JP2012192641A - 液滴噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 共通液室の面積を大きくすることなくダンパー室による圧力変動の減衰効果を高め、さらに、ダンパー室内の気体を共通液室内の液体と接触させつつ両者の混合を抑制可能な、液滴噴射装置を提供すること。
【解決手段】 インクジェットヘッド３は、複数のノズル４５と、複数のノズル４５にそれぞれ連通した複数の圧力室４３と、複数の圧力室４３と共通に連通するマニホールド４１が形成された流路ユニット３１と、複数の圧力室４３内のインクに選択的に圧力を付与する圧電アクチュエータ３２とを備えている。流路ユニット３１は、さらに、マニホールド４１の上方に配置された第１ダンパー室４７と、マニホールド４１と第１ダンパー室４７を上下に仕切る仕切り壁２８ａを有し、仕切り壁２８ａには、マニホールド４１と第１ダンパー室４７とを連通させる連通孔２８ｃが形成されている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置に関する。

従来から、ノズルから液滴を噴射する液滴噴射装置として、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に共通に連通して前記複数の圧力室にそれぞれ液体を供給する共通液室を含む液体流路構造を備え、適宜の構成を有するアクチュエータにより複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与することによって、複数のノズルから個別に液滴を噴射させるように構成されたものが知られている。

ところで、上記の液体流路構造を有する液滴噴射装置において、ノズルから液滴が噴射されたときに、共通液室内に生じる圧力変動が大きな問題となることがある。ノズルからの液適噴射時には共通液室から液体が圧力室に対して供給されるが、液滴の噴射が終了して圧力室への液体供給が停止したときに、共通液室内において、液体の慣性に起因する水撃現象が生じる。ここで、同時に液滴が噴射されるノズルの数が多い（圧力室への液体の供給量が多い）ほど、大きな水撃現象が発生して共通液室内の液体圧力が大きく変動し、この圧力変動が圧力室からノズルに伝播して、場合によっては、ノズル内のメニスカスが破壊されてしまう。また、あるノズルから液滴が噴射されたときには、そのノズルに連通する圧力室内の残存圧力波が共通液室を経由して他の圧力室に伝播することによって、液滴を噴射したノズルとは別のノズルの液滴噴射に影響を及ぼす虞がある（クロストーク）。

これに関し、特許文献１には、ノズルからインクの液滴を噴射して被記録媒体に画像等を記録するインクジェットヘッドが開示されており、この特許文献１のインクジェットヘッドは、複数の圧力室に連通する共通インク室（共通液室）の圧力変動を減衰させることが可能に構成されている。

特許文献１のインクジェットヘッドは、複数のノズル、複数の圧力室、及び、複数の圧力室に連通した共通インク室（マニホールド）が形成された流路ユニットと、複数の圧力室内のインクにそれぞれ圧力を付与する圧電式のアクチュエータユニットとを備えている。複数のノズルとこれら複数のノズルに連通する複数の圧力室は、水平面に沿った所定の一方向に沿って配列されており、また、共通インク室は、複数の圧力室と対向して、それらの配列方向に沿って延在している。

上記構成において、まず、共通インク室の下側には、この共通インク室の底壁部を隔てて対向して配置され、且つ、その内部に空気が存在するダンパー室が設けられている。そして、共通インク室内に圧力変動が生じたときには、共通インク室の底壁部が、変形することによって共通インク室内の容積を変化させるダンパー膜として機能する。

これに加えて、共通インク室は、複数の圧力室と対向し、且つ、これら複数の圧力室と連通する第１領域と、複数の圧力室からは離れた位置に配置され、前記第１領域と上下に延びる隔壁によって隔てられた第２領域を備えており、第２領域の上部にはインクと接する空気層が存在している。また、隔壁は共通インク室の第１領域と第２領域の上部同士を隔てているものの、第１領域と第２領域の下部同士は連通しており、第１領域と第２領域間でインクは移動できる一方で、第２領域の空気層が第１領域に直接移動することは妨げられるようになっている。これにより、共通インク室に生じた圧力変動が、第２領域の空気層によって吸収されることになり、圧力変動を効果的に減衰できる。

特開２００７−１７６１６１号公報（図２、図３）

しかし、前記特許文献１の構成では、共通インク室が、複数の圧力室と連通する第１領域とは別の領域に、空気層が存在する第２領域を有することから、共通インク室の平面的なサイズが大きくなり、ひいては、装置の大型化につながる。また、第２領域において上部の空気層と下部のインクが広い面積で接していることから、わずかな圧力変動でも空気層の一部がインクと混じり合う虞があり、そのような空気が混入したインクが第１領域から圧力室に流れ込むと、ノズルに噴射不良を生じさせることになる。

本発明の目的は、共通液室の面積を大きくすることなくダンパー室による圧力変動の減衰効果を高め、さらに、ダンパー室内の気体を共通液室内の液体と接触させつつ両者の混合を抑制可能な、液滴噴射装置を提供することである。

