JP2002264338A - 液体噴射装置、その製造方法、および、インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で、噴射におけるエネルギーの利
用効率が高い液体噴射装置を提供する。 【解決手段】 液体噴射装置は、伸縮素子から成る圧力
室と、その圧力室に液体を導入する液体流路と、その圧
力室の底部を形成する第１の基板と、その第１の基板に
設けられる噴射口とから成り、前記伸縮素子を伸縮さ
せ、これにより前記の圧力室の底部を凹凸に変形し、前
記の圧力室に前記液体流路から液体を導入し、前記の噴
射口から液体を吐出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタ等に利用される液体噴射装置および液体噴射方法
に関する。特に、液体噴射装置に用いられる噴射ヘッ
ド、および、その噴射方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタは、静かで美し
いカラー印刷ができ、しかも低価格なので、家庭向けに
広く普及している。インクジェットプリンタは、インク
ヘッドに並べられたノズルからインクの粒子を吐出さ
せ、そのインク粒子をノズルに対向して位置された用紙
に付着させる。インク粒子を吐出させる方式の１つとし
て、圧電素子を利用した圧電方式がある。以下にその方
式について説明する。

【０００３】一般に、圧電方式とは、印加電圧によって
変形する圧電素子によって圧力室（インク室）をへこま
せ、圧力室内の液体（インク）を加圧して、圧力室と連
通する噴射口（ノズル）から液体を吐出させる方式であ
る。圧電方式には、圧電素子のたわみ振動を利用するも
のと、縦振動を利用するものとがある。

【０００４】まず、圧電素子のたわみ振動を利用した圧
電方式について説明する。図１は、たわみ振動モードの
圧電素子を用いた液体噴射ユニットの一例である。この
液体噴射ユニット１００では、コの字型の流路枠１０２
の開口面を振動板１０４で閉じることによって、流路１
０６（圧力室）を形成する。さらに、流路枠１０２に
は、流路１０６に液体を導入する液体供給口１１２と、
液体を吐出する噴射口１１４とが設けられる。振動板１
０４には、圧電体１０８が固着される。さらに、この圧
電体１０８の両面には、電極１１０が形成される。

【０００５】ここで、電極１１０つまり圧電体１０８に
除々に電圧を印加すると、圧電体１０８は、流路１０６
の外側に向かって除々に変形し、流路１０６の体積が拡
大する。これにより、液体供給口１１２を通して、流路
１０６に液体が吸引される。その後、印加した電圧を急
激に除去すると、圧電体１０８は急激に復元され、流路
１０６の体積が縮小する。これにより、流路１０６の液
体が急激に加圧され、噴射口１１４を通して、液体が液
滴１１６として吐出される。

【０００６】次に、圧電素子の縦振動を利用した圧電方
式について説明する。図２は、縦振動モードの圧電素子
を用いた液体噴射ユニットの一例である。図２の液体噴
射ユニット１２０において、たわみ振動モードの圧電素
子を用いた液体噴射ユニット１００と同一の構造には、
図１と同一符号が付されている。この液体噴射ユニット
１２０には、さらに、圧電体の上方向の伸張を妨げる押
さえ１２６が取り付けられる。図２において、圧電体１
２２は、その先端の面で、振動板１０４に固着される。
圧電体１２２の両端には、電極１２４が形成される。圧
電体１２２に電圧が印加されると、その圧電体１２２
は、印加される電圧の方向と平行に収縮または伸張す
る。圧電体１２２が収縮すると、流路１０６の体積は拡
大し、たわみ振動モードの圧電体を用いた液体噴射ユニ
ットの場合と同様に、液体供給口１１２を通じて、流路
１０６に液体が吸引される。一方、圧電体１２２が伸張
すると、圧電体流路１０６の体積が縮小する。ここで、
押さえ１２６が取り付けられると、圧電体１２２は、上
方向に伸びることが制限され、代わりに、より下方向
（流路１０６側）に伸びようとするので、流路１０６の
体積が効率よく縮小される。そして、たわみ振動モード
の圧電素子を用いた液体噴射ユニットの場合と同様に、
流路１０６の液体が加圧されて、噴射口１１４から液体
が液滴１１６として吐出される。

【０００７】例えばインクジェットプリンタにおいて
は、複数個の液体噴射ユニットを並べて、ノズルヘッド
を構成する。印刷時には、各々の噴射口（ノズル）から
インクが吐出されるので、多数の液体噴射ユニットが高
密度で並べられると、高速で高解像度のプリンタが実現
できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、たわみ振動モ
ードの圧電素子を用いた液体噴射ユニットは、たわみ振
動を利用するために、圧電素子および振動板において、
ある程度の面積を要する。これは、ユニットにおける噴
射口の高密度配列を困難にする。

【０００９】一方、縦振動モードの圧電素子を用いた液
体噴射ユニットは、圧電素子と振動板との接合面積が小
さいので、高密度配列に適している。しかし、そのよう
なユニットの製造では、圧電素子を配列ピッチに一致さ
せて切り分ける工程、および、切り分けられた圧電素子
を圧力室に高精度な位置決めを行って貼り合わせる工程
が必要となり、製造工程が非常に複雑になるという問題
を有する。

【００１０】また、例えばインクジェットプリンタにお
いて、噴射口から吐出されるインクの径が広い範囲で変
化でき、さらに、その径を制御できれば、より高品質な
印刷が実現できる。ここで、例えばより小さい液滴を得
るためには、液滴を吐出させるときに、圧力室内の圧力
を急激に高める必要がある。しかし、たわみ振動モード
の圧電素子は印加電圧に対する応答性が悪く、圧電素子
の変形が高周波の電圧波形に追随できない。そこで、従
来のたわみ振動モードの圧電素子を用いた液体噴射ユニ
ットにおいて圧電素子に印加される電圧の周波数領域
は、圧電素子の変位波形が印加する電圧波形にほぼ追随
できるように、完全容量性の領域、すなわち、共振周波
数よりも十分周波数が小さく、Ｇ（コンダクタンス）が
０に近い周波数領域に制限される。これは、圧力室内に
おける液体の加圧条件を単調にし、吐出する液滴径を一
様にする。

