JP2023114243A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】一実施形態に係る液体吐出ヘッドは、アクチュエータ部材と、共通電極と、個別電極と、非圧電部材と、を備える。アクチュエータ部材は互いに反対向きに分極された圧電体が積層され、一方の側面に、複数の圧力室を構成する複数の溝と複数の空気室を構成する複数の溝と、を有し、複数の前記溝の底部側が接続される。複数の空気室を構成する複数の溝は、複数の前記圧力室に隣接し前記圧力室を構成する溝よりも深さ方向の寸法が大きい。共通電極は、複数の前記空気室の底部を含む内面に形成される。個別電極は、複数の前記圧力室の底部を含む内面に形成される。非圧電部材は前記アクチュエータ部材の前記一方の側面に対向配置される。【選択図】図７

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

近年、インクジェットヘッドにおいて、高生産性が求められ、高速化や液滴量増加が課題となっている。例えば、シェアモードシェアードウォール式のインクジェットヘッドにおいては、同じ駆動柱を２つの圧力室で共有し、複数配列される室のうちの１／３を圧力室として同時に駆動する所謂３サイクル駆動が一般的である。また、駆動する圧力室の両側をダミー圧力室として、１つの圧力室を独立した２つの駆動柱で駆動する独立駆動ヘッドも開発されている。例えば、圧電部材に多数の溝を形成し、１本おきに出入り口を塞ぎ、出入り口が塞がれない溝を圧力室とし、塞がれた溝を空気室として、独立駆動とする構造が開発されている。

このようなインクジェットヘッドにおいて、圧力室を駆動する際の振動が圧電部材を介して他の圧力室内のインクに伝わることにより、隣接する圧力室の駆動の影響でインク滴の速度や体積が変化する、いわゆるクロストークが発生する。

特開2015-189031号公報

本発明が解決しようとする課題は、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッドを提供することである。

一実施形態に係る液体吐出ヘッドは、アクチュエータ部材と、共通電極と、個別電極と、非圧電部材と、を備える。アクチュエータ部材は互いに反対向きに分極された圧電体が積層され、一方の側面に、複数の圧力室を構成する複数の溝と複数の空気室を構成する複数の溝と、を有し、複数の前記溝の底部側が接続される。複数の空気室を構成する複数の溝は、複数の前記圧力室に隣接し前記圧力室を構成する溝よりも深さ方向の寸法が大きい。共通電極は、複数の前記空気室の底部を含む内面に形成される。個別電極は、複数の前記圧力室の底部を含む内面に形成される。非圧電部材は前記アクチュエータ部材の前記一方の側面に対向配置される。

実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図。 実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成を示す分解斜視図。 図２のインクジェットヘッドの一部を示す斜視図。 同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図。 図４のインクジェットヘッドをＶ－Ｖ線に沿って切断した断面図。 図４のインクジェットヘッドをＶＩ－ＶＩに沿って切断した断面図。 図２のインクジェットヘッドをＶＩＩ－ＶＩＩに沿って切断した断面の一部を拡大した部分拡大断面図。 実施形態に係るインクジェットヘッドの空気室の深さとクロストーク量の関係を示す説明図。 同インクジェットヘッドと比較例に係るインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの駆動状態における変形量の説明図。 実施形態に係るインクジェットプリンタを示す模式図。 他の実施形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す斜視図。 同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図。 図１２のインクジェットヘッドをＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線に沿って切断した断面図。 図１２のインクジェットヘッドをＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿って切断した断面図。

以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１０の構成について、図１乃至図８を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図であり、図２はインクジェットヘッドの一部の分解斜視図である。図３はインクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す斜視図であり、図４乃至図７はインクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図である。図中Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する第１方向、第２方向、及び３方向をそれぞれ示す。なお、本実施形態において、ノズルや圧力室３１及び空気室３２を構成する溝の並び方向がＸ軸に、圧力室３１や空気室３２の延出方向がＹ軸に、液体の吐出方向がＺ軸に、それぞれ沿う姿勢を基準として方向の説明を記載するが、これに限られるものではない。

