JP2005001288A - 液滴吐出装置及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インク滴吐出装置は、ノズル板1、天板3、圧力室基板5、アクチュエータ基板7が積層された構造で、共通液室10内のインクが天板3を介して圧力室6に供給され、圧力室6内のインクが、アクチュエータ基板7の振動により加圧され、ノズル2からインク滴が吐出される。天板3は、多孔質部材から構成されており、多孔質部材の厚さは0.5mm以下、多孔質部材中の細孔の径は5μm以下とすることにより、アクチュエータ基板7により発生した圧力波Piを効率的にインクを噴射させるエネルギーに変換する。したがって、圧力室6の容積を小さくすることができ、インクジェットヘッドに多数のノズルを配置して高密度化を図ることが可能になる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出装置及びインクジェット記録装置に関し、さらに詳しくは、アクチュエータにより発生した圧力波を効率的に液に伝え、液滴を噴射させるエネルギーに変換することができ、その結果圧力室の容積を小さくすることができ、高密度のインクジェットヘッドとすることができる液滴吐出装置、該液滴吐出装置を用いたインクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術として知られた特許文献1に開示された液滴放出装置は、圧電素子や加熱素子を駆動することによってたわみ板を撓ませて、キャビティ内の液をノズルから滴状に放出する。この液滴放出装置において、キャビティはその少なくとも一部が、液供給源に小開孔群を介して連通した多孔質材料で規定するように構成されている。多孔質材料からなるインク供給層に設けられている孔は、約800μmの直径を有し、ノズルはこの孔に保持されたガラス毛管の先端に形成されているので、この場合、ノズル密度は約30dpi相当となる。300dpiの有効水平分解能を達成するためにはノズルの総数は10倍でなければならない。そのため、プリントヘッドはモジュ−ルに分割されて配置される。
【0003】
例えば、1個のモジュールは主走査方向には、30dpiで配置され、副走査方向には、同じく30dpiの間隔で5段配置される場合を考えると、この場合、300dpiの有効水平分解能を達成するためには、2個のモジュールを備えることが必要になる。これにより、300dpiでの印刷が可能となる。
このように、複数個のヘッドモジュールに分けて配列することになると、印刷装置の大きさが大きくなる。また、ヘッドの印字性能を維持するための維持機構が、各ヘッドモジュール毎に必要となり、同じく印刷装置の大きさを大きくする。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−148925号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来例に示されている液滴放出装置は、インク供給層に設けられている孔の径が約800μmであって、液滴放出装置をインクジェット記録装置に用いる場合、インクジェットヘッドを小型化し、ノズル密度を高め、高品質の記録装置とするには、限界があった。
【0006】
本発明は、前記従来技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、圧力室に発生する圧力波を、効率的に圧力室中の液に伝え、ノズルから噴射させるエネルギーに効率的に変換することができる液滴吐出装置及び液滴吐出装置を用いたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1の発明は、ノズルが形成されたノズル板と、前記ノズルへの連通孔を有する天板と、前記連通孔を介して前記ノズルに連通する圧力室及び共通液室を形成する圧力室基板と、振動板と、前記圧力室に対応した個別電極を有するアクチュエータとからなり、前記振動板を変形させて前記ノズルから液滴を吐出する液滴吐出装置において、前記天板は多孔質部材から形成され、前記多孔質部材の細孔径は5μm以下、厚さは0.5mm以下であることを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明は、ノズルが形成されたノズル板と、前記ノズルへの連通孔を有する天板と、前記連通孔を介して前記ノズルに連通する圧力室及び共通液室を形成する圧力室基板と、振動板と、前記圧力室に対応した個別電極を有するアクチュエータとからなり、前記振動板を変形させて前記ノズルから液滴を吐出する液滴吐出装置において、前記天板は多孔質部材と金属部材を接合して形成され、前記多孔質部材の細孔径は5μm以下、厚さは0.5mm以下であることを特徴とする。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1または2記載の液滴吐出装置において、前記多孔質部材は、セラミックスから形成されていることを特徴とする。
