JP4238517B2

JP4238517B2 - 液滴噴射装置

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Publication number: JP4238517B2
Application number: JP2002133596A
Authority: JP
Inventors: 高橋　　義和
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2022-05-09
Also published as: JP2003320668A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等の液滴噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリントヘッドに圧電式の液滴噴射装置を利用したものが従来から提案されている。これは、圧電アクチュエータの寸法変位によって液室の容積を変化させることにより、その容積減少時に液室内の液体(インク)をノズルから噴射し、容積増大時に液室内にインクを導入するようにしたものである。そして、このような液滴噴射装置を多数互いに近接して配設し、所定の位置の液滴噴射装置からインクを噴射させることにより、所望の文字や画像を形成するのである。
【０００３】
従来の圧電式の液滴噴射装置を利用したインクジェットプリントヘッドとして、例えば図１８に示すようなものがある。図１８は、従来の圧電式インクジェットヘッドの拡大断面図である。この圧電式インクジェットヘッドは、外部に開口するノズル１５と、インクをノズル１５に供給するための圧力室１６と、図示しないインク供給源からインクをインク供給孔１８，１６ｂ、絞り部１６ｄを介して複数の圧力室１６に分配する共通インク室１２ａと、インクを噴射させるための圧力を圧力室１６に与える圧力発生部２８ｄを備える圧電アクチュエータ２０とを備えた構成となっていた。
【０００４】
圧力発生部２８ｄは、圧電アクチュエータ２０において、駆動電極２４とコモン電極２５とが圧電アクチュエータ２０の圧電シート２２を挟んでいる部分である。駆動電極２４とコモン電極２５との間に、あらかじめ分極処理を施した方向と一致する電界を印加すると、圧力発生部２８ｄは圧電アクチュエータ２０の厚み方向に伸長変位する。この変位により、圧力室１６の容積が減少し、圧力室１６内のインクが押し出されて、圧力室１６に連通するノズル１５からインク液滴が噴射される。
【０００５】
そして、より効率よく、即ち低い電圧で、必要な噴射速度、体積を有するインク液滴を噴射させるために、圧力発生部２８ｄは、圧力室１６のほぼ全体にわたって配置されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の圧電式インクジェットプリントヘッドでは、圧力発生部が圧力室のほぼ全体にわたって配置されたために、圧力発生部の面積に比例する静電容量が増加し、駆動するための電源系のコストが増加する問題があった。
【０００７】
また、上記のような圧電式インクジェットプリントヘッドでは、駆動電圧を印加したときに圧力室の容積を小さくし、インク液滴を噴射するという、いわゆる押し打ちには適しているが、この方法によると、インクの供給が間に合わず、あまり駆動周波数があげられないという問題がある。また、この方法では、インク液滴の体積もあまり大きくはできないという問題がある。
【０００８】
そのため、駆動周波数を上げたり、液滴の体積を増大するための方法として、先ず圧力室の容積を大きくして、その後圧力室内の圧力が負から正になるタイミングで圧力室の容積を元に戻すという、いわゆる引き打ちをしようとする場合には、常時電圧を印加して圧力室の容積を常に小さくしておき、印字時にのみ電圧印加を遮断するという方法を用いる必要があり、エネルギー効率が非常に悪かった。
【０００９】
このときインク室の容積を増大するために、逆の電界をかけることも考えられるが、その場合、分極反転が起こらないような低電界しか印加できず、十分なインク液滴を噴射することはできない。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、圧力発生部の配置面積を小さくして静電容量を抑えるとともに、駆動時にのみ電圧を印加して引き打ちができる液滴噴射装置を提供することを目的とする。
