JP4206776B2 - インクジェットヘッド、および、インクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、および、インクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタにおいて、インクジェットヘッドは、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する。そしてシート状の圧電セラミックからなるアクチュエータユニットなどによって圧力室に選択的にパルス状の圧力を付与して圧力波を発生させることにより、各圧力室に接続するノズルからインクを吐出する。このようなヘッドを用紙の幅方向に高速で往復移動させながら、印字作業が行われる。
【０００３】
インクジェットヘッドにおける圧力室の配置については、ヘッドの長手方向に例えば１〜２列に配列する一次元的配置と、ヘッド表面に沿ったマトリクス状の二次元的配置とがある。近年要求されている印刷の高解像度化や高速化などを達成するには、圧力室を二次元的に配置するのがより効果的である。圧力室を表面に沿って二次元的に配置したインクジェットヘッドの一例としては、ヘッド表面と垂直な方向から見てノズルが圧力室の中央に配置されたものが知られている（特許文献１参照）。この場合、圧力室にパルス状の圧力が付与されると、圧力室内にはヘッド表面と垂直な方向に圧力波が伝播し、ヘッド表面と垂直な方向から見て圧力室の中央に配置されたノズルからインクが吐出される。
【０００４】
【特許文献１】
特表平１０−５０８８０８号公報 （第１１頁、図３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヘッド表面と垂直な方向から見てノズルが圧力室中央に配置されていると、マトリクス状に配置された圧力室に対してインクを供給する場合、インク供給用の共通インク通路の幅が隣接した圧力室に対応したノズルの間隔に制限される。これは、共通インク通路をヘッド表面と垂直な方向から見て圧力室中央のノズルと重ならないよう配置する必要があるためである。また、このとき印刷の高解像度化や高速化の要求に応じるためにノズルを高密度に配置すると、共通インク通路の幅が制限されることになる。そして共通インク通路の幅が制限されると、共通インク通路のインクに対する流路抵抗が大きくなり、最大のインク吐出サイクルに対応したインク供給の円滑化を図ることができない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、インク供給の円滑化を図ることができるインクジェットヘッド、およびインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のインクジェットヘッドは、一端がインクを吐出するノズルに接続され、他端がインクを供給する共通インク通路に連通された圧力室であって、第１の方向を含む平面に沿ってマトリクス状に等間隔で配置されることにより前記第１の方向に延在する複数の圧力室列を形成する複数の前記圧力室と、前記第１の方向に沿って延在し且つ複数の前記圧力室に連通した複数の前記共通インク通路と、前記圧力室の他端と前記共通インク通路とを接続し、インクの流れを制限して流路抵抗を付与することで前記ノズルからのインクの吐出を安定させるアパーチャとが設けられた流路ユニットを備えており、複数の前記圧力室は、前記平面と垂直な第３の方向から見て、両端に鋭角部を有する形状を有しており、前記圧力室列が、前記第３の方向から見て、前記平面において前記第１の方向と交差する第２の方向に関して、前記ノズルが一方側に偏在した前記圧力室からなる第１の圧力室列と、前記ノズルが他方側に偏在した前記圧力室からなる第２の圧力室列とを含み、前記第２の方向に関して、前記第１の圧力室列と前記第２の圧力室列とが、２列ずつ配列して４列の前記圧力室列の組を構成し、かつ、互いに隣接する前記圧力室列同士において、前記圧力室列の各圧力室の一方側の鋭角部を結ぶ直線が、当該圧力室に隣接する前記圧力室列の各圧力室と交差するように配置され、前記共通インク通路が、前記第３の方向から見て、当該共通インク通路を挟んで前記ノズルが共に外側を向くように隣接した１つの前記第１の圧力室列と１つの前記第２の圧力室列との境界領域を少なくとも含み、且つ、前記ノズルとは重ならないように、当該第１の圧力室列及び当該第２の圧力室列と重なっており、さらに、前記第２の方向に関して、前記共通インク流路の一方側の側壁が前記第１圧力室列の圧力室に連通するノズル近傍に配置され、かつ、前記共通インク流路の他方側の側壁が、前記第２圧力室の圧力室に連通するノズル近傍に配置されており、前記アパーチャが、前記第３の方向に関して前記圧力室と異なる高さで、前記平面と実質的に平行に延在しているとともに、前記第３の方向から見て、前記圧力室の前記他方側に隣接する圧力室に重なるように配置されていることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
上記構成によると、表面と垂直な第３の方向から見てノズルを圧力室の中央ではなくその一方側に偏在させ、第２の方向に関して互いにノズルが反対側に偏在した第１および第２の圧力室列の境界領域を含むように共通インク通路を配置することで、共通インク通路の幅を広くすることができる。したがって、共通インク通路の上記第３の方向の厚さ（深さ）が決められている場合でも、共通インク通路のインクに対する流路抵抗が小さくなり、圧力室へのインクの供給を円滑に行うことができる。
また、上記構成によると、圧力室と共通インク通路とをアパーチャを介して接続することにより、第３方向から見て圧力室が共通インク通路から多少離れていてもインク供給が可能となるため、圧力室列毎に共通インク通路を設ける必要がなく、共通インク通路の数を少なくすることができる。
また、上記構成によると、圧力室とアパーチャとを第３方向に関して異なる高さに設けることで、第３の方向から見て圧力室とアパーチャとを重ねることができる。これにより、圧力室の高集積化が可能となり、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッドによる高解像度の画像の形成が実現される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施の形態によるインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの概略図である。図１に示すインクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１を有するカラーインクジェットプリンタである。このプリンタ１０１には、図中左方に給紙部１１１が、図中右方に排紙部１１２が、それぞれ構成されている。
【００１１】
プリンタ１内部には、給紙部１１１から排紙部１１２に向かって用紙が搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部１１１のすぐ下流側には、画像記録媒体たる用紙を挟持搬送する一対の送りローラ１０５ａ、１０５ｂが配置されている。一対の送りローラ１０５ａ、１０５ｂによって用紙は図中左方から右方へ送られる。用紙搬送経路の中間部には、二つのベルトローラ１０６、１０７と、両ローラ１０６、１０７間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト１０８とが配置されている。搬送ベルト１０８の外周面すなわち搬送面にはシリコーン処理が施されており、一対の送りローラ１０５ａ、１０５ｂによって搬送されてくる用紙を、搬送ベルト１０８の搬送面にその粘着力により保持させながら、一方のベルトローラ１０６の図中時計回り（矢印１０４の方向）への回転駆動によって下流側（右方）に向けて搬送できるようになっている。
【００１２】
用紙のベルトローラ１０６に対する挿入及び排出位置には、押さえ部材１０９ａ、１０９ｂがそれぞれ配置されている。押さえ部材１０９ａ，１０９ｂは、搬送ベルト１０８上の用紙が搬送面から浮かないように、搬送ベルト１０８の搬送面に用紙を押し付けて搬送面上に確実に粘着させるためのものである。
【００１３】
用紙搬送経路に沿って搬送ベルト１０８のすぐ下流側には、剥離機構１１０が設けられている。剥離機構１１０は、搬送ベルト１０８の搬送面に粘着されている用紙を搬送面から剥離して、右方の排紙部１１２へ向けて送るように構成されている。
【００１４】
４つのインクジェットヘッド１は、その下端にヘッド本体１ａ（後述するように、圧力室を含むインク流路が形成された流路ユニットと、圧力室内のインクに圧力を与えるアクチュエータユニットとが貼り合わされたものである）を有している。ヘッド本体１ａは、それぞれが矩形断面を有しており、その長手方向が用紙搬送方向に垂直な方向（図１の紙面垂直方向）となるように互いに近接配置されている。つまり、このプリンタ１０１は、ライン式プリンタである。４つのヘッド本体１ａの各底面は用紙搬送経路に対向しており、これら底面には微小径を有する多数のインク吐出口が形成されたノズルが設けられている。４つのヘッド本体１ａのそれぞれからは、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックのインクが吐出される。
