(57)【要約】    【課題】  構造を複雑にすることなく、液体が逆流することを防止でき、液体の噴射エネルギー効率が向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。    【解決手段】  液体を噴射する複数のノズル開口３２と、ノズル開口３２の各々に連通している複数の個別インク室１２と、各々の個別インク室１２に連通して液体を各個別インク室１２に供給する共通インク室１３と、個別インク室１２に設けられた弾性変位可能な振動板１４と、振動板１４を弾性変位させるアクチュエータと、を備え、個別インク室１２と共通インク室１３との間に、弾性変位により個別インク室１２と共通インク室１３との間の断面積を変化させる可動部材１７を配設した。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射する複数のノズル開口と、当該ノズル開口の各々に連通している複数の個別液室と、この各々の個別液室に連通して液体を各個別液室に供給する共通液室と、前記個別液室に設けられた弾性変位可能な振動板と、当該振動板を弾性変位させるアクチュエータと、を備えてなる液体噴射ヘッドであって、
前記個別液室と共通液室との間に、弾性変位により当該個別液室と共通液室との間の断面積を変化させる可動部材を配設してなる液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記個別液室と共通液室との間に、当該両液室に連通した液供給路を有し、当該液供給路に前記可動部材を配設してなる請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記可動部材は、前記振動板を弾性変位させるアクチュエータにより弾性変位される請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記可動部材は、前記アクチュエータに電圧が印加されていない際に、前記断面積を縮小し、当該アクチュエータに電圧が印加された際に、前記断面積を拡張する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記可動部材は、前記アクチュエータに電圧が印加されていない際に、前記個別液室と共通液室との間を閉鎖し、当該アクチュエータに電圧が印加された際に、前記閉鎖を解除する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、
を備えた液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を対象物に噴射させるために使用される液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体噴射ヘッドの一例として、例えば、インクジェット式記録ヘッドがある。このインクジェット式記録ヘッドは、インク（液滴）を噴射（吐出）する複数のノズル開口と、当該ノズル開口の各々に連通している複数の個別インク室と、この各々の個別インク室に連通して液体を各個別インク室に供給する共通インク室と、前記個別インク室に設けられた弾性変位可能な振動板と、当該振動板を弾性変位させるアクチュエータと、を備えて構成されている。このアクチュエータとしては、主に、静電気力を利用してインクを貯留した個別インク室の容積を変化させて、個別インク室に連通しているノズル開口からインク液滴を吐出させる静電駆動式アクチュエータや、圧電体層の圧電効果を利用して個別インク室の容積を変化させる圧電駆動式アクチュエータ等が利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドでは、インク（液滴）の噴射エネルギー効率を高めるために、個別インク室からインク供給路を介して共通インク室にインクが逆流することを防止する工夫がなされたものがある。例えば、インク供給路の途中部分に、等間隔で形成した３個の三角形断面形状をした柱状突起を設けることで、インクジェット式記録ヘッドのノズル開口からインク液滴を噴射する際に、共通インク室へのインクの逆流を抑制し、インク液滴を噴射後には、共通インク室から個別インク室へのインク供給を速やかに行えるようにしたインクジェット式記録ヘッドがある。（特許文献１参照）。
【０００４】
また、個別インク室とインク供給路との間に、球状の可動部材を配設することで、インクの逆流を防止するようにしたインクジェット式記録ヘッドも紹介されている。（特許文献２参照）。
【０００５】
さらにまた、個別インク室とインク供給路との間に弁を配設すると共に、インク充填のためのポンプの代用として、すなわち、ポンプによるインク吸引を必要としないように、共通インク室の底部に振動板を設けたインクジェット式記録ヘッドも紹介されている。（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０５８４９号公報
【特許文献２】特開２００１−３２８２６２号公報
【特許文献３】特開２００２−３０７７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたインクジェット式記録ヘッドは、インク供給路の途中部分に柱状突起を設けることで、インク供給路の形状を変更しただけであり、十分なインク逆流防止効果を得ることが困難である。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたインクジェット式記録ヘッドでは、個別インク室とインク供給路との間に可動部材を配設しているが、製造上、この部分に可動部材を組み込むことは困難である。また、部品点数が増加してしまう。