第１の発明の液滴噴射装置は、複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通した複数の圧力室と、前記複数の圧力室と共通に連通する共通液室とを含む液体流路が形成された、流路ユニットと、前記複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与するアクチュエータと、を備え、前記流路ユニットは、さらに、前記共通液室の上方に配置され、且つ、気体が存在するダンパー室と、前記共通液室と前記ダンパー室を上下に仕切る仕切り壁を有し、前記仕切り壁には、前記共通液室と前記ダンパー室とを連通させる連通孔が形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、共通液室の上方にダンパー室が配置されていることから、このダンパー室の設置によって共通液室の平面積は大きくならず、装置の大型化を抑えることができる。また、共通液室とダンパー室は仕切り壁によって仕切られた上で、共通液室とダンパー室とが、仕切り壁に形成された連通孔によって連通している。そのため、共通液室の圧力変動が、ダンパー室内の気体に直接伝わることになり、共通液室の圧力減衰効果が高い。

また、ダンパー室は共通液室よりも上方に位置していることからその内部の気体はダンパー室内に滞留しやすく、多少の圧力変動が直接伝わってもそう簡単に移動することはない。さらに、ダンパー室と共通液室とが仕切り壁で仕切られており、両者が連通孔においてのみ連通した構造となっており、連通孔にはメニスカスが形成されることから、共通液室内に大きな圧力変動が生じても、ダンパー室に液体が浸入して圧力変動減衰効果が低下する、あるいは、ダンパー室内の気体が液体に混入するという問題は生じにくい。

第２の発明の液滴噴射装置は、前記第１の発明において、前記仕切り壁には、前記ダンパー室側に突出する凸部が形成され、前記凸部に前記連通孔が形成されていることを特徴とするものである。

仕切り壁の凸部に連通孔が形成されることで、連通孔のダンパー室側の開口が仕切り壁のダンパー室側の面よりも上方に突出し、その周りが凹部によって取り囲まれた構成となる。そのため、まず、凸部が突出している分だけ連通孔の長さが長くなり、ダンパー室内に液体が入り込みにくくなる。さらに、万が一、共通液室の圧力上昇によって、連通孔に形成されているメニスカスが破壊され、共通液室内の液体が連通孔からダンパー室に浸入したとしても、浸入した液体は連通孔の周囲の凹部に溜まり、再び連通孔を通って共通液室に戻りにくい。従って、連通孔のメニスカスが破壊された後、共通液室内の圧力変動が収まったときにすぐに連通孔にメニスカスが再形成されることとなり、それ以上の液体の浸入が防止される。

第３の発明の液滴噴射装置は、前記第１又は第２の発明において、前記共通液室の上方に、この共通液室と前記連通孔を介してそれぞれ連通する、複数の前記ダンパー室が配置されていることを特徴とするものである。

このように、１つの共通液室に対して複数のダンパー室が設けられることで、一部のダンパー室に液体が浸入して圧力変動の減衰効果が低下したとしても、残りのダンパー室によって共通液室の圧力変動の減衰が可能となる。

第４の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記複数の圧力室が水平な一方向に沿って配列されるとともに、これら複数の圧力室と連通する前記共通液室が、前記複数の圧力室の下方の、これら複数の圧力室と上下に重なる位置において、前記圧力室の配列方向に沿って延在し、前記複数の圧力室と前記共通液室との間に、前記ダンパー室が配置されていることを特徴とするものである。

このように、複数の圧力室と共通液室の間にダンパー室が配置されることで、ダンパー室の設置によって装置が大型化せず、装置をコンパクトに構成できる。

第５の発明の液滴噴射装置は、前記第４の発明において、複数の前記ダンパー室が、前記圧力室の配列方向に沿って前記圧力室と同じピッチで配列されていることを特徴とするものである。

複数の圧力室間で、それらの下方に位置するダンパー室との重なり具合が異なると、圧力室間で圧力室を区画する壁部（特に、圧力室とダンパー室との間を仕切る壁部）の剛性にばらつきが生じ、この剛性のばらつきは、複数のノズル間での液滴噴射特性のばらつきとなって現れる。本発明では、圧力室とダンパー室が等しいピッチで配列されることにより、複数の圧力室間でのダンパー室との重なり具合が等しくなり、剛性のばらつきを抑えることができる。

第６の発明の液滴噴射装置は、前記第５の発明において、同じピッチで配列された前記圧力室と前記ダンパー室の、前記配列方向の位置が半ピッチずれていることを特徴とするものである。

圧力室の、ダンパー室と重なる領域が大きいほど、この圧力室を区画する壁部（特に、圧力室とダンパー室との間を仕切る壁部）が低下する。そして、この壁部の剛性が小さく、壁部が変形しやすくなっていると、アクチュエータによって圧力室に付与されたエネルギーが壁部の変形に消費され、圧力室内の液体に効率よく圧力を付与することができなくなる。本発明では、圧力室とダンパー室の配列方向位置を半ピッチずらすことにより、圧力室の壁部の剛性を一定以上に確保することができる。

