JP5434793B2 - 液滴噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置に関する。

従来から、インクジェットプリンタ等の液滴噴射装置の分野において、圧電層に電界を作用させたときの変形（圧電歪み）を利用して、液体に圧力を付与して液滴を噴射させる、圧電式のアクチュエータを備えたものが知られている。

液滴噴射装置に用いられている一般的な圧電アクチュエータは、一方向に配列された複数のノズル、及び、これら複数のノズルにそれぞれ連通し、同じく一方向に配列された複数の圧力室を備えた、流路構造体（流路ユニット）に設けられ、複数の圧力室と対向する位置にそれぞれ配置された複数の圧電素子を有する。そして、複数の圧電素子に所定の電圧（電界）を個別に印加したときの、圧電素子の変形を利用して圧力室内の液体に圧力を付与し、ノズルから液滴を噴射させる構成となっている。

ところで、従来から、複数の圧電素子間での変形の相互干渉（クロストーク）を防止するため、複数の圧力室の間隔を一定以上に確保することが一般的に行われている。しかし、装置の小型化や、特にインクジェットプリンタの分野における、より一層の高解像度の印字の実現といった目的から、近年、ノズル間隔をより一層狭めることが要求されており、その場合、複数のノズルに対応して配列された複数の圧力室の間隔を大きく確保することが困難となってきている。そこで、例えば、特許文献１，２には上述した課題を解決することが可能な装置が提案されている。

特許文献１に記載の液滴噴射装置は、複数のノズル（オリフィス）とこれら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室（液室）とを有する液室ユニットと、複数の圧力室を覆うように液室ユニットに設けられた振動プレートと、この振動プレート上の複数の圧力室と対向する領域に接着固定された複数の圧電素子とを有する。また、複数のノズルは一列に配列される一方、複数の圧力室はノズル列と平行な方向に沿って配列されつつ、配列方向と直交する方向におけるノズルとの距離が周期的に変化するように配置されている。これにより、隣接する圧力室間で配列方向と直交する方向の位置がずれることから、圧力室間の距離が一定以上に確保される。

特許文献２には、圧電アクチュエータを備え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は、複数のノズルとこれら複数のノズルにそれぞれ連通する圧力室が形成された流路ユニット（キャビティユニット）と、この流路ユニットに複数の圧力室を覆うように配置された圧電セラミックスシートと、圧電セラミックスシートの複数の圧力室と対向する部分をそれぞれ挟むように配置された電極とを有する。この特許文献２では、圧電セラミックスシートの電極に挟まれた部分が前記圧電素子に相当する。また、この特許文献２においては、一列に配列された複数の圧力室の配列間隔が、対応する複数のノズルの配列間隔よりも大きくなっており、これによって隣接する圧力室間の距離を確保している。但し、圧力室の配列間隔をノズルの配列間隔よりも大きくするだけだと、ノズルと圧力室間の距離（即ち、両者を連通させるインク流路長）が複数の圧力室間で異なってしまうことから、前記インク流路長がほぼ等しくなるように、複数のノズルの位置を配列方向と直交する方向に異ならせており、その結果、ノズル列が全体として湾曲した形状となっている。

特開２００９−７８３９８号公報（図４） 特開２００４−５０５１０号公報（図３、図４）

特許文献１においては、ノズルと圧力室との距離、即ち、ノズルと圧力室とを連通させる流路の長さが、複数のノズルの間で異なっている。つまり、圧力室とノズルの間の流路抵抗や、圧力波の伝播等の条件が、複数のノズルの間で異なってしまうことから、複数のノズルの液滴噴射特性が揃わなくなる。

特許文献２においては、圧力室の配列間隔を大きくしつつ、圧力室とノズルの距離（連通させるインク流路の長さ）をほぼ等しくするために、複数のノズルの、配列方向と直交する方向の位置をそれぞれ異ならせている。ここで、複数のノズルが一列に配列されて、ノズル列が直線的な列となっている場合には、複数のノズルの噴射タイミングを全て同じにするだけで、液滴の噴射対象に直線的なドット列を形成することができるのに対し、特許文献２のように、複数の配列方向と直交する方向の位置がそれぞれ異なっている場合には、複数のノズルの噴射タイミングを個別に設定する必要が生じる。つまり、特許文献２の構成では、クロストークを抑制することは確かに可能ではあるが、複数のノズルが一列に配列されていないために液滴噴射制御が複雑になるという問題がある。

本発明の目的は、多数のノズルを一列に配列しつつ、圧力室の配列間隔を大きくしてクロストークを抑制するとともに、複数のノズル間でのノズル−圧力室間の距離の差を小さくして液滴噴射特性を揃えることが可能な、液滴噴射装置を提供することである。

第１の発明の液滴噴射装置は、所定の第１方向に所定のノズルピッチで配列された複数のノズルとこれら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を有する流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられて、前記複数の圧力室内の液体に噴射圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、前記複数のノズルは、それぞれが、前記第１方向に前記所定のノズルピッチで配列された複数の第１ノズルで構成された複数のノズル群と、各ノズル群の前記第１方向における端位置にある第１ノズルに対して、前記第１方向に関して前記所定のノズルピッチを空けて配置され、前記第１方向に関して２つの前記ノズル群に挟まれた第２ノズルと、を含み、前記複数のノズル群が前記第１方向に並べられることによって、これら複数のノズル群にそれぞれ属する前記第１ノズルが、前記第１方向に一列に配列されて第１ノズル列を構成し、前記第１ノズル列を構成する前記第１ノズルにそれぞれ連通する複数の第１圧力室も、前記第１方向に一列に配列されており、１つの前記ノズル群に対応する前記第１圧力室の、前記第１方向における配列間隔は、前記第１ノズルの配列間隔である前記所定のノズルピッチよりも大きく、前記第２ノズルに連通する第２圧力室は、前記第１方向と交差する第２方向において、前記第１圧力室とは異なる位置に配置されていることを特徴とするものである。

