(57)【要約】【課題】  マトリクス状にキャビティが配列されたプリントヘッドにおいて、周囲のキャビティからのクロストークが少なく、ドットの位置ずれを感じさせない良好な画質を得る。【解決手段】  圧電素子の層数をN、圧電素子の活性層数をA、キャビティを含む仮想格子における内角のうち90°以下の角度をα[°]、仮想格子の占有面積をSpin[mm2]、キャビティの占有面積をScav[mm2]、キャビティに設けられた圧電素子における活性部の占有面積をSpzt[mm2]としたときに、如何に示す関係式（１）を満足するように各部の角度及び寸法を設定する。  K0・Na0・Ab0・αc0・Spind0・(Scav/Spin)e0・(Spzt/Scav)f0 ≦ 0.1    （１）  ただし、a0=1.87686、b0=0.31786、c0=-0.18649、d0=-1.09273、e0=3.97019、f0=0.93332、K0=0.05307である。【選択図】  図５
2004168054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に対してインクを吐出するインクジェット型プリントヘッドにおいて、
前記インクを保持する複数のキャビティと、
前記キャビティの各々にそれぞれ配設され、前記キャビティの各々を押圧する複数の圧電素子と、
前記インクの吐出面にマトリクス状に配設され、前記キャビティの各々にそれぞれ連通する吐出ノズルとを備え、
前記圧電素子の層数をN、前記圧電素子の活性層数をA、前記キャビティを含む仮想格子における内角のうち90°以下の角度をα[°]、前記仮想格子の各々の占有面積をSpin[mm2]、前記キャビティの各々の占有面積をScav[mm2]、前記キャビティの各々に設けられた前記圧電素子における活性部の占有面積をSpzt[mm2]としたときに、以下に示す関係式（１）を満足していること
を特徴とするインクジェット型プリントヘッド。
K0・Na0・Ab0・αc0・Spind0・(Scav/Spin)e0・(Spzt/Scav)f0・≦・0.1      （１）
ただし、［a0=1.87686、b0=0.31786、c0=-0.18649、
d0=-1.09273、e0=3.97019、f0=0.93332、K0=0.05307］である。
【請求項２】
以下に示す関係式（２）を満足していること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット型プリントヘッド。
K2・Na2・Ab2・αc2・Spind2・(Scav/Spin)e2・(Spzt/Scav)f2 > 800      （２）
ただし、［a2=-1.87686、b2=-1.31786、c2=0.18649
d2=-0.90727、e2=-4.97019、f2=-1.93332、K2=18.84193］である。
【請求項３】
前記仮想格子における前記角度αは、60° < α < 90°を満たしていること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット型プリントヘッド。
【請求項４】
前記仮想格子の各々の占有面積Spinと前記キャビティの各々の占有面積Scavとは、以下に示す関係式（３）を満足していること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット型プリントヘッド。
(Scav/Spin) < 0.5      （３）
【請求項５】
前記キャビティの各々の占有面積Scavと前記圧電素子における活性部の占有面積Spztとは、以下に示す関係式（４）を満足していること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット型プリントヘッド。
(Spzt/Scav) < 0.55      （４）
【請求項６】
前記圧電素子の活性層数Aは、１とされていること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット型プリントヘッド。
【請求項７】
記録媒体に対してインクを吐出するインクジェット型プリントヘッドにおいて、
前記インクを保持する複数のキャビティと、
前記キャビティの各々にそれぞれ配設され、前記キャビティの各々を押圧する複数の圧電素子と、
前記インクの吐出面にマトリクス状に配設され、前記キャビティの各々にそれぞれ連通する吐出ノズルとを備え、
前記圧電素子の層数をN、前記圧電素子の活性層数をA、前記キャビティを含む仮想格子における内角のうち90°以下の角度をα[°]、前記仮想格子の各々の占有面積をSpin[mm2]、前記キャビティの各々の占有面積をScav[mm2]、前記キャビティの各々に設けられた前記圧電素子における活性部の占有面積をSpzt[mm2]としたときに、以下に示す関係式（５）を満足していること
を特徴とするインクジェット型プリントヘッド。
K0'・Na0'・Ab0'・αc0'・Spind0'・(Scav/Spin)e0'・(Spzt/Scav)f0' ≦ 0.1      （５）
ただし、［a0'=1.55486、b0'=0.27907、c0'=1.03986
d0'=-0.97015、e0'=4.24397、f0'=1.03880、K0'=0.00013］である。
【請求項８】
以下に示す関係式（６）を満足していること
を特徴とする請求項７記載のインクジェット型プリントヘッド。
K3・Na3・Ab3・αc3・Spind3・(Scav/Spin)e3・(Spzt/Scav)f3 > 7000      （６）
ただし、［a3=-1.55486、b3=-1.27907、c3=-1.03986
d3=-1.02985、e3=-5.24397、f3=-2.03880、K3=7620.4］である。
【請求項９】