【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に記載の液滴噴射装置は、外部に開口するノズルと、前記ノズルに対して液体を供給するための圧力室と、前記ノズルから液体を噴射させるための圧力を前記圧力室に与える圧力発生部と、前記圧力発生部を有するアクチュエータユニットとを備えた液滴噴射装置において、前記圧力室は、前記アクチュエータユニットと、当該アクチュエータユニットと対向する位置に配置された壁面とで挟まれた空間であり、当該アクチュエータユニット及び当該壁面と平行方向を長手方向とする空間にて形成されており、前記圧力室の長手方向一端が前記ノズルに連通し、前記圧力室の長手方向他端が、液体が流れる方向と直交する方向の断面が当該圧力室よりも小さい絞り部を介して、インク供給源に連通するインク供給孔と連通しており、前記壁面は、前記圧力室の容積を可変する方向に変位可能であって、前記圧力発生部の変位が、前記絞り部の壁部分により構成された接続部を介して前記壁面に伝達可能となるように当該接続部と接続し、前記圧力発生部は、前記接続部に対応する位置にのみ設けられ、前記圧力発生部の変位による圧力発生部の変位容積量よりも、前記壁面の変位容積量が大きいことを特徴とする。
【００１２】
この構成の液滴噴射装置では、圧力発生部の変位を接続部を介してそれと対向する圧力室の壁面に伝達するため、圧力発生部の変位容積量が小さくても圧力室の大きな容積変化を得ることが可能になる。従って、圧力発生部が駆動時に圧力室の容積を減少するように動くものであっても、圧力室全体としては容積を拡大することができ、その後、圧力発生部が復帰することで容積を元に戻し、引き打ちをすることが可能になる。さらに、接続部を流路抵抗を増すために必要な絞り部を構成する壁部分で構成したため、必要な構成を部品点数を増やさず、また製造工程を複雑化せずに実現することができる。
【００１３】
請求項２に記載の液滴噴射装置は、請求項１に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記圧力発生部は、前記圧力室の前記壁面と対向する面を覆って設けたアクチュエータユニットの、前記圧力室の前記面よりも小さい面積を変位させることを特徴とする。
【００１４】
この構成の液滴噴射装置では、請求項１に記載の液滴噴射装置の作用に加え、圧力発生部の小面積の変位がそれよりも広い圧力室の壁面に伝達されるため、所望の圧力室容積変化を従来よりも小さいエネルギーにより得ることが可能になる。
【００１５】
請求項３に記載の液滴噴射装置は、請求項２に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記圧力室の前記壁面は、その圧力室の長手方向一端を支点として他端側がその圧力室の容積を可変する方向に変位可能であることを特徴とする。
【００１６】
この構成の液滴噴射装置では、請求項２に記載の液滴噴射装置の作用に加え、圧力室の長手方向一端を支点として圧力室の他端側を押し下げるため、圧力室の容積が大きく変位する。
【００１７】
請求項４に記載の液滴噴射装置は、請求項３に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記圧力発生部によって変位する前記アクチュエータユニットの面積は、前記圧力室の前記面の面積に対して、約５％以上４０％以下であることを特徴とする。
この構成の液滴噴射装置では、請求項３に記載の液滴噴射装置の作用に加え、圧力発生部の上記面積の変位により圧力室の容積を拡大することができる。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
請求項５に記載の液滴噴射装置は、請求項２に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記圧力室は列をなして複数個あり、その各圧力室に液体を分配する共通液室が、前記壁面を構成するスペーサ部を挟んで前記圧力室とは反対側でその圧力室の列方向に延び、前記スペーサ部は、前記圧力発生部の変位によって前記共通液室側へ変位することを特徴とする。
【００２１】
この構成の液滴噴射装置では、請求項２に記載の液滴噴射装置の作用に加え、共通液室が圧力室に隣接しているため、圧力室が壁面の変位により共通液室側に拡大する。従って、圧力室の壁面の変位を特別な空間を用意することなく実現することができる。
【００２２】
