JP2018039152A - 液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】エネルギー効率が良好で、高精度の液体吐出を行うことができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッドが、複数の吐出口15と、各々の吐出口15にそれぞれ連通する複数の圧力室16と、圧力室16の壁の一部を構成している圧電アクチュエータ20と、圧力室16に供給する液体を収容する共通液室23と、を含む。圧力室16の圧電アクチュエータ20が構成する壁に対向する対向壁13aを挟んで、圧力室16と共通液室23とが対向して位置しており、共通液室23の内部には、対向壁13aを支持する補強部1が設けられている。【選択図】図5
Description
本発明は液体吐出ヘッドに関する。
圧電式の液体吐出ヘッドとして、複数の圧力室及び吐出口が形成されている基板(キャビティプレート)に、プレート状の圧電アクチュエータが接合された構成が知られている(特許文献1,2)。基板に設けられた各圧力室の開口部分を覆うように、圧電層が積層された構造の圧電アクチュエータが接合されており、各圧力室とそれぞれ連通する複数の吐出口が、基板の圧電アクチュエータが接合される面とは異なる面に開口している。この構成では、圧力室の一つの壁が圧電アクチュエータによって構成されており、圧電アクチュエータの圧電変形により圧力室の容積を縮小させ、それによって圧力室の内部の液体を吐出口から外部に吐出させる。
特許文献1に記載の構成では、基板の一方の面に開口する圧力室が形成され、この圧力室の開口部を覆うようにプレート状の圧電アクチュエータが接合されている。基板は複数の板部材(プレート)が積層された多層構造である。これらのプレートのうち、ベースプレートには、圧力室となる貫通孔が形成されており、一方の面に圧電アクチュエータが接合されている。スペーサプレートは、ベースプレートの、圧電アクチュエータが接合される面と反対側の面に接合されている。2枚のマニホールドプレートは、共通液室を構成する貫通孔をそれぞれ有しており、スペーサプレートの、ベースプレートに接合される面と反対側の面に接合されている。吐出口プレート(吐出口形成部材)は、マニホールドプレートに接合されて貫通孔を覆うとともに、吐出口が形成されている。そして、共通液室と圧力室を接続する流路や、圧力室を吐出口に接続する流路や、図示しない液体供給源と共通液室とを繋ぐ流路が、各プレートにそれぞれ設けられている。この構成では、各プレートを往復して液体が流れる。すなわち、液体供給源からの液体が溜められた共通液室から、流路を介して圧力室に液体が供給され、圧電アクチュエータが変形して圧力室の容積が縮小すると、圧力室内の液体が流路を通って吐出口から外部に吐出する。
特許文献2に記載の構成の基板は、プレート状の吐出口形成部材の一方の面に溝状の複数の凹部が設けられ、各凹部にそれぞれ連通して吐出口形成部材の他方の面に開口する複数の吐出口が設けられている。そして、吐出口形成部材の一方の面にプレート状の圧電アクチュエータが接合されて凹部が塞がれて圧力室が形成されている。この圧力室と吐出口は複数並べて配列されており、その配列方向において、隣り合う圧力室は薄い隔壁によって仕切られている。
特許文献1に記載の構成では、圧力室の一つの壁を圧電アクチュエータが構成し、圧電アクチュエータと対向する位置では1枚のプレート(壁)を介して共通液室が設けられている。この構成では、圧電アクチュエータが圧力室の内部に向かって凸状になるように変形すると、その変形による圧力が、圧電アクチュエータと対向する位置の壁(「対向壁」と称する)を押圧して変形させてしまうことがある。特に、圧力室側から見てこの対向壁の背後に共通液室が位置しているため、対向壁は強く支持されてはおらず、圧電アクチュエータが発生した圧力によって変形し易い。このようにして対向壁が変形すると、圧力室の容積の縮小量が小さく、液体を良好に吐出するのに十分な圧力が得られない可能性がある。言い換えると、圧電アクチュエータが発生したエネルギーの一部が、液体吐出ではなく対向壁の変形のために用いられてしまいエネルギー効率が悪い。また、対向壁の変形は、共通液室内の液体にも圧力を加えて、その共通液室内の液体を介して他の圧力室内の液体にも圧力が伝わり、クロストークを引き起こすおそれもある。
また、例えば高密度化のために、特許文献1,2のように隣り合う圧力室同士が薄い隔壁によって仕切られていると、圧電アクチュエータの変形による圧力が、薄い隔壁を変形させて、隣接する圧力室内の液体にも圧力を加える可能性がある。このようにしてクロストークが生じると、圧電アクチュエータが発生したエネルギーの一部が、隔壁の変形のために用いられてしまいエネルギー効率が悪い。さらに、隣接する圧力室内の液体が振動して、その後にその隣接する圧力室からの液体吐出を行おうとすると、既に振動している液体が所望の挙動をとることができず、液体吐出の精度が低下するおそれがある。また、場合によっては、隣接する圧力室に対向する位置の圧電アクチュエータを作動させていないにもかわらず吐出口から液体が吐出したり垂れ落ちたりするおそれがある。クロストークを防ぐために隣り合う圧力室同士の間の隔壁を厚くすると、液体吐出ヘッド全体の大型化を招き、高密度化の妨げになるので好ましくない。