第７の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第６の何れかの発明において、前記仕切り壁に、１つの前記共通液室と１つの前記ダンパー室とを連通させる前記連通孔が、複数形成されていることを特徴とするものである。

連通孔の数が多いと、共通液室の液体とダンパー室の気体の接触面積が大きくなることから圧力変動の減衰効果が高くなる。尚、連通孔のメニスカスは孔径が小さいほど強度が強くなり、共通液室内の圧力変動によって破壊されにくくなることから、同じ接触面積を確保するのであれば、孔径の大きな１つの連通孔よりも、孔径の小さな複数の連通孔が形成される方がよい。

本発明によれば、共通液室の上方にダンパー室が配置されていることから、このダンパー室の設置によって共通液室の平面積は大きくならず、装置の大型化を抑えることができる。また、共通液室とダンパー室は仕切り壁によって仕切られた上で、共通液室とダンパー室とが、仕切り壁に形成された連通孔によって連通している。そのため、共通液室の圧力変動が、ダンパー室内の気体に直接伝わることになり、共通液室の圧力減衰効果が高い。さらに、ダンパー室と共通液室とが仕切り壁で仕切られており、連通孔においてのみ連通した構造となっており、連通孔にはメニスカスが形成されることから、ダンパー室に液体が浸入して圧力変動減衰効果が低下する、あるいは、ダンパー室内の気体が液体に混入するという問題は生じにくい。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２の一部拡大図である。 図３の縦断面図であり、（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図４（ｂ）の第１ダンパー室、及び、その周辺部分を拡大した図である。 変更形態の図５相当の断面図である。 別の変更形態の図５相当の断面図である。 さらに別の変更形態のインクジェットヘッドの一部拡大図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、記録用紙に対してインクの液滴を噴射するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。

まず、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略平面図である。図１に示すように、プリンタ１は、水平な一平面（図１の紙面と平行な平面）内において、所定の走査方向（図１の左右方向）に沿って往復移動可能に構成されたキャリッジ２と、このキャリッジ２に搭載されたインクジェットヘッド３と、記録用紙１００を、前記水平な一平面に平行且つ前記走査方向と直交する搬送方向に搬送する搬送機構４等を備えている。

キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に平行に延びる２本のガイド軸１７に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ２には、無端ベルト１８が連結されており、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８が走行駆動されたときに、キャリッジ２は、無端ベルト１８の走行に伴って走査方向に移動するようになっている。尚、プリンタ１には、走査方向に間隔を空けて配列された多数の透光部（スリット）を有するリニアエンコーダ１０が設けられている。一方、キャリッジ２には、発光素子と受光素子とを有する透過型のフォトセンサ１１が設けられている。そして、プリンタ１は、キャリッジ２の移動中にフォトセンサ１１が検出したリニアエンコーダ１０の透光部の計数値（検出回数）から、キャリッジ２の走査方向に関する現在位置を認識できるようになっている。

このキャリッジ２には、インクジェットヘッド３が搭載されている。このインクジェットヘッド３は、４色のインク（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）をそれぞれ貯留する４つのインクカートリッジ（図示省略）とチューブを介して接続される。また、インクジェットヘッド３は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に複数のノズル４５を備えており、搬送機構４により図１の下方（搬送方向）に搬送される記録用紙１００に対して、複数のノズル４５から４色のインクを噴射するように構成されている。このインクジェットヘッド３の具体的な構造については後で詳述する。

搬送機構４は、インクジェットヘッド３よりも搬送方向上流側に配置された給紙ローラ１２と、インクジェットヘッド３よりも搬送方向下流側に配置された排紙ローラ１３とを有する。給紙ローラ１２と排紙ローラ１３は、それぞれ、給紙モータ１４と排紙モータ１５により回転駆動される。そして、この搬送機構４は、給紙ローラ１２により、記録用紙１００を図１の上方からインクジェットヘッド３へ搬送するとともに、排紙ローラ１３により、インクジェットヘッド３によって画像や文字等が記録された記録用紙１００を図１の下方へ排出する。

次に、インクジェットヘッド３の構造について詳細に説明する。図２はインクジェットヘッド３の上面図、図３は図２の一部拡大図、図４は図３の縦断面図であり、（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、ノズル４５や圧力室４３を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、圧力室４３内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ３２とを備えている。