【0010】
請求項4の発明は、請求項1〜3に記載の液滴吐出装置において、前記多孔質部材の前記ノズルと連通する連通口の周囲の気孔率は、0であることを特徴とする。
【0011】
請求項5の発明は、請求項2〜4に記載の液滴吐出装置において、前記多孔質部材と前記金属板との接合面に、液流入溝を有することを特徴とする。
【0012】
請求項6の発明は、請求項5記載の液滴吐出装置において、前記液流入溝は、端部に前記ノズル板に形成されたダミーノズルに連通する貫通孔を有することを特徴とする。
【0013】
請求項7の発明は、請求項5記載の液滴吐出装置において、前記天板は、前記多孔質部材の共通液室と対向する部分に流体抵抗が低い領域を有することを特徴とする。
【0014】
請求項8の発明は、請求項7記載の液滴吐出装置において、前記多孔質部材の流体抵抗が低い領域は、1個または複数個の貫通孔を有することを特徴とする。
【0015】
請求項9の発明は、請求項7記載の液滴吐出装置において、前記多孔質部材の流体抵抗が低い領域は、前記多孔質部材の厚さを薄くすることによって形成することを特徴とする。
【0016】
請求項10の発明は、請求項7記載の液滴吐出装置において、前記多孔質部材の流体抵抗が低い領域は、前記共通液室と対向する領域の気孔率を大きく設定することを特徴とする。
【0017】
請求項11の発明は、請求項1〜10に記載の液滴吐出装置を備えたインクジェット記録装置であることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図1〜図28に示す実施例に基づいて説明する。なお、以下の実施例においては、液滴吐出装置で使用する液としてインクを使用したインク滴吐出装置、及びインク滴吐出装置を記録装置に応用したインクジェット記録装置について説明する。
(実施例1)
図1は、実施例1のインク滴吐出装置を示す断面図であり、図2は、図1に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
実施例1のインク滴吐出装置は、ノズル板1、天板3、圧力室基板5、アクチュエータ基板7が積層された構造で、天板3、圧力室基板5、アクチュエータ基板7で囲まれた空間に圧力室6及び共通液室10が形成される。共通液室10内のインクが圧力室6に供給され、圧力室6に満たされたインクが、アクチュエータ基板7の振動により加圧され、その結果、ノズル板1のノズル2からインク滴が吐出される。このような個々のインク吐出装置が複数ライン状に配列されて1つのインクジェットヘッド13を形成している。
【0019】
ノズル板1はポリイミド等の樹脂製で、エキシマレーザ等を用いたレーザ加工により複数のノズル2がライン状に形成されている。
天板3は多孔質部材から構成され、ノズル板1に形成された複数のノズル2に対応した位置にノズル2との連通口4を複数備えている。多孔質部材において多数の細孔11は互いに連通しているので、インクが多孔質部材内を流通することが可能である。天板3の厚さは、0.5mm以下であり、一般的には0.25mm程度とすることが多い。ここで、天板3の厚さは、小型のインクジェットヘッド13とする観点からは、薄い程好ましいといえるが、薄くすると共通液室10から圧力室6へのインクの供給量が減少するから、多孔質部材自体の特性にも関係した限度がある。
圧力室基板5は、ノズル板1のノズル2に対応した位置にそれぞれ圧力室6及び共通液室10を形成するための貫通孔を備えている。圧力室基板5の材質はステンレス(SUS)板等の金属部材が用いられる。
アクチュエータ基板7は、ステンレス(SUS)等の薄い金属板製の振動板8からなり、圧力室6と反対側の面にPZT9が接合されている。
【0020】
図24は、実施例1のインク滴吐出装置の作用効果を説明するための層構造を示す図で、図1の断面図を模式的に示している。
実施例1のインク滴吐出装置を用いたインクジェットヘッド13は、ラインタイプのインクジェットプリンタに好適に用いられる。使用されるインクは、高粘度のインクが用いられ、低粘度(約2cP)から比較的高粘度(約30cP)に分布している。
