JP6690431B2 - アクチュエータ、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置 - Google Patents

Description

本発明はアクチュエータ、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。

液体吐出ヘッドとして、例えば、液体を吐出するノズルを有する変形可能なノズル板に撓み変形する圧電素子を設け、ノズル板を変形させることで液室内の液体を加圧してノズルから液体を吐出させるものがある。

例えば、第１の面、前記第１の面と反対側の第２の面、および第１の面と第２の面を連絡した筒状の孔を有する基材と、基材の第１の面と積層して孔の一端を塞ぐことで圧力室を形成し、圧力室に連通するノズルを有する振動板と電圧が印加されたときに振動板を変形させて圧力室の容積を変化させる駆動素子とを有するノズルプレートを備えるものが知られている（特許文献１）。

特開２０１５−１８６８４２号公報

ところで、変形可能な薄膜部材の一面に電気機械変換素子を、他面側に中空部及び中空部周囲の隔壁部を形成する中空部材を設け、中空部と隔壁部に薄膜部材を介して対向する領域に跨って電気機械変換素子を配置すると、薄膜部材の隔壁部材に固定される固定端側の剛性が高くなって変位効率が低下するという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、変位効率を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係るアクチュエータは、
開口を有する変形可能な薄膜部材と、
前記薄膜部材の一面側に配置され、前記開口が通じる中空部と、前記中空部の周囲の隔壁部とを形成する隔壁部材と、
前記薄膜部材の他面側で前記開口の周囲に配置され、電気機械変換膜を含み、前記薄膜部材を変形させる電気機械変換素子と、を備え、
前記電気機械変換膜は、前記薄膜部材を介して前記中空部及び前記隔壁部に跨って対向する領域に設けられ、
前記電気機械変換膜の最大厚み部分は、前記隔壁部に対向する領域に位置し、前記中空部に対向する領域にはなく、
前記電気機械変換膜の前記中空部に対向する部分の膜厚は、前記電気機械変換膜の最大厚み部分の厚みよりも薄い
構成とした。

本発明によれば、変位効率を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係るアクチュエータの斜視説明図である。 同じく断面説明図である。 本発明の第２実施形態に係るアクチュエータの断面説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。 本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの作用効果の説明に供する圧電素子を駆動する前の断面説明図である。 同じく圧電素子を駆動したときの断面説明図である。 比較例１、２、実施例１、２に係る液体吐出ヘッドの各部の寸法の説明に供する説明図である。 比較例１、２、実施例１のノズル板の変形量を液室からの液体の排除体積として説明する説明図である。 実施例２のノズル板の変形量を液室からの液体の排除体積として説明する説明図である。 本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例の斜視説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の他の例の要部平面説明図である。 同装置の要部側面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は同実施形態に係るアクチュエータの斜視説明図、図２は同じく断面説明図である。

このアクチュエータは、開口１２１を有する変形可能な薄膜部材１２と、薄膜部材１２の一面側に配置され、開口１２１が通じる中空部１１１と、中空部１１１の周囲の隔壁部１１２とを形成する隔壁部材１１とを備えている。なお、中空部１１１と隔壁部１１２との境を境界１１３とする。

そして、薄膜部材１２の他面側で開口１２１の周囲に配置され、電気機械変換膜である圧電膜１３２を含み、薄膜部材１２の中空部１１１に面する変形可能領域１２ａを変形させる電気機械変換素子である圧電素子１３を有している。なお、電気機械変換素子は圧電素子に限るものではない（以下の実施形態も同様。）

ここで、圧電素子１３の圧電膜１３２は、薄膜部材１２を介して、中空部１１１及び隔壁部１１２に跨って対向する領域に設けられている。

この圧電膜１３２の最大厚み部分１３２ａは、隔壁部１１２に対向する領域に位置する。そして、圧電膜１３２の中空部１１１に対向する部分（領域）１３２ｂの膜厚（平均膜厚）は、圧電膜１３２の最大厚み部分１３２ａの厚み（最大厚みｔｍａｘ）よりも薄い。

本実施形態では、圧電膜１３２は、図１に示すように、円環形状をなし、薄膜部材１２の厚み方向に沿う断面形状において、薄膜部材１２の面内方向（幅方向という。）での中央位置１３５が最大厚みｔｍａｘの最大厚み位置１３４となっている。