図１乃至図７に示すインクジェットヘッド１０は、いわゆるサイドシュータ型のシェアモード方式インクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１０は、インクを吐出するための装置であり、例えばインクジェットプリンタの内部に搭載される。例えばインクジェットヘッド１０は圧力室３１と空気室３２が交互に配される独立駆動式のインクジェットヘッドである。空気室３２は、インクが供給されない空気室であり、ノズル２８を備えない。

インクジェットヘッド１０は、アクチュエータベース１１と、ノズルプレート１２と、フレーム１３と、を備えている。アクチュエータベース１１は、基材の一例である。インクジェットヘッド１０の内部に、液体の一例としてのインクが供給されるインク室２７が形成される。

さらに、インクジェットヘッド１０は、インクジェットヘッド１０を制御する回路基板１７や、インクジェットヘッド１０とインクタンクとの間の経路の一部を形成するマニホールド１８などの部品を備える。

図２に示すように、アクチュエータベース１１は、基板２１と、一対のアクチュエータ部材２２と、を備える。

基板２１は、例えばアルミナなどのセラミックスによって矩形の板状に形成される。基板２１は平坦な実装面を有する。基板の実装面に一対のアクチュエータ部材２２が接合されている。基板２１には複数の供給孔２５と排出孔２６とが形成されている。

図２及び図３に示すように、アクチュエータベース１１の基板２１には、パターン配線２１１が形成される。パターン配線２１１は、例えばニッケル薄膜によって形成される。パターン配線２１１は、共通パターンや個別パターンを有し、アクチュエータ部材２２に形成された電極層３４に接続される所定のパターン形状に構成される。例えばパターン配線２１１は、供給孔２５や排出孔２６を避けた位置に形成される。

供給孔２５は、基板２１の中央部であって一対のアクチュエータ部材２２の間において、アクチュエータ部材２２の長手方向に並んで設けられている。供給孔２５は、マニホールド１８のインク供給部に連通する。供給孔２５は、インク供給部を介してインクタンクに接続される。供給孔２５はインクタンクのインクをインク室２７に供給する。

排出孔２６は、供給孔２５及び一対のアクチュエータ部材２２を挟んで、二列に並んで設けられている。排出孔２６は、マニホールド１８のインク排出部に連通する。排出孔２６は、インク排出部を介してインクタンクに接続される。排出孔２６はインク室２７のインクをインクタンクに排出する。このような構成とする場合には、インクジェットヘッド１０は、循環式となり、各圧力室３１に対して供給孔２５がある一方側から、排出孔２６がある他方側に向けて、インクが流れる。あるいは、インク排出部が、例えば、メンテナンス時のみ開かれ、印字中にはインク供給部と連通する構成であってもよい。このような構成とする場合には、インクジェットヘッド１０は非循環式となり、各圧力室３１に対して両側からインクが流れ込む。

一対のアクチュエータ部材２２は、基板２１の実装面に接着される。一対のアクチュエータ部材２２は供給孔２５を挟んで二列に並んで基板２１に設けられている。各アクチュエータ部材２２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成された板状の二つの圧電体２０１、２０２によってそれぞれ形成される。前記二つの圧電体２０１、２０２は、分極方向がその厚さ方向に互いに反対向きとなるように分極される。すなわち、アクチュエータ部材２２は、一対の圧電体２０１、２０２が積層され、積層方向において互いに反対向きに分極される。アクチュエータ部材２２は、例えば熱硬化性を有するエポキシ系接着剤によって基板２１の実装面に接着される。図２に示すように、アクチュエータ部材２２は、二列に並ぶノズル２８に対応して、インク室２７内において平行に並んで配置される。アクチュエータ部材２２は、インク室２７を、供給孔２５が開口する第１共通室２７１と、排出孔２６が開口する二つの第２共通室２７２とに区切る。アクチュエータ部材２２の頂部は、ノズルプレート１２に接着される。

