JP2004148591A

JP2004148591A - 液滴噴射装置

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Publication number: JP2004148591A
Application number: JP2002314539A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Takahashi; 高橋　　義和
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: US7264339B2; US20040119792A1; JP3982382B2

Abstract

【課題】アクチュエータユニットの静電容量を小さくし、ドライバ回路の発熱量を抑制する。
【解決手段】インクジェットヘッド１は流路ユニット１０とアクチュエータユニット２０とを接合して構成されている。流路ユニット１０にはマニホールド１１ａ，１１ｂと噴射口５４との間に圧力室１６が配置されている。アクチュエータユニット２０は圧電シート２１ａ〜２１ｆとその間に挟まれた個別電極２４ａ，２４ｂ及び共通電極２５とにより構成されている。個別電極２４ａ，２４ｂは１つの圧力室１６に対応した領域内に２つで一対となって配置され、個別電極２４ａ，２４ｂと共通電極２５との間には活性部６１ａ，６１ｂが形成されている。アクチュエータユニット２０の駆動時には、活性部６１ａ，６１ｂ及びそれらの間に形成された領域Ｌｙにおいて圧電シートが厚み方向に伸長し、圧力室１６全体の面積を縮小させる。これにより、インクが噴射口５４から液滴５０として噴射される。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力室の容積を変化させることにより噴射口から液滴を噴射させる液滴噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体を収容する液体供給源と、噴射口と、この噴射口と液体供給源との間に配置された圧力室とから流路ユニットを構成し、圧力室の容積を変化させることで液体供給源に収容されている液体を噴射口から噴射させる液滴噴射装置がある。このような液滴噴射装置は、例えばインクジェット式プリンタのヘッド（特許文献１参照）などに用いられる。
【０００３】
ここで、上記文献のヘッドにおける噴射装置（液滴噴射装置）の構成及び動作について、図９及び図１０を参照しつつ説明する。図９及び図１０に示す液滴噴射装置１０１は、上記文献で示された噴射装置とほぼ同様のものであり、それぞれ圧電アクチュエータ（アクチュエータユニット）２００の非駆動時及び駆動時の状態について、装置の短手方向に沿った部分断面図で示している。
【０００４】
図９に示すように、液滴噴射装置１０１は、図示しないインク供給源と連通してインク流路となるマニホールド１１１ａ，１１２ａと、インクが噴射される噴射口１５４との間に圧力室１１６を配置して構成される流路ユニット１００を備えている。流路ユニット１００上には、圧力室１１６の容積を変化させるために変形可能なアクチュエータユニット２００が貼り合わされている。
【０００５】
流路ユニット１００は、それぞれマニホールド１１１ａ，１１２ａ、圧力室１１６などを構成する開口部が形成されたプレート１４３，１１１，１１２，１１３，１１４が積層されて構成されている。また、アクチュエータユニット２００は、それぞれ交互に配置された個別電極１２４及び共通電極１２５間に圧電シート１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ，１２１ｅ，１２１ｆが挟まれて構成されている。
【０００６】
個別電極１２４はスルーホール１３２を介して外部正電極１３０に接続されており、共通電極１２５はスルーホール１３３を介して外部接地電極１３１により接地されている。圧電シート１２１ａ〜１２１ｆにおいて個別電極１２４と共通電極１２５とで挟まれた部分には、その厚み方向に分極された活性部１６１が構成されている。この活性部１６１は、流路ユニット１００の圧力室１１６と対向配置されている。
【０００７】
ここで、個別電極１２４と共通電極１２５との間に圧電シート１２１ａ〜１２１ｆの分極方向に平行な電界を発生させると、図１０に示すように、圧電効果により活性部１６１が圧電シート１２１ａ〜１２１ｆの厚み方向に変位する。このとき圧力室１１６の容積が変化し、噴射口１５４から液滴５０が噴射される構成である。
【０００８】
【特許文献１】
