JP2007118311A - 液滴噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マニホールド流路内において効率よく圧力波を減衰させる。
【解決手段】インクジェットヘッド３においては、２列に配列された複数の圧力室１０と複数の圧力室１０に連通する２つのマニホールド流路１１が形成されている。マニホールド流路１１は、複数の圧力室１０の配列方向に延在しており、インク流入口９に近い側から順に形成された主部５１、連結部５２及び延長部５３を有している。主部５１の複数の圧力室１０の配列方向と直交する方向に関する断面積は、連結部５２のこの方向に関する断面積よりも大きく一定となっており、延長部５３の複数の圧力室１０の配列方向と直交する方向に関する断面積は、連結部５２のこの方向に関する断面積よりも大きくなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、吐出口から液滴を噴射する液滴噴射装置に関する。

圧力室内のインクに圧力を付与することによってノズルからインクを噴射するインクジェットヘッド（液滴噴射装置）において、圧力室内のインクに圧力を付与したときに発生し、複数の圧力室に連通する共通液室に伝播した圧力波を、共通液室内において減衰させ、圧力波がさらに他の圧力室に伝播するのを防止することにより、インクの噴射特性にばらつきが生じるのを抑制しているものがある。例えば、特許文献１に記載のインクジェット式記録ヘッド（インクジェットヘッド）では、ノズルに連通する複数の圧力発生室（圧力室）はインク供給路を介してインク貯留室（共通液室）に連通しており、ヘッドケースのインク貯留室に対応する部分には凹部が形成されている。そして、振動板と凹部とがインク貯留室内において圧力変動を逃がす（圧力波を減衰させる）ダンパとして作用する。

特開２００３−１２７３５４号公報（図３）

しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、インクジェットヘッドの小型化、ノズルの高密度配置を実現しようとすると、インク貯留室の大きさも小さくする必要がある。したがって、凹部を形成することによるダンパ効果も小さくなり、圧力波を十分に減衰させることができない虞がある。

本発明の目的は、圧力波を効率よく減衰させることが可能な液滴噴射装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の液滴噴射装置は、平面に沿って一方向に配列され且つ複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室、及び、これら複数の圧力室に連通する共通液室を含む流路ユニットと、複数の圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段とを備えている。共通液室は、液体が流入する流入口と、流入口から複数の圧力室の配列方向に延在しており且つ配列方向と直交する方向の断面積がほぼ一定である主部と、複数の圧力室を挟んで流入口とは反対側に配設され、主部の一端に連結されて延在しており且つこの延在方向と直交する方向に沿った断面積が主部の断面積よりも小さい連結部と、連結部を挟んで主部とは反対側の端部において連結部に連結されて延在しており且つこの延在方向と直交する方向に沿った断面積が連結部の断面積よりも大きい延長部とを有している。

これによると、圧力室の配列方向と直交する方向に沿った連結部の断面積が、圧力室の配列方向と直交する方向に沿った主部の断面積がよりも小さくなっているため、圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与したときに圧力室内に発生し、共通液室の主部に伝播した圧力波は、主部と連結部との境界において一部が反射して主部に戻るとともに一部が連結部内を伝播し延長部まで伝播する。さらに、延長部の延在方向と直交する方向に沿った延長部の断面積が、連結部の延在方向と直交する方向に沿った連結部の断面積よりも大きくなっているため、延長部に伝播して延長部内で反射して連結部に戻ってきた圧力波は、延長部と連結部との境界において一部が反射して延長部に戻るとともに一部が連結部内を伝播して主部まで伝播する。このように、主部又は延長部と連結部との境界において圧力波の一部が反射し、一部が連結部内を伝播するということが繰り返されることにより主部における圧力波が減衰するため、共通液室を介して互いに連通している圧力室間におけるクロストークを抑制することができる。

また、本発明の液滴噴射装置においては、共通液室を画定する壁面が部分的に突出していることによって、主部、連結部及び延長部が形成されていてもよい。これによると、共通液室の壁面が突出した部分が連結部となり、壁面の突出していない部分が主部及び延長部となるので、共通液室の壁面を部分的に突出させることにより主部、連結部及び延長部を容易に形成することができる。