アクチュエータ部材２２は、複数の圧電体２０１、２０２が積層された積層圧電部材で構成され、駆動素子となる複数の側壁３３と、複数の圧力室３１と、複数の空気室３２と、を交互に並列して備える。複数の圧電体２０１、２０２は厚さ方向が第３方向に沿って積層され、互いに接着されて構成される。なお、積層圧電部材は製造過程において分極されている。

アクチュエータ部材２２は、深さ方向となる第３方向の一方側の側面、すなわちノズルプレート１２に対向する一方の側面において、圧力室３１及び空気室３２を構成する複数の溝が、第１方向に並んで形成される。アクチュエータ部材２２は、積層圧電部材が、複数の溝によって一方側が複数に分割され、複数の溝の底部側が一体に接続される櫛歯形状に構成される。アクチュエータ部材２２は、例えばダイシング加工などで一方の側面に溝が形成されることにより複数に分割され、他端側が連結し、図中Ｘで示す第１方向に沿って側壁３３が溝を挟んで複数並列配置される。

アクチュエータ部材２２は、複数の側壁３３を有するとともに、側壁３３の間に、圧力室３１及び空気室３２を構成する溝を有する。言い換えると、側壁３３は、圧力室３１及び空気室３２を形成する溝の間に駆動素子として形成される。側壁３３は、圧力室３１と空気室３２の間に形成され、駆動信号に応じて変形することで、圧力室３１の容積を変化させる。

アクチュエータ部材２２は、短手方向の幅が頂部側から基板側に向かって漸次大きくなる。アクチュエータ部材２２の長手方向に直交する方向（短手方向）に沿う断面形状は台形状に形成される。アクチュエータ部材２２の側面部２２１は、第２方向及び第３方向に対して傾斜する傾斜面を有する。

図４は、図２に示したインクジェットヘッド１０のアクチュエータ部材２２の一方を部分的に拡大した断面図である。図５は、図４に示したインクジェットヘッド１０の圧力室３１を構成する溝をＶ－Ｖ線で切断した断面図である。そして、図６は、図４に示したインクジェットヘッド１０の空気室３２を構成する溝をＶＩ－ＶＩ線で切断した断面図である。

図２、図５、図６に示すように、溝の底面部と基板２１の主面とは傾斜する側面部２２１によって繋がる。圧力室３１と空気室３２とは、交互に複数配置される。圧力室３１および空気室３２は、アクチュエータ部材２２の長手方向と交差する方向にそれぞれ延び、アクチュエータ部材２２の長手方向である第１方向（図中Ｘ軸）において複数並列する。本実施形態において例えば圧力室３１及び空気室３２を構成する複数の溝は、Ｘ方向の幅寸法が、Ｚ方向に沿う深さ方向において一定に構成され、溝の延出方向であるＹ方向に直交する断面が矩形状に構成される。

第１方向に並ぶ複数の溝は、空気室３２を構成する溝の深さＤＢが、圧力室３１を構成する溝の深さＤＡよりも深く構成される。すなわち、ノズルプレート１２側に開口する圧力室３１及び空気室３２のうち、空気室３２を構成する溝の底部は、圧力室３１を構成する溝の底部よりも、深さ方向である第３方向の一方側であって、ノズルプレート１２から離れた位置、すなわちアクチュエータ部材２２の内部側の位置、に配置される。一例として空気室３２の深さＤＢは、圧力室３１の深さＤＡに対して、圧力室３１と空気室３２の間隔、すなわち側壁３３の厚みの分だけ深い。本実施形態においては、圧力室３１の深さＤＡは１５０μｍ、空気室３２の深さＤＢは２００μｍに構成される。なお、圧力室３１を構成する溝と空気室３２を構成する溝は、長手方向に沿う幅寸法や延出方向の寸法が等しく構成されていてもよく、異なっていてもよい。圧力室３１の底部、空気室３２の底部及び側壁３３は、積層圧電部材で構成される。すなわち、圧力室３１及び空気室３２は圧電部材によって、その底部を含む内壁面が構成されるとともに、一方側の開口に非圧電部材であるノズルプレート１２が配置され、空気室３２の延出方向の両端の開口が非圧電部材であるカバー部２３によって塞がれる。

