介して副マニホールド５ａと連通している。副マニホールド５ａは、流路ユニット４の厚さ方向に沿っていると共に、互いに対向している２つの内壁面（第２の内壁面）５ｃ、及び流路ユニット４におけるアクチュエータユニット２１との接着面（平面）４ｂに平行な内壁面（第１の内壁面）５ｂにより画定されている。また、副マニホールド５ａは、幅方向に沿った断面が矩形状になっていると共に、複数の突出部８０を備えている。突出部８０は、内壁面５ｃにおいて、アクチュエータユニット２１側の端部から反対側の端部に亘って外側に向かって突出している部分の内部領域である。また、突出部８０は、アクチュエータユニット２１側に形成されている連通口６９を介して連通孔６８と連通している。連通孔６８はさらにアパーチャ１３に連通している。連通口６９は、流路ユニット４の接着面４ｂと平行になるように形成されている。そして、副マニホールド５ａの突出部８０の連通口６９から連通孔６８、アパーチャ１３、及び圧力室１０を経てノズル８に至る１つの流路が構成されている。このようにして、ヘッド本体７０には、個別インク流路７が圧力室１０ごとに形成されている。

また、副マニホールド５ａの内壁面５ｂの一部を構成する上部薄膜部８１ａを介して副マニホールド５ａに隣接するように上部ダンパー室（第１のダンパー室）８１が形成されている。図８に示すように、上部ダンパー室８１は副マニホールド５ａに沿って一方向に延在している。また、上部ダンパー室８１の幅方向の両側には連通孔６８が千鳥状に配列されている。なお、本実施の形態では、上部薄膜部８１ａにより形成される上部ダンパー室８１と連通孔６８とが連通してしまうことを防ぐために、両者間は所定の間隙を介する必要がある。そのため、連通孔６８の配設位置に対応して、一部が上部薄膜部８１ａの幅を狭くするように突出している。その分、上部ダンパー室８１が狭くなっている。もちろん、要求される個別インク流路７の配設密度との兼ね合いではあるが、より大きなダンパー効果を得るという観点からは、上部ダンパー室８１を副マニホールド５ａの平面視と同程度の面積とすることが有効である。この場合、例えば、突出部８０の突出量を本実施の形態よりも大きくすればよい。さらに、上部薄膜部８１ａに対向する内壁面（第３の内壁面）の一部には、下部薄膜部８２ａを介して副マニホールド５ａに隣接するように下部ダンパー室（第２のダンパー室）８２が形成されている。下部ダンパー室８２も上部ダンパー室８１と同じように、副マニホールド５ａに沿って一方向に延在している。なお、下部ダンパー室８２は、平面視において、副マニホールド５ａと相似形状でほぼ同じ面積に形成されている。したがって、上部ダンパー室８１及び下部ダンパー室８２は、副マニホールド５ａを挟んで互いに対向するように配置されている。

ヘッド本体７０は、図７に示すように、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、上部ダンパープレート６６、マニホールドプレート２６、２７〜２９、下部ダンパープレート６７、及びノズルプレート３０の合計１２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１１枚のプレートから流路ユニット４が構成されている。

アクチュエータユニット２１は、後で詳述するように、４枚の圧電シート３１〜３４（図９参照）の積層体である。そのうちの最上層だけが電界印加時に活性部となる部分を有する層（以下、単に「活性部を有する層」というように記する）とされ、残り３層が活性部を有しない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及び空隙６０を構成する菱形の孔が、アクチュエータユニット２１の貼付範囲（接着領域）内に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１３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、アパーチャ１３となる孔のほかに圧力室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１３と連通する連通孔６８の一部となる孔及び圧力室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。

上部ダンパープレート６６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１３と連通する連通孔６８の一部となる孔、圧力室１０からノズル８への連絡孔、及び上部ダンパー室８１の一部となる凹部がそれぞれ設けられた金属プレートである。つまり、サプライプレート２５、及び上部ダンパープレート６６の孔により連通孔６８が形成される。また、上部ダンパー室８１の一部となる凹部の底部は上部薄膜部８１ａとなる。