インクジェットヘッドの噴射特性は、天板3に用いられている多孔質部材の圧力吸収特性により大きく影響を受ける。そこで、天板3の多孔質部材の圧力吸収率、インク粘度、多孔質部材の厚さ、細孔径の関係を測定した。
【0021】
図24において、アクチュエータ基板7に接合されているPZTが変形することにより発生した平面波状の圧力波Piは、インクIN中を天板3である多孔質部材に向かって進む。圧力波Piが多孔質部材の表面に到達した時、そこで一部の圧力波Pr1は反射する。反射しなかった圧力波は、減衰しながら細孔中のインクを伝わり、さらに多孔質部材とノズル板1の境界面で反射する。境界面で反射した圧力波Pr2は、細孔中のインクを同じく減衰しながら進む。
各圧力波Pjが有するエネルギーをE(Pj)とするとき、圧力吸収率αは、次の式で与えられる。
α={E(Pi)−E(Pr1)−E(P(Pr2))}/E(Pi)
【0022】
図25、図26、図27は、多孔質部材の圧力吸収率を測定した結果を示すグラフで、図25は多孔質部材の細孔径を8.0μmとしたときの、圧力吸収率、インク粘度(cps)、多孔質部材厚さ(mm)相互間の関係を測定した結果を示すグラフ、図26は同じく多孔質部材の細孔径を4.5μmとしたときのグラフ、図27は同じく多孔質部材の細孔径を3.5μmとしたときのグラフである。
図25、図26、図27に示すように、測定に使用したインクは、1〜30cpsの粘度のものを用いた。
【0023】
図25、図26、図27に示す、各種のインク粘度(cps)、細孔径(μm)、多孔質部材厚さd(mm)を変化させて測定した結果のグラフより、厚さdとインク粘度が増加するのにしたがって圧力吸収率αが大きくなっていくのが解る。
また、図26、図27のグラフより、細孔径4.5μm以上の場合、粘度が15cpsより大である時、厚さdが0.5mm以上で、吸収率αが飽和してくるのが解る。これより、多孔質部材の厚さdを0.5mm以下、細孔径4.5μm以上に設定した場合、アクチュエータ基板7に接合されているPZT9が発生した圧力波Piは、多孔質部材により吸収される割合が減る。これより、アクチュエータ基板7に発生した圧力波Piを効率的にインクを噴射させるエネルギーに変換することができる。したがって、圧力室6の容積を小さくすることができ、インクジェットヘッドに多数のノズルを配置して高密度化を図ることが可能になる。
従来例のインク滴吐出装置では、天板の厚さが約1mm前後であり、圧力吸収率αが大きく、そのため高密度化が達成できなかった。
【0024】
(実施例2)
図3は、実施例2のインク滴吐出装置を示す断面図であり、図4は、図3に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
実施例2のインク滴吐出装置は、ノズル板1、天板3、圧力室基板5、アクチュエータ基板7が積層された構造で、天板3の構成を除く基本的な構造及びインク滴を吐出する機能は実施例1のインク滴吐出装置とほぼ同様である。
実施例2のインク滴吐出装置において、天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されて形成され、ポリイミド等の樹脂からなるノズル板1に形成されたノズル2と連通する連通孔4を備えている。
多孔質部材14の厚さは、0.5mm以下であり、典型的には0.25mmの厚さが用いられる。
【0025】
図28は、実施例2のインク滴吐出装置の作用効果を説明するための層構造を示す図で、図3の断面図を模式的に示している。
実施例2のインク滴吐出装置において、天板3は多孔質部材14と、金属板15が接合されている。実施例1のインク滴吐出装置の作用効果と同様にアクチュエータ基板7により発生した圧力波PiはインクIN中を多孔質部材14に向かって伝わり、圧力波Piが多孔質部材14の表面に到達した時、そこで一部の圧力波Pr1は反射する。反射しなかった圧力波は、減衰しながら細孔中のインクを伝わり、多孔質部材14と金属板15の表面で圧力波Pr2となって反射する。ここで、実施例1のインク滴吐出装置の場合、天板3(多孔質部材)と樹脂部材であるノズル板1の境界面での反射であった。
実施例2のインク滴吐出装置の場合、圧力波Piは多孔質部材14の表面と、多孔質部材14と金属板15の境界面での反射となるため、反射効率が向上する。これより、アクチュエータ基板7に発生した圧力波Piを効率的にインクを噴射させるエネルギーに変換できる。
したがって、圧力室6の容積を小さくすることができ、インクジェットヘッドに多数のノズルを配置して高密度化を図ることが可能になる。
【0026】
(実施例3)