本発明では、所定の第１方向に所定のノズルピッチで配列された複数のノズルが、それぞれが複数の第１ノズルで構成された複数のノズル群と、複数のノズル群の間に配置された第２ノズルとを含む。複数のノズル群は第１方向に並べられることにより、これら複数のノズル群を構成する第１ノズルが第１方向に一列に配置されて第１ノズル列を構成し、第１ノズルに連通する第１圧力室も第１方向に一列に配置されている。その上で、１つのノズル群単位で、第１圧力室の配列間隔が、第１ノズルの配列間隔であるノズルピッチよりも大きくなっている。ここで、各ノズル群において第１圧力室の配列間隔が大きくなっていると、１つのノズル群の配列長さよりも、これに対応する第１圧力室の列の長さが長くなるために、隣接する２つのノズル群にそれぞれ対応する、２つの第１圧力室の列の間のスペースが小さくなる。そのため、２つのノズル群に挟まれる第２ノズルに連通する第２圧力室は、前記２つの第１圧力室の列間ではなく、第１圧力室の配列方向（第１方向）と交差する第２方向において、第１圧力室とは異なる位置に配置されている。つまり、第１圧力室と第２圧力室は一列に配列されていない。

本発明によれば、複数の第１ノズルにそれぞれ連通する、複数の第１圧力室の配列間隔が大きくなるため、隣接する第１圧力室の間のクロストークが抑制される。尚、２つのノズル群の間を補間する第２ノズルに連通する第２圧力室は、配列方向（第１方向）と交差する第２方向において第１圧力室と異なる位置に配置されることから、第１圧力室と第２圧力室との間のクロストークはほとんど問題にならない。

また、一列のノズル列全体で圧力室の配列間隔をノズルピッチよりも大きくすると、特に、配列方向中央に位置するノズルと端に位置するノズルとの間で、ノズル−圧力室間の距離が大きく異なってしまう。しかし、本発明では、一列のノズル列が複数のノズル群に区分された上で、１つのノズル群単位で第１圧力室の配列間隔がノズルピッチよりも大きくなっている。このように、細かく区分されたノズル群単位で圧力室間隔を大きくすることで、ノズル列全体で圧力室の配列間隔を大きくする場合と比べて、複数のノズル間での、ノズル−圧力室間の距離のばらつきを小さくすることができる。これにより、第１圧力室の配列間隔を大きくしつつ、複数のノズルの噴射特性を揃えることが可能となる。

また、多数の第１ノズルが一列に配列されるため、液滴噴射制御が容易である。尚、本発明においては、第２ノズルは第１ノズルと同じ列に存在してもよいが、第１ノズルからなる第１ノズル列とは異なる位置に配置されてもよい。ここで、第２ノズルは、第１ノズルで構成されるノズル群の間に配置される、補間のためのノズルであって、第１ノズルと比べてその数はかなり少ないことから、第２ノズルが、第２方向に第１ノズル列とは異なる位置に配置されていても、多数の第１ノズルに対して、ごく少数の第２ノズルの噴射タイミングを調整するだけであるので、液滴噴射制御がそれほど複雑化することはない。

第２の発明の液滴噴射装置は、前記第１の発明において、複数の前記第２ノズル、及び、これら第２ノズルにそれぞれ連通する複数の前記第２圧力室が、それぞれ、前記第１方向に一列に配列されていることを特徴とするものである。

第２ノズルが複数存在する場合に、これら複数の第２ノズルの第２方向位置は特に限定されるものではないが、複数の第２ノズルが第２方向に異なる位置に配置されると、その分、ノズル列及び圧力室列の数が増えて、装置の大型化につながる。ここで、第２ノズルは、２つのノズル群の間に配置されるノズルであって、第１ノズルと比べて十分に数が少ないノズルである。そのため、複数の第２ノズル、及び、それらに連通する複数の第２圧力室を、それぞれ一列にまとめて配列し、ノズルや圧力室の列数を少なくして装置の小型化を図ることが好ましい。

第３の発明の液滴噴射装置は、前記第２の発明において、前記複数のノズルは、互いに平行に配置された複数の前記第１ノズル列と、前記複数の第１ノズル列のそれぞれにおいて前記ノズル群に挟まれた、複数の前記第２ノズルを含み、２以上の異なる前記第１ノズル列にそれぞれ対応する前記第２ノズルが、前記第１方向に一列に配列され、一列に配列された前記第２ノズルにそれぞれ連通する複数の前記第２圧力室も、前記第１方向に一列に配列されていることを特徴とするものである。

複数のノズル群からなる第１ノズル列が複数ある場合には、それら第１ノズル列のそれぞれについて第２ノズルが存在する。この場合に、２以上の異なる第１ノズル列にそれぞれ対応する第２ノズル、及び、第２圧力室が、それぞれ一列にまとめて配列されることにより、第２ノズル及び第２圧力室の列数をできるだけ少なくして、全体のノズル及び圧力室の列数を減らして装置の小型化を図ることができる。

第４の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記第１ノズル列を構成する前記第１ノズルと、前記第２ノズルとが、前記第１方向に一列に配列されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、第１ノズルと第２ノズルが一列に配列されて、一列のノズル列を構成するため、全体のノズル列の数が少なくなり、装置の一層の小型化を図ることができる。

