JP6560115B2 - 液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置に関する。

従来、印刷用ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なう液体吐出ヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えば、液体を吐出する吐出孔と、吐出孔から液体が吐出されるように液体を加圧する加圧室とを備えたものが知られている。また、そのような液体と吐出ヘッドでは、吐出孔は、解像度方向である行方向とそれに交差する方向である列方向に並んで配置し、吐出孔と繋がっている加圧室も同様に、行方向および列方向に並んで配置されている。さらに、同じ行に並んでいる加圧室は、それぞれの加圧室と繋がっている吐出孔に対して、同じ方向に伸びるように配置されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００７−８１７５号公報

特許文献１に記載されているような液体吐出ヘッドでは、加圧室間で振動が伝わることにより発生するクロストークにより、液体の吐出量や吐出速度や変動が大きくなることがあった。液体吐出ヘッドを印刷に用いる際、どのようなものを印刷するかにもよるが、同じ行に配置されている吐出孔は、同時に吐出を行なう可能性が高い。特許文献１に記載されているような液体吐出ヘッドでは、加圧室が行方向に並んで配置されているので、そのような場合のクロストークが大きくなることあった。

したがって、本発明の目的は、クロストークの影響の小さい液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室を有する流路部材と、前記複数の加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを含んでいる液体吐出ヘッドであって、平面視したとき、前記複数の吐出孔は、前記吐出孔が第２方向に沿って所定間隔で並んでいる複数の吐出孔行を構成しているとともに、該複数の吐出孔行は、前記第２方向と交差する方向である第１方向に所定間隔で並んでおり、前記吐出孔行においては、それぞれ前記吐出孔である第１吐出孔と第２吐出孔とが交互に並んでおり、１つの前記吐出孔行に属している前記第１吐出孔と繋がっている前記加圧室である第１加圧室は、当該第１加圧室が前記第２方向に沿って所定間隔で並んでいる第１加圧室行を構成しており、１つの前記吐出孔行に属している前記第２吐出孔と繋がっている前記加圧室である第２加圧室は、当該第２加圧室が前記第２方向に沿って所定間隔で並んでいる第２加圧室行を構成しており、該第２加圧室行は、当該吐出孔行に対応した前記第１加圧室行よりも、前記第１方向に配置されているとともに、当該第２加圧室行と当該吐出孔行に対応した前記第１加圧室行との間の前記第１方向における距離Ｌ１が、当該第２加圧室行と当該吐出孔行に対して前記第１方向側の隣に配置されている他の前記吐出孔行に対応した前記第１加圧室行との間の前記第１方向における距離Ｌ２よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドによれば、クロストークの影響を小さくできる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は、図１の液体吐出ヘッドの要部であるヘッド本体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）から第２流路部材を除いた平面図である。 図２（ｂ）の一部の拡大平面図である。 図２（ｂ）の一部の拡大平面図である。 図２（ｂ）の一部の拡大平面図である。 （ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った部分縦断面図であり、（ｂ）は、図２（ａ）のヘッド本体の縦断面図である。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタ１（以下で単にプリンタと言うことがある）の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐをガイドローラ８２Ａから搬送ローラ８２Ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、記録媒体Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行となるように平板状のヘッド搭載フレーム７０（以下で単にフレームと言うことがある）が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つの液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ１つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体、例えば、インクが供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群７２で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載されている液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッド群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッド群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能の液体吐出ヘッド２を使用しても搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０Ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２Ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２Ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０Ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２Ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０Ｂは、搬送ローラ８２Ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、５０ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ１は、印刷用紙Ｐを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付けて、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。例えば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出量や吐出速度などの吐出特性に影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２について説明する。図２（ａ）は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体２ａを示す平面図である。図２（ｂ）は、ヘッド本体２ａから第２流路部材６を除いた状態の平面図である。図３〜５は、図２（ｂ）の拡大平面図である。図６（ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。図６（ｂ）は、ヘッド本体２ａの、第２共通流路２４に沿った縦断面図である。

各図は、図面を分かり易くするために次のように描いている。図２〜５では、他のものの下方にあって破線で描くべき流路などを実線で描いている。図２（ａ）では、第１流路部材４内の流路については、加圧室１０のみを示している。図２（ｂ）では、第１流路部材４内の流路については、第１共通流路２０および第２共通流路２４のみを示している。また、図２（ａ）、（ｂ）では、圧電アクチュエータ基板４０は、外形のみを示している。

図３と５では、第３方向の端の部分を図の下側に描き、第１方向の端の部分を図の上側に描いている。図の上と下との間にある矢印は、流路の繋がりを表している。図３〜５では、それぞれ異なる部分を省略して描いている。

