JP7036637B2 - 液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Description

本開示は、液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置に関する。

従来、印刷用ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なう液体吐出ヘッドが知られている。液体吐出ヘッドには、例えば、液体を吐出する吐出孔が二次元的に広がって多数配置されている。記録媒体には、各吐出孔から吐出された液体が並んで着弾することにより、印刷が行なわれる（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００９－１４３１６８号公報

本開示の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、該複数の加圧室と共通して繋がっている第１共通流路、および前記複数の加圧室と共通して繋がっている第２共通流路を有する流路部材と、前記複数の加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを含んでいる液体吐出ヘッドであって、前記第１共通流路は、第１方向に伸びているとともに、両端部で前記流路部材の外部に開口しており、前記第２共通流路は、前記第１方向に伸びているとともに、両端部で前記流路部材の外部に開口していることを特徴とする。

また、本開示の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする。

（ａ）は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は、図１の液体吐出ヘッドの要部であるヘッド本体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）から第２流路部材を除いた平面図である。 図２（ｂ）の一部の拡大平面図である。 図２（ｂ）の一部の拡大平面図である。 （ａ）は、ヘッド本体の模式的な部分縦断面図であり、（ｂ）は、ヘッド本体の他の部分の縦断面図ある。

図１（ａ）は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタ１（以下で単にプリンタと言うことがある）の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐを搬送ローラ８０Ａから搬送ローラ８０Ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、印刷用紙Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１
はいわゆるラインプリンタとなっている。記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行となるように平板状のヘッド搭載フレーム７０（以下で単にフレームと言うことがある）が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５～２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つの液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向、すなわち、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体、例えば、インクが供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群７２で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、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。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載されている液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッド群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッド群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能の液体吐出ヘッド２を使用しても搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色のあるインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０Ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２Ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２Ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０Ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２Ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０Ｂは、搬送ローラ８２Ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、１００ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって
制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ１は、印刷用紙Ｐを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付けて、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。例えば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出特性、すなわち、吐出量や吐出速度などに影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本開示の一実施形態の液体吐出ヘッド２について説明する。図２（ａ）は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体２ａを示す平面図である。図２（ｂ）は、ヘッド本体２ａから第２流路部材６を除いた状態の平面図である。図３は、図２（ｂ）の一点鎖線の範囲のヘッド本体２ａの拡大平面図である。図４は、図３の一点鎖線の範囲のヘッド本体２ａの拡大平面図である。図５（ａ）は、ヘッド本体２ａの、模式的な部分縦断面図である。図５（ａ）では、流路の繋がっている状態を示すために、実際には、同一の縦断面に存在しない流路を描いている。具体的には、プレート４ｇから上は、図４のｉ－ｉに沿った断面であり、プレート４ｈから下上は、図４のｉｉ－ｉｉに沿った断面である。図５（ｂ）は、ヘッド本体２ａの、他の部分の縦断面図である。ただし、図５（ｂ）には、図２（ａ）には描いていない信号伝達部６０も描いてある。

各図は、図面を分かり易くするために次のように描いている。図２～４では、他のものの下方にあって破線で描くべき流路などを実線で描いている。図４においては、図を左右に分けている中央の２点鎖線の左側では、第２個別流路１４を省略して描いており、２点鎖線の右側では、第１個別流路１２、個別電極４４および接続電極４６を省略して描いている。

液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａ以外に、金属製の筐体や、ドライバＩＣ、配線基板などを含んでいてもよい。また、ヘッド本体２ａは、第１流路部材４と、第１流路部材４に液体を供給する第２流路部材６と、加圧部である変位素子５０が作り込まれている圧電アクチュエータ基板４０とを含んでいる。ヘッド本体２ａは、一方方向に長い平板形状を有しており、その方向を長手方向と言うことがある。また、第２流路部材６は、ヘッド本体２ａの構造を支持する支持部材の役割を果たしており、ヘッド本体２ａは、第２流路部材６の長手方向の両端部のそれぞれでフレーム７０に固定される。