【００１５】
ヘッド本体１ａは、その下面と搬送ベルト１０８の搬送面との間に少量の隙間が形成されるように配置されており、この隙間部分に用紙搬送経路が形成されている。この構成で、搬送ベルト１０８上を搬送される用紙が４つのヘッド本体１ａのすぐ下方側を順に通過する際、この用紙の上面すなわち印刷面に向けてノズルから各色のインクが噴射されることで、用紙上に所望のカラー画像を形成できるようになっている。
【００１６】
インクジェットプリンタ１０１は、インクジェットヘッド１に対するメンテナンスを自動的に行うためのメンテナンスユニット１１７を有している。このメンテナンスユニット１１７には、４つのヘッド本体１ａの下面を覆うための４つのキャップ１１６や、図示せぬパージ機構などが設けられている。
【００１７】
メンテナンスユニット１１７は、インクジェットプリンタ１０１で印刷が行われているときには、給紙部１１１の直下方の位置（退避位置）に位置している。そして、印刷終了後に所定の条件が満たされたとき（例えば、印刷動作が行われない状態が所定の時間だけ継続したときや、プリンタ１０１の電源ＯＦＦ操作がされたとき）は、４つのヘッド本体１ａの直ぐ下方の位置に移動して、この位置（キャップ位置）にて、キャップ１１６によってヘッド本体１ａの下面をそれぞれ覆い、ヘッド本体１ａのノズル部分のインクの乾燥を防止するようになっている。
【００１８】
ベルトローラ１０６、１０７や搬送ベルト１０８は、シャーシ１１３によって支持されている。シャーシ１１３は、その下方に配置された円筒部材１１５上に載置されている。円筒部材１１５は、その中心から外れた位置に取り付けられた軸１１４を中心として回転可能となっている。そのため、軸１１４の回転に伴って円筒部材１１５の上端高さが変化すると、それに合わせてシャーシ１１３が昇降する。メンテナンスユニット１１７を退避位置からキャップ位置に移動させる際には、予め円筒部材１１５を適宜の角度回転させてシャーシ１１３、搬送ベルト１０８及びベルトローラ１０６、１０７を図１に示す位置から適宜の距離だけ下降させ、メンテナンスユニット１１７の移動のためのスペースを確保しておく必要がある。
【００１９】
搬送ベルト１０８によって囲まれた領域内には、インクジェットヘッド１と対向する位置、つまり上側にある搬送ベルト１０８の下面と接触することによって内周側からこれを支持するほぼ直方体形状（搬送ベルト１０８と同程度の幅を有している）のガイド１２１が配置されている。
【００２０】
次に、本実施の形態によるインクジェットヘッド１の構造について、より詳細に説明する。図２は、インクジェットヘッド１の斜視図である。図３は、図２のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図２及び図３に示すように、本実施の形態によるインクジェットヘッド１は、一方向（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１ａと、ヘッド本体１ａを支持するための基部１３１とを有している。基部１３１は、ヘッド本体１ａのほかに、個別電極３５ａ、３５ｂ（図６及び図１０参照）などに駆動信号を供給するドライバＩＣ１３２および基板１３３を支持している。
【００２１】
基部１３１は、図２に示すように、ヘッド本体１ａの上面と部分的に接着されることでヘッド本体１ａを支持するベースブロック１３８と、ベースブロック１３８の上面と接着されることでベースブロック１３８を保持するホルダ１３９とから構成されている。ベースブロック１３８は、ヘッド本体１ａの長尺方向長さとほぼ同じ長さを有する略直方体形状の部材である。ステンレスなどの金属材料からなるベースブロック１３８は、ホルダ１３９を補強する軽量の構造体としての機能を有している。ホルダ１３９は、ヘッド本体１ａ側に配置されるホルダ本体１４１と、ホルダ本体１４１からヘッド本体１ａとは反対側に延在した一対のホルダ支持部１４２とから構成されている。一対のホルダ支持部１４２は、いずれも平板状の部材であって、ホルダ本体１４１の長尺方向に沿って所定の間隔を隔てて互いに平行に設けられている。
【００２２】
ホルダ本体１４１の副走査方向（主走査方向と直交する方向）両端部には、下方に突出した一対のスカート部１４１ａが設けられている。ここで、一対のスカート部１４１ａは、いずれもホルダ本体１４１の長尺方向全幅にわたって形成されているため、ホルダ本体１４１の下面には、一対のスカート部１４１ａによって略直方体形状の溝部１４１ｂが形成されている。この溝部１４１ｂ内に、ベースブロック１３８が収納されている。ベースブロック１３８の上面と、ホルダ本体１４１の溝部１４１ｂの底面とは、接着剤によって接着されている。ベースブロック１３８の厚さは、ホルダ本体１４１の溝部１４１ｂの深さよりも若干大きいため、ベースブロック１３８の下端部は、スカート部１４１ａよりも下方に飛び出している。
【００２３】
ベースブロック１３８の内部には、ヘッド本体１ａに供給されるインクの流路として、その長尺方向に延在する略直方体形状の空隙（中空領域）であるインク溜まり３が形成されている。ベースブロック１３８の下面１４５には、インク溜まり３に連通した開口３ｂ（図４参照）が形成されている。なお、インク溜まり３は、プリンタ本体内の図示しないメインインクタンク（インク供給源）に、図示しない供給チューブにより接続されている。そのため、インク溜まり３には、メインインクタンクから適宜インクが補充されるようになっている。
【００２４】
ベースブロック１３８の下面１４５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１３８は、下面１４５の開口３ｂ近傍部分１４５ａにおいてのみヘッド本体１ａの流路ユニット４（図３参照）と接触している。そのため、ベースブロック１３８の下面１４５の開口３ｂ近傍部分１４５ａ以外の領域は、ヘッド本体１ａ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。
【００２５】
ホルダ１３９のホルダ支持部１４２の外側面には、スポンジなどの弾性部材１３７を介してドライバＩＣ１３２が固定されている。ドライバＩＣ１３２の外側面には、ヒートシンク１３４が密着配置されている。ヒートシンク１３４は、略直方体形状の部材であって、ドライバＩＣ１３２で発生する熱を効率的に散逸させる。ドライバＩＣ１３２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）１３６が接続されている。ドライバＩＣ１３２に接続されたＦＰＣ１３６は、基板１３３及びヘッド本体１ａ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ＩＣ１３２およびヒートシンク１３４の上方であって、ＦＰＣ１３６の外側には、基板１３３が配置されている。ヒートシンク１３４の上面と基板１３３との間、および、ヒートシンク１３４の下面とＦＰＣ１３６との間は、それぞれシール部材１４９で接着されている。
【００２６】
ホルダ本体１４１のスカート部１４１ａの下面と流路ユニット４の上面との間には、ＦＰＣ１３６を挟むようにシール部材１５０が配置されている。つまりＦＰＣ１３６は、流路ユニット４およびホルダ本体１４１に対してシール部材１５０によって固定されている。これにより、ヘッド本体１ａが長尺化した場合の撓みの防止、アクチュエータユニット２１とＦＰＣ１３６との接続部への応力印可の防止およびＦＰＣ１３６の確実な保持が可能となる。
【００２７】
図２に示すように、インクジェットヘッド１の主走査方向に沿った下方角部近傍には、インクジェットヘッド１の側壁に沿って６つの凸設部３０ａが均等に離隔配置されている。これらシート状部材は、ヘッド本体１ａの最下層にあるノズルプレート３０（図７参照）の副走査方向両端部に設けられた部分である。つまり、ノズルプレート３０は、凸設部３０ａとそれ以外の部分との境界線に沿って約９０度折り曲げられている。凸設部３０ａは、プリンタ１０１において印刷に用いられる各種サイズの用紙の両端部付近に対応する位置に設けられている。ノズルプレート３０の折り曲げ部分は直角ではなく丸みを帯びた形状となっているため、ヘッド１と近接する方向に搬送されてきた用紙の先端部がヘッド１の側面と接触することで生じる用紙の詰まりすなわちジャミングが起こりにくくなっている。
【００２８】