そこで、本発明の目的は、エネルギー効率が良好で、高精度の液体吐出を行うことができる液体吐出ヘッドを提供することにある。
本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出口と、各々の吐出口にそれぞれ連通する複数の圧力室と、圧力室の壁の一部を構成している圧電アクチュエータと、圧力室に供給する液体を収容する共通液室と、を含む。圧力室の圧電アクチュエータが構成する壁に対向する対向壁を挟んで、圧力室と共通液室とが対向して位置しており、共通液室の内部には、対向壁を支持する補強部が設けられている。
本発明の液体吐出ヘッドによると、エネルギー効率が良好で、高精度の液体吐出を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[液体吐出ヘッドの基本構造]
図1に本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの基本構造を示している。この液体吐出ヘッドは、基板(キャビティユニット)10に圧電アクチュエータ20が接合された構成である。さらに圧電アクチュエータ20に、外部機器との接続のための電気配線部材(フレキシブルフラットケーブル)40が重ねられて接合されている。基板10の、図1における最下面に吐出口が開口しており、この吐出口から液体(例えば液体インク)が吐出される。
[液体吐出ヘッドの基本構造]
図1に本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドの基本構造を示している。この液体吐出ヘッドは、基板(キャビティユニット)10に圧電アクチュエータ20が接合された構成である。さらに圧電アクチュエータ20に、外部機器との接続のための電気配線部材(フレキシブルフラットケーブル)40が重ねられて接合されている。基板10の、図1における最下面に吐出口が開口しており、この吐出口から液体(例えば液体インク)が吐出される。
[基板]
本実施形態の基板10は、図2〜5に示すように、吐出口形成部材(吐出口プレート)11と、2枚のマニホールドプレート12a,12bと、スペーサプレート13と、ベースプレート14の5枚の薄い板部材(プレート)が積層された構造である。一例としては、吐出口形成部材11は合成樹脂製であり、その他のプレート12a,12b,13,14は厚さが50μm〜250μm程度の42%ニッケル合金鋼板製(縦弾性係数147GPa)である。吐出口形成部材11には、微小径のインク吐出用の吐出口15が微小間隔で多数穿設されている。これらの吐出口15は、吐出口形成部材11の長辺方向(第1の方向)に沿って千鳥配列で2列に配置されている。
本実施形態の基板10は、図2〜5に示すように、吐出口形成部材(吐出口プレート)11と、2枚のマニホールドプレート12a,12bと、スペーサプレート13と、ベースプレート14の5枚の薄い板部材(プレート)が積層された構造である。一例としては、吐出口形成部材11は合成樹脂製であり、その他のプレート12a,12b,13,14は厚さが50μm〜250μm程度の42%ニッケル合金鋼板製(縦弾性係数147GPa)である。吐出口形成部材11には、微小径のインク吐出用の吐出口15が微小間隔で多数穿設されている。これらの吐出口15は、吐出口形成部材11の長辺方向(第1の方向)に沿って千鳥配列で2列に配置されている。
2枚のマニホールドプレート12a,12bには、図3〜5に示すように、共通液室23が、マニホールドプレート12a,12bの長辺に概ね沿って延びるように設けられている。この共通液室23は、前述した吐出口15の列を、短辺方向の両側方から挟み込むように位置している。上側のマニホールドプレート12aには下面に開口する凹部23aが形成され、下側のマニホールドプレート12bには上面に開口する凹部23bが形成されている。両マニホールドプレート12a,12bが互いに積層されることによりそれぞれの凹部23a,23bの開口部同士が対向して、共通液室23が構成されている。共通液室23は、後述する貫通孔18を介して複数の圧力室16に接続されている。そして、凹部23a,23bの内部には凸状部分12dがそれぞれ設けられており、凹部23a内の凸状部分12dと凹部23b内の凸状部分12dの先端部同士が当接して接合することにより、補強部1が構成されている。