ヘッド本体２ａを構成する第１流路部材４は、平板状の形状を有しており、その厚さは０．５～２ｍｍ程度である。第１流路部材４の一つの面である加圧室面４－１には、加圧室１０が平面方向に多数並んで配置されている。第１流路部材４の、加圧室面４－１と反対の面である吐出孔面４－２には、液体が吐出される吐出孔８が平面方向に多数並んで配置されている。吐出孔８は、それぞれ加圧室１０と繋がっている。以下では、加圧室面４－１は、吐出孔面４－２に対して、上方に位置しているとして説明をする。

第１流路部材４には、複数の第１共通流路２０および複数の第２共通流路２２が、第１
方向に沿って伸びるように配置されている。以下で、第１共通流路２０と第２共通流路２２とを合わせて、共通流路と言うことがある。第１共通流路２０と第２共通流路２２とは重なって配置されている。第１共通流路２０および第２共通流路２２が並んでいる方向であり、第１方向と交差する方向を第２方向とする。なお、第１方向は、ヘッド本体２ａの長手方向と同じ方向である。また、第１方向と反対の方向を第３方向とし、第２方向の反対の方向を第４方向とする。

第１共通流路２０および第２共通流路２２の両側に沿って、第１共通流路２０および第２共通流路２２と繋がっている加圧室１０が並んでおり、片側２行ずつ、合計４行の加圧室行１１Ａを構成している。第１共通流路２０および第２共通流路２２と繋がっている４行の加圧室行１１Ａを、第２方向に順に第１加圧室行１１Ａ１、第２加圧室行１１Ａ２、第３加圧室行１１Ａ３、第４加圧室行１１Ａ４と呼ぶ。第１加圧室行１１Ａ１に属する加圧室１０を第１加圧室と言うことあり、第２～４加圧室も同様の意味で用いる。

第１共通流路２０とその両側に並んでいる４行の加圧室１０とは、第１個別流路１２を介して繋がっている。第２共通流路２２とその両側に並んでいる４行の加圧室１０とは、第２個別流路１４を介して繋がっている。

以上のような構成により、第１流路部材４においては、第１共通流路２０に供給された液体は、第１共通流路２０に沿って並んでいる加圧室１０に流れ込み、一部の液体は吐出孔８から吐出され、他の一部の液体は、第１共通流路２０と重なって配置されている第２共通流路２２に流れ込み、第１流路部材４から外部に排出される。

第１共通流路２０は、第２共通流路の上に重なるように配置されている。第１共通流路２０は、第１個別流路が繋がっている範囲の外側において、第１方向の端部および第３方向の両方の端部に配置されている開口２０ｂで第１流路部材４の外部に開口している。第２共通流路２２は、第２個別流路が繋がっている範囲の外側で、かつ第１共通流路２０の開口２０ｂよりも外側において、第１方向の端部および第３方向の両方の端部に配置されている開口２２ｂで第１流路部材４の外部に開口している。下側に配置されている第２共通流路２２の開口２２ｂが、上側に配置されている第１共通流路２０の開口２０ｂの外側に配置されていることで、空間効率がよくなる。

第１共通流路２０の第１方向側に開口２０ａと第３方向側に開口２０ａとからは、ほぼ同量の液体が供給され、第１共通流路２０の中央に向かって流れていく。１つの第１共通流路２０および第２共通流路２２に繋がっている吐出孔８からの液体の吐出量が、場所によらずほぼ一定の場合、第１共通流路２０の流れは、中央に向かうにしたがって遅くなり、ほぼ中央で０（ゼロ）になる。第２共通流路２２における流れはこれと逆で、ほぼ中央で０（ゼロ）であり、外側に向かうにしたがって流れは速くなる。

液体吐出ヘッド２では、様々なものを記録するので、１つの第１共通流路２０および第２共通流路２２に繋がっている吐出孔８からの液体の吐出量は、様々な分布を取る。第１方向側の吐出孔８からの吐出量が多い場合、流れが０（ゼロ）となる場所は、中央よりも第１方向側になる。逆に、第３方向側の吐出孔８からの吐出量が多い場合、流れが０（ゼロ）となる場所は、中央よりも第３方向側になる。このように、記録するものによって吐出の分布が変わることにより、流れが０（ゼロ）となる場所が移動する。これにより、ある瞬間に、流れが０（ゼロ）となって液体が滞留したとしても、吐出の分布が変わることにより、その場所での滞留は解消されるので、同じ場所で液体が滞留し続けることによる、顔料の沈降や、液体の固着などを起き難くできる。