特許３１２８８５７号明細書（第３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
液滴噴射装置１０１において、アクチュエータユニット２００は、個別電極１２４を圧力室１１６の平面形状とほぼ同じ大きさに形成し、共通電極１２５を複数の圧力室１１６にわたる大きさに形成している。このため、個別電極１２４と共通電極１２５との対向部分は圧力室１１６の平面形状とほぼ同じになり、さらにこの対向部分は圧力室の個数分存在している。この対向部分の面積はアクチュエータユニット２００の静電容量と比例関係にあり、また、静電容量はアクチュエータユニット２００を駆動するドライバ回路の消費電力と比例関係にある。ドライバ回路の消費電力が大きい場合、ドライバ回路として比較的大規模で高価なものを用いる必要がある。また、ドライバ回路の消費電力が大きくなると発熱量が大きくなり、ヒートシンクなどの放熱装置を大型化する必要が生じ、結果的に液滴噴射装置１０１の大型化につながってしまう。またさらに、ドライバ回路にて発生した熱がアクチュエータユニット２００に伝達されると、各活性部１６１の動作に影響が及び、所望の噴射動作が得られなくなるという問題もでてくる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、アクチュエータユニットの静電容量を小さくし、ドライバ回路の発熱を抑制することができる液滴噴射装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の液滴噴射装置は、一端を噴射口に、他端を液体供給源にそれぞれ接続された圧力室が配置された流路ユニットと、前記圧力室の容積を変化させるために変形可能であって電極間に圧電シートが挟まれてなる活性部を有するアクチュエータユニットとが、前記圧力室と前記活性部とを対向させて相互に接合された液滴噴射装置において、前記アクチュエータユニットの１つの前記圧力室に対応した領域内に複数の前記活性部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
上記構成のようにアクチュエータユニットの１つの圧力室に対応した領域内に複数の活性部を設けた場合における静電容量の合計は、当該領域とほぼ同じ大きさの活性部を１つ設けた場合の静電容量よりも小さくなる。これによりドライバ回路の発熱が抑制されることから、アクチュエータユニットを駆動するドライバ回路として比較的小規模で安価なものを使用することができると共に、放熱装置を小型化することが可能となる。
【００１３】
請求項２の液滴噴射装置は、請求項１において、前記活性部は、前記圧電シートの厚み方向に分極され、前記電極間の前記圧電シートに前記分極方向と同方向の電界を加えることで前記圧電シートの厚み方向に伸長するものであって、複数の前記活性部の間隔は、隣接する両活性部の伸長にともない、その間の前記圧電シートも同方向に伸長する大きさであることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によると、１つの圧力室に対応した領域内に当該領域とほぼ同じ大きさの活性部を１つ設けた場合とほぼ同様の圧力室の容積変化を確保することができる。
【００１５】
請求項３の液滴噴射装置は、請求項２において、前記アクチュエータユニットの１つの前記圧力室に対応した領域内に設けられた複数の前記活性部のうちで最も外側に配置された前記活性部は、その外側端部が前記圧力室の端部近傍に相当する位置にあるように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によると、活性部に対応する圧力室全体に容積変化を生じさせることができる。これにより、液体に圧力を効果的に与えることができ、液滴噴射を円滑に行うことができる。
【００１７】
請求項４の液滴噴射装置は、請求項１〜３のいずれか１項において、１つの前記圧力室の面積に対する、前記アクチュエータユニットの１つの前記圧力室に対応した領域内に設けられた複数の前記活性部の合計面積の割合が０．７以上であることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によると、噴射口からの液滴噴射速度を一定に保つために印加すべき電圧を比較的小さくすることができる。この場合、アクチュエータユニットを駆動するドライバ回路として、低電圧用の比較的小規模で安価なものを用いることができる。