JP4661363B2 - 液滴噴射装置及び液体移送装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから液体を噴射する液滴噴射装置、及び、液体を移送する液体移送装置に関する。

インクジェットヘッドには、アクチュエータにより振動板を変形させてノズルに連通する圧力室に圧力を付与して、ノズルからインクを噴射させるものがある。このようなインクジェットヘッドにおいては、アクチュエータによりある圧力室に圧力を付与したときにこの圧力室内で発生した圧力波が、この圧力室に連通するマニホールドを介して他の圧力室まで伝播してしまい、液滴体積や液滴速度がばらついて印字品質が低下してしまう虞がある。このような圧力波の伝播を抑制するためには、マニホールド内の圧力波を速やかに減衰させることが好ましいが、そのためにマニホールドの容積を大きくすると装置全体が大型化してしまい、マニホールドに専用のダンパーを設けると部品点数が増加してしまう。

そこで、専用のダンパーを設けることなくマニホールド内の圧力変動の減衰を促進することが可能なインクジェットヘッドが提案されている。例えば、特許文献１のインクジェットヘッドでは、振動板が圧力室に対向する領域からマニホールドに対向する領域まで均一な厚さで延びており、振動板のマニホールドと反対側には、マニホールドに対向する領域にダンパ室が形成されている。これによると、ダンパ室に対向する領域において振動板が変形可能になっている。そのため、この振動板の変形によりマニホールド内において圧力波を減衰させることにより、圧力波がマニホールドを介して他の圧力室に伝播するのをある程度防止することができる。

特開平９−１４１８５６（図１）

しかしながら、特許文献１のインクジェットヘッドでは振動板に厚みがあるため、振動板が十分に変形せず、マニホールド内において圧力波を確実に減衰させることができない虞がある。振動板を十分に変形させるために振動板全体を薄くして振動板の剛性を低下させることも考えられるが、そうすると振動板の強度などに問題が生じてしまう。

本発明の目的は、部品点数を増やすことなく、マニホールド内で圧力波を確実に減衰させることができる液滴噴射装置及び液体移送装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の液滴噴射装置は、平面に沿って配置され且つ複数のノズルに夫々連通する複数の圧力室とこれら複数の圧力室に連通する共通液室とを含む流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させて前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、平面に直交する方向から見て、複数の圧力室と共通液室の少なくとも一部が重ならない状態で隣接して配置されており、圧電アクチュエータは、複数の圧力室を覆うように流路ユニットの一表面に配置された振動板と、この振動板の圧力室と反対側の面の、少なくとも複数の圧力室と対向する領域に配置された圧電層と、この圧電層の一方の面の複数の圧力室と対向する領域に夫々配置された複数の個別電極、及び、圧電層の他方の面に配置された共通電極とを備えている。共通液室と各圧力室との間には、この共通液室と各圧力室とを区画する隔壁部が形成されている。振動板は、複数の圧力室と対向する領域から、共通液室と対向する領域まで延びており、振動板には、共通液室側の面に、前記共通液室の全域と対向しているとともに、前記共通液室と対向する部分から前記隔壁部を跨いで各圧力室と対向する領域まで連続的に延びた凹部が形成されており、凹部が形成されることで、隔壁部と振動板との間にできた隙間が、共通液室と各圧力室との間において流路面積が部分的に狭くなる絞り流路となっている。

これによると、圧力室と共通液室とが隣接し、振動板が圧力室に対向する領域から共通液室に対向する領域まで延びており、さらに、振動板の共通液室に対向する部分に凹部が形成され、この領域において振動板の厚みが薄くなっているため、この部分において振動板が変形しやすくなっている。したがって、振動板において凹部が形成された部分がダンパーとして機能し、振動板の変形により共通液室内の圧力波を確実に減衰させることができる。また、振動板に凹部を形成するだけで容易にダンパーを形成することができるため、共通液室内にダンパーを形成するために専用のダンパー部材などを設ける必要がなく、部品点数を減らすことができ、装置全体の小型化、製造コストの低減が可能となる。
また、振動板の共通液室と反対側の面が平面になるため、この面に電極及び配線パターンを形成することが容易になる。また、圧電層を振動板の共通液室と反対側の面に形成する場合には、圧電層を平坦に形成することも容易になる。
また、絞り流路の流路面積は、圧力室内における圧力波の伝播、ひいては、ノズルからの液滴の噴射量に大きな影響を及ぼすため、絞り流路は精度よく形成される必要がある。ここで、本発明では、この絞り流路は、圧力室と対向する領域まで延びた凹部の一部と流路ユニットの一表面との間に形成されることから、振動板に凹部を形成することにより、ダンパーと絞り流路とが同時形成されることになる。したがって、振動板に精度よく凹部を形成することにより、ダンパーと絞り流路の両方を同時に精度よく形成することができる。これにより、絞り流路を、凹部とは別に形成する場合に比べて製造工程を簡略化でき、歩留まりも向上する。