液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａ以外に、金属製の筐体や、ドライバＩＣ、配線基板などを含んでいてもよい。また、ヘッド本体２ａは、第１流路部材４と、第１流路部材４に液体を供給する第２流路部材６と、加圧部である変位素子５０が作り込まれている圧電アクチュエータ基板４０とを含んでいる。ヘッド本体２ａは、一方方向に長い平板形状を有しており、その方向を長手方向と言うことがある。また、第２流路部材６は、支持部材の役割を果たしており、ヘッド本体２ａは、第２流路部材６の長手方向の両端部のそれぞれでフレーム７０に固定される。

ヘッド本体２ａを構成する第１流路部材４は、平板状の形状を有しており、その厚さは０．５〜２ｍｍ程度である。第１流路部材４の第１の主面である加圧室面４−１には、加圧室１０が平面方向に多数並んで配置されている。第１流路部材４の第２の主面であり、加圧室面４−１の反対側の面である吐出孔面４−２には、液体が吐出される吐出孔８が平面方向に多数並んで配置されている。吐出孔８は、それぞれ加圧室１０と繋がっている。以下において、加圧室面４−１は、吐出孔面４−２に対して、上方に位置しているとして説明をする。

第１流路部材４には、複数の第１共通流路２０および複数の第２共通流路２４が、同じ方向に沿って伸びるように配置されている。これら第１共通流路２０および第２共通流路２４に沿った方向が第１方向である。なお、第１共通流路２０と第２共通流路２４とを合わせて、共通流路と言うことがある。また、第１共通流路２０と第２共通流路２４とは、第１方向と交差する方向である第２方向に交互に並んでいる。なお、第２方向は、ヘッド本体２ａの長手方向と同じ方向である。

第１共通流路２０の両側に沿って加圧室１０が所定間隔で並んでおり、片側一列ずつ、合計２列の加圧室列１１Ａを構成している。第１共通流路２０とその両側に並んでいる加圧室１０とは、第１個別流路１２を介して繋がっている。

第２共通流路２４の両側に沿って加圧室１０が所定間隔で並んでおり、片側一列ずつ、合計２列の加圧室列１１Ａを構成している。第２共通流路２４とその両側に並んでいる加圧室１０とは、第２個別流路１４を介して繋がっている。

別の表現をすれば、加圧室１０は仮想線上に並んで配置されており、仮想線の一方の側に沿って第１共通流路２０が伸びており、仮想線の他方の側に沿って第２共通流路２４が伸びている。本実施形態では、加圧室１０が並んでいる仮想線は直線状であるが、曲線状や折れ線状であってもよい。

以上のような構成により、第１流路部材４においては、第１共通流路２０に供給された液体は、第１共通流路２０に沿って並んでいる加圧室１０に流れ込み、一部の液体は吐出
孔８から吐出され、他の一部の液体は、加圧室１０に対して第１共通流路２０と反対側に位置している第２共通流路２４に流れ込み、第１流路部材４の外に排出される。

なお、排出に使用する第２共通流路２４および第２個別流路１４を配置せず、液体の供給を行なう第１共通流路２０および第１個別流路１２のみを配置し、液体の供給だけを行なう構成にしてもよい。

第１共通流路２０の両側に第２共通流路２４が配置されており、第２共通流路２４の両側に第１共通流路２０が配置されていることにより、１つの加圧室列１１Ａに対して、１つの第１共通流路２０および１つの第２共通流路２４が繋がっており、別の加圧室列１１Ａに対して、別の第１共通流路２０および別の第２共通流路２４が繋がっている場合と比較して、第１共通流路２０および第２共通流路２４の数を約半分にできるので好ましい。第１共通流路２０および第２共通流路２４の数が少なくて済む分、加圧室１０の数を増やして高解像度化したり、第１共通流路２０や第２共通流路２４を太くして、吐出孔８からの吐出特性の差を小さくしたり、ヘッド本体２ａの平面方向の大きさを小さくすることができる。

第１共通流路２０に繋がっている第１個別流路１２の第１共通流路２０側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第１共通流路２０に第１個別流路１２が繋がっている位置（主に第１方向における位置）により変わる。第２共通流路２４に繋がっている第２個別流路１４側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第２共通流路２４に第２個別流路１４が繋がっている位置（主に第１方向における位置）により変わる。第１共通流路２０の外部への開口２０ａを第１方向の一方の端部に配置し、第２共通流路２４の外部への開口２４ａを第１方向の他方の端部に配置すれば、各第１個別流路１２および各第２個別流路１４の配置による圧力の差が打ち消されるように作用し、各吐出孔８に加わる圧力の差を小さくできる。なお、第１共通流路２０の開口２０ａ、および第２共通流路２４の開口２４ａはともに、加圧室面４−１に開口している。