アクチュエータ部材２２の圧力室３１及び空気室３２の内壁面、並びに側面部２２１にはそれぞれ電極層３４が設けられている。電極層３４は、例えばニッケル薄膜等の導電膜によって形成される。電極層３４は溝の内面部から側面部２２１を通って基板２１上に至り、パターン配線２１１に接続される。例えば電極層３４は、側壁３３の底面部を含む溝の内面に形成されている。一例として、圧力室３１に形成される電極層３４は個別電極を構成し、空気室３２に形成される電極層３４は、共通電極を構成する。個別電極を構成する電極層３４は、圧力室３１の底部を含む内面に形成され、圧力室３１の延出方向における一方側から一方の側面部２２１に導出され、パターン配線２１１に接続される。共通電極を構成する電極層３４は、空気室３２の底部を含む内面に形成され、他方側から他方の側面部２２１に導出され、パターン配線２１１に接続される。

複数の圧力室３１は、頂部に接合されるノズルプレート１２の複数のノズル２８に連通する。圧力室３１の第２方向の両端はインク室２７に連通する。すなわち、一方の端部はインク室２７の第１共通室２７１に開口し、他方の端部は、インク室２７の第２共通室２７２に開口する。このため、圧力室３１の一方の端部からインクが流入し、他方の端部からインクが流出する。また、圧力室３１の両方の端部からインクが流入してもよい。

図３、図６に示すように、空気室３２は第３方向（Ｚ方向）における一方側が頂部に接合されるノズルプレート１２によって塞がれる。また複数の空気室３２は、例えば、第２方向の両端がカバー部２３により塞がれる。すなわち、インク室２７の第１共通室２７１と空気室３２の間、及び空気室３２と第２共通室２７２との間にそれぞれカバー部２３が配され、空気室３２の両端はインク室２７と隔てられている。このため、空気室３２はインクが流入しない空気室を構成する。

例えばカバー部２３は、各空気室３２の延出方向であるＹ方向の両端に、それぞれ設けられている。カバー部２３は、側壁３３の端部同士を接続するとともに、共通室２７１、２７２と空気室３２との間を隔てる隔壁である。

カバー部２３は空気室３２の端部を塞ぐ壁状部材である。例えばカバー部２３は、空気室３２の両側部を構成する一対の側壁３３の端部同士を接続する。カバー部２３は感光性樹脂材料で構成される。例えばカバー部２３は空気室３２の両端部に感光性樹脂を塗布した後、露光硬化させて所定形状に成形される。例えばカバー部２３の一部は空気室３２の内部に配置される。

ノズルプレート１２は、非圧電部材であり、例えばポリイミド製の矩形のフィルムによって形成される。ノズルプレート１２は、アクチュエータベース１１の実装面に対向する。ノズルプレート１２には、ノズルプレート１２を厚さ方向に貫通する、複数のノズル２８が形成される。

複数のノズル２８は、圧力室３１と同数設けられ、圧力室３１にそれぞれ対向して配置される。ノズル２８は、第１方向（Ｘ方向）に沿って複数並び、一対のアクチュエータ部材２２に対応して２列に配列される。各ノズル２８はそれぞれ軸が第３方向に延びる筒状に構成される。例えばノズル２８は径が一定であっても、中央部または先端部にかけて縮径する形状であってもよい。ノズル２８は、一対のアクチュエータ部材２２に形成される圧力室３１の延出方向の中途部に対向配置され、圧力室３１にそれぞれ連通する。複数のノズル２８は、各圧力室３１の、両端部の間に対応する位置であって、例えば長手方向中央部に、１つずつ、配置される。