第５の発明の液滴噴射装置は、所定の第１方向に所定のノズルピッチで配列された複数のノズルとこれら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を有する流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられて、前記複数の圧力室内の液体に噴射圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、前記ノズルは前記第１方向に一列に配列されてノズル列を構成するとともに、前記ノズル列は前記第１方向に並ぶ複数のノズル群に区分され、１つの前記ノズル群に属する複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室が、前記第１方向に一列に配列されるとともに、前記第１方向に並ぶ複数のノズル群にそれぞれ対応する複数の圧力室の列が、前記ノズル列を挟んで両側に交互に配置されており、前記複数の圧力室の列のそれぞれにおいて、前記圧力室の前記第１方向における配列間隔は、前記ノズルの配列間隔である前記所定のノズルピッチよりも大きいことを特徴とするものである。

本発明では、複数のノズルが第１方向に配列されて一列のノズル列を構成するとともに、このノズル列が複数のノズル群に区分される。また、各ノズル群に属するノズルに連通する圧力室が第１方向に一列に配列されるとともに、複数のノズル群にそれぞれ対応する複数の圧力室の列が、ノズル列を挟んで両側に交互に配置される。このとき、第１方向に隣接する２つのノズル群にそれぞれ対応する２つの圧力室の列は、第１方向において隣り合わないことになり、圧力室の配置スペースに余裕ができることから、各ノズル群に対応する圧力室の配列間隔をノズルピッチよりも大きくすることができる。

これによれば、複数のノズルが一列に配列されるとともに、圧力室の配列間隔が大きくなり、隣接する圧力室の間のクロストークが抑制される。また、ノズル列を複数のノズル群に区分した上で、１つのノズル群単位で圧力室間隔を大きくすることで、ノズル列全体で圧力室間隔を大きくする場合と比べて、複数のノズル間での、圧力室とノズルとの距離（両者を連通させる流路長）の差を小さくすることができ、複数のノズルの噴射特性を揃えることが可能となる。

本発明によれば、圧力室の配列間隔がノズルピッチよりも大きくなっているため、隣接する圧力室の間のクロストークが抑制される。また、ノズル列を複数のノズル群に区分し、１つのノズル群単位で圧力室間隔を大きくすることで、ノズル列全体で圧力室間隔を大きくする場合と比べて、複数のノズル間での、圧力室とノズルとの距離（両者を連通させる流路長）の差を小さくすることができる。これにより、多数のノズルを一列に配列し、且つ、圧力室の間隔を大きくしつつも、複数のノズルの噴射特性を揃えることが可能となる。

本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。 インクジェットヘッドの分解斜視図である。 インクジェットヘッドの一部拡大平面図である。 図３のIV-IV線断面図である。 ノズルと圧力室とが同じピッチで配列された形態（ａ）と、圧力室がノズルよりも大きなピッチで配列された形態（ｂ）を、それぞれ概略的に示した図である。 ノズル列が５列存在する場合において、ノズルと圧力室のピッチが等しい配置形態を示す図である。 図６に対応した、本実施形態のノズルと圧力室の配置形態を示す図である。 変更形態におけるノズルと圧力室の配置形態を示す図である。 別の変更形態におけるノズルと圧力室の配置形態を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、ノズルから記録用紙に対してインクの液滴を噴射させて記録用紙に画像等を記録する、インクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。

まず、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。この図１に示すように、プリンタ１は、一方向に沿って往復移動可能に構成されたキャリッジ２と、このキャリッジ２に搭載されたインクジェットヘッド３及びサブタンク４ａ〜４ｄと、インクジェットヘッド３で使用されるインクを貯留するインクカートリッジ５ａ〜５ｄと、記録用紙Ｐを図１の紙送り方向に搬送する搬送機構６等を備えている。

キャリッジ２は、図１の左右方向（走査方向）に平行に延びる２本のガイド軸１７に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ２には、無端ベルト１８が連結されており、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８が走行駆動されたときに、キャリッジ２は、無端ベルト１８の走行に伴って左右方向に移動するようになっている。

このキャリッジ２には、インクジェットヘッド３と４つのサブタンク４ａ〜４ｄが搭載されている。インクジェットヘッド３は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に多数のノズル５４（図２参照）を備えている。また、４つのサブタンク４ａ〜４ｄは、走査方向に沿って並べて配置されており、これら４つのサブタンク４ａ〜４ｄにはチューブジョイント２０が一体的に設けられている。そして、チューブジョイント２０に連結された可撓性のチューブ１１によって、４つのサブタンク４ａ〜４ｄと４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄとがそれぞれ接続されている。

４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄには、例えば、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの、４色のインクがそれぞれ貯留されており、これらのインクカートリッジ５ａ〜５ｄは、ホルダ１０に着脱自在に装着されている。

これら４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄに貯留された４色のインクは、４本のチューブ１１を介して４つのサブタンク４ａ〜４ｄに供給され、サブタンク４ａ〜４ｄにおいて一時的に貯留された後、インクジェットヘッド３に供給される。そして、インクジェットヘッド３は、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動しつつ、その下面に設けられた多数のノズル５４（図２参照）から、搬送機構６により図１の下方（紙送り方向）に搬送される記録用紙Ｐにインクの液滴を噴射する。

