JP4240135B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、被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。

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ノズルからインクを吐出する。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ユニットが用いられることがある。

かかるインクジェットヘッドの一例として、複数の圧力室に跨る複数枚の連続平板状の圧電シートが積層され、その少なくとも１枚の圧電シートを、多数の圧力室に共通であってグランド電位に保持された共通電極と、各圧力室に対向する位置に配置された多数の個別電極すなわち駆動電極とで挟み込んだ１つのアクチュエータユニットを有するものが知られている（特許文献１参照）。個別電極及び共通電極に挟まれ且つ積層方向に分極された圧電シートの部分は、その挟まれた部分の両側にある個別電極が共通電極と異なる電位にされると、圧電シートの分極方向に外部電界が印加されることにより、いわゆる圧電縦効果により積層方向に伸縮する。この場合、個別電極と共通電極とで挟まれた圧電シートの部分が外部電界が印加されると圧電効果で変形する活性層として働いている。これにより圧力室内の容積が変動し、圧力室に連通したノズルから被記録媒体に向けてインクを吐出することが可能となっている。

特開平４−３４１８５２号公報（図１）

上述のようなインクジェットヘッドにおいて、近年、画像の高解像度化や高速印字の要求に対応するために圧力室が高密度に配置されるに連れ、ある圧力室に対向した活性層を変形させることに起因して隣接する圧力室に対向した圧電シートまでもが変形し、本来インクを吐出すべきでないインク吐出口からインクが吐出されたり、インク吐出量が本来の量よりも増加又は減少したりする、いわゆる構造的クロストークが問題となってきている。特に、個別電極から延出されて形成され、個別電極に印加される電圧の入力部となるランドは、直接圧力室を駆動するものではないことから、従来はクロストークの発生要因とは考えられていなかったが、本発明の発明者はランド部がその周囲の圧電シートを変形させ、クロストークの発生要因となり得ることを知見した。更に、発明者は、ランド部が隣接する圧力室に対して個別電極よりも近接して配置されるため、その影響が無視しがたい程大きいことも突き止めた。かかる構造的クロストークが生じると、印刷された画像の画質が劣化してしまうため、インクジェットプリンタの品質を向上させるには、構造的クロストークの低減が極めて重要な問題である。

本発明の主な目的は、構造的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である。

課題を解決するための手段及び効果

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マトリクス状に互いに隣接配置された流路ユニットと、流路ユニットの一表面に固定されて、圧力室の容積を変化させるアクチュエータユニットとを備えており、アクチュエータユニットが、複数の圧力室の各々に対向する位置に配置された複数の電極領域と、電極領域につながっており且つ信号線が接続される端子領域とを含んで構成された複数の個別電極と、複数の圧力室に跨って設けられた共通電極と、共通電極と個別電極とによって挟まれた圧電シートと、前記端子領域と当該端子領域に隣接する前記個別電極の前記電極領域との間であって、端子領域の周囲にのみ形成された凹部とを含んでおり、端子領域及び凹部が、隣り合う圧力室を区画する隔壁に対向しており、端子領域が、隣接する他の２つの個別電極の電極領域間に位置しており、凹部が、端子領域の外形に沿って、且つ、端子領域と隣接する個別電極の電極領域との最短距離を結ぶ仮想線を横切る位置に形成されている。

本発明によると、端子領域の周囲に凹部が形成されることにより端子領域に対向した圧電シートの歪みが、他の圧力室に対向した圧電シートに伝搬しにくくなるため、構造的クロストークを低減することができる。これにより吐出させるインク液滴の体積や速度を均一化することができる。また、凹部が端子領域と電極領域との間にのみ存在していることにより、凹部の形成される距離が短くなるため、構造的クロストークを低減するとともに、アクチュエータユニットの剛性の低下を抑えつつ凹部を形成するコストの低減を図ることができる。さらに、凹部が端子領域の外形に沿って形成されているため、凹部の形成される距離がより短くなり、アクチュエータユニットの剛性の低下をより抑えるとともに、凹部を形成するコストの低減をより図ることができる。加えて、凹部が、端子領域と隣接する個別電極の電極領域との最短距離を結ぶ仮想線を横切る位置に形成されているため、隣接する個別電極に対してもっとも振動が伝わりやすい部分を抑え、構造的クロストークを効果的に低減することができる。