図5は、実施例3のインク滴吐出装置に使用する多孔質部材の製造工程を示す図である。
実施例3のインク滴吐出装置は、図3、4に示す実施例2のインク滴吐出装置と同様に、ノズル板1、天板3、圧力室基板5、アクチュエータ基板7が積層された構造で、基本的な構造及びインク滴を吐出する機能は実施例2のインク滴吐出装置とほぼ同様である。
天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されており、さらに多孔質部材14はセラミック部材から形成されているが、その他の部材は実施例2のインク滴吐出装置と同様である。
【0027】
多孔質部材14の概略の製造工程は、図5に示すようなものである。
セラミックス粉末を調合し、プレスにより所望の形状に成型する。
成型品を乾燥し、さらに焼成して完成する。
セラミックスからなる多孔質部材14に設けられた連通孔4は、成型時、ピンにより貫通孔を形成する。
【0028】
多孔質部材14は、セラミックスにより形成されていることにより、成形加工で連通孔4を加工することができる。
また、長尺の多孔質部材14を形成し、加工することも可能で、低コスト化が可能となる。
【0029】
(実施例4)
図7は、実施例4のインク滴吐出装置を示す断面図であり、図8は、図7に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
実施例4のインク滴吐出装置においては、天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されて形成されており、多孔質部材14のノズル連通孔の周囲16には細孔11が存在せず、つまり気孔率は0になるように、稠密なセラミックスに形成されている。
【0030】
図6は、実施例4のインク滴吐出装置に使用する多孔質部材の製造工程を示す図である。
実施例4のインク滴吐出装置に使用する多孔質部材の概略の製造工程は、次の通りである。
まず、2種類のセラミックス粉末を調合する。一方は気孔を有する部分に用いるセラミックス粉末、他方は気孔を持たない部分に用いる稠密なセラミックス粉末である。
調合した一方のセラミックス粉末を型に充填し、プレスにより多孔質部材外形を成型する。
次に、プレス成型した成型品のノズル連通孔周囲16を除去する。
除去されたノズル連通孔周囲に他方の稠密なセラミックス粉末を充填する。
ノズル連通孔周囲16が稠密なセラミックス粉末で置き換えられた成型品を乾燥し、さらに焼成して図7に示されたような多孔質部材を完成する。
セラミックからなる多孔質部材14に設けられた連通孔4は、成型時、ピンにより貫通孔を形成する。
実施例4のインク滴吐出装置を構成する他の部材は、実施例2のインク滴吐出装置を構成する部材と同様である。
【0031】
実施例4のインク滴吐出装置の天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合され、多孔質部材14のノズル連通孔周囲16は気孔が0になるように稠密なセラミックスが用いられる。そのため、ノズル連通孔周囲16には細孔11が存在しない。
アクチュエータ基板7の振動により、圧力室6にノズル2に向かって振動する圧力波Piが発生する。多孔質基板14に設けられたノズル板1との連通孔4は、テーパ状になっているので、連通口4を進むにつれ断面積が小さくなるため圧力が高くなる。ノズル連通孔周囲16は、気孔率0の稠密なセラミックスで形成されているため、圧力は周囲に逃げない。
したがって、発生した圧力を効率よくインク滴噴射エネルギーに転換することができる。
【0032】
(実施例5)
図9は、実施例5のインク滴吐出装置を示す断面図であり、図10は、図9に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図であり、図11は、金属板に形成されたインク流入溝中をインクが流れる様子を示す平面図である。
実施例5のインク滴吐出装置の天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されており、多孔質部材14との接合面にインク流入溝17を設けている。インク流入溝17は、共通液室10に対応する部分の溝と複数の圧力室6に対応する複数の部分の溝とが櫛歯状に連通している。
実施例5のインク滴吐出装置を構成する他の部材は、実施例2のインク滴吐出装置を構成する部材と同様である。
【0033】
実施例5のインク滴吐出装置において、多孔質部材14中をインクが流れていく場合、多孔質部材14の空孔率をρとするとき、流体抵抗Rは以下の式で与えられる。