マニホールドプレート２６〜２９は、副マニホールド５ａの一部となる孔と、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への連絡孔とが設けられた金属プレートである。なお、マニホールドプレート２６の副マニホールド５ａの一部となる孔には、突出部８０となる部分が含まれている。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。下部ダンパープレート６７は、下部ダンパー室８２の一部となる凹部がそれぞれ設けられた金属プレートである。下部ダンパー室８２となる凹部の底部は下部薄膜部８２ａとなる。

これら１２枚のシート２１〜３０、６６、６７は、図７に示すような個別インク流路７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７は、副マニホールド５ａから連通孔６８を通って上方へ向かい、アパーチャ１３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１３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。

図７から明らかなように、各プレートの積層方向において圧力室１０とアパーチャ１３とは異なるレベルに設けられている。これにより、図５に示すように、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１３を、当該圧力室に隣接する別の圧力室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。

図５に戻って、各圧力室１０は、その長い対角線の一端においてノズル８に連通していると共に、長い対角線の他端においてアパーチャ１３を介して副マニホールド５ａに連通している。後述するように、アクチュエータユニット２１上には、平面形状がほぼ菱形で圧力室１０よりも一回り小さい個別電極３５（図９参照）が、圧力室１０と対向するようにマトリクス状に配列されている。なお、図５には、図面を簡略にするために、複数の個別電極３５のうちの１つだけを描いている。

また、キャビティプレート２２に形成された複数の空隙６０は、キャビティプレート２２に形成された圧力室１０と同じ形状及び同じ大きさを有する孔がアクチュエータユニット２１及びベースプレート２３によって塞がれることによって画定されている。そのため、空隙６０にはインク流路が接続されておらず、複数の空隙６０はインクで満たされることがない。複数の空隙６０は、配列方向Ａ（副走査方向）及び配列方向Ｂの２方向に千鳥状配列パターンでマトリクス状に隣接配置されている。複数の空隙６０は、互いに平行な４列の空隙列６１を形成しており、それら４列の空隙列６１によって空隙群６２が構成されている。この空隙群６２を挟むようにして複数の圧力室１０が流路ユニット４に形成されている。

なお、本実施の形態では、圧力室１０も空隙６０もその形状、サイズ、配置状態に区別なく形成されている。そして、全体的には、圧力室１０と空隙６０とが、配列方向Ａ及び配列方向Ｂの２方向に千鳥状配列パターンで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、すなわち流路ユニット４の延在方向であって、圧力室１０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をなす圧力室１０の一斜辺方向である。

マトリクス状に配置された多数の圧力室１０は、図５に示す配列方向Ａに沿って、複数の圧力室列１１を形成している。複数の圧力室列１１は、第３の方向から見て、各マニホールド流路５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の幅方向における一方から他方（図５中下方から上方）に向けて、１１ａ→１１ｃ→１１ｂ→１１ｄ→１１ａ→１１ｃ→１１ｂ→１１ｄ→・・という順番で周期的に４個ずつ配置されている。なお、これら周期的に４個ずつ配置された第１〜第４の圧力室列毎に４つの圧力室群１２が形成されており、各圧力室群１２の圧力室１０が各マニホールド流路５とそれぞれアパーチャ１３を介して連通している。つまり、各圧力室群１２は各マニホールド流路５毎に形成されているため、４色のインクに対応するように圧力室群１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｋに分けられる。これら４つの圧力室群１２Ｍ，１２Ｙ，１２Ｃ，１２Ｋのそれぞれに属する圧力室１０がアクチュエータユニット２１によって容積変化されることで４色のインクを各圧力室群１２と連通したノズル８から吐出することが可能になる。また、各圧力室群１２において、これに対応するノズル８の走査方向の射影が互いに重ならないようになっている。例えば、本実施の形態では、ノズル８は１５０ｄｐｉの解像度による印字を可能とするため、各圧力室群１２におけるノズル８の走査方向の射影が３７．５ｄｐｉに相当する距離ずつ離隔されている。