本発明においては、前記圧電シートが、複数の前記圧力室に跨って設けられた連続平板層であることがより好ましい。

本発明においては、凹部が共通電極と個別電極とによって挟まれた少なくとも１つの圧電シートを貫いて形成されていてもよい。これによると、活性層として作動する端子領域に対応した圧電シートの領域が隣接する個別電極や圧力室との間で直接的に連続しないため、構造的クロストークを効果的に低減することができる。

本発明において、個別電極は電極領域と端子領域とを接続する接続領域を含み、凹部が接続領域に面した部分を除いた端子領域のほぼ全周に亘って連続して形成されていてもよい。これによると、端子領域の周りのほぼ全方向にわたって、構造的クロストークを低減することができる。

本発明においては、凹部が端子領域の周囲に複数形成されていてもよい。これによると圧力室の形状や端子領域の配置位置に応じて複数の凹部を形成することで、効率よく構造的クロストークを低減することができる。

本発明においては、端子領域の周囲に２つの凹部が形成されており、これら２つの凹部が、電極領域と端子領域とを結ぶ直線に対して線対称に形成されていてもよい。これによると、電極領域と端子領域とを結ぶ方向への構造的クロストークが比較的小さい場合に、当該方向以外の構造的クロストークを低減しつつ凹部を形成するコストの低減を図ることができる。

本発明においては、前記圧力室の平面形状が２つの鋭角部を有する平行四辺形又は角部が丸められた平行四辺形形状であると共に、前記端子領域が、前記圧力室の一方の鋭角部付近に位置していてもよい。加えて、本発明においては、前記アクチュエータユニットが、複数の圧電シートが積層された積層体であって、前記複数の圧電シートのうち前記流路ユニットから最も離隔している前記圧電シートが前記共通電極と前記個別電極とによって挟まれており、前記凹部が、当該圧電シートの前記流路ユニット側に隣接する他の圧電シートの内部にまで達していてもよい。また、本発明においては、前記アクチュエータユニットが、複数の圧電シートが積層された積層体であって、前記複数の圧電シートのうち前記流路ユニットから最も離隔している前記圧電シートを含む複数の前記圧電シートが前記共通電極と前記個別電極とによってそれぞれ挟まれており、前記凹部が、前記共通電極と前記個別電極とによって挟まれた前記複数の圧電シートの前記流路ユニット側に隣接する他の前記圧電シートの内部にまで達していてもよい。さらに、本発明においては、前記アクチュエータユニットが、複数の圧電シートが積層された積層体であって、前記複数の圧電シートのうち前記流路ユニットから最も離隔している前記圧電シートが前記共通電極と前記個別電極とによって挟まれており、前記凹部が、当該圧電シートの厚み方向の途中部にまで達していてもよい。加えて、本発明においては、前記個別電極が、前記電極領域と前記端子領域とを接続すると共に前記圧力室と対向しない位置に配置された接続領域をさらに含むように構成されており、前記凹部が、前記端子領域から前記接続領域と対向する位置まで形成されていてもよい。さらに、本発明においては、前記端子領域が、当該端子領域につながっている前記電極領域と他の前記電極領域との間に位置していてもよい。

以下、本発明に係る第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、第１の実施の形態に係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。

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。

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。

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（後に詳述）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。

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。

図３は、図１に示したヘッド本体７０の平面図である。図３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。

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。

図４は、図３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４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。

アクチュエータユニット２１の接着領域と対向した流路ユニット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４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。

図５は、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４及び図５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６参照）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５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４及び図５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。

図５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、対向する菱形領域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。

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。

マトリクス状に配置された複数の圧力室１０は、図５に示す配列方向Ａに沿って、複数の圧力室列を形成している。圧力室列は、図５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。

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５の紙面下側に偏在している。そして、ノズル８が、それぞれ対向する菱形領域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５の紙面上側に偏在している。そして、ノズル８が、それぞれ対向する菱形領域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。

次に、ヘッド本体７０の断面構造について、図６及び図７を参照してさらに説明する。図６は、図５のVI−VI線における断面図であり、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はヘッド本体の部分分解斜視図である。図６から分かるように、ノズル８は、圧力室１０（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１０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。

ヘッド本体７０は、図７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枚の金属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４１〜４４（図９参照）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に対向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からインクノズル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からインクノズル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からインクノズル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、積層時に互いに連結して副マニホールド５ａを構成する孔に加えて、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からインクノズル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からインクノズル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。