フレーム１３は、例えばニッケル合金によって矩形の枠状に形成される。フレーム１３は、アクチュエータベース１１の実装面とノズルプレート１２との間に介在する。フレーム１３は、アクチュエータベース１１の実装面とノズルプレート１２とにそれぞれ接着される。すなわち、ノズルプレート１２は、フレーム１３を介してアクチュエータベース１１に取り付けられている。

マニホールド１８は、アクチュエータベース１１のノズルプレート１２とは反対側に接合される。マニホールド１８の内部に、供給孔２５に連通する流路であるインク供給部や排出孔２６に連通する流路であるインク排出部が形成される。

図１に示す回路基板１７は、フィルムキャリアパッケージ（ＦＣＰ）である。回路基板１７は、複数の配線が形成されるとともに、柔軟性を有する樹脂製のフィルム５１と、フィルム５１の複数の配線に接続された駆動ＩＣ５２と、を有する。駆動ＩＣ５２はフィルム５１の配線やパターン配線２１１を介して電極層３４に電気的に接続される。

以上のように構成されたインクジェットヘッド１０の内部において、アクチュエータベース１１と、ノズルプレート１２と、フレーム１３とに囲まれるインク室２７が形成される。すなわち、インク室２７は、アクチュエータベース１１とノズルプレート１２との間に形成される。例えばインク室２７は、２つのアクチュエータ部材２２によって第２方向（Ｙ方向）において３つの区間に仕切られ、排出孔２６が開口する共通室としての二つの第２共通室２７２と、供給孔２５が開口する共通室としての第１共通室２７１と、を有する。第１共通室２７１及び第２共通室２７２は、複数の圧力室３１に連通している。

以上のように構成されたインクジェットヘッド１０において、供給孔、圧力室、及び排出孔を通って、インクはインクタンクとインク室２７との間で循環する。例えばインクジェットプリンタの制御部から入力された信号によって、駆動ＩＣ５２がフィルム５１の配線を介して圧力室３１の電極層３４に駆動電圧を印加することにより、圧力室３１の電極層３４と、空気室３２の電極層３４との間に電位差を生じさせることで、側壁３３を選択的にシェアモード変形させる。側壁３３は積層された圧電体の断面形状がくの字に屈曲するようにせん断変形する。圧力室３１と空気室３２の間に形成された側壁３３を駆動信号に応じて変形することで、圧力室３１の容積を変化させる。

側壁３３がシェアモード変形することにより、当該電極層３４が設けられた圧力室３１の容積が増加し、圧力が減少する。これにより当該圧力室３１にインク室２７のインクが流入する。

圧力室３１の容積が増加した状態で、駆動ＩＣ５２が圧力室３１の電極層３４に逆電位の駆動電圧を印加すると、側壁３３がシェアモード変形して当該電極層３４が設けられた圧力室３１の容積が減少し、圧力が増加する。これにより、圧力室３１の中のインクが加圧され、ノズル２８から吐出される。

インクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。まず、板状の基板２１に複数の溝を形成する圧電部材を接着剤等で貼り付け、ダイシングソーやスライサー等を使用した機械加工を施して所定形状の外形を有するアクチュエータベース１１を成形する。なお、例えば予め複数枚分の厚さのブロック状のベース部材を形成してから分割し、所定形状のアクチュエータベース１１を複数枚製造してもよい。

続いて、圧力室３１や空気室３２を構成する溝の内面や基板２１の表面に電極層３４やパターン配線２１１を形成する。以上により、アクチュエータベース１１の表面に、電極層３４、及びパターン配線２１１が所定箇所にそれぞれ形成される。

