JP2009178844A - 液体移送装置及び液体移送装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インクジェットヘッド3は、ノズル54及び圧力室53を含むインク流路が形成された流路ユニット31と、振動板70と圧電層71を有する圧電アクチュエータ32を備えている。また、流路ユニット31は、互いに積層されるとともに圧力室53の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔53a,53bが設けられた、少なくとも2枚のキャビティプレート41,42を有する。さらに、前記2枚のキャビティプレート41,42のうち、上層に位置してその表面に振動板70が接合される第1キャビティプレート41の、圧力室形成孔53aの外側領域には、貫通孔55が形成されている。
【選択図】 図5
Description
前記流路ユニットは、
互いに積層されるとともに前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第1圧力室形成層と第2圧力室形成層の、2枚の圧力室形成層を有し、前記2枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第1圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に、孔が形成されていることを特徴とするものである。
前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第1圧力室形成層と反対側に位置する最下層が、樹脂材料で形成されていることを特徴とするものである。
ドライバIC80から、ある個別電極72に対して駆動電位が付与されると、この駆動電位が付与された個別電極72と、グランド電位に保持されている共通電極73との間に電位差が生じ、これらの電極72,73間に挟まれた圧電層71の部分に厚み方向に電界が印加される。この電界の方向は圧電層71の分極方向と平行であるので、この圧電層71は、電界が印加された部分において厚み方向に伸びて面方向に収縮する。一方、非活性層である振動板70は、圧力室53の周囲領域において第1キャビティプレート41に固定されていることから、上層の圧電層71が面方向に収縮することによって、下層の振動板70は、圧力室53と対向する領域において、圧力室53側に凸となるように変形する(ユニモルフ変形)。このとき、圧力室53の容積が減少することから、その内部のインクの圧力が上昇し、圧力室53に連通するノズル54からインクの液滴が吐出される。
まず、流路ユニット31の作製工程について説明する。流路ユニット31(積層体)を構成する9枚のプレート41〜49のうち、最上層となる第1キャビティプレート41と、最下層となるノズルプレート49を除いた、金属材料からなる7枚のプレート42〜48のそれぞれに、圧力室53、アパーチャ52、マニホールド51等のインク流路となる孔や凹部をエッチング等で形成する。
次に、圧電アクチュエータ32の作製工程について説明する。まず、未焼成のグリーンシートを2枚用意し、圧電層71(活性層)となる一方のグリーンシートの両面に、複数の個別電極72と共通電極73をそれぞれスクリーン印刷等の方法により形成する。次に、振動板70及び圧電層71となる2枚のグリーンシートを、共通電極73が両者の間に挟まれるように重ねてから、2枚のグリーンシートを高温で焼成する。以上で、圧電アクチュエータ32の作製工程が完了する。
最後に、流路ユニット作製工程で得られた流路ユニット31の、第1キャビティプレート41の上面に、圧電アクチュエータ作製工程で得られた圧電アクチュエータ32の振動板70を、接着剤で接合する。
第1キャビティプレート41の圧力室形成孔53aの外側領域に形成される貫通孔が、圧力室の配列方向に連続的に延在している必要は必ずしもなく、図7に示すように、複数の貫通孔55Aが、圧力室53の配列方向(図8の上下方向)に沿って間隔を空けて配置されてもよい。
図8に示すように、第1キャビティプレート41の圧力室形成孔53aの短手方向に関する両側にも、貫通孔55Bが形成されてもよい。この場合には、各圧力室53のほぼ全周にわたって側壁部41aの剛性が低下するため、振動板70が一層撓みやすくなる。
図9に示すように、第1キャビティプレート41に形成される孔55Cが、このプレート41を厚み方向に貫通する孔ではなく、凹状の孔であってもよい(変更形態3)。この場合でも、圧力室53の側壁部41aの剛性がある程度低下することから、振動板70の撓み変形を促進するという効果が得られる。
圧電アクチュエータ32の振動板70が接合される、最上層の第1キャビティプレート41が、第2キャビティプレート42よりも軟質の材料(例えば樹脂材料)で形成される必要は必ずしもなく、第1キャビティプレート41と第2キャビティプレート42が同じ材料(例えば金属材料)で形成されてもよい。その場合、圧力室53の側壁部の剛性をより低下させる必要がある場合は、上層の第1キャビティプレート41の板厚が、第2キャビティプレート42の板厚よりも薄くなっていると効果的である。また、金属材料は、第1キャビティプレート41と第2キャビティプレート42とが異素材の金属材料でもよく、その場合も、板厚を調整することにより、効果的に圧力室53の側壁部の剛性を低下させることができる。
図10に示すように、圧力室53が3枚以上のキャビティプレートで形成されてもよく、圧力室53としての容積を大きくすることもできる。尚、この場合には、少なくとも最上層のキャビティプレート41の圧力室形成孔53aの外側領域に孔55Dが形成される一方で、最下層のキャビティプレート42には孔が形成されない。また、圧力室53の側壁部の剛性をかなり低下させる必要がある場合には、中間層のキャビティプレート80にも、最上層のキャビティプレート41の貫通孔55Dに連なる孔が形成されてもよいし、逆に、側壁部の剛性をそれほど大きく低下させる必要がない場合には、中間層のプレート80には、最下層のプレート42と同様に孔が形成されなくてもよい。
圧電アクチュエータ32の振動板が圧電材料からなる層である必要は特にない。従って、例えば、ステンレスやニッケル含有合金などの金属材料からなる振動板や、圧電特性を有さないセラミックス材料(例えば、アルミナやジルコニア等)からなる振動板が用いられてもよい。
圧電アクチュエータは、1枚の振動板と1枚の圧電層からなる、2層構造のユニモルフ式アクチュエータに限られるものではない。例えば、図11に示すように、1枚の振動板70の上面に、電極83,84,85に挟まれた2枚の圧電層81,82(活性層)が配置されている、ユニモルフ式アクチュエータであってもよい。