【００１１】さらに、従来の液体噴射ユニットにおいて
は、振動板の変位量が小さい。これも、液体噴射ユニッ
トから吐出される液滴径の変化を小さくする要因であ
る。これを解決する手段として、例えば、たわみ振動モ
ードの圧電素子を用いた液体噴射ユニットにおいて、圧
電素子の両端に対応する部分の振動板を薄くする方法が
考えられる。しかし、この圧電素子の両端に対応する部
分、すなわち、振動板の付け根部分の膜厚を薄くする
と、変位量が大きくなる一方で、強度および耐久性が低
下するという新たな問題が生じる。

【００１２】さらに、従来の液体噴射ユニットにおいて
解決されるべき問題は、噴射におけるエネルギーの利用
効率の向上である。従来の液体噴射ユニットは、振動板
と噴射口が離れており、それらの間で、液体供給口が圧
力室に通じている。従って、振動板の変形によって生じ
た圧力が液体供給口に漏洩し、噴射口まで完全に伝わり
難い。つまり、振動板を変形させたエネルギーが、液体
の噴射に有効に利用されていない。

【００１３】さらに、液体噴射ユニットにおける他の問
題として、液体導入時などに、圧力室内で気泡が発生す
るという問題がある。この気泡により、噴射口で目詰ま
りが生じる。

【００１４】本発明の目的は、噴射口が高密度に配列さ
れた液体噴射装置を提供することである。

【００１５】さらに、本発明の他の目的は、液体噴射装
置から噴射される液滴の径が広い範囲で変化できる液体
噴射装置を提供することである。

【００１６】さらに、本発明の他の目的は、構造が単純
で、製造がより簡単な液体噴射装置、および、その製造
方法を提供することである。

【００１７】さらに、本発明の他の目的は、噴射におけ
るエネルギーの利用効率が改善された液体噴射装置を提
供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の液体
噴射装置は、液体を内部に導入するための液体導入口
と、液体を外部に噴出するための噴射口とを有する圧力
室を備える。圧力室の一部が、伸縮素子からなる内表面
を形成する。また、圧力室の他の一部が、前記の伸縮素
子の伸縮方向に液体を噴出する位置に前記の噴射口を設
けた平板部からなる。

【００１９】本発明に係る第２の液体噴射装置は、液体
を内部に導入するための液体導入口を一端に設け、液体
を外部に噴出するための噴射口を前記の一端に対抗する
端部に設けた複数の圧力室を形成した本体と、液体容器
から前記の複数の圧力室の液体導入口まで形成された液
体流路とを備える。各圧力室を形成する基板の内表面の
一部が伸縮素子からなる。また、前記の複数の噴射口
が、本体の一部である１枚の平板部に、前記の伸縮素子
の伸縮方向に液体を噴出する位置に形成される。

【００２０】前記の液体噴射装置において、例えば、前
記の各圧力室の液体導入口の口径が前記の圧力室の断面
より小さい。

【００２１】前記の液体噴射装置において、例えば、前
記伸縮素子が、電圧を印加することによって伸張または
収縮する圧電材料または電歪材料からなる伸縮部を備
え、さらに、この伸縮部に電圧を印加するための２つの
電極が設けられる。

【００２２】前記の液体噴射装置において、例えば、前
記伸縮素子が、前記伸縮部と前記電極が交互に積層され
た積層素子である。

【００２３】前記の液体噴射装置において、例えば、前
記の圧力室に導入される前記の液体が電気絶縁性であ
る。

【００２４】前記の液体噴射装置において、例えば、電
圧を印加する２つの電極のうち、少なくとも１つの電極
が前記圧力室の内表面に露出しないように配置される。

【００２５】前記の液体噴射装置において、例えば、前
記圧力室の内表面に電気絶縁膜が形成されている。例え
ば、この電気絶縁膜が防水膜である。

【００２６】前記の液体噴射装置において、例えば、前
記圧力室の断面積が、前記噴射口を形成した平板部との
接合面で拡大している。

【００２７】前記の液体噴射装置において、例えば、前
記噴射口を形成する平板部の少なくとも一面に、凹部を
設ける。例えば、前記凹部が、前記噴射口を形成する平
板部の前記圧力室側の面に設けられている。

【００２８】前記の液体噴射装置において、例えば、前
記伸縮素子の周囲の少なくとも一部分に、振動防止阻害
部を設ける。

【００２９】本発明に係る液体噴射装置の製造法では、
複数の噴射口が形成された第１の基板と、複数の貫通口
が形成され、少なくとも貫通口の周囲に伸縮素子が形成
された第２の基板と、複数の液体導入口が形成された第
３の基板と、液体流路が形成された第４の基板とを作成
する。次に、１つの前記噴射口、１つの前記貫通口、お
よび、１つの前記液体導入口を、各々、連通することに
よって、１つの前記圧力室を形成し、かつ、前記の複数
の液体導入口を前記液体流路に連通するように、前記の
第１、第２、第３、および、第４の基板を順次積層して
貼り合わせる。

【００３０】例えば、前記の伸縮素子は、電圧を印加す
ることによって伸張または収縮する圧電材料または電歪
材料からなる伸縮部と、伸縮部に電圧を印加する導電材
料からなる２つの電極とからなる。

【００３１】本発明に係るインクジェットプリンタは、
前記の意の第１または第２の液体噴射装置と、それにイ
ンクを供給するインクタンクとを取り付けたキャリッジ
と、前記キャリッジを駆動するキャリッジ駆動機構と、
前記の液体噴射装置に対向する紙を移動する紙送り機構
と、印字信号に基づいて、前記液体制御装置、前記キャ
リッジ駆動機構および前記紙送り機構を制御する制御部
とからなる。