請求項６に記載の液滴噴射装置は、請求項５に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記圧力室に対応する第１の開口部が板厚方向に貫通形成された第１の板状部材と、前記共通液室に対応する第２の開口部が板厚方向に貫通形成された第２の板状部材と、前記スペーサ部を有する第３の板状部材とを、前記第１と第２の板状部材の間に前記第３の板状部材が位置するように、かつ、前記圧力室と前記共通液室との間に前記スペーサ部が位置するように積層して構成したことことを特徴とする。
【００２３】
この構成の液滴噴射装置では、請求項５に記載の液滴噴射装置の作用に加え、共通液室と圧力室を積層構造にすることにより、本発明の構成を容易に実現することができる。
【００２４】
請求項７に記載の液滴噴射装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記圧力発生部は、圧電材料とその分極方向に対向して位置する電極とを備え、電極への電圧の印加により圧電材料を伸長させるものであることを特徴とする。
【００２５】
この構成の液滴噴射装置では、請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴噴射装置の作用に加え、電圧の印加により圧電材料が圧力室の容積を減少するように伸長するが、上記のように所望の圧力室容積変化を従来よりも小さい面積の圧力発生部により得ることが可能になり、印加する電圧を従来よりも抑えたり、静電容量を小さくすることが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液滴噴射装置をインクジェットヘッドに適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明のインクジェットヘッドを搭載したカラーインクジェットプリンタの概略を示す斜視図である。図１に示すように、このインクジェットプリンタ１００は、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のカラーインクがそれぞれ充填されるインクカートリッジ６１と、図中矢印Ｂ方向に搬送される用紙６２に印刷するための圧電式インクジェットヘッド６を備えたヘッドユニット６３と、インクカートリッジ６１及びヘッドユニット６３が搭載されるキャリッジ６４と、このキャリッジ６４を用紙６２の搬送方向と直交する方向に往復移動させる駆動ユニット６５と、キャリッジ６４の往復移動方向に延び、圧電式インクジェットヘッド６と対向配置されるプラテンローラ６６と、パージ装置６７とを備えている。
【００２７】
駆動ユニット６５は、キャリッジ６４の下端部に配置されたプラテンローラ６６と平行に延びるキャリッジ軸７１と、キャリッジ６４の上端部に配置されキャリッジ軸７１と平行に延びるガイド板７２と、そのキャリッジ軸７１とガイド板７２との間であって、キャリッジ軸７１の両端部に配置される２つのプーリ７３，７４と、これらプーリ７３，７４の間に掛け渡されるエンドレスベルト７５とから構成されている。一方のプーリ７３が、モータ７６の駆動により正逆回転されると、そのプーリ７３の正逆回転に伴って、エンドレスベルト７５に接合されているキャリッジ６４が、キャリッジ軸７１及びガイド板７２に沿って、直線方向に往復移動されるようになっている。
【００２８】
用紙６２は、カラーインクジェットプリンタ１００の側方に設けられた図示しない給紙カセットから給紙され、圧電式インクジェットヘッド６と、プラテンローラ６６との間に導入されて、圧電式インクジェットヘッド６から吐出されるインクにより所定の印刷がなされ、その後、排紙される。尚、図１においては、用紙６２の給紙機構及び排紙機構の図示を省略している。
【００２９】
パージ装置６７は、プラテンローラ６６の側方に設けられ、ヘッドユニット６３がリセット位置にある時に、圧電式インクジェットヘッド６と対向するように配置されている。このパージ装置６７は、圧電式インクジェットヘッド６の後述する複数のノズル１５を覆うようにその開口面に対し当接するキャップ８１と、ポンプ８２と、カム８３と、インク貯留部８４とを備えている。そして、ヘッドユニット６３がリセット位置にある時に、圧電式インクジェットヘッド６のノズル１５をキャップ８１で覆い、圧電式インクジェットヘッド６の内部に溜まる気泡等を含んだ不良インクを、カム８３の駆動に伴ってポンプ８２が吸引することにより、圧電式インクジェットヘッド６の回復を図るようになっている。これにより、インクの初期導入時におけるインクの滞留や気泡の成長等に起因する吐出不良等を防止することができる。尚、吸引された不良インクは、インク貯留部８４に貯められる。
【００３０】