そして、この圧電膜１３２は、最大厚み位置１３４を最大厚み部分１３２ａとし、最大厚み部分１３２ａから開口１２１側及び開口１２１側と反対側に湾曲しながら厚みが薄くなる部分を有し、厚みが薄くなる部分の一部を中空部１１１に対向する部分（領域）１３２ｂしている。なお、本実施形態では、最大厚み部分１３２ａが最大厚み位置１３４のみであるが、幅方向に厚みｔｍａｘの部分を所定範囲で有する形状であってもよい。

このように、中央部が凸状に盛り上がった幅方向で対称な形状の圧電膜１３２は、例えば、ＰＺＴ前駆体を含むゾルゲル液を液体吐出ヘッドから吐出して塗布する工程と、塗布されたゾルゲル液を乾燥・熱分解・結晶化する工程を繰り返す製造方法を用いることで簡単に形成することができる。

また、圧電素子１３は、薄膜部材１２側から第１電極（下側電極）１３１、圧電膜１３２、第２電極（上側電極）１３３を積層した薄膜圧電素子であり、第１電極１３１と第２電極１３３との間に電圧を印加することで撓み変形する。

このように、圧電素子１３の圧電膜１３２は、薄膜部材１２を介して中空部１１１及び隔壁部１１２に跨って対向する領域に設けられ、最大厚み部分１３２ａは、隔壁部１１２に対向する領域に位置し、中空部１１１に対向する部分１３２ｂの膜厚（平均膜厚）は、最大厚み部分１３２ａの厚みｔｍａｘよりも薄くなっている。

これにより、薄膜部材１２を介して中空部１１１と隔壁部１１２に跨って対向する領域に圧電膜１３２を配置しても、薄膜部材１２の隔壁部材１１に固定される固定端側の剛性が高くなることを抑えることができる。したがって、薄膜部材１２の変位効率を向上することができる。

次に、本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。図３は同実施形態に係るアクチュエータの断面説明図である。

圧電膜１３２は、前記第１実施形態と同様に円環形状をなし、薄膜部材１２の厚み方向に沿う断面形状において、幅方向（薄膜部材１２の面内方向）での中央位置１３５が最大厚み位置１３４よりも境界１１３側に位置する形状としている。

つまり、圧電膜１３２は、薄膜部材１２の厚み方向に沿う断面形状で、幅方向で非対称な形状としている。なお、本実施形態でも、最大厚み部分１３２ａが最大厚み位置１３４のみであるが、幅方向に厚みｔｍａｘの部分を所定範囲で有する形状であってもよい。

これにより、圧電膜１３２の中空部１１１に対向する部分１３２ｂの膜厚（平均膜厚）を第１実施形態よりも薄くすることができ、薄膜部材１２の隔壁部材１１に固定される固定端側の剛性が高くなることを第１実施形態よりも抑えることができる。

前記第１実施形態では、圧電膜１３２の最大厚み位置１３４を調整するために圧電膜１３２全体を面内方向（ここでは径方向）に移動させる必要がある。これに対し、第２実施形態では、そのような必要性がなく、開口１２１の中心から圧電膜１３２の外径までの距離が変わらないので、圧電膜１３２の配置位置が変更できないときに最大厚み位置１３４を変更できる。

次に、本発明の第３実施形態について図４を参照して説明する。図４は同実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、前記第１実施形態と同様なアクチュエータを備えている。つまり、液体を吐出する開口であるノズル２２１を有する変形可能な薄膜部材であるノズル板２２と、ノズル板２２の一面側に配置され、ノズル２２１が通じる中空部である液体２０を保持する液室２１１と、液室２１１の周囲の隔壁部２１２とを形成する隔壁部材である流路部材２１とを備えている。

そして、ノズル板２２の他面側でノズル２２１の周囲に配置され、電気機械変換膜である圧電膜２３２を含み、ノズル板２２の液室２１１に面する変形可能領域２２ａを変形させる電気機械変換素子である圧電素子２３を有している。

ここで、圧電素子２３の圧電膜２３２は、ノズル板２２を介して、液室２１１及び隔壁部２１２に跨って対向する領域に設けられている。

この圧電膜２３２の最大厚み部分２３２ａは、隔壁部２１２に対向する領域に位置する。そして、圧電膜２３２の液室２１１に対向する部分（領域）２３２ｂの膜厚（平均膜厚）は、圧電膜２３２の最大厚み部分２３２ａの厚み（最大厚みｔｍａｘ）よりも薄い。

本実施形態では、圧電膜２３２は、前記第１実施形態と同様に円環形状をなし、ノズル板２２の厚み方向に沿う断面形状において、ノズル板２２の面内方向（幅方向という。）での中央位置２３５が最大厚みｔｍａｘの最大厚み位置２３４となっている。