【００３２】好ましくは、前記制御部は、液体噴射装置
の伸縮素子を、前記噴射口を形成する平板部の共振周波
数で駆動する。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に、添付の図面を参照して、
発明の実施の形態を説明する。 (第１の実施形態）図３は、本発明による液体噴射ユニ
ット２００の断面構造を図式的に示す分解図であり、図
４はその液体噴射ユニット２００の図式的な断面図であ
る。液体噴射ユニット２００は、基板２０２、基板２０
４、基板２０６、および、基板２０８を積層して一体に
貼り合わせた形状を有する。

【００３４】基板２０２は、１つの噴射口２０１を有す
る平板である。噴射口２０１の径は、外の方に向かって
減少する。噴射口２０１の径（口径）は、約１５μｍか
ら６０μｍの範囲内であってよい。噴射される液滴径を
小さくしつつ、ノズル詰まりを低減できるという点で、
好ましくは、口径は３０μｍ前後である。基板２０２
は、例えば、ニッケル基板であり、電鋳によって形成さ
れてもよい。

【００３５】基板２０４は、例えば、サンドブラスト加
工法によって、（圧力室２１５の一部である）１の貫通
口２０３が形成された平板である。貫通口２０３の径
は、約５０μｍから４００μｍの範囲内であってよい。
貫通口２０３の中心の位置は、好ましくは、噴射口２０
１に対応する。基板２０４において、少なくとも貫通口
を形成する内表面は、圧電体から形成される。基板２０
４は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧
電体の、厚さ５００μｍのセラミック基板である。この
基板２０４の上面および下面において、貫通口２０３の
上端と下端の周りにそれぞれ電極２１２が形成される。
さらに、この基板２０４の内部には、電極２１２に電源
を供給するための配線が設けられる。電極２１２に電圧
が印加されると、基板２０４において、この電極に挟ま
れた圧電体部分が伸縮する。つまり電圧が印加された方
向と平行に振動する。

【００３６】基板２０６は、例えば、セラミック基板で
あり、１の逆流防止口２０５が貫通された平板である。
逆流防止口２０５は、上述の基板２０４の貫通口２０３
に通じるように位置される。逆流防止口２０５は、液体
を圧力室内に導入するとともに、圧力室２１５の圧力の
上昇を助け、かつ、圧力が液体流路２０７へ漏洩するこ
とを防ぐ。逆流防止口２０５の径は、貫通口の径より十
分小さくする。この逆流防止口２０５の径は、約２０μ
ｍから１００μｍの範囲内であってよい。

【００３７】基板２０８は、液体を圧力室２１５に導く
液体流路２０７を形成する。この基板２０８は、例え
ば、４角形の筒状部とその１開口を閉じる平板部とから
なるステンレス基板であり、筒状部、平板部および上述
の基板２０６とで液体流路２０７を形成する。なお、図
示しないが、液体を外部から液体流路２０７に導入する
ための導入口が備えられる。

【００３８】ここで、基板２０２、基板２０４および基
板２０６は、１つの圧力室２１５を区画する。液体は、
液体流路２０７から逆流防止口２０５を通じて圧力室２
１５に導入され、圧力室２１５内で加圧されて、噴射口
２０１から液滴として外部に吐出される。これらは、基
板２０４の伸縮および基板２０２の噴射口２０１近傍で
の変形によって引き起こされる。

【００３９】以下に、液体噴射ユニット２００の動作
を、特に、基板２０２と基板２０４の動作に注目して述
べる。図５は、液体噴射ユニット２００における基板２
０２と、１対の電極２１２を含む基板２０４との部分的
な断面を図式的に示した図である。ここで、図５の
（１）は、基板２０２と基板２０４の定常状態（電極に
電圧が印加されていない状態）を示す。

【００４０】まず、図５の（２）に示されるように、電
極２１２に基板２０４が伸張する方向に電圧が印加され
ると、基板２０４の電極２１２に挟まれた部分（伸縮
部）が伸張し、基板２０２において対応する部分が変位
して、基板２０２が、図の下方向に凸型に変形する。こ
れにより、液体流路２０７から、液面の先端位置が噴射
口２０１内に引き込まれる。続いて、図５の（３）に示
されるように、今度は、基板２０４が収縮する方向に電
圧が印加されると、基板２０４の電極２１２に挟まれた
部分（伸縮部）が収縮し、基板２０２において対応する
部分が変位して、基板２０２が凹型に変形する。これに
より、圧力室２１５内の圧力が上がり、噴射口２０１か
ら液滴が噴射される。なお、基板２０４の電極２１２に
挟まれた部分（伸縮部）は、一般に、基板２０２と基板
２０６の両付近において伸張および収縮するが、基板２
０６は、その材料および／または形状により、基板２０
４の伸縮に追随せず、基板２０６の付近において基板２
０４の伸縮を制限する。よって、基板２０４の伸縮は、
効率良く基板２０２の変形に利用される。

【００４１】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態の、複数の噴射口を備える液体噴射装置に
ついて説明する。この液体噴射装置は、上述の液体噴射
ユニット２００を同時に多数設けたものに相当する。以
下に、この液体噴射装置について説明する。

【００４２】図６は、本実施の形態の液体噴射装置３０
０の断面構造を図式的に示す。さらに、図７は、図６の
液体噴射装置の図式的な分解図である。図７に示される
ように、液体噴射装置３００は、基板３０２、基板３０
４、基板３０６、および、基板３０８を積層して一体に
貼り合わせた形状を有する。基板３０２、基板３０４、
基板３０６、および、基板３０８は、各々、複数の液体
噴射口３０１、複数の貫通口３０３、複数の逆流防止口
３０５、および、１つの液体流路３０７を含む。ここ
で、各々１つの液体噴射口３０１、貫通口３０３、逆流
防止口３０５は連通しており、１つの圧力室３１５とし
て使用される。圧力室は、この例では３行４列の位置に
配列される。１つの圧力室３１５は、図３、図４に示す
ような１つの液体噴射ユニット２００とみなせる。つま
り、本実施の形態の液体噴射装置３００は、複数の液体
噴射ユニット２００の集合とみなせる。製造の際には、
各基板３０２、３０４、３０６、３０８は同じ四角形状
であるので、容易に液体噴射口３０１、貫通口３０３お
よび逆流防止口３０５の位置合わせができる。この液体
噴射装置は、その装置を構成する部品数が少ないので、
製造工程が簡単化でき、かつ、製造コストを削減でき
る。