続いて、空気室３２の端部に、カバー部２３を形成することによって空気室３２の両端を塞ぐ。例えば空気室３２を構成する溝に感光性樹脂を充填し、対象部位を硬化させてカバー部２３を形成する。あるいは感光性樹脂を硬化させた後、感光性樹脂層を成形することで、カバー部２３が形成される。

そして、アクチュエータベース１１をマニホールド１８に組み付け、アクチュエータベース１１の基板２１の一方の面に、熱可塑性樹脂の接着シートにより、フレーム１３を貼付ける。

そして、組立てられたフレーム１３、アクチュエータ部材２２の側壁３３の頂部のノズルプレート１２側の面が同一面となるよう研磨する。そして、側壁３３の頂部、フレーム１３の研磨面にノズルプレート１２を接着して取り付ける。このとき、圧力室３１にノズル２８が対向するように位置決めを行う。さらに、図１に示すように基板２１の主面に形成されたパターン配線２１１に、フレキシブルプリント基板を介して駆動ＩＣ５２や回路基板１７を接続することで、インクジェットヘッド１０が完成する。

以下に、インクジェットヘッド１０を備えるインクジェットプリンタ１００の一例について、図１０を参照して説明する。インクジェットプリンタ１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１１６と、を備える。

インクジェットプリンタ１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ａに沿って、吐出対象物である記録媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

筐体１１１は、インクジェットプリンタ１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１０と、各インクジェットヘッド１０上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１０とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、循環部である循環ポンプ１３４と、を備える。ヘッドユニット１３０は、インクタンク１３２と、インクジェットヘッド１０の内部に作りこまれた圧力室３１、空気室３２、及びインク室２７において液体を常時循環させる循環型のヘッドユニットである。

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１０と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によってインクジェットヘッド１０に接続される。接続流路１３３は、インクジェットヘッド１０の供給口に接続される供給流路と、インクジェットヘッド１０の排出口に接続される回収流路と、を備える。

また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド１０とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置はインクタンク１３２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１０の各ノズル２８に供給されたインクを所定形状のメニスカスを形成する。

循環ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。循環ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。循環ポンプ１３４は、配線により制御部１１６の駆動回路に接続され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）による制御によって制御可能に構成される。循環ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１０とインクタンク１３２を含む循環流路で液体を循環させる。

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ａに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ａに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って案内する。

搬送用ローラ１２２は、制御部１１６の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ａには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

制御部１１６は、コントローラであるＣＰＵ等の制御回路と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

以上のように構成されたインクジェットプリンタ１００において、制御部１１６は、例えばインターフェイス部においてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１０を駆動する。インクジェットヘッド１０は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣ５２に駆動信号を送り、配線を介して圧力室３１の電極層３４に駆動電圧を印加してアクチュエータ部材２２の側壁３３を選択的に駆動してノズル２８から液滴としてのインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１１６は、循環ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２とインクジェットヘッド１０とを通る循環流路で液体を循環させる。循環動作により、インクタンク１３２内のインクは、循環ポンプ１３４が駆動されることにより、インクタンク１３２のインクが、マニホールド１８のインク供給部を通って、供給孔２５からインク室２７の第１共通室２７１に供給される。このインクは、一対のアクチュエータ部材２２の複数の圧力室３１に供給される。インクは、圧力室３１を通ってインク室２７の第２共通室２７２に流入する。このインクは、排出孔２６から、マニホールド１８のインク排出部を通ってインクタンク１３２に排出される。

上述した実施形態にかかるインクジェットヘッド１０によれば、いわゆるクロストークを抑制でき、安定した吐出性能を確保しやすい。すなわち、上記実施形態のインクジェットヘッド１０によれば、空気室３２が深く形成されていることにより、複数の圧力室３１間の振動伝達を抑制できる。すなわち、空気室３２の深さを大きくとることで、圧電部材２０の側壁３３の振動部位と、複数の側壁３３が連結する連結部位までの距離を確保できるため、連結部位を介して他の側壁３３に振動が伝わることを抑制できる。したがって、アクチュエータ部材２２において圧力室３１を駆動する際の側壁３３の振動が隣接する別の圧力室３１内のインクへ伝達して圧力室内のインクの圧力に影響を及ぼす、いわゆるクロストークを抑制でき、吐出性能を維持しやすい。