又は、本発明の液滴噴射装置においては、共通液室を画定する壁面に両端を保持された架橋が設けられていることによって、主部、連結部及び延長部が形成されていてもよい。これによると、共通液室の架橋が設けられた部分が連結部となり、架橋が設けられていない部分が主部及び延長部となるので、共通液室を画定する壁面に両端を保持された架橋を設けることにより、主部、連結部及び延長部を容易に形成することができる。

また、本発明の液滴噴射装置においては、延長部の断面積が、連結部の断面積の１２倍〜１３倍であってもよい。これによると、圧力波を特に効率よく減衰させることができる。

また、本発明の液滴噴射装置においては、延長部の断面積が、主部の断面積よりも大きくてもよい。これによると、延長部において圧力波をさらに効率よく減衰させることができる。

また、本発明の液滴噴射装置においては、配列方向に沿って、複数の連結部と複数の延長部とが交互に形成されていてもよい。これによると、主部又は各延長部と各連結部との境界において圧力波の一部が反射するとともに、一部が各連結部内を伝播するため、効率よく圧力波を減衰させることができる。

また、本発明の液滴噴射装置においては、流路ユニットに共通液室が複数形成されており、流路ユニットが、互いに異なる共通液室に属する複数の延長部の連結部とは反対側の端部同士を互いに接続するように延在した接続部をさらに含んでいてもよい。これによると、延長部の圧力波を接続部を介して隣接する延長部に伝播させることにより、隣接する延長部においても圧力波を減衰させることができるため、圧力波をさらに効率よく減衰させることができる。

このとき、接続部の延在方向と直交する方向に沿った断面積が、延長部の断面積よりも大きくてもよい。これによると、延長部から接続部に圧力波が伝播しやすくなるとともに、接続部の容積が大きくなっているので、延長部及び接続部において圧力波をより効率よく減衰させることができる。

また、本発明の液滴噴射装置においては、エネルギー付与手段が圧力室に対向する圧電層と、圧力室の容積を変化させるために圧電層に電界を印加する一対の電極を含んでいてもよい。これによると、圧電層と一対の電極という簡単な構成により圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与することができる。

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。本実施の形態は、本発明の液滴噴射装置をノズルからインクを噴射し、記録媒体に記録を行うインクジェットヘッドに適用した一例である。

図１は、本発明の実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、図１の左右方向（走査方向）に移動可能なキャリッジ２、キャリッジ２に取り付けられ、記録用紙Ｐにインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド３、記録用紙Ｐを図１の前方（紙送り方向）に搬送する用紙搬送ローラ４などを備えている。そして、インクジェットヘッド３は、キャリッジ２と一体的に走査方向に移動しつつキャリッジ２の下面に設けられたノズル１７（図２参照）からインクを噴射することによって記録用紙Ｐに印字を行うように構成されている。また、インクジェットヘッド３により印字が行われた記録用紙Ｐは、用紙搬送ローラ４により紙送り方向に排出される。

次に、インクジェットヘッド３について、図２、図３を用いて説明する。図２は、インクジェットヘッド３の平面図である。図３は、図２のIII−III線断面図である。図２、図３に示すように、インクジェットヘッド３は、複数の圧力室１０を含む複数の個別インク流路が形成された流路ユニット７と、流路ユニット７の上面に配置され、圧力室１０内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ（エネルギー付与手段）８とを有する。

流路ユニット７は、図３に示すように、キャビティプレート３１、ベースプレート３２、２枚のマニホールドプレート３３、３４、ダンパプレート３５、スペーサプレート３６及びノズルプレート３７を有し、これら７枚のプレート３１〜３７が積層状態で接合されている。このうち、ノズルプレート３７を除く６枚のプレート３１〜３６は、ステンレス鋼などの金属材料により構成されている。圧力室１０、マニホールド流路１１などのインク流路を構成する孔はエッチングなどの方法により形成されている。また、ノズルプレート３７は、ポリイミド等の合成樹脂材料により構成されており、スペーサプレート３６の下面に接着されている。ノズルプレート３７には、圧力室１０に１対１に対応したノズル１７がレーザ加工により形成されている。なお、ノズルプレート３７も他のプレート３１〜３６と同様、ステンレス鋼などの金属材料により構成されていてもよい。