第１共通流路２０に繋がっている第１個別流路１２の第１共通流路２０側の部分に加わ
る圧力は、圧力損失の影響で、第１共通流路２０に第１個別流路１２が繋がっている位置（主に第１方向における位置）により変わる。第２共通流路２２に繋がっている第２個別流路１４側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第２共通流路２２に第２個別流路１４が繋がっている位置（主に第１方向における位置）により変わる。１つの吐出孔８における液体の圧力をほぼ０（ゼロ）にすれば、上述の圧力変化は対称に変化するので、すべての吐出孔８で液体の圧力をほぼ０（ゼロ）にできる。

本実施形態では、第１共通流路２０および第２共通流路２２は、それぞれ８本ある。各共通流路に繋がっている加圧室１０は、共通流路の片側に２行、両側を合わせて４行の加圧室行１１Ａを構成している。したがって、加圧室行１１Ａは全体で３２行ある。

１つの第１共通流路２０および１つの第２共通流路２２に繋がっている４行の加圧室行１１Ａを第２方向に順に、第１加圧室行１１Ａ１、第２加圧室行１１Ａ２、第３加圧室行、１１Ａ３および第４加圧室行１１Ａ４と言う。また、それぞれに属する加圧室１０を順に第１～４加圧室と言う。

吐出孔８は、各加圧室行１１Ａに対応して、吐出孔行９Ａを構成しており、吐出孔行９Ａは全体で３２行ある。各吐出孔行９Ａでは、吐出孔８は、５０ｄｐｉ（約２５．４ｍｍ／５０）の間隔で配置されている。３２行の吐出孔行があり、互いにずれて配置されていることにより、全体で１６００ｄｐｉの間隔で吐出孔８が配置されている。

より具体的には、図３において、吐出孔８を第１方向と直交する方向に投影すると、仮想直線Ｒの範囲に３２個の吐出孔８が投影され、仮想直線Ｒ内で各吐出孔８は１２００ｄｐｉの間隔に並ぶ。これにより、仮想直線Ｒに直交する方向に印刷用紙Ｐを搬送して印刷すれば、１２０ｄｐｉの解像度で印刷できる。

第２流路部材６は、第１流路部材４の加圧室面４－１に接合されており、第１共通流路２０に液体を供給する第１統合流路２４と、第２共通流路２２の液体を回収する第２統合流路２６とを有している。第２流路部材６の厚さは、第１流路部材４よりも厚く、５～３０ｍｍ程度である。

第２流路部材６は、第１流路部材４の加圧室面４－１における、圧電アクチュエータ基板４０が接続されていない領域で接合されている。より具体的には、圧電アクチュエータ基板４０を囲むように接合されている。このようにすることで、圧電アクチュエータ基板４０に、吐出した液体の一部がミストとなって付着するのを抑制できる。また、第１流路部材４を外周で固定することになるので、第１流路部材４が変位素子５０の駆動にともなって振動し、共振などが生じるのを抑制できる。

第１統合流路２４の第３方向の端部には、第２流路部材６の上面に開口している開口２４ｂが配置されている。第１統合流路２４は途中で２つに分岐して、一方は第３方向側の第１共通流路２０の開口２０ｂに繋がっており、もう一方は第１方向側の第１共通流路２０の開口２０ｂに繋がっている。第２統合流路２６の第１方向の端部には、第２流路部材６の上面に開口している開口２６ｂが配置されている。第２統合流路２６は途中で２つに分岐して、一方は第１方向側の第２共通流路２２の開口２２ｂに繋がっており、もう一方は第３方向側の第１共通流路２２の開口２２ｂに繋がっている。印刷をする場合には、外部から第１統合流路２４の開口２４ｂに液体を供給し、吐出しなかった液体は、第２統合流路２６の開口２６ｂから回収する。

また、第２流路部材６には、第２流路部材６を上下に貫通している貫通孔６ａが配置されている。貫通孔６ａには、圧電アクチュエータ基板４０を駆動する駆動信号を伝達する
ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの信号伝達部が通される。