図４は、ヘッド本体１ａの模式的な平面図である。図４において、ベースブロック１３８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。図４に示すように、ヘッド本体１ａは、一方向（主走査方向）に延在した矩形平面形状をしている。ヘッド本体１ａは、後述する多数の圧力室１０やノズル先端のインク吐出口８（共に図５、図６、図７参照）が形成された流路ユニット４を有しており、その上面には、千鳥状になって２列に配列された複数の台形のアクチュエータユニット２１が接着されている。各アクチュエータユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。そして、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が、流路ユニット４の幅方向にオーバーラップしている。
【００２９】
アクチュエータユニット２１の接着領域と対応した流路ユニット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、多数のインク吐出口８がマトリクス状に配列されている。また、流路ユニット４の上方に配置されたベースブロック１３８内には、その長手方向に沿ってインク溜まり３が形成されている。インク溜まり３は、その一端に設けられた開口３ａを介してインクタンク（図示せず）に連通しており、常にインクで満たされている。インク溜まり３には、その延在方向に沿って開口３ｂが２つずつ対になって、アクチュエータユニット２１が設けられていない領域に対応して千鳥状に設けられている。
【００３０】
図５は、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４及び図５に示すように、インク溜まり３は、開口３ｂを介してその下層にある流路ユニット４内のマニホールド５と連通している。開口３ｂには、インク内に含有される塵埃などを捕獲するためのフィルタ（図示せず）が設けられている。マニホールド５は、その先端部が２つに分岐して副マニホールド５ａとなっている。１つのアクチュエータユニット２１の下部には、当該アクチュエータユニット２１に対してインクジェットヘッド１の長手方向両隣にある２つの開口３ｂからそれぞれ２つの副マニホールド５ａが進入してきている。つまり、１つのアクチュエータユニット２１の下部には、合計で４つの副マニホールド５ａがインクジェットヘッド１の長手方向に沿って延在している。副マニホールド５ａは共通インク通路として機能し、その各々はインク溜まり３から供給されたインクで満たされている。
【００３１】
図６は、図５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及び図６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、垂直方向から見た状態を示している。流路ユニット４の構成要素である圧力室１０、アパーチャ１２、ノズル８、副マニホールドなどは、後述するように、図５及び図６の紙面に垂直方向においてそれぞれ異なる高さに配置されている（図７参照）。
【００３２】
複数の圧力室１０は、ノズル（図５及び図６にはノズルの先端に形成されたインク吐出口８が示されている）に接続されると共に、図５に示す台形のインク吐出領域の表面に沿って、配列方向Ａ（第１の方向）および配列方向Ｂ（図６に描かれた菱形領域１０ｘの紙面上下方向に沿った斜辺の方向）の２方向に、マトリクス状に配置されている。圧力室１０は、上記２方向にマトリクス状に配置された菱形領域１０ｘ内にそれぞれ収まり且つ角部にアールが施された略菱形の平面形状（長さ９００μｍ、幅３５０μｍ）を有している。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マトリクス状に隣接配置されている。各菱形領域１０ｘ内の圧力室１０は、対応する菱形領域１０ｘと中心を共通にして配置されているので、互いに離隔している。各圧力室１０は、図７にも示すように、一端をノズルに接続すると共に、他端を共通インク通路としての副マニホールド５ａに連通している。
【００３３】
なお、図６には、平面視において圧力室１０と重なり合い、圧力室１０と相似で一回り小さい平面形状を有する個別電極３５ａ，３５ｂが描かれている。
【００３４】
マトリクス状に配置された複数の圧力室１０は、図６に示す配列方向Ａ（第１の方向）に沿って、複数の圧力室列を形成している。圧力室列としては、図６の紙面に対して垂直な方向（第３の方向）から見て、圧力室１０に接続されたノズルの配置によって、第１の圧力室列１１ａおよび第２の圧力室列１１ｂに分けられる。第１の圧力室列１１ａを構成する圧力室１０ａは、紙面に対して垂直な方向（第３の方向）から見て、配列方向Ａと交差する菱形領域１０ｘの長い方の対角線方向（第２の方向）に関して、接続されたノズルおよびその先端に形成されたインク吐出口８が紙面上側に偏在している。つまり、図６に示すように、本実施の形態における第１の圧力室列１１ａを構成する圧力室１０ａでは、インク吐出口８がそれぞれ対応する菱形領域１０ｘの上端部に配置されている。一方、第２の圧力室列１１ｂを構成する圧力室１０ｂは、上記第２の方向に関して、接続されたノズルおよびその先端に形成されたインク吐出口８が紙面下側に偏在している。つまり、図６に示すように、本実施の形態における第２の圧力室列１１ｂを構成する圧力室１０ｂでは、インク吐出口８がそれぞれ対応する菱形領域１０ｘの下端部に配置されている。そしてこれら第１および第２の圧力室列１１ａ，１１ｂは、２列ずつ交互に配列されている。なお、図６に示す配列方向Ａ（第１の方向）は、インクジェットヘッド１の長手方向、配列方向Ｂはインクジェットヘッド１の幅方向からやや傾いた菱形の領域１０ｘの一斜辺方向と対応するものである。
【００３５】
共通インク通路として機能する副マニホールド５ａは、配列方向Ａに沿って延在し、且つ副マニホールド５ａの両側に配置された複数の圧力室１０と連通している。副マニホールド５ａは、図６の紙面に対して垂直な方向（第３の方向）から見て、ノズルおよびその先端のインク吐出口８が副マニホールド５ａを挟んで外側を向くように互いに隣接した第１の圧力室列１１ａと第２の圧力室列１１ｂとを含み、ノズルおよびその先端のインク吐出口８とは重ならないように延在している。なお、副マニホールド５ａは、その幅が広くなるように、ノズルおよびインク吐出口８と重ならない範囲で互いに隣接した第１および第２の圧力室列１１ａ，１１ｂの大部分を含むのが好ましい。つまり、連通する各圧力室１０にインクを円滑に供給するために、副マニホールド５ａの幅限界を圧力室１０のインク吐出口８が接続された一端近傍までとするのが好ましい。これにより、副マニホールド５ａの上記第３の方向の厚さ（深さ）が決められている場合でも、副マニホールド５ａのインクに対する流路抵抗を小さくすることができる。
【００３６】
図７は、図４に描かれたヘッド本体１ａの部分断面図である。各インク吐出口８は、図７からもわかるように、先細形状のノズルの先端に形成されている。また、圧力室１０と副マニホールド５ａとの間には、アパーチャ１２が、圧力室１０と同様に流路ユニット４の表面と実質的に平行に延在している。このアパーチャ１２は、インクの流れを制限することで適当な流路抵抗を付与してインク吐出の安定化を図るためのものである。各インク吐出口８は、圧力室１０（長さ９００μｍ、幅３５０μｍ）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、インクジェットヘッド１には、インクタンクからインク溜まり３、マニホールド５、副マニホールド５ａ、アパーチャ１２及び圧力室１０を経てインク吐出口８に至るインク流路３２が形成されている。
【００３７】
例えば、図７に示す圧力室１０が図６に示した第１の圧力室列１１ａを構成するものであるとすると、副マニホールド５ａの紙面右側には、第２の圧力室列１１ｂを構成する圧力室１０に接続されたノズルが配置されることになる。
【００３８】
図６の紙面に対して垂直な方向（第３の方向）から見て、１つの圧力室１０に連通したアパーチャ１２は、当該圧力室に隣接する圧力室１０に重なるように配置されている。このようなことが可能なことの一因は、アパーチャ１２を紙面に対して垂直な方向（第３の方向）に関して圧力室１０よりも副マニホールド５ａ側に設け、圧力室１０とアパーチャ１２とを異なる高さとしたことにある。即ち、図７にも示すように、圧力室１０、アパーチャ１２、及び副マニホールド５ａはそれぞれ、積層されたシート部材により形成され、上記第３の方向から見ると、互いに重なりを持つように配置されている。
【００３９】
なお、図５および図６においては、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の下方にあって破線で描くべき圧力室１０およびアパーチャ１２などを実線で描いている。
【００４０】
アクチュエータユニット２１により圧力室１０にパルス状の圧力が付与されて圧力波が発生すると、当該圧力室１０内には菱形領域１０ｘの長い方の対角線方向（第２の方向）に沿って、インク吐出に寄与する圧力波が伝播する。圧力波の伝播方向が表面に垂直の場合は、圧力室１０の平面形状を円形や正多角形など原点に対称な形状とするのが一般的である。しかし本実施の形態のように、圧力室１０内における流路ユニット４の表面に沿った特定の方向に伝播する圧力波をインク吐出のために利用する場合、圧力波の伝播時間長さ（ＡＬ長：Acoustic Length）を長くすることで、インクの吐出量や吐出周期を制御しやすくするため、圧力室１０の平面形状を圧力波の伝播方向に細長にするのが好ましい。