図２、図３に示すように、キャビティプレート３１には、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列された１０個の圧力室１０が形成されている。各圧力室１０は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い略長円形状を有している。ベースプレート３２の平面視で圧力室１０の走査方向の両端付近に重なる領域には、それぞれ貫通孔１２、１８が形成されている。

２枚のマニホールドプレート３３、３４には、それぞれ、２つのマニホールド流路１１の上半部１１ａ及び下半部１１ｂが形成されており、２枚のマニホールドプレート３３、３４が積層されることにより２つのマニホールド流路１１が形成される。マニホールド流路１１は、紙送り方向に延びている。２つのマニホールド流路１１のうち図２の左側に形成されたものは、図２において左側に配列された５個の圧力室１０の左側端部に重なり、２つのマニホールド流路１１のうち、図２の右側に形成されたものは、図２において右側に配列された５個の圧力室１０の右側端部に重なるように配置されている。マニホールド流路１１にはインク流入口９からインクが供給される。なお、インク流入口９は、流路ユニット７の圧電アクチュエータ８が配設される領域を避けるようにして、紙送り方向の一端部（図２の下側）に形成されている。ここでは、各マニホールド流路１１に対して、それぞれ１つのインク流入口９が配設されている。

また、マニホールド流路１１は、図２に示すように、インク流入口９から紙送り方向に沿って延在し、順に主部５１、連結部５２及び延長部５３の３つの部分から構成されている。インク流入口９に連結する主部５１は、延在方向と直交する方向に関する断面積（以下、断面積とする）が一定であり、各主部５１は互いに平行に延在している。連結部５２は、複数の圧力室１０を挟んでインク流入口９とは反対側に配設され、主部５１の一端に連結されて紙送り方向に延在している。連結部５２は、主部５１よりも幅が小さくなって主部５１よりも断面積が小さい。また、延長部５３は、連結部５２を挟んで主部５１と反対側の端部において連結部５２に連結されて紙送り方向に延在している。その断面積は主部５１と同じである。さらに、主部５１にのみ後述する個別インク流路との接続口（連通孔１８）が形成されている。そして、主部５１及び延長部５３の断面積は、連結部５２の断面積の約１２．５倍になっている。ここで、各領域５１〜５３は、マニホールド流路１１を形成する壁面の一部がマニホールド流路１１の内側に突出することにより形成されたものである。そして、この壁面が突出した部分が連結部５２に対応し、連結部５２を挟んで両側にある領域がそれぞれ主部５１及び延長部５３となっている。マニホールド流路１１をこのような形状にすることによって、後述するように、マニホールド流路１１内において効率よく圧力波を減衰させることができる。このような圧力波に対する減衰力は、連結部５２の存在とそのサイズに影響され、マニホールド流路１１は、後述のように主部５１及び延長部５３の断面積が連結部の断面積の１２倍〜１３倍となるように構成されていればよい。また、マニホールドプレート３３、３４には、平面視で複数の連通孔１２に重なる位置にそれぞれ複数の連通孔１３、１４が形成されている。

なお、ここでは、マニホールド流路１１が、紙送り方向にほぼ直線状に延在しているが、このような形態に限るものではない。例えば、主部５１の対向する一対の壁面は互いに平行である必要はなく、ほぼ一定の断面積を有しておれば少なくとも一方の壁面が湾曲していてもよい。また、主部５１に連結する連結部５２や延長部５３が紙送り方向と交差するように配設されていてもよい。例えば、連結部５２や延長部５３が主部の一端から徐々に流路ユニット７の中央側に湾曲しながら延在していてもよい。これにより、流路ユニット７の長さを湾曲した分だけ短くすることができる。