【００４３】さらに詳細に説明すると、基板３０２は、
複数の噴射口３０１を有する平板である。噴射口３０１
の径は、外の方に向かって減少する。噴射口３０１の径
（口径）は、約１５μｍから６０μｍの範囲内であって
よい。噴射される液滴径を小さくしつつ、ノズル詰まり
を低減できるという点で、好ましくは、口径は３０μｍ
前後である。基板３０２は、例えば、ニッケル基板であ
り、電鋳によって形成されてもよい。

【００４４】基板３０４は、例えば、サンドブラスト加
工法によって、複数の貫通口３０３が形成された平板で
ある。貫通口３０３の径は、約５０μｍから４００μｍ
の範囲内であってよい。貫通口３０３の中心の位置は、
好ましくは、噴射口３０１に対応する。基板３０４にお
いて、少なくとも貫通口を形成する内表面は、圧電体か
ら形成される。基板３０４は、例えば、チタン酸ジルコ
ン酸鉛を主成分とする圧電体の、厚さ５００μｍのセラ
ミック基板である。この基板３０４の上面および下面に
おいて、貫通口３０３の上端と下端の周りにそれぞれ電
極（図示されない）が形成される。さらに、この基板３
０４の内部には、電極に電源を供給するための配線が設
けられる。電極に電圧が印加されると、基板３０４にお
いて、この電極に挟まれた圧電体部分が伸縮する。つま
り電圧が印加された方向と平行に振動する。

【００４５】基板３０６は、例えば、セラミック基板で
あり、複数の逆流防止口３０５が貫通された平板であ
る。逆流防止口３０５は、上述の基板３０４の貫通口３
０３に通じるように位置される。逆流防止口３０５は、
液体を圧力室内に導入するとともに、圧力室３１５の圧
力の上昇を助け、かつ、圧力が液体流路３０７へ漏洩す
ることを防ぐ。逆流防止口３０５の径は、貫通口の径よ
り十分小さくする。この逆流防止口３０５の径は、約２
０μｍから１００μｍの範囲内であってよい。

【００４６】基板３０８は、液体を圧力室３１５に導く
液体流路３０７を形成する。この基板３０８は、例え
ば、４角形の筒状部とその１開口を閉じる平板部とから
なるステンレス基板であり、筒状部、平板部および上述
の基板３０６とで液体流路３０７を形成する。なお、図
示しないが、液体を外部から液体流路３０７に導入する
ための導入口が備えられる。

【００４７】ここで、液体に圧力を与える貫通口３０３
の口径と、液体を噴射する噴射口３０１の口径とは、噴
射する液滴の量、噴射スピード、および、噴射周波数等
に応じて、最適化される必要がある。例えば、１８０ｄ
ｐｉ（ドット／インチ）のノズルピッチを実現する場合
には、噴射口３０１の径を数１０μｍ、貫通口３０３の
径を約１００μｍに形成する必要がある。

【００４８】液体噴射装置３００において、各々の噴射
口３０１から液滴が吐出される動作は、前述の液体噴射
ユニット２００の動作と同様である。この液体噴射装置
３００によって、同時に複数の液滴を噴射できる。

【００４９】従って、本発明の実施の形態の液体噴射装
置において、基板３０２における液体噴射口３０１、基
板３０４における貫通口３０３、貫通口３０３の周囲の
電極、および、基板３０６における逆流防止口３０５の
配列密度をできる限り小さくすることで、液体噴射ユニ
ットの配列密度が小さい液体噴射装置を容易に実現でき
る。

【００５０】なお、本実施の形態の液体噴射装置におい
て、流路３０７は全ての液体噴射ユニットに共通する
が、適当に区画されてもよい。例えば、インクジェット
プリンタにおいて、流路を複数の領域に区画し、各々
に、異なる色のインクを導入できる。

【００５１】本発明による液体噴射装置において、アク
チュエータとして利用される圧電素子は、たわみ振動を
する屈伸振動素子ではなく、縦振動をする伸縮素子であ
る。よって、この圧電素子は、印加電圧に対する応答性
が良く、その変位は、高周波の電圧信号にも追随でき
る。

【００５２】これにより、本実施の形態の液体噴射装置
では、印加する電圧の周波数として、噴射口を形成する
基板の共振領域の周波数が利用できる。共振領域つまり
共振近傍の周波数を利用することにより、伸縮素子の変
位波形は、印加する電圧波形の立ち上がりに追随し、伸
縮素子の変位量、つまり、基板３０２の変位量が大きく
なる。したがって、噴射におけるエネルギーの利用効率
が改善される。

【００５３】以上のことから、本実施の形態の液体噴射
装置は、印加する電圧波形を変化させることにより、噴
射する液滴の径を連続的に変化させることができる。ま
た、液滴変調幅をより大きくできる。例えば、液面の先
端位置を噴射口３０１内に比較的大きく引き込み、次に
圧力室３１５内の圧力を急激に高めることにより、噴射
口３０１からより小さい液滴を噴射できる。また、噴射
口３０１内に液面を引き込み、圧力室３１５内の圧力を
比較的長時間、高く保つことにより、噴射口３０１から
より大きい液滴を噴射できる。

【００５４】本実施の形態の液体噴射装置においては、
基板３０４を伸縮させるために、電極を基板３０４の上
面および下面に設けている。しかし、その電極に挟まれ
る部分を伸縮させることができれば、電極を基板３０６
の下面や基板３０２の上面に設けて、基板３０４に接合
してもよい。また、電極に電源を供給するための配線
は、基板３０４の内部に限らず、例えば、基板３０６の
内部に施されてあってもよい。