図3〜4に示すように、ベースプレート14には、複数の圧力室16がベースプレート14の長辺(前述した第1の方向)に沿って千鳥配列で2列に設けられている。各圧力室16は、長手方向がベースプレート14の長手方向と直交するように、細長い形状に形成されている。各圧力室16の先端部16aは、ベースプレート14の短辺方向の略中央に位置しており、各先端部16aは、スペーサプレート13や2枚のマニホールドプレート12a,12bと同じく千鳥配列に設けられている。そして、各先端部16aは、液体流路である微小径の貫通孔17を介して、吐出口形成部材11の千鳥配列の吐出口15に連通している。一方、各圧力室16の他端部16bは、図4に示すように下側に開口する凹部として形成されており、スペーサプレート13の左右両側部に穿設された貫通孔18を介して、マニホールドプレート12a,12bの共通液室23に連通している。基板10の最上層のベースプレート14の一端部に穿設された供給孔19a(図3参照)は、スペーサプレート13の貫通孔19bと上側のマニホールドプレート12aの貫通孔19cとを介して、共通液室23に連通している。供給孔19aには、上方の液体タンク(不図示)から供給される液体中の塵を除去するためのフィルタ29が配設されている。圧力室16は、長手方向が共通液室23の長手方向と交差するように設けられている。
以上説明した通り、本実施形態の基板10によると、ベースプレート14の一端部に穿設された供給孔19aから、貫通孔19b,19cを介して共通液室23内に液体が流入して収容される。この液体は、共通液室23から各貫通孔18を通って各圧力室16内に分配されたのち、各圧力室16内から貫通孔17を通って、各圧力室16に対応する吐出口15に至る(図3〜5参照)。前述したように、基板10の最上層のベースプレート14に、圧力室16を構成する溝状の凹部が形成されており、この凹部は上方に開口している。そして、ベースプレートに圧電アクチュエータ20が積層され、凹部の開口部分は圧電アクチュエータ20によって塞がれて圧力室16が構成されている。
[液体吐出の動作及び構成]
本実施形態の液体吐出ヘッドでは、基板10の圧力室16が圧電アクチュエータ20によって塞がれており、言い換えると、圧力室16の壁の一部が圧電アクチュエータ20によって構成されている。従って、後述する電極から圧電アクチュエータ20に適宜に電力が供給されると、圧電アクチュエータ20が、圧力室16の内側に向かって凸状に、すなわち圧力室16の容積を縮小するように変形する。それにより、圧力室16の内部の液体に圧力が加わり、液体は貫通孔17を通って吐出口15から外部に吐出する。このように、圧電アクチュエータ20が圧力室16の内側に向かって変形して容積を縮小する際に、圧力室16の、圧電アクチュエータ20からなる壁を除くその他の壁にも液体を介して圧力が加わる。特に、圧電アクチュエータ20と対向する位置の壁(スペーサプレート13の一部であり、「対向壁13a」と称する)には、その対向壁13aに垂直な方向の圧力が加わる。仮に、この圧力によって対向壁13aが変形すると、圧力室16の容積の縮小量が小さくなってエネルギー効率が悪くなり、場合によっては、液体が吐出口15から吐出するのに十分な容積の縮小が得られない可能性がある。また、対向壁13aが変形すると、それに引っ張られて、圧力室16の側壁を構成するベースプレート14も変形するおそれがある。特に、ベースプレート14が構成する圧力室16の側壁のうち、隣り合う圧力室16同士の間に位置する薄い隔壁が変形すると、液体吐出を行わない圧力室16の内部の液体にも振動等の影響を及ぼす、いわゆるクロストークが生じる。圧力室16の対向壁13aの変形は、対向壁13aを挟んで圧力室と共通液室23が対向していること、すなわち、圧力室16の内部から見て対向壁13aの背後に共通液室23が位置し、強固に支持する部材が存在しないことにより生じ易い。対向壁13aの変形は共通液室23内の液体にも圧力を伝えて、共通液室23内の液体を介して他の圧力室16内の液体にも伝わり、クロストークを引き起こすおそれもある。
本実施形態の液体吐出ヘッドでは、基板10の圧力室16が圧電アクチュエータ20によって塞がれており、言い換えると、圧力室16の壁の一部が圧電アクチュエータ20によって構成されている。従って、後述する電極から圧電アクチュエータ20に適宜に電力が供給されると、圧電アクチュエータ20が、圧力室16の内側に向かって凸状に、すなわち圧力室16の容積を縮小するように変形する。それにより、圧力室16の内部の液体に圧力が加わり、液体は貫通孔17を通って吐出口15から外部に吐出する。このように、圧電アクチュエータ20が圧力室16の内側に向かって変形して容積を縮小する際に、圧力室16の、圧電アクチュエータ20からなる壁を除くその他の壁にも液体を介して圧力が加わる。特に、圧電アクチュエータ20と対向する位置の壁(スペーサプレート13の一部であり、「対向壁13a」と称する)には、その対向壁13aに垂直な方向の圧力が加わる。仮に、この圧力によって対向壁13aが変形すると、圧力室16の容積の縮小量が小さくなってエネルギー効率が悪くなり、場合によっては、液体が吐出口15から吐出するのに十分な容積の縮小が得られない可能性がある。また、対向壁13aが変形すると、それに引っ張られて、圧力室16の側壁を構成するベースプレート14も変形するおそれがある。特に、ベースプレート14が構成する圧力室16の側壁のうち、隣り合う圧力室16同士の間に位置する薄い隔壁が変形すると、液体吐出を行わない圧力室16の内部の液体にも振動等の影響を及ぼす、いわゆるクロストークが生じる。圧力室16の対向壁13aの変形は、対向壁13aを挟んで圧力室と共通液室23が対向していること、すなわち、圧力室16の内部から見て対向壁13aの背後に共通液室23が位置し、強固に支持する部材が存在しないことにより生じ易い。対向壁13aの変形は共通液室23内の液体にも圧力を伝えて、共通液室23内の液体を介して他の圧力室16内の液体にも伝わり、クロストークを引き起こすおそれもある。