ダンパプレート３５には、マニホールド流路１１に対向する部分に、図３の下方に開口する凹部２１が形成されており、凹部２１が形成された部分はダンパプレート３５の厚みが小さい薄肉部となっている。これにより、ダンパプレート３５の凹部２１が形成された部分が圧力波を減衰させるダンパとして作用する。また、ダンパプレート３５には、平面視で複数の連通孔１４に重なる位置に、連通孔１５が形成されている。スペーサプレート３６は、ダンパプレート３５の凹部２１の開口を塞いでいる。また、スペーサプレート３６には、平面視で複数の連通孔１５に重なる位置に、複数の連通孔１６が形成されている。

ノズルプレート３７には、平面視で複数の連通孔１６に重なる位置に複数のノズル１７が形成されている。なお、ノズル１７は、ノズルプレート３７が合成樹脂材料により構成されている場合にはエキシマレーザ加工で形成することができ、ノズルプレート３７が金属材料により構成されている場合にはポンチを用いたプレスで形成することができる。

そして、マニホールド流路１１は連通孔１８を介して圧力室１０に連通しており、圧力室１０は連通孔１２〜１６を介してノズル１７に連通している。このように、流路ユニット７には、マニホールド流路１１の出口から圧力室１０を経てノズル１７に至る複数の個別インク流路が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ８について説明する。圧電アクチュエータ８は、流路ユニット７の上面に配置された振動板４０と、振動板４０の上面に形成された圧電層４１及び圧電層４１の上面に複数の圧力室１０に対応して形成された複数の個別電極４２とを有する。

振動板４０は平面視で略矩形状の金属材料からなる板状体であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金又はチタン系合金からなる。振動板４０は、キャビティプレート３１の上面に複数の圧力室１０を覆うように配置され、キャビティプレート３１に接合されている。金属製の振動板４０は導電性を有し、圧電層４１において個別電極４２との間に挟まれる部分に電界を作用させるための共通電極を兼ねており、常にグランド電位に保持されている。なお、振動板４０がセラミックのような絶縁性部材で形成されている場合には、振動板４０の上面に共通電極を設ければよく、本実施例と同様に共通電極と個別電極４２とで挟まれる圧電層４１に電界を印加することができる。

振動板４０の上面には、図３に示すように、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層４１が配置されている。圧電層４１は、複数の圧力室１０にわたってシート状に連続的に形成されている。圧電層４１は、例えば、非常に小さい圧電材料の粒子を、基板に吹き付けて高速で衝突させることにより基板に堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により形成することができる。また、圧電層４１は、スパッタ法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法又は水熱合成法により形成することもできる。あるいは、ＰＺＴのグリーンシートを焼成することによって形成される圧電シートを所定の大きさに切断し、振動板４０の上面に貼り付けることによっても形成することが可能である。

圧電層４１の上面には、平面視で圧力室１０に重なる位置に、圧力室１０よりも一回り小さい略長円形状を有する個別電極４２が形成されている。個別電極４２は、金、銅、銀パラジウム、白金又はチタンといった導電性材料からなる。また、個別電極４２の長手方向の一方の端部は平面視で圧力室１０に重ならない領域まで個別電極４２の長手方向に延びており、この部分が接点４２ａとなっている。個別電極４２及び接点４２ａは、スクリーン印刷、スパッタ法又は蒸着法により形成することができる。

圧電アクチュエータ８の上面には、図示しないフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）が配置されており、ＦＰＣの信号線を介して、接点４２ａが図示しないドライバＩＣに接続されている。そして、ドライバＩＣにより個別電極４２の電位が制御される。なお、共通電極に対しても、ＦＰＣの接地線が接続されており、グランド電位に保持されている。