図４に示すように、流路ユニット３１は、キャビティプレート２０、ベースプレート２１、アパーチャプレート２２、スペーサープレート２３、第１ダンパープレート２４、第２ダンパープレート２５、第１マニホールドプレート２６、第２マニホールドプレート２７、第３ダンパープレート２８、カバープレート２９、及び、ノズルプレート３０の、上下に積層された合計１０枚のプレートからなる。これら１０枚のプレート２０〜３０は接着剤によって互いに接合されている。１０枚のプレート２０〜３０のうち、最下層のノズルプレート３０を除く、９枚のプレート２０〜２９は、それぞれ、ステンレス板やニッケル合金鋼板などの金属プレートである。一方、最下層のノズルプレート３０は、ポリイミド等の合成樹脂材料で形成されている。

図２〜図４に示すように、１０枚のプレート２０〜３０の積層体である流路ユニット３１には、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ（図示省略）にそれぞれ接続される４つのインク供給孔４０と、インク供給孔４０を一端としてから直線的に延出し、４つのインク供給孔４０にそれぞれ連通した４本のマニホールド４１（共通液室）とが設けられ、さらに、マニホールド４１からアパーチャ４２、及び、圧力室４３、ディセンダ４４を介してノズル４５に至る個別インク流路が多数設けられている。

流路ユニット３１の流路構造についてより詳細に説明する。まず、流路ユニット３１の最下層のノズルプレート３０には複数のノズル４５が搬送方向に所定ピッチＰで配列され、４色のインクをそれぞれ噴射する４列のノズル列をなしている。一方、最上層に位置するキャビティプレート２０には、ノズル４５と同様に搬送方向に所定ピッチＰで配列された複数の圧力室４３が形成され、４列の圧力室列をなしている。また、キャビティプレート２０とノズルプレート３０の間の８枚のプレート２１〜２９には、圧力室４３とノズル４５とを連通させるディセンダ４４を構成する貫通孔がそれぞれ形成されている。

また、図２に示すように、キャビティプレート２０の搬送方向における一端部（図中上側の端部）には、４つのインクカートリッジからそれぞれ供給された４色のインクをマニホールド４１に供給する４つのインク供給孔４０が走査方向に並べて形成されている。

上下に積層された２枚のマニホールドプレート２６，２７の、圧力室４３と上下に重なる領域には、圧力室４３の配列方向である搬送方向に延びる長孔がそれぞれ形成され、これらの長孔が上側の第２ダンパープレート２５と下側の第３ダンパープレート２８によって塞がれることにより、複数の圧力室４３の下方においてそれらの配列方向に沿って延在する、マニホールド４１が構成されている。図２に示すように、マニホールド４１は、４列の圧力室列にそれぞれ対応して４本形成されており、１本のマニホールド４１に、対応する１列の圧力室列に属する複数の圧力室４３が共通に連通する。尚、図示は省略するが、これら４本のマニホールド４１は、キャビティプレート２０に形成された４つのインク供給孔４０と、５枚のプレート２１〜２５に形成された連通流路を介してそれぞれ連通している。

複数の圧力室４３が形成されたキャビティプレート２０と、マニホールド４１が形成された２枚のマニホールドプレート２６，２７との間の、５枚のプレート２１〜２５には、１本のマニホールド４１と、これに対応する複数の圧力室４３とをそれぞれ連通させる複数の連通流路４６が形成されている。その中でも、アパーチャプレート２２には、圧力室４３の長手方向に延びて連通流路４６の一部をなすアパーチャ４２（絞り流路）が形成されており、連通流路４６はこのアパーチャ４２において流路面積が局部的に小さくなっている。

以上説明した１０枚のプレート２０〜３０が積層した状態で接合されることにより、流路ユニット３１内に、インク供給孔４０からマニホールド４１に至るインク流路と、マニホールド４１からアパーチャ５２を含む連通流路４６、圧力室４３、及び、ディセンダ４４を経由してノズル４５に至る、多数の個別インク流路が形成されている。

また、本実施形態の流路ユニット３１には、上記のインク流路に加えて、さらに、マニホールド４１内の圧力変動を減衰させるための、２種類のダンパー室４７，４８が形成されている。これら２種類のダンパー室４７，４８は、マニホールド４１を上下方向（プレート２０〜３０の積層方向）に関して挟むようにそれぞれ配置されている。別の言い方をすれば、第１ダンパー室４７がマニホールド４１の上方に位置し、また、第２ダンパー室がマニホールド４１の下方に位置する、図４の姿勢で、流路ユニット３１が設置（使用）される。