そこで、本発明では、共通液室23の内部に補強部1を設けて、補強部1によって対向壁13aを背後から支持することで、対向壁13aの変形が生じにくい構成にしている。具体的な例を説明すると、本実施形態の共通液室23は、互いに積層される2枚のマニホールドプレート12a,12bによって形成されている。一方のマニホールドプレート12aの一面に開口している凹部23aと、他方のマニホールドプレート12bの一面に開口している凹部23bとが互いに対向するように、マニホールドプレート同士が重ね合わせられる。こうして凹部同士が対向することによって共通液室23が形成される。そして、各凹部23a,23bの内部に、積層される相手方のマニホールドプレートに向かって突出する凸状部分12dがそれぞれ設けられている。マニホールドプレート同士を積層すると凸状部分12dの先端部同士が当接して、共通液室23内に立つ柱状の補強部1が構成される。
この構成によると、圧力室16の一つの壁を構成する圧電アクチュエータ20が変形した時に、対向壁13aに液体を介して圧力が加わっても、対向壁13aはほとんど変形しない。これは、圧力室16から見て対向壁13aの背後に位置する共通液室23内の補強部1が対向壁13aを支持しているからである。対向壁13aがほとんど変形しないため、圧電アクチュエータ20が発生するエネルギーのほぼ全てが圧力室16の容積を縮小させるために用いられ、エネルギー効率が良く、圧力室16内の液体を吐出口15から外部に良好に吐出させることができる。また、本実施形態では、マニホールドプレート12a,12bに貫通孔に設けることによって共通液室23を構成するのではなく、マニホールドプレート12a,12bに有底の凹部23a,23bを設けて共通液室23を構成している。すなわち、圧力室16から見て対向壁13aの背後に直ちに共通液室23が位置するのではなく、マニホールドプレート12aの一部(薄肉の部分)を介して共通液室23が位置している。従って、このマニホールドプレート12aの一部(薄肉の部分)も、圧力室16の対向壁13aを支持して、変形の抑制に寄与する。
さらに、本実施形態では、圧力室16の対向壁13aが変形しにくいため、共通液室23内の液体を介するクロストークが発生するおそれも小さい。また、対向壁13aに引っ張られて圧力室16の側壁を構成するベースプレート14が変形してクロストークを引き起こすことも生じにくい。対向壁13aの変形を防止する効果を考慮すると、補強部1が大きいほど好ましいが、共通液室23内の液体の流れの抵抗が大きくなり過ぎることは好ましくない。従って、補強部1の平面形状は、圧力室16の長手方向において圧力室16の長さの半分程度の長さを有し、かつ、圧力室16の短手方向において圧力室16と同等の長さを有していることが好ましい。また、対向壁13aの変形が液体吐出の性能に特に大きな影響を及ぼすのは、吐出口15に近い位置で対向壁13aが変形することである。従って、補強部1は、圧力室16の中心よりも吐出口15に近い位置に配置されていることが好ましい。
[圧電アクチュエータ]
以上説明した本実施形態の圧電アクチュエータ20について説明する。この圧電アクチュエータ20は、複数の圧電層と電極層とが交互に積層された構成であり、圧電層は、圧電セラミックスを材料とする1枚の厚さが30μm程度の圧電シート21により形成されている。圧電アクチュエータ20は、図6に示すように、複数枚の圧電シート21が積層され、その最上面にトップシート22が積層された構造である。電極層は、圧電シート21の上面(広幅面)に、後述するように金属膜の電極パターンとして形成されている。複数枚の圧電シート21のうち、基板10側(これを下側とする)の複数枚の圧電シート21は、各圧力室16に対応して伸縮変形可能に設けられた活性部を含む活性層を構成している。上側の複数枚の圧電シート21は、活性部の上側への伸縮変形を規制する拘束部を含む拘束層を構成してもよい。活性層では、圧電層同士の間に挟まれている各電極層として、各圧力室16に対応して設けられ選択的に電圧を印加する個別電極24と、複数の圧力室16に跨がる広幅形状であって共通電位のコモン電極25とが、積層方向において交互に形成されている。具体的には、最下層の圧電シート21から数えて偶数枚目の圧電シート21の各上面の電極層として個別電極24が、奇数枚目の圧電シート2の各上面の電極層としてコモン電極25がそれぞれ形成されている。