【００４１】
圧力室１０は、図５及び図６に描かれた平面内において、インクジェットヘッド１の長手方向（配列方向Ａ）と、インクジェットヘッド１の幅方向からやや傾いた方向（配列方向Ｂ）との２方向にインク吐出領域内で配列されている。配列方向Ａと配列方向Ｂは、直角よりもやや小さい角度θをなしている。インク吐出口８は、配列方向Ａには５０ｄｐｉで配列されている。一方で、圧力室１０は、配列方向Ｂには１つのアクチュエータユニット２１に対応するインク吐出領域内に１２個が含まれるように配列いる。これにより、インクジェットヘッド１の全幅内で、配列方向Ａに隣接する２つのインク吐出口８間の距離だけ離隔した範囲には、１２個のインク吐出口８が存在するようになっている。なお、各インク吐出領域の配列方向Ａについての両端部（アクチュエータユニット２１の斜辺に相当する）では、インクジェットヘッド１の幅方向に対向する別のアクチュエータユニット２１に対応するインク吐出領域と相補関係となることで上記条件を満たしている。そのため、本実施の形態によるインクジェットヘッド１では、配列方向Ａ及び配列方向Ｂに配列された多数のインク吐出口８から、インクジェットヘッド１の幅方向への用紙に対する相対的な移動に伴って順次インク滴を吐出させることで、主走査方向に６００ｄｐｉで印刷を行うことが可能になっている。
【００４２】
次に、図８を参照して、流路ユニット４の構造をより詳細に説明する。図８に示すように、圧力室１０は、配列方向Ａに所定の間隔である５０ｄｐｉで列状に配列されている。このような圧力室１０の列は、配列方向Ｂには１２列配列されて、全体として圧力室１０は１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内において２次元配列をしている。
【００４３】
圧力室１０には、ノズルが図８中上側の鋭角部に接続されている圧力室１０ａと、下側の鋭角部に接続されている圧力室１０ｂとの２種類がある。複数の圧力室１０ａ及び複数の圧力室１０ｂは、共に配列方向Ａに配列されて圧力室列１１ａ、１１ｂをそれぞれ形成している。図８に示すように、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内においては、図８中下側から順に２列の圧力室列１１ａが配列され、その上側に隣接して２列の圧力室列１１ｂが配列されている。このような２列の圧力室列１１ａと２列の圧力室列１１ｂとの合わせて４列の圧力室列を１組とした圧力室列の組が、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内において、下側から３回繰り返して配列されている。各圧力室列１１ａ、１１ｂ中の各圧力室の上側鋭角部を結ぶ直線は、この圧力室列に上側から隣接する圧力室列中の各圧力室の下側斜辺と交差している。
【００４４】
上述のように、図８の紙面に対して垂直な方向から見て、圧力室１０に接続されたノズルの配置位置が異なる第１の圧力室列１１ａと第２の圧力室列１１ｂとを２列ずつ隣接して配列することにより、全体として圧力室１０は規則正しく整列している。一方、ノズルは、これら４列の圧力室列を１組とした圧力室列の組の中において中央領域に集まって配列されることになる。これにより、上述のように、４列の圧力室列を１組として、下側から３回繰り返して圧力室列の組を配置した場合、圧力室列の組と組との境界近傍領域、すなわち、このような４列の圧力室列からなる組の両側には、ノズルが存在しない領域が形成される。そして、そこに各圧力室１０にインクを供給するための幅の広い副マニホールド５ａが延設されている。本案施の形態では、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内において、図中下側に１本、一番下側の圧力室列の組と二番目の圧力室列の組との間に１本、一番上側の圧力室列の組の両側に２本、合わせて４本の幅の広い副マニホールド５ａが配列方向Ａに延設されている。
【００４５】
図８に示すように、インクを吐出するインク吐出口８に連通するノズルは、配列方向Ａには、この方向に規則正しく並ぶ圧力室１０に対応して、５０ｄｐｉの等間隔で配列されている。また、配列方向Ａと角度θで交差している配列方向Ｂにも１２個の圧力室１０が規則正しく配列されているのとは異なり、これら１２個の圧力室１０に対応した１２個のノズルは、上述したように圧力室１０の上側の鋭角部に連通したものと下側の鋭角部に連通したものとがあって、配列方向Ｂに規則的に一定の間隔で配列されていない。
【００４６】
他方、ノズルが圧力室１０の同じ側の鋭角部に常に連通している場合には、ノズルも配列方向Ｂの方向に規則的に一定の間隔で配列されることになる。すなわち、この場合、ノズルは、図中下側から上側に１圧力室列上がるごとに配列方向Ａに印字時の解像度である６００ｄｐｉに相当する間隔ずつ変位するように配列される。これに対して、本実施の形態では、２列の圧力室列１１ａと２列の圧力室列１１ｂとの合わせて４列の圧力室列を１組として、これが下側から３回繰り返して配列されているので、図中下側から上側に１圧力室列上がるごとのノズル位置の配列方向Ａへの変位は常に同じではない。
【００４７】
本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、配列方向Ａに５０ｄｐｉに相当する幅（約５０８．０μｍ）を有し、この配列方向Ａと直交する方向に延在する帯状領域Ｒについて考える。この帯状領域Ｒの中には、１２列の圧力室列の内の何れの列についても、ノズルが１つしか存在していない。すなわち、１つのアクチュエータユニット２１に対応したインク吐出領域内の任意の位置に、このような帯状領域Ｒを区画した場合、この帯状領域Ｒ内には、常に１２個のノズルが分布している。そして、これら１２個の各ノズルを配列方向Ａに延びる直線上に射影した点の位置は、印字時の解像度である６００ｄｐｉに相当する間隔ずつ離隔している。
【００４８】
１つの帯状領域Ｒに属する１２個のノズルを配列方向Ａに延びる直線上に射影した位置が左にあるものから順に、これら１２個のノズルを(1)〜(12)と記することにしたとき、これら１２個のノズルは、下から、(1)、(7)、(2)、(8)、(5)、(11)、(6)、(12)、(9)、(3)、(10)、(4)の順番に並んでいる。
【００４９】
このように構成された本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、アクチュエータユニット２１内の活性層を適宜駆動させると、６００ｄｐｉの解像度を有する文字や図形等を描画することができる。つまり、１２列の圧力室列に対応した活性層を印字媒体の搬送に合わせて順次選択的に駆動することで、特定の文字や図形を印字媒体に印刷することができる。
【００５０】
例えば、６００ｄｐｉの解像度で配列方向Ａに延びる直線を印字する場合について説明する。まず、ノズルが圧力室１０の同じ側の鋭角部に連通している場合について簡単に説明する。この場合には、印字蝶体が搬送されるのに対応して、図８中一番下に位置する圧力室列中のノズルからインクの吐出を始め、順次上側に隣接する圧力室列に属するノズルを選択してインクを吐出する。これにより、インクのドットが配列方向Ａに向かって６００ｄｐｉの間隔で隣接しながら形成されていく。最終的には、全体で６００ｄｐｉの解像度で配列方向Ａに延びる直線が描かれることになる。
【００５１】
一方、本案施の形態では、図８中一番下に位置する圧力室列１１ａ中のノズルからインクの吐出を始め、印字媒体が搬送されるのに伴って順次上側に隣接する圧力室に連通するノズルを選択してインクを吐出していく。このとき、下側から上側に１圧力室列上がるごとのノズル位置の配列方向Ａへの変位が常に同じでないので、印字媒体が搬送されるのに伴って配列方向Ａに沿って順次形成されるインクのドットは、６００ｄｐｉの間隔で等間隔にはならない。
【００５２】
すなわち、図８に示したように、印字媒体が搬送されるのに対応して、まず図中一番下の圧力室列１１ａに連通するノズル(1)からインクが吐出され、印字媒体上に５０ｄｐｉに相当する間隔（約５０８．０μｍ）でドット列が形成される。この後、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から２番目の圧力室列１１ａに連通するノズル(7)の位置に達すると、このノズル(7)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドット位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）の６倍だけ配列方向Ａに変位した位置（約４２．３μｍ×６＝約２５４．０μｍ）に２番目のインクドットが形成される。
【００５３】