また、駆動電圧が小さいと当該ドライバ回路の発熱も抑制されるため、放熱装置を小型化することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明に係る液滴噴射装置とは後に詳述する相互に接合されたアクチュエータユニットと流路ユニットとを備えたものであり、本実施の形態では当該液滴噴射装置をインクジェット式プリンタのヘッドに用いた場合について述べる。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る液滴噴射装置を含むインクジェットヘッドの分解斜視図である。インクジェットヘッド１は、ほぼ直方体の流路ユニット１０上にこれとほぼ同形状のアクチュエータユニット２０が積層され、アクチュエータユニット２０上に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル４０が貼付されたものである。インクジェットヘッド１は、流路ユニット１０の下面側にある噴射口５４（図２参照）から下向きにインクを噴射する。
【００２１】
図２は、流路ユニット１０の分解斜視図である。流路ユニット１０は、ノズルプレート４３、マニホールドプレート１１、１２、スペーサプレート１３及びキャビティプレート１４の５枚の薄板を接着にて重ねて接合して積層したものである。本実施の形態において、ノズルプレート４３を除く各プレート１１、１２、１３、１４は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さである。ノズルプレート４３には、微小径の噴射口５４が、当該ノズルプレート４３における第１の方向（長手方向）に沿って２列の千鳥配列状に設けられている。即ち、ノズルプレート４３の長手方向と平行な２つの基準線に沿って、微小ピッチ間隔で千鳥状配列にて多数個の噴射口５４がノズルプレート４３に穿設されている。
【００２２】
マニホールドプレート１２には、インク通路としての一対のマニホールド室１２ａ、１２ａが、噴射口５４が配列された２つの基準線の外側に沿って延びるように穿設されている。各マニホールド室１２ａは、平面視において、キャビティプレート１４に形成された圧力室１６の列と重なり且つ長手方向について圧力室１６の列を跨ぐように延びている。マニホールドプレート１２の下側のマニホールドプレート１１の上面には、各マニホールド室１２ａとほぼ同じ位置にて、平面視形状で略同じ形状の上向き開放するようにマニホールド室１１ａが凹設され、両マニホールド室１１ａ、１２ａが一体となって１つのマニホールド室を形成している。
【００２３】
また、キャビティプレート１４には、その長辺に沿う中心線に対して直交する第２の方向（短手方向）に延びる細幅の多数の圧力室１６が穿設されている。圧力室１６は、キャビティプレート１４の長手方向に前記中心線を挟むように、且つ先端部近傍が前記中心線を越えて延在するように、２列に配列されている。したがって、各圧力室１６の先端部近傍領域はキャビティプレート１４の長手方向について互いに重なり合うと共に、圧力室１６の先端は２列に千鳥状配列されている。なお、本実施の形態における圧力室１６の長さと幅との比はおよそ８である。
【００２４】
このようにして、各圧力室１６の先端は、スペーサプレート１３及びマニホールドプレート１１、１２に同じく千鳥状配列にて穿設されている微小径の貫通孔１７、１７を介して、ノズルプレート４３における噴射口５４と連通している。一方、各圧力室１６の他端は、スペーサプレート１３における左右両側部位に穿設された貫通孔１８を介して、マニホールドプレート１１、１２におけるマニホールド室１１ａ、１２ａに連通している。
【００２５】
また、キャビティプレート１４及びスペーサプレート１３の長手方向についての一端部には、左右両マニホールド室１２ａ、１２ａにそれぞれ連通した一対の供給孔１９ａ、１９ｂが穿設されている。最上層のキャビティプレート１４の一端部に穿設された供給孔１９ａ、１９ａの上面には、その上方のインクカートリッジ（図示せず）から供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ２９が張設されている。
【００２６】
インクカートリッジから供給孔１９ａ、１９ｂを介して左右両マニホールド室１１ａ、１１ａ、１２ａ、１２ａ内に流入したインクは、各貫通孔１８を通って各圧力室１６内にそれぞれ分配されたのち、各圧力室１６内から貫通孔１７を通って、当該圧力室１６に対応する噴射口５４に至る。
【００２７】
図３は、アクチュエータユニット２０の部分的な分解斜視図である。アクチュエータユニット２０は、６枚の圧電セラミックスシート（以下、単に「圧電シート」という）２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆを積層した構造である。各圧電シート２１ａ〜２１ｆは、全圧力室１６にわたる大きさを有している。