R=k/ρ (kは定数)
流体抵抗Rは、空孔率ρと反比例の関係にあり、ρが大きいほどインクが流れやすいため、流体抵抗は小さくなる。
図9〜図11に示すように、金属板15の多孔質部材14との接合面にインク流入溝17を設けた場合、流体抵抗Rは上式のρを大きな値としたことになり、流体抵抗Rを小さくすることができ、噴射特性の向上がはかれる。
【0034】
(実施例6)
図12は、実施例6のインク滴吐出装置を示す断面図であり、図13は、図12に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドのノズル板及び天板を分解して示す斜視図であり、図14は、金属板に形成されたインク流入溝中をインクが流れる様子を示す平面図である。
実施例6のインク滴吐出装置の天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されており、金属板15の多孔質部材14との接合面にインク流入溝17を設けている。また、ノズル板1の共通液室10の端部外方に共通液室10と連通するダミーノズル18を設けている。
金属板15の多孔質部材14との接合面に形成するインク流入溝17は、実施例5のインク滴吐出装置の金属板15に形成するインク流入溝17と略同様であるが、さらにインク流入溝17の端部外方にダミーノズル18に連通する貫通孔19を設けている。
【0035】
実施例6のインク滴吐出装置の天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されており、多孔質部材14との接合面にインク流入溝17を設けており、さらに流入溝17の端部外方にノズル板1に設けられたダミーノズル18に連通する貫通孔19を有する。
したがって、図14に示すようにインク流入溝17に気泡Bが残っている場合、インク流入溝17の流れが妨げられ、圧力室6にスムーズにインクが流れ込まない事態が生じ、これにより噴射が不安定になる。このような場合、実施例6のインク滴吐出装置によれば、インク流入溝17内の気泡Bは、共通液室10に正圧を加えることにより、気泡排出流れFbによりダミーノズル18より排出され気泡Bが残ることがない。
【0036】
(実施例7)
図15は、実施例7のインク滴吐出装置をインクの流れとともに示す断面図であり、図16は、図15に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
実施例7のインク滴吐出装置においては、天板3は多孔質部材14と金属板15が接合されて形成されており、金属板15の多孔質部材14との接合面にインク流入溝17を設けている。さらに、多孔質部材14は、共通液室10に対向する共通液室対向領域20の流体抵抗を低下させている。
実施例7のインク滴吐出装置を構成する他の部材は、実施例5のインク滴吐出装置を構成する部材と同様である。
【0037】
共通液室10内のインクは、多孔質部材14の共通液室10に対向する共通液室対向領域20に入り込み、矢印で示すインク流れFiのように流れ、圧力室6に流れ込む。共通液室対向領域20の流体抵抗は低く設定されているため、インク流れFiの流体抵抗は低くなり噴射特性の向上が図れる。
【0038】
(実施例8)
図17は、実施例8のインク滴吐出装置をインクの流れとともに示す断面図であり、図18は、図17に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
実施例8のインク滴吐出装置の天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されており、金属板15の多孔質部材14との接合面に、インク流入溝17を設けている。さらに、多孔質部材14は、共通液室10と対向する共通液室対向領域20に貫通孔21を備えている。
実施例8のインク滴吐出装置を構成する他の部材は、実施例7のインク滴吐出装置を構成する部材と同様である。
【0039】
天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されており、多孔質部材14との接合面に、インク流入溝17を設けており、さらに多孔質部材14は、共通液室対向領域20に貫通孔21を備えている。
したがって、共通液室10のインクは貫通孔21を通過して、矢印で示すインク流れFiのように流れる。そのために、共通液室10から圧力室6に至る流れの流体抵抗は低くなるので、噴射特性の向上が図れる。そして、貫通孔21の数が多くなればなるほど流体抵抗は小さくなる。
【0040】
(実施例9)