吐出しない状態では、吐出孔８には液体のメニスカスが保持されている。吐出孔８において液体の圧力が負圧（液体を第１流路部材４に引き込もうとする状態）になっていることで、液体の表面張力とつり合ってメニスカスを保持できる。液体の表面張力は、液体の表面積を小さくしようとするので、正圧であっても圧力が小さければ、メニスカスを保持できる。正圧が大きくなれば、液体はあふれ出し、負圧が大きくなれば、液体は第１流路部材４内に引き込まれてしまい、液体が吐出可能な状態を維持できない。そのため、第１共通流路２０から第２共通流路２４に液体を流した際における、吐出孔８での液体の圧力の差が大きくなり過ぎないようにする必要がある。

加圧室１０は、加圧室面４−１に面して配置されており、変位素子５０からの圧力を受ける。加圧室１０と吐出孔８とは、部分流路であるディセンダ７で繋がっている。加圧室１０の平面形状は、菱形形状であり、菱形の角部にアールを付けた形状である。加圧室１０の平面形状は、他に、長円形状、円形状、長方形状などでもよい。ディセンダ７は加圧室１０の長手方向の一方の端部で繋がっている。加圧室１０の長手方向の他方の端部には、第１個別流路１２が繋がっている。第１個別流路１２は、第１共通流路２０に繋がっており、第１個別流路１２は、以下で、しぼり１２と言うこともある。

ディセンダ７は、直円柱形状である。ディセンダ７は、吐出孔８側で第２個別流路１４と繋がっている。第２個別流路１４は、第２共通流路２４に繋がっている。

続いて、加圧室１０および吐出孔８の配置について、図４を用いて説明する。なお、図４の加圧室１０には、加圧室１０の面積重心を表す黒円が描いてあるが、この黒円は実際
の液体吐出ヘッド２には存在しない。本実施形態では、第１共通流路２０は７５本、第２共通流路２４は７６本であり、加圧室列１１Ａは１５０列である。各加圧室列１１Ａには１６個の加圧室１０が含まれている。加圧室列１１Ａは、第１方向に伸びているとともに、第２方向に所定間隔で並んでいる。

１つの加圧室列１１Ａに属する加圧室１０と繋がっている吐出孔８は、吐出孔列９Ａを構成している。吐出孔列９Ａは、第１方向に伸びているとともに、第２方向に所定間隔で並んでいる。本実施形態では、吐出孔列９Ａと加圧室列１１Ａとがほぼ同じ位置になるが、これは必ずしも必要ではない。ただし、これらを同じ位置にすることで、流路の配置の面積効率を高くできる。

第１方向と第２方向とが成す角度は直角からずれている。このため、第１方向に沿って配置されている吐出孔列９Ａに属する吐出孔８同士は、その直角からのずれた角度の分、第２方向にずれて配置される。そして、吐出孔列９Ａが第２方向に並んで配置されるので、異なる吐出孔列９Ａに属する吐出孔８は、その分、第２方向にずれて配置される。これらが合わさって、第１流路部材４の吐出孔８は、第２方向に一定間隔で並んで配置されており、これにより、吐出した液体により形成される画素で所定の範囲を埋めるように印刷ができる。

また、吐出孔８は、第２方向に沿って並んで吐出孔行９Ｂを構成している。１つの吐出孔行９Ｂにおいて、吐出孔８は３７．５ｄｐｉの間隔で並んでいる。吐出孔行９Ｂは１６行存在し、上述にようにずれて配置されているため、全体で６００ｄｐｉ（＝３７．５ｄｐｉ×１６）の解像度で印刷できるようになっている。

各吐出孔行９Ｂには、それぞれ吐出孔８である、第１吐出孔８Ａと第２吐出孔８Ｂとが交互に並んでいる。第１吐出孔８Ａには、加圧室１０である第１加圧室１０Ａが繋がっており、第１加圧室１０Ａには、しぼり（第１個別流路）１２である第１しぼり１２Ａが繋がっている。第２吐出孔８Ｂには、加圧室１０である第２加圧室１０Ｂが繋がっており、第２加圧室１０Ｂには、しぼり（第１個別流路）１２である第２しぼり１２Ｂが繋がっている。

第１加圧室１０Ａの面積重心は、吐出孔行９Ｂに対して、第１方向側に配置されており、第２加圧室１０Ｂの面積重心は、吐出孔行９Ｂに対して、第１方向の反対方向である第３方向側に配置されている。すなわち、１つの吐出孔行９Ｂに対応している加圧室１０は、第１方向に関して交互に配置されている。また、１つの吐出孔行９Ｂに対応している第１加圧室１０Ａは、第２方向に沿って所定間隔で並んでいて、第１加圧室行１１Ｂ１を構成しており、１つの吐出孔行９Ｂに対応している第２加圧室１０Ｂは、第２方向に沿って所定間隔で並んでいて、第２加圧室行１１Ｂ２を構成している。