次に、図２乃至図５を参照して、ヘッドユニット６３の構造について説明する。図２は、ヘッドユニット６３を倒立させた状態の斜視図である。図３は、図２のヘッドユニット６３の分解斜視図である。図４は、上方から見たヘッドユニット６３の分解斜視図である。図５は、ヘッドユニット６３の底面図である。
【００３１】
図２乃至図５に示すように、用紙６２に沿って走行するキャリッジ６４に搭載されるヘッドユニット６３は、上面開放の略箱状に形成されており、その上方から４つのインクカートリッジ６１を着脱自在に装着できるカートリッジ搭載部３を有し、このカートリッジ搭載部３の一側部位３ａには、各インクカートリッジ６１のインク放出部（図示せず）に接続可能なインク供給路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄがヘッドユニット６３の底板５の下面まで連通している。尚、このカートリッジ搭載部３の一側部位３ａの上面には、各インクカートリッジ６１のインク放出部（図示せず）と密接できるようにしたゴム製等のパッキン（図示せず）が配置されている。
【００３２】
底板５は、カートリッジ搭載部３から一段下に突出するようにして水平状に形成され、図３及び図５に示すように、底板５の下面側には、圧電式インクジェットヘッド６を２つ並列させて配置するための２つの支持部８が段付き状に形成されている。各支持部８には、ＵＶ接着剤にて固定するための複数の空所９ａ，９ｂが上下に貫通するように形成されている。
【００３３】
各支持部８の一端には、インク供給路４ａ〜４ｄを介してインクカートリッジ６１と連通する連通部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄが設けられており、この連通部４６ａ〜４６ｄの外周には、平面視で８の字状等の嵌合溝４８が凹設されている。この嵌合溝４８には、リング状のゴム製等のパッキン４７が挿入されており、圧電式インクジェットヘッド６が支持部８に接着固定されたとき、このパッキン４７の先端が後述する圧電式インクジェットヘッド６のインク供給口１９ａ（図８参照）の外周へ押圧され、このインク供給口１９ａとの当接箇所が密閉されるのである。
【００３４】
そして、接着固定された圧電式インクジェットヘッド６を保護するための保護カバー４４が、圧電式インクジェットヘッド６の固定された底板５を覆うように取り付けられる。この保護カバー４４には、圧電式インクジェットヘッド６のノズル１５が露出されるように、保護カバー４４の長手方向に沿って２つの楕円形状の開口が設けられている。さらに、長手方向の両端部は略コの字状に折り曲げられており、保護カバー４４が固定される場合には、この折り目に沿うように、圧電式インクジェットヘッド６のフレキシブルフラットケーブル４０がヘッドユニット６３の上方に折り曲げられて固定されるようになっている。
【００３５】
次に、図６乃至図１０を参照して、圧電式インクジェットヘッド６の構造について説明する。図６は、圧電式インクジェットヘッド６の分解斜視図である。図７は、圧電式インクジェットヘッド６の側方断面図である。図８は、キャビティプレート１０の分解斜視図である。図９は、キャビティプレート１０の要部を拡大した分解斜視図である。図１０は、圧電アクチュエータ２０の要部を拡大した分解斜視図である。
【００３６】
図６及び図７に示すように、圧電式インクジェットヘッド６は、複数枚の積層型のキャビティプレート１０と、キャビティプレート１０に対して接着剤または接着シートを介して接着・積層されるプレート型の圧電アクチュエータ２０と、その上面に外部機器との電気的接続のためのフレキシブルフラットケーブル４０とが接着剤にて重ね接合されて構成されており、最下層のキャビティプレート１０の下面側に開口されたノズル１５から下向きにインクが噴射されるようになっている。
【００３７】
次に、図８に示すように、キャビティプレート１０は、ノズルプレート１１と、二枚のマニホールドプレート１２と、スペーサプレート１３と、ベースプレート１４との五枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね積層した構造である。本実施形態では、これらの各プレート１１〜１４は、４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）製で、５０μm〜１５０μm程度の厚さを有している。尚、これらの各プレート１１〜１４は、金属に限らず、例えば、樹脂により形成してもよい。
【００３８】