【００２８】
最下層の圧電シート２１ａ及びこれを含めて上方へ数えて奇数番目の圧電シート２１ｃ、２１ｅの上面には、常に一定の電位（グランド電位）に保持された共通電極２５が形成されている。また、最上層の圧電シート２１ｆを除いた下から偶数番目の各圧電シート２１ｂ、２１ｄの上面には、それぞれ独立して電位の制御が可能な多数の個別電極２４ａ，２４ｂが設けられている。本実施の形態において、各シートの厚さは略２０μｍである。
【００２９】
共通電極２５は、長手方向に沿って２列に配列された圧力室１６、１６を平面視で列毎に覆うように、圧電シート２１ａ、２１ｃ、２１ｅの長手方向に沿って２列に延びて形成されている。２列に延びた共通電極２５のそれぞれは、平面視略矩形状である。共通電極２５には、圧電シート２１ａ、２１ｃ、２１ｅの長手方向両端近傍において、短手方向全長に形成された引き出し部２５ａが一体的に設けられている。
【００３０】
一方、各個別電極２４ａ，２４ｂは、アクチュエータユニット２０の短手方向に延びた細長形状を有している。そして、アクチュエータユニット２０の短手方向中央側及び端部側に互いに離隔された２つの個別電極２４ａ，２４ｂが一対となって、流路ユニット１０における各圧力室１６に対応する領域内に配置されている。各圧力室１６に対応する一対の個別電極２４ａ，２４ｂは、圧力室１６や噴射口５４の配置と同様に、互いに千鳥状配列されている。また、一対の個別電極２４ａ，２４ｂのうちアクチュエータユニット２０の短手方向中央側の個別電極２４ｂが、それぞれアクチュエータユニット２０の長手方向においてオーバーラップしている。
【００３１】
図１及び図３に示すように、最上段の圧電シート２１ｆの上面には、その短手方向両端及び中央近傍に、それぞれ表面電極３０ａ，３０ｂが多数設けられている。これら表面電極３０ａ，３０ｂは、平面視において個別電極２４ａ，２４ｂの端縁部に重なるように形成されている。下側の２層を除く圧電シート２１ｃ〜２１ｆのそれぞれには、各表面電極３０ａ，３０ｂと対応する位置において、スルーホール３２ａ，３２ｂが穿設されている。これらスルーホール３２ａ，３２ｂ内には導電性材料が充填されており、厚み方向に重なった圧電シート２１ｂ，２１ｄの個別電極２４ａ，２４ｂと表面電極３０ａ，３０ｂとが電気的に接続されている。
【００３２】
さらに最上段の圧電シート２１ｆの上面には、長手方向両端近傍において、短手方向全長にわたって表面電極３１が設けられている。表面電極３１は、平面視において、圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅに形成された共通電極２５の引き出し部２５ａと重なるように形成されている。またこの最上段の圧電シート２１ｆにおける表面電極３１が形成された領域内で、シートの短手方向両端近傍には、それぞれスルーホール３３が穿設されており、その下側の最下段を除く圧電シート２１ｂ〜２１ｅにも、それぞれ対応する位置にスルーホール３３が穿設されている。上記スルーホール３２ａ，３２ｂと同様に、スルーホール３３内には導電性材料が充填されており、厚み方向に重なった圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅの共通電極２５と表面電極３１とが電気的に接続されている。
【００３３】
このようなプレート型のアクチュエータユニット２０における下面（圧力室１６と対向する面）全体には、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート４１（図５参照）が貼着されている。また、アクチュエータユニット２０は、一対の個別電極２４ａ，２４ｂが各圧力室１６に平面視で対応した位置に配置されるように、流路ユニット１０に接着及び固定されている。
【００３４】
さらに、アクチュエータユニット２０の上側面には、図１に示すフレキシブルフラットケーブル４０が重ねられることによって、フレキシブルフラットケーブル４０に形成された各種の配線パターンが、各表面電極３０ａ，３０ｂ，３１と電気的に接続されている。
【００３５】
なお、接着剤シート４１等の接着剤層の材料としては、少なくともインク非浸透性であり、且つ電気絶縁性を備えたものであって、ナイロン系やダイマー酸ベースのポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド系ホットメルト形接着剤、ポリエステル系ホットメルト形接着剤のフィルム状のものを使用しても良いが、ポリオレフィン系ホットメルト形接着剤をアクチュエータユニット２０に塗布してから、流路ユニット１０に接着するようにしてもよい。