このとき、凹部は、共通液室側ほど広がるテーパー状の断面形状を有していてもよい。これによると、凹部の隅部のなす角が９０°よりも大きくなるため、凹部の隅部において気泡が滞留するのを防止することができる。これにより、気泡が滞留することにより液滴の噴射特性が変化してしまうのが防止される。

このとき、共通液室と各圧力室との間には、この共通液室と各圧力室とを区画する隔壁部が形成され、この隔壁部と振動板に形成された凹部との間に、絞り流路が形成されており、隔壁部の圧力室側の面が、振動板から離れるほど圧力室側へ傾斜するように形成されていてもよい。これによると、圧力室の底面と隔壁部の圧力室側の面とのなす角が９０°よりも大きくなるため、圧力室の底面と隔壁部の圧力室側の面との間の隅部に気泡が滞留するのを防止することができる。これにより、気泡が滞留することにより液滴の噴射特性が変化してしまうのが防止される。

また、本発明の液滴噴射装置においては、凹部は、共通液室と対向する領域から複数の圧力室と対向する領域までそれぞれ延び、流路ユニットの一表面との間で絞り流路を形成する複数の連通凹部を含み、これら複数の連通凹部の間の領域において、振動板が流路ユニットの一表面に接合されていてもよい。これによると、複数の連通凹部の間の領域において、振動板が流路ユニットに接合されているため、連通凹部内の絞り流路の流路面積の変動が抑制される。

このとき、振動板には、各圧力室に対応して２つの連通凹部が設けられ、圧力室は、これら２つの連通凹部と個別に連通する２つの液体流入領域を備え、これら２つの液体流入領域の間には、隔壁部が存在してもよい。２つの液体流入領域の間に隔壁部が存在しない場合、２つの液体流入領域の間の領域は液体の流れがよどみやすく、この部分に気泡が滞留してしまう虞があるが、これによると、２つの液体流入領域の間に隔壁部が存在しているので、２つの液体流入領域の間に気泡が滞留するのを防止することができる。したがって、気泡が滞留することにより液滴の噴射特性が変化してしまうのが防止される。

また、本発明に液滴噴射装置においては、圧電層が、振動板の共通液室と対向する部分には形成されていなくてもよい。これによると、圧電層が振動板の共通液室に対向する部分に形成されている場合よりも振動板が変形しやすいので、振動板の変形による圧力波の減衰効果が高まる。

また、本発明の液滴噴射装置においては、圧電層は、振動板の、複数の圧力室と対向する部分から共通液室と対向する部分まで連続的に形成され、圧電層の、共通液室に対向する部分に、溝又は貫通部が形成されていてもよい。圧電層が、振動板の圧力室と対向する部分から共通液室に対向する部分まで形成されている構成では、圧電層を振動板の共通液室に対向する部分に形成せずに振動板の圧力室に対向する部分に形成する構成よりも圧電層の形成は容易であるが、圧電層が共通液室に対向する部分に形成されているため振動板の変形がある程度阻害され、共通液室内での圧力波の減衰効果が低下してしまう。しかし、本発明では、圧電層の共通液室に対向する部分に、溝又は貫通部が形成されているため、共通液室に対向する部分において圧電層の剛性が低下し、振動板の変形が圧電層により阻害されにくくなる。したがって、振動板の共通液室と対向する部分に圧電層が形成された構成であっても、振動板の変形により十分圧力波の減衰させることができる。

本発明の液体移送装置は、複数の圧力室とこれら複数の圧力室に連通する共通液室とを含む流路ユニットと、複数の圧力室の容積を選択的に変化させて圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えており、平面に直交する方向から見て、複数の圧力室と共通液室の少なくとも一部が重ならない状態で隣接して配置されている。圧電アクチュエータは、複数の圧力室を覆うように流路ユニットの一表面に配置された振動板と、この振動板の圧力室と反対側の面の、少なくとも複数の圧力室と対向する領域に配置された圧電層と、この圧電層の一方の面の複数の圧力室と対向する領域に夫々配置された複数の個別電極、及び、圧電層の他方の面に配置された共通電極とを備えている。共通液室と各圧力室との間には、この共通液室と各圧力室とを区画する隔壁部が形成されている。振動板は、複数の圧力室と対向する領域から、共通液室と対向する領域まで延びており、振動板には、共通液室側の面に、前記共通液室の全域と対向しているとともに、前記共通液室と対向する部分から前記隔壁部を跨いで各圧力室と対向する領域まで連続的に延びた凹部が形成されることで、隔壁部と振動板との間にできた隙間が、共通液室と各圧力室との間において流路面積が部分的に狭くなる絞り流路となっている。これによると、圧力室と共通液室とが隣接し、振動板が圧力室に対向する領域から共通液室に対向する領域まで延びており、さらに、振動板の共通液室に対向する部分に凹部が形成され、この領域において振動板の厚みが薄くなっているため、振動板の変形により、共通液室内で圧力波を確実に減衰させることができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、本発明をノズルからインクを噴射する液滴噴射装置及び液体移送装置としてのインクジェットヘッドに適用した一例である。