次に、インクジェットヘッド３の動作について説明する。図示しないドライバＩＣにより個別電極４２に選択的に所定の電位が付与されると、所定の電位が付与された個別電極４２と共通電極としての振動板４０との間に電位差が発生し、これらの間に挟まれた圧電層４１の部分に厚み方向の電界が発生する。このとき、圧電層４１の分極方向がこの電界の向きと同じであれば、圧電層４１は厚み方向に直交する水平方向に関して収縮する。この圧電層４１の収縮に対して、振動板４０は収縮を規制するように働く。このとき、圧電アクチュエータ８のうち、選択された個別電極４２に対応する部分の振動板４０が圧力室１０側に凸になるように変形し、圧力室１０の体積が減少する。これにより圧力室１０内のインクの圧力が上昇し（圧力室１０内のインクに吐出エネルギーが付与され）、圧力室１０に連通するノズル１７からインクが噴射される。

このとき、圧力室１０内の圧力上昇により圧力室１０内において圧力波が発生し、この圧力波の一部は圧力室１０に連通するマニホールド流路１１にも伝播する。マニホールド流路１１においては、圧力波はまず圧力室１０に連通する主部５１に伝播し、さらに主部５１に連通する連結部５２まで伝播する。連結部５２は主部５１よりもその幅（断面積）が小さくなっているため、連結部５２に伝播した圧力波は、その一部が連結部５２を介して延長部５３まで伝播し、一部は主部５１と連結部５２との境界において反射して再び主部５１をインク流入口９に向かって伝播する。さらに、延長部５３に伝播した圧力波は、延長部５３の連結部５２と反対側の端部において反射し、再び連結部５２に達する。このとき、連結部５２は延長部５３より幅（断面積）が小さくなっているため、圧力波の一部が連結部５２を介して主部５１に伝播し、一部は延長部５３と連結部５２と境界において反射して再び延長部５３を伝播する。

このように、圧力波が連結部５２に達したときにその一部が連結部５２を伝播し、一部が主部５１又は延長部５３と連結部５２との境界において反射するという作用が繰り返される。全体的には、圧力室１０から主部５１に伝播した圧力波の一部は、連結部５２や延長部５３で減衰して再び主部５１には戻らないので、マニホールド流路１１内の圧力波は効率よく減衰される。また、このとき、ダンパプレート３５の凹部２１が形成された部分もダンパとして作用し、マニホールド流路１１内の圧力波を減衰させている。

ここで、マニホールド流路１１において、主部５１、連結部５２及び延長部５３の断面積と、圧力波の減衰効果との関係について説明する。主部５１、連結部５２及び延長部５３と圧力波の減衰効果との関係を調べるために、図４に示すようなマニホールド流路５０のシミュレーションモデルを考える。図４は、シミュレーションモデルの平面形状を表したもので、シミュレーションモデルは図４の軸Ｌ１を中心として図４の平面を回転させた筒状になっている。そして、このシミュレーションモデルは、半径がそれぞれｒ１、ｒ２及びｒ３である３つの領域を有しており、半径がｒ１の領域が主部５１、半径がｒ２の領域が連結部５２、半径がｒ３の領域が延長部５３となる。また、主部５１、連結部５２及び延長部５３の半径に直交する方向の長さはそれぞれ５．０ｍｍ、０．３ｍｍ及び０．５ｍｍであり、主部５１と連結部５２との間の領域及び連結部５２と延長部５３との間の領域の半径に直交する方向の長さはそれぞれ０．１ｍｍ及び０．２ｍｍである。

このようなシミュレーションモデルにおいて、主部５１、連結部５２及び延長部５３の初期状態の圧力を０．１ＭＰａとしておき、主部５１の左端に０．２ＭＰａの圧力を与えたときの図４に示す主部５１内における５つの計測点Ｐ１〜Ｐ５における圧力の時間変化を算出し、算出した圧力の値からマニホールド流路１１内の最終的な圧力値である０．２ＭＰａを減じた値を２乗した値を時間に関して積分した積分値を算出する。さらに、計測点Ｐ１〜Ｐ５において算出した積分値を合計した値（二乗和）を算出する。計測点Ｐ１〜Ｐ５は、図４の主部５１の左側から順に半径に直交する方向に並んでおり、計測点Ｐ１と主部５１の左端との距離及び計測点；：ｌＰ５と主部５１の右端との距離が０．５ｍｍ、隣接する計測点同士の距離が１．０ｍｍとなっている。この二乗和は、計測点における０．２ＭＰａに対する圧力変動が小さいほど小さな値となるので、この値が小さいほど効率よく圧力波を減衰させることができていることになる。なお、本シミュレーションにおいては、マニホールド流路５０内のインクの密度を１０５０ｋｇ／ｍ³、インクの粘度を３ｍＰａ・ｓとし、インク中の音速を１３００ｍ／ｓとした。