【００３６】
図４は、本実施の形態に係るインクジェットヘッド１の短手方向（圧力室１６の長手方向）に沿った部分断面図である。図５は、図４のＸ−Ｘ線に関する断面図である。図６は、本実施の形態に係るインクジェットヘッド１の平面視における圧力室１６と後に詳述するアクチュエータユニット２０の活性部６１ａ，６１ｂとの位置関係を示す図である。
【００３７】
図４から、上述したように、２つの個別電極２４ａ，２４ｂが一対となって各圧電シート２１ｂ，２１ｄにおける圧力室１６に対応した領域内に配置されているのがわかる。一方、圧電シート２１ａ，２１Ｃ，２１ｅ上の共通電極２５は、図３にも示したように、圧力室１６の長さ全体にわたって（図４参照）、且つその幅方向に沿って配列された圧力室１６の列毎にわたって（図５参照）形成されている。そしてアクチュエータユニット２０内のこれら共通電極２５と多数の個別電極２４ａ，２４ｂとによって圧電シートの厚み方向に挟み込まれた領域には、公知のように同方向に高電圧が印加されて分極された活性部６１ａ，６１ｂが形成されている。
【００３８】
活性部６１ａ，６１ｂは、それぞれ圧電シートの厚み方向において上下に連続する位置に形成され、本実施の形態ではそれぞれ４段の活性部６１ａ，６１ｂがひとまとまりとなっている。図４及び図６に示すように、活性部６１ａ，６１ｂはそれぞれ圧力室１６の長手方向において長さＬａ，Ｌｂを有しており、活性部６１ａ，６１ｂにおける圧力室１６の縁側の端部はそれぞれ対応する圧力室１６の端部とほぼ一致すると共に、その反対側端部（即ち圧力室１６の中央側端部）において距離Ｌｙだけ離隔されている。一対の活性部６１ａ，６１ｂにおいて、一方の活性部６１ａにおける他方の活性部６１ｂとは反対側の端部と、他方の活性部６１ｂにおける一方の活性部６１ａとは反対側の端部との間隔Ｌｘは、圧力室１６の長さＬｃと等しくなっている（Ｌａ＋Ｌｙ＋Ｌｂ＝Ｌｘ＝Ｌｃ）。
【００３９】
一方、活性部６１ａ，６１ｂの幅ｗは、図６に示すように、圧力室１６の幅より若干狭くなっている。これは、個別電極２４ａ，２４ｂの幅方向両端がキャビティプレート１４によって拘束されることにより、個別電極２４ａ，２４ｂの変形が著しく阻害され効率が悪化すること、及び、個別電極２４ａ，２４ｂの幅の増加による面積増加率が長さを増加する場合に比べて大きいために静電容量の増加に伴う消費電力の増加が無視できないことによる。逆に言うと、本実施の形態のインクジェットヘッド１では、活性部６１ａ，６１ｂの幅ｗが圧力室１６の幅よりも小さいので活性部６１における圧電シートの厚み方向への変形が拘束されることが少なく、比較的小さな消費電力で圧力室１６の有効容積変化量を効率よく大きくすることができる。
【００４０】
また本実施の形態では、各圧力室１６に対応する一対の活性部６１ａ，６１ｂの平面視における面積Ｓａ，Ｓｂ（図６参照）の合計は、同じ幅ｗで圧力室１６の全長Ｌｃにわたって形成された場合における活性部の面積の０．８倍である。
【００４１】
次に、図７を参照しつつ、本実施の形態に係るインクジェットヘッド１のアクチュエータユニット２０駆動時の状態について説明する。図７は、図４と対応させた、インクジェットヘッド１の短手方向に沿った部分断面図である。本実施の形態において通常の状態では上述したように電圧の印加がなくアクチュエータユニット２０は駆動しないが、噴射動作をする際はアクチュエータユニット２０を駆動する必要がある。
【００４２】
アクチュエータユニット２０の駆動は個別電極２４ａ，２４ｂに電圧を選択的に印加することにより行われ、図７に示すように、対応する活性部６１ａ，６１ｂが圧電シートの厚み方向に変位し、圧力室１６の容積が縮小する。圧力室１６の容積が縮小されると圧力室１６内に圧力波が生じ、噴射口５４からインクが液滴５０として噴射される。
【００４３】
より詳細には、図１に示したフレキシブルフラットケーブル４０の配線パターンを介して、個別電極２４ａ，２４ｂに選択的に正の電圧を印加し、共通電極２５をグランドに接続することで、活性部６１ａ，６１ｂは、その分極方向と同方向の駆動電界の発生によって、圧電効果により、圧電シートの厚み方向に伸長する。
【００４４】
また、一対の個別電極２４ａ，２４ｂの間に形成された領域Ｌｙにおける圧電シート２１ａ〜２１ｆは、そのほとんどの領域において、両側の活性部６１ａ，６１ｂの伸長にともなって同方向に伸長する。図７ではＬｙ領域の中央部分のみが若干凹んだ形状であるが、圧力室１６の容積変化に対するこの凹みの影響はほとんどない。