圧力室列１１ａを構成する圧力室１０ａ及び圧力室列１１ｃを構成する圧力室１０ｃは同じ副マニホールド５ａに連通している。また、圧力室列１１ｂを構成する圧力室１０ｂ及び圧力室列１１ｄを構成する圧力室１０ｄは同じ副マニホールド５ａに連通している。そして、各圧力室１０は、副マニホールド５ａにおける幅方向の一方の内壁面５ｃから突出している突出部８０にアパーチャ１３及び連通孔６８を介して連通していると共に、他方の内壁面５ｃの外側に配置されているノズル８に連通している。また、ノズル８に至る流路の一部が、他の副マニホールド５ａにおける突出部８０同士の間に配置されている。

次に、アクチュエータユニット２１及びＦＰＣ５０の構成について説明する。アクチュエータユニット２１上には、圧力室１０と同じ配列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。このように複数の圧力室１０及び個別電極３５が規則正しく配置されていることで、設計が容易になる。

図９は、アクチュエータユニットを示しており、（ａ）は図７における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図であり、（ｂ）は個別電極の平面図である。なお、図９には、図面を分かりやすくするためにＦＰＣ５０内にあって破線で描くべき端子部４８ａ及び配線４８ｂなどを実線で描いている。図９（ａ）、（ｂ）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おり、平面視において圧力室１０の平面領域内に形成された主電極領域３５ａと、主電極領域３５ａにつながっており且つ圧力室１０の平面領域外に形成された補助電極領域３５ｂとから構成されている。

図９（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、それぞれ厚みが１５μｍ程度に形成された４枚の圧電シート３１〜３４を含んでいる。これら圧電シート３１〜３４は、ヘッド本体７０内のインク吐出領域内に形成された多数の圧力室１０及び空隙６０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３１〜３４は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなるものである。

最上層の圧電シート３１上に形成された個別電極３５の主電極領域３５ａは、図９（ｂ）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における図９（ｂ）中左側の一鋭角部は、圧力室１０の一鋭角部と重なる領域に延出され、補助電極領域３５ｂとつながっている。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。このランド部３６は、後述の接合部となる端子部４８ａと電気的に接続される端子となっている。図９（ｂ）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おり、その直径が約０．３ｍｍ、厚さは約１０μｍとなっている。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９（ａ）に示すように、補助電極領域３５ｂにおける表面上に形成されている。

最上層の圧電シート３１とその下側の圧電シート３２との間には、圧電シート３１と同じ外形及び略２μｍの厚みを有する共通電極３７が介在している。個別電極３５及び共通電極３７は共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。

共通電極３７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３７は、すべての圧力室１０に対応する領域において等しく一定の電位、本実施の形態ではグランド電位に保たれている。

図９（ａ）に示すようにＦＰＣ５０は、ベースフィルム（フレキシブル層）４６と、ベースフィルム４６の下面（ヘッド本体７０に対向する面）に形成された導体パターン４７とを有している。ベースフィルム４６は、可撓性及び絶縁性を有したポリイミド樹脂フィルム等からなる。また、導体パターン４７は銅箔から形成されている。

導体パターン４７は、ベースフィルム４６のランド部３６と対向する位置に形成された複数の端子部４８ａと、各端子部４８ａの下端中央からＦＰＣ５０の基端側に向かって引き出された配線４８ｂとを有している。端子部４８ａは、円形平面形状に形成されている。なお、端子部４８ａの表面には、端子部４８ａの酸化防止とランド部３６に対する確実な導通を確保するために金メッキ（不図示）が施されている。