第１統合流路２４を、第１流路部材４とは別の、第１流路部材４より厚い第２流路部材６に配置することで、第１統合流路２４の断面積を大きくすることができ、それにより第１統合流路２４と第１共通流路２０とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第１統合流路２４の流路抵抗は、第１共通流路２０の１／１００以下にするのが好ましい。ここで、第１統合流路２４の流路抵抗とは、より正確には第１統合流路２４のうちで、第１共通流路２０と繋がっている範囲の流路抵抗のことである。

第２統合流路２６を、第１流路部材４とは別の、第１流路部材４より厚い第２流路部材６に配置することで、第２統合流路２６の断面積を大きくすることができ、それにより第２統合流路２６と第２共通流路２２とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第２統合流路２６の流路抵抗は、第２共通流路２２の１／１００以下にするのが好ましい。ここで、第２統合流路２６の流路抵抗とは、より正確には第２統合流路２６のうちで、第１統合流路２４と繋がっている範囲の流路抵抗のことである。

第１統合流路２４を第２流路部材６の短手方向の一方の端に配置し、第２統合流路２６を第２流路部材６の短手方向の他方の端に配置し、それぞれの流路を第１流路部材４側に向かわせて、それぞれ第１共通流路２０および第２共通流路２２と繋げる構造にする。このような構造にすることで、第１統合流路２４および第２統合流路２６の断面積を大きくして、流路抵抗を小さくすることができる。またこのような構造にすることで、第１流路部材４は、外周が第２流路部材６で固定されるので剛性を高くできる。さらに、このような構造にすることで、信号伝達部６０の通る貫通孔６ａを設けることができる。

第２流路部材６の下面には、第１統合流路２４となる溝と、第２統合流路２６となる溝が配置されている。第２流路部材６の第１統合流路２２となる溝は、下面の一部は流路部材４の上面で塞がれ、下面の他の部分は流路部材４の上面に配置されている、第１共通流路２０の開口２０ａと繋がることで、第１統合流路２２となっている。第２流路部材６の第２統合流路２６となる溝は、下面の一部は流路部材４の上面で塞がれる、下面の他の部分は流路部材４の上面に配置されている、第２共通流路２２の開口２２ａと繋がることで、第２統合流路２６となっている。

第１統合流路２４および第２統合流路２６には、ダンパを設けて、液体の吐出量の変動に対して液体の供給、あるいは排出が安定するようにしてもよい。また、第１統合流路２４および第２統合流路２６の内部や、第１共通流路２０あるいは第２共通流路２２との間に、フィルタを設けることにより、異物や気泡が、第１流路部材４に入り込み難くしてもよい。

第１流路部材４の上面である加圧室面４－１には、変位素子５０を含む圧電アクチュエータ基板４０が接合されており、各変位素子５０が加圧室１０上に位置するように配置されている。圧電アクチュエータ基板４０は、加圧室１０によって形成された加圧室群とほぼ同一の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の加圧室面４－１に圧電アクチュエータ基板４０が接合されることで閉塞される。圧電アクチュエータ基板４０は、ヘッド本体２ａと同じ方向に長い長方形状である。また、圧電アクチュエータ基板４０には、各変位素子５０に信号を供給するためのＦＰＣなどの信号伝達部６０が接続されている。第２流路部材６には、中央で、上下に貫通している貫通孔６ａがあり、信号伝達部６０は貫通孔６ａを通って制御部８８と電気的に繋がれる。信号伝達部６０は、圧電アクチュエータ基板４０の一方の長辺の端から他方の長辺の端に向かうように短手方向に伸びる形状にし、信号伝達部に配置される配線が短手方向に沿って伸び、長手方向に並ぶようにすれば、配線間の距離を大きくできる。

圧電アクチュエータ基板４０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４４がそれぞれ配置されている。

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。流路部材４の加圧室面４－１側にはプレート４ａが配置されており、プレート４ａから下には、プレート４ｂ～４ｌが順に積層されている。なお、加圧室１０の側壁となる孔が形成されているプレート４ａをキャビティプレート４ａ、共通流路の側壁となる孔が形成されているプレート４ｅ、ｆ、ｉ、ｊをマニホールドプレート４ｅ、ｆ、ｉ、ｊ、吐出孔８が開口しているプレート４ｌをノズルプレート４ｌと呼ぶことがある。各プレートには多数の孔や溝が形成されている。孔や溝は、例えば、各プレートを金属で作製し、エッチングで形成できる。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第１共通流路２０などの流路を構成するように、位置合わせして積層されている。