搬送機構６は、インクジェットヘッド３よりも紙送り方向上流側に配置された供給ローラ２５と、インクジェットヘッド３よりも紙送り方向下流側に配置された排出ローラ２６とを有する。供給ローラ２５と排出ローラ２６は、それぞれ、供給モータ２７と排出モータ２８により回転駆動される。そして、この搬送機構６は、供給ローラ２５により、記録用紙Ｐを図１の上方からインクジェットヘッド３に供給するとともに、排出ローラ２６により、インクジェットヘッド３によって画像や文字等が記録された記録用紙Ｐを図１の下方へ排出するように構成されている。

次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２はインクジェットヘッドの分解斜視図、図３は図２に示されるインクジェットヘッドの一部拡大平面図、図４は図３のIV-IV線断面図である。尚、以下のインクジェットヘッド３の説明においては、図２における上下方向（プレートの積層方向）を上下方向と定義する。

図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、多数のノズル５４や圧力室５３を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、この流路ユニット３１の上面に配置され、圧力室５３内のインクに噴射圧力を付与する圧電アクチュエータ３２とを備えている。

流路ユニット３１は、キャビティプレート４２、ベースプレート４３、アパーチャプレート４４、２枚のマニホールドプレート４５，４６、ダンパープレート４７、カバープレート４８、及び、ノズルプレート４９の、計８枚のプレート４２〜４９の積層体からなる。これら８枚のプレートは接着剤によって互いに接合されている。８枚のプレート４２〜４９のうち、最下層のノズルプレート４９を除く、７枚のプレート４２〜４８は、それぞれ、ステンレス板やニッケル合金鋼板などの金属プレートである。一方、最下層のノズルプレート４９は、ポリイミド等の合成樹脂材料で形成されている。

図２〜図４に示すように、流路ユニット３１には、前述した４つのサブタンク４ａ〜４ｄにそれぞれ接続される４つのインク供給孔５０ａと、４つのインク供給孔５０ａに連通したマニホールド流路５１とが設けられ、さらに、マニホールド流路５１からアパーチャ５２、及び、圧力室５３を介してノズル５４に至る個別インク流路が多数設けられている。

流路ユニット３１の流路構造についてより詳細に説明する。まず、流路ユニット３１の最下層のノズルプレート４９には、インクの液滴をそれぞれ噴射する複数のノズル５４が、紙送り方向に配列されている。一方、最上層に位置するキャビティプレート４２には、ノズル５４と同様に紙送り方向に配列された複数の圧力室５３が形成されている。尚、図３に示すように、ノズル５４の配列間隔（ノズルピッチ）Ｐ０と圧力室５３の配列間隔Ｐ１は一致してはいない。このノズル５４及び圧力室５３の詳細な配置については、後ほど説明する。

また、キャビティプレート４２の紙送り方向の一端部（図２における左側の端部）には、サブタンク４ａ〜４ｄから供給された４色のインクをマニホールド流路５１に供給する４つのインク供給孔５０ａが走査方向に並んで形成されている。

図２、図４に示すように、ベースプレート４３には、平面視で圧力室５３の長手方向の両端部にそれぞれ連通する貫通孔５６，５７と、インク供給孔５０ａに連通するインク供給孔５０ｂが形成されている。

アパーチャプレート４４には、ベースプレート４３の貫通孔５６に連通するとともに圧力室５３の長手方向に沿って延びる、絞り流路としてのアパーチャ５２と、貫通孔５７に連通する貫通孔５８と、インク供給孔５０ｂに連通するインク供給孔５０ｃがそれぞれ形成されている。

マニホールドプレート４５，４６には、ノズル５４及び圧力室５３の配列方向（紙送り方向）に延在する開口５１ａ，５１ｂが、圧力室５３の列に対応して形成されている。そして、これら２種類の開口５１ａ，５１ｂが重なった状態で、アパーチャプレート４４とダンパープレート４７によって上下両側から塞がれることにより、１本のマニホールド流路５１が形成される。さらに、２枚のマニホールドプレート４５，４６には、アパーチャプレート４４の貫通孔５８に連なる貫通孔５９，６０がそれぞれ形成されている。

ダンパープレート４７の下面の、平面視でマニホールド流路５１とそれぞれ重なる位置には、ハーフエッチングによって形成された凹部６１が設けられている。つまり、ダンパープレート４７は、凹部６１が形成された部分において厚みが局所的に薄くなっており、この薄肉部分が、マニホールド流路５１内の圧力変動を減衰させるダンパー部として働く。また、ダンパープレート４７には、マニホールドプレート４６の貫通孔６０に連なる貫通孔６２も形成されている。カバープレート４８には、ダンパープレート４７の貫通孔６２とノズルプレート４９に形成されたノズル５４とを連通させる貫通孔６３が形成されている。

以上説明した８枚のプレート４２〜４９が積層した状態で接合されることにより、流路ユニット３１内に、インク供給孔５０ａからマニホールド流路５１に至るインク流路と、マニホールド流路５１からアパーチャ５２及び圧力室５３を経由してノズル５４に至る、多数の個別インク流路が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ３２は、複数の圧力室５３を覆うように流路ユニット３１（キャビティプレート４２）の上面に配置された振動板７０と、この振動板７０の上面に、複数の圧力室５３と対向するように配置された圧電層７１と、圧電層７１の上面に配置された複数の個別電極７２とを備えている。

振動板７０は、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などの金属材料からなる。この振動板７０は、キャビティプレート４２の上面に複数の圧力室５３を覆うように配設された状態で、キャビティプレート４２に接合されている。また、導電性を有する振動板７０の上面は、圧電層７１の下面側に配置されることによって、上面の複数の個別電極７２との間で圧電層７１に厚み方向の電界を生じさせる、共通電極を兼ねている。