複数の配線４８ｂは、ＦＰＣ５０の基端側においてドライバＩＣ７５とそれぞれ接続されている。ベースフィルム４６において、ランド部３６に対向する領域の一部は、ランド部３６の中心に向かって突出する凸部５１が形成されている。端子部４８ａに、凸部５１に対向するように、端子部４８ａの中央部分からランド部３６の中心に向かって突出した突出部５５が形成されている。

突出部５５の周囲には、非導電性材料からなるエポキシ系の熱硬化性接着剤５６が配置されており、その熱硬化性接着剤５６の硬化に伴う収縮力によって突出部５５の先端が、ランド部３６の表面と接触して押しつぶされたようになっている。これによって端子部４８ａとランド部３６とが電気的に接続された状態となる。このような構成により、ＦＰＣ５０はドライバＩＣ７５からの駆動信号を配線４８ｂ及び端子部４８ａを介して個別電極３５にそれぞれ伝送することが可能になる。つまり、複数の個別電極３５の夫々が、ＦＰＣ５０における独立した端子部４８ａ及び配線４８ｂを介してドライバＩＣ７５に接続される。これにより、圧力室１０毎にインクの吐出制御をすることが可能になる。

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３１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３１を活性部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３２〜３４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を接地電位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３１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性部として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。

本実施の形態では、圧電シート３１において個別電極３５と共通電極３７とによって挟まれた部分は、電界が印加されると圧電効果によって歪みを発生する活性部として働く。一方、圧電シート３１の下方にある３枚の圧電シート３２〜３４は、外部から電界が印加されることが無く、そのために活性部としてほとんど機能しない。したがって、圧電シート３１において主に主電極領域３５ａと共通電極３７とによって挟まれた部分が、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮むことになる。

一方、圧電シート３２〜３４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３１と下層の圧電シート３２〜３４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３１〜３４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９（ａ）に示したように、圧電シート３１〜３４で構成されたアクチュエータユニット２１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３１〜３４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３７と同じ電位に戻すと、圧電シート３１〜３４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、インクを副マニホールド５ａ側から吸い込む。

なお、他の駆動方法として、予め個別電極３５を共通電極３７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３７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３７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３７とが同じ電位になるタイミングで、圧電シート３１〜３４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、インクが副マニホールド５ａ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３７と異なる電位にしたタイミングで、圧電シート３１〜３４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。こうして、ノズル８からインクが吐出されると共に、インクジェットヘッド１が適宜、主走査方向に移動され用紙に所望画像が印刷される。

以上、説明した本実施の形態によると、副マニホールド５ａに突出部８０が形成されているため、ノズル８や圧力室１０を高密度に配置しつつ、副マニホールド５ａの容量を確保することができる。これにより、圧力室１０に対するインクの供給不足が起こりにくくなる。

また、流路ユニット４の平面視において、突出部８０が千鳥状に配置されているため、ノズル８や圧力室１０を効率よく配置することができる。

さらに、連通口６９が、流路ユニット４の接着面４ｂと平行であるため、副マニホールド５ａ内に滞留した空気などを、連通口６９を介して効率よく外部に排出することができる。

加えて、ノズル８に至る流路の一部が、副マニホールド５ａの突出部８０同士の間に配置されているため、ノズル８及び圧力室１０をより一層高密度に配置することができる。

また、流路ユニット４の平面視において、副マニホールド５ａの内壁面５ｃが連続した曲線で波形に形成されているため、副マニホールド５ａにおけるインクの流れをスムーズにすることができる。

さらに、副マニホールド５ａの幅方向の寸法が常に一定になっているため、副マニホールド５ａにおけるインクの流れを一層スムーズにすることができる。

上部ダンパー室８１及び下部ダンパー室８２が、副マニホールド５ａを挟んで互いに対向するように配置されているため、副マニホールド５ａに発生する不要な圧力を減衰させることができる。これにより、各圧力室１０に不要な圧力が伝播しにくくなり、印字精度の低下を防止することができる。

