JP2014065184A - 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】ヘッド本体に供給する液体の圧力の差が小さいリザーバを備えた液体吐出ヘッド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】液体吐出ヘッド２は、一方方向に沿って配置されている複数の吐出孔を有するヘッド本体と、ヘッド本体に液体を供給する、一方方向に延びるリザーバ流路４２を有するリザーバ４０とを備える液体吐出ヘッド２であって、リザーバ流路４２は、一方方向に沿って配置されている複数の接続流路４２ｄを介してヘッド本体に液体を供給するとともに、外部から液体を供給される供給孔４２ｂを備えており、複数の接続流路４２ｄは、供給孔４２ｂからの一方方向に沿った距離が長いほど、流路抵抗が小さくなっている。
【選択図】図６

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。

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、そのような液体吐出ヘッドは、吐出されるインクの量の増減に対応するために、ヘッド本体以外にリザーバを備えることが知られており、一方方向に液体吐出ヘッドに沿うように設けられているリザーバ内のリザーバ流路からインクを供給するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００６−２５６３４２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、一方方向に長いリザーバ流路の途中の複数の場所からヘッド本体に液体が供給されることになるので、リザーバ流路からヘッド本体に液体が供給される位置によって、液体に加わっている圧力に差が生じて、ヘッド本体内の吐出孔の位置によって液体の吐出特性に差が生じるという問題があった。

したがって、本発明の目的は、ヘッド本体に供給する液体の圧力の差を小さくできるリザーバを備えた液体吐出ヘッド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、一方方向に沿って配置されている複数の吐出孔を有するヘッド本体と、該ヘッド本体に液体を供給する、前記一方方向に延びるリザーバ流路を有するリザーバとを備える液体吐出ヘッドであって、前記リザーバ流路は、前記一方方向に沿って配置されている複数の接続流路を介して前記ヘッド本体に液体を供給するとともに、外部から液体を供給される供給孔を備えており、前記複数の接続流路は、前記供給孔からの前記一方方向に沿った距離が長いほど、流路抵抗が小さくなっていることを特徴とする。

本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに対して記録媒体を搬
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、リザーバからヘッド本体に複数の接続流路を通じて流れ込む液体の圧力に、接続流路が液体吐出ヘッド内のどの位置にあるかによる差が生じ難いので、液体吐出ヘッド内における吐出特性のばらつきを小さくできる。

本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。 図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体の平面図である。 図２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２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のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。 図１の液体吐出ヘッドの縦断面図である。

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、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、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。

４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の吐出孔８が設けられている吐出孔面４−１となっている（図４および５参照）。

１つの液体吐出ヘッド２に設けられた吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２の吐出孔８は一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐ搬送方向に平行でない方向（典型的には、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、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、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）である。各液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト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１３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６は液体吐出ヘッド２の縦断面図である。液体吐出ヘッド２は、一方方向（図６の左右方向）に長い。液体吐出ヘッド２は、長手方向に沿って吐出孔８が配置されている吐出孔面４−１を備える流路部材４および圧電アクチュエータユニット２１を含むヘッド本体１３と、リザーバ４０とを含んでいる。液体吐出ヘッド２には、さらに筐体９０が含まれている。図６では流路部材４の内部構造は省略してある。また、図６の断面では、圧電アクチュエータユニット２１は見えず、圧電アクチュエータユニット２１は、流路部材４に接合されて、プレート４０ｅに設けられた凹部に収容されている。

ヘッド本体１３では、流路部材４の上にリザーバ４０が積層されており、その間に圧電アクチュエータユニット２１が収められている。リザーバ４０には、長手方向に延びるリザーバ流路４２が設けられており、外部から供給孔４２ｂを通じてリザーバ流路４２に入れられた液体は、リザーバ流路４２の長手方向に沿って複数配置されている接続流路４２ｄを通じて、ヘッド本体１３に流れ込むようになっている。