コモン電極25を有する圧電シート21の長辺側の両端部には、圧電シート21の短辺の端縁部近傍の略全長にわたって延びる引き出し部25aがそれぞれ形成されており、コモン電極25に連結されている。コモン電極25が形成された圧電シート21には、長辺の端縁部近傍の上面であってコモン電極25が形成されていない箇所の、各個別電極24と同じ平面位置(上下方向に見て重なる位置)に、ダミー個別電極26が形成されている。ダミー個別電極26は、個別電極24とほぼ同じ幅と、個別電極24よりも短い長さを有している。個別電極24が形成されている圧電シート21の上面のうち、引き出し部25aに対応する位置(上下方向に見て重なる位置であって、圧電シートの長辺方向の両端縁部の近傍)には、ダミーコモン電極27が形成されている。個別電極24、コモン電極25、ダミー個別電極26、及びダミーコモン電極27は、圧電シート21の上面に、銀−パラジウム合金を材料とする導電性ペーストをスクリーン印刷することにより、所定の箇所にそれぞれの所定のパターンに形成されている。トップシート22の上面には表面電極30,31が印刷によって形成されており、その上に電気配線部材40が重ねられて接合されて、電気配線部材40の各種配線パターン(図示せず)が、各表面電極30,31に電気的に接続されている。
以上説明した本実施形態の圧電アクチュエータ20について説明する。この圧電アクチュエータ20は、複数の圧電層と電極層とが交互に積層された構成であり、圧電層は、圧電セラミックスを材料とする1枚の厚さが30μm程度の圧電シート21により形成されている。圧電アクチュエータ20は、図6に示すように、複数枚の圧電シート21が積層され、その最上面にトップシート22が積層された構造である。電極層は、圧電シート21の上面(広幅面)に、後述するように金属膜の電極パターンとして形成されている。複数枚の圧電シート21のうち、基板10側(これを下側とする)の複数枚の圧電シート21は、各圧力室16に対応して伸縮変形可能に設けられた活性部を含む活性層を構成している。上側の複数枚の圧電シート21は、活性部の上側への伸縮変形を規制する拘束部を含む拘束層を構成してもよい。活性層では、圧電層同士の間に挟まれている各電極層として、各圧力室16に対応して設けられ選択的に電圧を印加する個別電極24と、複数の圧力室16に跨がる広幅形状であって共通電位のコモン電極25とが、積層方向において交互に形成されている。具体的には、最下層の圧電シート21から数えて偶数枚目の圧電シート21の各上面の電極層として個別電極24が、奇数枚目の圧電シート2の各上面の電極層としてコモン電極25がそれぞれ形成されている。コモン電極25を有する圧電シート21の長辺側の両端部には、圧電シート21の短辺の端縁部近傍の略全長にわたって延びる引き出し部25aがそれぞれ形成されており、コモン電極25に連結されている。コモン電極25が形成された圧電シート21には、長辺の端縁部近傍の上面であってコモン電極25が形成されていない箇所の、各個別電極24と同じ平面位置(上下方向に見て重なる位置)に、ダミー個別電極26が形成されている。ダミー個別電極26は、個別電極24とほぼ同じ幅と、個別電極24よりも短い長さを有している。個別電極24が形成されている圧電シート21の上面のうち、引き出し部25aに対応する位置(上下方向に見て重なる位置であって、圧電シートの長辺方向の両端縁部の近傍)には、ダミーコモン電極27が形成されている。個別電極24、コモン電極25、ダミー個別電極26、及びダミーコモン電極27は、圧電シート21の上面に、銀−パラジウム合金を材料とする導電性ペーストをスクリーン印刷することにより、所定の箇所にそれぞれの所定のパターンに形成されている。トップシート22の上面には表面電極30,31が印刷によって形成されており、その上に電気配線部材40が重ねられて接合されて、電気配線部材40の各種配線パターン(図示せず)が、各表面電極30,31に電気的に接続されている。
圧電アクチュエータの最下層の圧電シート21を除き、他の全ての圧電シート21には、各表面電極30と、それに対応する平面位置(上下に見て重なる位置)の個別電極24及びダミー個別電極26とを接続するためのスルーホール32が穿設されている。同様に、少なくとも1つの表面電極31と、それに対応する平面位置のコモン電極25の引き出し部25a及びダミーコモン電極27とを接続するためのスルーホール33が穿設されている。図示されている実施形態では、最上層の圧電シート21の4隅の位置の表面電極31と、それに対応する平面位置にスルーホール33が形成されている。そして、スルーホール32の内部に導電性材料が充填されて、各層の個別電極24同士及びそれと対応する平面位置の表面電極30とが電気的に接続されている。同様に、スルーホール33の内部に導電性材料が充填されて、各層の第1のコモン電極25a、第2のコモン電極25b、及びそれと対応する平面位置の表面電極31が電気的に接続されている。実際の製造工程では、各圧電シート21を構成するセラミックスのグリーンシートにスルーホール32,33を穿設し、このグリーンシートに銀−パラジウム合金を材料とする導電性ペーストをスクリーン印刷等で塗布して各電極パターンを形成する。その際に、電極パターンを形成する導電性材料がスルーホールの内部に進入して充填される。それにより、グリーンシート21の上下面がスルーホール32,33を介して導通可能である。それらのグリーンシートを、下層の電極パターンまたはダミー電極と上層のスルーホールとが重なるように積層し、積層方向に加圧して一体化させ、公知のように焼成して圧電アクチュエータ20を形成する。