これら９枚の金属プレートは、図６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。

次に、流路ユニット４における最上層のキャビティプレート２２に積層された、アクチュエータユニット２１の詳細な構造について説明する。図８は、アクチュエータユニット２１の上面側の拡大平面図である。図９は、アクチュエータユニット２１の部分断面図であり、図９（ａ）は図８のIXA−IXA線に沿った部分断面図を、図９（ｂ）は図８のIXB−IXB線に沿った部分断面図を示している。

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程度で同じになるように形成された４枚の圧電シート４１〜４４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に対向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。

最上層の圧電シート４１上には、個別電極３５が形成されている。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、シート全面に形成された略２μｍの厚みの共通電極３４が介在している。これら個別電極３５、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。

図８に示すように、個別電極３５は、略１μｍの厚みで、圧力室１０とほぼ相似である略菱形（平行四辺形）の平面形状（電極領域）を有しており、マトリックス状に配置されている（図５参照）。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は全て同方向（図面下側）に延出され、その先端領域に、個別電極３５と電気的に接続された、略１６０μｍの径を有する円形のランド部３６（端子領域）が設けられている。ランド部３６は、例えばガラスフリットを含む金からなり、個別電極３５における延出部表面上に接着されている。また、ランド部３６はＦＰＣ５０に設けられた接点と電気的に接合されるものであり、図９（ａ）、図９（ｂ）に示されるように、圧力室１０には対向しておらず、圧力室１０を区画する隔壁２２に対向するように配置されている。尚、個別電極３５には、電極領域と端子領域との間を繋ぐ圧力室１０に対向しない領域として接続領域３５ａが配置されている。

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に対向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に対向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に電気的に接続されている（図１及び図２参照）。

ランド部３６の外周には、平面視で個別電極３５の接続領域３５ａを除いてランド部３６の外形に沿うように、且つランド部３６と隣接する個別電極３５との最短距離を結ぶ仮想線６２を横切るように、Ｃ字状の溝部（凹部）６１が形成されている。これにより構造的クロストークの発生要因となるランド部３６はＣ字状の溝部６１により完全に覆われている。また、図９に示すように、溝部６１は幅３０μｍ程度、深さ１５μｍ程度のＵ字状の断面形状を有するとともに、圧電シート４１を貫通しており、その底部は共通電極３４の位置にまで達している。尚、溝部６１はＹＡＧレーザ等を用いたレーザ加工により形成される。

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。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縮まないので、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９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。

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。

また、圧電シート４１に印加される電界方向とその分極方向とが逆であれば、圧電横効果により、個別電極３５と共通電極３４とで挟まれた圧電シート４１内の活性層が分極方向と直角方向に伸長しようとする。従って、圧電シート４１〜４４は、圧力室１０側に凹となるように変形する。このため、圧力室１０の容積が増加して、インクをマニホールド５側から吸い込む。その後、個別電極３５の電位が元に戻れば、圧電シート４１〜４４は元の平板形状となり、圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、ノズル８からインクを吐出する。

上述したように、第１の実施の形態によるインクジェットヘッド１は、ランド部３６の配置位置に対向するアクチュエータユニット２１の非活性層側が圧力室を区画する隔壁２２の上面に固定され、最上層の圧電シート４１だけが圧電効果による自発的な変位を生じる活性層を含むように構成されている。ランド部３６に電圧が印加されると、個別電極３５に電圧が印加された場合と同様に、電界と分極との方向が同じであれば、ランド部３６直下の活性層も圧電横効果に基づいて分極方向と直角方向に縮む。ここで、ランド部３６直下の圧電シートのうち非活性層である圧電シート４４が圧力室１０を区画する隔壁２２の上面に固定されているため、ランド部３６直下の活性層の変形に対応して変形することが規制され、活性層として働く圧電シート４１から非活性層である圧電シート４４に近づくにつれてほとんど変位できなくなる。逆に、自由に変形できる活性層の縮もうとする変位は、その変位量に対応して、主に活性層を含む圧電シート４１のランド部３６に隣接した領域を引き延ばすことになる。このとき、この引き延ばされる領域に対応して圧力室１０が存在すると、自発的な変形ではないが、この圧力室１０に対応して設けられている圧電シートのうち、最上層の圧電シート４１は平面方向に延びたのと同様の状態をとる。一方、この圧力室１０の真上に位置する圧電シート４４はもともと非活性層でもあり、構造的にも隣接するランド部３６での変位がほとんど伝搬してこない。そのため、この圧力室１０に対応した圧電シート４１〜４４は、全体として圧力室１０に対して凹となるようなユニモルフ型の変形を起こすことになる。すなわち、ランド部３６に対する電圧の印加に伴う活性層の変位が直接的に隣接する領域に伝搬しようとする。しかし、ランド部３６の外形に沿うように溝部６１が形成されているため、ランド部３６に対向する部分の活性層が変形したとしても、隣接する別の圧力室１０に対向する部分の圧電シート４１の変形量は小さくなる。つまり、圧力室１０が高密度で配置されていても、本来インクを吐出すべきでないノズルからインクが吐出されたり、インク吐出量が本来の量よりも増加又は減少したりする、いわゆる構造的クロストークの発生を低減することができる。