【００５５】本実施の形態の液体噴射装置において、基
板３０４として用いられるものは、例えば、チタン酸ジ
ルコン酸鉛を主成分とするセラミック基板である。この
圧電材料の代わりに、例えば、チタン酸バリウムを主成
分とするセラミックなどの電歪材料を用いてもよい。電
歪材料を用いても、同様の効果が得られる。さらに、電
歪材料は、鉛元素を含まないので、環境問題を引き起こ
さないという利点がある。

【００５６】本実施の形態の液体噴射装置は、圧力発生
源と噴射口３０１が近いために、従来のものと比較し
て、エネルギーの利用効率が高い。さらに、この液体噴
射装置は、貫通口３０３の変形および基板３０２の変形
という形で、伸縮素子の縦効果と横効果の両効果を圧力
変化に利用でき、このことからも、従来のものと比較し
て、エネルギーの利用効率が高いといえる。

【００５７】また、本実施の形態の液体噴射装置は、構
造が非常に簡単である。よって、液体導入時の残留気泡
が低減でき、圧力室３１５内に気泡が溜まり難い。たと
え気泡が発生しても、噴射口３０１から容易に排出でき
る。

【００５８】（第３の実施の形態）次に、本発明による
第３の実施の形態の液体噴射装置について説明する。図
８は、この液体噴射装置の断面構造を図式的に示す。さ
らに、図９は、図８の液体噴射装置の図式的な分解図で
ある。ここで、第２の実施の形態の液体噴射装置と同様
に構成できる部品については、図６および図７と同一の
符号を付している。図示されるように、この液体噴射装
置は、基板３０２、基板３０４、および、基板３０８を
積層して一体に貼り合わせた形状を有する。

【００５９】本実施の形態の液体噴射装置が、第２の実
施の形態の液体噴射装置と異なる点は、逆流防止口３０
５を有する基板３０６を含まない点である。本実施の形
態の液体噴射装置は、前に述べられたように、圧力発生
源と噴射口３０１が非常に接近しており、噴射における
エネルギー損失が小さい。従って、通常は必要とされる
逆流防止口３０５を除去できる。また、基板３０６を含
まなくとも、エネルギーの利用効率を高く維持できる。

【００６０】この第３の実施の形態の液体噴射装置は、
構造がさらに簡単である。また、製造歩留まりの向上、
および、製造コストの削減も実現できる。

【００６１】なお、本実施の形態の液体噴射装置におい
ても、液体噴射方法として、前述の共振駆動が利用でき
る。共振駆動を利用すると、伸縮素子の変位量は、従来
の噴射方法と比較して５倍以上であった。

【００６２】（第４の実施の形態）次に、本発明による
第４の実施の形態の液体噴射装置について説明する。図
１０は、この液体噴射装置の断面構造を図式的に示す。
ここで、第２の実施の形態の液体噴射装置と同様に構成
できる部品については、図６と同一符号を付している。
図示されるように、この液体噴射装置は、基板３０２、
基板３０４、基板３０６、および、基板３０８を積層し
て一体に貼り合わせた形状を有する。

【００６３】本実施の形態の液体噴射装置が、第２の実
施の形態の液体噴射装置と異なる点は、まず、基板３０
４において、伸縮素子として、圧電材料と内部電極３２
０を交互に積層した積層圧電素子を用いた点である。こ
の積層圧電素子は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主
成分とするセラミック基板とパラジウム銀電極が積層さ
れたものであってよい。

【００６４】本実施の形態の液体噴射装置において、伸
縮素子として積層素子を用いることによって、伸縮素子
の駆動電圧を低く、かつ、変位量を大きくできる。な
お、この積層素子において、圧電材料の代わりに電歪材
料を利用して、積層電歪素子としてもよい。例えば、チ
タン酸バリウムを主成分とするセラミック基板とニッケ
ル電極が積層されたものであってもよい。電歪材料を用
いても、同様の効果が得られる。さらに、前に述べられ
たように、電歪材料を用いることによって、素子の非鉛
化を容易に実現できる。

【００６５】次に、本実施の形態の液体噴射装置が、第
２の実施の形態の液体噴射装置と異なる点は、電気絶縁
性の液体を用いる点である。電気絶縁性の液体を用いれ
ば、圧力室の内表面に露出する内部電極の後処理を行う
必要がないので、この液体噴射装置の製造工程の簡単
化、および、製造コストの削減を実現できる。また、伸
縮素子の構造設計の自由度が増す。

【００６６】さらに、本実施の形態の液体噴射装置が、
第２の実施の形態の液体噴射装置と異なる点は、貫通口
３０３の径が、噴射口３０１を形成する基板３０２との
接合面で拡大している点である。この貫通口３０３の径
の拡大により、基板３０２の変位量（変形量）を大きく
できる。

【００６７】なお、ここでは、基板３０２との接合面付
近の径だけを拡大しているが、貫通口３０３の壁面に傾
斜を設けて、基板３０２に向かって、貫通口３０３の径
が徐々に大きくなる構造であってもよい。

【００６８】また、本実施の形態の液体噴射装置におい
て、逆流防止口３０５を有する基板３０６を含まなくて
もよい。この場合には、第３の実施の形態の液体噴射装
置と同様の効果が得られる。

【００６９】さらに、本実施の形態においても、液体噴
射方法として、前述の共振駆動が利用できる。

【００７０】（第５の実施の形態）次に、本発明による
第５の実施の形態の液体噴射装置について説明する。図
１１は、この液体噴射装置の断面構造を図式的に示す。
ここで、第２の実施の形態の液体噴射装置と同様に構成
できる部品については、図６と同一符号を付している。
図示されるように、この液体噴射装置は、基板３０２、
基板３０４、基板３０６、および、基板３０８を積層し
て一体に貼り合わせた形状を有する。

