JP2013193419A - 液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長手方向の重量バランスのよ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。
【解決手段】複数の吐出孔および複数の加圧室を備えている一方方向に長い流路部材４と、流路部材４に接合されており、複数の加圧室の中の前記液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、流路部材４に接合されており、複数の加圧室に前記液体を供給するリザーバ流路４２を備えている前記一方方向に長いリザーバとを備えており、リザーバにおける、前記一方方向の中央から一端部まで、および前記中央から他端部までのうち、リザーバ流路４２の体積の少ない側に質量調整空間４１ａ−４が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置に関するものである。

近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。

このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。

また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。

液体吐出ヘッドとしては、吐出孔を備えている流路部材と吐出孔から液体が吐出できるように圧力を加える圧電アクチュエータとを備える液体吐出ヘッド本体以外に、液体吐出ヘッド本体に安定して液体を供給できるように、一時的に液体を蓄えておくリザーバを備えたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。このリザーバでは、一方方向に長いリザーバに片側にリザーバ流路が設けられている。

特開２００５−１６９８３９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、液体吐出ヘッドの重量バランスが悪く、これにより、液体吐出ヘッドをプリンタ取り付け後に、取り付け精度が悪くなることがあった。より具体的には、複数の液体吐出ヘッドを用いるプリンタで、一方の側が重くなることで、液体吐出ヘッドがわずかに傾いて、印刷精度を悪くなることがあった。また、シリアルプリンタにおいて、液体吐出ヘッドを動かす際に、重量の左右差によって、動きにわずかなずれが生じて、印刷精度が悪くなることがあった。

したがって、本発明の目的は、長手方向の重量バランスのよ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備えている一方方向に長い流路部材と、該流路部材に接合されており、前記複数の加圧室の中の前記液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、前記流路部材に接合されており、前記複数の加圧室に前記液体を供給するリザーバ流路を備えている前記一方方向に長いリザーバとを備えており、前記リザーバにおける、前記一方方向の中央から一端部まで、および前記中央から他端部までのうち、前記リザーバ流路の体積の少ない側に質量調整空間が設けられていることを特徴とする。

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

本発明によれば、液体吐出ヘッドの長手方向における質量の差が少なくなるので、取り付け精度や、液体吐出ヘッドを移動させる際の移動精度が、悪くなり難い。

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であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。 図１の液体吐出ヘッドの部分縦断面図である。 （ａ）は、図２の液体吐出ヘッドを構成する流路部材および圧電アクチュエータの平面図であり、（ｂ）は、液体吐出ヘッドを構成する分岐流路部材の平面図であり、（ｃ）は、液体吐出ヘッドを構成するリザーバ本体を構成する部材の平面図であり、（ｄ）は、（ｃ）のＸ−Ｘ線に沿った縦断面図であり、（ｅ）は、本発明の他の液体吐出ヘッドを構成する部材の（ｄ）と同一部分の縦断面図である。 図３（ａ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図３（ａ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図５のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。

図１は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、液体吐出ヘッド２を有している。液体吐出ヘッド２は、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう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。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。

給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。

給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置
されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。

搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６および１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。

ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。

ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。

給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。

液体吐出ヘッド２は、下端にヘッド本体２ａを有している。ヘッド本体２ａの下面は、液体を吐出する多数の吐出孔が設けられている吐出孔面４−１となっている。

１つの液体吐出ヘッド２に設けられた吐出孔からは、２色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。液体吐出ヘッド２の各色を吐出する吐出孔は、一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐの搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔で配置されているため、各色を一方方向に隙間なく印刷することができる。液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、例えば、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）のうちの２色である。液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａの下面の吐出孔面４−１と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。

搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成するヘッド本体２ａから印刷用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。

搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りロ
ーラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。

なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。

次に、本発明の液体吐出ヘッド２について説明する。

図２は液体吐出ヘッド２の長手方向に沿った方向の縦断面図である。ただし、リザーバ４０よりも上方に位置するもの、および流路部材４の内部の流路は、一部省略してある。図３（ａ）は、図２の液体吐出ヘッド２を構成する流路部材４および圧電アクチュエータ２１の平面図であり、（ｂ）は、液体吐出ヘッド２を構成する分岐流路部材５１の平面図であり、（ｃ）は、液体吐出ヘッド２を構成するリザーバ本体４０を構成する流路構造体４１ａの平面図であり、（ｄ）は、（ｃ）のＸ−Ｘ線に沿った縦断面図であり、（ｅ）は、本発明の他の液体吐出ヘッドを構成する流路構造体２４１ａの（ｄ）と同一部分の縦断面図である。

図４は、図２（ａ）の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。図５は、図２（ａ）の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、説明のため図４とは異なる一部の流路を省略した図である。なお、図４および図５において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべきマニホールド５、吐出孔８、加圧室１０を実線で描いている。図６は図５のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。

液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａとリザーバ４０とを含んでいる。液体吐出ヘッド２には、さらに金属製の筐体９０を取り付けてもよい。また。ヘッド本体２ａは、流路部材４と、変位素子（加圧部）３０が作り込まれている圧電アクチュエータ基板２１とを含んでいる。さらに、リザーバ４０は、リザーバ本体４１と分岐流路部材５１とを含んでいる。

ヘッド本体２ａを構成する流路部材４は、共通流路であるマニホールド５と、マニホールド５と繋がっている複数の加圧室１０と、複数の加圧室１０とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔８とを備え、加圧室１０は流路部材４の上面に開口しており、流路部材４の上面が加圧室面４−２となっている。また、流路部材４の上面にはマニホールド５と繋がる開口５ａを有し、この開口５ａより液体が供給されるようになっている。

また、流路部材４の上面には、変位素子３０を含む圧電アクチュエータ基板２１が接合されており、各変位素子３０が加圧室１０上に位置するように設けられている。また、圧電アクチュエータ基板２１には、各変位素子３０に信号を供給するためのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの信号伝達部が接続されている。

リザーバ４０は、リザーバ流路４２が形成されているリザーバ本体４１と分岐流路５２
が形成された分岐流路部材５１とが接合されて構成されている。リザーバ流路４２の供給孔４２ａは外部に向けて開口しており、外部から供給された液体は、リザーバ流路４２の供給孔４２ａから分岐流路の流出孔を通って流路部材４のマニホール５に供給される。詳細には、外部から順に、リザーバ流路４２には、リザーバ４２の長手方向の一端部から他端部まで延在する導入流路、導入流路に繋がっており、リザーバ４２の長手方向の中央部から一端部まで延在し、途中にフィルタ４８が設けられているフィルタ流路と、リザーバ４０の長手方向の一端部から他端部まで延在するとともに、長手方向の中央部でフィルタ流路に繋がっており、長手方向の一端部および他端部で共通流路に繋がっている分岐流路５２とを備えている。

このような流路構成をしていることにより、最初に液体を入れるときなどに、フィルタ流路がある側のリザーバ流路の供給孔４２ａから液体を入れ、一部を流路部材４へ向かわせるとともに、一部をフィルタ流路と反対側のリザーバ流路の供給孔４２ａから外へ出すことで、液体に混ざっていることにある気泡が流路部材４に入り込むのを抑制しつつ、効率よく液体を入れることができる。これは、液体は主に、フィルタ流路の、リザーバ流路の供給孔４２ａ側でフィルタ４８を通り、リザーバ４０の中央部にある分岐流路の供給孔５２ａへ向かうので、分岐流路の供給孔５２ａの上方のフィルタ流路のフィルタ４８付近における液体の流れが、主に下から上に（フィルタ流路から導入流路に）向かう方向となるためである。なお、印刷時には、液体はどちらか一方から供給され、他方は不図示のプリンタの機構によって閉じるようにする。そのようにするとリザーバ流路４２内の液体は、液体が供給される方のリザーバ流路４２の供給孔４２ａから中央の分岐流路の供給孔５２ａまでの流れが主になり、閉じられている方の側ではあまり液体は流動しない。