まず、インクジェットヘッド３を備えたインクジェットプリンタ１について図１を用いて簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は図１の左右方向（走査方向）に移動可能なキャリッジ２と、このキャリッジ２に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド３と、記録用紙Ｐを図１の前方（紙送り方向）へ搬送する搬送ローラ４等を備えている。インクジェットヘッド３はキャリッジ２と一体的に走査方向へ移動して、ノズル１５（図２〜図５参照）から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド３により記録された記録用紙Ｐは搬送ローラ４により紙送り方向へ排出される。

次に、インクジェットヘッド３について、図２〜図５を用いて説明する。図２は、図１のインクジェットヘッド３の平面図、図３は図２の部分拡大図、図４は図３のIV−IV線断面図、図５は図３のV−V線断面図である。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド３は、１０個の圧力室１０及びこれら１０個の圧力室１０に連通する２つのマニホールド１４（共通液室）を有し、１０個の個別インク流路が形成された流路ユニット３１と、流路ユニット３１の上面に配置された圧電アクチュエータ３２とを備えている。

まず流路ユニット３１について説明する。図４、図５に示すように流路ユニット３１は、キャビティプレート２０、マニホールドプレート２１及びノズルプレート２２を備えており、これらの３枚のプレートが積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート２０及びマニホールドプレート２１は略矩形のステンレス鋼製の板である。また、ノズルプレート２２は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート２１の下面に接着される。尚、ノズルプレート２２も他の２枚のプレート２０、２１と同じ金属材料により形成されていてもよい。

キャビティプレート２０には、図２〜図５に示すように、平面に沿って２列に５個ずつ配列された１０個の圧力室１０が形成されている。各圧力室１０は平面視で略長円形上に形成されており、その長軸方向が走査方向となるように配置されている。また、キャビティプレート２０には、圧力室１０よりも図２の左右方向外側の領域において、各列の５個の圧力室１０に夫々に隣接し、これら５個の圧力室１０にわたって紙送り方向（図２の上下方向）に延びて５つの圧力室１０に連通する２つのマニホールド１４の上部、及び、走査方向（図２の左右方向）に延びて２つのマニホールド１４の図２の下端部に連通し、２つのマニホールド１４にインクを供給するインク供給流路１８の上部を形成する貫通穴１１が形成されている。ここで、圧力室１０と貫通穴１１とは、圧力室１０の貫通穴１１と隣接している側の端部が延びた貫通状の孔である連通部１０ａを介して互いに連通しており、連通部１０ａの幅（図２の上下方向の長さ）は、圧力室１０の幅よりも狭くなっている。

マニホールドプレート２１には、図２〜図５に示すように、平面視で圧力室１０の長手方向の、マニホールド１４に隣接しているのと反対側の端部に重なる位置に、圧力室１０に連通する円形の連通孔１２が形成されている。さらに、マニホールドプレート２１の貫通穴１１に重なる領域には、２つのマニホールド１４の下部及びインク供給流路１８の下部を形成する貫通穴１３が形成されている。また、ノズルプレート２２には、連通孔１２に連通するノズル１５が夫々形成されている。

そして、貫通穴１１、１３がノズルプレート２２及び後述の振動板４０により上下から塞がれて、その内部に２つのマニホールド１４及び２つのマニホールド１４に連通するインク供給流路１８が形成されている。このとき、キャビティプレート２１において圧力室１０と貫通穴１１とが平面視で重ならない状態で隣接して配置されており、貫通穴１１と貫通穴１３とが互いに重なる位置に配置されている。つまり、マニホールド１４と圧力室１０とが平面視で重ならない状態で隣接して配置されている。したがって、マニホールド１４と圧力室１０の一部が重なって配置されている場合のように、両者が重なっている領域において両者を区画するための部材を設ける必要がなく、部品点数を減らすことができる。また、インク供給流路１８には、インク供給口１７を介して図示しないインクタンクからインクが供給される。

そして、図４に示すように、マニホールド１４は連通部１０ａを介して圧力室１０に連通し、さらに、圧力室１０は、連通孔１２を介してノズル１５に連通している。このように、流路ユニット３１内には、マニホールド１４から圧力室１０を経て、さらに圧力室１０からノズル１５に至る個別インク流路が１０個形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図４、図５に示すように、圧電アクチュエータ３２は、流路ユニット３１の上面に１０個の圧力室１０に対向する領域から１０個の圧力室１０に隣接する２つのマニホールド１４及びインク供給流路１８に対向する領域まで連続的に配置された、導電性を有する振動板４０と、この振動板４０の圧力室１０と反対側の面にマニホールド１４及びインク供給流路１８に重なる部分には形成されず、且つ、１０個の圧力室１０に跨って連続的に形成された圧電層４１と、この圧電層４１の上面に１０個の圧力室１０に夫々対応して形成された１０個の個別電極１６とを備えている。