前記仮想格子における前記角度αは、60° < α < 90°を満たしていること
を特徴とする請求項７記載のインクジェット型プリントヘッド。
【請求項１０】
前記仮想格子の各々の占有面積Spinと前記キャビティの各々の占有面積Scavとは、以下に示す関係式（７）を満足していること
を特徴とする請求項７記載のインクジェット型プリントヘッド。
(Scav/Spin) < 0.5      （７）
【請求項１１】
前記キャビティの各々の占有面積Scavと前記圧電素子における活性部の占有面積Spztとは、以下に示す関係式（８）を満足していること
を特徴とする請求項７記載のインクジェット型プリントヘッド。
(Spzt/Scav) < 0.55      （８）
【請求項１２】
前記圧電素子の活性層数Aは、１とされていること
を特徴とする請求項７記載のインクジェット型プリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体にインクを吐出するインクジェット型プリントヘッドに関し、さらに詳しくは、インクを保持する複数のキャビティがマトリクス状に配設されたインクジェット型プリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット型プリントヘッド（以下、単にプリントヘッドと称する。）は、インクを収容するインクタンクからマニホールド（供給路）を介して複数のキャビティ（圧力室）にインクに供給し、各々のキャビティにそれぞれ設けられた圧電素子によって各キャビティに対して選択的に圧力を付与することにより、各キャビティに連通して形成された吐出ノズルからインクを吐出する。プリントヘッドにおいては、印刷する画像の高画質化・高精細化を図ることが要求されているため、吐出ノズルの配設ピッチを狭くすることが必要とされている。
【０００３】
これに伴い、プリントヘッドにおいては、吐出ノズルに付随する圧電素子やキャビティなどの構成要素も密集して配置することが要求される。このように構成要素を密集して配置した場合、特定のキャビティを加圧してインク滴を吐出させると、加圧対象とするキャビティに隣接するキャビティに対しても加圧力が伝搬してしまい、隣接するキャビティの吐出特性にも影響が生じてしまう、すなわちクロストークが生じてしまうといった問題が発生する。
【０００４】
この問題を解決するために特許文献１では、吐出ノズルが連通する液室の少なくとも一面を形成する振動板を備えたプリントヘッドにおいて、振動板が樹脂フィルムとＳＵＳ(Steel Use Stainless)材の積層体とし、樹脂フィルムの厚さＴを液室の短手方向幅Ｗに対して０．０３５＊Ｗ＜Ｔ＜０．０６５＊Ｗの範囲内とすることによってクロストークの低減を図ることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３３４９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献１に開示された手法は、吐出ノズルが１列に並んだプリントヘッドにおいては有効であると考えられるものの、吐出ノズルをさらに高密度に配設するためにキャビティをマトリクス状に配設したプリントヘッドに対する有効性は疑問である。キャビティがマトリクス状に配列されたプリントヘッドにおいては、１方向に隣接するキャビティからだけではなく、隣接する全てのキャビティからクロストークの影響を受けることになるため、クロストークが画質に与える影響が一層大きくなる。したがって、上記の特許文献１に開示された手法は、キャビティがマトリクス状に配設されたプリントヘッドに対しては有効性が低いと考えられる。
【０００７】
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、マトリクス状にキャビティが配設されたプリントヘッドにおいて、隣接する周囲のキャビティからのクロストークを低減し、印刷した画素（ドット）の位置ずれを感じさせない高品質な出力結果を得ることが可能なインクジェット型プリントヘッドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１記載のインクジェット型プリントヘッドは、記録媒体に対してインクを吐出するインクジェット型プリントヘッドであって、前記インクを保持する複数のキャビティと、前記キャビティの各々にそれぞれ配設され、前記キャビティの各々を押圧する複数の圧電素子と、前記インクの吐出面にマトリクス状に配設され、前記キャビティの各々にそれぞれ連通する吐出ノズルとを備え、前記圧電素子の層数をN、前記圧電素子の活性層数をA、前記キャビティを含む仮想格子における内角のうち90°以下の角度をα[°]、前記仮想格子の各々の占有面積をSpin[mm2]、前記キャビティの各々の占有面積をScav[mm2]、前記キャビティの各々に設けられた前記圧電素子における活性部の占有面積をSpzt[mm2]としたときに、以下に示す関係式（９）を満足していることを特徴とするものである。
【０００９】
K0・Na0・Ab0・αc0・Spind0・(Scav/Spin)e0・(Spzt/Scav)f0 ≦ 0.1      （９）
ただし、［a0=1.87686、b0=0.31786、c0=-0.18649、
d0=-1.09273、e0=3.97019、f0=0.93332、K0=0.05307］である。
【００１０】
また、本発明の請求項７記載のインクジェット型プリントヘッドは、記録媒体に対してインクを吐出するインクジェット型プリントヘッドであって、前記インクを保持する複数のキャビティと、前記キャビティの各々にそれぞれ配設され、前記キャビティの各々を押圧する複数の圧電素子と、前記インクの吐出面にマトリクス状に配設され、前記キャビティの各々にそれぞれ連通する吐出ノズルとを備え、前記圧電素子の層数をN、前記圧電素子の活性層数をA、前記キャビティを含む仮想格子における内角のうち90°以下の角度をα[°]、前記仮想格子の各々の占有面積をSpin[mm2]、前記キャビティの各々の占有面積をScav[mm2]、前記キャビティの各々に設けられた前記圧電素子における活性部の占有面積をSpzt[mm2]としたときに、以下に示す関係式（１０）を満足していることを特徴とするものである。