また、溝部６１がランド部３６の外形に沿うように形成されているため、形成される溝部６１の距離が短くなり、アクチュエータユニット２１の剛性の低下を抑えることができる。さらに、溝部６１を形成するためのレーザの使用時間が短くなるため溝部６１を形成するコストの低減を図ることができる。

さらに、溝部６１は活性層として作動し、他の圧電シートに比べて最も大きな変位を起こす圧電シート４１を貫通することにより形成されているため、構造的クロストークを効果的に低減することができる。

加えて、溝部６１は、個別電極３５とランド部３６との接続領域を除いたランド部３６のほぼ全周に亘って連続して形成されているため、ランド部３６のほぼ方向にわたって、構造的クロストークを低減することができる。

次に、本発明に係る第２の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。なお、第２の実施の形態によるインクジェットヘッドは、アクチュエータユニットに形成される溝部の位置及び形状においてのみ第１の実施の形態と相違している。そこで、第２の実施の形態にかかる図面において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

図１０は、本発明に係る第２の実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニット２１Ａの拡大平面図である。

図１０に示すように、個別電極３５は、略１μｍの厚みで、圧力室１０とほぼ相似である略菱形（平行四辺形）の平面形状（電極領域）を有しており、マトリックス状に配置されている（図５参照）。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は全て同方向（図面下側）に延出され、その先端に、個別電極３５と電気的に接続された、略１６０μｍの径を有する円形のランド部（端子領域）３６が設けられている。そして、個別電極３５には、電極領域と端子領域との間の圧力室１０に対向しない領域として接続領域３５ａが配置されている。ランド部３６の外周には、平面視でランド部３６を挟むように、且つ個別電極３５の接続領域の両側から端子領域における接続領域の反対側近傍に至るまで、ランド部３６の外形に沿うように２つのＣ字状の溝部（凹部）６１Ａａ、６１Ａｂが形成されている。溝部６１Ａａ、６１Ａｂはランド部３６と隣接する個別電極３５との最短距離を結ぶ仮想線６２を横切る位置に形成されるとともに、個別電極３５の２つの鋭角部を通る直線に対して互いに線対称となる形状を有している。また、アクチュエータユニット２１Ａの断面において、溝部６１Ａａ、６１Ａｂは幅３０μｍ程度、深さ１５μｍ程度のＵ字状の断面形状を有するとともに、圧電シート４１を貫通しており、その底部は共通電極３４の位置にまで達している。

上述したように、第２の実施の形態によると、ランド部３６から発生する構造的クロストークが隣接する圧力室１０に対して最も強く伝搬する仮想線６２毎に溝部６１Ａａ、６１Ａｂが形成されるため、構造的クロストークを効率よく低減することができる。また、溝部６１Ａａ、６１Ａｂの距離を短くすることができるため、アクチュエータユニット２１Ａの剛性の低下を抑えることができる。さらに、溝部６１Ａａ、６１Ａｂを形成するためのレーザの使用時間が短くなるため溝部６１Ａａ、６１Ａｂを形成するコストの低減を図ることができる。

次に、本発明に係る第３の実施の形態によるインクジェットヘッドについて説明する。なお、第３の実施の形態によるインクジェットヘッドは、アクチュエータユニットに形成される溝部の位置及び形状においてのみ第１の実施の形態と相違している。そこで、第３の実施の形態にかかる図面において、第１の実施の形態と同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