振動板４０は、ステンレス鋼等の鉄系合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属材料からなる厚みが約２０〜３０μｍ程度の板状体であり、図４、図５に示すように、１０個の圧力室１０及び２つのマニホールド１４を覆うように連続的に配置され、キャビティプレート２０に接合されている。振動板４０は、１０個の個別電極１６に対向して個別電極１６と振動板４０との間の圧電層４１に電界を作用させる共通電極を兼ねており、常にグランド電位に保持されている。

また、図３、図４に示すように、振動板４０の下面（マニホールド１４側の面）のマニホールド１４に対向する部分には、凹部４０ａが形成されており、凹部４０ａが形成された領域において振動板４０の厚みは部分的に薄くなっている（例えば、１０μｍ程度）。凹部４０ａは、その表面が平面状になっており、マニホールド１４側（下側）ほど（マニホールド１４に近づくほど）広がるテーパー状の断面形状を有する。そのため、凹部４０の隅部の角度が９０度より大きくなっており、凹部４０の隅部に気泡が滞留するのを防止することができる。これにより、気泡が滞留することによりインクの噴射特性が変化してしまうのが防止される。ここで、凹部４０ａは、例えば、エッチング速度等の加工条件を調整することにより、その隅部の角度が所望の角度となるように形成することができる。尚、凹部４０ａは振動板４０の下面に形成されていることから、振動板４０の上面は凹凸のない平面となっている。

振動板４０の表面には、図４、図５に示すように、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層４１が形成されている。圧電層４１は、１０個の圧力室１０に跨って連続的に形成されているが、振動板４０のマニホールド１４及びインク供給流路１８に対向する領域には形成されていない。ここで、圧電層４１は、例えば、超微粒子の圧電材料を振動板４０の表面に高速で衝突させて堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成される。この他、圧電層４１は、ゾルゲル法、スパッタ法、水熱合成法、あるいは、ＣＶＤ（化学蒸着）法を用いて形成することもでき、さらには、ＰＺＴのグリーンシートを焼成することによって得られた圧電シートを振動板４０の表面に貼り付けることにより形成することもできる。

圧電層４１の上面には、図２〜図５に示すように、平面形状が圧力室１０よりも一回り小さい長円形状である１０個の個別電極１６が形成されている。これら１０個の個別電極１６は、平面視で対応する圧力室１０の中央部に重なるように夫々形成されている。個別電極１６は金、銅、銀、パラジウム、白金、チタンなどの導電性材料からなる。さらに、圧電層４１の上面には、１０個の個別電極１６の圧力室１０の長手方向の、マニホールド１４に隣接しているのと反対側の端部から、夫々、平面視で圧力室１０に対向しない圧電層４１の中央部分まで延びた、１０個の接点部１６ａが形成されている。個別電極１６及び接点部１６ａは、例えば、スクリーン印刷、スパッタ法、蒸着法等で形成することができる。また、接点部１６ａは、図示しないフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）を介して図示しないドライバＩＣに接続されている。ここで、複数の接点部１６ａは、圧電層４１の圧力室１０やマニホールド１４に対向していない部分に集中して配置されているので、接点部１６ａとＦＰＣとを接合する際にＦＰＣを接点部１６ａに強く押し付けることができ、接合を確実に行うことができる。

次に、圧電アクチュエータ３２の動作について説明する。ドライバＩＣからＦＰＣを介して個別電極１６に選択的に駆動電圧が供給されると、駆動電圧が供給された個別電極１６と、共通電極を兼ねており、グランド電位に保持された振動板４０との間に挟まれている部分の圧電層４１に上下方向の電界が生じる。すると、圧電層４１のうち、駆動電圧が印加された個別電極１６の真下の部分が分極方向である厚み方向と垂直な水平方向に収縮する。そして、この収縮に伴い、圧力室１０に対向する領域の圧電層４１及び振動板４０が圧力室１０側に凸になるように変形する。このことにより、圧力室１０の体積が減少し、インクの圧力が上昇するので、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが噴射される。

このように圧力室１０内の圧力を変化させると、圧力室１０内では圧力波が発生する。このとき、連通部１０ａは圧力室１０の幅よりも狭くなっているため、連通部１０ａにより圧力波がマニホールド１４に伝播するのが抑制されるが、それでも、ある程度、圧力波はマニホールド１４に伝播してしまう。

ここで、図２〜図４に示すように、圧力室１０とマニホールド１４とは隣接して配置され、振動板４０が圧力室１０に対向する領域からマニホールド１４に対向する領域まで延びている。さらに、振動板４０はマニホールド１４に対向する領域に凹部４０ａが形成されて厚みが薄くなっているため、この部分において変形しやすくなっている。このため、振動板４０の凹部４０ａが形成された部分がダンパーとして機能し、圧力室１０からマニホールド１４内に伝播した圧力波を振動板４０の変形により確実に減衰させることができる。したがって、マニホールド１４に伝播した圧力波がさらに別の圧力室１０に伝播するのが防止される。