【００１１】
K0'・Na0'・Ab0'・αc0'・Spind0'・(Scav/Spin)e0'・(Spzt/Scav)f0' ≦ 0.1      （１０）
ただし、［a0'=1.55486、b0'=0.27907、c0'=1.03986
d0'=-0.97015、e0'=4.24397、f0'=1.03880、K0'=0.00013］である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るインクジェット型プリントヘッドにおいては、各部の角度及び寸法が所定の関係式を満足するように設定されていることから、詳細を後述する理由により、所定のキャビティに隣接する全てのキャビティからのクロストークによる影響を低減して、印刷した画素（ドット）の位置ズレを感じさせない高品質な出力結果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例について図面に基づいて説明する。以下では、本発明の一実施の形態によるプリントヘッド１について、図１乃至図４を参照しながら説明する。なお、図１は、プリントヘッド１をインクの吐出面となる底面側から見た平面図であり、図２は、図１内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。また、図３は、図２内に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、図４は、図１に示すプリントヘッドの要部断面図である。
【００１４】
プリントヘッド１は、従来から広く用いられているようなプリントヘッド自体を記録媒体に対して移動走査させるものや、インクを吐出する吐出ノズルを１列又は数列だけ備えたいわゆるラインプリンタ用のプリントヘッドと異なり、多数の吐出ノズルがインクの吐出面にマトリクス状に配設された構造とされている。また、プリントヘッド１は、移動走査させずに固定した状態とされ、極めて高速に通過する記録媒体に対して多数の吐出ノズルの各々からインクを吐出することによって、高精細且つ高品質な画像を極めて高速に印刷する能力を有している。
【００１５】
なお、以下では、プリントヘッド１に対して記録媒体を通過させる方向を「副走査方向」と称し、この副走査方向と直交する方向を「主走査方向」と定義して説明することとする。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態によるプリントヘッド１は、一方向（主走査方向）に延存した矩形形状をしており、その底面には、千鳥状になって２列に配列された複数の台形のインク吐出領域２が設けられている。すなわち、各インク吐出領域２は、隣接するインク吐出領域２に対して所定のずれ量だけずれた位置に配設されている。
【００１７】
インク吐出領域２の表面には、後述するように吐出ノズル８（図２及び図３参照）が多数配設されている。また、プリントヘッド１の内部には、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を介してインクを収容するインクタンク（図示せず）に連通しており、プリントヘッド１を使用する状態の下ではインクで満たされている。インク溜まり３には、インク吐出領域２が設けられていない領域に、インク溜まり３の延在方向に沿って開口３ｂが２つずつ対をなした状態で千鳥状に設けられている。
【００１８】
図１及び図２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（インク吐出面に対してプリントヘッド１の内部側）に配設されたインクの供給路としてのマニホールド５と連通している。なお、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が設けられていてもよい。マニホールド５は、先端部が２つの副マニホールド５ａに分岐する構造とされている。１つのインク吐出領域２の上部には、当該インク吐出領域２に対してプリントヘッド１の長手方向（主走査方向）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が接続されている。すなわち、各インク吐出領域２には、合計で４つの副マニホールド５ａがプリントヘッド１の長手方向に沿って延在している。各副マニホールド５ａには、インク溜まり３から供給されたインクが満たされている。
【００１９】
また、インク吐出領域２の表面には、図２及び図３に示すように、多数の吐出ノズル８が配設されている。各吐出ノズル８は、図４に示すように、インク吐出面側で先細となる形状とされており、平面形状がほぼ菱形のキャビティ（圧力室）１０及びアパチャー１２を介して副マニホールド５ａと連通している。
【００２０】
プリントヘッド１においては、上述の構造とされていることにより、図示を省略する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、及びアパチャー１２を経てキャビティ１０に至り、さらにインク流路３２を介して吐出ノズル８に至るインク流路が形成されている。インク流路３２の中心軸は、キャビティ１０を含む平面に対して垂直に交差するようにプリントヘッド１の内部に延びている。
【００２１】
なお、図２及び図３においては、図示の都合上、インク吐出領域２の内部に配設されたキャビティ１０及びアパチャー１２を実線で示しているが、これらキャビティ１０及びアパチャー１２は、実際にはインク吐出面から見えるものではない。