図19は、実施例9のインク滴吐出装置をインクの流れとともに示す断面図であり、図20は、図19に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
実施例9のインク滴吐出装置の天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されており、金属板15の多孔質部材14との接合面にインク流入溝17を設けている。さらに、多孔質部材14は、共通液室と対向する共通液室対向領域20に厚さが薄くなっている薄肉部22を備えている。
実施例9のインク滴吐出装置を構成する他の部材は、実施例7のインク滴吐出装置を構成する部材と同様である。
【0041】
実施例9のインク滴吐出装置の天板3は、多孔質部材14の共通液室対向領域20の厚さが薄くなっている薄肉部22を備えているので、共通液室10のインクは、厚さが薄くなっている薄肉部22を通過して圧力室6に流れ込む。多孔質部材14が薄く設定されているため、多孔質部材14を通過する時の流体抵抗を低くでき、噴射特性の向上が図れる。
【0042】
(実施例10)
図21は、実施例10のインク滴吐出装置をインクの流れとともに示す断面図であり、図22は、図21に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
実施例10のインク滴吐出装置の天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されており、金属板15の多孔質部材14との接合面にインク流入溝17を設けている。さらに、多孔質部材14は共通液室10との対向する共通液室対向領域20の気孔率が大きく設定されている。
実施例10のインク滴吐出装置を構成する他の部材は、実施例7のインク滴吐出装置を構成する部材と同様である。
【0043】
実施例10のインク滴吐出装置の天板3は、多孔質部材14と金属板15が接合されており、多孔質部材14との接合面にインク流入溝17を設けている。さらに、多孔質部材14は共通液室10と対向する共通液室対向領域20の気孔率が大きく設定されている。共通液室10のインクは、矢印で示すインク流れFiのように、圧力室6に流れる。共通液室対向領域20の気孔率が大きく設定されているため、共通液室から圧力室6に流れる流体抵抗は低くなり、噴射特性を向上することができる。
【0044】
(実施例11)
図23は、実施例1〜10のインク滴吐出装置を用いて構成した実施例11のインクジェット記録装置を示す概略構成図である。
実施例11のインクジェット記録装置は、給紙装置30、用紙搬送装置31、インクジェット記録ヘッド32、インクジェット記録ヘッドの機能を維持し回復する回復装置33、スタッカ34等を備えている。インクジェット記録ヘッド32は、実施例1〜10のインク滴吐出装置を有するライン型ヘッドであり、フルカラーに対応したブラック、シアン、マゼンタ、イエロの記録ヘッド32Bk、32C、32M、32Yを備えている。
【0045】
図23に示す実施例11のインクジェット記録装置において、印字指令を受けると、上方の退避位置(点線)に位置されていたインクジェット記録ヘッド32は下方の印字位置まで下降する。そして、給紙装置30から用紙搬送装置31に給紙された用紙の先端を用紙センサ35によって検知することによって、印字タイミングが決定される。用紙が各色のインクジェット記録ヘッド32Bk、32C、32M、32Yの下方を通過するときに、各インクジェット記録ヘッド32Bk、32C、32M、32Yから各々吐出されたインクにより用紙上に画像が形成され、最後に排紙トレイ36に導かれて画像形成が完了する。
【0046】
以上の実施例においては、アクチュエータ基板をPZT等の圧電素子によって液を加圧する圧電方式のインク滴吐出装置について説明してきたが、本発明は、静電気力を利用して液を加圧する静電方式のインク滴吐出装置、液体を沸騰させその圧力で液を加圧するバブル方式のインク滴吐出装置にも適用することができる。
【0047】
【発明の効果】
請求項1の発明の液滴吐出装置は、ノズルへの連通孔を有する天板が多孔質部材から形成され、前記多孔質部材の細孔径が5μm以下、厚さが0.5mm以下であるので、アクチュエータ板に発生した圧力波を効率的にインクを噴射させるエネルギーに変換することができる。したがって、圧力室の容積を小さくすることができ、インクジェットヘッドに多数のノズルを配置して高密度化を図ることが可能になる。
【0048】