以上、説明したように、本実施の形態においては、副マニホールド５ａの断面形状が矩形状となる構成であるが、副マニホールド５ａの断面形状は他の形状であってもよい。図１０に流路ユニット４の断面形状の変形例を示す。例えば、図１０に示すように、副マニホールド５ａの断面が、下部ダンパープレート６７側から上部ダンパープレート６６側に向かって副マニホールド５ａの内壁面５ｃ間の距離が離れるように形成された台形状を有していてもよい。これにより、少なくとも主走査方向へのより高密度の配置が個別インク流路７に要求された場合に、高密度化に伴う共通インク室あるいは副マニホールド５ａの断面積の減少を抑えることができる。すなわち、副マニホールド５ａによるインクの供給能力の減少を少ないものにすることができる。また、本変形例では、前述の実施の形態と同様に、圧力室１０からノズル８に至る流路が圧力室１０から次第に離れるようにして湾曲している。これにより滑らかなインクの流れと安定な吐出特性を実現しているが、このような効果を損なうことなく高密度化との両立が取れている。また、副次的な効果として、重力方向上方に向かって断面が広くなっているので、例えば、気泡が外部より流入することがあっても、選択的に連通口６９に集まりやすくなり、容易に排出されることになる。

以上、本発明の好適な一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は、流路ユニット４の平面視において、複数の突出部８０が千鳥状に配置される構成であるが、突出部が任意の位置で突出するように配置されてもよい。例えば、複数の突出部が互いに対向して突出するように配置されてもよい。

加えて、上述した実施の形態においては、連通口６９が流路ユニット４の平面と平行となる構成であるが、連通口は任意の向きで構成されてよい。例えば、流路ユニット４の平面に対して垂直になるように構成されてもよい。

また、上述した実施の形態においては、突出部８０の内壁面が湾曲して内壁面５ｃを波形にする構成であるが、副マニホールドの幅方向の両側壁は、平面視において波形に形成されていなくてもよいし、曲線で構成されていなくてもよい。

加えて、上述した実施の形態においては、ノズル８に至る流路の一部が、副マニホールド５ａの突出部８０同士の間に配置される構成であるが、ノズル８に至る流路は任意の位置に配置されていてよい。

さらに、上述した実施の形態においては、副マニホールド５ａの幅方向の寸法が常に一定となる構成であるが、副マニホールドの幅方向の寸法が変化する構成であってもよい。

さらに、上述した実施の形態においては、上部ダンパー室８１及び下部ダンパー室８２を備える構成であるが、上部ダンパー室８１及び下部ダンパー室８２の少なくともいずれかを備えない構成でもよい。

上述した実施の形態においては、４色対応のインクジェットヘッド１について説明したが、各副マニホールドに異なる種類のインクを供給して８色対応のインクジェットヘッドにしてもよいし、全ての副マニホールドに同じ種類のインクを供給して単色対応のインクジェットヘッドにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態においては、共通インク室となるマニホールド流路が４つ形成されているが、それ以上設けられていてもよい。また、各マニホールド流路が２つの副マニホールドに分岐する構成であるが、副マニホールドに分岐しなくてもよいし、３つ以上の副マニホールドに分岐してもよい。

また、上述した実施の形態におけるインクジェットヘッドは、シリアルタイプのインクジェットプリンタに適用されるものであるが、ラインタイプのインクジェットヘッドプリンタに適用されるインクジェットヘッドにも適用可能である。また、インクジェットヘッドは圧電方式のアクチュエータユニットによって駆動され、インクがノズルから吐出されるが、ＦＰＣから送られた信号によって各圧力室内のインクを加熱し、圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与する方式のインクジェットヘッドであっても適用可能である。