本シミュレーションにおいては、（ａ）ｒ１＝０．３ｍｍ、ｒ３＝０．５４ｍｍの場合、（ｂ）ｒ１＝０．３ｍｍ、ｒ３＝０．３５ｍｍの場合、（ｃ）ｒ１＝ｒ３＝０．３ｍｍの場合、及び、（ｄ）ｒ１＝０．３、ｒ３＝０．２５の場合において、それぞれｒ２の値を変化させたときの二乗和を算出した。そして、これらの結果をそれぞれ、表１〜表４に示す。

表１の結果から、（ａ）ｒ１＝０．３ｍｍ、ｒ３＝０．５４ｍｍの場合には、ｒ２＝０．１５のとき、表２の結果から（ｂ）ｒ１＝０．３ｍｍ、ｒ３＝０．３５ｍｍの場合には、ｒ２＝０．１０ｍｍのとき、表３の結果から、（ｃ）ｒ１＝ｒ３＝０．３の場合には、ｒ２が０．０８≦ｒ２≦０．０９の範囲のいずれかの値（例えば０．０８５ｍｍ）のとき、表４の結果から、（ｄ）ｒ１＝０．３、ｒ３＝０．２５の場合には、ｒ２＝０．０７のときに、それぞれ二乗和の値が最も小さくなることがわかる。

これらの場合において、延長部５３の断面積は連結部５２の断面積のそれぞれ、（ａ）１３．０（＝０．５４²／０．１５²）倍、（ｂ）１２．３（０．３５²／０．１０²）倍、（ｃ）１２．５（＝０．３²／０．０８５²）倍及び（ｄ）１２．８（＝０．２５²／０．０７²）倍となっている。これらの結果から、延長部５３の断面積が連結部５２の断面積の１２〜１３倍のときに、圧力波を最も効率よく減衰させることができることがわかる。そして、本実施の形態においては、このｒ１とｒ３とが同じ値である場合のシミュレーション結果を元に、図２の主部５１及び延長部５３の延在方向に関する断面積を連結部５２の延在方向に関する断面積の約１２．５倍となるようにした。

以上に説明した実施の形態によると、マニホールド流路１１が複数の圧力室１０の配列方向に延在した主部５１、連結部５２及び延長部５３とからなり、連結部５２の断面積が主部５１及び延長部５３よりも小さくなっていることから、マニホールド流路１１内の圧力波が主部５１から連結部５２に達したときには、一部が連結部５２を伝播するとともに一部が主部５１と連結部５２との境界において反射する。さらに、圧力波が、連結部５２から延長部５３に伝播し、延長部５３において反射し、連結部５２に達したときには、一部が連結部５２を伝播するとともに、一部が延長部５３と連結部５２との境界において反射する。このような動作を繰り返すことにより、マニホールド流路１１内において圧力波を効率よく減衰させることができる。

また、マニホールド流路１１を画定する壁面が部分的に突出しており、壁面が突出した部分が連結部５２となり、連結部５２の両側の部分が主部５１及び延長部５３となっているため、マニホールド流路１１の壁面を突出させることにより、主部５１、連結部５２及び延長部５３を容易に形成することができる。

また、延長部５３の断面積が、連結部５２の断面積の１２．５倍になっているため、圧力波をさらに効率よく減衰させることができる。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。但し、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