一方、このような構成にすると、液体吐出ヘッド２において、長手方向において、フィルタ流路が設けられた側に空隙が多くなり、軽くなる。重量バランスが悪いと、液体吐出ヘッド２をプリンタに取り付けた後に、取り付け精度が悪くなったり、シリアルプリンタなので、液体吐出ヘッド２を移動させた使用する場合などに、動きに左右の差などが生じるおそれがある。その際、フィルタ流路とは反対側に質量調整空間４１ａ−４を設けることで、質量の左右差を少なくすることができる。質量調整空間４１ａ−４は、上述のリザーバ流路４２の構成に限られず、リザーバ４０の長手方向の中央から一端部まで、および中央から他端部までのうち、リザーバ流路４２の体積の少ない側に設ければよい。

また、質量調整空間４１ａ−４およびリザーバ流路４２とは、熱伝導が低くため、それらに囲まれた、リザーバ４２の部位を、熱伝導部４１ａ−３とすることができる。熱伝導部４１ａ−３を長手方向に沿って設ければ、熱伝導部４１ａ−３では熱が主に長方向に伝わるので、液体吐出ヘッド２の左右の温度差を少なくできる。これにより、液体の粘度や加圧部３０に温度依存性がある場合でも、吐出特性のばらつきを小さくできる。

より詳細には、リザーバ４０と流路部材４とを接合している接合方向から見た場合、すなわち平板状のリザーバの４０の平面視において、熱伝導部４１ａ−３と、リザーバ４０の短手方向の外壁の間にはリザーバ流路４２か質量調整空間４１ａ−４が存在する。リザーバ流路４２を満たす水なので液体および質量調整空間４１ａ−４内の気体は、金属などで構成される熱伝導部４１ａ−３より熱伝導率が低いので、リザーバ流路４２は、熱伝導部４１ａ−３から短手方向の外壁に熱が伝わり外部に逃げていくのを抑制する断熱部として作用し、熱が長手方向に伝わり易くなる。

リザーバ４０にヒータを取り付けて４０〜６０℃程度に加熱して使用する場合、長手方向の両端部からの熱の放散があるので、ヒータをリザーバ４０の主面のほぼ全体に取り付けたとしても、液体吐出ヘッド２の両端の温度が中央の温度よりも低く成り易い。熱伝導部４１ａ−３が存在しない場合、例えば、長手方向において２〜５℃程度の温度差が生じ
ることがあるが、液体の粘度や変位素子３０の変位特性は、ある程度温度により変わるため、温度差により吐出性がばらつくことがある。熱伝導部４１ａ−３に存在することにより、他の構造にもよるが、例えば、長手方向の温度差が１℃程度あるいは、それ以下にすることができる。

熱伝導部４１ａ−３を、短手方向の中央部に設ければ、短手方向の温度差も少なくすることができる。ここで、熱伝導部４１ａ−３を、短手方向の中央部に設けるとは、熱伝導部４１ａ−３が、短手方向の中央の短手方向の幅の１／２の領域（すなわち、短手方向の端から１／４〜３／４までの領域）と重なっていることを指し、中央の幅の１／４の領域（すなわち、短手方向の端から３／８〜５／８までの領域）と重なっていることが好ましい。

リザーバ流路４２を複数設ける場合には、図３（ｅ）に示すように、複数のリザーバ流路４２に重なって、覆うように設けることで、左右の質量差をさらに少なくすることができる。