まず、２枚のマニホールドプレート２６，２７の上側に位置する、第１ダンパープレート２４と第２ダンパープレート２５により、第１ダンパー室４７が形成されている。第１ダンパープレート２４には、マニホールド４１と対向する部分に、まず、２枚のマニホールドプレート２６，２７の上側に位置する、第１ダンパープレート２４と第２ダンパープレート２５により、第１ダンパー室４７が形成されている。第１ダンパープレート２４には、マニホールド４１と対向する部分にマニホールド４１の長手方向（搬送方向）に並ぶ複数の貫通孔２４ａが形成され、また、第２ダンパープレート２５の前記複数の貫通孔２４ａと対向する部分の上面には、上方に開口した複数の凹部２５ｄが形成されている。複数の貫通孔２４ａと複数の凹部２５ｄは、マニホールド４１において、インク供給孔４０側から、マニホールド４１の下流端側に向かって均等な間隔で並んで配置されている。そして、複数の貫通孔２４ａと複数の凹部２５ｄからなる空間が、スペーサープレート２３によって上方を塞がれることによって、複数の第１ダンパー室４７がマニホールド４１の上側に形成されており、これら複数の第１ダンパー室４７はそれぞれ内部に空気が存在した状態となっている。そして、これら複数の第１ダンパー室４７は、インク供給孔４０からマニホールド４１の下流端にむかって流れるインクの、マニホールド４１の下流端での衝突（水撃）によって生じる圧力変動を減衰する。

図３に示すように、本実施形態では、第１ダンパー室４７（第１ダンパープレート２４の貫通孔２４ａと第２ダンパープレート２５の凹部２５ｄ）は、平面視で楕円形状に形成されている。また、図４（ｂ）に示すように、第２ダンパープレート２５の上向き開放状の凹部２５ｄの底壁部が、第１ダンパー室４７とマニホールド４１とを上下に仕切る仕切り壁２５ａとなり、マニホールド４１内の圧力変動によって変形するダンパー膜として機能する。

また、２枚のマニホールドプレート２６，２７の下側に位置する、第３ダンパープレート２８により、第２ダンパー室４８が形成されている。第３ダンパープレート２８には、マニホールド４１と対向する部分の下面に、マニホールド４１の長手方向に延在する凹部２８ｂが形成されている。そして、この凹部２８ｂがその下側のカバープレート２９によって下方を塞がれることによって、第２ダンパー室４８がマニホールド４１の下側に形成されており、この第２ダンパー室４８も内部に空気が存在した状態となっている。尚、この第２ダンパー室４８は、前述の複数の第１ダンパー室４７とは異なり、マニホールド４１の長手方向に連続的に延びた１本の帯状の空間である。また、第３ダンパープレート２８の下向き開放状の凹部２８ｂの上壁部が、第２ダンパー室４８とマニホールド４１とを上下に仕切る仕切り壁２８ａとなり、マニホールド４１内の圧力変動によって変形するダンパー膜として機能する。

このように、マニホールド４１の上下に２種類のダンパー室４７，４８がそれぞれ配置されることから、流路ユニット３１の平面的なサイズを大きくすることなく、ダンパー膜として機能する仕切り壁２５ａ，２８ａの面積を広く確保でき、マニホールド４１内の圧力変動を効果的に減衰させることができる。

さらに、第１ダンパー室４７について詳細に説明する。図３、図４に示すように、第２ダンパープレート２５の仕切り壁２５ａの、楕円形の第１ダンパー室４７の中心部と上下に重なる位置には、第１ダンパー室４７とマニホールド４１とを連通させる連通孔２５ｃが形成されている。本実施形態では、連通孔２５ｃは、孔軸方向において孔径（孔の断面積）が変化しない、ストレート孔形状となっている。このように、仕切り壁２５ａに形成された連通孔２５ｃによって、第１ダンパー室４７とマニホールド４１とが連通しているため、マニホールド４１内に大きな圧力変動が生じたときに、仕切り壁２５ａが変形するだけでなく、マニホールド４１内の圧力変動が第１ダンパー室４７内の空気に直接伝わることから、圧力変動の減衰効果が高い。尚、連通孔２５ｃの径は、例えば、７０〜１５０μｍであり、ノズル４５の径（例えば、１５〜２０μｍ）よりも大きい。

ところで、第１ダンパー室４７とマニホールド４１とが連通していると、第１ダンパー室４７内の空気とマニホールド４１内のインクとが混じり合う可能性はないわけではない。万が一、マニホールド４１内のインクが第１ダンパー室４７に浸入すると、インクの浸入量が多くなるほど、第１ダンパー室４７の圧力変動減衰効果が低下する。また、第１ダンパー室４７内の空気がマニホールド４１へ流出し、ノズル４５や圧力室４３を含む個別インク流路内に気泡が混入すると、ノズル４５からの液滴噴射に悪影響が出る虞がある。

しかしながら、第１ダンパー室４７はマニホールド４１よりも上方に位置していることからその内部の空気は第１ダンパー室４７内に滞留しやすく、マニホールド４１内の圧力変動が第１ダンパー室４７内の空気に直接伝わってもこの空気はそう簡単に移動することはない。さらに、第１ダンパー室４７とマニホールド４１とが仕切り壁２５ａで仕切られ、この仕切り壁２５ａに形成された連通孔２５ｃにおいてのみ両者が連通した構造となっているが、図４に示すように、連通孔２５ｃにはインクのメニスカス６０が形成され、このメニスカス６０は、マニホールド４１の大きな圧力変動が作用しても容易に破壊されない。従って、第１ダンパー室４７へのインクの浸入や、マニホールド４１への空気の流出という問題は生じにくい。