請求項2の発明の液滴吐出装置は、天板が多孔質部材と金属板の接合体であるので、アクチュエータ板に発生した圧力波は、多孔質部材の表面と多孔質部材と金属板の境界面で反射し、反射効率が向上する。これにより、アクチュエータ基板に発生した圧力波を効率的にインクを噴射させるエネルギーに変換できる。
【0049】
請求項3の発明の液滴吐出装置は、天板の多孔質部材がセラミックスにより形成されているので、成形加工で連通孔を加工することができる。また、長尺の多孔質部材を形成し、加工することも可能で、低コスト化が可能となる。
【0050】
請求項4の発明の液滴吐出装置は、多孔質部材のノズルと連通する連通孔の周囲の気孔率がゼロの稠密なセラミックスで構成されているので、圧力が逃げない。これにより、発生した圧力を効率よくインク滴噴射エネルギーに転換することができる。
【0051】
請求項5の発明の液滴吐出装置は、多孔質部材と前記金属板との接合面に液流入溝を有するので、多孔質部材の空孔率ρが大きな値となったことになり、流体抵抗Rを小さくすることができ、噴射特性の向上が図れる。
【0052】
請求項6の発明の液滴吐出装置は、液流入溝端部にダミーノズルと連通する貫通孔を有するので、ノズル板に形成されたダミーノズルと相俟って、液流入溝に気泡が存在する場合においても、共通液室に正圧を加えて気泡排出流れを生じさせ、気泡をダミーノズルより排出させることができる。
【0053】
請求項7の発明の液滴吐出装置は、多孔質部材の共通液室と対向する部分に流体抵抗が低下した領域を有するので、共通液室内の液は、多孔質部材の共通液室に対向する領域に入り込み、圧力室に流れ込むが、この領域の流体抵抗は低く、噴射特性の向上が図れる。
【0054】
請求項8の発明の液滴吐出装置は、多孔質部材に設けられた流体抵抗が低下した領域は、1個または複数個の貫通孔を有するので、共通液室内の液は貫通孔を通過して流れ、共通液室から圧力室に至る流れの流体抵抗は低くなり、噴射特性の向上が図れる。
【0055】
請求項9の発明の液滴吐出装置は、多孔質部材の流体抵抗が低下した領域を厚さを薄くすることによって形成するので、簡単な構造で、共通液室の液が多孔質部材を通過する時の流体抵抗を低くでき、噴射特性の向上が図れる。
【0056】
請求項10の発明の液滴吐出装置は、多孔質部材に設けられた流体抵抗が低下した領域の共通液室と対向する領域の気孔率が大きく設定されているので、共通液室から圧力室に流れる流体抵抗は低くなり、噴射特性の向上が図れる。
【0057】
請求項11の発明のインクジェット記録装置は、請求項1〜10の発明の液滴吐出装置を備えているので、圧力室の容積が小さく、ノズルが高密度に配置された高解像度の記録を行うことができるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のインク滴吐出装置を示す断面図である。
【図2】図1に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
【図3】実施例2のインク滴吐出装置を示す断面図である。
【図4】図3に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
【図5】実施例3のインク滴吐出装置に使用する多孔質部材の製造工程を示す図である。
【図6】実施例4のインク滴吐出装置に使用する多孔質部材の製造工程を示す図である。
【図7】実施例4のインク滴吐出装置を示す断面図である。
【図8】図7に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
【図9】実施例5のインク滴吐出装置を示す断面図である。
【図10】図9に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
【図11】金属板に形成されたインク流入溝中をインクが流れる様子を示す平面図である。
【図12】実施例6のインク滴吐出装置を示す断面図である。
【図13】図12に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドのノズル板及び天板を分解して示す斜視図である。
【図14】金属板に形成されたインク流入溝中をインクが流れる様子を示す平面図である。
【図15】実施例7のインク滴吐出装置をインクの流れとともに示す断面図である。
【図16】図15に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
【図17】実施例8のインク滴吐出装置をインクの流れとともに示す断面図である。
【図18】図17に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