１つの吐出孔行９Ｂに対応している第１加圧室行１１Ｂ１と第２加圧室行１１Ｂ２との第１方向における距離はＬ１［ｍｍ］である。なお、Ｌ１は別の表現をすれば、第１加圧室１０Ａの面積重心と、第２加圧室１０Ｂの面積重心との第１方向における距離である。隣り合っている吐出孔行９Ｂに対応している第１加圧室行１１Ｂ１と第２加圧室行１１Ｂ２との第１方向における距離はＬ２［ｍｍ］であり、Ｌ１はＬ２より大きくなっている。

プリンタ１の構成や、どのように印刷するかにもよるが、横線あるいは縦線などを印刷する際には、１つの吐出孔行９Ｂに属する吐出孔８から同じタイミングで液体が吐出されることになる場合が多い。そのような場合、１つの吐出孔行９Ｂに対応した加圧室１０は、同じタイミングで駆動されることになる。同じタイミングで駆動される加圧室１０が近くに存在すると、振動が伝わって、液体の吐出量や吐出速度が変動するクロストークが発
生するおそれがある。

そこで、１つの吐出孔行９Ｂにおいて、加圧室１０は、吐出孔行９Ｂに対して第１方向側に伸びている第１加圧室１０Ａと、第３方向側に伸びている第２加圧室１０Ｂとが交互に並んでいる構成にする。このようにすることで、１つの吐出孔行９Ｂに対応した加圧室１０の間の距離を離すことができ、クロストークを低減できる。

クロストークは、１つの吐出孔行９Ｂに対応した加圧室１０間だけでなく、他の加圧室１０間でも生じる。しかし、他の部分で起こるクロストークが多少し大きくなったとしても、１つの吐出孔行９Ｂに対応した加圧室１０間のクロストークを低減することが好ましい。これは、上述のように、１つの吐出孔行９Ｂに対応した加圧室１０は、同じタイミングで駆動されることが多く、さらに、細い線などを印刷する場合には、吐出量や、吐出速度が変動することにより生じた着弾位置の差が目立ち易いことなどからである。

そこで、上述のようにＬ１をＬ２より大きくするように、加圧室１０を配置する。Ｌ１：Ｌ２は、さらに１．５：１以上、２：１以上であるのが好ましい。他方、Ｌ２が狭くなると、その部分で生じるクロストークの影響も大きくなるため、Ｌ１：Ｌ２は、４：１以下、さらに３：１以下であるのが好ましい。

また、第１しぼり１２Ａの第１共通流路２０側の端部は、第１しぼり１２Ａの第１加圧室１０Ａ側の端部よりも、第３方向側に配置されている。また、このように配置されているため、第１共通流路２０から第１しぼり１２Ａを通り、さらに第１加圧室１０Ａを通って、ディセンダ７に至る液体の流れは、第１しぼり１２Ａと第１加圧室１０Ａとの接続部分で折り返すように流れることになる。この部分で流れる方向が変化する角度は、２７０度より大きくなっている。

第２しぼり１２Ｂの第１共通流路２０側の端部は、第２しぼり１２Ｂの第２加圧室１０Ｂ側の端部よりも、第１方向側に配置されている。また、このように配置されているため、第１共通流路２０から第２しぼり１２Ｂを通り、さらに第２加圧室１０Ｂを通って、ディセンダ７に至る液体の流れは、第２しぼり１２Ｂと第２加圧室１０Ｂとの接続部分で折り返すように流れることになる。この部分で流れる方向が変化する角度は、２７０度より大きくなっている。

本実施形態では、第１共通流路２０には、２列の加圧室列１１Ａが繋がっている。また、第１個別流路（しぼり）１２、ディセンダ７、加圧室１０、および第２個別流路１４まとめて個別吐出流路と考えたとき、各吐出孔８から吐出される液体の吐出特性の差が少なくするように個別吐出流路は、ほぼ同じ形状にするのが好ましい。

そのような配置を考えた場合、１つの第１共通流路２０に繋がっている、２列の加圧室列１１Ａの個別吐出流路を、第１共通流路２０に関して線対称な構造にすることが考えられる。しかし、このような構造の場合、２列の加圧室列１１Ａのしぼり１２が、第１共通流路２０のほぼ同じ位置に繋がることになる。そのため、そもそもそのような配置で設計するのは無理であるか、あるいは、近くに配置されたしぼり１２の間で圧力が伝わってクロストークが大きくなるおそれがある。そのため、このような構造は好ましくない。