次に、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から３番目の圧力室列１１ｂに連通するノズル(2)の位置に達すると、ノズル(2)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドット位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）だけ配列方向Ａに変位した位置に３番目のインクドットが形成される。さらに、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から４番目の圧力室列１１ｂに連通するノズル(8)の位置に達すると、ノズル(8)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドットの位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）の７倍だけ配列方向Ａに変位した位置（約４２．３μｍ×７＝約２９６．３μｍ）に４番目のインクドットが形成される。さらに、印字媒体の搬送に伴って、直線の形成位置が下から５番目の圧力室列１１ａに連通するノズル(5)の位置に達すると、ノズル(5)からインクが吐出される。これにより、始めに形成されたドット位置から６００ｄｐｉに相当する間隔分（約４２．３μｍ）の４倍だけ配列方向Ａに変位した位置（約４２．３μｍ×４＝約１６９．３μｍ）に５番目のインクドットが形成される。
【００５４】
以下同様にして、順次図中下側から上側に位置する圧力室１０に連通するノズルを選択しながらインクドットが形成されていく。このとき、図８中に示したノズルの番号をＮとすると、（倍率ｎ＝Ｎ−１）×（６００ｄｐｉに相当する間隔）に相当する分だけ、始めに形成されたドット位置から配列方向Ａに変位した位置にインクドットが形成される。最終的に１２個のノズルを選択し終わったときには、図中一番下の圧力室列１１ａ中のノズル(1)により５０ｄｐｉに相当する間隔（約５０８．０μｍ）で形成されたインクドットの間が６００ｄｐｉに相当する間隔（約４２．３μｍ）毎に離れて形成された１２個のドットで繋げられ、全体で６００ｄｐｉの解像度で配列方向Ａに延びる直線を描くことが可能になっている。
【００５５】
図９は、図４に描かれたヘッド本体１ａの部分分解斜視図である。図７及び図９に示すように、インクジェットヘッド１の底部側の要部は、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枚のプレートから流路ユニット４が構成されている。
【００５６】
アクチュエータユニット２１は、後で詳述するように、５枚の圧電シート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３層が電界印加時に活性層となる部分を有する層（以下、単に「活性層と含む層」と称する）とされ残り２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に対応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からインク吐出口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、アパーチャ１２のほかに圧力室１０からインク吐出口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からインク吐出口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、副マニホールド５ａ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からインク吐出口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からインク吐出口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、ノズルとして機能する先細のインク吐出口８がそれぞれ設けられた金属プレートである。
【００５７】
これら１０枚のプレート２１〜３０は、図７に示すようなインク流路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インク吐出口８へと向かう。
【００５８】
次に、アクチュエータユニット２１の構造について説明する。図１０は、図７内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。図１０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５枚の圧電シート４１，４２，４３，４４，４５を含んでいる。これら圧電シート４１〜４５は、インクジェットヘッド１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４１〜４５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、個別電極３５ａ、３５ｂ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３５ａ、３５ｂに対応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。本実施の形態において、圧電シート４１〜４５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。
【００５９】
アクチュエータユニット２１の最上層にある圧電シート４１とその下方に隣接した圧電シート４２との間には、厚み２μｍ程度の共通電極３４ａが介在している。共通電極３４ａは、１つのアクチュエータユニット２１内のほぼ全域にわたって延在した１枚の導電シートである。同様に、圧電シート４２の下方に隣接した圧電シート４３とその下方に隣接した圧電シート４４との間にも、共通電極３４ａと同様の形状を有する厚み２μｍ程度の共通電極３４ｂが介在している。
【００６０】
なお、共通電極３４ａ、３４ｂは、積層方向への射影領域が圧力室領域を含むように圧力室１０よりも大きいものが圧力室１０ごとに多数形成されてもよいし、或いは、射影領域が圧力室領域に含まれるように圧力室１０よりもやや小さいものが圧力室１０ごとに多数形成されてもよく、必ずしもシート全面に形成された１枚の導電シートである必要はない。ただし、このとき、圧力室１０に対応する部分がすべて同一電位となるように共通電極どうしが電気的に接続されていることが必要である。
【００６１】
図１０に示すように、圧電シート４１の上面であって圧力室１０に対応する位置には、厚み１μｍ程度の個別電極３５ａが形成されている。個別電極３５ａは、平面形状が略菱形であって圧力室１０とほぼ相似形状（長さ８５０μｍ、幅２５０μｍ）を有し、積層方向への射影領域が圧力室１０領域に含まれる（図６参照）。圧電シート４２と圧電シート４３との間であって個別電極３５ａと対応する位置には、個別電極３５ａと同様の平面形状を有する厚み２μｍ程度の個別電極３５ｂが介在している。なお、圧電シート４４とその下方に隣接した圧電シート４５との間、及び、圧電シート４５の下方には、電極が配置されていない。各電極３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂは、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなるものである。
【００６２】
共通電極３４ａ，３４ｂ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３４ａ，３４ｂは、すべての圧力室１０に対応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３５ａ，３５ｂは、各圧力室１０に対応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３５ａ，３５ｂごとに独立した別のリード線を含むＦＰＣ１３６を介してドライバＩＣ１３２に接続されている（図２および図３参照）。このとき、上下で対になった個別電極３５ａ，３５ｂ同士は同じリード線を介してドライバＩＣ１３２に接続されてよい。
【００６３】
本実施の形態によるインクジェットヘッド１において、圧電シート４１〜４３はその厚み方向に分極されている。従って、個別電極３５ａ，３５ｂを共通電極３４ａ，３４ｂと異なる電位にして圧電シート４１〜４３に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シート４１〜４３における電界が印加された部分が活性層として働き、その厚み方向すなわち積層方向には伸長又は収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮又は伸長しようとする。一方、残り２枚の圧電シート４４、４５は、個別電極３５ａ，３５ｂと共通電極３４ａ，３４ｂとに挟まれた領域をもたない非活性層であるので、自発的に変形することができない。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）３枚の圧電シート４１〜４３を活性層を含む層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い）２枚の圧電シート４４，４５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。