そして、この圧電膜２３２は、最大厚み位置２３４を最大厚み部分２３２ａとし、最大厚み部分２３２ａから開口であるノズル２２１側及びノズル２２１側と反対側に湾曲しながら厚みが薄くなる部分を有し、厚みが薄くなる部分の一部を液室２１１に対向する部分（領域）２３２ｂとしている。なお、本実施形態では、最大厚み部分２３２ａが最大厚み位置２３４のみであるが、幅方向に厚みｔｍａｘの部分を所定範囲で有する形状であってもよい。

また、圧電素子２３は、ノズル板２２側から第１電極（下側電極）２３１、圧電膜２３２、第２電極（上側電極）２３３を積層した薄膜圧電素子であり、第１電極２３１と第２電極２３３との間に電圧を印加することで撓み変形する。

このように、圧電素子２３の圧電膜２３２は、ノズル板２２を介して液室２１１及び隔壁部２１２に跨って対向する領域に設けられ、最大厚み部分２３２ａは、隔壁部２１２に対向する領域に位置し、液室２１１に対向する部分２３２ｂの膜厚（平均膜厚）は、最大厚み部分２３２ａの厚みｔｍａｘよりも薄くなっている。

これにより、ノズル板２２を介して液室２１１と隔壁部２１２に跨って対向する領域に圧電膜２３２を配置しても、ノズル板２２の流路部材２１に固定される固定端側の剛性が高くなることを抑えることができる。したがって、ノズル板２２の変位効率を向上することができ、吐出効率が向上する。

次に、本発明の第４実施形態について図５を参照して説明する。図５は同実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、前記第２実施形態と同様なアクチュエータを備えている。つまり、圧電膜２３２は、前記第１実施形態と同様に円環形状をなし、ノズル板２２の厚み方向に沿う断面形状において、幅方向（ノズル板２２の面内方向）での中央位置２３５が最大厚み位置２３４よりも液室２１１と隔壁部２１２との境界２１３側に位置する形状としている。

圧電膜２３２は、ノズル板２２の厚み方向に沿う断面形状で、幅方向で非対称な形状としている。なお、本実施形態でも、最大厚み部分２３２ａが最大厚み位置２３４のみであるが、幅方向に厚みｔｍａｘの部分を所定範囲で有する形状であってもよい。

これにより、圧電膜２３２の液室２１１に対向する部分２３２ｂの膜厚（平均膜厚）を第３実施形態よりも薄くすることができ、ノズル板２２の流路部材２１に固定される固定端側の剛性が高くなることを第３実施形態よりも抑えることができる。

前記第３実施形態では、圧電膜２３２の最大厚み位置２３４を調整するために圧電膜２３２全体を面内方向（ここでは径方向）に移動させる必要がある。これに対し、第４実施形態では、そのような必要性がなく、ノズル２２１の中心から圧電膜２３２の外径までの距離が変わらないので、圧電膜２３２の配置位置が変更できないときに最大厚み位置２３４を変更できる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの作用効果について図６及び図７を参照して説明する。図６は同作用効果の説明に供する圧電素子を駆動する前の断面説明図、図７は同じく圧電素子を駆動したときの断面説明図である。なお、図６及び図７ではノズル板の半分の領域を示しているが、全体形状は図１ないし図５と同様である。また、圧電膜のみを図示しているが、第１電極及び第２電極が設けられることは前記実施形態で説明したとおりである。

＜比較例１＞
図６（ａ）に示すように、断面形状が矩形状（厚みが一様）の圧電膜２３２を備えている。

そして、この圧電膜２３２は、液室２１１と隔壁部２１２にノズル板２２を介して対向する領域に跨って配置されている。

＜実施例１＞
図６（ｃ）に示すように、前記第３実施形態と同様に、ノズル板２２の厚み方向に沿う断面形状において、中央位置２３５が最大厚み位置２３４（最大厚み部分２３２ａ）となる圧電膜２３２を備えている。

そして、この圧電膜２３２は、最大厚み位置２３４（最大厚み部分２３２ａ）が隔壁部２１２に対向する位置に配置されている。したがって、前記第３実施形態と同様に、液室２１１に対向する部分２３２ｂの膜厚が最大厚みよりも薄い。

＜実施例２＞
図６（ｄ）に示すように、前記第４実施形態と同様に、ノズル板２２の厚み方向に沿う断面形状において、中央位置２３５を挟んで境界２１３に対して最大厚み位置２３４（最大厚み部分２３２ａ）が反対側になる圧電膜２３２を備えている。