また、振動板４０に凹部４０ａを形成するだけでダンパーを容易に形成することができるので、ダンパーを設けるのに専用のダンパー部材などを必要とせず部品点数が増加しないため、インクジェットヘッド３の製造コストの低減及び小型化が可能となる。

さらに、圧電層４１がマニホールド１４に対向する部分に形成されていないため、この部分において、圧電層４１により振動板４０の変形が阻害されにくくなり、マニホールド１４内において圧力波をより確実に減衰させることができる。

次に、第１の実施の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、第１の実施の形態と同様の構成を有するものには同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

図６に示すように、振動板８５の上面に凹部８５ａが形成されていてもよい（変更形態１）。この場合でも、振動板８５は凹部８５ａが形成された領域においてその厚みが低下しており、この部分において変形しやすくなっている。したがって、振動板８５の変形によりマニホールド１４内において圧力波を減衰させることができる。

振動板４０とは別に共通電極が設けられていてもよい。例えば、図７に示すように、振動板４０の上面に絶縁材料からなる絶縁材料層８７が形成され、絶縁材料層８７の上面に共通電極８８が形成されていてもよい（変更形態２）。このとき、振動板４０の凹部４０ａが下側に形成されており振動板４０の上面には凹凸がない平面であるため、振動板４０の上面に絶縁材料層８７及び共通電極８８を容易に形成することができる。

図８に示すように、振動板４９の２つのマニホールド１４に対向する領域に夫々、振動板４９の下面に形成され、紙送り方向（図８の紙面垂直方向）に延びた複数の凹部４９ａと、振動板４９の上面に形成され、紙送り方向に延びた複数の凹部４９ｂとが圧力室１０の長手方向に並んで交互に配置されていてもよい（変更形態３）。この場合、凹部４９ａ、４９ｂを形成することによりこの部分における振動板４９の剛性を効果的に低下させ、振動板４９を変形しやすくすることができる。

図９に示すように、圧電層８６が圧力室１０に対向する部分からマニホールド１４に対向する部分を含む振動板４０の上面の全域に亘って形成されていてもよい（変更形態４）。この場合、圧電層８６を振動板４０の上面の全域に形成し、さらに、振動板４０の上面は凹凸がない平面であるので、マニホールド１４に対向する部分に圧電層４１を形成しない場合よりも、ＡＤ法等前述の方法により圧電層４１の形成を容易に行うことができる。このとき、圧電層８６は平面視でマニホールド１４に重なる部分にも形成され、振動板４０の変形がある程度阻害されることになるが、振動板４０は凹部４０ａが形成された部分においてその厚みが低下して変形しやすくなっているため、この場合でも、ある程度は振動板４０の変形によりマニホールド１４内において圧力波を減衰させることができる。

さらに、図１０に示すように、圧電層８９の上面のマニホールド１４に重なる領域に、紙送り方向（図１０の紙面垂直方向）に延びた複数の溝８９ａが形成されていてもよい（変更形態５）。圧電層８９がマニホールド１４に対向する領域に形成されていると、圧電層８９により振動板４０の振動がある程度阻害されてしまう。しかし、この場合、圧電層８９のマニホールド１４に対向する部分に溝８９ａが形成されているため振動板８９のマニホールド１４に対向する部分の剛性が低下するため、圧電層８９により振動板４０の変形が阻害されにくくなる。尚、溝８９ａの代わりに、圧電層８９のマニホールド１４に重なる領域に圧電層８９を貫通する複数の貫通孔が形成されていてもよい。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について図１１、図１２を用いて説明する。但し、第１の実施の形態と同様の構成を有するものには同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

図１１は、第２の実施の形態に係るインクジェットヘッド５の図３相当の平面図であり、図１２は図１１のXII−XII線断面図である。図１１、図１２に示すように、インクジェットヘッド５は、第１の実施の形態のインクジェットヘッド３（図２参照）と同様、１０個の圧力室５０及びこれら１０個の圧力室５０に連通する２つのマニホールド５４を有し、１０個の個別インク流路が形成された流路ユニット８１と、この流路ユニット８１の上面に配置された圧電アクチュエータ８２とを備えている。

図１１、図１２に示すように、流路ユニット８１は、キャビティプレート６０、マニホールドプレート２１及びノズルプレート２２を備えており、これら３枚のプレート６０、２１、２２が積層状態で接合されている。これら３枚のプレート６０、２１、２２のうち、マニホールドプレート２１、及び、ノズルプレート２２の２枚のプレートは第１実施形態と同様のものであり、その説明を省略する。