【００６４】
そのため、電界と分極とが同方向となるようにドライバＩＣ１３２を制御して個別電極３５ａ，３５ｂを共通電極３４ａ，３４ｂに対して正又は負の所定電位とすると、圧電シート４１〜４３の個別電極３５ａ，３５ｂと共通電極３４ａ，３４ｂとで挟まれた活性層が面方向に収縮し、その一方で圧電シート４４，４５は自発的には収縮しない。このとき、図１０で示したように、圧電シート４１〜４５の下面はキャビティプレート２２に形成された圧力室１０を区画する隔壁の上面に固着されているので、圧電横効果に基づく面方向の収縮により、圧電シート４１〜４５は圧力室１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。すると、圧力室１０の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、インク吐出口８からインクが吐出される。その後、個別電極３５ａ，３５ｂの電位が元に戻れば、圧電シート４１〜４５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、インクをマニホールド５側から吸い込む。
【００６５】
なお、他の駆動方法として、圧電シート４１〜４５が圧力室１０側へ凸に変形するように、予め個別電極３５ａ，３５ｂを共通電極３４ａ，３４ｂ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３５ａ，３５ｂを共通電極３４ａ，３４ｂ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３５ａ，３５ｂを共通電極３４ａ，３４ｂと異なる電位にすることもできる。この場合は、個別電極３５ａ，３５ｂと共通電極３４ａ，３４ｂとが同じ電位になるタイミングで、圧電シート４１〜４５が元の形状に戻り、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３５ａ，３５ｂを共通電極３４ａ，３４ｂと異なる電位にしたタイミングで、圧電シート４１〜４５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。
【００６６】
圧電シート４１〜４３に印加される電界方向とその分極方向とが逆であれば、個別電極３５ａ，３５ｂと共通電極３４ａ，３４ｂとで挟まれた圧電シート４１〜４３中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４１〜４５は、圧電横効果に基づき、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３５ａ，３５ｂの電位が元に戻れば、圧電シート４１〜４５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、インク吐出口８からインクを吐出する。
【００６７】
以上のように、本実施の形態のインクジェットヘッド１では、図６に示すように、流路ユニット４の表面と垂直な方向（第３の方向）から見て、各圧力室１０に接続されたノズル（図６には先端のインク吐出口８が示されている）を圧力室１０の中央に設けずに一端に偏在させ、配列方向Ａに関して互いにノズルが反対側に偏在した第１および第２の圧力室列１１ａ，１１ｂの境界領域を含むように共通インク通路として機能する副マニホールド５ａを配置することで、副マニホールド５ａの幅を広くすることができる。したがって、副マニホールド５ａの上記第３の方向の厚さ（深さ）が決められている場合でも、副マニホールド５ａのインクに対する流路抵抗が小さくなり、圧力室１０へのインクの供給を円滑に行うことができる。
【００６８】
また、図７に示すように、流路ユニット４はその表面とほぼ平行に延在するアパーチャ１２を含み、各圧力室１０と副マニホールド５ａとをアパーチャ１２を介して接続することにより、副マニホールド５ａの数を少なくすることができる。例えば各圧力室１０と副マニホールド５ａとをアパーチャ１２を介さずに直接連通させる場合、副マニホールド５ａを図６に示す各圧力室列１１ａ，１１ｂに対してその列方向に沿って延在させる必要がある。しかし本実施の形態のように各圧力室１０と副マニホールド５ａとをアパーチャ１２を介して接続することにより、流路ユニット４表面と垂直な第３の方向から見て圧力室１０が副マニホールド５ａから多少離れていてもインク供給が可能になるため、圧力室列１１ａ，１１ｂ毎に設ける必要がなくなる。
【００６９】
また、図７に示すように、圧力室１０とアパーチャ１２とを流路ユニット４表面と垂直な方向（第３の方向）に関して異なる高さに設けることで、第３の方向から見て圧力室１０とアパーチャ１２とを重ねることができる。これにより、圧力室１０の高集積化が可能となり、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッド１による高解像度の画像形成が実現される。
【００７０】
また、図６に示すように、第１の圧力室列１１ａと第２の圧力室列１１ｂとを２列ずつ交互に配列することで、後述の変形例の場合と比べて副マニホールド５ａの数を少なくすることができる。また、隣接する２列ずつの圧力室列１１ａ，１１ｂに対して１つの副マニホールド５ａを配置することにより、副マニホールド５ａの幅を広くすることができるため、流路抵抗がより小さくなってインクの供給が円滑に行われる。
【００７１】
なお、流路抵抗に関して副マニホールド５ａの幅を広げることが有利であることは、以下のような考察により説明できる。先ず、幅ａ深さｂの矩形断面で流路長ｌの副マニホールドについて考えると、この副マニホールドを通過するインクに対する流路抵抗Ｒは次式（１）で表される。
【００７２】
【数１】

μ：インクの粘度
【００７３】
次に上記の副マニホールドに比べて小さい幅ａ／ｎ（ｎ：２以上の整数）を有する副マニホールドをｎ本並設することで全体としての幅をａとした場合、各副マニホールドを通過するインクに対する流路抵抗Ｒ’は次式（２）で表される。
【００７４】
【数２】

【００７５】
式（１），（２）より、次式（３）が得られる。
【００７６】
【数３】

【００７７】
式（３）よりＲ／Ｒ’＜１であることから、全流路幅を同じにしようとする場合、幅の小さい副マニホールドを多数設けるよりも幅の大きい副マニホールドを少数設ける方が、流路抵抗が小さくなるのがわかる。また逆に、副マニホールドの幅が広いとインクに対する流路抵抗が小さくなってインクが供給されやすくなることを考慮すると、所定の数の圧力室と圧力室列の長さに対して、幅の小さい副マニホールドを多数設けるよりも幅の大きい副マニホールドを少数設ける方が、全流路幅が小さくなっても過不足なくインクの供給ができるともいえる。
【００７８】
なお、副マニホールド５ａの幅は各圧力室１０に対して過不足なくインクの供給ができる範囲で決めればよい。本実施の形態では、隣接する２列ずつの圧力室列１１ａ，１１ｂに対して１つの副マニホールド５ａをノズル近傍まで広げて配置している。
【００７９】
また、本実施形態の副マニホールド５ａは、流路ユニット４表面と垂直な方向（第３の方向）から見て、各圧力室１０に接続されたノズルのインク吐出口８が外側を向くように、互いに隣接した１つの第１の圧力室列１１ａと１つの第２の圧力室列１１ｂとの大部分を含んでいる。このように副マニホールド５ａの幅をノズルおよびその先端のインク吐出口８と重ならない範囲で広くすることで、副マニホールド５ａの流路抵抗をより小さくしてインク供給の円滑化を図ることができる。
【００８０】
また、圧力室１０内における圧力波の伝播方向が流路ユニット４の表面とほぼ平行であるので、伝播方向が流路ユニット４の表面と垂直な場合と比べてＡＬ長を利用したインクの吐出制御が容易になる。ＡＬ長が短い場合はいわゆる「押し打ち」によりインクを吐出させるのが一般的であるが、本実施の形態のようにＡＬ長が長い場合、圧力波の反転反射を利用して「押し打ち」よりも投入エネルギーの小さい「引き打ち」（予め全ての個別電極３５ａ，３５ｂに電圧を印加して全ての圧力室１０の容積を縮小させておき、インクの吐出動作をしようとする圧力室１０のみ個別電極３５ａ，３５ｂの電圧を解除して容積を拡大し、その後、再び個別電極３５ａ，３５ｂに電圧を印加して圧力室１０の容積を縮小することにより圧力室１０内を伝播する圧力波を利用して効率よくインクに吐出圧力を加える方式）を行う時間的余裕ができる。したがって、圧力波の伝播方向が圧力室１０の表面に垂直な場合と比較して、エネルギー効率を改善することができる。
【００８１】