図５、図６に示すように、マニホールド流路７０内に、走査方向（図５の左右方向）に延び、マニホールド流路７０を画定する側壁に両端が支持された架橋７１が形成されていてもよい（変形例１）。架橋７１は、２枚のマニホールドプレート７３、７４にそれぞれ形成された架橋７１の上部７１ａ及び下部７１ｂが接合されることによって形成されている。この場合には、図６に示すようにベースプレート７２及びダンパプレート７５の平面視で架橋７１及び延長部５３に重なる領域にマニホールド流路７０の一部が形成されており、マニホールド流路７０の架橋７１が形成されてその断面積が小さくなった部分が連結部７２となる。また、図７、図８に示すように、マニホールド流路８０を画定する上下の壁面に両端が支持された架橋８１が形成されており、マニホールド流路８０の架橋８１が形成されて断面積が小さくなった部分が連結部８２になっていてもよい（変形例２）。この場合、架橋８１は、図８に示すように、２枚のマニホールドプレート８３、８４にそれぞれ架橋８１の上部８１ａ及び下部８１ｂが形成されマニホールドプレート８３と８４とが接合されることによって形成される。

図９に示すように、延長部９３の幅が主部５１の幅よりも大きくなっていてもよい（変形例３）。この場合、延長部９３の断面積が主部５１の断面積よりも大きくなるため、延長部９３において圧力波をさらに効率よく減衰させることができる。

図１０に示すように、複数の圧力室１０の配列方向（図１０の上下方向）に沿って、２つの連結部１０２と２つの延長部１０３とが交互に形成されていてもよい（変形例４）。この場合、主部５１及び各延長部１０３を伝播し、各連結部１０２に達した圧力波は、その一部が連結部１０２を伝播するとともに、一部が反射する。これにより、マニホールド１００内において、圧力波をさらに効率よく減衰させることができる。

図１１に示すように、複数の圧力室１０の配列方向と直交する方向（図１１の左右方向）に延び、その断面積が延長部１１３の断面積よりも大きい、隣接するマニホールド流路１１０の延長部１１３同士を接続する接続部１１１が形成されていてもよい（変形例５）。これによると、接続部１１１が形成されているため、接続部１１１を介して、圧力波を隣接するマニホールド流路１１０の延長部１１３に伝播させることにより、隣接するマニホールド流路１１０の延長部１１３においても圧力波を減衰させることができ、圧力波をより効率よく減衰させることができる。さらに、接続部１１１の断面積が延長部１１３の断面積よりも大きくなっているため、延長部１１３から接続部１１１に圧力波が伝播しやすくなるとともに、接続部１１１の容積が大きくなり、延長部１１３及び接続部１１１において一層効率よく圧力波を減衰させることができる。

なお、本実施の形態に用いた圧電アクチュエータ８は、振動板４０上に一対のみの電極（個別電極と共通電極）で挟まれた圧電層１４から構成されていたが、本発明の適用は、このような圧電アクチュエータ８の形態に限定されるものではない。

例えば、図１２（ａ）に示すように、キャビティプレート３１の上面に、一対の電極で挟まれた圧電層が複数積層されていてもよい。つまり、圧力室１０と反対側の表面に共通電極２４６が形成された圧電層２４１と、この上面に配設され、圧力室１０と反対側の表面の圧力室１０と対向する領域に個別電極２４４がそれぞれ形成された圧電層２４２とを１つの組として、複数組が積層された構成を有していてもよい。ここでは、３つの組が順に積層され、この積層体上に、圧電層２４１及び電極が形成されていない２層の圧電層２４３が積層されて圧電アクチュエータ２８０が形成されている。各圧電層２４１、２４２は、その積層方向に分極されている。この構成の圧電アクチュエータ２８０は、共通電極２４６と個別電極２４４との間に電圧を印加すると、両電極に挟まれた圧電層２４１、２４２が積層方向に伸縮することで対応する圧力室１０の容積が変化する。ＦＰＣに対しては、最上層までスルーホールで共通電極２４６及び個別電極２４４を電気的に導き、最上層表面で接続すればよい。