リザーバ本体４１は、リザーバプレートを積層して構成されている。具体的には、流路構造体４１ａと平板状のプレート４１ｂ、ｄと、ダンパプレート４１ｃとが積層されて構成されている。流路構造体４１ａは厚さが５〜１０ｍｍ程度とされており、平板状のプレート４１ｂ、ｄ、ダンパプレート４１ｃの３層は全体で０．５〜２ｍｍ程度の厚さとされている。

さらに、流路構造体４１ａは金属や樹脂あるいはセラミックスにより形成することができるが、樹脂製であることが好ましく、これにより複雑な形状であっても安価に作製できる。また、プレート４０ｂ、ｄは、樹脂や金属により形成することができるが、樹脂により形成することで、安価にできるとともに、リザーバ本体４０ａとの間に膨張係数差が生じないので好ましい。

リザーバ流路４２の内壁の一部は弾性変形可能な材質のダンパプレート４１ｃで構成されたダンパ４６になっている。ダンパ４６のリザーバ流路４２と反対の面が面する方向に変形できるようになっているため、ダンパ４６は弾性変形することでリザーバ流路４２の体積を変化させることができ、液体吐出量が急激に多くなった場合などに、安定して液体が供給できるようになる。ダンパプレート４１ｃの材質は、例えば、樹脂や金属であり、厚みは５〜３０μｍ程度にされる。

本実施形態では、リザーバ流路４２は長手方向に沿って独立して、２本設けられている。詳細は後述するが、これにより、１つの液体吐出ヘッド２から２色のインクを吐出できる。

分岐流路部材５１には、分岐流路５２が設けられており、分岐流路５２の中央の供給孔５２ａは、リザーバ本体４１の中のリザーバ流路４２と繋がっている。分岐流路５２は、途中で分岐して、流路部材４の中のマニホールド５の開口５ａと繋がっている。

分岐流路５２を設けて、マニホールド５の両端から流路部材４へ液体を供給することにより、液体の供給不足が起り難くできる。また、マニホールド５の一端から供給する場合と比較して、マニホールド５を液体が流れる際に生じる圧力損失の差を約半分にできるため、液体吐出特性のばらつきを少なくできる。さらに、圧力損失の差を少なくするために、マニホールド５の中央付近で供給したり、マニホールド５の途中の数か所から供給することも考えられるが、そのような構造では液体吐出ヘッド２の幅が大きくなり、吐出孔８の配置の幅方向への広がりも大きくなってしまう。そうなると、液体吐出ヘッド２をプリ
ンタ１に取り付ける角度のずれが印刷結果に与える影響が大きくなるので好ましくない。複数の液体吐出ヘッド２を用いて印刷する場合においても、複数の液体吐出ヘッド２の全体の吐出孔８が配置されている面積が広がるので、複数の液体吐出ヘッド２の相対的な位置の精度が印刷結果に与える影響が大きくなるので好ましくない。そのため、液体吐出ヘッド２の幅を小さくしつつ、圧力損失の差を少なくするためには、マニホールド５の両端から供給するのが好ましい。なお、分岐流路５２を設けず、リザーバ流路４２とマニホールド５の開口５ａとを直接繋げてもよい。

また、圧力損失を少なくするため、平面視した際の、分岐流路５２の長手方向の両方の端の位置と、マニホールド５の両方の端の位置とを同じにしておき、分岐流路５２の両方の端からマニホールド５の両方の端へは、直線的に下方に向かう流路で繋ぐことが好ましい。

分岐流路５２の供給孔５２ａは、長手方向の中央部に形成されているため、複数の部分で繋がるマニホールド５までの流路長を比較的近くすることができるので、液体の供給を安定化させることができる。

分岐流路部材５１の流路部材４に接合されている長尺形状の両端の間に凹部が設けられており、圧電アクチュエータ基板２１が収められている。このような構造であるため、圧電アクチュエータ基板２１として、幅が流路部材４の８０％以上、長さがマニホールドの開口５ａ間の８０％以上、変位素子３０を構成する個別電極２５が４インチにわたって形成されている非常に大きなものを用いることができる。これにより、接合する圧電アクチュエータ基板２１の数を少なくできるので、工程を簡略化できるとともに、複数の圧電アクチュエータ基板２１を用いる際に生じる圧電アクチュエータ基板２１間の変位素子３０のばらつきがなくなるため、吐出ばらつきを低減できる。