平板状の流路部材４の加圧室面４－１には、加圧室本体１０ａが開口しており、圧電アクチュエータ基板４０が接合されている。また、加圧室面４－１には、第１共通流路２０に液体を供給する開口２０ａ、および第２共通流路２２から液体を回収する開口２４ａが開口している。流路部材４の、加圧室面４－１と反対側の面である吐出孔面４－２には吐出孔８が開口している。

液体を吐出する構造としては、加圧室１０と吐出孔８とがある。加圧室１０は、変位素子５０に面している加圧室本体１０ａと、加圧室本体１０ａより断面積が小さいディセンダ１０ｂから成っている。加圧室本体１０ａは、キャビティプレート４ａに形成されており、ディセンダ１０ｂは、プレート４ｂ～ｋに形成された孔が重ねられ、さらにノズルプレート４ｌで（吐出孔８以外の部分を）塞がれて成っている。

加圧室本体１０ａには、第１個別流路１２が繋がっており、第１個別流路１２は、第１共通流路２０に繋がっている。第１個別流路１２は、プレート４ｂを貫通する円形状の孔とプレート４ｃを平面方向に伸びる細長い貫通溝と、プレート４ｄを貫通する円形状の孔とを含んでいる。

ディセンダ１０ｂには、第２個別流路１４が繋がっており、第２個別流路１４は、第２共通流路２２に繋がっている。第２個別流路１４はプレート４ｋの部分流路１０ｂとなる円形状の孔から繋がっている、平面方向に伸びる細長い貫通溝と、プレート４ｊを貫通する円形状の孔とを含んでいる第１部位１４ａ、およびプレート４ｉを貫通し、第２共通流路２２となる貫通溝に繋がっている矩形状の孔である第２部位１４ｂとを含んでいる。第２部位１４ｂは、他のディセンダ１０ｂから繋がっている第２個別流路１４と共用になっており、２つの第２個別流路１４の第１部位１４ａは、プレート４ｉの第２部位１４ｂで一緒になった後、第２共通流路２２に繋がっている。

第１共通流路２０はプレート４ｅ、ｆに形成された孔が重ねられ、さらに上側をプレート４ｄで、下側をプレート４ｇで塞がれて成っている。第２共通流路２２はプレート４ｉ、ｊに形成された孔が重ねられ、さらに上側をプレート４ｈで、下側をプレート４ｋで塞がれて成っている。

液体の流れについて、まとめると、第１統合流路２４に供給された液体は、第１共通流路２０および第１個別流路１２を順に通って加圧室１０に入り、一部の液体は吐出孔８から吐出される。吐出されなかった液体は、第２個別流路１４を通って、第２共通流路２２に入った後、第２統合流路２６に入り、ヘッド本体２ａの外部に排出される。

圧電アクチュエータ基板４０は、圧電体である２枚の圧電セラミック層４０ａ、４０ｂ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４０ａ、４０ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。すなわち、圧電アクチュエータ基板４０の圧電セラミック層４０ａの上面から圧電セラミック層４０ｂの下面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層４０ａと圧電セラミック層４０ｂの厚さの比は、３：７～７：３、好ましく４：６～６：４にされる。圧電セラミック層４０ａ、４０ｂ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４０ａ、４０ｂは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ＮａＮｂＯ_３系、ＢａＴｉＯ_３系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ_３系、ＢｉＮａＮｂ_５Ｏ_１５系などのセラミックス材料からなる。

圧電アクチュエータ基板４０は、Ａｇ－Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極４２およびＡｕ系などの金属材料からなる個別電極４４を有している。共通電極４２の厚さは２μｍ程度であり、個別電極４４の厚さは、１μｍ程度である。