また、図１２（ｂ）に示すように、キャビティプレート３１の上面に、圧力室１０と反対側の表面に共通電極３４６及び個別電極３４４が形成された圧電層３４１が、複数積層された構成を有していてもよい。ここでは、５層の圧電層３４１と電極が形成されていない最上層の圧電層３４２トから圧電アクチュエータ３８０が形成されている。各個別電極３４４は、圧力室１０に対向して形成され、各共通電極３４６は、圧力室１０を区画する桁に対向して形成されている。この構成の圧電アクチュエータ３８０は、共通電極３４６と個別電極３４４との間に所定の電圧を印加すると、選択された個別電極３４４とこれに隣接する２つの共通電極３４６とに挟まれた圧電層３４１がそれぞれ厚みすべり変形を起こす。これにより、圧電アクチュエータ３８０の圧力室１０に対向する部分が、この圧力室１０の容積を変化するように変位する。ＦＰＣに対しては、最上層までスルーホールで共通電極３４６及び個別電極３４４を電気的に導き、最上層表面で、共通電極３４６及び個別電極３４４を電気的に導き、最上層表面で接続すればよい。

本発明における実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。 図１のインクジェットヘッドの平面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のマニホールド流路のシミュレーションモデルを表す図である。 変形例１の図２相当の平面図である。 図５のVI−VI線断面図である。 変形例２の図２相当の平面図である。 図７のVIII−VIII線断面図である。 変形例３の図２相当の平面図である。 変形例４の図２相当の平面図である。 変形例５の図２相当の平面図である。 使用される圧電アクチュエータの別の形態例を示す断面図である。

符号の説明

３ インクジェットヘッド
７ 流路ユニット
８ 圧電アクチュエータ
９ インク流入口
１０ 圧力室
１１ マニホールド流路
１７ ノズル
５１ 主部
５２ 連結部
５３ 延長部
７１ 架橋
７２ 連結部
８１ 架橋
８２ 連結部
９３ 延長部
１０２ 連結部
１０３ 延長部
１１１ 接続部
１１３ 延長部

Claims (9)

1. 平面に沿って一方向に配列され且つ複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室、及び、これら複数の圧力室に連通する共通液室を含む流路ユニットと、
   前記複数の圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段とを備え、 前記共通液室が、
   前記液体が流入する流入口と、
   前記流入口から前記複数の圧力室の配列方向に延在しており且つ前記配列方向と直交する方向の断面積がほぼ一定である主部と、
   前記複数の圧力室を挟んで前記流入口とは反対側に配設され、前記主部の一端に連結されて延在しており且つ当該延在方向と直交する方向の断面積が前記主部の断面積よりも小さい連結部と、
   前記連結部を挟んで前記主部とは反対側の端部において前記連結部に連結されて延在しており且つ当該延在方向と直交する方向の断面積が前記連結部の断面積よりも大きい延長部とを有していることを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記共通液室を画定する壁面が部分的に突出していることによって、前記主部、前記連結部及び前記延長部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記共通液室を画定する壁面に両端を保持された架橋が設けられていることによって、前記主部、前記連結部及び前記延長部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
4. 前記延長部の断面積が、前記連結部の断面積の１２倍〜１３倍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。
5. 前記延長部の断面積が、前記主部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴噴射装置。
6. 前記配列方向に沿って、複数の前記連結部と複数の前記延長部とが交互に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液滴噴射装置。
7. 前記流路ユニットに前記共通液室が複数形成されており、
   前記流路ユニットが、互いに異なる前記共通液室に属する複数の前記延長部の前記連結部とは反対側の端部同士を互いに接続するように延在した接続部をさらに含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液滴噴射装置。
8. 前記接続部の延在方向と直交する方向に沿った断面積が、前記延長部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の液滴噴射装置。
9. 前記エネルギー付与手段が、前記複数の圧力室に対向する圧電層と、前記圧力室の容積を変化させるために前記圧電層に電界を印加する一対の電極とを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液滴噴射装置。

Images