さらに、本実施形態では、１つのマニホールド４１に対して、面積の大きな第１ダンパー室４７が１つ設けられるのではなく、互いに区画された複数の第１ダンパー室４７が設けられている。これにより、万が一、連通孔２５ｃのメニスカス６０が破壊されて一部の第１ダンパー室４７にインクが浸入し、その第１ダンパー室４７の圧力変動の減衰効果が低下したとしても、残りの第１ダンパー室４７によってマニホールド４１内の圧力変動を減衰させることができる。

図５は、図４（ｂ）の第１ダンパー室４７、及び、その周辺部分を拡大した図である。上記構成に加えて、さらに、図４、図５に示すように、仕切り壁２５ａの、第１ダンパー室４７の中心部と重なる位置には、第１ダンパー室４７の内側（上方）に突出する凸部２５ｂが形成され、この凸部２５ｂ内に連通孔２５ｃが形成されている。具体的には、この凸部２５ｂは、第１ダンパー室４７を形成する、第１ダンパープレート２４と第２ダンパープレート２５のうち、第２ダンパープレート２５の上面（マニホールド４１と反対側の面）の、連通孔２５ｃの周囲を除く領域を凹ませることで形成される。これにより、連通孔２５ｃの第１ダンパー室４７側の上端開口が、仕切り壁２５ａの第１ダンパー室４７側の内面よりも上方に位置することとなり、この連通孔２５ｃの開口がその周囲を凹部２５ｄで囲まれることになる。また、第２ダンパープレート２４に凹部２５ｄが形成されることで、連通孔２５ｃの周囲に凸部２５ｂが形成される他に、仕切り壁２５ａが薄くなることによってダンパー効果が向上するという効果も奏する。

そして、図５に示すように、まず、凸部２５ｂが第１ダンパー室４７の内面から上方に突出している分だけ連通孔２５ｃの長さが長くなり、第１ダンパー室４７内にインクが入り込みにくくなる。さらに、万が一、マニホールド４１内に大きな圧力変動が生じて、連通孔２５ｃに形成されているメニスカス６０が破壊され、図５に破線の矢印で示すように、第１ダンパー室４７にインクが浸入したとしても、浸入したインクは連通孔２５ｃの周囲の凹部２５ｄに溜まり、再び連通孔２５ｃを通ってマニホールド４１に戻りにくい。従って、連通孔２５ｃのメニスカス６０が破壊された後、マニホールド４１内の圧力変動が収まったときにすぐに連通孔２５ｃにメニスカス６０が再形成されることとなり、それ以上のインクの浸入が防止される。

また、本実施形態では、図４に示すように、複数の圧力室４３とそれらに連通する１本のマニホールド４１が上下に重なる配置関係にあり、その上で、複数の第１ダンパー室４７は、上側の複数の圧力室４３と下側のマニホールド４１との間に配置されている。このように、複数の圧力室４３とマニホールド４１の間の、インク流路が形成されていない部分に第１ダンパー室４７が配置されることで、流路ユニット３１をコンパクトに構成できる。

尚、上記のように、複数の圧力室４３と複数の第１ダンパー室４７とが上下に重なっている場合に、複数の圧力室４３間で、それらの下方に位置する第１ダンパー室４７との重なり具合が異なると、複数の圧力室４３間でこれら圧力室４３を区画する壁部（特に、底壁部：第１ダンパー室４７との間に位置する、ベースプレート２１、アパーチャプレート２２、及び、スペーサープレート２３の、圧力室４３との対向部分）の剛性にばらつきが生じる。この圧力室４３の剛性は、後述する圧電アクチュエータ３２による、圧力室４３のインクへの圧力付与効率に大きな影響を及ぼす。即ち、圧力室４３の壁部の剛性が低いと、圧電アクチュエータ３２により与えられるエネルギーの一部が、壁部の変形に消費されてしまう。従って、複数の圧力室４３間での剛性のばらつきは、対応する複数のノズル４５間での液滴噴射特性のばらつきとなって現れる。そこで、図３に示すように、本実施形態では、複数の圧力室４３間での剛性のばらつきを抑えるために、複数の第１ダンパー室４７は、複数の圧力室４３の配列方向に沿って、圧力室４３と同じピッチＰで配列されている。

また、圧力室４３の、空洞である第１ダンパー室４７と重なる領域が大きくなるほど、圧力室４３を区画する壁部（特に底壁部）の剛性は低下する。そこで、本実施形態では、図３に示すように、同じピッチＰで配列された圧力室４３と第１ダンパー室４７の、配列方向の位置が、半ピッチ（Ｐ／２）だけずれている。より具体的には、連通孔２５ｃが、図３からみて、隣接する圧力室４３の間に配置されることで、圧力室４３の直下に連通孔２５ｃが配置されないようになっている。このように、圧力室４３と第１ダンパー室４７の配列方向位置がずれていることで、圧力室４３の壁部の剛性が一定以上に確保される。