そして、この圧電膜２３２は、最大厚み位置２３４（最大厚み部分２３２ａ）が隔壁部２１２に対向する位置に配置されている。したがって、前記第４実施形態と同様に、液室２１１に対向する部分２３２ｂの膜厚が最大厚みよりも薄い。

ここで、比較例１、２、実施例１、２に係る液体吐出ヘッドの各部の寸法は、図８に示すように設定した。

そして、比較例１、２、実施例１、２の圧電膜２３２を含む圧電素子２３に対して２０Ｖの駆動電圧を印加したときのノズル板２２の変形状態を図７（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示している。

＜比較例１＞
図７（ａ）に示すように、圧電膜２３２の膜厚が一定であることから、その剛性も圧電膜２３２の幅方向の位置によらず一定であるため、ノズル板２２の固定端側の剛性が高くなり、変形量が小さいことが分かる。

＜実施例１＞
最大厚み部分２３２ａが隔壁部２１２に対向する位置に配置されていることで、ノズル板２２の固定端側における圧電膜２３２の膜厚が薄くなり、比較例１よりもノズル板２２の変形量が大きくなる。

＜実施例２＞
圧電膜２３２は、最大厚み部分２３２ａが隔壁部２１２に対向する位置に配置され、幅方向の中央位置２３５に対して境界２１３と反対側に最大厚み位置２３４がある非対称形状であることで、液室２１１に対向する部分２３２ｂの膜厚（平均膜厚）を実施例１よりも薄くできる。

次に、上記比較例１、２、実施例１、２のノズル板の変形量を液室からの液体の排除体積として図９及び図１０を参照して説明する。

排除体積は、圧電素子２３を駆動していない状態から圧電素子２３を駆動してノズル板２２を変形させたときに、液室２１１から排除される液体の体積を意味する。また、ここでは、平面形状が円形状の液室２１１の直径を１２０μｍとし、ノズル２２１の中央位置（ノズル中心）を「０μｍ」としたとき、液室２１１と隔壁部２１２との境界２１３はノズル中心から６０μｍの位置にあるものとする。

図９は比較例１及び実施例１における圧電膜２３２の最大厚み部分２３２ａのノズル中心からの距離と排除体積との関係を示している。

比較例１は圧電膜２３２の厚みが一定であるので最大厚み部分２３２ａは液室２１１と隔壁部２１２との境界２１３（ノズル中心から６０μｍの位置）にある。この比較例１における排除体積は１.０７［ｐｌ］であった。

実施例１について、圧電膜２３２の最大厚み部分２３２ａのノズル中心からの距離を６１μｍないし７０μｍの間で変化させて排除体積を測定した。この場合、ノズル中心からの距離が６７μｍの位置で最大の排除体積７．２９ｐｌとなった。

この結果から、実施例１の液体吐出ヘッドは、比較例１の液体吐出ヘッドに比べてノズル板の変位効率が高く、吐出効率が高いことが分かる。

図１０は実施例２における圧電膜２３２の最大厚み部分２３２ａのノズル中心からの距離と排除体積との関係を示している。

実施例２では、圧電膜２３２の最大厚み部分２３２ａのノズル中心からの距離を６１μｍないし７０μｍの間で変化させて排除体積を測定した。この場合、ノズル中心からの距離が７０μｍの位置で最大の排除体積７．５０ｐｌとなった。また、実施例１で最大排除体積が得られるノズル中心からの距離が６７μｍの位置では７．２１［ｐｌ］となっている。

これより、実施例２の液体吐出ヘッドは、比較例１の液体吐出ヘッドに比べてノズル板の変位効率が高く、吐出効率が高いことが分かる。

そして、実施例１と実施例２を対比した場合、実施例１で最大排除体積が得られるノズル中心からの距離が６７μｍの位置では、実施例１の方が実施例２よりも最大排除体積が多くなることが分かる。

次に、本発明の第５実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は同実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板２２に所定の間隔で複数のノズル２２１を形成し、各ノズル２２１が臨む複数の液室２１１及び隔壁部２１２を形成する流路部材２１を備えている。そして、ノズル板２２の各液室２１１に対応する変形可能領域２２ａを変形させる圧電素子２３を、各液室２１１に対応して配置して、マルチノズルヘッドを構成している。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１２を参照して説明する。図１２は同装置の斜視説明図である。