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４６になっている。ダンパ４６のリザーバ流路４２と反対の面は、ダンパ４６が変形可能なように空間になっており、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る。これにより、液体吐出量が変化した場合などに、安定して液体が供給できるようにできる。なお、ダンパ４６は必ずしもも設ける必要はない。

次に本発明の液体吐出ヘッド２を構成する流路部材４について説明する。図２は、ヘッド本体１３の平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体１３の一部である。図３では、配置を分かり易くすため一部の流路を省略して描いている。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図で、吐出孔８の位置が分かり易いように、図３とは別の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電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液体加圧室１０（加圧室群９）、しぼり１２および吐出孔８などを実線で描いている。図５は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。

ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、加圧部を含む圧電アクチュエータユニット２１を有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。

流路部材４の内部にはマニホールド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細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニ
ホールド５には開口５ｂを通じて、リザーバ流路４２から液体が供給される。

流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがあり、開口５ｂから副マニホールド５ａまでのマニホールド５を液体供給路５ｃということがある）。開口５ｂに繋がる液体供給路５ｃは、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体１３の長手方向に延在している。すなわち、副マニホールド５ａの両端は、液体供給路５ｃに繋がっている。

流路部材４は、複数の液体加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの加圧室群９を有している。液体加圧室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。液体加圧室１０は流路部材４の上面である加圧室面４−２に開口するように形成されている。これらの液体加圧室１０は、流路部材４の上面の圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室１０によって形成された各加圧室群９は圧電アクチュエータユニット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、各液体加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。

本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。

全体では、マニホールド５から繋がる液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各加圧室列に含まれる液体加圧室１０の数は、加圧部である変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。吐出孔８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。

つまり、液体吐出ヘッド２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３に示した仮想直線のＲの範囲に、各副マニホールド５ａ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の等間隔になっている。また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されている。

圧電アクチュエータユニット２１の上面における各液体加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は液体加圧室１０より一回り小さく、液体加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニッ
ト２１の上面における液体加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。

流路部材４の下面の液体吐出面には多数の吐出孔８が形成されている。これらの吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。

また、これらの吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット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ユニット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ユニット２１の変位素子５０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１３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２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１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。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａ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１３は、図５に示されているように、液体加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路３２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、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａ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２２に形成された液体加圧室１０である。第２に、液体加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。

第３に、液体加圧室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２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（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、副マニホールド５ａ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２７〜２９に形成されている。なお、副マニホールド５ａの位置によっては、マニホールドプレート２９には孔が形成されていない部分があり、これにより、副マニホールド５ａの断面積が変えられている。

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａ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、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室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。

リザーバ４０は、流路部材４と同様には圧延法等により得られ、エッチング加工したプレート４０ａ、ｃと、弾性素材であるダンパプレート４０ｂ、プラスチックの射出成型により作製されたプレート４０ｄと、金属プレートを切削加工して作製したプレート４０ｅとが積層してされている。プレート４０ｄを、金属プレートを切削加工、プレート４０ｅをプラスチックの射出成型で作製してもよい。

圧電アクチュエータユニット２１は、図５に示されるように、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ユニット２１全体の厚さは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液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。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ユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４およびとＡｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端は、液体加圧室１０と対向する領域外に引き出されて接続電極３６が形成されている。この接続電極３６は例えば銀粒子と樹脂の粒子と溶剤等とが混合されたものを塗布、乾燥して固着させ、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６には、信号伝達部が接続され、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。

共通電極３４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３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、信号伝達部上の別の電極と接続されている。

図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。

なお、後述のように、個別電極３５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３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２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ユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ）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５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個
別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には加圧部である変位素子５０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。

本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１においては、個別電極３５を共通電極３４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。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、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または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａ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。