また、図９に示すように、ベースプレート１４には、長手方向の中心線１４ａ，１４ｂに対して直交する方向に延びる細幅の複数の圧力室１６が２列の千鳥足状配列で穿設されている。また、各圧力室１６に対応して、それぞれの圧力室１６よりもベースプレート１４の短手方向の両端側の位置にインク供給孔１６ｂがそれぞれ穿設されており、その間に形成された絞り部１６ｄによって、各圧力室１６と各インク供給孔１６ｂとがそれぞれ接続されている。各インク供給孔１６ｂは、スペーサプレート１３の短手方向における左右両側部位に穿設された各インク供給孔１８を介して、マニホールドプレート１２における共通インク室１２ａ，１２ｂに連通している。ここで、絞り部１６ｄは、図１２に示すように、該絞り部を構成するベースプレート１４の左右の壁(後述する接続部１６ｅを構成
する壁）の間隔が圧力室１６やインク供給孔１６ｂを構成する左右の壁の間隔よりも小さく形成されている。これは、絞り部１６ｄのインクが流れる方向と直交する方向の断面積を小さくすることにより、後述するインク噴射時にインク供給孔１６ｂ側の逆流に対し流路抵抗を増すためである。また、各圧力室１６の一端部１６ａは、ノズルプレート１１における千鳥足状配列のノズル１５に、スペーサプレート１３及び二枚のマニホールドプレート１２に同じく千鳥足状配列で穿設されている微小径の貫通孔１７を介して連通している。
【００３９】
そして、図８に示すように、ベースプレート１４及びスペーサプレート１３には、インクカートリッジ６１からインクをマニホールドプレート１２における共通インク室１２ａに供給するためのインク供給孔１９ａ，１９ｂが、それぞれ、穿設されている。また、二枚のマニホールドプレート１２には、ノズルプレート１１における複数のノズル１５のなす列を挟み、共通インク室１２ａ，１２ｂが長手方向に沿って２つ設けられている。共通インク室１２ａ，１２ｂは各マニホールドプレート１２に貫通した開口として形成されており、上下重なった開口により１つの共通インク室が構成されている。一方の共通インク室１２ａは一方の列の圧力室１６に連通し、他方の共通インク室１２ｂは、他方の列の圧力室１６に連通している。この共通インク室１２ａ，１２ｂは、ベースプレート１４における複数の圧力室１６がなす面と平行な面内に位置し、かつ、この複数の圧力室１６よりも、ノズルプレート１１側に、複数の圧力室１６がなす列方向に長く延びるようにそれぞれ設けられている。
【００４０】
また、共通インク室１２ａ，１２ｂは、二枚のマニホールドプレート１２に対するノズルプレート１１及びスペーサプレート１３の積層により密閉される構造になっている。各圧力室１６の底部をなすスペーサプレート１３の部分１３ａは、共通インク室１２ａ，１２ｂの上面をなしており、共通インク室１２ａ，１２ｂに向け弾性によりたわむことができる。
【００４１】
ノズルプレート１１には、微小径（本実施形態では、２５μｍ程度）の複数のインク噴射用のノズル１５が、ノズルプレート１１における長手方向の中心線１１ａ，１１ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥足状配列で穿設されている。そして、それぞれのノズル１５は、マニホールドプレート１２の貫通孔１７のそれぞれに対応している。
【００４２】
以上のキャビティプレート１０の構成により、ベースプレート１４及びスペーサプレート１３の一端部に穿設されたインク供給孔１９ａ，１９ｂを介し、インクカートリッジ６１から共通インク室１２ａ，１２ｂ内に流入したインクは、共通インク室１２ａ，１２ｂから各インク供給孔１８、各インク供給孔１６ｂ、絞り部１６ｄを通って各圧力室１６に分配される。そして、各圧力室１６の一端部１６ａの方向にインクが流れ、各貫通孔１７を通って、各圧力室１６に対応するノズル１５に至ることとなる。
【００４３】
次に、図１０に示すように、圧電アクチュエータ２０は、二枚の圧電シート２１，２２と、一枚の絶縁シート２３とを積層した構造である。最下段の圧電シート２１の上面には、キャビティプレート１０における各圧力室１６毎に対応した細幅の複数の駆動電極２４が、千鳥足状配列で設けられている。また、各駆動電極２４の一端部２４ａは、圧電アクチュエータ２０の表裏面２０ａ，２０ｂと直交する左右側面２０ｃに露出するように形成されている。
【００４４】