図８は、インクジェットヘッド１０において、空気室３２の深さ［μｍ］とクロストーク量［％］の関係を示すグラフである。ここで、クロストーク量とは、駆動するノズル２８に発生する流速振幅を１００％としたときに、隣接するノズル２８に発生する流速振幅の比率を示している。図８において、圧力室３１の深さを１５０μｍとしたときに、空気室３２の深さを、１５０μｍから、３００μｍまで、変化させた時の、クロストーク量を示す。図８によれば、空気室３２の深さが深い程、クロストーク量が小さくなっていることが判る。

図９は、本実施形態にかかるインクジェットヘッド１０と比較例１にかかるインクジェットヘッド１０１０について、駆動時の側壁３３の変形状態を示す説明図である。図９はアクチュエータ部材２２の各部の変形の大きさ及び向きを矢印で示す。矢印の向きは当該位置における変形（変位）の方向を示し、矢印の大きさは変形（変位）量を示す。比較例１にかかるインクジェットヘッド１０１０は、空気室３２の深さと圧力室３１の深さとが等しく構成され、その他の構成はインクジェットヘッド１０と同様に構成される。図９は、インクジェットヘッド１０、１０１０の溝の並び方向における一方側の圧力室３１１を駆動し、他方側の圧力室３１２は駆動していない場合の振動状態を示す。

図９によれば、比較例１にかかるインクジェットヘッド１０１０では、圧力室３１２は駆動していないにもかかわらず、溝の並び方向において空気室３２の他方側にある駆動されない圧力室３１２を形成する側壁３３が変形しており、圧力室３１１の動作が圧力室３１２に影響を及ぼしていることがわかる。一方、本実施形態にかかるインクジェットヘッド１０では、インクジェットヘッド１０１０と比べて、溝の並び方向において空気室３２の他方側にある駆動されない圧力室３１２を形成する側壁３３の変形が抑制されており、圧力室３１１の動作が圧力室３１２に及ぼす影響が小さいことがわかる。

すなわち、本実施形態にかかるインクジェットヘッド１０は、空気室３２を圧力室３１よりも深くしたことにより、隣接する圧力室３１への振動の伝達を抑えられる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えばカバー部２３の形状は上記実施形態に限られるものではなく、適宜変更可能である。例えば、カバー部２３は一部が空気室３２内に配置される例を示したが、これに限られるものではなく、例えば全部が空気室３２の外側に配置されていても良い。またカバー部２３はアクチュエータ部材２２の側面に沿うプレート状の部材であってもよい。

例えば他の実施形態として図１１乃至図１４に示すインクジェットヘッド１１０は、カバー部２３０が凹型状に形成される。図１１は他の実施形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す斜視図であり、図１２は同インクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図である。図１３は、図１２のインクジェットヘッドをＸIII－ＸIII線に沿って切断した断面図であり、図１４は図１２のインクジェットヘッドをＸＩＶ－ＸＩＶ線に沿って切断した断面図である。

本実施形態にかかるカバー部２３０は、側壁３３の端部よりも空気室３２の延出方向における外側を通り、空気室３２の端部を塞ぐ壁状部材であり、Ｕ字状あるいはコ字状に曲がる曲げ部を有する。例えばカバー部２３０は、空気室３２の延出方向に延びる一対の延出壁２３１と、一対の延出壁２３１を接続する接続壁２３２と、を備え、一対の延出壁２３１の間にスリット状の空気層３２１を有する凹型状に形成される。カバー部２３０は感光性樹脂材料で構成される。例えばカバー部２３０は空気室３２の両端部に感光性樹脂を塗布した後、露光硬化させて所定の形状に成形される。カバー部２３０は延出壁２３１が側壁３３の変形を吸収することで、カバー部２３０を介したクロストークを低減する。すなわち、カバー部２３０は側壁３３間で振動が伝わりにくい形状とすることで、振動を減衰する効果を大きくすることができる。