【００２２】
また、プリントヘッド１は、図３に示すように、インク吐出領域２内において、１つのキャビティ１０と連通したアパチャー１２が当該キャビティ１０に隣接するキャビティ１０と重なった状態で配設されるとともに、キャビティ１０同士が極めて密集した状態で配設されている。このような構造は、図４に示すように、プリントヘッド１が複数の板材２１〜３０からなる積層構造とされ、キャビティ１０とアパチャー１２とがそれぞれ異なる板材の平面に配設されていることによって可能とされている。
【００２３】
ここで、プリントヘッド１の積層構造について説明する。すなわち、プリントヘッド１は、図４に示すように、キャビティ１０の各々に対応して配設された圧電素子を有する全体として台形状のアクチュエータユニット２１と、キャビティ１０となる貫通孔が形成されたキャビティプレート２２と、キャビティ１０の両端部にそれぞれ対応して連通孔が設けられたベースプレート２３と、このベースプレート２３の連通孔と連絡する別の連通孔及びアパチャー１２が形成されたアパチャープレート２４と、副マニホールド５ａの壁部を構成して記別の連通孔に連絡しインク流路３２の一部を構成する連通孔と、前記アパチャー１２の一端と副マニホールド５ａとを連絡する連通孔とが設けられたサプライプレート２５と、副マニホールド５ａを構成する貫通孔とインク流路３２を構成する略円形の貫通孔とが形成された３枚のマニホールドプレート２６、２７、２８と、副マニホールド５ａの別の壁部を構成してインク流路３２を吐出ノズル８に連絡する貫通孔が形成されたカバープレート２９と、吐出ノズル８が形成された吐出ノズルプレート３０とが積層された構造とされている。
【００２４】
キャビティ１０は、稠密な形態でマトリクス状（格子状）に多数配設されている。また、各キャビティ１０には、キャビティ１０内を流れるインクの方向に変位しながらインク流路３２が吐出ノズル８まで延設されている。
【００２５】
副マニホールド５ａは、プリントヘッド１の主走査方向で、マトリクス状に配設されているキャビティ１０が構成する列に沿ってプリントヘッド１の内部に延設されている。副マニホールド５ａに隣接する列中のキャビティ１０は、プリントヘッド１の厚さ方向（深さ方向）において、副マニホールド５ａの一部と重なる状態で配設されている。
【００２６】
プリントヘッド１は、上述のように、１つのインクジェットを構成するキャビティ１０及びアパチャー１２等の各要素を密集して立体配置することにより、キャビティ１０を極めて高密度に配設することが可能とされており、比較的小さな専有面積のプリントヘッド１により高解像度の画像を記録媒体に形成することが可能とされている。
【００２７】
キャビティ１０の各々は、図２及び図３に図示する平面でインク吐出領域２内に位置して、プリントヘッド１が延在する方向である主走査方向（以下、「第１配列方向」とも称する。）と、プリントヘッド１の幅方向（副走査方向）から僅かに傾いた方向（以下、「第２配列方向」と称する。）との２方向に並設されている。吐出ノズル８は、第１配列方向には37.5dpi（すなわち、１インチ当たり３７．５個）に相当する間隔で配設されている。本実施の形態では、このように吐出ノズル８が配設されることにより形成されるノズル列について第２配列方向（ほぼ副走査方向）に見た場合、１６行のノズル列が隣接して配設されている。すなわち、キャビティ１０は、隣接する２つのインク吐出領域２内で第２配列方向において最大１６個が含まれるように配設されている。また、第２配列方向に１６個のキャビティ１０が配列されたことにより、第２配列方向の両端に位置するキャビティ１０同士の変位は、キャビティ１０の第１配列方向の幅１つ分に相当している。これにより、プリントヘッド１は、全幅（副走査方向の長さ）内で、第１配列方向に隣接する２つの吐出ノズル８間の距離だけ離隔した範囲には、１６個の吐出ノズル８が存在するよう設定されている。なお、各インク吐出領域２の第１配列方向についての両端部では、プリントヘッド１の主走査方向に対向するインク吐出領域２と相補関係となることで上述のような設定を満足する構造とされている。
【００２８】
以上のように構成されたプリントヘッド１は、記録媒体に対して印刷するに際して、副走査方向に高速に移動される記録媒体に対して第１配列方向及び第２配列方向に配設された多数の吐出ノズル８から順次インク滴を吐出することによって、主走査方向に600dpiで印刷することができ、高精細な画像を印刷することが可能とされている。
【００２９】
プリントヘッド１においては、上述のように多数のキャビティ１０がマトリクス状に配設されていることから、印刷した画素（ドット）の位置ずれを感じさせない高品質な出力結果を得るためには、クロストークによる影響を考慮することが必要となる。ここで、「クロストーク」とは、特定のキャビティ１０を加圧してインク滴を吐出させたときに、加圧対象とするキャビティ１０に隣接するキャビティ１０に対しても加圧力が伝搬してしまい、隣接するキャビティ１０の吐出特性に影響が生じる現象のことである。
【００３０】
なお、考慮対象とする「クロストーク」としては、例えば音響学的な流体クロストークなどのように数種のクロストークを挙げることができるが、本発明では、剛体のクロストークについて注目し、プリントヘッド１を構成する各部の角度及び寸法について所定の条件を満足するように設定することよって、この剛体のクロストークを低減することを実現している。
【００３１】
そこで以下では、プリントヘッド１を構成する各部について設定すべき角度及び寸法について、図５及び図６に示す物理モデルを用いて解析を行った結果に基づいて説明する。
【００３２】