分岐流路部材５１は複数の長方形状のプレート５１ａ〜５１ｃを積層して構成されている。分岐流路５２は、分岐流路５２の供給孔５２ａの直下で長手方向の一方および他方に分岐し、長手方向の端近くで下側に向かい、分岐流路５２の流出孔５２ｂで流路部材４のマニホールド５の開口５ａに繋がる。分岐した後の分岐流路５２は、マニホールド５までの流路長はそれぞれ略等しくなっている。これにより、外部から供給される液体の温度変動や圧力変動が、マニホールド５との複数の連結部に、少ない時間差で伝わるため、液体吐出ヘッド２内の液滴の吐出特性のバラツキをより少なくできる。なお、ここで言う略等しいとは、最も長い流路長に対して、最も短い流路長が８０％以上であることであり、９０％以上であるとより好ましい。また、分岐流路５２は、それぞれの長さが略等しいだけでなく、断面積も略等しいことが好ましい。ここで断面積が略等しいとは、分岐流路５２の液体導入孔６０ｂから同じ流路長である場所での、流路の断面積の差が２０％以下であることであり、１０％以下であるとより好ましい。

ヘッド本体２ａは、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、変位素子３０を含む圧電アクチュエータ基板２１を１つ有している。圧電アクチュエータ基板２１の平面形状は長方形状であり、その長方形の長辺が流路部材４の長手方向に沿うように流路部材４の上面に配置されている。

流路部材４の内部には４つのマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延びる細長い形状を有しており、その両端において、流路部材４の上面にマニホールド５の開口５ａが形成されている。本実施例においては、マニホールド５は独立して４本設けられており、それぞれ開口５ａにおいて分岐流路５２に繋がっている。

流路部材４は、複数の加圧室１０が２次元的に広がって形成されている。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室１０は流路部材４の上面である加圧室面４−２に開口している。

加圧室１０は１つのマニホールド５と個別供給流路１４を介して繋がっている。１つのマニホールド５に沿うようにして、このマニホールド５に繋がっている加圧室１０の列である加圧室列１１が、マニホールド５の両側に２列ずつ、合計４列設けられている。したがって、全体では１６列の加圧室列１１が設けられている。各加圧室列１１における加圧室１０の長手方向の間隔は同じであり、３７．５ｄｐｉの間隔となっている。なお、各加圧室列１１の端の加圧室１０は、ダミーとなっており、マニホールド５とは繋がっていない。このダミーにより、端から１つ内側の加圧室１０の周囲の構造（剛性）が他の加圧室１０の構造（剛性）と近くなることで、液体吐出特性の差を少なくできる。

各加圧室列１１の加圧室１０は、隣接する圧室列１１の間に角部が位置するように千鳥状に配置されている。１つのマニホールド５に繋がっている加圧室１０により加圧室群が構成されており、加圧室群は４つある。各加圧室群内における加圧室１０の相対的な配置は同じになっており、各加圧室群は長手方向にわずかにずれて配置されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域に、加圧室群間などの少し間隔が広くなって部分はあるものの、ほぼ全面にわたって配列されている。つまり、これらの加圧室１０によって形成された加圧室群９は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の大きさおよび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の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接合されることで閉塞されている。