圧電層７１は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料からなる。図３に示すように、この圧電層７１は、振動板７０の上面において、複数の圧力室５３に跨って連続的に形成されている。また、この圧電層７１は、少なくとも圧力室５３と対向する領域において厚み方向に分極されている。

複数の個別電極７２は、それぞれ、圧力室５３よりも一回り小さい略矩形の平面形状を有し、圧電層７１の上面の、複数の圧力室５３の略中央部と対向する領域に配置されている。

図２に示すように、圧電アクチュエータ３２の圧電層７１の上面には、本体側の基板から送信された印字データに従って、圧電アクチュエータ３２を駆動するドライバＩＣ８０が実装されている。このドライバＩＣ８０は、圧電層７１の上面に形成された配線を介して、前述した複数の個別電極７２と接続されている。そして、このドライバＩＣ８０から、複数の個別電極７２のそれぞれに対して、所定の駆動電位とグランド電位の一方が選択的に付与されるようになっている。また、共通電極としての振動板は、ドライバＩＣ８０内のグランド線に接続されることにより、常にグランド電位に保持されている。尚、ドライバＩＣ８０は、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）等に実装され、そのフレキシブル配線基板が圧電アクチュエータ３２と電気的かつ機械的に接合されて、本体側と接続されていてもよい。

以上の圧電アクチュエータ３２の、インク噴射時における動作について説明する。ドライバＩＣ８０から、ある個別電極７２に対して駆動電位が付与されると、この駆動電位が付与された個別電極７２と、グランド電位に保持されている共通電極としての振動板７０との間に電位差が生じ、振動板７０と個別電極７２の間に挟まれた圧電層７１の部分に厚み方向に電界が印加される。この電界の方向は圧電層７１の分極方向と平行であるので、この圧電層７１は、電界が印加された部分において厚み方向に伸びて面方向に収縮する。一方、振動板７０は、圧力室５３の周囲領域においてキャビティプレート４２に固定されていることから、上側の圧電層７１が面方向に収縮することによって、下側の振動板７０は、圧力室５３と対向する領域において、圧力室５３側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室５３の容積が減少することから、その内部のインクの圧力が上昇し、圧力室５３に連通するノズル５４からインクの液滴が噴射される。

ところで、上述した圧電アクチュエータ３２を備えたインクジェットヘッド３において、隣接する圧力室５３間の離間距離が小さいと、１つの圧力室５３において生じた振動板７０の変形が、振動板７０、あるいは、隣接する圧力室５３を隔てる隔壁を介して、隣接する圧力室５３に伝わり、その隣接する圧力室５３内のインク圧力変動、ひいては、ノズル５４からの液滴の噴射に影響を及ぼす（クロストーク）。そのため、クロストークを抑制するために圧力室５３の配列間隔は一定以上に大きくする必要がある。その一方で、高画質印刷のためにより高い解像度を実現するためには、ノズル５４の配列間隔（ノズルピッチ）はできるだけ小さくしたい。従って、複数のノズル５４と複数の圧力室５３が、共に一方向（ここでは紙送り方向）に等しい間隔で配列されていると、クロストークの抑制のために圧力室５３の配列間隔を大きくした場合に、ノズルピッチも大きくなってしまうことから、上述した２つの要求の両方を満足することができなくなる。

そこで、本実施形態では、図３のように、圧力室５３の配列間隔Ｐ１をノズルピッチＰ０よりも大きくしている。但し、圧力室５３の配列間隔Ｐ１をノズルピッチＰ０よりも大きくするだけであると、一列に配列された複数のノズル５４間で、ノズル５４と圧力室５３の位置関係が異なってしまい、その結果、ノズル−圧力室間の距離が異なってしまう。図５はノズル５４と圧力室５３とが同じピッチで配列された状態と、圧力室５３がノズル５４よりも大きなピッチで配列された状態を、それぞれ概略的に示した図である。図５（ａ）のように、圧力室５３がノズル５４のノズルピッチＰ０と等しいピッチで配列されている状態から、図ｂ（ｂ）のように、圧力室５３の配列間隔Ｐ１を大きくすると、ノズル列に対して圧力室列の長さがかなり長くなる。このとき、配列方向中央に位置するノズル５４と比べて、配列方向端位置のノズル５４の、圧力室５３との距離（ノズル５４−圧力室５３間の流路５５（図４における貫通孔５７〜６３で構成される流路）の長さ）が大きくなってしまう。また、このノズル−圧力室間の距離の差は、ノズル列を構成するノズル５４の数が多くなるほど大きくなる。

このように、複数のノズル５４間でノズル−圧力室間距離が異なると、圧力室５３とノズル５４の間の流路抵抗や、圧力波の伝播等の条件が、複数のノズル５４の間で異なってしまうことから、複数のノズル５４の液滴噴射特性が揃わなくなり、その結果、印字品質が低下する。そこで、本実施形態では、圧力室５３の配列間隔を大きくしつつ、複数のノズル５４間で、ノズル−圧力室間距離（流路５５の長さ）の差が小さくなるような構成が採用されている。

上記構成について具体的に説明する。図６は、本実施形態との比較のために挙げた図であり、ノズル５４と圧力室５３のピッチを等しくした配置形態を概略的に示す図である。この図６に示されるように、以下では、ノズル５４が、６０ｄｐｉ（＝０．４２３ｍｍ）のノズルピッチＰ０で所定の第１方向（本実施形態では紙送り方向）に配列されることによって構成されたノズル列を、前記第１方向と直交する第２方向（本実施形態では走査方向）に５列並べて、３００ｄｐｉの解像度を実現する場合を例に挙げる。図６に示すように、５列のノズル列９０のそれぞれについて、ノズル５４とこれに対応する圧力室５３の配列間隔を同じにすると、圧力室５３が、ノズルピッチＰ０と同じ、６０ｄｐｉという小さなピッチで配列されてしまうことになる。そこで、本実施形態においては、ノズル５４及び圧力室５３が以下のような構成となっている。