【００７１】本実施の形態の液体噴射装置が、第２の実
施の形態の液体噴射装置と異なる点は、まず、基板３０
４において、伸縮素子として、圧電材料と内部電極３２
０を交互に積層した積層圧電素子を用いた点である。こ
の積層圧電素子は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主
成分とするセラミック基板とパラジウム銀電極が積層さ
れたものであってよい。

【００７２】本実施の形態の液体噴射装置において、伸
縮素子として、積層素子を用いることによって、伸縮素
子の駆動電圧を低く、かつ、変位量を大きくできる。な
お、この積層素子において、圧電材料の代わりに電歪材
料を利用して、積層電歪素子としてもよい。例えば、チ
タン酸バリウムを主成分とするセラミック基板とニッケ
ル電極が積層されたものであってもよい。電歪材料を用
いても、同様の効果が得られる。さらに、前に述べられ
たように、電歪材料を用いることによって、素子の非鉛
化を容易に実現できる。

【００７３】次に、本実施の形態の液体噴射装置が、第
２の実施の形態の液体噴射装置と異なる点は、貫通口３
０３の壁面に、電気絶縁性保護膜３３０が形成されてい
る点である。この保護膜は、例えば、二酸化シリコン膜
であってよい。

【００７４】本実施の形態の液体噴射装置において、貫
通口３０３の壁面に保護膜３３０を設けることにより、
伸縮素子の保護が行える。また、電気絶縁性保護膜３３
０により、内部電極が保護される。つまり、貫通口３０
３の内表面に露出する内部電極の後処理を行う必要がな
い。従って、この液体噴射装置の製造工程の簡単化、お
よび、製造コストの削減を実現できる。

【００７５】さらに、貫通口３０３の壁面に防水性の保
護膜３３０を設けることにより、この液体噴射装置は、
保護膜３３０の防水効果を利用できる。従って、液体の
侵入を完全に防ぐことができ、電極設計の自由度が増す
と同時に、使用する液体の種類および使用する伸縮素子
の材料の種類を自由に選択できる。

【００７６】なお、本実施の形態の液体噴射装置におい
て、貫通口３０３の径を、噴射口３０１を形成する基板
３０２との接合面で大きくしてもよい。この場合には、
第４の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００７７】また、逆流防止口３０５を有する基板３０
６を含まなくてもよい。この場合には、第３の実施の形
態と同様の効果が得られる。

【００７８】さらに、本実施の形態においても、液体噴
射方法として、前述の共振駆動が利用できる。

【００７９】（第６の実施の形態）次に、本発明による
第６の実施の形態について説明する。図１２は、この液
体噴射装置の断面構造を図式的に示す。ここで、第２の
実施の形態の液体噴射装置と同様に構成できる部品につ
いては、図６と同一符号を付している。図示されるよう
に、この液体噴射装置は、基板３０２、基板３０４、基
板３０６、および、基板３０８を積層して一体に貼り合
わせた形状を有する。

【００８０】本実施の形態の液体噴射装置が、第２の実
施の形態の液体噴射装置と異なる点は、まず、基板３０
４において、伸縮素子として、圧電材料と内部電極３２
０を交互に積層した積層圧電素子を用いた点である。こ
の積層圧電素子は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主
成分とするセラミック基板とパラジウム銀電極が積層さ
れたものであってよい。

【００８１】本実施の形態の液体噴射装置において、伸
縮素子として、積層素子を用いることによって、伸縮素
子の駆動電圧を低く、かつ、変位量を大きくできる。な
お、この積層素子において、圧電材料の代わりに電歪材
料を利用して、積層電歪素子としてもよい。例えば、チ
タン酸バリウムを主成分とするセラミック基板とニッケ
ル電極が積層されたものであってもよい。電歪材料を用
いても、同様の効果が得られる。さらに、前に述べられ
たように、電歪材料を用いることによって、素子の非鉛
化を容易に実現できる。

【００８２】次に、本実施の形態の液体噴射装置が、第
２の実施の形態の液体噴射装置と異なる点は、内部電極
３２０が圧力室３１５に露出しない構造を有する点であ
る。

【００８３】本実施の形態の液体噴射装置において、内
部電極３２０が貫通口３０３に露出しないことにより、
導電性の有無に関係せず、任意の液体を選択できる。ま
た、電気絶縁性の液体を使用する必要、および、保護膜
を形成する必要がないので、この液体噴射装置の製造工
程の簡単化、および、製造コストの削減を実現できる。

【００８４】なお、本実施の形態の液体噴射装置におい
て、圧力室の壁面に防水性の電気絶縁性保護膜３３０を
形成し、その防水効果を利用してもよい。これにより、
使用する液体の種類および使用する伸縮素子の材料の種
類を自由に選択できる。

【００８５】さらに、本実施の形態の液体噴射装置が、
第２の実施の形態と異なる点は、基板３０２に凹部３５
０を設けた点である。ここで、凹部３５０は、基板３０
２の少なくとも一面に設けられる。好ましくは、基板３
０２の少なくとも圧力室に対向する領域に設けられる。
これにより、基板３０２の剛性を部分的に低くできるの
で、例えば共振駆動を行う場合などに変位量をより大き
くできる。

【００８６】さらに、貫通口３０３の径を、噴射口３０
１を形成する基板３０２との接合面で大きくしてもよ
い。この場合には、第４の実施の形態と同様の効果が得
られる。

【００８７】なお、本実施の形態の液体噴射装置におい
て、逆流防止口３０５を有する基板３０６を含まなくて
もよい。この場合には、第３の実施の形態と同様の効果
が得られる。