加圧室１０の個別供給流路１４が繋がっている角部と対向する角部からは、流路部材４の下面の吐出面４−１に開口している吐出孔８に繋がるディセンダが伸びている。ディセンダは、平面視において、加圧室の対角線を延長する方向に伸びている。つまり、長手方向の吐出孔８の配置と加圧室１０配置は同じになっている。各加圧室列１１において、加圧室１０は３７．５ｄｐｉの間隔で並んでおり、１つのマニホールド５に繋がっている加圧室１０は全体として、長手方向に１５０ｄｐｉの間隔になっている。さらに、４つのマニホールド５に繋がっている加圧室１０は、長手方向に６００ｄｐｉに相当する間隔でずれて配置されているため、液体加圧室１０は全体で長手方向に６００ｄｐｉの間隔で形成されている。前述のように、吐出孔８の長手方向の配置は液体加圧室１０と同じになっているので、吐出孔８の長手方向の間隔も６００ｄｐｉになっている。

これは別の言い方をすると、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔８を投影すると、図６に示した仮想直線のＲの範囲に、各マニホールド５に繋がっている４つの吐出孔８、つまり全部で１６個の吐出孔８が、６００ｄｐｉの等間隔となっているということである。これにより、全てのマニホールド５に同じ色のインクを供給することで、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像が形成可能となる。また、１つのマニホールド５に繋がっている４つの吐出孔８は、仮想直線のＲの範囲で１５０ｄｐｉの等間隔になっている。これにより、２つのマニホールド５のそれぞれに異なる色のインクを供給することで、全体として長手方向に３００ｄｐｉの解像度で２色の画像が形成可能となる。この場合さらに、２つの液体吐出ヘッド２を用いれば、３００ｄｐｉの４色の画像が印刷できる。

圧電アクチュエータ基板２１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２５がそれぞれ形成されている。個別電極２５は、加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有している個別電極本体２５ａと、個別電極本体２５ａから引き出されている引出電極２５ｂとを含んでおり、個別電極２５は、加圧室１０と同じように
、個別電極列および個別電極群を構成している。また、圧電アクチュエータ基板２１の上面には、共通電極２４と電気的に接続されている共通電極用表面電極２８が形成されている。共通電極用表面電極２８は、圧電アクチュエータ基板２１の短手方向の中央部に、長手方向に沿うように２列形成され、また、長手方向の端近くで短手方向に沿って１列形成されている。図示した、共通電極用表面電極２８は直線上に断続的に形成されたものであるが、直線上に連続的に形成してもよい。圧電アクチュエータ基板２１には、２枚の信号伝達部が、圧電アクチュエータ基板２１の２つの長辺側から、それぞれ中央に向かうように配置され、接合される。共通電極用表面電極２８は、信号伝達部の端部（先端および圧電アクチュエータ基板２１の長手方向の端）において接続され、共通電極用表面電極２８およびその上に形成される共通電極用接続電極が、引出電極２５ｂおよびその上に形成される接続電極２６よりも面積が大きいため、信号伝達部が端からはがれ難くできる。

また、吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置されたマニホールド５と対向する領域を避けた位置に配置されている。さらに、吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔８は、１つの群として圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の変位素子３０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。

ヘッド本体２ａに含まれる流路部材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。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート４ａ、ベースプレート４ｂ、アパーチャ（しぼり）プレート４ｃ、サプライプレート４ｄ、マニホールドプレート４ｅ〜ｇ、カバープレート４ｈおよびノズルプレート４ｉである。これらのプレートには多数の孔が形成されている。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。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路１２およびマニホールド５を構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体２ａは、加圧室１０は流路部材４の上面に、マニホールド５は内部の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路１２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介してマニホールド５と吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート４ａに形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端からマニホールド５へと繋がる個別供給流路１４を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート４ｃ（詳細にはマニホールド５の出口）までの各プレートに形成されている。なお、この個別供給流路１４には、アパーチャプレート４ｃに形成されている、流路の断面積が小さくなっている部位であるしぼり６が含まれている。

第３に、加圧室１０の他端から吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート４ｉ（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。第４に、マニホールド５を構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート４ｅ〜ｇに形成されている。