前述したように、個別電極24とコモン電極25とに挟まれている圧電層では、スルーホール32,33の内部に導電性材料が充填されている。公知のようにコモン電極25を接地し、全個別電極24に分極用の正の高電圧を印加すると、各圧電シート21の電極間に挟まれた領域が、個別電極24からコモン電極25に向かう方向に分極処理され、活性部になる。すなわち、下から2枚目の圧電シート21から最上位の圧電シート21までが活性層を構成する。そして、コモン電極25を接地した状態で、個別電極24に選択的に駆動用の正の低電圧を印加すると、活性部が圧電縦効果により伸長変形する。このように電圧を印加した個別電極24とコモン電極25とに挟まれた圧電層に、積層方向の歪みが発生する。この歪みによる変位量は、各個別電極24に対応する圧力室16の内側に向かって大きく、その圧力室16の容積が縮小して圧力室16内の液体が吐出口15から外部に液滴として吐出する。このようにして吐出した液滴を記録媒体(不図示)の所望の位置に付着させることによって、所望の記録(画像形成や印字)が行われる。
[実施例1]
本発明のより具体的な実施例を説明する。以下の説明では、各実施例の特徴部分のみについて記載し、既に説明した構成と同様の部分については説明を省略する。
本発明の実施例1では、図3〜5に示すように、上側のマニホールドプレート12aには、下方にのみ開口する凹部23aが形成され、下側のマニホールドプレート12bには、上方にのみ開口する凹部23bが形成されている。これらのマニホールドプレート12a,12bが互いに積層されることで凹部23a,23bが対向して、共通液室23が形成される。共通液室23(凹部23a,23b)の内部には、マニホールドプレート12a,12bの貫通孔18を塞がない位置であって、積層方向に見て圧力室16と重なる位置に補強部1が設けられている。補強部1は、対向壁13aの変形を抑えて、エネルギー効率良く液体吐出を良好に行うことができ、かつクロストークの発生を抑えるために寄与する構造体である。本実施例では、各々の凹部23a,23bにそれぞれ設けられており、互いに接合して補強部1を構成する凸状部分12dが、互いに同じ形状を有している。
本発明のより具体的な実施例を説明する。以下の説明では、各実施例の特徴部分のみについて記載し、既に説明した構成と同様の部分については説明を省略する。
本発明の実施例1では、図3〜5に示すように、上側のマニホールドプレート12aには、下方にのみ開口する凹部23aが形成され、下側のマニホールドプレート12bには、上方にのみ開口する凹部23bが形成されている。これらのマニホールドプレート12a,12bが互いに積層されることで凹部23a,23bが対向して、共通液室23が形成される。共通液室23(凹部23a,23b)の内部には、マニホールドプレート12a,12bの貫通孔18を塞がない位置であって、積層方向に見て圧力室16と重なる位置に補強部1が設けられている。補強部1は、対向壁13aの変形を抑えて、エネルギー効率良く液体吐出を良好に行うことができ、かつクロストークの発生を抑えるために寄与する構造体である。本実施例では、各々の凹部23a,23bにそれぞれ設けられており、互いに接合して補強部1を構成する凸状部分12dが、互いに同じ形状を有している。
[実施例2]
本発明の実施例2では、図7〜8に示すように、下側のマニホールドプレート12bに設けられた凹部23b内の凸状部分12dに、共通液室23の長手方向に沿って延びる溝12cが形成されている。この構成によると、凸状部分12dに設けられた溝12cが液体の通路になるので、共通液室23の全体に滞りなく液体を充填することができ、共通液室23内における圧力損失が小さく、液体の供給性が良い。なお、上側のマニホールドプレート12aに設けられた凹部23a内の凸状部分12dに溝12cが設けられた構成にすることもできる。また、圧力損失をさらに低減するために、凹部23a、23bの両方の凸状部分12dにそれぞれ溝12cが設けられた構成にしてもよい。すなわち、本実施例では、各々の凹部23a,23bにそれぞれ設けられている凸状部分12dのうちの一方または両方に溝12cが形成されている。