【０００８】
そしてまた、特許文献３に記載されたインクジェット式記録ヘッドでは、個別インク室とインク供給路との間に弁を配設しているため、構造が複雑になり、製造に手間がかかる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、構造を複雑にすることなく、液体が逆流することを防止でき、液体の噴射エネルギー効率が向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するため本発明は、液体を噴射する複数のノズル開口と、当該ノズル開口の各々に連通している複数の個別液室と、この各々の個別液室に連通して液体を各個別液室に供給する共通液室と、前記個別液室に設けられた弾性変位可能な振動板と、当該振動板を弾性変位させるアクチュエータと、を備えてなる液体噴射ヘッドであって、前記個別液室と共通液室との間に、弾性変位により当該個別液室と共通液室との間の断面積を変化させる可動部材を配設してなる液体噴射ヘッドを提供するものである。
【００１１】
この構成を備えた液体噴射ヘッドは、可動部材によって、個別液室と共通液室との間の断面積を変化させることができるため、例えば、共通液室から個別液室に液体を供給する際には、前記断面積を大きくすることができ、共通液室から個別液室への液体の供給をスムーズに行うことができる。一方、個別液室内に収容されている液体を、共通液室に逆流させたくない際には、前記断面積を小さくすることができ、液体の共通液室への逆流を防止することができる。したがって、液体をノズル開口から噴射させる際に、前記液体が当該共通液室に逆流することを防止することができ、液体の噴射エネルギー効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明にかかる液体噴射ヘッドは、前記個別液室と共通液室との間に、当該両液室に連通した液供給路を有し、当該液供給路に前記可動部材を配設した構成とすることもできる。この構成を備えた液体噴射ヘッドは、通常、個別液室や共通液室よりも液体が通過する断面積が小さい液供給路に可動部材が配設されてなるため、さらに効率よく前記断面積を変化させることができる。したがって、液体をノズル開口から噴射させる際に、前記液体が当該共通液室に逆流することを一層効果的に防止することができ、液体の噴射エネルギー効率をさらに向上させることができる。
【００１３】
そしてまた、本発明にかかる液体噴射ヘッドでは、前記振動板を弾性変位させるアクチュエータにより、前記可動部材を弾性変位させることができる。このように構成することで、前記利点に加え、部品点数が増加することを極力抑えることができる。また、ノズル開口から液体を噴射させるタイミングと、前記断面積を小さくするタイミングとを簡単に制御することができる。
【００１４】
本発明の一態様として、前記可動部材は、前記アクチュエータに電圧が印加されていない際に、前記断面積を縮小し、当該アクチュエータに電圧が印加された際に、前記断面積を拡張するよう構成することができる。
【００１５】
また、本発明の他の一態様として、前記可動部材は、前記アクチュエータに電圧が印加されていない際に、前記個別液室と共通液室との間を閉鎖し、当該アクチュエータに電圧が印加された際に、前記閉鎖を解除するよう構成することができる。
【００１６】
さらにまた、本発明は、前述した本発明にかかる液体噴射ヘッドと、この液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置を備えた液体噴射装置を提供するものである。この構成を備えた液体噴射装置は、液体をノズル開口から噴射させる際に、前記液体が当該共通液室に逆流することを防止することができ、液体の噴射エネルギー効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる液体噴射ヘッドは、構造を複雑にすることなく、液体をノズル開口から噴射させる際に、前記液体が当該共通液室に逆流することを防止することができ、液体の噴射エネルギー効率を向上させることができる。この結果、信頼性が高く、高性能な液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１８】
また、本発明にかかる液体噴射装置は、構造を複雑にすることなく、液体をノズル開口から噴射させる際に、前記液体が当該共通液室に逆流することを防止することができ、液体の噴射エネルギー効率を向上させることができる。この結果、信頼性が高く、高性能な液体噴射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の好適な実施の形態にかかる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。また、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとしてインクジェット式記録ヘッドを、また、液体噴射装置としてインクジェット式記録装置を例にとって説明する。
【００２０】
図１は、本発明の好適な実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図、図２は、図１に示すインクジェット式記録ヘッドの平面図であり、内部が判るように記載した図、図３は、図２に示すIII−III線に沿った断面図であって、個別インク室内のインクをノズル開口から噴射させる状態を示す図、図４は、図２に示すIII−III線に沿った断面図であって、個別インク室内に、共通インク室からインクを供給する状態を示す図、図５は、図１に示すインクジェット式記録ヘッドが搭載されたインクジェット式記録装置の概略を示す斜視図である。