また、流路ユニット４はそれぞれに対応した開口を設けた９枚のシート部材２２〜３０を積層して形成されているため、流路ユニット４の作製が容易である。
【００８２】
また、インクジェットヘッド１のヘッド本体１ａでは、インク吐出領域ごとに分割された複数のアクチュエータユニット２１が、流路ユニット４に接着された状態でその長手方向に沿って配列されている。これにより、焼結などによって成形されるために寸法精度にばらつきが生じやすいアクチュエータユニット２１ごとに流路ユニット４との位置合わせを行うことが可能となり、ヘッドを長尺化しても各アクチュエータユニット２１と流路ユニット４との位置ずれ量の増加が抑制され、両者を精度よく位置合わせすることができる。よって、目印から比較的遠くにある個別電極３５ａ、３５ｂについてもその圧力室１０に対する位置が所定位置から大幅にずれることが少なくなって、インクジェットヘッド１の製造歩留まりが飛躍的に向上する。他方、これとは異なり、アクチュエータユニット２１を流路ユニット４と同様の長尺体として形成すると、アクチュエータユニット２１を流路ユニット４と重ねたときの平面視における各圧力室１０に対する個別電極３５ａ、３５ｂの位置の所定位置からのずれ量が目印から離れるに連れて大きくなり、目印から比較的離れた圧力室１０におけるインク吐出性能が劣化し、インクジェットヘッド１内でのインク吐出性能の均一性が失われてしまう。
【００８３】
アクチュエータユニット２１では圧電シート４１〜４３を共通電極３４ａ、３４ｂと個別電極３５ａ、３５ｂとで挟み込んでいるので、圧電効果によって容易に圧力室１０の容積を変化させることができる。また、圧電シート４１〜４５が連続した層状の平板（連続平板層）であるため、アクチュエータユニット２１を容易に製造することが可能である。
【００８４】
また、インクジェットヘッド１は、圧力室１０に近い圧電シート４４、４５を非活性層とし、圧力室１０から離れた圧電シート４１〜４３を活性層を含む層としたユニモルフ構造のアクチュエータユニット２１を有している。そのため、圧電横効果により圧力室１０の容積変化量を大きくすることができて、圧力室１０側に活性層、その反対側に非活性層が配置されたアクチュエータユニットと比較して個別電極３５ａ、３５ｂの駆動電圧の低電圧化および／又は圧力室１０の高集積化を図ることが可能となる。駆動電圧の低電圧化を図ることにより、個別電極３５ａ、３５ｂを駆動するドライバを小型化できてコストを抑えることができ、圧力室１０を小さくできてその高集積化を図ったときであっても十分な量のインクを吐出することが可能となって、ヘッド１の小型化と印刷ドットの高密度配置が実現される。
【００８５】
さらに、上述のように、インクジェットヘッド１のヘッド本体１ａでは、各アクチュエータユニット２１が実質的に台形形状を有しており、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺が流路ユニット４の長手方向に沿い且つ隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が流路ユニット４の幅方向にオーバーラップするように複数のアクチュエータユニット２１が千鳥状に２列配置されている。このように、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士がオーバーラップしていることで、インクジェットヘッド１の長手方向において、流路ユニット４の幅方向に沿って存在する圧力室１０同士が補完し合うことができ、高解像度印刷を実現しつつ、非常に幅の狭い小型のインクジェットヘッド１とすることができる。
【００８６】
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。
【００８７】
例えば、流路ユニット４の表面に沿ってマトリクス状に配置された複数の圧力室１０の配列方向としては、流路ユニット４の表面に沿っていれば、上述した実施の形態において図６に示した配列方向Ａ，Ｂに限定されず、様々な方向を取ってよい。流路ユニット４における圧力室１０の配列の変形例として、図１１に示すものがある。図１１では、図６とは配列方向Ａと配列方向Ｂとのなす角度θが異なり、より小さい角度になっている。また、配列方向Ａ及び配列方向Ｂと、菱形領域１０ｘの長い方の対角線方向との関係も、図６に示したものとは異なり、配列方向Ａに対して対角線方向の方が配列方向Ｂよりも大きな角度をなしている。
【００８８】
さらに流路ユニット４における圧力室１０の配置の変形例として、図１２に示すような、第１の圧力室列１１ａと第２の圧力室列１１ｂとを１列ずつ交互に配列したものがある。第１の圧力室列１１ａを構成する配列方向Ａにおいて互いに隣接する圧力室１０の間の領域には、それぞれ、紙面上側から、第２の圧力室列１１ｂを構成する圧力室１０が入り込むように配置されている。この領域には、紙面下側から、別の第２の圧力室列１１ｂを構成する圧力室１０が配置されている。また同様に、第２の圧力室列１１ｂを構成する配列方向Ａにおいて互いに隣接する圧力室１０の間の領域には、それぞれ、紙面上側及び下側から、第１の圧力室列１１ａを構成する圧力室１０が入り込むように配置されている。このため、図６に示す上述の実施の形態の場合と比較して、副マニホールド１５ａの幅が狭くなる。しかし、菱形領域１０ｘの長い方の対角線方向に関して一方側にインク吐出口８が偏在して配置された圧力室１０で構成された場合や、インク吐出口８を圧力室１０の中央部に配置して構成された場合のように、隣接する圧力室列におけるインク吐出口８間の距離の広がりが生じない場合と比べると、副マニホールド１５ａの幅は広くなる。したがって、副マニホールド５ａのインクに対する流路抵抗が小さくなり、圧力室１０へのインクの供給を円滑に行うことができる。
【００８９】
また、圧力室１０の収まる領域は菱形ではなく平行四辺形など様々な形状であってよく、それに収まる圧力室１０自体の平面形状も平行四辺形などに適宜変更してもよい。また、圧力室１０の高集積化は期待できないが、圧力室１０を圧力波の伝播方向に細長の形状としなくてもよい。
【００９０】
また、インク吐出の安定化という観点からは好ましくないが、圧力室１０と副マニホールド５ａとはアパーチャ１２を介さず直接連通されてよい。また、アパーチャ１２を流路ユニット４の表面と垂直な第３の方向に関して圧力室１０と同じ高さに設けてよい。しかしこの場合、流路ユニット４の表面と垂直な方向（第３の方向）から見て圧力室１０とアパーチャ１２とを重ねられないので圧力室１０の高集積化を図ることはできない。
【００９１】
また、流路抵抗を小さくするという観点からは、副マニホールド５ａが互いに隣接した圧力室列１１ａ，１１ｂの大部分を含むのが好ましいが、少なくともそれらの列の境界領域を含めばよい。
【００９２】
また、圧力室１０内における圧力波の伝播方向が流路ユニット４の平面に沿っていなくてもよい。
【００９３】
また、流路ユニット４は、複数のシート部材を積層したものでなくてもよい。
【００９４】
また、アクチュエータユニット２１における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、非活性層として、圧電シート以外の絶縁シートを用いてもよい。さらに活性層を含む層の数、非活性層の数なども、適宜変更してよい。例えば、上述の実施の形態において、アクチュエータユニット２１に含まれる活性層を含む層である圧電シートは３又は５層に積層されているが、７層以上に積層されてもよい。そして圧電シートの積層数に伴い、個別電極および共通電極の数も適宜変更してよい。また、上述した実施の形態ではアクチュエータユニット２１に含まれる非活性層の圧電シートは２層となっているが、１層であってもよいし、アクチュエータユニット２１の伸縮変形が阻害されない範囲で３層以上としてもよい。また、上述した実施の形態のアクチュエータユニット２１では、活性層を含む層の圧力室側に非活性層が配置されているが、非活性層の圧力室１０側に活性層を含む層が配置されてもよいし、非活性層を設けなくてもよい。ただし、活性層を含む層の圧力室１０側に非活性層４４、４５を設けることで、アクチュエータユニット２１の変位効率がさらに向上することが期待できる。
【００９５】
また、上述の実施の形態では共通電極をグランド電位に保つものとしているが、各圧力室１０に共通の電位であればこれに限定されるものではない。
【００９６】
また、上述の実施の形態では、図４に示すように、台形とした複数のアクチュエータユニット２１を２列に千鳥状に配置しているが、アクチュエータユニットは必ずしも台形にしなくてもよく、複数のアクチュエータユニットを流路ユニットの長手方向に沿って単に１列に配列してもよい。或いは、アクチュエータユニットを３列以上に千鳥状に配置してもよい。また、１つのアクチュエータユニット２１を複数の圧力室１０に跨って配置するのではなく、各圧力室１０に１つのアクチュエータユニット２１を配置してもよい。
【００９７】
