JP2001063035A

JP2001063035A - 液体吐出装置

Info

Publication number: JP2001063035A
Application number: JP23963599A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Horiguchi; 浩幸堀口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2001-03-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ダイヤフラムを低電圧で駆動する液体吐出装
置を提案する。【解決手段】液室１０の天井板を構成するダイヤフラ
ム１１の上に剛性体からなる基板１２、該基板１２上に
設けられた上下方向に伸縮自由なアクチュエータ１４、
該アクチュエータ１４の上部に接続された重り１３から
成る。アクチュエータ１４が伸びた状態（Ａ）から、ダ
イヤフラムが変形しない程度のある一定加速度でアクチ
ュエータ１４を縮め（Ｂ）一番縮んだ状態の寸前で重り
１３の落下を急速に止める。この時、重り１３が持つ運
動エネルギーが衝撃力となって基板１２に与えられ、ダ
イヤフラム１１が曲がり始める。アクチュエータ１４を
急速に止めた後、直ちに急速に延ばすと、剛性基板１２
に発生する慣性力はダイヤフラム１１の剛性より大きい
ので、ダイヤフラム１１はさらに変形し（Ｃ）、基板１
２の押す力によって、キャビティ１０中の液体に衝撃力
が加わり、吐出口から液体が吐出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体吐出装置、よ
り詳細には、インクジェット記録装置におけるインク滴
吐出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の静電型インクジェット記
録装置の一例を説明するための要部断面構成図（特開平
５−５０６０１号公報の図７）で、図中、１は液室、２
は振動板、３は電極、４は共通液室、５はインク供給
口、６は流体抵抗路、７はノズル、８は吐出インク滴、
９は駆動電圧源を示し、液室１の壁（振動板）２を静電
的に駆動させることによりインク滴８を吐出させる。静
電力は振動板２と電極３の間に電圧をかけ発生させる。
図８（前記特開平５−５０６１号公報の図５（ａ））
は、この時の駆動電圧と吐出可能域を、振動板２の短辺
長と駆動電圧との関係から求めた図で、この図から、最
低駆動電圧が８２Ｖであることがわかる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】Ｓｉのサーフェスマイ
クロマシーニング技術を応用した静電型インクジェット
ヘッドは、量産が容易である、複数ノズルを精度良く同
時に作れるなどの利点がある。しかしながら、ノズルを
高密度にした場合、各ノズルに対応した液室のプリンタ
ヘッドの主走査方向の断面積が小さくなり、ダイヤフラ
ムの剛性が高くなるので、液室中のインクを押し出すた
めにダイヤフラムに加える力が大きくなる。すなわち、
ダイヤフラムを駆動させるのに要する電圧が高くなる。
しかしながら、ダイヤフラムの駆動電圧が４５Ｖを越え
ると、駆動回路に要するコストが急激に増大し、量産性
が無くなってしまう。

【０００４】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、静電力によらずダイヤフラムを低電圧で駆
動する液体吐出装置を提案するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、液体
吐出孔を有する液室の壁の一部を構成するダイヤフラム
と該ダイヤフラムに接続した剛体基板と、該剛体基板と
連結したアクチュエータと、該アクチュエータと連結し
た重りとからなることを特徴としたものである。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ダイヤフラムの変形方向を前記重りと反対方向
のみとするダイヤフラム変形抑制機構を有することを特
徴としたものである。

【０００７】請求項３の発明は、液体吐出孔を有する液
室の壁の一部を構成するダイヤフラムと、該ダイヤフラ
ムに接続した剛体基板と、該剛体基板と連結した伸縮可
能なアクチュエータと、該アクチュエータと連結した重
りとから成り、これらを水平方向に並べ、かつ、アクチ
ュエータ乃至重りに保持機構を有することを特徴とした
ものである。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１又は２又は３
の発明において、前記液体吐出孔を有する液室の壁の一
部を構成するダイヤフラムと前記剛体基板とを一体化し
たことを特徴としたものである。