【００４５】
【実施例】
本実施の形態に係るインクジェットヘッド１において、気温２５℃、液体噴射速度９（ｍ／ｓ）という条件の下、実験を行った。実験では、図６の圧力室１６の全長Ｌｃにわたって幅ｗの活性部が存在する場合の活性部の面積をＳとし、個別電極２４ａ、２４ｂの長さ（Ｌａ，Ｌｂ）を変えたときの活性部６１ａ，６１ｂの合計面積（Ｓａ＋Ｓｂ）と前記面積Ｓとの比（（Ｓａ＋Ｓｂ）／Ｓ）を０．５から１．０まで０．１ずつ増加させ、その都度、圧力室１６に所定の容積変化を与えるのに必要な印加電圧、及び、静電容量を調べた。表１は、上記の活性部面積比、印加電圧Ｖ、及び静電容量Ｃの他、静電容量Ｃと印加電圧Ｖの２乗との積（Ｃ×Ｖ^２）について、それぞれの関係を表したものである。図８は、上記の活性部面積比と、印加電圧との関係を示すグラフである。なお、本実験において、上記圧力室１６の全長Ｌｃは１．８ｍｍ、幅ｗは１４０μｍとした。
【００４６】
【表１】

【００４７】
表１に示すように、上記の活性部面積比と静電容量とは、０．５〜１．０までの各段階において比例関係にあり、活性部の合計面積（Ｓａ＋Ｓｂ）を低下させると静電容量が低減するのがわかる。一方、圧力室１６に所定の容積変化を与えるのに必要な印加電圧の値は、図８によく示されているように、上記活性部面積比が０．７以上では２３．０〜２４．０の範囲内で急激な変化はないが、上記面積割合が０．７未満では急激に上昇する。つまり、静電容量を低減させるために、活性部の合計面積（Ｓａ＋Ｓｂ）を低下させすぎると、印加電圧の上昇を招いてしまうことがわかった。
【００４８】
また、アクチュエータユニットを駆動するドライバ回路の発熱量、即ち消費電力は、静電容量Ｃと印加電圧Ｖの２乗との積（Ｃ×Ｖ^２）に比例することから、上記活性部面積比が０．６〜０．８の範囲において、消費電力を効果的に抑制することができるといえる。したがって、上述した印加電圧との関係から、上記面積Ｓに対する活性部６１ａ，６１ｂの合計面積（Ｓａ＋Ｓｂ）は約０．７〜０．８が好ましく、特に約０．８がより好ましいといえる。
【００４９】
以上に述べたように、本実施形態に係るインクジェット式プリンタ１によると、アクチュエータユニット２０の１つの圧力室１６に対応した領域内に、平面視において２つの活性部６１ａ，６１ｂが設けられている。この場合、アクチュエータユニット２０に蓄積される静電容量の合計は、圧力室１６の領域とほぼ同じ大きさの活性部を１つ設けた場合の静電容量よりも小さくなる。静電容量はアクチュエータユニット２０を駆動するドライバ回路の消費電力と比例関係にあることから、当該ドライバ回路の消費電力が小さくなり、ドライバ回路として比較的小規模で安価なものを用いることができる。さらに、ドライバ回路の発熱が抑制されることから、ドライバ回路で発生する熱を放熱するために設けられる放熱装置を小型化することが可能となる。
【００５０】
また、活性部６１ａ，６１ｂは圧電シート２１ａ〜２１ｆの厚み方向に分極され、個別電極２４ａ，２４ｂと共通電極２５との間に挟まれた圧電シート２１ａ〜２１ｆに分極方向と同方向の電界を加えることで圧電シート２１ａ〜２１ｆの厚み方向に伸長するものであって、平面視において２つの活性部６１ａ，６１ｂの間隔Ｌｙは、隣接する両活性部６１ａ，６１ｂの伸長にともない、その間の圧電シート２１ａ〜２１ｆも同方向に伸長する大きさである（図７参照）。つまり、本実施の形態によると、１つの圧力室１６に対応した領域内に当該圧力室１６の領域とほぼ同じ大きさの活性部を１つ設けた場合とほぼ同様の圧力室１６の容積変化を確保することができる。
【００５１】
また、２つの活性部６１ａ，６１ｂにおける圧力室１６の縁側の端部は、それぞれ対応する圧力室１６の端部とほぼ一致していることにより、活性部６１ａ，６１ｂに対応する圧力室１６全体に容積変化を生じさせることができる。これにより、圧力室１６内のインクに圧力を効率よく与えることができ、液滴噴射を円滑に行うことができる。
【００５２】
また、圧力室１６の面積に対する２つの活性部６１ａ，６１ｂの平面視における面積Ｓａ，Ｓｂの合計が、同じ幅ｗで圧力室１６の全長Ｌｃにわたって形成された場合における活性部の面積の０．８倍であることから、噴射口５４からの液滴噴射速度を一定に保つために印加すべき電圧を比較的小さくすることができる。この場合、アクチュエータユニット２０を駆動するドライバ回路は低電圧用の比較的小規模で安価なものを用いることができることから、経済的に有利である。また、電圧が小さくなると発熱量も小さくなることから、当該ドライバ回路における発熱量をより効果的に抑制することができる。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【００５４】