（ノズル配置）
図７は、図６に対応した、本実施形態のノズル５４と圧力室５３の配置形態を概略的に示す図である。まず、図６においてノズルピッチＰ０の１列のノズル列９０を構成していた複数のノズル５４が、図７においては、それぞれが、第１方向にノズルピッチＰ０で配列された複数（図では４つ）の第１ノズル５４ａで構成された複数のノズル群９１と、第１方向において２つのノズル群９１に挟まれて配置される複数の第２ノズル５４ｂとに区分される。また、複数のノズル群９１が第１方向に並べられることによって、これら複数のノズル群９１にそれぞれ属する第１ノズル５４ａは、第１方向に一列に配列されて第１ノズル列９２を構成する。一方、第２ノズル５４ｂは、第１ノズル５４ａ（第１ノズル列９２）とは、その配列方向と直交する第２方向において、異なる位置に離れて配置されている。即ち、第１ノズル５４ａと一直線に並ぶ黒丸の位置から、５列の第１ノズル列９２よりもさらに図中右方の、白丸の位置に離されて配置されている。

尚、第１ノズル５４ａと第２ノズル５４ｂは、元は、図６において第１方向にノズルピッチＰ０で配列された１列のノズル列９０を構成するノズル５４である。そして、上述のように、第２ノズル５４ｂは、第１ノズル５４ａと第２方向に離れているものの、第２ノズル５４ｂとこれに隣接するノズル群９１との、第１方向に関する距離（隣接するノズル群９１の端位置にある第１ノズル５４ａとの距離）は、ノズルピッチＰ０と等しくなっている。

（圧力室配置）
上記ノズル配置を前提とした上で、第１ノズル列９２を構成する第１ノズル５４ａにそれぞれ連通する、複数の第１圧力室５３ａは、第１ノズル列９２と同様に、第１方向に一列に配列されている。但し、１つのノズル群９１に対応する第１圧力室５３ａの配列間隔は、第１ノズル５４ａの配列間隔であるノズルピッチＰ０よりも大きくなっている。即ち、１つのノズル群９１単位で、第１圧力室５３ａの配列間隔がノズルピッチＰ０よりも大きくなっている。例えば、図７に示されるように、ノズルピッチＰ０＝０．４２３ｍｍに対して、第１圧力室５３ａの配列間隔Ｐ１＝０．５２８７５ｍｍとなっている。この第１圧力室５３ａの配列間隔Ｐ１を０．５２８７５ｍｍとした場合には、隣接する２つのノズル群の間隔も０．５２８７５ｍｍとなり、１つの第１ノズル列９２に属する第１ノズル５４ａに連通する第１圧力室５３ａ同士の間隔は、すべて同じ間隔となる。なお、第１圧力室５３ａの配列間隔Ｐ１は、ノズルピッチＰ０よりも大きければよく、上記数値に限定されるものではない。このとき、図７に示されるように、各ノズル群９１を構成する第１ノズル５４ａ間で、ノズル５４と圧力室５３の位置関係が異なることになる。

また、各ノズル群９１で第１圧力室５３ａの配列間隔が大きくなっていると、１つのノズル群９１の配列長さよりも、これに対応する第１圧力室５３ａの列の長さが長くなり、２つのノズル群９１にそれぞれ対応する２つの第１圧力室５３ａの列の間に、第２ノズル５４ｂに連通する圧力室５３（第２圧力室５３ｂ）を配置することができなくなる。そこで、上述したように、第２ノズル５４ｂが、第２方向において第１ノズル列９２とは異なる位置に配置された上で、それに対応して、第２圧力室５３ｂも、第２方向において、第１圧力室５３ａから離れた位置に配置されている。

以上説明した構成では、第１ノズル５４ａに連通する第１圧力室５３ａの配列間隔Ｐ１がノズルピッチＰ０よりも大きくなっているため、隣接する第１圧力室５３ａの間のクロストークが抑制される。尚、ノズル群９１の間を補間する第２ノズル５４ｂに連通する第２圧力室５３ｂは、第１圧力室５３ａの列とは第２方向に異なる位置に配置されることから、第１圧力室５３ａとのクロストークはほとんど問題にならない。

また、図５で説明したように、１列のノズル列全体で、圧力室５３の配列間隔Ｐ１をノズルピッチＰ０よりも大きくすると、特に、配列方向中央位置のノズル５４と端位置のノズル５４とで、圧力室５３とノズル５４との位置関係が異なることになり、複数のノズル間でのノズル−圧力室間距離の差が大きくなる。一方、本実施形態では、図６における１列のノズル列９０が複数のノズル群９１に区分された上で、１つのノズル群９１単位で第１圧力室５３ａの配列間隔Ｐ１がノズルピッチＰ０よりも大きくなっている。このように、細かく区分されたノズル群９１単位で圧力室５３間隔を大きくすることで、ノズル列９０全体で圧力室５３の配列間隔を大きくする場合と比べて、複数の第１ノズル５４ａ間での、第１圧力室５３ａと第１ノズル５４ａの位置ずれが小さくなる。即ち、圧力室５３とノズル５４との距離（両者を連通させる流路長）の差が小さくなり、複数のノズル５４の噴射特性を揃えることが可能となる。