第１〜４の連通孔が相互に繋がり、マニホールド５からの液体の流入口（マニホールド５の出口）から吐出孔８に至る個別流路１２を構成している。マニホールド５に供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、マニホールド５から上方向に向かって、個別供給流路１４に入りを通り、しぼり６の一端部に至る。次に、しぼり６の延在方向に沿って水平に進み、しぼり６の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室
１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８へと進む。

分岐流路部材５１も、流路部材４と同様には圧延法等により得られプレート５１ａ〜ｃに、エッチングや研削により所定の形状に加工される。プレート５１ａ〜ｃの厚さは、例えば０．３〜３ｍ程度である。

圧電アクチュエータ基板２１は、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂ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２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の圧電セラミック層２１ａの下面から圧電セラミック層２１ｂの上面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂ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２１ａ、２１ｂ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。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極２４およびとＡｕ系などの金属材料からなる個別電極２５を有している。個別電極２５は上述のように圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている個別電極本体２５ａそこから引き出された引出電極２５ｂとを含んでいる。引出電極２５ｂの一端の、加圧室１０と対向する領域外に引き出され部分には接続電極２６が形成されている。接続電極２６は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極２６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２５には、制御部１００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。ダミー接続電極２７は、圧電アクチュエータ基板２１と信号伝達部とを接続し、接続強度を高めるとともに、圧電アクチュエータ基板２１上で接続される部分の分布を均一化し、接続する際に、接続が安定してできる。

共通電極２４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂ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２４は、圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域内の全ての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極２４の厚さは２μｍ程度である。共通電極２４は、圧電セラミック層２１ｂ上に個別電極２５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２８に、圧電セラミック層２１ｂに形成されたビアホールを介して繋がっていて、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２８は、多数の個別電極２５と同様に、信号伝達部上の別の電極と接続されている。

なお、後述のように、個別電極２５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極２５に対応する加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路１２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板２１における各加圧室１０に対向する部分は、各加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子３０に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする圧電アクチュエータである変位素子３０が加圧室１０毎に、加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極２４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極２５により作り込まれており、圧電アクチュエータ基板２１には加圧部である変位素子３０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって液体吐出口８から吐出される液体の量は５〜７ｐｌ（ピコリットル）程度である。

多数の個別電極２５は、個別に電位を制御することができるように、それぞれが信号伝達部および配線を介して、個別に制御部１００に電気的に接続されている。個別電極２５を共通電極２４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂ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１００により個別電極２５を共通電極２４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２１ｂ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２１ａ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２１ｂと圧電セラミック層２１ａ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２１ｂ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。

本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極２５を共通電極２４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２５を共通電極２４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２５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが元の形状に戻り、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。このとき、加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極２５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが加圧室１０側へ凸となるように変形し、加圧室１０の容積減少により加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極２５に供給することになる。このパルス幅は、圧力波がしぼり６から吐出孔８まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的である。これによると、加圧室１０内
部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。

また、階調印刷においては、吐出孔８から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量（体積）で階調表現が行われる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する吐出孔８から連続して行なう。一般に、液体吐出を連続して行なう場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をＡＬとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。なお、この場合後から吐出される液滴の速度が速くなると考えられるが、その方が複数の液滴の着弾点が近くなり、好ましい。

なお、本実施例では、加圧部として圧電変形を用いた変位素子３０を示したが、これに限られるものでなく、加圧室１０中の液体を加圧できるものなら他のものでよく、例えば、加圧室１０中の液体を加熱して沸騰させて圧力を生じさせるものや、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いたものでも良い。

以上のような液体吐出ヘッド２は、例えば、以下のようにして作製する。ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層２１ａ、２１ｂとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極２４となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を充填する。

ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後
の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、その後有機金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極２５を印刷して、焼成した後、Ａｇペーストを用いて接続電極２６を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータ基板２１を作製する。

次に、流路部材４を、圧延法等により得られ４ａ〜ｉを接着層を介して積層して作製する。プレート４ａ〜ｉに、マニホールド５、個別供給流路１４、加圧室１０およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。