【００２１】
図１〜図４に示すように、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドは、キャビティプレート１０と、キャビティプレート１０の一方の面（図１、図３及び図４でいう下面）に積層された電極プレート２０と、キャビティプレート１０の他方の面（図１、図３及び図４でいう上面）に積層されたノズルプレート３０とを有する３層構造を備えている。
【００２２】
中間のキャビティプレート１０は、例えばシリコン基板から構成され、一端（図２でいう右側）から平行に等しい間隔で隔壁１１によって仕切られた複数本の個別インク室１２と、各々の個別インク室１２に連通した１つの共通インク室１３を備えている。この共通インク室１３は、インク供給路１６（図４参照）を介して各々の個別インク室１２に連通されている。
【００２３】
また、キャビティプレート１０の個別インク室１２となる部分は、電極プレート２０が接合された際に電極プレート２０側となる面が薄肉に形成されている。そして、この薄肉部分は、図４に示すように、電極プレート２０側に向けて突出するよう弾性変位可能であり、振動板１４として機能するよう形成されている。また、ノズルプレート３０が接合された際にキャビティプレート１０のノズルプレート３０側となる面には、共通電極１５（図３及び図４参照）が配設されている。
【００２４】
さらにまた、キャビティプレート１０のインク供給路１６となる部分の電極プレート２０側の面も薄肉に形成されており、図４に示すように、電極プレート２０側に向けて突出するよう弾性変位可能であり、可動部材１７として機能するよう形成されている。この可動部材１７は、図３に示すように、通常の状態（外部からの力を受けていない状態）では、後に詳述するノズルプレート３０の隔壁３１のキャビティプレート１０側の表面に接触しており、この部分を閉鎖して、個別インク室１２と共通インク室１３とを隔離する役割を果たしている。なお、本実施の形態では、可動部材１７は、振動板１４を構成する部材を延長させることで形成した。
【００２５】
電極プレート２０は、例えば、ホウ珪酸ガラスからなり、キャビティプレート１０に接合した時に、そのキャビティプレート１０側の、各振動板１４と対向する位置に、浅くエッチングされた凹部２１が形成されている。また、電極プレート２０のキャビティプレート１０側の、インク供給路１６と対向する位置にも、浅くエッチングされた凹部２２が形成されている。
【００２６】
凹部２１の底面には、キャビティプレート１０を接合した時に、振動板１４に対向する個別電極２３が配設されており、図３に示すように、通常の状態では、振動板１４と、個別電極２３との間には、隙間（空間）が形成される。この隙間は、振動板１４が電極プレート２０側に向けて突出するよう弾性変位した際に、振動板１４を退避させる役割を果たしている。
【００２７】
また、凹部２２の底面には、キャビティプレート１０を接合した時に、可動部材１７を電極プレート２０側に向けて突出するよう弾性変位させるための可動部材用電極２４が配設されており、図３に示すように、通常の状態では、可動部材１７と、可動部材用電極２４との間には、隙間（空間）が形成される。この隙間は、可動部材１７が電極プレート２０側に向けて突出するよう弾性変位した際に、可動部材１７を退避させる役割を果たしている。
【００２８】
なお、本実施の形態では、個別電極２３と振動板１４との間隔（間隔）、及び可動部材用電極２４と可動部材１７との間隔は、いずれも１μｍ以下の寸法に保持されている。
【００２９】
さらに、電極プレート２０にキャビティプレート１０を接合した時に、電極プレート２０の共通インク室１３に対向する所望位置には、共通インク室１３にインクを取入れるためのインク取入れ口２５が設けられている。インクは外部のインクタンク（図示せず）からインク供給チューブ（図示せず）を介してインク取入れ口２５に供給され、通常は、共通インク室１３、インク供給路１６、個別インク室１２を満たしている。
【００３０】
ノズルプレート３０は、キャビティプレート１０と同様に、例えばシリコン基板から形成され、キャビティプレート１０を接合した時に、各々の個別インク室１２と対応する部分に、ノズル開口３２が形成されている。各ノズル開口３２は、対応する個別インク室１２に連通している。また、インク供給路１６に対応する部分は、キャビティプレート１０を接合した時に、キャビティプレート１０側に突出して、キャビティプレート１０と共にインク供給路１６を画定する隔壁３１が形成されている。
【００３１】
電極プレート２０、キャビティプレート１０、及びノズルプレート３０を、この順に各々接合し、インクジェット式記録ヘッドの形状が出来上がる。そして、ドライバＩＣが搭載されたＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）ケーブル（図示せず）が、各個別電極２３及び可動部材用電極２４の端子と、共通電極１５に接続される。
【００３２】
なお、本実施の形態では、個別電極２３と共通電極１５が、振動板１４を弾性変位させるアクチュエータとなり、可動部材用電極２４と共通電極１５が、可動部材１７を弾性変位させるアクチュエータとなる。したがって、振動板１４と可動部材１７は、同じ駆動手段によって弾性変位されることになる。
【００３３】
次に、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの具体的動作について説明する。
【００３４】