本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドの外観斜視図である。 図１のII−II線における断面図である。 図２に示すヘッド本体に補強板が接着された状態を示す斜視図である。 図２に示すヘッド本体の平面図である。 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のVII−VII線に沿った断面図である。 図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。 図７のアクチュエータユニットを示しており、（ａ）は図７における一点鎖線で囲まれた部分の拡大図であり、（ｂ）は個別電極の平面図である。 図７に示す流路ユニットの変形例の断面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
４ｂ 接着面
５ マニホールド流路
５ａ 副マニホールド
５ｂ、５ｃ 内壁面
１３ アパーチャ
２１ アクチュエータユニット
３１〜３４ 圧電シート
３５ 個別電極
３６ ランド部
３７ 共通電極
５０ ＦＰＣ
６９ 連通口
８０ 突出部
８１ 上部ダンパー室
８１ａ 上部薄膜部
８２ 下部ダンパー室
８２ａ 下部薄膜部

Claims (11)

1. 複数のシート材が積層された積層構造体であって、一端がノズルに連通していると共に平面に沿って形成された複数の圧力室、複数の前記圧力室に連通していると共に少なくとも前記平面に平行で一方向に延在している第１の内壁面と当該第１の内壁面に交差する２つの第２の内壁面とにより画定された複数の共通インク室、及び前記圧力室毎に前記圧力室の他端と前記共通インク室と連通する複数の連通通路を含んでいる流路ユニットと、
   それぞれが対応する前記圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与する複数のアクチュエータとを備えており、
   前記共通インク室が、前記２つの第２の内壁面から外側に向かって突出していると共に前記一方向に沿って配列された複数の突出部を有しており、
   前記連通通路の一端が前記突出部において前記共通インク室と連通しており、
   前記突出部が、前記第２の内壁面における前記第１の内壁面側の端部から反対側の端部に亘って形成されており、
   前記複数の圧力室が、前記一方向に沿って配列されることによって複数の圧力室列を形成しており、
   前記圧力室列が、前記シート材の積層方向に関して前記共通インク室と対向しており、
   前記圧力室列に含まれる前記圧力室から前記ノズルに至る流路の少なくとも一部が、当該圧力室列が対向している前記共通インク室に隣接する他の前記共通インク室に設けられた互いに隣接する２つの前記突出部の間を通過するように配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記共通インク室の平面視において、前記突出部が千鳥状に配置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. 前記突出部と前記連通通路との境界にある連通口が、前記平面と平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記共通インク室における前記第２の内壁面が連続した曲面で形成され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. 前記２つの第２の内壁面は、位相が互いに９０°ずれている波形の曲面で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記共通インク室の幅寸法が一定であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記流路ユニットが、前記第１の内壁面の少なくとも一部を構成する薄膜部を介して前記共通インク室と隣接した第１のダンパー室、及び、前記共通インク室における前記第１の内壁面と対向する第３の内壁面の少なくとも一部を構成する薄膜部を介して前記共通インク室と隣接した第２のダンパー室の少なくともいずれか一方をさらに含んで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。
8. 前記圧力室の他端は、前記連通通路を構成する絞りの一端と連通しており、
   前記絞りは、隣接する他の前記圧力室と対向していると共に、前記圧力室と前記積層方向に関する異なる位置で前記平面と平行に延在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。
9. 前記圧力室から前記ノズルに至る流路が、前記ノズルに近づくに伴って前記圧力室から離れるように湾曲しており、
   前記共通インク室は、前記一方向に直交する断面が台形形状を有しており、
   幅方向に関する前記２つの第２の内壁面間の距離が、前記ノズルが形成された下面から前記圧力室が形成された前記平面に向かって大きくなってい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。
10. 前記圧力室の他端は、前記一方向に直交する方向に関して、前記共通インク室における一方の前記第２の内壁面から突出する前記突出部に前記連通通路を介して連通していると共に、他方の前記第２の内壁面の外側に配置されている前記ノズルに連通し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。
11. ラインタイプであ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。
    

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