尚、流路ユニット３１を構成する１０枚のプレート２０〜３０に設けられる、上記の流路構造やダンパー室を構成する孔や凹部は、エッチングやプレス加工、あるいは、レーザー加工等、公知の孔形成法によって形成される。

次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ３２は、複数の圧力室４３を覆うように流路ユニット３１の上面に配置された振動板５０と、この振動板５０の上面に、複数の圧力室４３と対向するように配置された圧電層５１と、圧電層５１の上面に配置された複数の個別電極５２とを備えている。

振動板５０は金属材料で形成され、流路ユニット３１の上面に複数の圧力室４３を覆うように配設された状態で、流路ユニット３１に接合されている。また、導電性を有する振動板５０の上面は、圧電層５１の下面側に配置されることによって、上面の複数の個別電極５２との間で圧電層５１に厚み方向の電界を生じさせる、共通電極を兼ねている。この共通電極としての振動板５０は、ドライバＩＣ５３のグランド配線に接続されて、常にグランド電位に保持される。

圧電層５１は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料からなり、平板状に形成されている。図４に示すように、この圧電層５１は、振動板５０の上面において、複数の圧力室４３に跨って連続的に形成されている。

圧電層５１の上面の、複数の圧力室４３と対向する領域には、複数の個別電極５２がそれぞれ配置されている。各々の個別電極５２は圧力室４３よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧力室４３の中央部と対向している。また、複数の個別電極５２の端部からは、複数の接点部５２ａが個別電極５２の長手方向に沿ってそれぞれ引き出されている。

尚、複数の個別電極５２と共通電極としての振動板５０とに挟まれた、複数の圧電層部分（活性部５６）は、予め、その厚み方向に分極されている。

複数の個別電極５２にそれぞれ対応した複数の接点部５２ａには、圧電アクチュエータ３２を駆動するドライバＩＣ５３が実装されたフレキシブル配線基板（図示は省略）が接続される。そして、フレキシブル配線基板に形成された配線を介して、ドライバＩＣ５３と複数の個別電極５２、及び、共通電極としての振動板５０が電気的に接続される。また、フレキシブル配線基板は、さらに、プリンタ１のメイン制御基板（図示省略）と接続される。そして、ドライバＩＣ５３は、メイン制御基板からの指令を受けて、複数の個別電極５２のそれぞれに対して駆動パルス信号を供給し、活性部５６に所定の駆動電圧を印加する。

次に、駆動パルス信号が供給されたときの、圧電アクチュエータ３２の動作について説明する。ある個別電極５２に対して、ドライバＩＣ５３から駆動パルス信号が供給されると、個別電極５２とグランド電位に保持されている共通電極としての振動板５０との間に挟まれた、活性部５６に所定の駆動電圧が印加され、これによって活性部５６に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は活性部５６の分極方向と平行であるから、活性部５６が厚み方向と直交する面方向に収縮する。ここで、圧電層５１の下側の振動板５０は流路ユニット３１の上面に固定されているため、この振動板５０の上面に位置する圧電層５１が面方向に収縮するのに伴って、振動板５０の圧力室４３を覆う部分が圧力室４３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４３内の容積が減少するために圧力室４３内のインク圧力が上昇し、この圧力室４３に連通するノズル４５からインクが噴射される。

ここで、複数のノズル４５からインクの液滴を噴射させるために、圧電アクチュエータ３２によって複数の圧力室４３内のインクに同時に圧力が付与されたときには、先にも述べたように、マニホールド４１内における水撃現象や、圧力室４３内の残存圧力波の伝播等によって、マニホールド４１内に大きな圧力変動が生じる虞がある。しかし、図３、図４に示すように、マニホールド４１の上下に第１ダンパー室４７と第２ダンパー室４８とが配置されることで、このマニホールド４１内の圧力変動が減衰される。さらに、第１ダンパー室４７とマニホールド４１とを仕切る仕切り壁２５ａには、両者を連通させる連通孔２５ｃが形成されていることから、マニホールド４１内の圧力変動が第１ダンパー室４７内の空気に直接伝わることとなり、圧力変動が効果的に減衰される。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］第１ダンパー室４７とマニホールド４１とを連通させる、仕切り壁２５ａの連通孔２５ｃの孔形状は、前記実施形態のものに限られない。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、連通孔２５ｃが、上方又は下方に向かうほど孔径（孔の断面積）が大きくなる、テーパ孔に形成されてもよい。また、断面形状も特に限定されず、円形断面、楕円形断面、矩形断面等、様々な断面形状の連通孔２５ｃを採用することができる。あるいは、途中部に段付き部が形成されて、孔径が段階的に変化する孔形状であってもよい。