尚、図７のように、第１ノズル５４ａと第１圧力室５３ａの位置関係が多少ずれても、そのずれが小さいと、第１ノズル５４ａの平面的な位置を、対応する第１圧力室５３ａと重なる範囲内に収めることが可能となる。この場合、図４に示される、圧力室５３とノズル５４を連通させる流路（貫通孔５７〜６３で形成される連通流路）を斜めに傾ける必要がなく、全ての第１ノズル５４ａについて、ノズル５４から鉛直上方へほぼ真っ直ぐ立ち上がるように形成することで、第１ノズル５４ａ間での前記連通流路の長さを揃えることが可能である。

また、図６における１列のノズル列９０を構成するノズル５４のうち、大部分を占める複数の第１ノズル５４ａについては一列に直線的に配列された構成を維持しつつ、クロストークの抑制を実現している。従って、複数のノズル５４の第２方向（走査方向）位置がそれぞれ異なっている場合（例えば、上記特許文献２）と比べて、ノズル５４の液滴噴射制御が複雑にならない。尚、第２ノズル５４ｂは、ノズル群９１の間を補間するノズル５４であって、第１ノズル５４ａと比べて十分に数が少ないノズル５４である（図では４つの第１ノズル５４ａからなるノズル群９１に対して１つの第２ノズル５４ｂが対応しており、第２ノズル５４ｂの数は第１ノズル５４ａの数の約１／４である）。従って、第２ノズル５４ｂが第１ノズル列９２から第２方向に離れた位置に配置されていても、多数の第１ノズル５４ａに対して、ごく少数の第２ノズル５４ｂの噴射タイミングを調整するだけであるので、液滴噴射制御が複雑化することはない。

また、本実施形態では、１列の第１ノズル列９２に対して２以上の複数の第２ノズル５４ｂが存在する。これら複数の第２ノズル５４ｂの第２方向位置は特に限定されるものではないが、複数の第２ノズル５４ｂが第２方向にばらばらに配置されると、その分、ノズル列及び圧力室列の数が増えて、ヘッド３の大型化につながる。

そこで、本実施形態では、１列の第１ノズル列９２に対応する複数の第２ノズル５４ｂが第１方向に一列にまとめて配列され、また、前記複数の第２ノズル５４ｂにそれぞれ連通する複数の第２圧力室５３ｂも第１方向に一列にまとめて配列されている。具体的には、図７には、１列の第１ノズル列９２に対して３つの第２ノズル５４ｂが配置されている状態が示されているが、そのうち、上側と下側にそれぞれ位置する２つの第２ノズル５４ｂが一列に配列されて、図中右端に配置されている。

さらに、本実施形態では、第１ノズル列９２が複数（５列）平行に並べられており、それら５列の第１ノズル列９２のそれぞれについて第２ノズル５４ｂが存在する。そして、これら異なる第１ノズル列９２に対応する、複数の第２ノズル５４ｂ及び第２圧力室５３ｂについても、それぞれ一列にまとめて配列されている。図７では、５列の第１ノズル列９２にそれぞれ対応する５つの第２ノズル５４ｂが第１方向に一列に配列されており、さらに、これら５つの第２ノズル５４ｂにそれぞれ連通する５つの第２圧力室５３ｂも第１方向に一列に配列されている。

つまり、本実施形態では、１列の第１ノズル列９２に対応する複数の第２ノズル５４ｂ（第２圧力室５３ｂ）が一列に配列されるとともに、異なる第１ノズル列９２にそれぞれ対応する複数の第２ノズル５４ｂ（第２圧力室５３ｂ）も一列に配列されることによって、全ての第２ノズル５４ｂ（第２圧力室５３ｂ）がわずか２列にまとめられている。尚、図７の、第１方向に２列に配列された第２ノズル５４ｂは、第１方向においてそれぞれの列の第２ノズル５４ｂの配列間隔は、０．５０８ｍｍ（５０ｄｐｉ）である。また、第１方向に２列に配列された第２圧力室５３ｂの、その第１方向の配列間隔Ｐ２は、第１ノズル５４ａの配列間隔であるノズルピッチＰ０よりも大きくなっており、隣接する第２圧力室５３ｂの間のクロストークもそれほど問題にならない。この場合、第１方向における第２圧力室５３ｂの配列間隔Ｐ２は、第２ノズル５４ｂの配列間隔（０．５０８ｍｍ）と同じでもよいし、第２ノズル５４ｂの配列間隔よりも大きく、さらに、第１圧力室５３ａの配列間隔Ｐ１と同じでもよい。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、各ノズル群を構成する複数の第１ノズル５４ａ（第１ノズル列９２）と、２つのノズル群９１の間を補間する第２ノズル５４ｂとが、第２方向に関して異なる位置に配置されていたが、図８に示すように、複数の第１ノズル５４ａと第２ノズル５４ｂの第２方向位置が同じ、即ち、第１ノズル５４ａと第２ノズル５４ｂが第１方向に一列に配列されてもよい。前記実施形態においても説明したように、ノズル群９１単位で第１圧力室５３ａの配列間隔Ｐ１を、ノズルピッチＰ０よりも大きくしたときに、２つのノズル群９１にそれぞれ対応する２つの第１圧力室５３ａの列の間に、第２ノズル５４ｂに連通する第２圧力室５３ｂを配置することが難しくなるが、図８のように、第２圧力室５３ｂを第１ノズル列９２に関して第１圧力室５３ａと反対側に配置することで、第１ノズル５４ａと第２ノズル５４ｂとを一列に配列することが可能となる。このように、第１ノズル５４ａと第２ノズル５４ｂとが一列に配列されることにより、ノズル列の数を減らしてヘッド３の小型化が可能となる。