そこで、まず、１つの第１共通流路２０に繋がっている、２列の加圧室列１１Ａの個別吐出流路を、第１共通流路２０に関して１８０度の回転対称な構造にすることを考える。この場合、第１方向における、しぼり１２が第１共通流路２０に繋がっている範囲が、第１方向における、吐出孔８の分布範囲よりも広くなる。第１共通流路２０に液体が流れると圧力損失が生じるため、第１方向における分布範囲が広がると、各しぼり１２に加わる
圧力の差が大きくなるので、それが吐出特性に影響を与えたり、差が大きくなると吐出孔８においてメニスカスを保持するのが難しくなる。

そこで、しぼり１２と加圧室１０との接続部を２７０度より大きい角度で折り返すような構造にする。そのようにすれば、第１共通流路２０に繋がっているしぼり１２の範囲を狭くすることができる。そのように配置した例が、上述した図４の構造である。しぼり１２と加圧室１０との接続部における折り返し角度は、さらに３００度以上であるのが好ましく、特に３１５度以上であるのが好ましい。

また、１つの吐出孔行９Ｂに属している第１吐出孔８Ａから繋がっている第１しぼり１２Ａの第１共通流路２０側の開口は、その吐出孔行９Ｂに対して第１方向側の隣に配置されている他の吐出孔行９Ｂに属している第２吐出孔８Ｂから繋がっている第２しぼり１２Ｂの第１共通流路２０側の開口に対して、第３方向側に配置するのが好ましい。そのようにすれば、加圧室列１１Ａ同士の間隔を狭くしても、それらの開口が重ならなくなるので、流路の配置密度を高くできる。また、第１共通流路２０に繋がっているしぼり１２の開口の、第１方向に関する分布範囲がより狭くなるので、しぼり１２に加わる圧力の差をより小さくできる。

第２流路部材６は、第１流路部材４の加圧室面４−１に接合されている。第２流路部材６は、第１共通流路２０に液体を供給する第１統合流路２２と、第２共通流路２４の液体を回収する第２統合流路２６とを有している。第２流路部材６の厚さは、第１流路部材４よりも厚く、５〜３０ｍｍ程度である。

第２流路部材６は、外形が直方体状であり、第２方向に最も大きく、次いで第１方向に大きく、厚さは第１方向および第２方向よりも小さい平板形状を有している。第２流路部材６の中央部に貫通孔６ａが配置されている。貫通孔６ａには、圧電アクチュエータ基板４０を駆動する駆動信号を伝達するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの信号伝達部が通される。

第２流路部材６は、第１流路部材４の加圧室面４−１の圧電アクチュエータ基板４０が接続されていない領域で接合されている。より具体的には、圧電アクチュエータ基板４０を囲むように接合されている。このようにすることで、圧電アクチュエータ基板４０に、吐出した液体の一部がミストとなって付着するのを抑制できる。また、第１流路部材４を外周で固定することになるので、第１流路部材４が変位素子５０の駆動に伴って振動して、共振などが生じることを抑制できる。

第１統合流路２２を、第１流路部材４とは別の、第１流路部材４より厚い第２流路部材６に配置することで、第１統合流路２２の断面積を大きくすることができ、それにより第１統合流路２２と第１共通流路２０とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第１統合流路２２の流路抵抗は、第１共通流路２０の１／１００以下にするのが好ましい。ここで、第１統合流路２２の流路抵抗とは、より正確には第１統合流路２２のうちで、第１共通流路２０と繋がっている範囲の流路抵抗のことである。

第２統合流路２６を、第１流路部材４とは別の、第１流路部材４より厚い第２流路部材６に配置することで、第２統合流路２６の断面積を大きくすることができ、それにより第２統合流路２６と第２共通流路２４とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第２統合流路２６の流路抵抗は、第２共通流路２４の１／１００以下にするのが好ましい。ここで、第２統合流路２６の流路抵抗とは、より正確には第２統合流路２６のうちで、第１統合流路２２と繋がっている範囲の流路抵抗のことである。

第１統合流路２２を第２流路部材６の短手方向の一方の端に配置し、第２統合流路２６を第２流路部材６の短手方向の他方の端に配置し、それぞれの流路を第１流路部材４側に向かわせて、それぞれ第１共通流路２０および第２共通流路２４と繋げる構造にする。このような構造にすることで、第１統合流路２２および第２統合流路２６の断面積を大きくして、流路抵抗を小さくすることができる。また、このような構造にすることで、第１流路部材４は、外周が第２流路部材６で固定されるので剛性を高くできる。さらに、このような構造にすることで、信号伝達部の通る貫通孔６ａを設けることができる。