次段の圧電シート２２の上面には、複数の圧力室１６に対して共通のコモン電極２５が設けられている。コモン電極２５の一端部２５ａも、各駆動電極２４の一端部２４ａと同様、左右側面２０ｃに露出するように形成されている。各駆動電極２４とコモン電極２５とに挟まれる圧電シート２２におけるそれぞれの領域すなわち圧力発生部２８ａは、駆動電極２４からコモン電極２５に向かう方向に分極処理されており、各絞り部１６ｃの両側の壁すなわち接続部１６ｅを介して圧力室１６底部のスペーサプレート１３の部分１３ａに接続されている。つまり圧力発生部２８ａは接続部１６ｅに対応する位置にのみ設けられ、本実施形態では、圧力発生部２８ａの占める面積は、圧力室１６の面積の約２０％となるように構成されている。
【００４５】
最上段の絶縁シート２３の上面には、各駆動電極２４の各々に対する表面電極２６と、コモン電極２５に対する表面電極２７とが、左右側面２０ｃに沿って並ぶように設けられている。また、左右側面２０ｃには、各駆動電極２４の一端部２４ａに第１の凹み溝３０が、コモン電極２５の一端部２５ａに第２の凹み溝３１が、それぞれ積層方向に延びるように設けられている。各第１の凹み溝３０内には、図７に示すように、各駆動電極２４と各表面電極２６とを電気的に接続する側面電極３２が、第２の凹み溝３１内には、コモン電極２５と表面電極２７とを電気的に接続する側面電極３３が、それぞれ形成されている。尚、符号２８及び２９の電極は、捨てパターンの電極である。
【００４６】
次に、圧電式インクジェットヘッド６の動作を説明する。図１１は、図７の圧電式インクジェットヘッド６の要部拡大断面図である。図１１に示すように、共通インク室１２ａ及び圧力室１６はインクで満たされている。
【００４７】
そして、図１３に示すように、圧電式インクジェットヘッド６における圧電アクチュエータ２０の各駆動電極２４のうち任意の駆動電極２４に正電圧を印加し、コモン電極２５をグランドに接続すると、電極間に分極方向Ｐと一致する方向の電界Ｅが発生し、圧力発生部２８ａが圧電縦効果により積層方向に伸長する。
【００４８】
そして、この伸長が、接続部１６ｅを介して、圧力室１６の底部をなすスペーサプレート１３の部分１３ａを共通インク室１２ａに向け押す。その部分１３ａは、貫通孔１７付近のスペーサプレート１３とマニホールドプレート１２との固定部分１３ｂを支点として変位する。このとき圧力発生部２８ａの変位容積量よりも部分１３ａの変位容積量の方が大きいため、圧力室１６の容積が拡大される。図１４に圧力発生部／圧力室の面積比と圧力室の容積変化の関係を示すように、圧力室１６に対する圧力発生部２８ａの面積が約６０％を超えると、圧力室１６の容積は、減少する方向に変化する。この場合には、いわゆる押し打ちという噴射方法となる。逆に圧力室１６に対する圧力発生部２８ａの面積が約６０％より小さい場合には、圧力室１６の容積は、増加する方向に変化する。そのため、先ず圧力室１６の容積を大きくして、その後容積を元に戻すという、いわゆる引き打ちが可能となる。図１４から明らかなように、圧力室１６に対する圧力発生部２８ａを５％〜４０％と設定することで、引き打ちによって必要な体積のインク液滴を噴射するための容積変化を得ることができ、さらに圧力発生部２８ａの面積の面積の約１０〜２０％とすることで圧力室１６の容積変化は０．９％以上大きくし、十分な性能を得ることができる。
【００４９】
圧力室１６の容積が拡大した状態を、このとき生じた圧力波の圧力室１６内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、その間共通インク室１２ａからインク供給孔１８、インク供給孔１６、絞り部１６ｄを介して圧力室１６の増加した容積分のインクが供給される。
【００５０】
尚、上記片道伝播時間Ｔは、圧力室１６内の圧力波が、圧力室１６の長手方向（図中、紙面左右方向）に伝播するのに必要な時間であり、圧力室１６の長さＬとこの圧力室１６内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼＴ時間がたつと圧力室１６内の圧力が逆転し、正の圧力に転じる。このタイミングに合わせて上記電圧の印加を解除すると、図１５に示すように、圧力発生部２８ａが元の状態に収縮し、押し広げられていた圧力室１６の容積が元に戻るため、圧力室１６内のインクに圧力が加えられる。そのとき、正に転じた圧力と、圧力発生部２８ａの歪がなくなることにより発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力が圧力室１６に連通するノズル１５付近の部分に生じて、単なる押し打ちに比べて効率よくインク液滴９０がノズル１５から噴射される。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態にかかる圧電式インクジェットヘッド６では、圧力発生部２８ａの面積を圧力室１６の面積に比べて５％以上４０％以下の範囲に設定したため、圧力発生部２８ａの変位による容積変化により圧力室１６が拡大される。