まず、プリントヘッド１を用いて記録媒体（用紙）に印刷を行う場合についての物理モデルを図５に示す。図５に示すように、プリントヘッド１において解析対象として注目する所定の吐出ノズル８から吐出されたインク滴の吐出速度がv1、解析対象の吐出ノズル８に隣接する周囲の吐出ノズル８から吐出されたインク滴の突出速度がv2であった場合を想定する。
【００３３】
このとき、２つの吐出ノズル８から吐出されるインク滴の吐出速度が同じ（v1 = v2）である場合、プリントヘッド１における各吐出ノズルの位置と用紙４１上に着弾するインク滴の位置との相対的な位置関係は同じとなる。すなわち、この場合、２つの吐出ノズルから吐出された各々のインク滴は、用紙４１が静止しているときの静止時着弾位置から到達時間内に移動する用紙４１の搬送量に相当する位置だけずれて着弾することになる。
【００３４】
ところが、２つの吐出ノズル８から吐出されるインク滴の吐出速度が異なる場合（v1 ≠ v2）、吐出速度が小さいインク滴は、吐出速度が大きいインク滴と比較して用紙面に到達するまでの時間を長く要するため、長くなった到達時間の分だけ用紙４１が移動して正規の着弾位置からずれてしまう。すなわち、各インク滴の吐出速度に違いが生じることにより、各インク滴には、用紙４１が静止している場合の着弾位置と実際の着弾位置と間にずれが生じることとなる。
【００３５】
以上のことから、記録媒体としての用紙４１の搬送速度をvp、プリントヘッド１と用紙４１との距離（ギャップ）をGとすると、各吐出ノズル８から吐出されるインク滴の到達時間の差Δtは、以下に示す関係式で表すことができる。
【００３６】
Δt = G・ (1/v2-1/v1)
注目する吐出ノズル８とその周囲の吐出ノズル８とから吐出されたインク滴の間で生じる正規の着弾位置からのずれ量の差を着弾精度q、用紙の搬送速度をvpとすると、着弾精度qは、以下に示す関係式で表すことができる。
【００３７】
q ≧ Δt・vp = G・(1/v2-1/v1)・vp = G・vp/v1・(v1/v2-1)
上記の関係式を変形すると、以下の関係式（Ａ）を得ることができる。
【００３８】
v2/v1 ≧ G・vp/(q・v1+G・vp)      …（Ａ）
ここで、注目する吐出ノズル８に対応するアクチュエータユニット２１の圧電素子の体積変化量をdVc、注目する吐出ノズル８に対応する圧電素子の体積変化量に対する周囲の吐出ノズル８に対応する圧電素子の体積変化量の違いを体積変化量差dVsとすると、体積変化量dVcと体積変化量差dVsとの間には、図７に示す関係がある。なお、図７においては、アクチュエータユニット２１の圧電素子に印加する電圧Vと、吐出ノズル８からのインクの吐出速度及び圧電素子の体積変化量（ＰＺＴ体積変化量）dVとの関係も重ねて示す。電圧Vと体積変化量dVとは概ね比例するため、図７に示す関係に基づいて、以下に示す関係式を得ることができる。
【００３９】
v2/v1 = (dVc-dVs)/dVc = 1-dVs/dVc
そこで、上記の関係式を関係式（Ａ）に代入すると、以下に示す関係式を得ることができる。
【００４０】
dVs/dVc ≦ 1-G・vp/(q・v1+G・vp) = q・v1/(q・v1+G・vp)
ここで、上述した変数の値をvp=846.7mm/s、G=1mm、v1=9m/sとした場合、例えば着弾精度qを5μmに抑えるためにはdVs/dVc ≦ 5.0%とする必要があり、例えば着弾精度qを10μmに抑えるためにはdVs/dVc ≦ 9.6%とする必要があるという結果が得られる。すなわち、着弾精度を上記の範囲内に収めることにより、各インク滴の着弾位置にずれが感じられることを抑制することができる。
【００４１】
なお、本例の説明においては、上記のdVs/dVcを、注目するキャビティに隣接する周囲のキャビティから当該キャビティが受けるクロストーク、すなわち周囲クロストークF0と定義する。
【００４２】
用紙搬送方向と直交する方向である第１配列方向に隣接するキャビティ１０は、同時にインク滴を吐出するように駆動される機会が多い。このため、特定のキャビティ１０に注目すると、この注目したキャビティ１０に対して第１配列方向に隣接するキャビティから受けるクロストークの成分は、他の方向に隣接するキャビティから受けるクロストークの成分よりも大きいと考えられる。
【００４３】
そこで、注目するキャビティに第１配列方向で隣接するキャビティから当該キャビティが受けるクロストーク、すなわち隣接クロストークF0'を、F0' = dVv/dVcと定義する。なお、dVvは、図６に示すように、注目するキャビティに第１配列方向で隣接するキャビティに対応した圧電素子の体積変化量に関連した量である。ここでは、注目するキャビティに対応する圧電素子の体積変化量に対する、隣接するキャビティに対応する圧電素子の体積変化量の違いに相当する量（変化量差）である。
【００４４】
また、アクチュエータユニット２１に備えられた圧電素子の活性層数をA、キャビティを含む仮想格子の各々の占有面積をSpin[mm2]、各キャビティの各々に設けられた圧電素子における活性部の占有面積をSpzt[mm2]とすると、キャビティの変形効率F1を、以下の関係式（Ｂ）で定義する。
【００４５】
F1 = dVc/(Spzt・A・Spin)      …（Ｂ）
なお、変形効率F1は、注目するキャビティを単体として捉えた場合の変形の効率をあらわしている。上記の関係式（Ｂ）に含まれる項のうち、Spzt・Aは静電容量に比例するので、投入電力に比例して望小となり、仮想格子の占有面積を表すSpin、及び注目するキャビティの体積変化量を表すdVcについては、それぞれ望小及び望大となる。したがって、変形効率F1は、望小となる項を分母に含み、望大となる項を分子に含むため、望大関数であるといえる。また、変形効率F1は、上記の関係式（Ｂ）によって表されるように、如何に小さな面積且つ小さな駆動電圧でキャビティに対して大きな体積変化を生じさせることができるかということを表す関数である。
【００４６】