２］前記実施形態や上述した変更形態は、所定のノズルピッチＰ０で配列された複数のノズルが複数のノズル群に区分されるとともに、複数のノズル群の間が別の第２ノズルで補間された構成を有するものであった。しかし、下記に示すような別の構成でも、上記構成と同様の作用効果を奏することが可能である。

図９に示すように、複数のノズル５４が第１方向に一列に配列されてノズル列１０２を構成するとともに、このノズル列１０２は、それぞれが複数（ここでは４つ）のノズル５４で構成され、且つ、第１方向に並ぶ複数のノズル群１０１に区分されている。また、１つのノズル群１０１に属する複数（４つ）のノズル５４にそれぞれ連通する複数（４つ）の圧力室５３は、第１方向に一列に配列される。さらに、複数のノズル群１０１にそれぞれ対応する複数の圧力室列が、ノズル列１０２を挟んで左右両側に交互に配置される。

この場合、第１方向に隣接する２つのノズル群１０１にそれぞれ対応する、２つの圧力室列が、第１方向において隣り合わないことになり、圧力室５３の配置スペースに余裕ができる。そこで、複数のノズル群１０１のそれぞれについて、ノズル群１０１単位で、対応する圧力室５３の配列間隔Ｐ１をノズルピッチＰ０よりも大きくすることができるようになる。

この構成でも前記実施形態と同様の効果が得られる。即ち、複数のノズル５４が一列に配列されるとともに、圧力室５３の配列間隔Ｐ１がノズルピッチＰ０よりも大きく設定されることで、隣接する圧力室５３の間のクロストークが抑制される。また、ノズル列１０２を複数のノズル群１０１に区分し、１つのノズル群１０１単位で圧力室５３間隔を大きくすることで、ノズル列１０２全体で圧力室５３間隔を大きくする場合と比べて、複数のノズル５４間での、圧力室５３とノズル５４との距離（両者を連通させる流路の長さ）の差が小さくなり、複数のノズル５４の噴射特性を揃えることが可能となる。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、液滴噴射装置の一種であるインクジェットプリンタに本発明を適用した例であるが、本発明の適用対象はこれには限られない。即ち、噴射される液体の種類、用途、技術分野に関係なく、本発明を適用することが可能である。

１ インクジェットプリンタ
３ インクジェットヘッド
３１ 流路ユニット
３２ 圧電アクチュエータ
５３ 圧力室
５３ａ 第１圧力室
５３ｂ 第２圧力室
５４ ノズル
５４ａ 第１ノズル
５４ａ 第２ノズル
９１ ノズル群
９２ 第１ノズル列
１０１ ノズル群
１０２ ノズル列

Claims (5)

1. 所定の第１方向に所定のノズルピッチで配列された複数のノズルとこれら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を有する流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられて、前記複数の圧力室内の液体に噴射圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、
   前記複数のノズルは、
   それぞれが、前記第１方向に前記所定のノズルピッチで配列された複数の第１ノズルで構成された複数のノズル群と、
   各ノズル群の前記第１方向における端位置にある第１ノズルに対して、前記第１方向に関して前記所定のノズルピッチを空けて配置され、前記第１方向に関して２つの前記ノズル群に挟まれた第２ノズルと、を含み、
   前記複数のノズル群が前記第１方向に並べられることによって、これら複数のノズル群にそれぞれ属する前記第１ノズルが、前記第１方向に一列に配列されて第１ノズル列を構成し、
   前記第１ノズル列を構成する前記第１ノズルにそれぞれ連通する複数の第１圧力室も、前記第１方向に一列に配列されており、
   １つの前記ノズル群に対応する前記第１圧力室の、前記第１方向における配列間隔は、前記第１ノズルの配列間隔である前記所定のノズルピッチよりも大きく、
   前記第２ノズルに連通する第２圧力室は、前記第１方向と交差する第２方向において、前記第１圧力室とは異なる位置に配置されていることを特徴とする液滴噴射装置。
2. 複数の前記第２ノズル、及び、これら第２ノズルにそれぞれ連通する複数の前記第２圧力室が、それぞれ、前記第１方向に一列に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記複数のノズルは、
   互いに平行に配置された複数の前記第１ノズル列と、前記複数の第１ノズル列のそれぞれにおいて前記ノズル群に挟まれた、複数の前記第２ノズルを含み、
   ２以上の異なる前記第１ノズル列にそれぞれ対応する前記第２ノズルが、前記第１方向に一列に配列され、
   一列に配列された前記第２ノズルにそれぞれ連通する複数の前記第２圧力室も、前記第１方向に一列に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
4. 前記第１ノズル列を構成する前記第１ノズルと、前記第２ノズルとが、前記第１方向に一列に配列されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液滴噴射装置。
5. 所定の第１方向に所定のノズルピッチで配列された複数のノズルとこれら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を有する流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられて、前記複数の圧力室内の液体に噴射圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、
   前記ノズルは前記第１方向に一列に配列されてノズル列を構成するとともに、前記ノズル列は前記第１方向に並ぶ複数のノズル群に区分され、
   １つの前記ノズル群に属する複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室が、前記第１方向に一列に配列されるとともに、前記第１方向に並ぶ複数のノズル群にそれぞれ対応する複数の圧力室の列が、前記ノズル列を挟んで両側に交互に配置されており、
   前記複数の圧力室の列のそれぞれにおいて、前記圧力室の前記第１方向における配列間隔は、前記ノズルの配列間隔である前記所定のノズルピッチよりも大きいことを特徴とする液滴噴射装置。

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