【０００９】請求項５の発明は、液体吐出孔を有する液
室の壁の一部を構成するダイヤフラムと、該ダイヤフラ
ム上に形成された圧電体と、該圧電体上に形成された重
りとからなることを特徴としたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の基本的原理を説
明するための要部概略構成図で、図中、１０は液室、１
１はダイヤフラム、１２は該ダイヤフラム１１に連結さ
れた基板、１３は重り、１４は前記基板１２と重り１３
を連結するアクチュエータで、図示のように、液室１０
の天井板を構成するダイヤフラム１１の上に剛性体から
なる基板１２、該基板１２上に設けられた上下方向に伸
縮自由なアクチュエータ１４、該アクチュエータの上部
に接続された重り１３から成る。図１（Ａ）は、アクチ
ュエータ１４が伸びた状態を示しており、この状態か
ら、ダイヤフラムが変形しない程度のある一定加速度で
アクチュエータ１４を縮め（図１（Ｂ））、アクチュエ
ータ１４が一番縮んだ状態寸前で重り１３の落下を急速
に止めると、重り１３が持つ運動エネルギーが衝撃力と
なって基板１２に与えられる。基板１２はダイヤフラム
１１で支えられているので、ダイヤフラム１１が曲がり
始める。アクチュエータ１４を急速に止めた後、直ちに
急速に延ばす。この時、剛性基板１２に発生する慣性力
はダイヤフラム１１の剛性より大きいので、ダイヤフラ
ム１１はさらに変形し（図１（Ｃ））、基板１２の押す
力によって、キャビティ１０中の液体に衝撃力が加わ
り、キャビティ１０中の液体は吐出口から吐出される。
その後、ダイヤフラム１１は、自身の復元力で元の位置
に戻る（図１（Ａ））。この繰り返しで、継続的に液体
を吐出することが出来る。なお、図１（Ｃ）の状態から
アクチュエータをゆっくり延ばし、図１（Ａ）の状態に
することも可能である。この時は、慣性力に起因するダ
イヤフラムの変形はみられない。

【００１１】アクチュエータ１４としては、例えば、形
状記憶合金製のベローズを用いることが出来る。低温で
伸びた状態の形状記憶合金製ベローズを、高温で縮むよ
うに形状を記憶させれば、電流を流すことにより、図１
（Ａ）の状態から、図１（Ｂ）の状態にすることが出来
る。電流を切って、ベローズが冷えれば、自然に図１
（Ａ）に戻る。この時の駆動電圧は、ベローズを加温す
るに要するのみなので１０Ｖ以下で、液の吐出が可能で
ある。

【００１２】図２は、請求項２の発明の一実施例を説明
するための要部概略構成図で、図中、１５は押え板で、
この押え板１５により、ダイヤフラム１１の動きを重り
１３と反対方向のみに制限することにより、アクチュエ
ータ１４を縮める速度（重りが落下する速度）を大きく
し、これにより、衝撃力を大きくすることが出来るよう
にしたものである。

【００１３】なお、図１では、ダイヤフラム１１，剛性
基板１２，アクチュエータ１４，重り１３が上下方向に
並んでいる例を挙げたが、これらが、水平方向に並んで
いても原理的には駆動が可能である。但し、重力によ
り、下に垂れるのを防止するために、ダイヤフラム１１
にはそれなりの強度が必要となる。また、重り１３が垂
れないような保持機構が必要である。

【００１４】図３及び図４は、それぞれ請求項３の実施
例を説明するための要部概略構成図で、図３は剛性基板
１２に支持棒１６を立て、重り１３を保持した例であ
り、図４はダイヤフラム１１の押さえと重りの保持を兼
ねた重り支持管１７を用い、駆動機構全体をこの重り支
持管１７に挿入した例で、いずれの場合も、重りがなめ
らかに動く必要がある。なお、ダイヤフラムとしては、
例えば、強度のある金属を用い、アクチュエータを金属
に直接接合することにより、剛性基板１２を省くことが
出来る。

【００１５】図５は、請求項５の発明の実施例を説明す
るための要部概略構成図で、図中、１０は液室、１０ａ
はノズル孔、２０は圧電体、２１は吐出液滴で、図５
は、液室１０の天井に、重り１３を持った圧電体２０を
張り付けた例で、この場合、圧電体２０の縦方向変形を
利用する。圧電体２０として３５μｍ厚程度のＰＺＴを
３５Ｖ程度の電圧で駆動する。約２０層の積層体で、
０.４μｍの変位が可能である。従って、重り１３を５
００μｓ間で０.４μｍ移動させ、４０μｓで停止させ
たとすると、この時の加速度は、約２００ｍ／ｓ²とな
る。重り１３の重さを１ｍｇとしたとき、衝撃力は０.
２Ｋｇ・ｍ／ｓ²＝０.２Ｎとなる。液室２０の断面を１
５０μｍ×８ｍｍとしたとき、天井のダイヤフラムの変
位δは、周辺固定のダイヤフラムに平均に衝撃力がかか
ったと仮定すれば δ＝０.０２８４×Ｐａ⁴／Ｅｈ³ である。ここで、ａは矩形短辺の長さ、Ｐはダイヤフラ
ムにかかる平均荷重、Ｅは縦弾性係数、ｈはダイヤフラ
ムの膜厚で与えられる（日本機会学会編「機会実用便
覧」、丸善、１９９０）。５０μｍ厚のステンレス板を
ダイヤフラムとしたとき変位はほぼ１μｍとなる。この
時、実際に液の吐出が認められた。