ここで、さらなる変形効率F2及び変形効率F3を、以下の関係式（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように定義する。なお、変形効率F2は、注目するキャビティに隣接する周囲の全キャビティの合計クロストークによる影響を変形効率F1に対して付加した関数であり、変形効率F3は、注目するキャビティに対して特定の配列方向（本例では第１配列方向）で隣接するキャビティから当該キャビティが受けるクロストークによる影響を付加した関数である。
【００４７】
F2 = F1/dVs = dVc/(dVs・Spzt・A・Spin)      …（Ｃ）
F3 = F1/dVv = dVc/(dVv・Spzt・A・Spin)      …（Ｄ）
なお、活性層数Aは、図８に示すようにアクチュエータ２１をなす圧電素子のうち、グランドに接続された共通電極３４と駆動電極３５とに挟まれた活性層の数を表している。また、圧電素子の層数Nは、圧電素子の積層構造をなす各圧電材料層の層数を表している。なお、図８（ａ）はN=2, A=1とした場合、図８（ｂ）はN=4, A=1とした場合、図８（ｃ）はN=4, A=2とした場合、図８（ｄ）はN=4, A=3とした場合、図８（ｅ）はN=6, A=3とした場合、図８（ｆ）はN=6, A=3とした場合、図８（ｇ）はN=6, A=3とした場合、図８（ｈ）はN=6, A=4とした場合の圧電素子の積層構造を示す概略図である。
【００４８】
ここで、キャビティを含む仮想格子における内角のうち、90°以下の角度をα、キャビティの占有面積をScavとし、Fi(i=0, 0', 1, 2, 3)について以下に示す近似関数（Ｅ）によって近似する。このとき、インク吐出面に投影された仮想格子の形状とキャビティの形状とは相似の関係にあるとした。なお、本例におけるプリントヘッド１は、アクチュエータユニット２１の駆動電圧が20V、アクチュエータユニット２１における圧電素子材料層１層の厚さが15μm、キャビティプレート２２の厚さが50μm、ベースプレート２３の厚さが150μmであるものとする。
【００４９】
Fi = Ki・Nai・Abi・αci・Spindi・(Scav/Spin)ei・(Spzt/Scav)fi      …（Ｅ）
ここで、上記の近似関数（Ｅ）において、i=0, 0', 1, 2, 3とした場合のそれぞれについて、近似の結果求められたパラメータai乃至fi、及びKiを以下の表１に示す。
【００５０】
【表１】
2004168054.tif 000003
【００５１】
つぎに、仮想格子の内角αを30°, 60°, 90°、仮想格子の占有面積Spinを0.4, 0.6, 0.8（単位mm2）、Scav/Spinを0.4, 0.6, 0.8、Spzt/Scavを0.3, 0.6, 0.9とそれぞれ変化させるとともに、圧電素子の層数N及び活性層数Aを図８のように変化させた場合のそれぞれについて、周囲クロストークF0 = dVs/dVcの値と、上記の近似関数（Ｅ）でi=0としたときの値とを求めた。この結果得られた各場合についての周囲クロストークF0の値と近似関数（Ｅ）により得られた値との関係を点描した結果を図９に示す。なお、図９中に示す実線は、周囲クロストークF0の値と近似関数（Ｅ）により得られた値とが等しい場合の点を結ぶ直線である。
【００５２】
図９から明らかであるように、周囲クロストークF0の値が0.10以下である領域(F0 ≦ 0.1)においては、近似関数（Ｅ）による近似が良好な結果を示している。したがって、着弾精度qを10μm以下に抑えたい場合は、上記近似関数（Ｅ）にて算出される値を9.6%程度に抑えればよいことになる。また着弾精度qを5μm以下に抑えたい場合には、上記近似関数（Ｅ）にて算出される値を5.0%程度に抑えればよいことになる。
【００５３】
したがって、プリントヘッド１においては、i=0としたときの近似関数（Ｅ）の値が0.1以下となるように各部の角度及び寸法を設定することにより、用紙の搬送速度vpをvp = 846.7mm/s程度に高速化した場合であっても、隣接するキャビティ同士の間に生じるクロストークによる影響を最小限として高品質な出力結果を得ることが可能となる。
【００５４】
また、プリントヘッド１においては、近似関数（Ｅ）の値、すなわちクロストークの値を0.1以下となるように各部の角度及び寸法を設定することにより、以下で説明する効果を得ることができる。
【００５５】
すなわち、例えばプリントヘッド１によって600dpiの精度（現在、概ね高品質であるとされている精度）で印刷を行う場合、吐出するインク滴によって形成される画素の間隔（ピッチ）は、およそ42.3μmとなる。したがって、各画素に±20μm程度のズレが生じた場合、隣接する画素同士の重心が重なり合ってしまうこととなり、このときの半分程度以上のズレ量が生じた場合、すなわち各画素に±10μm程度以上のズレが生じてしまうと、感応評価によってドットの位置ズレが認識されてしまうことになる。
【００５６】
そこで、プリントヘッド１においては、印刷時の解像度とは関わりなく、インク滴の着弾位置を±10μm程度の精度を確保して吐出することが要求される。このような要求を達成するためには、ヘッドギャップGを1mmとし、用紙搬送速度vpを846.7mm/sとして設定した場合、クロストークの値を0.1以下に抑えることが必要となる。言い換えると、本例におけるプリントヘッド１においては、クロストークの値を0.1以下となるように各部の角度及び寸法を設定することによって、600dpiの高精度で且つ846.7mm/sといった極めて高速な用紙搬送速度により印刷を行った場合であっても、ドットの位置ズレを感じさせない良好な画質を確保することが可能となる。
【００５７】