また、圧力発生部２８ａの変位を圧力室１６の底面部に伝動するための接続部１６ｅを圧力発生部２８ａと圧力室１６の底面の間に備えたので、電圧の印加時に圧力発生部２８ａの伸長変位が接続部１６ｅを介して圧力室１６の底面を押し下げ、高駆動周波数や、大体積のインク液滴の噴射に有利な引き打ちが容易となる。また、圧力発生部２８ａの小面積の変位により圧力室１６の広い面積を変位させるため、圧力発生部２８ａの面積を小さくすることが可能となり、圧力発生部２８ａが有する静電容量が低減できる。また、接続部１６ｅに絞り部１６ｄを設けることで、部品点数を増やす必要がない。
【００５２】
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能である。例えば、圧力発生部は１つの圧力室について１つに限定されるものではない。図１６は、別の実施形態の圧電式インクジェットヘッドの動作を説明する拡大断面図である。図１６に示すように、１つの圧力室１６に対して、小さな面積の圧力発生部２８ｂ，２８ｃの２つを配置し、接続部１６ｅを圧力発生部２８ｂ，２８ｃのそれぞれに対応する部分に２箇所設けてもよい。また、図１７に示すように、圧力室１６をインク供給孔１６ｂまでほぼ均一な幅とし、接続部１６ｅを、薄肉部１６ｆを介してベースプレート１４と接続した形状としてもよい。この場合、薄肉部１６ｆによって絞り部１６ｄを形成する。
【００５３】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、請求項１に記載の液滴噴射装置によれば、圧力発生部の変位を接続部を介してそれと対向する圧力室の壁面に伝達するため、圧力発生部の変位容積量が小さくても圧力室の大きな容積変化を得ることが可能になる。従って、圧力発生部が駆動時に圧力室の容積を減少するように動くものであっても、圧力室全体としては容積を拡大することができ、その後、圧力発生部が復帰することで容積を元に戻し、引き打ちをすることが可能になる。さらに、接続部を流路抵抗を増すために必要な絞り部を構成する壁部分で構成したため、必要な構成を部品点数を増やさず、また製造工程を複雑化せずに実現することができる。
【００５４】
請求項２に記載の液滴噴射装置によれば、請求項１に記載の液滴噴射装置の効果に加え、圧力発生部の小面積の変位がそれよりも広い圧力室の壁面に伝達されるため、所望の圧力室容積変化を従来よりも小さいエネルギーにより得ることが可能になる。
【００５５】
請求項３に記載の液滴噴射装置によれば、請求項２に記載の液滴噴射装置の効果に加え、圧力室の長手方向一端を支点として圧力室の他端側を押し下げるため、テコの原理により圧力室の容積を大きく変位させることができる。
【００５６】
請求項４に記載の液滴噴射装置によれば、請求項３に記載の液滴噴射装置の効果に加え、圧力室の前記面の面積に対して、約５％以上４０％以下の面積の圧力発生部の変位により圧力室の容積を拡大することができる。
【００５７】
【００５８】
請求項５に記載の液滴噴射装置によれば、請求項２に記載の液滴噴射装置の効果に加え、共通液室が圧力室に隣接しているため、圧力室が壁面の変位により共通液室側に拡大する。従って、圧力室の壁面の変位を特別な空間を用意することなく実現することができる。
【００５９】
請求項６に記載の液滴噴射装置によれば、請求項５に記載の液滴噴射装置の効果に加え、共通液室と圧力室を積層構造にすることにより、本発明の構成を容易に実現することができる。
【００６０】
請求項７に記載の液滴噴射装置によれば、請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴噴射装置の効果に加え、電圧の印加により圧電材料が圧力室の容積を減少するように伸長するものであっても、上記のように所望の圧力室容積変化を従来よりも小さい面積の圧力発生部により得ることが可能になり、印加する電圧を従来よりも抑えたり、静電容量を小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の圧電式インクジェットヘッド６を搭載するインクジェットプリンタ１００の概略を示す斜視図である。
【図２】ヘッドユニット６３を倒立させた状態の斜視図である。
【図３】図２のヘッドユニット６３の分解斜視図である。
【図４】上方から見たヘッドユニット６３の分解斜視図である。
【図５】ヘッドユニット６３の底面図である。