キャビティプレート６０には、第１の実施の形態のキャビティプレート２０と同様（図２参照）、平面に沿って２列に５個ずつ配列された１０個の圧力室５０が形成されている。各圧力室５０は、平面視で、略長円形の形状に形成されている。また、キャビティプレート６０の、平面視でマニホールドプレート２１の貫通穴１３と重なる位置に、各列の５個の圧力室５０にわたって紙送り方向に延びた２つのマニホールド５４の上部、及び、走査方向に延び、２つのマニホールド５４に連通する第１の実施の形態と同様のインク供給流路１８（図２参照）の上部を形成する貫通穴５１が形成されている。圧力室５０と貫通穴５１とは隣接して配置され、両者の間に形成された隔壁部６１により互いに区画されている。隔壁部６１は、図１２に示すように、圧力室５０に面する側の側面がマニホールドプレート２１に近づくにつれて（振動板から離れるほど）圧力室５０側に傾斜して形成されている。つまり、この側面は、圧力室５０の底面（マニホールドプレート２１の上面）に対して９０度を超える角度をなす傾斜面となっている。

そして、貫通穴１３、５１がノズルプレート２２及び後述の振動板７０により上下から塞がれて、その内部にマニホールド５４及びインク供給流路１８（図２参照）が形成されている。ここで、圧力室５０と貫通穴５１とが隔壁部６１で区画されているため、圧力室５０とマニホールド５４とが隔壁部６１により互いに区画されていることになる。

また、図１１、図１２に示すように、圧力室５０の長手方向の、マニホールド５４と隣接している側の端部と後述の振動板７０の凹部との間にはインク流入口７３が形成され、さらに、隔壁部６１と振動板７０の凹部７０ａとの間には圧力室５０とマニホールド５４との間において流路面積が部分的に狭くなった絞り流路７２が形成されている。そして、図１２に示すように、マニホールド５４が、絞り流路７２、インク流入口７３を介して圧力室５０に連通しており、さらに、圧力室５０が連通孔１２を介してノズル１５に連通している。これにより、マニホールド５４から圧力室５０を経てノズル１５まで連通する個別インク流路が形成される。

振動板７０は、第１の実施の形態の場合の振動板４０（図２〜図５参照）と同様、ステンレス鋼等の鉄系合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属材料からなり、その厚みは約２０〜３０μｍである。振動板７０の下面には、図１１、図１２に示すように、マニホールド５４に対向する領域から、圧力室５０の長手方向の、マニホールド５４と隣接している側の端部に対向する領域まで延びた凹部７０ａが形成されており、凹部７０ａが形成された部分において、振動板７０の厚みは薄くなっている（例えば、１０μｍ程度）。凹部７０ａは、第１の実施の形態の凹部４０ａ（図２〜図４参照）と同様、その表面が平面状になっており、マニホールド５４側ほど広くなったテーパー状の断面形状となっている。

これにより、図１１、図１２に示すように、振動板７０の凹部７０ａが形成された部分と、圧力室５０の長手方向の、マニホールド５４と隣接している側の端部との間にインク流入口７３が形成され、さらに、隔壁部６１の上面との間には絞り流路７２が形成されている。ここで、絞り流路７２の流路高さは凹部７０ａの深さに等しくなっている。そのため、この絞り流路７２の流路断面積は、圧力室５０とマニホールド５４との間においてインク流入口７３や連通孔１２に比べて十分狭くなっており、この絞り流路７２により、圧力室５０で発生した圧力波がマニホールド５４へ伝播しにくくなるようになっている。

ところで、この絞り流路７２の流路面積は、圧力室５０内における圧力波の伝播に影響し、ひいては、ノズル１５から噴射されるインク滴の速度や体積等、インク噴射特性に大きく影響を及ぼすことから、絞り流路７２はかなり精度よく形成されている必要がある。第２の実施の形態においては、振動板７０の下面に形成された凹部７０ａの一部とキャビティプレート６０の上面との間に絞り流路７２が形成されることから、振動板７０に凹部７０ａを精度よく形成すると、絞り流路７２も同時に精度よく形成されることになる。したがって、絞り流路７２を凹部７０ａとは別に形成する場合に比べてインクジェットヘッド５の製造工程を簡略化でき、歩留まりも向上する。

また、隔壁部６１の圧力室５０側の側面が、圧力室５０の底面に対して９０度を超える角度をなす傾斜面となっている。そのため、この側面が底面に対して直交する場合と比較して、絞り流路７２から圧力室５０内に流入するインクによどみが発生しにくく、インクがスムーズに圧力室５０内に導入される。したがって、圧力室５０の底面と隔壁部６１の側面とにより形成される隅部に気泡が滞留するのを防止することができ、気泡が滞留することによりインクの噴射特性が変化してしまうのが防止される。

さらに、本実施の形態においても、圧力室５０とマニホールド５４とが隣接して配置されており、振動板７０が圧力室５０に対向する領域からマニホールド５４に対向する領域まで延びて形成されており、振動板７０のマニホールド５４に対向する領域に凹部７０ａが形成されているので、第１の実施の形態の場合と同様、振動板７０の変形によりマニホールド５４において圧力波を確実に減衰させることができる。

次に、第２の実施の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、第２の実施の形態と同様の構成を有するものには同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

