JP4305902B2 - 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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Description
【０００１】
【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、第１の技術手段は、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、前記多孔質部材と前記金属板との接合面に、圧力室と対向する部分から共通液室と対向する部分にまで達する液流入溝を有し、前記天板の前記多孔質部材は、圧力室と対向する部分よりも流体抵抗が低い領域を共通液室と対向する部分に有する液滴吐出装置を特徴とする。
【０００８】
第２の技術手段は、第１の技術手段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個または複数個の共通液室と液流入溝をつなぐ貫通孔を有することを特徴とする。
【０００９】
第３の技術手段は、第１の技術手段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圧力室と対向する部分よりも薄くして形成することを特徴とする。
【００１０】
第４の技術手段は、第１の技術手段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、前記多孔室部材の気孔率を圧力室と対向する部分よりも大きくして形成することを特徴とする。
【００１１】
第５の技術手段は、第１から第４の技術手段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。
【００１２】
第６の技術手段は、第１〜５の技術手段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。
【００１３】
第７の技術手段は、第１〜５の技術手段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。
【００１７】
第８の技術手段は、第１〜７の技術手段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である。
【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と金属板の接合体から形成され、前記多孔質部材と金属部材との接合面に液流入溝を有し、多孔質分材の共通液室と対抗する部分対抗する流体抵抗が低下した領域を設けているので、共通液室内の液が多孔質分材に入り圧力室に流れ込みやすくなり、噴射特性の向上が図れる。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、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。
【００４９】
請求項３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。
【００５０】
請求項４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。
【００５１】
請求項５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。
【００５２】
請求項６の発明の液滴吐出装置は、多孔質分材のノズルと連通する連通孔周囲の気孔率を０としたので、当該部分で圧力が逃げない。これにより発生した圧力が高率欲インク噴射エネルギーに短観することができる。
【００５３】
請求項７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。
【００５７】
請求項８の発明のインクジェット記録装置は、請求項１〜７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。
【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、第１の技術手段は、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、前記多孔質部材と前記金属板との接合面に、圧力室と対向する部分から共通液室と対向する部分にまで達する液流入溝を有し、前記天板の前記多孔質部材は、圧力室と対向する部分よりも流体抵抗が低い領域を共通液室と対向する部分に有する液滴吐出装置を特徴とする。
【０００８】
第２の技術手段は、第１の技術手段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個または複数個の共通液室と液流入溝をつなぐ貫通孔を有することを特徴とする。
【０００９】
第３の技術手段は、第１の技術手段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圧力室と対向する部分よりも薄くして形成することを特徴とする。
【００１０】
第４の技術手段は、第１の技術手段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、前記多孔室部材の気孔率を圧力室と対向する部分よりも大きくして形成することを特徴とする。
【００１１】
第５の技術手段は、第１から第４の技術手段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。
【００１２】
第６の技術手段は、第１〜５の技術手段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。
【００１３】
第７の技術手段は、第１〜５の技術手段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。
【００１７】
第８の技術手段は、第１〜７の技術手段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である。
【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と金属板の接合体から形成され、前記多孔質部材と金属部材との接合面に液流入溝を有し、多孔質分材の共通液室と対抗する部分対抗する流体抵抗が低下した領域を設けているので、共通液室内の液が多孔質分材に入り圧力室に流れ込みやすくなり、噴射特性の向上が図れる。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、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。
【００４９】
請求項３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。
【００５０】
請求項４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。
【００５１】
請求項５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。
【００５２】
請求項６の発明の液滴吐出装置は、多孔質分材のノズルと連通する連通孔周囲の気孔率を０としたので、当該部分で圧力が逃げない。これにより発生した圧力が高率欲インク噴射エネルギーに短観することができる。
【００５３】
請求項７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。
【００５７】
請求項８の発明のインクジェット記録装置は、請求項１〜７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 (8)
- 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、前記多孔質部材と前記金属板との接合面に、圧力室と対向する部分から共通液室と対向する部分にまで達する液流入溝を有し、前記天板の前記多孔質部材は、圧力室と対向する部分よりも流体抵抗が低い領域を共通液室と対向する部分に有することを特徴とする液滴吐出装置。 - 前記多孔質部材の流体抵抗が低い領域は、１個または複数個の共通液室と液流入溝をつなぐ貫通孔を有することを特徴とする請求項１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圧力室と対向する部分よりも薄くして形成することを特徴とする請求項１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、前記多孔室部材の気孔率を圧力室と対向する部分よりも大きくして形成することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置。
- 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乃至４の何れかに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５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１乃至５の何れかに記載の液滴吐出装置。
- 請求項１乃至７の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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