第２流路部材６には、第１統合流路２２のうち第２方向に伸びている第１統合流路本体２２ａとなる第１溝と、第２統合流路２６のうち第２方向に伸びている第２統合流路本体２６ａとなる第２溝が配置されている。第１統合流路本体２２ａおよび第２統合流路本体２６ａは、第１共通流路２０および第２共通流路２４よりも、単位長さ当たりの流路抵抗が小さくなっている。第１統合流路２２の第２方向の端部には、ヘッド本体２ａの上部で外部に開口している開口２２ｃが配置されている。第２統合流路２６の第４方向の端部には、ヘッド本体２ａの上部で外部に開口している開口２６ｃが配置されている。すなわち、第２流路部材６に設けられている孔は、第２流路部材６を上下に貫通しており、第２流路部材６に設けられている溝は、第２流路部材６の下面に開口している状態となっている。このような構造をしていることにより、第２流路部材６は、上下に組み合わせる金型などに樹脂を射出成型することで作製することができる。

液体は、第１統合流路２２の開口２２ｃから供給され、第２統合流路２６の開口２６ｃから回収されるが、これに限らず供給と回収を逆にしてもよい。

第１統合流路２２および第２統合流路２６には、ダンパを設けて、液体の吐出量の変動に対して液体の供給、あるいは排出が安定するようにしてもよい。また、第１統合流路２２および第２統合流路２６内に、フィルタを設けることにより、異物や気泡が、第１流路部材４に入り込み難くしてもよい。

第１流路部材４の上面である加圧室面４−１には、変位素子５０を含む圧電アクチュエータ基板４０が接合されており、各変位素子５０が加圧室１０上に位置するように配置されている。圧電アクチュエータ基板４０は、加圧室１０によって形成された加圧室群とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の加圧室面４−１に圧電アクチュエータ基板４０が接合されることで閉塞される。圧電アクチュエータ基板４０は、ヘッド本体２ａと同じ方向に長い長方形状である。また、圧電アクチュエータ基板４０には、各変位素子５０に信号を供給するためのＦＰＣなどの信号伝達部が接続されている。第２流路部材６には、中央で、上下に貫通している貫通孔６ａが配置されており、信号伝達部は貫通孔６ａを通って制御部８８と電気的に繋がれる。信号伝達部は、圧電アクチュエータ基板４０の一方の長辺の端から他方の長辺の端に向かうように短手方向に伸びる形状にし、信号伝達部に配置される配線が短手方向に沿って伸び、長手方向に並ぶようにすれば、配線間の距離を大きくしやすくなり、好ましい。

圧電アクチュエータ基板４０の上面における各加圧室１０に対向する位置には個別電極４４がそれぞれ配置されている。

流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。流路部材４の加圧室面４−１側から順に、プレート４ａからプレート４ｊまでの１０枚のプレートが積層されている。これらのプレートには多数の孔や溝が形成されている。孔や溝は、例えば、各プレートを金属で作製し、エッチングで形成できる。各プレートの厚さは１０〜３００μｍ程度であることにより、形成する孔の形成精度を高くできる。プレート４ｄ〜ｆは、同じ形状のプレートであり、それらは１枚のプレートで構成してもよいが、孔を精度よく形
成するため、３枚のプレートで構成している。各プレートは、これらの孔が互いに連通して第１共通流路２０などの流路を構成するように、位置合わせして積層されている。

平板状の流路部材４の加圧室面４−１には、加圧室１０が開口しており、圧電アクチュエータ基板４０が接合されている。また、加圧室面４−１には、第１共通流路２０に液体を供給する開口２０ａ、および第２共通流路２４から液体を回収する開口２４ａが開口している。流路部材４の、加圧室面４−１と反対側の面である吐出孔面４−２には吐出孔８が開口している。なお、加圧室面４−１にさらにプレートを積層して、加圧室１０の開口を塞ぎ、その上に圧電アクチュエータ基板４０を接合してもよい。そのようにすれば、吐出する液体が圧電アクチュエータ基板４０に接する可能性を低減することができ、信頼性をより高くできる。

液体の流れについて、まとめると、第１統合流路２２に供給された液体は、第１共通流路２０および第１個別流路１２を順に通って加圧室１０に入り、さらにディセンダ７に流れ、一部の液体は吐出孔８から吐出される。吐出されなかった液体は、第２個別流路１４を通って、第２共通流路２４に入った後、第２統合流路２６に入り、ヘッド本体２の外部に排出される。

圧電アクチュエータ基板４０は、圧電体である２枚の圧電セラミック層４０ａ、４０ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層４０ａ、４０ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。すなわち、圧電アクチュエータ基板４０の圧電セラミック層４０ａの上面から圧電セラミック層４０ｂの下面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層４０ａと圧電セラミック層４０ｂの厚さの比は、３：７〜７：３、好ましく４：６〜６：４にされる。圧電セラミック層４０ａ、４０ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層４０ａ、４０ｂは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ＮａＮｂＯ_３系、ＢａＴｉＯ_３系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ_３系、ＢｉＮａＮｂ_５Ｏ_１５系などのセラミックス材料からなる。