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３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、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は液体加圧室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３５を共通電極３４より高い電位とする第１の電圧Ｖ１Ｖ（ボルト、以下で省略することがある）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４とを一旦、第１の電圧Ｖ１よりも低い第２の電圧を加えて低電位、例えば同じ電位にし、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３５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、液体加圧室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、液体加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から液体加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが液体加圧室１０側へ凸となるように変形し、液体加圧室１０の容積減少により液体加圧室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３５に供給することになる。このパルス幅は、液体加圧室１０内において圧力波がマニホールド５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、液体加圧室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）で階調表現が行なわれる。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。

このような液体吐出ヘッド２では、リザーバ流路４２が液体吐出ヘッド２の長手方向に沿って延び、図２に示すように長手方向に沿って設けられている共通流路の開口５ｂに液体を供給している。リザーバ流路本体４２ａが直方体状などの、長手方向に直交する方向の断面積がほぼ一定である形状をしていたり、リザーバ流路本体４２ａと共通流路の開口５ｂとを繋いでいる複数の接続流路４２ｄの形状が全て同じだとすると、共通流路の開口５ｂが、供給孔４２ｂに近いほど、液体の圧力が強くなり、液体の供給量が多くなる。そうすると、供給孔４２ｂに近い吐出孔から吐出される液滴の量が増え、印刷が濃くなるなど、液体吐出ヘッド２内で吐出特性のばらつきが大きくなる。なお、本実施形態においては、吐出孔８のノズル形状部にメニスカスができるように、液体吐出ヘッド２内の液体は、基本的に負圧にされるので、上述の液体の圧力が強くなるとは、液体の圧力の負圧値の絶対値が小さくなるということである。

そこで、接続流路４２ｄの形状を、供給孔４２ｂからの長手方向に沿った距離が大きいほど、接続流路４２ｄの流路抵抗が小さくなるようにする。そのようにすることで、共通流路の開口５ｂの位置による液体の圧力の差を小さくでき、液体吐出ヘッド２内の吐出特性のばらつきを小さくできる。例えば、本実施形態の液体吐出ヘッド２では、どのようなもの印刷するのかによっても変わるが、０．６〜１ｍＬ／ｓの液体を吐出し、リザーバ流路には、同じだけの液体が流れる。各共通流路の開口５ｂの部分で液体に加わっている圧力は、流速、リザーバ流路４２の形状、および使用する液体の特性から、計算あるいはシシミュレーションすることができるので、その圧力差を相殺するように接続流路４２ｄの流路抵抗を調整すればよい。

検討内容を簡単にするためには、リザーバ４２単体で考えるとよい。リザーバ流路本体４２ａを、ヘッド本体２ａを平面視した場合に、共通流路の開口５ｂが配置されている範囲と同程度の幅（１９ｍｍ）および長さ（１４０ｍｍ）のものとし、高さを４ｍｍとしてシミュレーションすると、供給孔４２ｂに最も近い接続流路４２ｄには０．０９ｍＬ／ｓで液体が流れ、最も遠い接続流路４２ｄには０．０３ｍＬ／ｓで液体が流れる。この流量差が小さくなるように、最も近い接続流路４２ｄより、最も遠い接続流路４２ｄの流路抵抗を小さくすればよい。

流路抵抗を小さくするためには、例えば、流路長を短くするか、断面積を大きくするかのどちらかを行なえばよい。また、接続流路４２ｄにフィルターを置き、その枚数や、開口率を変えて調整してもよい。

また、リザーバ流路本体４２ａの長手方向に直交する断面の面積を、供給孔４２ｂから離れるにしたがって大きくすることでも、共通流路の開口５ｂの位置による液体の圧力の差を小さくできる。

リザーバ流路本体４２ｂのヘッド本体１３側の部位を、板形状をした板状部４４とし、板状部４４を貫通する貫通孔を、接続流路４２ｄとし、供給孔４２ｂから長手方向に離れるにしたがって、板状部４４の厚さを薄くすれば、供給孔４２ｂから長手方向に離れるにしたがって、リザーバ流路本体４２ａの長手方向に直交する断面の面積を大きくし、かつ接続流路４２ｄの流路抵抗を小さくできるので、それぞれを単独で調整するよりの、効果的に調整できる。