これらプレート４ａ〜ｉは、Ｆｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。

リザーバ４０は、リザーバ本体４１を構成する射出成形したリザーバ本体の流路構造体４１ａ、金属にさまざまな孔を開けたプレート４１ｂ、ｄ、およびダンパプレート４１ｃと、積層接着分岐流路部材５１を構成する、金属にさまざまな孔を開けたプレート５１ａ〜ｃを積層接着し、フィルタ４８を貼り付けて作製した。

圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ基板２１や流路部材４への影響をおよぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とを加熱接合することができる。

続いて、リザーバ４０と流路部材４とを接着して、液体吐出ヘッド２を作製することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ基板２１や流路部材４への影響をおよぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、分岐流路部材５１と流路部材４とを加熱接合することができる。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
４・・・流路部材
４ａ〜ｉ・・・（流路部材の）プレート
４−１・・・吐出孔面
４−２・・・加圧室面
５・・・マニホールド（共通流路）
５ａ・・・開口
６・・・しぼり
８・・・吐出孔
９・・・吐出孔列
１０・・・加圧室
１１・・・加圧室列
１２・・・個別流路
１４・・・個別供給流路
２１・・・圧電アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２４・・・共通電極
２５・・・個別電極
２５ａ・・・個別電極本体
２５ｂ・・・引出電極
２６・・・接続電極
２７・・・ダミー接続電極
２８・・・共通電極用表面電極
３０・・・変位素子（加圧部）
４０・・・リザーバ
４１・・・リザーバ本体
４１ａ、２４１ａ・・・流路構造体
４１ａ−３、２４１ａ−３・・・熱伝導部
４１ａ−４、２４１ａ−４・・・質量調整空間
４１ｂ、ｄ・・・（リザーバ本体の）プレート
４１ｃ・・・ダンパプレート
４１ｃ−１
４２・・・リザーバ流路
４２ａ・・・リザーバ流路の供給孔
４４・・・貫通孔
４６・・・ダンパ
４８・・・フィルタ
５１・・・分岐流路部材
５１ａ〜ｃ・・・（分岐流路部材の）プレート
５２・・・分岐流路
５２ａ・・・分岐流路の供給孔
５２ｂ・・・分岐流路の流出孔

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備えている一方方向に長い流路部材と、
   該流路部材に接合されており、前記複数の加圧室の中の前記液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、
   前記流路部材に接合されており、前記複数の加圧室に前記液体を供給するリザーバ流路を備えている前記一方方向に長いリザーバと
   を備えており、
   前記リザーバにおける、前記一方方向の中央から一端部まで、および前記中央から他端部までのうち、前記リザーバ流路の体積の少ない側に質量調整空間が設けられていることを特徴とする前記液体吐出ヘッド。
2. 前記流路部材は、前記複数の加圧室に前記液体を供給する、前記一方方向の一端部から他端部まで延在している共通流路を備えており、
   前記リザーバは、リザーバ流路となる孔が開口しているリザーバプレートを複数積層して構成されており、
   前記リザーバ流路は、
   外部から前記液体が供給される、前記リザーバの前記一端部から前記他端部まで延在する導入流路と、
   該導入流路に繋がっており、前記リザーバの前記一方方向の中央部から前記一端部まで延在し、途中にフィルタが設けられているフィルタ流路と、
   前記リザーバの前記一端部から前記他端部まで延在するとともに、前記一方方向の前記中央部で前記フィルタ流路に繋がっており、前記一端部および前記他端部で前記共通流路に繋がっている分岐流路とを備えており、
   前記質量調整空間が、前記リザーバ流路の孔のうち前記フィルタ流路となる孔が開口している前記リザーバプレートの、前記孔と前記一方方向における反対側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の前記液体吐出ヘッド。
3. 請求項１または２に記載の前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記複数の加圧部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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