圧電アクチュエータ基板４０は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極４２およびＡｕ系などの金属材料からなる個別電極４４を有している。共通電極４２の厚さは２μｍ程度であり、個別電極４４の厚さは、１μｍ程度である。

個別電極４４は、圧電アクチュエータ基板４０の上面における各加圧室１０に対向する位置に、それぞれ配置されている。個別電極４４は、加圧室１０と重なって配置されている、加圧室１０とほぼ相似な形状を有している個別電極本体４４ａと、個別電極本体４４ａから加圧室１０の外まで引き出されている引出電極４４ｂとを含んでいる。引出電極４４ｂの一端の、加圧室１０と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極４６が形成されている。接続電極４６は例えば銀粒子などの導電性粒子を含んだ導電性樹脂であり、５〜２００μｍ程度の厚さで形成されている。また、接続電極４６は、信号伝達部に設けられた電極と電気的に接合されている。

詳細は後述するが、個別電極４４には、制御部８８から信号伝達部を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。

共通電極４２は、圧電セラミック層４０ａと圧電セラミック層４０ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極４２は、圧電アクチュエータ基板４０に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極４２は、圧電セラミック層４０ａ上に個別電極４４からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極（不図示）に、圧電セラミック層４０ａを貫通して形成さ
れた貫通導体を介して繋がっている。また、共通電極４２は、共通電極用表面電を介して接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極は、個別電極４４と同様に、制御部８８と直接あるいは間接的に接続されている。

圧電セラミック層４０ａの個別電極４４と共通電極４２とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極４４に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子５０となっている。より具体的には、個別電極４４を共通電極４２と異なる電位にして圧電セラミック層４０ａに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部８８により個別電極４４を共通電極４２に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層４０ａの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層４０ｂは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層４０ａと圧電セラミック層４０ｂとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層４０ｂは加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部８８からの制御でドライバＩＣなどを介して、個別電極４４に供給される駆動信号により、変位素子５０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ個別電極４４を共通電極４２より高い電位（以下、高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極４４を共通電極４２と一旦同じ電位（以下、低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極４４が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層４０ａ、４０ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極４４を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極４４に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、加圧室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。加圧室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、加圧室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、圧電アクチュエータ基板４０の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

変位素子５０を変位させるためには、加圧室の中央部分の圧電セラミック層４０ａに電圧を加えればよい。個別電極４４に駆動信号を加えれば、上述の圧電セラミック層４０ａを駆動できるが、他の部分、例えば引出電極４４ｂの下の圧電セラミック層４０ａにも電圧が加わり変形が生じる。引出電極４４ｂの下の圧電セラミック層４０ａが変形すると、周囲の加圧室１０に影響が生じるクロストークが発生する。

そこで、第１加圧室１０Ａにおける引出電極４４ｂは、第１加圧室１０Ａの第１方向側から引き出す配置にする。そのように配置することで、その引出電極４４ｂは、その第１加圧室１０Ａに対応した吐出孔行９Ｂに対応した第２加圧室１０Ｂとは反対側から引き出
されるので、１つの吐出孔行９Ｂに対応した加圧室１０間でのクロストークを低減できる。第２加圧室１０Ｂにおける引出電極４４ｂも同様に、第２加圧室１０Ｂの第３方向側から引き出す配置にする。

引出電極４４ｂは、加圧室１０から第１方向あるいは第３方向に引き出されるので、隣の行の加圧室１０に向かうことなる。隣の行の加圧室１０より手前にディセンダ７が配置されている。そこで、引出電極４４ｂは、ディセンダ７と重なるより手前の位置で、第２方向あるいは、第４方向に曲がった形状にして配置にする。引出電極４４ｂの下の圧電セラミック層４０ａが変形した際に、そのさらに下に隣の加圧室１０ディセンダ７が存在すると、ディセンダ７内部の液体への影響が大きくなるからである。このように曲がった形状にすることで、クロストークを低減するとともに、信号伝達部と接続する接続電極４６を設けることができる面積を確保できる部分まで引出電極４４ｂを引き出すことができる。

引出電極４４ｂが曲がっている方向が第２方向か第４方向かは、統一するのが好ましい。異なる方向に曲がっている引出電極４４ｂが存在すると、その部分に引出電極４４ｂが集中することになるので、その部分でクロストークが発生しやすくなるからである。また、引出電極４４ｂが曲げられる方向がと統一されていれば、圧電アクチュエータ基板４０における接続電極４６の配置が均等化されるので、信号伝達部において、配線が集中することが抑制され、設計がし易くなる。なお、ここで引出電極４４ｂが曲げられる方向がと統一されているとは、近接配置された一群の加圧室１０において統一されていることを意味する。１つのヘッド本体２ａに、離れて配置された加圧室１０の群が複数存在する場合、それぞれの群において曲げられる方向が統一されていれば、別の群との間では異なっていてもよい。