ところで、プリントヘッド１においては、注目するキャビティに隣接する周囲の全キャビティの合計クロストークによる影響を変形効率F1に対して付加した値、すなわち変形効率F2の値がF2 > 800を満足するように各部の角度及び寸法を設定することにより、マトリクス状に配設された圧電素子の駆動順序に依存せずに、この圧電素子に投入した電力（パワー）に対して高い効率でアクチュエータユニット２１が変形することとなる。
【００５８】
したがって、プリントヘッド１においては、i=2としたときの近似関数（Ｅ）の値が800を超えるように各部の角度及び寸法を設定することによって、少ないパワー消費でキャビティ１０を大きく変位させることが可能となる。これにより、低消費電力化を図ることができるだけでなく、例えば、主走査方向や副走査方向により多くの吐出ノズルを配設することによって、印刷速度のさらなる高速化を図ったり、より大きなサイズの記録媒体（用紙）に印刷可能とするような場合であっても、発生するクロストークに対応する着弾精度が10μm以下と良好な印刷品質が得られるだけでなく、プリントヘッド１全体としての消費電力の増大を最小限に抑えることができる。
【００５９】
また、プリントヘッド１においては、注目するキャビティに第１配列方向で隣接するキャビティから当該キャビティが受けるクロストークによる影響を付加した値、すなわち変形効率F3の値がF3 > 7000を満足するように各部の角度及び寸法を設定することにより、着弾精度が10μm以下と低い値となるクロストークしか発生しない。このため、印刷品質を均質化するために伝播してくるクロストークに応じて投入電力を増大させること（すなわち、クロストークの影響を補償するために必要となる電力を増大させること）が不要となる。これにより、第１配列方向（主走査方向）に隣接するキャビティの並びの中で特定のキャビティに注目した場合、少なくともこの並びの中では、投入電力の利用率に差が少なくなるため、注目するキャビティを含めた第１配列方向に並ぶキャビティ全体における各アクチュエータユニット２１が高い効率で変形することとなる。
【００６０】
したがって、プリントヘッド１においては、i=3としたときの近似関数（Ｅ）の値が7000を超えるように各部の角度及び寸法を設定することによって、少ないパワー消費でキャビティ１０を大きく変位させることが可能となる。
【００６１】
つぎに、Spzt/Scavの値を変化させたときに、近似関数（Ｅ）を用いてi = 2, 3とすることによって値F2及び値F3を算出した。これにより得られた結果を、それぞれ図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）から明らかであるように、プリントヘッド１においては、(Spzt/Scav) < 0.5を満足するように圧電素子における活性部の占有面積Spztと、キャビティの占有面積Scavとを設定することにより、F2 > 800なる関係、且つF3 > 7000なる関係を共に満足することとなる。なお、さらなる考察により、圧電素子における活性部の占有面積Spztと、キャビティの占有面積Scavとを(Spzt/Scav) < 0.55なる関係を満足するように設定することにより、変形効率F2及び変形効率F3がさらに望ましい値に設定されたプリントヘッド１を実現することができることが確認された。
【００６２】
また、この場合には、キャビティの占有面積Scavに対して、活性部の占有面積Spztが半分程度であるため、キャビティの圧電素子を選択的に駆動するための個別電極の面積を狭くすることができる。これにより、隣接する個別電極同士の間における電気的な絶縁性を確保することが容易となり、個別電極間における電気的な短絡を確実に防止しつつ、キャビティをより一層高密度化して配列することができる。
【００６３】
つぎに、活性層の数Aを変化させたときの変形効率F2及び変形効率F3の値を、近似関数（Ｅ）を用いてi = 2, 3とすることによって算出した。この結果をそれぞれ図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示す。これら図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）から明らかであるように、A=1とすることにより、F2 > 800なる関係、且つF3 > 7000なる関係を共に満足することとなる。したがって、プリントヘッド１における各キャビティ１０が備える活性層の数は１とすることが望ましい。
【００６４】
また、キャビティ１０が備える活性層の数を最小限とすることにより、アクチュエータユニット２１に備えられる電極の総面積を低減することができる。このため、アクチュエータユニット２１を製造する際に高コスト化の要因となる金属材料（例えば、金、銀、白金など）の使用量を低減することができ、結果としてアクチュエータユニット２１の低コスト化を図ることができる。
【００６５】
つぎに、仮想格子の内角α(単位°)を30°, 60°, 90°と変化させた場合における変形効率F2及び変形効率F3を、近似関数（Ｅ）を用いてi = 2, 3とすることによって算出した。この結果をそれぞれ図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す。これら図１１（ａ）及び図１１（ｂ）から明らかであるように、プリントヘッド１においては、仮想格子の内角αを60° < α < 90°の範囲内に設定することによって、F2 > 800なる関係、且つF3 > 7000なる関係を共に満足することとなる。したがって、仮想格子の内角αは、60° < α < 90°の範囲内に設定することが望ましい。
【００６６】
特に、マトリクス状に配設された複数のキャビティにおける各々の圧電素子を、配設位置に依存しない順序で駆動する場合には、角度αに対する変形効率F2の値の変化が少ないため、一様な吐出特性を有する高効率でクロストークが少ないプリントヘッド１を実現することができる。