この装置は、架台３００の上に、Ｙ軸駆動手段３０１を設置し、Ｙ軸駆動手段３０１上に対象物３０２を搭載するステージ３０３が設定されて、Ｙ軸駆動手段３０１でステージ３０３がＹ軸方向に往復移動される。

また、Ｘ軸支持部材３０４にはＸ軸駆動手段３０５が取り付けられており、これにＺ軸駆動手段３０６上に搭載されたヘッドベース３０７が取り付けられて、ヘッドベース３０７はＸ軸方向及びＺ軸方向に移動される。

ヘッドベース３０７には、液体を吐出する１又は複数の本発明に係る液体吐出ヘッド３０８が搭載され、液体貯留部から供給手段３０９を介して液体が供給されている。

本発明に係る液体吐出ヘッドを備えることで、高い吐出効率で液体を吐出することができる。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の他の例について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は同装置の要部平面説明図、図１４は同装置の要部側面説明図である。

この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。

供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。

この装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。

主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成
する。

このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図１５を参照して説明する。図１５は同ユニットの要部平面説明図である。

この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。

なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図１６を参照して説明する。図１６は同ユニットの正面説明図である。

この液体吐出ユニットは、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。

なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

「液体吐出ユニット」には、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

１１ 隔壁部材
１２ ノズル板
１３ 圧電素子
２１ 流路部材
２２ ノズル板
２３ 圧電素子
１１１ 中空部
１１２ 隔壁部
１２１ 開口
１３２ 圧電膜
２１１ 液室
２１２ 隔壁部
２２１ ノズル
２３２ 圧電膜
２１１ 液室
２１２ 隔壁部
２２１ ノズル
３０７ 液体吐出ヘッド
４０３ キャリッジ
４０４ 液体吐出ヘッド
４４０ 液体吐出ユニット

Claims (9)

1. 開口を有する変形可能な薄膜部材と、
   前記薄膜部材の一面側に配置され、前記開口が通じる中空部と、前記中空部の周囲の隔壁部とを形成する隔壁部材と、
   前記薄膜部材の他面側で前記開口の周囲に配置され、電気機械変換膜を含み、前記薄膜部材を変形させる電気機械変換素子と、を備え、
   前記電気機械変換膜は、前記薄膜部材を介して前記中空部及び前記隔壁部に跨って対向する領域に設けられ、
   前記電気機械変換膜の最大厚み部分は、前記隔壁部に対向する領域に位置し、前記中空部に対向する領域にはなく、
   前記電気機械変換膜の前記中空部に対向する部分の膜厚は、前記電気機械変換膜の最大厚み部分の厚みよりも薄い
   ことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記電気機械変換膜は、前記薄膜部材の厚み方向に沿う方向の断面形状において、前記最大厚み部分から前記開口側及び前記開口側と反対側に湾曲しながら厚みが薄くなる形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記電気機械変換膜の最大厚み部分は、前記薄膜部材の厚み方向に沿う方向の断面形状において、前記薄膜部材の面内方向における前記電気機械変換膜の中央位置を境にして、前記中空部と前記隔壁部との境界と反対側に位置している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 液体を吐出するノズルを有する変形可能なノズル板と、
   前記ノズル板の一面側に配置され、前記ノズルが通じる液室と、前記液室の周囲の隔壁部を形成する流路部材と、
   前記ノズル板の他面側の前記ノズルの周囲に配置され、電気機械変換膜を含み、前記ノズルを変形させる電気機械変換素子と、を備え、
   前記電気機械変換膜は、前記ノズル板を介して前記液室及び前記隔壁部に跨って対向する領域に設けられ、
   前記電気機械変換膜の最大厚み部分は、前記隔壁部に対向する領域に位置し、前記液室に対向する領域にはなく、
   前記電気機械変換膜の前記液室に対向する部分の膜厚は、前記電気機械変換膜の最大厚み部分の厚みよりも薄い
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 前記電気機械変換膜は、前記ノズル板の厚み方向に沿う方向の断面形状において、前記最大厚み部分から前記ノズル側及び前記ノズル側と反対側に湾曲しながら厚みが薄くなる形状である
   ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記電気機械変換膜の最大厚み部分は、前記ノズル板の厚み方向に沿う方向の断面形状において、前記ノズル板の面内方向における前記電気機械変換膜の中央位置を境にして、前記液室と前記隔壁部との境界と反対側に位置している
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体吐出ユニット。
8. 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化した
   ことを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ユニット。
9. 請求項４ないし６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項７若しくは８に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。

Images