リザーバ流路本体４２ａの（平均）高さは４〜８ｍｍであるのが好ましい。高さが低くなると、流速が速くなるので、共通流路の開口５ｂの位置による圧力差が大きくなり、調整するために接続流路４２ｄが占める体積が大きくなってしまうし、そもそもリザーバ流路本体４２ａの流路抵抗が大きくなって、液体のスループットが落ちるので、液体の供給が足りなくなるおそれがある。高さが高いと、流速が低くなって液体の滞留が生じやすく
、粒子を含んでいる液体などでは、沈降が生じるなどの不具合が生じるおそれがある。

リザーバ流路本体４２ａの（平均）高さが４ｍｍは１ｍＬ／ｓの流量で８秒分液量であり、高さが８ｍｍは１ｍＬ／ｓの流量で２８秒分液量であるので、リザーバ流路本体４２ａの体積として、流量の８〜２８秒分の体積であるの好ましい。

供給孔４２ｂは、リザーバ流路４２の長手方向の端部に設けられていることにより、リザーバ４０の上部に空いた空間を設けることができ、そこにヒータやと吐出信号を処理する回路基板などを配置することができる。

また、供給孔４２ｂを一方の端部に配置し、他方の端部に排出孔４２ｅを設けて、最初に液体を供給する際には、供給孔４２ｂから液体を供給し、排出孔４２ｅから液体を排出しつつ行なうことがよい。そのようにすると、液体に含まれている可能性のある気泡が、流路部材４側に行かずに、排出孔４２ｅから排出され易いので、液体を入れ終わった後に、流路部材４内に気泡が入った状態になり難くできる。なお、液体を吐出する際には、排出孔４２ｅは閉じられ、液体の供給は供給孔４２ｂからのみ行なわれる。

供給孔４２ｂからリザーバ流路本体４２ａを繋いでいる流路は、リザーバ流路本体４２ａよりも長手方向に直交する断面の面積が小さくなっているザーバ流路端部４２ｃとなっており、ザーバ流路端部４２ｃはリザーバ流路本体４２ａの、吐出孔面４−１から遠い側で繋がっていることにより、液体に含まれている可能性のある気体が、流路部材４に入って行き難くできる。これは、液体吐出ヘッド２は、基本的に吐出孔面４−１を下側に向けた状態で使われる。吐出孔面４−１は、水平にされるのが望ましいが、ドラム上を搬送される記録用紙Ｐに印刷する場合などは、ドラム面にほぼ平行になるように配置するために、ある程度傾けて使用してもよい。そのような状態で、リザーバ流路端部４２ｃをリザーバ流路本体４２ａの、吐出孔面４−１から遠い側で繋げることで、リザーバ流路端部４２ｃから入ってきた気泡は、そのままリザーバ流路本体４２ａの上部を漂い、流路部材４側には行き難い。なお、リザーバ流路本体４２ａの上部に溜まった気泡は、メインテナンス時などに、排出孔４２ｅから排出させればよい。

また、供給孔４２ｂからリザーバ流路本体４２ａを繋いでいる流路は、リザーバ流路本体４２ａよりも長手方向に直交する断面の面積が小さくなっているザーバ流路端部４２ｃとなっており、ザーバ流路端部４２ｃはリザーバ流路本体４２ａの、吐出孔面４−１から近い側で繋がっているとともに、エアトラップ部を有することで、液体に含まれている可能性のある気体を、リザーバ流路本体４２ａに入り難くできる。エアトラップ部に溜まった気体は、エアトラップ部にエア排出孔を設けて抜けるようにするのが好ましい。

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５０を示したが、これに限られるものでなく、液体加圧室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、液体加圧室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３４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３５を印刷して、焼成した後、Ａｇペーストを用いて接続電極３６を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータユニット２１を作製する。

次に、流路部材４を、圧延法等により得られプレート２２〜３１を、接着層を介して積層して作製する。プレート２２〜３１に、マニホールド５、個別供給流路６、液体加圧室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。