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドは、ドライバＩＣから各個別電極２３及び可動部材用電極２４の端子と共通電極１５との間に駆動電圧パルスが印加されていない状態では、図３に示すように、可動部材１７が隔壁３１に接触した状態となっており、各個別インク室１２と共通インク室１３との間に配設されているインク供給路１６（図４参照）は、閉鎖された状態となっている。
【００３５】
次に、共通インク室１３からインク供給路１６を介して各個別インク室１２にインクを供給する場合は、ドライバＩＣから各個別電極２３及び可動部材用電極２４の端子と共通電極１５との間に駆動電圧パルスを印加する。駆動電圧パルスが印加されると、振動板１４及び可動部材１７が静電気力によって、個別電極２３及び可動部材用電極２４の方へそれぞれ弾性変形して撓み、個別電極２３及び可動部材用電極２４の表面に当接する。この動作により、インク供給路１６は、図４に示すように、開放される。これと同時に、個別インク室１２の容積が増加するため、インクが共通インク室１３からインク供給路１６を通って各個別インク室１２に流入する。
【００３６】
次に、駆動電圧パルスをオフする（駆動電圧パルスの印加を停止する）と、静電気力が解除され、振動板１４及び可動部材１７はそのバネ力によって元の位置に戻る。この復元動作によって個別インク室１２の容積が急激に減少し、それに伴って個別インク室１２内の内圧が急激に上昇し、個別インク室１２内の一部のインクがノズル開口３２から、対象物に向けてインク液滴として噴射される。これと同時に、可動部材１７が隔壁３１に接触した状態となり、インク供給路１６は、再び閉鎖されるため、インク噴射の際に、インクが共通インク室１３に逆流することが防止される。したがって、インクの噴射エネルギー効率を向上させることができる。
【００３７】
このインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、図５に示すようなインクジェット式記録装置に搭載される。そして、前述した動作を繰り返すことによって、対象物の所望位置に向けてインクが連続的に噴射され、所望の印刷が行われる。
【００３８】
このインクジェット式記録装置には、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂが搭載されている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラ等により給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００３９】
また、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。さらにまた、本発明にかかる液体噴射ヘッドは、例えば、センサー等にも適用することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、可動部材１７を隔壁３１に接触させることで、インク供給路１６を閉鎖して個別インク室１２と共通インク室１３とを隔離した場合について説明したが、これに限らず、共通インク室１３から個別インク室１２にインクを供給する際には、インク供給路１６の断面積を大きくし、個別インク室１２内に収容されているインクを、共通インク室１３に逆流させたくない際には、インク供給路１６の断面積を小さくするように構成してもよい。
【００４１】
また、本実施の形態では、可動部材１７は、振動板１４を構成する部材を延長させることで形成した場合について説明したが、これに限らず、可動部材１７は、振動板１４とは別途形成してもよく、振動板１４に対して孤立していてもよい。
【００４２】
さらにまた、本実施の形態では、振動板１４と可動部材１７を、同じ駆動手段によって弾性変位させる場合について説明したが、これに限らず、振動板１４と可動部材１７は、異なる駆動手段によって弾性変位させてもよい。
【００４３】
また、本実施の形態では、静電駆動式の液体噴射ヘッドについて説明したが、これに限らず、個別液室に設けられた振動板をアクチュエータにより弾性変位させることで、共通液室から個別液室に液体を供給し、ノズル開口からこの液体を外部に噴射する液体噴射ヘッドであれば、例えば、圧電駆動式の液体噴射ヘッド等、その方式は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の好適な実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１に示すインクジェット式記録ヘッドの平面図であり、内部が判るように記載した図である。
【図３】図２に示すIII−III線に沿った断面図であって、個別インク室内のインクをノズル開口から噴射させる状態を示す図である。
【図４】図２に示すIII−III線に沿った断面図であって、個別インク室内に、共通インク室からインクを供給する状態を示す図である。
【図５】図１に示すインクジェット式記録ヘッドが搭載されたインクジェット式記録装置の概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…キャビティプレート、１２…個別インク室、１３…共通インク室、１４…振動板、１５…共通電極、１６…インク供給路、１７…可動部材、２０…電極プレート、２３…個別電極、２４…可動部材用電極、３０…ノズルプレート、３２…ノズル開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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