【００１６】図６は、請求項５の発明の他の実施例を説
明するための要部概略構成図で、図中、２２は支持台
で、この実施例は、圧電体２０の横方向の変位を利用し
たものである。圧電体２０と重り１３がしなわないよう
に、この例では、極めて抵抗の少ない面を持つ支持台２
２で保持している。圧電体２０として、図５と同一の３
５μｍ厚の圧電体を単層もしくは数層とし３５Ｖで駆動
する。水平方向（横方向）に４ｍｍの長さとした場合、
横方向変位は０.０４％であるので、重り１３の変位は
約１.６μｍとなる。従って、この場合でも液を吐出す
るのに充分な衝撃力が得られ、さらに、駆動電圧を１０
Ｖ以下にしても液の吐出が可能であった。

【００１７】

【発明の効果】請求項１の発明に対応する効果請求項１は、液体吐出孔を有する液室の壁の一部を構成
するダイヤフラムと該ダイヤフラムに接続した剛体基板
と、該剛体基板と連結したアクチュエータと、該アクチ
ュエータと連結した重りとからなることを特徴としたも
ので、これにより、必要な駆動電圧を大幅に下げること
が出来る。

【００１８】請求項２の発明に対応する効果請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ダイ
ヤフラムの変形方向を前記重りと反対方向のみとするダ
イヤフラム変形抑制機構を有することを特徴としたもの
で、これにより、ダイヤフラムの上方向への動きを抑制
することにより、重りの上下運動の速度をあげることが
出来る、すなわち、液体吐出の繰り返し周波数を上げる
ことが出来る。

【００１９】請求項３の発明に対応する効果請求項３の発明は、液体吐出孔を有する液室の壁の一部
を構成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに接続した
剛体基板と、該剛体基板と連結した伸縮可能なアクチュ
エータと、該アクチュエータと連結した重りとから成
り、これらを水平方向に並べ、かつ、アクチュエータ乃
至重りに保持機構を有することを特徴としたもので、横
方向に動かすことにより、装置設計の自由度を増大し、
さらに、アクチュエータとして圧電体を使う場合、圧電
体の横方向変位を利用することにより、液体吐出に必要
な電圧をさらに下げることが出来る。

【００２０】請求項４の発明に対応する効果請求項４の発明は、請求項１又は２又は３の発明におい
て、前記液体吐出孔を有する液室の壁の一部を構成する
ダイヤフラムと前記剛体基板とを一体化したことを特徴
としたもので、これにより、構成を単純化し、生産性を
向上することができる。

【００２１】請求項５の発明に対応する効果請求項５の発明は、液体吐出孔を有する液室の壁の一部
を構成するダイヤフラムと、該ダイヤフラム上に形成さ
れた圧電体と、該圧電体上に形成された重りとからなる
ことを特徴としたもので、アクチュエータとして圧電体
を使うことにより、重りの落下速度を大きくすることが
出来、衝撃力が増すと同時に、吐出の繰り返し周波数を
大きくすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的原理を説明するための要部概
略構成図である。

【図２】請求項２の発明の一実施例を説明するための
要部概略構成図である。

【図３】請求項３の発明の実施例を説明するための要
部概略構成図である。

【図４】請求項３の発明の他の実施例を説明するため
の要部概略構成図である。

【図５】請求項５の発明の実施例を説明するための要
部概略構成図である。

【図６】請求項５の発明の他の実施例を説明するため
の要部概略構成図である。

【図７】従来の静電型インクジェット記録装置の一例
を説明するための要部断面構成図である。

【図８】図７に示したインクジェット記録装置におけ
る駆動電圧と吐出可能域を示す図である。

【符号の説明】

１０…液室、１０ａ…ノズル孔、１１…ダイヤフラム、
１２…基板、１３…重り、１４…アクチュエータ、１５
…押え板、１６…支持棒、１７…重り支持管、２０…圧
電体、２１…吐出液滴、２２…支持台。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体吐出孔を有する液室の壁の一部を構
成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに接続した剛体
基板と、該剛体基板と連結したアクチュエータと、該ア
クチュエータと連結した重りとからなることを特徴とす
る液体吐出装置。
【請求項２】請求項１において、前記ダイヤフラムの
変形方向を前記重りと反対方向のみとするダイヤフラム
変形抑制機構を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項３】液体吐出孔を有する液室の壁の一部を構
成するダイヤフラムと、該ダイヤフラムに接続した剛体
基板と、該剛体基板と連結した伸縮可能なアクチュエー
タと、該アクチュエータと連結した重りとから成り、こ
れらを水平方向に並べ、かつ、アクチュエータ乃至重り
に保持機構を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４】請求項１又は２又は３において、前記液
体吐出孔を有する液室の壁の一部を構成するダイヤフラ
ムと前記剛体基板とを一体化したことを特徴とする液体
吐出装置。
【請求項５】液体吐出孔を有する液室の壁の一部を構
成するダイヤフラムと、該ダイヤフラム上に形成された
圧電体と、該圧電体上に形成された重りとからなること
を特徴とする液体吐出装置。