図１３に示すように、振動板９０において、凹部９０ａは２つのマニホールド５４に対向する領域から各マニホールド５４に夫々隣接する５個の圧力室５０と対向する領域まで夫々延びた１０個の連通凹部９０ｂを含んでいてもよい（変更形態６）。この場合、１０個の連通凹部９０ｂとキャビティプレート６０との間に夫々絞り流路９１が形成されており、隣接する連通凹部９０ｂの間の領域において、振動板９０が流路ユニット３１の一表面、つまり、キャビティプレート６０の上面に接合されている。これによると、隣接する連通凹部９０ｂの間の領域において、振動板９０がキャビティプレート６０の上面に接合されているため、振動板９０が変形したときに、連通凹部９０ｂとキャビティプレート６０との間の絞り流路９１の流路面積が変動するのを抑制することができ、インクの噴射特性が変化するのを防止することができる。

図１４に示すように、振動板９５に、各圧力室９３に対応して２つの連通凹部９４が形成され、圧力室９３の２つの連通凹部９４に対向する２つのインク流入領域９３ａの間に隔壁部９６が存在していてもよい（変更形態７）。この場合、振動板９５には、２つのマニホールド５４に対向する領域から各マニホールド５４に夫々隣接する５つの圧力室９３の短手方向の両端部に対向する領域まで走査方向（図１５の左右方向）に夫々延びた２つの連通凹部９４が設けられている。さらに、各圧力室９３の長手方向の、マニホールド５４と隣接している側の端部において２つの連通凹部９４と重なる２つの領域が、各連通凹部９４から個別にインクが流入する２つのインク流入領域９３ａとなっている。そして、２つのインク流入領域９３ａは、隔壁部９６により区画されている。また、隔壁部９６の側面は、圧力室９３の短手方向内側ほど圧力室９３の長手方向内側に突出している。

２つのインク流入領域９３ａの間に隔壁部９６が存在しない場合、２つのインク流入領域９３ａの間にはインクがよどみやすく、この領域に気泡が滞留してしまう虞がある。しかし、この場合、２つのインク流入領域９３ａの間には隔壁部９６が存在するため、２つのインク流入領域の間に気泡が滞留するのを防止することができる。尚、この場合、隔壁部９６の圧力室９３側の側面が圧力室９３の短手方向内側ほど圧力室９３の長手方向内側に突出しているため、マニホールド５４から２つの連通凹部９４を介してインク流入領域９３ａに流れ込んだインクは、図１４に示すように圧力室９３内の壁面及び隔壁部９６の圧力室９３側の側面に沿って流れる。

個別電極の形状は、第１、第２の個別電極１６（図３、図１１参照）のものに限られず、例えば、図１５に示すように、個別電極１７がその中央部分に圧力室５０よりも一回り小さい長円形状の穴１７ａが形成された、環状のものであってもよい（変更形態８）。この場合は、ドライバＩＣによりＦＰＣを介して個別電極１７に駆動電圧を印加すると、圧電層７１の個別電極１７に対向する領域が圧力室５０の短手方向に収縮することにより、振動板７０は圧力室５０と反対側に凸になるように変形し、これにより圧力室５０の体積が増加しインクの圧力が低下するため、マニホールド５４から圧力室５０にインクが流れ込む。そして、個別電極１７に印加した駆動電圧を解除すると、振動板７０の変形が元に戻り、これにより圧力室５０の体積が元に戻りインクの圧力が上昇するため、ノズル１５からインクが噴射される。

第１、第２の実施の形態においては、平面視でマニホールドと圧力室とが完全に重ならないように配置されていたが、マニホールドと圧力室の一部が重なっていてもよい。例えば、図１６に示すように、マニホールドプレート２８の貫通穴１９が貫通穴５１に対向する領域からさらに圧力室１０に重なる領域にまで延びており、キャビティプレート６０とマニホールドプレート２８との間に、連通孔１２に対向する領域に形成された連通孔２５及び貫通穴１１に対向する領域に形成された貫通孔２６を有するベースプレート２３が配置されていてもよい（変更形態９）。この場合、ベースプレート２３により、マニホールド２４と圧力室５０とが重なる領域において、両者が区画されている。

第１、第２の実施の形態においては、振動板のマニホールドに対向する領域にのみ凹部が形成されていたが、振動板のマニホールドに対向する部分に加え、インク供給流路に対向する部分にも凹部が形成されていてもよい（変更形態１０）。この場合、振動板はさらに変形しやすくなり、圧力波をより効果的に減衰させることができる。

このほか、第２の実施の形態においても第１の実施の形態の変更形態２（図７参照）で説明したように共通電極を振動板７０と別に設けたり、変更形態４（図９参照）で説明したように圧電層７１を振動板７０の上面全域に設けたり、変更形態５（図１０参照）で説明したように圧電層７１を振動板７０の上面全域に設け、さらに、圧電層７１のマニホールド５４に対向する領域に紙送り方向に延びた複数の溝を形成したりする変更が可能である。

また、本発明は、インクジェットヘッドのほか試薬、生体溶液、配線材料溶液、電子材料溶液、冷媒用、燃料用などインク以外の液体を噴射する液滴噴射装置、及び、これらの液体を移送する液体移送装置に適用することも可能である。