【図６】圧電式インクジェットヘッド６の分解斜視図である。
【図７】圧電式インクジェットヘッド６の側方断面図である。
【図８】キャビティプレート１０の分解斜視図である。
【図９】キャビティプレート１０の要部を拡大した分解斜視図である。
【図１０】圧電アクチュエータ２０の要部を拡大した分解斜視図である。
【図１１】図７の圧電式インクジェットヘッド６の要部拡大断面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ'における水平断面図である。
【図１３】圧電式インクジェットヘッド６の動作を説明する拡大断面図である。
【図１４】圧力発生部／圧力室の面積比と圧力室の容積変化の関係を示す図である。
【図１５】圧電式インクジェットヘッド６によりインク滴が噴射されているところを説明する拡大断面図である。
【図１６】別の実施形態の圧電式インクジェットヘッドの動作を説明する拡大断面図である。
【図１７】（ａ）別の実施形態の圧力室の平面図、（ｂ）Ｂ−Ｂ'における断面図である。
【図１８】従来の圧電式インクジェットヘッドの拡大断面図である。
【符号の説明】
６圧電式インクジェットヘッド
１０キャビティプレート
１２マニホールドプレート
１３スペーサプレート
１４ベースプレート
１５ノズル
１６圧力室
１６ｄ絞り部
１６ｅ接続部
２０圧電アクチュエータ
２４駆動電極
２５コモン電極
２８ａ圧力発生部
２８ｂ圧力発生部
２８ｃ圧力発生部

Claims

外部に開口するノズルと、
前記ノズルに対して液体を供給するための圧力室と、
前記ノズルから液体を噴射させるための圧力を前記圧力室に与える圧力発生部と、
前記圧力発生部を有するアクチュエータユニットと
を備えた液滴噴射装置において、
前記圧力室は、
前記アクチュエータユニットと、当該アクチュエータユニットと対向する位置に配置された壁面とで挟まれた空間であり、当該アクチュエータユニット及び当該壁面と平行方向を長手方向とする空間にて形成されており、
前記圧力室の長手方向一端が前記ノズルに連通し、
前記圧力室の長手方向他端が、液体が流れる方向と直交する方向の断面が当該圧力室よりも小さい絞り部を介して、インク供給源に連通するインク供給孔と連通しており、
前記壁面は、
前記圧力室の容積を可変する方向に変位可能であって、前記圧力発生部の変位が、前記絞り部の壁部分により構成された接続部を介して前記壁面に伝達可能となるように当該接続部と接続し、
前記圧力発生部は、前記接続部に対応する位置にのみ設けられ、
前記圧力発生部の変位による圧力発生部の変位容積量よりも、前記壁面の変位容積量が大きいことを特徴とする液滴噴射装置。
前記圧力発生部は、前記圧力室の前記壁面と対向する面を覆って設けたアクチュエータユニットの、前記圧力室の前記面よりも小さい面積を変位させることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
前記圧力室の前記壁面は、その圧力室の長手方向一端を支点として他端側がその圧力室の容積を可変する方向に変位可能であることを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
前記圧力発生部によって変位する前記アクチュエータユニットの面積は、前記圧力室の前記面の面積に対して、約５％以上４０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の液滴噴射装置。
前記圧力室は列をなして複数個あり、その各圧力室に液体を分配する共通液室が、前記壁面を構成するスペーサ部を挟んで前記圧力室とは反対側でその圧力室の列方向に延び、前記スペーサ部は、前記圧力発生部の変位によって前記共通液室側へ変位することを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
前記圧力室に対応する第１の開口部が板厚方向に貫通形成された第１の板状部材と、前記共通液室に対応する第２の開口部が板厚方向に貫通形成された第２の板状部材と、前記スペーサ部を有する第３の板状部材とを、前記第１と第２の板状部材の間に前記第３の板状部材が位置するように、かつ、前記圧力室と前記共通液室との間に前記スペーサ部が位置するように積層して構成したことを特徴とする請求項５に記載の液滴噴射装置。
前記圧力発生部は、圧電材料とその分極方向に対向して位置する電極とを備え、電極への電圧の印加により圧電材料を伸長させるものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴噴射装置。