また、共通電極３４ａ，３４ｂは、積層方向への射影領域が圧力室領域を含むように或いは射影領域が圧力室領域に含まれるように圧力室１０ごとに多数形成されたものであってもよく、必ずしも１つのアクチュエータユニット２１内のほぼ全域に設けられた１枚の導電シートである必要はない。ただし、このとき、圧力室１０に対応する部分がすべて同一電位となるように共通電極同士が電気的に接続されていることが必要である。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、共通インク通路のインクに対する流路抵抗が小さくなり、圧力室へのインクの供給を円滑に行うことができる。
また、請求項１によると、圧力室と共通インク通路とをアパーチャを介して接続することにより、第３方向から見て圧力室が共通インク通路から多少離れていてもインク供給が可能となるため、圧力室列毎に共通インク通路を設ける必要がなく、共通インク通路の数を少なくすることができる。
また、請求項１によると、圧力室とアパーチャとを第３方向に関して異なる高さに設けることで、第３の方向から見て圧力室とアパーチャとを重ねることができる。これにより、圧力室の高集積化が可能となり、比較的小さな占有面積のインクジェットヘッドによる高解像度の画像の形成が実現される。
また、請求項１によると、共通インク通路の幅を広くすることができ、共通インク通路内の流路抵抗を小さくすることができる。
【００９９】
【０１００】
【０１０１】
また、請求項１によると、共通インク室の数を少なくすることができ、流路抵抗をより小さく抑えてインクの供給を円滑に行うことができる。
【０１０２】
また、請求項１によると、共通インク通路内の流路抵抗をより小さくしてインク供給の円滑化を図ることができる。
請求項２、３によると、流路ユニットの幅方向に沿って存在する圧力室同士が補完し合うことができ、高解像度印刷を実現しつつ、非常に幅の狭い小型のインクジェットヘッドとすることができる。
【０１０３】
請求項４によると、エネルギー効率を改善することができる。
【０１０４】
請求項５によると、流路ユニットの作製が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態によるインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの概略図である。
【図２】 本発明の一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３】 図２のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】 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５】 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６】 図５に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図７】 図６に描かれたＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った、図４に描かれたヘッド本体の部分断面図である。
【図８】 図５内に描かれた二点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図９】 図４に描かれたヘッド本体の部分分解斜視図である。
【図１０】 図７内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域を横方向から見た拡大断面図である。
【図１１】 流路ユニットにおける圧力室の配置の一変形例を示す模式図である。
【図１２】 流路ユニットにおける圧力室の配置の別の変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
１ａ ヘッド本体
３ インク溜まり
３ａ、３ｂ 開口
４ 流路ユニット
５ マニホールド
５ａ，１５ａ 副マニホールド（共通インク通路）
８ インク吐出口（ノズル）
１０ 圧力室
１０ｘ 菱形領域（平行四辺形領域）
２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０（シート部材）
１２ アパーチャ
２１ アクチュエータユニット
２２ キャビティプレート
３０ ノズルプレート
３２ インク流路
３４ａ、３４ｂ 共通電極
３５ａ、３５ｂ 個別電極
１１ａ 第１の圧力室列
１１ｂ 第２の圧力室列
４１〜４３ 圧電シート
４４、４５ 圧電シート
５０ フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）
１０１ インクジェットプリンタ
Ｒ 帯状領域

Claims (6)

1. 一端がインクを吐出するノズルに接続され、他端がインクを供給する共通インク通路に連通された圧力室であって、第１の方向を含む平面に沿ってマトリクス状に等間隔で配置されることにより前記第１の方向に延在する複数の圧力室列を形成する複数の前記圧力室と、前記第１の方向に沿って延在し且つ複数の前記圧力室に連通した複数の前記共通インク通路と、前記圧力室の他端と前記共通インク通路とを接続し、インクの流れを制限して流路抵抗を付与することで前記ノズルからのインクの吐出を安定させるアパーチャとが設けられた流路ユニットを備えており、
   複数の前記圧力室は、前記平面と垂直な第３の方向から見て、両端に鋭角部を有する形状を有しており、
   前記圧力室列が、前記第３の方向から見て、前記平面において前記第１の方向と交差する第２の方向に関して、前記ノズルが一方側に偏在した前記圧力室からなる第１の圧力室列と、前記ノズルが他方側に偏在した前記圧力室からなる第２の圧力室列とを含み、
   前記第２の方向に関して、前記第１の圧力室列と前記第２の圧力室列とが、２列ずつ配列して４列の前記圧力室列の組を構成し、かつ、互いに隣接する前記圧力室列同士において、前記圧力室列の各圧力室の一方側の鋭角部を結ぶ直線が、当該圧力室に隣接する前記圧力室列の各圧力室と交差するように配置され、
   前記共通インク通路が、前記第３の方向から見て、当該共通インク通路を挟んで前記ノズルが共に外側を向くように隣接した１つの前記第１の圧力室列と１つの前記第２の圧力室列との境界領域を少なくとも含み、且つ、前記ノズルとは重ならないように、当該第１の圧力室列及び当該第２の圧力室列と重なっており、
   さらに、前記第２の方向に関して、前記共通インク流路の一方側の側壁が前記第１圧力室列の圧力室に連通するノズル近傍に配置され、かつ、前記共通インク流路の他方側の側壁が、前記第２圧力室の圧力室に連通するノズル近傍に配置されており、
   前記アパーチャが、前記第３の方向に関して前記圧力室と異なる高さで、前記平面と実質的に平行に延在しているとともに、前記第３の方向から見て、前記圧力室の前記他方側に隣接する圧力室に重なるように配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. それぞれ複数の前記圧力室列を含み、前記第１方向と直交する方向に関して、互いに離隔しつつ、オーバーラップするように配置された、第１の圧力室列群及び第２の圧力室列群を備え、
   前記オーバーラップした部分における、前記第１の圧力室列群および前記第２の圧力室列群それぞれの前記圧力室列に含まれる圧力室の数が前記オーバーラップしていない部分よりも少なく、且つ、前記第１の圧力室列群および前記第２の圧力室列群における前記圧力室列に含まれる圧力室の合計が前記オーバーラップしていない部分における前記圧力室列に含まれる圧力室の数と等しい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. 前記第１圧力室列群を構成する複数の圧力室列及び前記第２圧力室列群を構成する複数の圧力室列が、それぞれ、前記第３の方向から見て台形形状の領域内に収まっており、
   前記第１圧力室列群と前記第２圧力室列群とが、前記第１の方向と直交する方向に関して、隣接する前記第１圧力室列群に対応する台形の斜辺と前記第２圧力室列群に対応する台形の斜辺とがオーバーラップするように前記第１方向に沿って交互に千鳥状に配列され、
   前記第３の方向から見て、前記第１圧力室列群及び前記第２圧力室列群に対応する台形に重なる位置に、それぞれ、前記共通インク通路から供給されたインクを前記ノズルから吐出させるために前記圧力室内のインクに圧力を発生させる、台形形状のアクチュエータユニットが配置されていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記圧力室内における圧力波の伝播方向が前記平面と実質的に平行であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記流路ユニットが複数のシート部材を積層して形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に係るインクジェットヘッドを備えていることを特徴とするインクジェットプリンタ。

Images