【００８８】また、本実施の形態においても、液体噴射
方法として、前述の共振駆動が利用できる。

【００８９】（第７の実施の形態）次に、本発明による
第７の実施の形態の液体噴射装置について説明する。図
１３は、この液体噴射装置の断面構造を図式的に示す。
ここで、第２の実施の形態と同様に構成できる部品につ
いては、図６と同一符号を付している。図示されるよう
に、この液体噴射装置は、基板３０２、基板３０４、基
板３０６、および、基板３０８を積層して一体に貼り合
わせた形状を有する。

【００９０】本実施の形態の液体噴射装置が、第２の実
施の形態と異なる点は、まず、基板３０４において、伸
縮素子として、圧電材料と内部電極３２０を交互に積層
した積層圧電素子を用いた点である。この積層圧電素子
は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセラ
ミック基板とパラジウム銀電極が積層されたものであっ
てよい。

【００９１】本実施の形態の液体噴射装置において、伸
縮素子として、積層素子を用いることによって、伸縮素
子の駆動電圧を低く、かつ、変位量を大きくできる。な
お、この積層素子において、圧電材料の代わりに電歪材
料を利用して、積層電歪素子としてもよい。例えば、チ
タン酸バリウムを主成分とするセラミック基板とニッケ
ル電極が積層されたものであってもよい。電歪材料を用
いても、同様の効果が得られる。さらに、前に述べられ
たように、電歪材料を用いることによって、素子の非鉛
化を容易に実現できる。

【００９２】次に、本実施の形態の液体噴射装置が、第
２の実施の形態の液体噴射装置と異なる点は、内部電極
３２０が貫通口３０３の内表面に露出しない構造を有す
る点である。これにより、導電性の有無に関係せず、任
意の液体を選択できる。また、電気絶縁性の液体を使用
する必要、および、電気絶縁性の保護膜を形成する必要
がないので、この液体噴射装置の製造工程の簡単化、お
よび、製造コストの削減を実現できる。

【００９３】なお、本実施の形態の液体噴射装置におい
て、貫通口３０３の壁面に電気絶縁性保護膜３３０を形
成し、その防水効果を利用してもよい。これにより、使
用する液体の種類および使用する伸縮素子の材料の種類
を自由に選択できる。

【００９４】さらに、本実施の形態の液体噴射装置が、
第２の実施の形態と異なる点は、基板３０４において、
伸縮素子の周囲に、振動防止阻害手段３６０としてスリ
ットを設けたことである。このスリットは、例えば、レ
ーザー加工法によって形成されてもよい。

【００９５】本実施の形態の液体噴射装置において、ス
リットを設けることにより、伸縮素子が、伸縮しない周
囲の部分と分離される。従って、伸縮素子の伸縮は、周
囲の部分に影響されず、その変位量がさらに大きくな
る。また、そのスリットにより、隣接する他の圧力室３
１５への伸縮の影響を抑制できる。

【００９６】また、本実施の形態の液体噴射装置におい
て、基板３０２に凹部３５０を設けてもよい。この場合
には、第６の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００９７】さらに、貫通口３０３の径を、噴射口３０
１を形成する基板３０２との接合面で大きくしてもよ
い。この場合には、第４の実施の形態と同様の効果が得
られる。

【００９８】なお、本実施の形態において、逆流防止口
３０５を有する基板３０６を含まなくてもよい。この場
合には、第３の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００９９】また、本実施の形態においても、液体噴射
方法として、前述の共振駆動が利用できる。

【０１００】前述の第２から第７の実施の形態に示され
た液体噴射装置は、インクジェットプリンタに適用でき
る。図１４は、本発明によるいずれかの液体噴射装置を
利用したインクジェットプリンタ５００の構成の一例を
示す。このインクジェットプリンタは、液体噴射装置５
０２と、液体噴射装置５０２にインクを供給するインク
タンク５０４とから成るキャリッジ５０６、そのキャリ
ッジを駆動するキャリッジ駆動機構５０８、および、印
刷される紙を移動させる紙送り機構５１０を含む。さら
に、制御部５１８において、紙送り制御部５１６は、印
字信号に基づいて、紙送り機構５１０を制御して紙を送
り、キャリッジ駆動制御部５１４は、キャリッジ駆動機
構５０８を制御して、紙に対向してキャリッジ５０６の
位置を移動して、液体噴射口の位置を制御する。液体噴
射制御装置５１２は、液体噴射装置５０２への印加電圧
を制御して、インクを紙の方に吐出させる。ここで、印
加する電圧の周波数として、噴射口を形成する基板の共
振領域の周波数を利用する。

【０１０１】このインクジェットプリンタは、液体噴射
装置５０２を除いて、従来のインクジェットプリンタと
同様の構成を有する。本発明による液体噴射装置５０２
を用いて、インクを噴射するノズルの配列密度を小さく
できるので、高解像度のプリンタが実現できる。また、
このプリンタは、気泡を排出しやすい単純な構造である
ので、印刷には直接関係ない気泡除去動作等の特別な動
作を必要としない。従って、高速なプリンタが実現でき
る。また、同時に、液滴径が変調できるので、高画質な
印刷が実現できる。

【０１０２】

【発明の効果】本発明により、縦振動モードの圧電素子
を用いて、構造が単純で、製造がより簡単な液体噴射装
置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 たわみ振動モードの圧電素子を利用した従来
の液体噴射ユニットの図式的な断面図。