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ユニット２１や流路部材４への影響を及ぼさないために、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接合することができる。

これらプレート２２〜３１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、同様にさまざまな孔を開けた金属製のプレート４０ａおよび４０ｃと、ダンパ４６となる樹脂フィルムのダンパプレート４０ｂと、射出成型したプラスチックのプレート４０ｄと、金属プレートを切削加工したプレート４０ｅとを積層接着して作製する。

さらに、流路部材４に圧電アクチュエータユニット２１を積層接着し、流路部材４にリザーバ４０を積層接着することで液体吐出ヘッド２を作製することができる。これらの積層接着の接着層は、流路部材４の接着層と同様のものを用いることができる。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
４−１・・・吐出孔面
４−２・・・加圧室面
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・マニホールドの開口
５ｃ・・・液体供給路
６・・・個別供給流路
８・・・吐出孔
９・・・加圧室群
１０・・・液体加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・加圧室列
１２・・・しぼり
１３・・・ヘッド本体
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３６・・・接続電極
４０・・・リザーバ
４０ａ、４０ｃ〜４０ｅ・・・（リザーバの）プレート
４０ｂ・・・ダンパプレート
４２・・・リザーバ流路
４２ａ・・・リザーバ流路本体
４２ｂ・・・（リザーバ流路の）供給孔
４２ｃ・・・リザーバ流路本体端部
４２ｄ・・・接続流路
４２ｅ・・・（リザーバ流路の）排出孔
４４・・・板状部
４６・・・ダンパ
５０・・・変位素子（加圧部）
９０・・・筐体

Claims (7)

1. 一方方向に沿って配置されている複数の吐出孔を有するヘッド本体と、該ヘッド本体に液体を供給する、前記一方方向に延びるリザーバ流路を有するリザーバとを備える液体吐出ヘッドであって、
   前記リザーバ流路は、前記一方方向に沿って配置されている複数の接続流路を介して前記ヘッド本体に液体を供給するとともに、外部から液体を供給される供給孔を備えており、
   前記複数の接続流路は、前記供給孔からの前記一方方向に沿った距離が長いほど、流路抵抗が小さくなっていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記供給孔から前記一方方向に離れるにしたがって、前記リザーバ流路の前記一方方向に直交する断面の面積が大きくなってい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. 前記リザーバにおける、前記リザーバ流路の前記ヘッド本体側の部位は、前記複数の接続流路である複数の貫通孔が設けられている板状部となっており、前記供給孔から前記一方方向に離れるにしたがって、前記板状部の厚さが薄くなっていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記供給孔は、前記リザーバ流路の端部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記複数の吐出孔は、前記ヘッド本体に設けられている吐出孔面に配置されており、前記リザーバは、前記ヘッド本体の前記吐出孔面の反対側に接続されており、
   前記リザーバ流路は、リザーバ流路本体と、前記供給孔が設けられている側の端部で前記供給孔と前記リザーバ流路本体とを繋いでいる、前記リザーバ流路本体よりも前記一方方向に直交する断面の面積が狭くなっているリザーバ流路端部とを有しており、
   該リザーバ流路端部は、前記リザーバ流路本体に前記吐出孔面より遠い側で繋がっていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記複数の吐出孔は、前記ヘッド本体に設けられている吐出孔面に配置されており、前記リザーバは、前記ヘッド本体の前記吐出孔面の反対側に接続されており、
   前記リザーバ流路は、リザーバ流路本体と、前記供給孔が設けられている側の端部で前記供給孔と前記リザーバ流路本体とを繋いでいる、前記リザーバ流路本体よりも前記一方方向に直交する断面の面積が狭くなっているリザーバ流路端部とを有しており、
   該リザーバ流路端部は、前記リザーバ流路本体に前記吐出孔面に近い側で繋がっているとともに、エアトラップ部を有することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドに対して記録媒体を搬送する搬送部と、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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