２］前記実施形態では、１つの第１ダンパー室４７に対して、この第１ダンパー室４７とマニホールド４１とを連通させる連通孔２５ｃが１つ設けられていたが、図７に示すように、仕切り壁２５ａに、１つの第１ダンパー室４７とマニホールド４１とを連通させる連通孔２５ｃが複数形成されてもよい。

１つの第１ダンパー室４７と１つのマニホールド４１とを連通させる連通孔２５ｃの数が多いと、インクと空気の接触面積が大きくなることから圧力変動の減衰効果が高くなる。また、連通孔２５ｃのメニスカス６０は孔径（孔の断面積）が小さいほど強度が強くなり、マニホールド４１内の圧力変動によって破壊されにくくなることから、同じ接触面積を確保しつつメニスカス６０の破壊を極力防止するという観点からは、１つの第１ダンパー室４７に対して、孔径の大きな１つの連通孔２５ｃが設けられるよりも、孔径の小さな連通孔２５ｃが複数設けられる方が好ましい。

３］図３、図４に示すように、前記実施形態では、仕切り壁２５ａの、第１ダンパー室４７の中央部と対向する位置に連通孔２５ｃが設けられていたが、図８に示すように、第１ダンパー室４７の縁部と対向する位置に連通孔２５ｃが形成されてもよい。

マニホールド４１内の圧力変動によって仕切り壁２５ａが変形したときに、この仕切り壁２５ａの変形は、第１ダンパー室４７の中央部と対向する領域において最も大きくなる。そのため、この領域に連通孔２５ｃが形成されていると、仕切り壁２５ａの変形時にメニスカスに大きな外力が作用して破壊しやすくなる。この点、図８のように、仕切り壁２５ａの、第１ダンパー室４７の縁部と対向する領域においては、縁からの拘束力を受けるために変形しにくく、メニスカスが破壊されにくくなる。

４］前記実施形態では、図３に示すように、１本のマニホールド４１に対して、その長手方向に複数の第１ダンパー室４７が配置された構成となっていたが、１本のマニホールド４１に対して、その長手方向に延在する１つの長い帯状の第１ダンパー室４７が設けられてもよい。また、複数のマニホールド４１に対して跨るように第１ダンパー室４７が形成されてもよい。その際、第１ダンパー室４７における複数のマニホールド４１と対向する部位に貫通孔２５ｃがそれぞれ設けられる。この構成により、マニホールド４１の延びる方向と直交する方向において第１ダンパー室４７の大きさを広くとることができる。

５］第１ダンパー室４７はマニホールド４１と連通していることから、マニホールド４１とは完全に仕切られている第２ダンパー室４８と比べて、圧力変動の減衰効果は格段に高い。そのため、第２ダンパー室４８は省略されてもよい。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、液滴噴射装置の一種である、インクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した例であるが、本発明の適用対象はこれには限られない。即ち、噴射される液体の種類、用途、技術分野に関係なく、本発明を適用することが可能である。

１ インクジェットプリンタ
３ インクジェットヘッド
２５ａ 仕切り壁
２５ｂ 凸部
２５ｃ 連通孔
３１ 流路ユニット
３２ 圧電アクチュエータ
４１ マニホールド
４３ 圧力室
４５ ノズル
４７ 第１ダンパー室

Claims (7)

1. 複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通した複数の圧力室と、前記複数の圧力室と共通に連通する共通液室とを含む液体流路が形成された、流路ユニットと、
   前記複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与するアクチュエータと、を備え、
   前記流路ユニットは、さらに、前記共通液室の上方に配置され、且つ、気体が存在するダンパー室と、前記共通液室と前記ダンパー室を上下に仕切る仕切り壁を有し、
   前記仕切り壁には、前記共通液室と前記ダンパー室とを連通させる連通孔が形成されていることを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記仕切り壁には、前記ダンパー室側に突出する凸部が形成され、前記凸部に前記連通孔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. 前記共通液室の上方に、この共通液室と前記連通孔を介してそれぞれ連通する、複数の前記ダンパー室が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴噴射装置。
4. 前記複数の圧力室が水平な一方向に沿って配列されるとともに、これら複数の圧力室と連通する前記共通液室が、前記複数の圧力室の下方の、これら複数の圧力室と上下に重なる位置において、前記圧力室の配列方向に沿って延在し、
   前記複数の圧力室と前記共通液室との間に、前記ダンパー室が配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液滴噴射装置。
5. 複数の前記ダンパー室が、前記圧力室の配列方向に沿って前記圧力室と同じピッチで配列されていることを特徴とする請求項４に記載の液滴噴射装置。
6. 同じピッチで配列された前記圧力室と前記ダンパー室の、前記配列方向の位置が半ピッチずれていることを特徴とする請求項５に記載の液滴噴射装置。
7. 前記仕切り壁に、１つの前記共通液室と１つの前記ダンパー室とを連通させる前記連通孔が、複数形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液滴噴射装置。
   

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