図１１は、本発明に係る第３の実施の形態によるインクジェットヘッドにおけるアクチュエータユニット２１Ｂの拡大平面図である。

図１１に示すように、個別電極３５は、略１μｍの厚みで、圧力室１０とほぼ相似である略菱形（平行四辺形）の平面形状（電極領域）を有しており、マトリックス状に配置されている（図５参照）。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は全て同方向（図面下側）に延出され、その先端に、個別電極３５と電気的に接続された、略１６０μｍの径を有する円形のランド部（端子領域）３６が設けられている。そして、個別電極３５には、電極領域と端子領域との間の圧力室１０に対向しない領域として接続領域３５ａが配置されている。ランド部３６の外周には、平面視でランド部３６を挟むように、２つの直線状の溝部（凹部）６１Ｂａ、６１Ｂｂが形成されている。溝部６１Ｂａ、６１Ｂｂはランド部３６と隣接する個別電極３５との最短距離を結ぶ仮想線６２に対して直行するように形成されるとともに、個別電極３５の２つの鋭角部を通る直線に対して互いに線対称となる形状を有している。また、アクチュエータユニット２１Ｂの断面において、溝部６１Ｂａ、６１Ｂｂは幅３０μｍ程度、深さ１５μｍ程度のＵ字状の断面形状を有するとともに、圧電シート４１を貫通しており、その底部は共通電極３４の位置にまで達している。

上述したように、第３の実施の形態によると、ランド部３６から発生する構造的クロストークが隣接する圧力室１０に対して最も強く伝搬する仮想線６２毎に溝部６１Ｂａ、６１Ｂｂが形成されるため、構造的クロストークを効率よく低減することができる。また、溝部６１Ｂａ、６１Ｂｂの距離を短くすることができるため、アクチュエータユニット２１Ａの剛性の低下を抑えることができる。さらに、溝部６１Ｂａ、６１Ｂｂを形成するためのレーザの使用時間が短くなるため溝部６１Ｂａ、６１Ｂｂを形成するコストの低減を図ることができる。

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。例えば、第１から第３の実施の形態において、圧電シートや電極の材料は、上述したものに限らず、その他の公知の材料に変更してもよい。また、圧力室の平面形状や断面形状、配置形態、活性層を含む圧電シートの数、非活性層の数などは、適宜変更してよい。例えば、細長く形成されたアクチュエータユニット１つだけを流路ユニットに接着するようにいてもよい。また、活性層を含む圧電シートと非活性層とで層厚を異なる厚みにしてもよい。

第１から第３の実施の形態によると、溝部６１、６１Ａａ、６１Ａｂ、６１Ｂａ、６１Ｂｂは、ランド部３６の外周にのみ形成されているが、ランド部３６の周囲を超えて形成されていてもよい。

また、第１から第３の実施の形態によると、溝部６１、６１Ａａ、６１Ａｂ、６１Ｂａ、６１Ｂｂは、圧電シート４１のみを貫くことによって形成されているが、圧電シート４１の少なくとも一部を欠くことによって形成されてもよいし、圧電シート４１のみでなく共通電極３４や圧電シート４２〜４４の任意の位置まで貫くことによって形成されてもよい。また、アクチュエータに複数の活性層が構成されている場合に、溝部が任意の位置の活性層を貫くことによって形成されてもよいし、複数の活性層を貫くことによって形成されてもよい。

さらに、第２及び第３の実施の形態によると、ランド部３６の周囲には、２つの溝部６１Ａａ、６１Ａｂ、６１Ｂａ、６１Ｂｂが形成されているが、３つ以上の溝部が形成されていてもよい。

また、第１から第３の実施の形態によると、溝部６１、６１Ａａ、６１Ａｂ、６１Ｂａ、６１Ｂｂはランド部３６と隣接する個別電極３５との最短距離を結ぶ仮想線６２を横切る位置に形成されているが、仮想線６２を横切らない位置に形成されていてもよい。

さらに、第１及び第２の実施の形態によると、個別電極３５の接続領域３５ａに対向する位置には、溝部６１、６１Ａａ、６１Ａｂが形成されていないが、接続領域３５ａに対向する位置に至るまで溝部が形成されていてもよい。