例えば、上述の実施の形態は本発明に係る液滴噴射装置をインクジェットヘッド１として用いた場合であるが、圧電効果を利用して液体をその供給源から噴射口へと噴射するものであれば、プリンタヘッドに限定されず、様々な装置として用いることができる。
【００５５】
また、従来の技術の項で説明した特許文献に記載のように、アクチュエータユニット２０の上面に、活性部６１ａ，６１ｂが圧力室と反対方向へ変形するのを拘束する拘束層を設け、活性部６１ａ，６１ｂ変形のほとんどが圧力室側に向くようにすることが好ましい。
【００５６】
また、活性部６１ａ，６１ｂにおける圧力室１６の縁側の端部は、それぞれ対応する圧力室１６の端部とほぼ一致するのに限定されず、圧力室１６の端部より外側又は内側に形成されたりしてよい。
【００５７】
また、１つの圧力室１６に対して設けられた活性部６１ａ，６１ｂ間の間隔Ｌｙは、隣接する両活性部６１ａ，６１ｂの伸長にともないその間の圧電シート２１ａ〜２１ｆも同方向に伸長する大きさであるのに限定されない。つまり、液体噴射を円滑に行うのに十分であれば、活性部６１ａ，６１ｂの間隔Ｌｙ全体にわたって圧電シート２１ａ〜２１ｆが伸長しなくてもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態では、アクチュエータユニット２０の１つの圧力室１６に対応した領域内に、２つで一対となる個別電極２４ａ，２４ｂが配置され、それに対応して２つで一対となる活性部６１ａ，６１ｂが設けられている構成であるが、アクチュエータユニット２０の１つの圧力室１６に対応した領域内に３以上の個別電極を配置することにより、３以上で一対となる活性部が設けられる構成でもよい。
【００５９】
また、上述の実施形態では、通常の状態において個別電極２４ａ，２４ｂに電圧を印加せず、インク噴射動作の際に個別電極２４ａ，２４ｂに電圧を選択的に印加して圧力室１６の容積を縮小し、液滴を噴射する、いわゆる“押し打ち”という噴射方法を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば以下に述べるいわゆる引き打ちにより噴射する構成であってよい。上記引き打ちとは、通常の状態において、全個別電極２４ａ，２４ｂを正の所定電位として当該活性部に電界を印加し、圧力室１６の容積を縮小させておき、噴射動作の際、印加しておいた電界を選択的に解除することにより活性部６１ａ，６１ｂを復帰させて圧力室１６の容積を拡大してインクに圧力波を発生させ、圧力波が圧力室１６の長手方向に伝播させた後、圧力波が正圧となるタイミングで電界を再び印加することにより圧力室１６を縮小し、圧力室１６内のインクに圧力を付与して液滴５０を噴射するものである。このような引き打ちによる液滴噴射では、圧力を重ね合わせることができるので比較的小さなエネルギーで大きな噴射圧をインクに与えることができる。
【００６０】
また、上述の実施の形態におけるアクチュエータユニット２０は、個別電極２４ａ，２４ｂ及び共通電極２５の印刷された圧電シートを積層したものであるが、圧力室１６の容積を変化させるように変形する活性部を有するものであれば、これに限定されるものではない。
【００６１】
また、上述の実施の形態ではアクチュエータユニット２０内の一部の圧電シート２１ｂ〜２１ｅだけに活性部６１ａ，６１ｂが設けられているが、全圧電シート２１に活性部６１ａ，６１ｂを設けてよい。圧電シートを積層する構成の場合、共通電極２５及び個別電極２４ａ，２４ｂの配置は様々に変更できる。
【００６２】
また、上述の実施の形態では、活性部６１ａ，６１ｂの幅ｗを圧力室１６の幅より若干狭くしているが、活性部部６１ａ，６１ｂの幅ｗを圧力室１６の幅より広くしてもよい。また、圧力室１６や活性部部６１ａ，６１ｂなどの形状、圧電シート２１ａ〜２１ｆなどの積層数、圧力室１６の配列方向などは、適宜変更してよい。
【００６３】
また、上述の実施の形態では、圧電シートの厚み方向に重なった共通電極２５の電気的接続が、スルーホール３３を介してなされているが、これに限定されず、様々な方法により電気的接続がなされてよい。例えば、アクチュエータユニット２０の一側面に全ての共通電極２５の引き出し部を露出させ、全ての引き出し部２５ａに接続する接続電極をアクチュエータユニット２０の厚さ方向に延びるように塗布し、この接続電極を最上段の圧電シート２１ｆ上の表面電極３１に電気的に接続する構成でもよい。