個別電極４４は、圧電アクチュエータ基板４０の上面における各加圧室１０に対向する位置に、それぞれ配置されている。個別電極４４は、平面形状が加圧室本体１０ａより一回り小さく、加圧室本体１０ａとほぼ相似な形状を有している個別電極本体４４ａと、個別電極本体４４ａから引き出されている引出電極４４ｂとを含んでいる。引出電極４４ｂの一端の、加圧室１０と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極４６が形成されている。接続電極４６は、例えば銀粒子などの導電性粒子を含んだ導電性樹脂であり、５～２００μｍ程度の厚さで形成されている。また、接続電極４６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４４には、制御部８８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４２は、圧電セラミック層４０ａと圧電セラミック層４０ｂ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４２は、圧電アクチュエータ基板４０に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極４２は、圧電セラミック層４０ａ上に個別電極４４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（不図示）に、圧電セラミック層４０ａを貫通して形成された貫通導体を介して繋がっている。また、共通電極４２は、共通電極用表面電を介して接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極は、個別電極４４と同様に、制御部８８と直接あるいは間接的に接続されている。

圧電セラミック層４０ａの個別電極４４と共通電極４２とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極４４に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子５０となっている。より具体的には、個別電極４４を共通電極４２と異なる電位にして圧電セラミック層４０ａ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８８により個別電極４４を共通電極４２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４０ａ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４０ｂ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４０ａと圧電セラミック層４０ｂ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４０ｂ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。

続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部８８からの制御でドライバＩＣな
どを介して、個別電極４４に供給される駆動信号により、変位素子５０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ個別電極４４を共通電極４２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４４を共通電極４２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４４が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層４０ａ、４０ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、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。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極４４を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極４４に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、加圧室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。加圧室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、加圧室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、圧電アクチュエータ基板４０の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

本実施形態では、加圧室本体１０ａの平面形状は円形状であり、無限の回転対称性がある。加圧室本体１０ａの平面形状としては３回転対称以上の回転対称形状がよい。また、第１個別流路１２の加圧室本体１０ａ側の開口は、加圧室本体１０の面積重心に対して、ディセンダ１０ｂの加圧室本体１０ａ側の開口の反対側に配置されている。ここで反対側とは、より詳細には、成す角度が１３５度以上のことである。

第２、３加圧室において、ディセンダ１０ｂの加圧室本体１０ａ側の開口は、第１共通流路２０および第１共通流路２２に対して加圧室本体１０ａの面積重心よりも遠くに配置されている。これにより、第１共通流路２０および第２共通流路２２の幅を広くでき、流れる液体の流量を増やせる。

第１個別流路１２は、圧力波を反射させる部分であり、流路抵抗を高くする必要があり、細長い形状にされる。

第１加圧室は、ディセンダ１０ｂおよび第１個別流路１２の繋がっている位置は、第２加圧室に対して９０度回転した位置になっている。しかし、加圧室本体１０ａは９０度の回転対称性を持っているので、加圧室本体１０ａ同士は、回転なしに平行移動した関係になっている。これにより加圧室本体１０ａの剛性の差が少なくなり、吐出特性に差が生じ難くなる。

第１個別流路１２は、加圧室本体１０ａから第１共通流路２０および第２共通流路２２の方向に伸びている。第１加圧室に繋がっている第１個別流路１２と、第３加圧室に繋がっている第１個別流路１２とは、互いに向かって伸びている。第１加圧室の第１個別流路１２の繋がっている位置が、第２加圧室に対して９０度回転した位置になっていることで、第１加圧室に繋がっている第１個別流路１２は、回転がない場合よりも、第１共通流路２０および第２共通流路２２から離れた位置に配置できる。これにより、第１加圧室に繋
がっている第１個別流路１２と、第３加圧室に繋がっている第１個別流路１２とが、第２方向において重ならないように配置できる。

第４加圧室に繋がっている第１個別流路１２と、第２加圧室に繋がっている第１個別流路１２とは、互いに向かって伸びている。第４加圧室の第１個別流路１２の繋がっている位置が、第３加圧室に対して９０度回転した位置になっていることで、第４加圧室に繋がっている第１個別流路１２は、回転がない場合よりも、第１共通流路２０および第２共通流路２２から離れた位置に配置できる。これにより、第４加圧室に繋がっている第１個別流路１２と、第２加圧室に繋がっている第１個別流路１２とが、第２方向において重ならないように配置できる。