本発明に係る第１の実施の形態によるインクジェットヘッドの斜視図である。 図２のII−II線に沿った断面図である。 図２に描かれたインクジェットヘッドに含まれるヘッド本体の平面図である。 図３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のVI−VI線に沿った断面図である。 図４に描かれたヘッド本体の部分分解斜視図である。 図５に描かれたアクチュエータユニットの拡大平面図である。 図８に描かれたアクチュエータユニットの部分断面図である。 本発明に係る第２の実施の形態に係るアクチュエータユニットの拡大平面図である。 本発明に係る第３の実施の形態に係るアクチュエータユニットの拡大平面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
５ マニホールド
５ａ 副マニホールド
１０ 圧力室
１２ アパーチャ
２１ アクチュエータユニット
３２ インク流路
３４ 共通電極
３５ 個別電極
３６ ランド部（端子領域）
４１ 圧電シート（活性層を含む層）
４２、４３、４４ 圧電シート（非活性層）
６１ 溝部（凹部）
７０ ヘッド本体

Claims (12)

1. ノズルに連通した複数の圧力室が平面に沿ってマトリクス状に互いに隣接配置された流路ユニットと、
   前記流路ユニットの一表面に固定されて、前記圧力室の容積を変化させる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、
   前記複数の圧力室の各々に対向する位置に配置された複数の電極領域と、前記電極領域につながっており且つ信号線が接続される端子領域とを含んで構成された複数の個別電極と、
   複数の前記圧力室に跨って設けられた共通電極と、
   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、
   前記端子領域と当該端子領域に隣接する前記個別電極の前記電極領域との間であって、前記端子領域の周囲にのみ形成された凹部とを含んでおり、
   前記端子領域及び前記凹部が、隣り合う前記圧力室を区画する隔壁に対向しており、
   前記端子領域が、隣接する他の２つの個別電極の前記電極領域間に位置しており、
   前記凹部が、前記端子領域の外形に沿って、且つ、前記端子領域と隣接する前記個別電極の前記電極領域との最短距離を結ぶ仮想線を横切る位置に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記圧電シートが、複数の前記圧力室に跨って設けられた連続平板層であ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. 前記凹部が、前記共通電極と前記個別電極とによって挟まれた少なくとも１つの前記圧電シートを貫いて形成されてい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. 前記個別電極は、前記電極領域と前記端子領域とを接続する接続領域を含み、
   前記凹部が、前記接続領域に面した部分を除いた前記端子領域のほぼ全周に亘って連続して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. 前記凹部が前記端子領域の周囲に複数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。
6. 前記端子領域の周囲に２つの前記凹部が形成されており、これら２つの前記凹部が、前記電極領域と前記端子領域とを結ぶ直線に対して線対称に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記圧力室の平面形状が２つの鋭角部を有する平行四辺形又は角部が丸められた平行四辺形形状であると共に、前記端子領域が、前記圧力室の一方の鋭角部付近に位置して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. 前記アクチュエータユニットが、複数の圧電シートが積層された積層体であって、前記複数の圧電シートのうち前記流路ユニットから最も離隔している前記圧電シートが前記共通電極と前記個別電極とによって挟まれており、
   前記凹部が、当該圧電シートの前記流路ユニット側に隣接する他の圧電シートの内部にまで達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. 前記アクチュエータユニットが、複数の圧電シートが積層された積層体であって、前記複数の圧電シートのうち前記流路ユニットから最も離隔している前記圧電シートを含む複数の前記圧電シートが前記共通電極と前記個別電極とによってそれぞれ挟まれており、
   前記凹部が、前記共通電極と前記個別電極とによって挟まれた前記複数の圧電シートの前記流路ユニット側に隣接する他の前記圧電シートの内部にまで達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。
10. 前記アクチュエータユニットが、複数の圧電シートが積層された積層体であって、前記複数の圧電シートのうち前記流路ユニットから最も離隔している前記圧電シートが前記共通電極と前記個別電極とによって挟まれており、
    前記凹部が、当該圧電シートの厚み方向の途中部にまで達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。
11. 前記個別電極が、前記電極領域と前記端子領域とを接続すると共に前記圧力室と対向しない位置に配置された接続領域をさらに含むように構成されており、
    前記凹部が、前記端子領域から前記接続領域と対向する位置まで形成されてい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。
12. 前記端子領域が、当該端子領域につながっている前記電極領域と他の前記電極領域との間に位置することを特徴とする請求項１〜１１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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