１・・・カラーインクジェットプリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
４・・・第１流路部材
４ａ〜４ｊ・・・（第１流路部材の）プレート
４−１・・・加圧室面
４−２・・・吐出孔面
６・・・第２流路部材
６ａ・・・（第２流路部材の）貫通孔
７・・・部分流路（ディセンダ）
８・・・吐出孔
８Ａ・・・第１吐出孔
８Ｂ・・・第２吐出孔
９Ａ・・・吐出孔列
９Ｂ・・・吐出孔行
１０・・・加圧室
１０Ａ・・・第１加圧室
１０Ｂ・・・第２加圧室
１１Ａ・・・加圧室列
１１Ｂ１・・・第１加圧室行
１１Ｂ２・・・第２加圧室行
１２・・・第１個別流路（しぼり）
１２Ａ・・・第１しぼり
１２Ｂ・・・第２しぼり
１４・・・第２個別流路
２０・・・第１共通流路（共通流路）
２０ａ・・・（第１共通流路の）開口
２２・・・第１統合流路（第１溝）
２２ａ・・・第１統合流路本体
２２ｃ・・・（第１統合流路の）開口
２４・・・第２共通流路（共通流路）
２４ａ・・・（第２共通流路の）開口
２６・・・第２統合流路（第２溝）
２６ａ・・・第２統合流路本体
２６ｃ・・・（第２統合流路の）開口
４０・・・圧電アクチュエータ基板
４０ａ・・・圧電セラミック層
４０ｂ・・・圧電セラミック層（振動板）
４２・・・共通電極
４４・・・個別電極
４４ａ・・・個別電極本体
４４ｂ・・・引出電極
４６・・・接続電極
５０・・・変位素子（加圧部）
７０・・・ヘッド搭載フレーム
７２・・・ヘッド群
８０Ａ・・・給紙ローラ
８０Ｂ・・・回収ローラ
８２Ａ・・・ガイドローラ
８２Ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (3)

1. 複数の吐出孔、および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室を有する流路部材と、前記複数の加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを含んでいる液体吐出ヘッドであって、
   平面視したとき、
   前記複数の吐出孔は、前記吐出孔が第２方向に沿って所定間隔で並んでいる複数の吐出孔行を構成しているとともに、該複数の吐出孔行は、前記第２方向と交差する方向である第１方向に所定間隔で並んでおり、
   前記吐出孔行においては、それぞれ前記吐出孔である第１吐出孔と第２吐出孔とが交互に並んでおり、
   １つの前記吐出孔行に属している前記第１吐出孔と繋がっている前記加圧室である第１加圧室は、当該第１加圧室が前記第２方向に沿って所定間隔で並んでいる第１加圧室行を構成しており、
   １つの前記吐出孔行に属している前記第２吐出孔と繋がっている前記加圧室である第２加圧室は、当該第２加圧室が前記第２方向に沿って所定間隔で並んでいる第２加圧室行を構成しており、該第１加圧室行は、当該吐出孔行に対応した前記第２加圧室行よりも、前記第１方向に配置されているとともに、当該第１加圧室行と当該吐出孔行に対応した前記第２加圧室行との間の前記第１方向における距離Ｌ１が、当該第１加圧室行と当該吐出孔行に対して前記第１方向側の隣に配置されている他の前記吐出孔行に対応した前記第２加圧室行との間の前記第１方向における距離Ｌ２よりも大きく、
   前記加圧部は、圧電体および該圧電体を駆動する個別電極を含んでおり、
   平面視したとき、
   前記個別電極は、前記加圧室と重なっている個別電極本体と、該個別電極本体から、当該加圧室と重ならない位置まで引き出されている引出電極とを含んでおり、
   前記第１加圧室に対応する前記引出電極は、当該第１加圧室の前記第１方向側から引き出されており、
   前記第２加圧室に対応する前記引出電極は、当該第２加圧室の前記第１方向の反対側である第３方向側から引き出されており、
   前記流路部材は、前記吐出孔と前記加圧室とを繋いでいる部分流路を含んでおり、
   平面視したとき、
   前記第１加圧室から前記第１方向側に引き出された前記引出電極は、当該第１加圧室の前記第１方向側に配置されている他の前記第１加圧室と繋がっている前記部分流路と重ならない位置で、前記第２方向あるいは前記第２方向の反対方向である第４方向に曲がって
   いる形状を有しており、
   前記第２加圧室から前記第３方向側に引き出された前記引出電極は、当該第２加圧室の前記第３方向側に配置されている他の前記第２加圧室と繋がっている前記部分流路と重ならない位置で、前記第２方向あるいは前記第４方向に曲がっている形状を有していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. すべての前記引出電極が、前記第２方向に曲がっているか、あるいは前記第４方向に曲がっているかであることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。

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