【００６７】
つぎに、Scav/Spinの値を変化させたときの変形効率F2及び変形効率F3を、近似関数（Ｅ）を用いてi = 2, 3とすることによって算出した。この結果をそれぞれ図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）に示す。これら図１１（ｃ）及び図１１（ｄ）から明らかであるように、プリントヘッド１においては、キャビティの占有面積Scavと仮想格子の占有面積SpinとがScav/Spin < 0.5なる関係を満足するように設定することにより、F2 > 800なる関係、且つF3 > 7000なる関係を共に満足させることができる。したがって、プリントヘッド１は、キャビティの占有面積Scavと仮想格子の占有面積SpinとがScav/Spin < 0.5なる関係を満足するように設定することが望ましい。
【００６８】
なお、プリントヘッド１を組み立てる際には、セラミックス製のアクチュエータユニット２１と、多数のキャビティ１０が形成されたキャビティプレート２３とを接合する必要があるが、この接合時には、両者を位置合わせした状態で所定の荷重を印加することとなる。このとき、アクチュエータ２１は比較的脆いため、物理的な歪みや局所的な荷重の集中により亀裂（クラック）や欠けなどが生じる虞がある。しかしながら、プリントヘッド１においては、Scav/Spin < 0.5なる関係を満足するように設定することにより、アクチュエータユニット２１とキャビティプレート２３との接合面積を十分に確保することができるため、亀裂や欠けなどの発生を防止して確実に両者を接合することができ、組み立て時の歩留まりを向上させることができる。
【００６９】
以上、本発明を適用した一実施形態として、具体的な図示に基づくプリントヘッド１について説明したが、本発明は以上に例示した実施形態に限定されるものではなく、記録媒体に対してインクを吐出するインクジェット型プリントヘッドに対して広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施の形態として例示するプリントヘッドにおけるインク吐出面を示す平面図である。
【図２】同プリントヘッドにおけるインク吐出面を示し、図１において一点鎖線で囲まれた領域を拡大して示す要部拡大概略図である。
【図３】同プリントヘッドにおけるインク吐出面を示し、図２において一点鎖線で囲まれた領域を拡大して示す要部拡大概略図である。
【図４】同プリントヘッドの断面構造を示す断面概略図である。
【図５】同プリントヘッドによる画像形成について説明するための物理モデルを示し、（ａ）は、プリントヘッドに対して相対移動する用紙に対してインク滴が異なる速度で吐出された状態を示す説明図であり、（ｂ）はインク滴の着弾位置の違いに対応した着弾精度を説明する模式図である。
【図６】同プリントヘッドについて説明するための物理モデルを示し、（ａ）は、マトリクス状に配設されたキャビティを含む仮想格子とこの仮想格子に関連した指標との関係を示す説明図であり、（ｂ）は仮想格子の断面を概略的に示す概略図である。
【図７】同プリントヘッドにおいて圧電素子に印加される電圧に対する吐出速度と圧電素子の体積変化量の関係を示すグラフである。
【図８】同プリントヘッドについて説明するためのアクチュエータユニットの断面構造を示す模式図であり、圧電素子の層数をNとし、活性層の数をAとしたときに、（ａ）はN=2, A=1とした場合、（ｂ）はN=4, A=1とした場合、（ｃ）はN=4, A=2とした場合、（ｄ）はN=4, A=3とした場合、（ｅ）はN=6, A=3とした場合、（ｆ）はN=6, A=3とした場合、（ｇ）はN=6, A=3とした場合、（ｈ）はN=6, A=4とした場合の圧電素子の積層構造をそれぞれ示す模式図である。
【図９】解析により得られた周囲クロストークの値と、近似関数により得られた値との関係を示すグラフである。
【図１０】Spzt/Scav及びAの値を変化させたときに近似関数によって得られたF2，F3の値を示すグラフであり、（ａ）はSpzt/Scavの値を変化させたときのF2の値を示すグラフ、（ｂ）はSpzt/Scavの値を変化させたときのF3の値を示すグラフ、（ｃ）はAの値を変化させたときのF2の値を示すグラフ、（ｄ）はAの値を変化させたときのF3の値を示すグラフである。
【図１１】α及びScav/Spinの値を変化させたときに近似関数によって得られたF2，F3の値を示すグラフであり、（ａ）はαの値を変化させたときのF2の値を示すグラフ、（ｂ）はαの値を変化させたときのF3の値を示すグラフ、（ｃ）はScav/Spinの値を変化させたときのF2の値を示すグラフ、（ｄ）はScav/Spinの値を変化させたときのF3の値を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７１】
１    プリントヘッド
２    インク吐出領域
３    インク溜まり
５    マニホールド
８    吐出ノズル
１０    キャビティ
２１    アクチュエータユニット
３４    共通電極
３５    駆動電極
【図１】
2004168054.tif 000004
【図２】
2004168054.tif 000005
【図３】
2004168054.tif 000006
【図４】
2004168054.tif 000007
【図５】
2004168054.tif 000008
【図６】
2004168054.tif 000009
【図７】
2004168054.tif 000010
【図８】
2004168054.tif 000011
【図９】
2004168054.tif 000012
【図１０】
2004168054.tif 000013
【図１１】
2004168054.tif 000014