【図19】実施例9のインク滴吐出装置をインクの流れとともに示す断面図である。
【図20】図19に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
【図21】実施例10のインク滴吐出装置をインクの流れとともに示す断面図である。
【図22】図21に示すインク滴吐出装置を複数備えたインクジェットヘッドの天板を分解して示す斜視図である。
【図23】実施例1〜10のインク滴吐出装置を用いて構成した実施例11のインクジェット記録装置を示す概略構成図である。
【図24】実施例1のインク滴吐出装置の作用効果を説明するための層構造を示す図で、図1の断面図を模式的に示している。
【図25】多孔質部材の細孔径を8.0μmとしたときの、圧力吸収率、インク粘度、多孔質部材厚さ、相互間の関係を測定した結果を示すグラフである。
【図26】多孔質部材の細孔径を4.5μmとしたときの、圧力吸収率、インク粘度、多孔質部材厚さ、相互間の関係を測定した結果を示すグラフである。
【図27】多孔質部材の細孔径を3.5μmとしたときの、圧力吸収率、インク粘度、多孔質部材厚さ、相互間の関係を測定した結果を示すグラフである。
【図28】実施例2のインク滴吐出装置の作用効果を説明するための層構造を示す図で、図3の断面図を模式的に示している。
【符号の説明】
1…ノズル板、2…ノズル、3…天板、4…連通孔、5…圧力室基板、6…圧力室、7…アクチュエータ基板、8…振動板、9…PZT、10…共通液室、11…細孔、13…インクジェットヘッド、14…多孔質部材、15…金属板、16…ノズル連通孔周囲、17…インク流入溝、18…ダミーノズル、19…貫通孔、20…共通液室対向領域、21…貫通孔、22…薄肉部、30…給紙装置、31…用紙搬送装置、32…インクジェット記録ヘッド、33…回復装置、34…スタッカ、35…用紙センサ、36…排紙トレイ、IN…インク、Pi…全圧力波、Pr1…反射圧力波、B…気泡、Fi…インク流れ、Fb…気泡排出流れ。
Claims (11)
- ノズルが形成されたノズル板と、前記ノズルへの連通孔を有する天板と、前記連通孔を介して前記ノズルに連通する圧力室及び共通液室を形成する圧力室基板と、振動板と、前記圧力室に対応した個別電極を有するアクチュエータとからなり、前記振動板を変形させて前記ノズルから液滴を吐出する液滴吐出装置において、前記天板は多孔質部材から形成され、前記多孔質部材の細孔径は5μm以下、厚さは0.5mm以下であることを特徴とする液滴吐出装置。
- ノズルが形成されたノズル板と、前記ノズルへの連通孔を有する天板と、前記連通孔を介して前記ノズルに連通する圧力室及び共通液室を形成する圧力室基板と、振動板と、前記圧力室に対応した個別電極を有するアクチュエータとからなり、前記振動板を変形させて前記ノズルから液滴を吐出する液滴吐出装置において、前記天板は多孔質部材と金属部材を接合して形成され、前記多孔質部材の細孔径は5μm以下、厚さは0.5mm以下であることを特徴とする液滴吐出装置。
- 前記多孔質部材は、セラミックスから形成されていることを特徴とする請求項1または2記載の液滴吐出装置。
- 前記多孔質部材の前記ノズルと連通する連通口の周囲の気孔率は、0であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の液滴吐出装置。
- 前記多孔質部材と前記金属板との接合面に、液流入溝を有することを特徴とする請求項2乃至4の何れかに記載の液滴吐出装置。
- 前記液流入溝は、端部に前記ノズル板に形成されたダミーノズルに連通する貫通孔を有することを特徴とする請求項5記載の液滴吐出装置。
- 前記天板は、前記多孔質部材の共通液室と対向する部分に流体抵抗が低い領域を有することを特徴とする請求項5記載の液滴吐出装置。
- 前記多孔質部材の流体抵抗が低い領域は、1個または複数個の貫通孔を有することを特徴とする請求項7記載の液滴吐出装置。
- 前記多孔質部材の流体抵抗が低い領域は、前記多孔質部材の厚さを薄くすることによって形成することを特徴とする請求項7記載の液滴吐出装置。
- 前記多孔質部材の流体抵抗が低い領域は、前記共通液室と対向する領域の気孔率を大きく設定することを特徴とする請求項7記載の液滴吐出装置。
- 請求項1乃至10何れかに記載の液滴吐出装置を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
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