【図２】 縦振動モードの圧電素子を利用した従来の液
体噴射ユニットの図式的な断面図。

【図３】 本発明による液体噴射ユニットの図式的な分
解斜視断面図。

【図４】 図３に示された液体噴射ユニットの図式的な
断面図。

【図５】 伸縮素子と噴射口が形成された基板の動作を
説明する図。

【図６】 本発明の第２の実施の形態による液体噴射装
置の図式的な断面斜視図。

【図７】 図６に示された液体噴射装置の図式的な分解
斜視断面図。

【図８】 本発明の第３の実施の形態による液体噴射装
置の図式的な断面斜視図。

【図９】 図８に示された液体噴射装置の図式的な分解
斜視断面図。

【図１０】 本発明の第４の実施の形態による液体噴射
装置の図式的な断面斜視図。

【図１１】 本発明の第５の実施の形態による液体噴射
装置の図式的な断面斜視図。

【図１２】 本発明の第６の実施の形態による液体噴射
装置の図式的な断面斜視図。

【図１３】 本発明の第７の実施の形態による液体噴射
装置の図式的な断面斜視図。

【図１４】 本発明による液体噴射装置を用いたインク
ジェットプリンタの構成を示すブロック図。

【符号の説明】 ２００ 液体噴射ユニット ３００ 液体噴射装置 ２０１、３０１ 噴射口 ２０２、３０２ 噴射口形成用基板 ２０３、３０３ 貫通口 ２０４、３０４ 圧力室形成用基板 ２０５、３０５ 逆流防止口 ２０６、３０６ 防止口形成用基板 ２０７、３０７ 液体流路 ２０８、３０８ 流路形成用基板 ２１２ 電極 ２１５、３１５ 圧力室 ３２０ 内部電極 ３３０ 保護膜 ３５０ 凹部 ３６０ 振動防止阻害手段 ５００ インクジェットプリンタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF51 AG04 AG12 AG38 AG42 AG44 AG48 AG51 AG59 AG60 AH20 AP02 AP16 AP61 BA05 BA14

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を内部に導入するための液体導入口
   と、液体を外部に噴出するための噴射口とを有する圧力
   室を備え、 圧力室の一部が、伸縮素子からなる内表面を形成し、 圧力室の他の一部が、前記の伸縮素子の伸縮方向に液体
   を噴出する位置に前記の噴射口を設けた平板部からなる
   液体噴射装置。
2. 【請求項２】 液体を内部に導入するための液体導入口
   を一端に設け、液体を外部に噴出するための噴射口を前
   記の一端と異なる端部に設けた複数の圧力室を形成した
   本体と、 液体容器から前記の複数の圧力室の液体導入口まで形成
   された液体流路とを備え、 各圧力室を形成する基板の内表面の一部が伸縮素子から
   なり、 前記の複数の噴射口が、本体の一部である１枚の平板部
   に、前記の伸縮素子の伸縮方向に液体を噴出する位置に
   形成される液体噴射装置。
3. 【請求項３】 前記の各圧力室の液体導入口の口径が前
   記の圧力室の断面より小さいことを特徴とする請求項２
   に記載の液体噴射装置。
4. 【請求項４】 前記伸縮素子が、電圧を印加することに
   よって伸張または収縮する圧電材料または電歪材料から
   なる伸縮部を備え、さらに、この伸縮部に電圧を印加す
   るための２つの電極が設けられることを特徴とする請求
   項１から３のいずれかに記載の液体噴射装置。
5. 【請求項５】 前記伸縮素子が、前記伸縮部と前記電極
   が交互に積層された積層素子であることを特徴とする請
   求項４に記載の液体噴射装置。
6. 【請求項６】 前記圧力室に導入される前記液体が電気
   絶縁性であることを特徴とする請求項５に記載の液体噴
   射装置。
7. 【請求項７】 電圧を印加する２つの電極のうち、少な
   くとも１つの電極が前記圧力室の内表面に露出しないよ
   うに配置されることを特徴とする請求項４に記載の液体
   噴射装置。
8. 【請求項８】 前記圧力室の内表面に電気絶縁膜が形成
   されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記
   載の液体噴射装置。
9. 【請求項９】 前記電気絶縁膜が防水膜であることを特
   徴とする請求項８に記載の液体噴射装置。
10. 【請求項１０】 前記圧力室の断面積が、前記噴射口を
    形成した平板部との接合面で拡大していることを特徴と
    する請求項１から９のいずれかに記載の液体噴射装置。
11. 【請求項１１】 前記噴射口を形成する平板部の少なく
    とも一面に、凹部を設けることを特徴とする請求項１か
    ら９のいずれかに記載の液体噴射装置。
12. 【請求項１２】 前記凹部が、前記噴射口を形成する平
    板部の前記圧力室側の面に設けられていることを特徴と
    する請求項１１に記載の液体噴射装置。
13. 【請求項１３】 前記伸縮素子の周囲の少なくとも一部
    分に、振動防止阻害部を設けることを特徴とする請求項
    １から１２のいずれかに記載の液体噴射装置。
14. 【請求項１４】 複数の噴射口が形成された第１の基板
    と、 複数の貫通口が形成され、少なくとも貫通口の周囲に伸
    縮素子が形成された第２の基板と、 複数の液体導入口が形成された第３の基板と、 液体流路が形成された第４の基板とを作成し、 １つの前記噴射口、１つの前記貫通口、および、１つの
    前記液体導入口を、各々、連通することによって、１つ
    の前記圧力室を形成し、かつ、前記の複数の液体導入口
    を前記液体流路に連通するように、前記の第１、第２、
    第３、および、第４の基板を順次積層して貼り合わせる
    ことを特徴とする液体噴射装置の製造法。
15. 【請求項１５】 前記伸縮素子が、電圧を印加すること
    によって伸張または収縮する圧電材料または電歪材料か
    らなる伸縮部と、伸縮部に電圧を印加する導電材料から
    なる２つの電極とからなることを特徴とする請求項１４
    に記載の液体噴射装置の製造法。
16. 【請求項１６】 請求項３に記載された液体噴射装置
    と、それにインクを供給するインクタンクとを取り付け
    たキャリッジと、 前記キャリッジを駆動するキャリッジ駆動機構と、 前記の液体噴射装置に対向する紙を移動する紙送り機構
    と、 印字信号に基づいて、前記液体制御装置、前記キャリッ
    ジ駆動機構および前記紙送り機構を制御する制御部とか
    らなるインクジェットプリンタ。
17. 【請求項１７】 前記制御部は、液体噴射装置の伸縮素
    子を、前記噴射口を形成する平板部の共振周波数で駆動
    することを特徴とする請求項１６に記載のインクジェッ
    トプリンタ。