１・・・カラーインクジェットプリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
４・・・（第１）流路部材
４ａ～ｌ・・・プレート
４－１・・・加圧室面
４－２・・・吐出孔面
６・・・第２流路部材
６ａ・・・（第２流路部材の）貫通孔
８・・・吐出孔
９Ａ・・・吐出孔行
１０・・・加圧室
１０ａ・・・加圧室本体
１０ｂ・・・部分流路
１１Ａ・・・加圧室行
１２・・・第１個別流路
１４・・・第２個別流路
１４ａ・・・（第２個別流路の）第１部位
１４ｂ・・・（第２個別流路の）第２部位
２０・・・第１共通流路（共通供給流路）
２０ａ・・・第１共通流路本体
２０ｂ・・・（第１共通流路）開口
２２・・・第２共通流路（共通排出流路）
２２ａ・・・第２共通流路本体
２２ｂ・・・（第２共通流路の）開口
２４・・・第１統合流路
２４ａ・・・第１統合流路本体
２４ｂ・・・（第１統合流路の）開口
２６・・・第２統合流路
２６ａ・・・第２統合流路本体
２６ｂ・・・（第２統合流路の）開口
４０・・・圧電アクチュエータ基板
４０ａ・・・圧電セラミック層
４０ｂ・・・圧電セラミック層（振動板）
４２・・・共通電極
４４・・・個別電極
４４ａ・・・個別電極本体
４４ｂ・・・引出電極
４６・・・接続電極
５０・・・変位素子（加圧部）
７０・・・ヘッド搭載フレーム
７２・・・ヘッド群
８０Ａ・・・給紙ローラ
８０Ｂ・・・回収ローラ
８２Ａ・・・ガイドローラ
８２Ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (4)

1. 複数の吐出孔、該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、該複数の加圧室と共通して繋がっている第１共通流路、および前記複数の加圧室と共通して繋がっている第２共通流路を有する流路部材と、前記複数の加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを含んでいる液体吐出ヘッドであって、
   前記第１共通流路は、第１方向に伸びる直線状の形状を有しているとともに、両端部で前記流路部材の外部に開口しており、
   前記第２共通流路は、前記第１方向に伸びる直線状の形状を有しているとともに、両端部で前記流路部材の外部に開口しており、
   前記第１共通流路は、前記第２共通流路よりも短く、全体が前記第２共通流路と重なるように前記第２共通流路の上に配置されており、
   前記第１方向と交差する方向を第２方向とし、前記第１方向と反対の方向を第３方向とすると、
   前記第１共通流路は、前記第１方向の端部に位置する第１開口と、前記第３方向の端部に位置する第２開口と、を有しており、
   前記第２共通流路は、前記第１方向の端部に位置する第３開口と、前記第３方向の端部に位置する第４開口と、を有しており、
   前記第１乃至第４開口は、前記第１方向に伸びる１つの直線上に位置しており、
   前記第１共通流路および前記第２共通流路は、前記第２方向に沿って複数配置されており、
   複数の前記第１開口は、前記第２方向に沿って延びる第１列を成すように配置されており、
   複数の前記第２開口は、前記第２方向に沿って延びる第２列を成すように配置されており、
   複数の前記第３開口は、前記第２方向に沿って延びる第３列を成すように配置されており、
   複数の前記第４開口は、前記第２方向に沿って延びる第４列を成すように配置されており、
   前記第１列および前記第２列は、前記第３列と前記第４列の間に、前記第３列および前記第４列と重ならないように配置されている、
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記加圧室は、前記加圧部に面している加圧室本体と、該加圧室本体と前記吐出孔とを繋いでいる部分流路とを含んでおり、
   前記第１共通流路は、前記加圧室本体に繋がっており、前記第２共通流路は、前記部分流路に繋が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. 前記第２共通流路の第１方向側の端部の開口は、前記第１共通流路の前記第１方向側の端部の開口よりも、前記第１方向に配置されており、
   前記第２共通流路の第１方向と反対の方向である第３方向側の端部の開口は、前記第１共通流路の前記第３方向側の端部の開口よりも、前記第３方向に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする記録装置。

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