本発明の実施例2では、図7〜8に示すように、下側のマニホールドプレート12bに設けられた凹部23b内の凸状部分12dに、共通液室23の長手方向に沿って延びる溝12cが形成されている。この構成によると、凸状部分12dに設けられた溝12cが液体の通路になるので、共通液室23の全体に滞りなく液体を充填することができ、共通液室23内における圧力損失が小さく、液体の供給性が良い。なお、上側のマニホールドプレート12aに設けられた凹部23a内の凸状部分12dに溝12cが設けられた構成にすることもできる。また、圧力損失をさらに低減するために、凹部23a、23bの両方の凸状部分12dにそれぞれ溝12cが設けられた構成にしてもよい。すなわち、本実施例では、各々の凹部23a,23bにそれぞれ設けられている凸状部分12dのうちの一方または両方に溝12cが形成されている。
[実施例3]
本発明の実施例3では、図9〜10に示すように、下側のマニホールドプレート12bに設けられた凹部23b内の凸状部分12dの平面形状が、上側のマニホールドプレート12aに設けられた凹部23a内の凸状部分12dの平面形状よりも小さい。この構成によると、先端同士が当接する上側の凸状部分12dと下側の凸状部分12dとによって段差12eが形成されている。この段差12eの部分が液体の通路になり、共通液室23の全体に滞りなく液体を充填することができ、共通液室23内における圧力損失が小さく、液体の供給性が良い。また、凹部23a,23bを含むマニホールドプレート12a,12bの貼り合わせが簡単になる。なお、下側のマニホールドプレート12bの凹部23b内の凸状部分12dの平面形状が、上側のマニホールドプレート12aの凹部23a内の凸状部分12dの平面形状よりも大きいことにより段差が形成された構成にすることもできる。すなわち、本実施例では、各々の凹部23a,23bにそれぞれ設けられている凸状部分12dのうちの一方の平面形状は、他方の平面形状よりも小さく、両方の凸状部分12dによって段差12eが形成されているといえる。
本発明の実施例3では、図9〜10に示すように、下側のマニホールドプレート12bに設けられた凹部23b内の凸状部分12dの平面形状が、上側のマニホールドプレート12aに設けられた凹部23a内の凸状部分12dの平面形状よりも小さい。この構成によると、先端同士が当接する上側の凸状部分12dと下側の凸状部分12dとによって段差12eが形成されている。この段差12eの部分が液体の通路になり、共通液室23の全体に滞りなく液体を充填することができ、共通液室23内における圧力損失が小さく、液体の供給性が良い。また、凹部23a,23bを含むマニホールドプレート12a,12bの貼り合わせが簡単になる。なお、下側のマニホールドプレート12bの凹部23b内の凸状部分12dの平面形状が、上側のマニホールドプレート12aの凹部23a内の凸状部分12dの平面形状よりも大きいことにより段差が形成された構成にすることもできる。すなわち、本実施例では、各々の凹部23a,23bにそれぞれ設けられている凸状部分12dのうちの一方の平面形状は、他方の平面形状よりも小さく、両方の凸状部分12dによって段差12eが形成されているといえる。
[実施例4]
本発明の実施例4では、図11〜12に示すように、補強部1の形状は実施例1と同様であるが、上側のマニホールドプレート12aに設けられた凹部23aの一部が、マニホールドプレート12aを貫通するスリット状の開口部23cになっている。この開口部23cは、図7に示す貫通孔18が大幅に広がって、共通液室23の長手方向に沿って延びるような形状である。開口部の位置において、対向壁が共通液室の壁の一部を構成しており、この構成によると、共通液室23の容積が拡大するため、圧力損失が低減し液体の供給性が良くなる。
本発明の実施例4では、図11〜12に示すように、補強部1の形状は実施例1と同様であるが、上側のマニホールドプレート12aに設けられた凹部23aの一部が、マニホールドプレート12aを貫通するスリット状の開口部23cになっている。この開口部23cは、図7に示す貫通孔18が大幅に広がって、共通液室23の長手方向に沿って延びるような形状である。開口部の位置において、対向壁が共通液室の壁の一部を構成しており、この構成によると、共通液室23の容積が拡大するため、圧力損失が低減し液体の供給性が良くなる。
[実施例5]
本発明の実施例5では、図13〜14に示すように、スペーサプレート13と吐出口プレート11との間に、1枚のみのマニホールドプレート12が配置されている。マニホールドプレート12の上面に開口する凹部が設けられ、その凹部23dをスペーサプレート13(対向壁)で覆うことにより、共通液室23が形成されている。凹部23dには、スペーサプレート13に向かって突出する凸状の補強部1が設けられており、補強部1の先端部は対向壁13aに当接して接合されている。本実施例のマニホールドプレート12は実施例1の各マニホールドプレート12a,12bのそれぞれの厚さの概ね2倍の厚さを有しており、本実施例の共通液室23は、実施例1の共通液室23の容積と同等以上の容積を有している。この構成では、スペーサプレート13が共通液室23に直接対面し、実施例1のようにスペーサプレート13と共通液室23の間にマニホールドプレート12の一部(薄肉の部分)が介在していない。そのため、共通液室23の容積を大きくでき、圧力損失が低減し液体の供給性が良くなる。そして、マニホールドプレート12が1枚のみであるため、部品点数が少なくコストが低減できる。