さらに、圧電アクチュエータは、ユニモルフ式アクチュエータ、即ち、主に、圧電層に生じる圧電横効果(面方向の収縮)によって振動板を変形させるものに限られず、主に圧電縦効果(厚み方向の伸張)によって振動板を変形させる、積層型のアクチュエータであってもよい。尚、積層型の圧電アクチュエータとは、図12に示すように、振動板70の上面に、それぞれ2種類の電極94,95に挟まれた、複数枚の圧電層90,91,92(活性層)が配置された構造を有し、複数枚の圧電層90,91,92がそれぞれ圧電縦効果によって厚み方向に伸びることを利用して、圧力室53内のインクに接する振動板70を撓ませるものを指す。この積層型の圧電アクチュエータが採用された場合でも、振動板が接合される、第1キャビティプレート41の圧力室形成孔53aの外側領域に孔55が形成されていると、圧力室53の側壁部41aの剛性が低下して、振動板70が撓みやすくなるという効果が得られる。
31 流路ユニット
32 圧電アクチュエータ
41 第1キャビティプレート
42 第2キャビティプレート
49 ノズルプレート
53 圧力室
53a 圧力室形成孔
53b 圧力室形成孔
54 ノズル
55,55A,55B,55D 貫通孔
55C 孔
70 振動板
71 圧電層
72 個別電極
73 共通電極
81,82 圧電層
83,84,85 電極
90,91,92 圧電層
94,95 電極
Claims (11)
- 圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極とを備え、
前記流路ユニットは、
互いに積層されるとともに前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第1圧力室形成層と第2圧力室形成層の、2枚の圧力室形成層を有し、
前記2枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第1圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に、孔が形成されていることを特徴とする液体移送装置。 - 前記孔が、前記第1圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項1に記載の液体移送装置。
- 前記第1圧力室形成層は、前記第2圧力室形成層よりも軟質の材料で形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体移送装置。
- 前記第1圧力室形成層は、樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項3に記載の液体移送装置。
- 前記流路ユニットは、少なくとも最上層に位置する前記第1圧力室形成層とその下の前記第2圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を有し、
前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第1圧力室形成層と反対側に位置する最下層が、樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項4に記載の液体移送装置。 - 前記最下層が、前記圧力室に連通する液滴噴射用ノズルが形成されたノズルプレートであることを特徴とする請求項5に記載の液体移送装置。
- 圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータであって、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に接合された振動板と、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に配置された圧電層と、前記圧電層の両面の前記圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極とを含む、圧電アクチュエータと、
を備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記流路ユニットを作製する流路ユニット作製工程と、
前記圧電アクチュエータを作製するアクチュエータ作製工程と、
を有し、
前記流路ユニット作製工程において、前記圧力室の一部分をそれぞれ形成する圧力室形成孔が設けられた、少なくとも第1圧力室形成層と第2圧力室形成層の、2枚の圧力室形成層を積層させるとともに、
前記2枚の圧力室形成層のうち、上層に位置してその表面に前記振動板が接合される前記第1圧力室形成層の、前記圧力室形成孔の外側領域に、孔を形成することを特徴とする液体移送装置の製造方法。 - 前記孔が、前記第1圧力室形成層を厚み方向に貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項7に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記流路ユニット作製工程において、前記第1圧力室形成層を、前記第2圧力室形成層よりも軟質の材料で形成することを特徴とする請求項8に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記流路ユニット作製工程において、前記第1圧力室形成層を、樹脂材料で形成することを特徴とする請求項9に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記流路ユニット作製工程において、少なくとも最上層に位置する前記第1圧力室形成層とその下の前記第2圧力室形成層とを含む、複数の層からなる積層体を作製するとともに、前記積層体を構成する複数の層のうち、前記第1圧力室形成層と反対側に位置する最下層を、前記第1圧力室形成層と同様に、樹脂材料で形成し、
前記積層体を構成する前記複数の層を、加熱しながら接着剤で接合することを特徴とする請求項10に記載の液体移送装置の製造方法。
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Citations (2)
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JPH07290705A (ja) * | 1994-03-03 | 1995-11-07 | Fujitsu Ltd | インクジェットヘッド |
JP2004160915A (ja) * | 2002-11-15 | 2004-06-10 | Brother Ind Ltd | 液滴噴射装置およびその製造方法 |
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- 2008-01-29 JP JP2008017035A patent/JP4930390B2/ja active Active
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