上記実施形態においては、基板２１の主面部分に複数の溝を備えるアクチュエータ部材２２を配した例を示したが、これに限られるものではない。たとえば基板２１の端面に、アクチュエータを備える構成であってもよい。また、ノズル列の数も上記実施形態に限られるものではなく、１列、あるいは３列以上備える構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、基板２１に複数の圧電体からなる積層圧電部材を備えたアクチュエータベース１１を例示したが、これに限るものではない。例えば基板を用いずに圧電部材のみでアクチュエータベース１１を形成しても良い。また供給側と排出側が逆であってもよく、あるいは切り替え可能に構成されていてもよい。

また、上記実施形態においては、一例として、圧力室３１の一方側が供給側であり、他方側が排出側であり、インクが圧力室の一方側から流入して他方側から流出する循環型のインクジェットヘッドを例示したがこれに限られるものではない。例えば非循環型としてもよい。また、例えば圧力室３１の両側の共通室が供給側であって、両側からインクが流入する構成であってもよい。すなわち、圧力室３１の両側からインクが流入し、圧力室３１の中央に配置されるノズル２８から流出する構成であってもよい。また、両端にそれぞれ形成されるカバー部２３の形状が互いに異なっていてもよい。

また、例えば、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

また、上記実施形態において、インクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッドを提供できる。

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、１１０…インクジェットヘッド、１１…アクチュエータベース、１２…ノズルプレート、１３…フレーム、１７…回路基板、１８…マニホールド、２１…基板、２２…アクチュエータ部材、２３…カバー部、２３１…延出壁、２３２…接続壁、３２１…空気層、２５…供給孔、２６…排出孔、２７…インク室、３１…圧力室、３２…空気室、３３…側壁、３４…電極層、５１…フィルム、５２…駆動ＩＣ、１００…インクジェットプリンタ、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１６…制御部、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…循環ポンプ、２１１…パターン配線、２２１…側面部、２７１…第１共通室、２７２…第２共通室。

Claims (5)

1. 互いに反対向きに分極された圧電体が積層され、一方の側面に、複数の圧力室を構成する複数の溝と、複数の前記圧力室に隣接し前記圧力室を構成する溝よりも深さ方向の寸法が大きい、複数の空気室を構成する複数の溝と、を有するとともに、複数の前記溝の底部側が接続される、アクチュエータ部材と、
   複数の前記圧力室の底部を含む内面に形成される個別電極と、
   複数の前記空気室の底部を含む内面に形成される共通電極と、
   前記アクチュエータ部材の前記一方の側面に対向配置される非圧電部材と、
   を備える液体吐出ヘッド。
2. 前記複数の溝のうち前記空気室を構成する溝の、前記深さ方向と交差する延出方向の端部を塞ぐ、カバー部を備える、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記アクチュエータ部材は、複数の前記圧力室及び複数の前記空気室の間に配される複数の側壁を備え、
   前記非圧電部材は、前記圧力室に連通する複数のノズルを備える、ノズルプレートである、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記カバー部は、前記空気室の両側を構成する一対の前記側壁の、前記溝の深さ方向及び複数の前記溝の並び方向に対して交差する延出方向における端部から、前記延出方向において前記溝の外側にそれぞれ延びる一対の延出壁と、前記延出壁を前記側壁の端部よりも外側で接続する接続壁と、を有し、前記空気室の溝の端部を塞ぐ、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記アクチュエータ部材の、複数の前記圧電体は、前記溝の深さ方向に積層され、積層方向において互いに反対向きに分極される、請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。