本発明の実施例5では、図13〜14に示すように、スペーサプレート13と吐出口プレート11との間に、1枚のみのマニホールドプレート12が配置されている。マニホールドプレート12の上面に開口する凹部が設けられ、その凹部23dをスペーサプレート13(対向壁)で覆うことにより、共通液室23が形成されている。凹部23dには、スペーサプレート13に向かって突出する凸状の補強部1が設けられており、補強部1の先端部は対向壁13aに当接して接合されている。本実施例のマニホールドプレート12は実施例1の各マニホールドプレート12a,12bのそれぞれの厚さの概ね2倍の厚さを有しており、本実施例の共通液室23は、実施例1の共通液室23の容積と同等以上の容積を有している。この構成では、スペーサプレート13が共通液室23に直接対面し、実施例1のようにスペーサプレート13と共通液室23の間にマニホールドプレート12の一部(薄肉の部分)が介在していない。そのため、共通液室23の容積を大きくでき、圧力損失が低減し液体の供給性が良くなる。そして、マニホールドプレート12が1枚のみであるため、部品点数が少なくコストが低減できる。
1 補強部
12d 凸状部分
13a 対向壁
15 吐出口
16 圧力室
20 圧電アクチュエータ
23 共通液室
12d 凸状部分
13a 対向壁
15 吐出口
16 圧力室
20 圧電アクチュエータ
23 共通液室
Claims (10)
- 複数の吐出口と、各々の前記吐出口にそれぞれ連通する複数の圧力室と、前記圧力室の壁の一部を構成している圧電アクチュエータと、前記圧力室に供給する液体を収容する共通液室と、を含み、
前記圧力室の前記圧電アクチュエータが構成する壁に対向する対向壁を挟んで、前記圧力室と前記共通液室とが対向して位置しており、
前記共通液室の内部には、前記対向壁を支持する補強部が設けられている、液体吐出ヘッド。 - 前記圧力室は、長手方向が前記共通液室の長手方向と交差するように設けられており、
前記補強部は、前記圧力室の前記長手方向において前記圧力室の長さの半分の長さを有し、かつ、前記圧力室の短手方向において前記圧力室と同じ長さを有している、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記補強部は、前記圧力室の中心よりも前記吐出口に近い位置に配置されている、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記共通液室は、互いに積層される2枚のプレートにそれぞれ形成されている凹部同士が対向することによって形成されており、各々の前記凹部にそれぞれ凸状部分が設けられており、前記凸状部分の先端部同士が当接することによって前記補強部が構成されている、請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 各々の前記凹部にそれぞれ設けられている前記凸状部分は、互いに同じ形状を有している、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
- 各々の前記凹部にそれぞれ設けられている前記凸状部分のうちの一方または両方に溝が形成されている、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
- 各々の前記凹部にそれぞれ設けられている前記凸状部分のうちの一方の平面形状は、他方の平面形状よりも小さく、両方の前記凸状部分によって段差が形成されている、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記互いに積層される2枚のプレートのうちの前記圧力室に近いプレートには、前記凹部の一部を構成する開口部が設けられており、前記開口部の位置において、前記対向壁が前記共通液室の壁の一部を構成している、請求項4から7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記凹部の一部を構成する前記開口部は、前記共通液室の長手方向に沿って延びるスリット状である、請求項8に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記共通液室は、1枚のプレートに形成されている凹部が前記対向壁に覆われることによって形成されており、前記凹部に前記補強部が設けられており、前記補強部の先端部が前記対向壁に当接している、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
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