第１の実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 図１のインクジェットヘッドの平面図である。 図２の拡大図である。 図３のIV−IV線断面図である。 図３のV−V線断面図である。 変更形態１の図４相当の断面図である。 変更形態２の図４相当の断面図である。 変更形態３の図４相当の断面図である。 変更形態４の図４相当の断面図である。 変更形態５の図４相当の断面図である。 第２の実施の形態の図３相当の平面図である。 図１１のXII−XII線断面図である。 変更形態６の図１１相当の平面図である。 変更形態７の図１１相当の平面図である。 変更形態８の図１１相当の平面図である。 変更形態９の図４相当の断面図である。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ
３ インクジェットヘッド
１０ 圧力室
１４ マニホールド
１５ ノズル
１６ 個別電極
１７ 個別電極
２４ マニホールド
３１ 流路ユニット
３２ 圧電アクチュエータ
４０ 振動板
４０ａ 凹部
４１ 圧電層
５０ 圧力室
６１ 隔壁部
７０ 振動板
７０ａ 凹部
７２ 絞り流路
８１ 流路ユニット
８２ 圧電アクチュエータ
９０ｂ 連通凹部
９１ 絞り流路
９３ａ インク流入領域
９４ 連通凹部
９６ 隔壁部

Claims (8)

1. 平面に沿って配置され且つ複数のノズルに夫々連通する複数の圧力室とこれら複数の圧力室に連通する共通液室とを含む流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させて前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、
   前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室と前記共通液室の少なくとも一部が重ならない状態で隣接して配置されており、
   前記圧電アクチュエータは、
   前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された振動板と、
   この振動板の前記圧力室と反対側の面の、少なくとも前記複数の圧力室と対向する領域に配置された圧電層と、
   この圧電層の一方の面の前記複数の圧力室と対向する領域に夫々配置された複数の個別電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置された共通電極とを備え、
   前記共通液室と各圧力室との間には、この共通液室と各圧力室とを区画する隔壁部が形成され、
   前記振動板は、前記複数の圧力室と対向する領域から、前記共通液室と対向する領域まで延びており、
   前記振動板には、前記共通液室側の面に、前記共通液室の全域と対向しているとともに、前記共通液室と対向する部分から前記隔壁部を跨いで各圧力室と対向する領域まで連続的に延びた凹部が形成されており、
   前記凹部が形成されることで、前記隔壁部と前記振動板との間にできた隙間が、前記共通液室と各圧力室との間において流路面積が部分的に狭くなる絞り流路となっていることを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記凹部は、前記共通液室側ほど広がるテーパー状の断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記隔壁部の前記圧力室側の面が、前記振動板から離れるほど前記圧力室側へ傾斜するように形成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. 前記凹部は、前記共通液室と対向する領域から前記複数の圧力室と対向する領域までそれぞれ延び、前記流路ユニットの一表面との間で前記絞り流路を形成する複数の連通凹部を含み、
   これら複数の連通凹部の間の領域において、前記振動板が前記流路ユニットの一表面に接合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. 前記振動板には、各圧力室に対応して２つの前記連通凹部が設けられ、
   前記圧力室は、これら２つの連通凹部と個別に連通する２つの液体流入領域を備え、これら２つの液体流入領域の間には、前記隔壁部が存在することを特徴とする請求項４に記載の液滴噴射装置。
6. 前記圧電層は、前記振動板の、前記共通液室と対向する部分には形成されていないことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液滴噴射装置。
7. 前記圧電層は、前記振動板の、前記複数の圧力室と対向する部分から前記共通液室と対向する部分まで連続的に形成され、
   前記圧電層の、前記共通液室に対向する部分に、溝又は貫通部が形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液滴噴射装置。
8. 複数の圧力室とこれら複数の圧力室に連通する共通液室とを含む流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させて前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、
   前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室と前記共通液室の少なくとも一部が重ならない状態で隣接して配置されており、
   前記圧電アクチュエータは、
   前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された振動板と、
   この振動板の前記圧力室と反対側の面の、少なくとも前記複数の圧力室と対向する領域に配置された圧電層と、
   この圧電層の一方の面の前記複数の圧力室と対向する領域に夫々配置された複数の個別電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置された共通電極とを備え、
   前記共通液室と各圧力室との間には、この共通液室と各圧力室とを区画する隔壁部が形成され、
   前記振動板は、前記複数の圧力室と対向する領域から、前記共通液室と対向する領域まで延びており、
   前記振動板には、前記共通液室側の面に、前記共通液室の全域と対向しているとともに、前記共通液室と対向する部分から前記隔壁部を跨いで各圧力室と対向する領域まで連続的に延びた凹部が形成されており、
   前記凹部が形成されることで、前記隔壁部と前記振動板との間にできた隙間が、前記共通液室と各圧力室との間において流路面積が部分的に狭くなる絞り流路となっていることを特徴とする液体移送装置。

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