【００６４】
また、上述の実施の形態では、圧電シートの厚み方向に重なった個別電極２４ａ，２４ｂの電気的接続が、スルーホール３２を介してなされているが、これに限定されず、様々な方法により電気的接続がなされてよい。例えば、個別電極２４ａ，２４ｂのうちシート短手方向端延部側の個別電極２４ａについて、その端部をアクチュエータユニット２０の他側面に露出させ、上下方向に同じ位置の個別電極２４ａに接続する接続電極をアクチュエータユニット２０の側面に塗布し、接続電極を最上段の圧電シート２１ｆ上の各対応する表面電極３０ａに電気的に接続する構成でもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によると、アクチュエータユニットの静電容量が小さくなり、アクチュエータユニットを駆動するドライバ回路の発熱が抑制されることから、ドライバ回路として比較的小規模で安価なものを使用することができると共に、放熱装置を小型化することが可能となる。
【００６６】
請求項２によると、１つの圧力室に対応した領域内に当該領域とほぼ同じ大きさの活性部を１つ設けた場合とほぼ同様の圧力室の容積変化を確保することができる。
【００６７】
請求項３によると、液体に圧力を効果的に与えることができ、液滴噴射を円滑に行うことができる。
【００６８】
請求項４によると、噴射口からの液滴噴射速度を一定に保つために印加すべき電圧を比較的小さくすることができると共に、アクチュエータユニットを駆動するドライバ回路として低電圧用の比較的小規模で安価なものを用いることができ、さらに放熱装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る液滴噴射装置の分解斜視図である。
【図２】図１に示す液滴噴射装置を構成する流路ユニットの分解斜視図である。
【図３】図１に示す液滴噴射装置を構成するアクチュエータユニットの部分的な分解斜視図である。
【図４】図１に示す液滴噴射装置の短手方向に沿った部分断面図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ線に関する断面図である。
【図６】図１に示す液滴噴射装置の平面視における圧力室と活性部との位置関係を示す図である。
【図７】アクチュエータ駆動時における図１に示す液滴噴射装置の短手方向に沿った部分断面図である。
【図８】活性部の面積比と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図９】従来技術における液滴噴射装置の短手方向に沿った部分断面図である。
【図１０】アクチュエータ駆動時における図８に示す液滴噴射装置の短手方向に沿った部分断面図である。
【符号の説明】
１インクジェットヘッド（液滴噴射装置）
１０流路ユニット
１１ａ，１２ａマニホールド（液体供給源）
１６圧力室
２０アクチュエータユニット
２１ａ〜２１ｆ圧電シート
２４ａ，２４ｂ個別電極（電極）
２５共通電極（電極）
５０液滴
５４噴射口
６１ａ，６１ｂ活性部

Claims

一端を噴射口に、他端を液体供給源にそれぞれ接続された圧力室が配置された流路ユニットと、前記圧力室の容積を変化させるために変形可能であって電極間に圧電シートが挟まれてなる活性部を有するアクチュエータユニットとが、前記圧力室と前記活性部とを対向させて相互に接合された液滴噴射装置において、
前記アクチュエータユニットの１つの前記圧力室に対応した領域内に複数の前記活性部が設けられていることを特徴とする液滴噴射装置。
前記活性部は、前記圧電シートの厚み方向に分極され、前記電極間の前記圧電シートに前記分極方向と同方向の電界を加えることで前記圧電シートの厚み方向に伸長するものであって、
複数の前記活性部の間隔は、隣接する両活性部の伸長にともない、その間の前記圧電シートも同方向に伸長する大きさであることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
前記アクチュエータユニットの１つの前記圧力室に対応した領域内に設けられた複数の前記活性部のうちで最も外側に配置された前記活性部は、その外側端部が前記圧力室の端部近傍に相当する位置にあるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
１つの前記圧力室の面積に対する、前記アクチュエータユニットの１つの前記圧力室に対応した領域内に設けられた複数の前記活性部の合計面積の割合が０．７以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴噴射装置。