(57)【要約】【課題】効率良く液滴の噴射をすることができると共に、噴射不良の発生を防止することができる小型の液滴噴射装置を提供すること。【解決手段】キャビティユニットは、複数のプレートが積層されて構成されており、アクチュエータプレート１２は、キャビティプレート１１と供給プレート１３との間に挟まれて積層されている。アクチュエータプレート１２には、圧力室１１ａと供給室１３ａとを連通する連通孔１２ａが、圧力室１１ａに対して略中央となる位置に形成されている。このアクチュエータプレート１２に電圧を供給して、連通孔１２ａを頂点として凸形状に湾曲させ圧力室１１ａの容積を拡大し、その後、復帰させることで、効率良く液滴の噴射をすることができる。また、キャビティユニットが積層構造であるため、アクチュエータプレート１２の動作により生じる機械的な歪みの影響を低減して、クロストークの発生を低減することができる。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を液滴として噴射するノズルと、
そのノズルと連通し液体を貯留する圧力室と、
その圧力室に液体を供給する供給室と、
前記圧力室と供給室との間に位置し、前記圧力室の容積を変化させる方向に動作可能なアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータは、前記圧力室に対向するアクチュエータの面のほぼ中央に、その面の面積よりも小さい連通孔を、前記圧力室と供給室とを連通させるように設けられていることを特徴とする液滴噴射装置。
【請求項２】
前記連通孔は、前記アクチュエータの動作によって前記圧力室内の液体に正圧が作用したとき、前記圧力室から供給室への圧力伝播を制限する大きさを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
【請求項３】
前記圧力室となる開口を有する第１プレートと、前記アクチュエータを有する第２プレートと、前記供給室となる開口を有する第３プレートとを積層して構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。
【請求項４】
前記アクチュエータは、圧電体と非圧電体とを積層して構成され、前記圧電体が積層方向と平行な方向に変位することで、その積層体全体として前記連通孔をほぼ頂点として前記圧力室の容積を変化させる方向に動作可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液滴噴射装置。
【請求項５】
前記第１プレートは、前記圧力室となる開口を複数個有し、前記第２プレートは、前記圧力室と対応する前記アクチュエータを複数有し、前記第３プレートの供給室は、複数のアクチュエータの連通孔を介して前記複数の圧力室に連通しており、
前記ノズルは、前記圧力室毎に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液滴噴射装置。
【請求項６】
前記第１プレートは、前記圧力室となる開口を複数個有し、前記第２プレートは、前記圧力室と対応する前記アクチュエータを複数有し、前記第３プレートの供給室は、複数のアクチュエータの連通孔を介して前記複数の圧力室に連通し、前記ノズルは前記圧力室毎に設けられており、
前記アクチュエータは、前記非圧電体を前記複数の圧力室に亙って対応する共通電極とし、その共通電極とは反対側の前記圧電体の面に前記各圧力室毎に対応する個別電極を備えていることを特徴とする請求項４に記載の液滴噴射装置。
【請求項７】
前記連通孔は、前記圧力室を挟んで前記ノズルと対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液滴噴射装置。
【請求項８】
前記アクチュエータに形成された連通孔は、複数の貫通孔からなることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の液滴噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置等に用いられる液滴噴射装置に関し、特に、効率良く液滴の噴射をすることができると共に、噴射不良の発生を防止することができる液滴噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平３−１７５０４７号公報（特許文献１）には、インクを介在させる微少な間隔をおいて対向配設した２つの部材のうち一方を圧電材によって構成した加圧部材とし、その加圧部材を他方の部材に向けて変形させることで、インクに圧力を付与してノズルからインク滴を噴射させることが記載されている。同公報の第１図から第８図には、加圧部材の両端を固定し、中央をノズルに対向した構成が示され、第９図と第１０図には、加圧部材の一端を固定し、自由端をノズルに対向した構成が示されている。また、第１１図から第１３図には、複数の加圧部材を間隔をおいて平行に並べ、各加圧部材の両端を固定すると共にその中央にノズルを形成し、加圧部材の前方をシール体で覆って、シール体にはノズルからのインクの噴射を妨げないための孔を設けた構成が示され、第１４図には、単一の圧電材に複数のノズルを形成し、そのノズルの周囲を各加圧部材とするために環状の電極を設けた構成が示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−１７５０４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載のものは、複数加圧部材及びノズルに対応する、インクを介在させる微少な間隔がそれぞれ横方向に繋がった構造となっており、１つの加圧部材により付与した圧力が、他の加圧部材に対応する間隔にも伝播し、所謂クロストークを発生して、均一な液滴を噴射することが困難な問題がある。
【０００５】
本発明は、この問題を解消すべくなされたものであって、クロストークを低減して均一な液滴を噴射し、装置を小型化することができる液滴噴射装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために請求項１記載の液滴噴射装置は、液体を液滴として噴射するノズルと、そのノズルと連通し液体を貯留する圧力室と、その圧力室に液体を供給する供給室と、前記圧力室と供給室との間に位置し、前記圧力室の容積を変化させる方向に動作可能なアクチュエータとを備えており、前記アクチュエータは、前記圧力室に対向するアクチュエータの面のほぼ中央に、その面の面積よりも小さい連通孔を、前記圧力室と供給室とを連通させるように設けられている。
【０００７】
この請求項１記載の液滴噴射装置によれば、液体を貯留する圧力室とその圧力室に液体を供給する供給室との間に、圧力室の容積を変化させる方向に動作可能なアクチュエータが備えられている。そのアクチュエータには、圧力室と供給室とを連通する連通孔が設けられており、その連通孔は、圧力室に対向するアクチュエータの面のほぼ中央に、その面の面積より小さくなるように形成されている。よって、供給室から供給される液滴は、連通孔を介して圧力室に供給され、アクチュエータが圧力室の容積を変化する方向に動作することにより、圧力室に連通するノズルから液体が噴射される。
【０００８】
請求項２記載の液滴噴射装置は、請求項１記載の液滴噴射装置において、前記連通孔は、前記アクチュエータの動作によって前記圧力室内の液体に正圧が作用したとき、前記圧力室から供給室への圧力伝播を制限する大きさを有するものである。
【０００９】
この請求項２記載の液滴噴射装置によれば、請求項１記載の液滴噴射装置と同様に作用する上、圧力室と供給室とを連通する連通孔の大きさは、アクチュエータが圧力室内の液体に正圧を作用させるように動作した場合に、圧力室から供給室への圧力伝播を制限することができる大きさに構成されている。
【００１０】
請求項３記載の液滴噴射装置は、請求項１又は２に記載の液滴噴射装置において、前記圧力室となる開口を有する第１プレートと、前記アクチュエータを有する第２プレートと、前記供給室となる開口を有する第３プレートとを積層して構成されている。
【００１１】
この請求項３記載の液滴噴射装置によれば、請求項１又は２に記載の液滴噴射装置と同様に作用する上、供給室とアクチュエータと圧力室とをそれぞれ有するプレートで構成されており、アクチュエータを有する第２プレートは、圧力室となる開口を有する第１プレートと供給室となる開口を有する第３プレートとの間に挟まれて積層されている。そのため、第２プレートは、第１プレートと第３プレートとにより強固に固定される。
【００１２】
請求項４記載の液滴噴射装置は、請求項１から３のいずれかに記載の液滴噴射装置において、前記アクチュエータは、圧電体と非圧電体とを積層して構成され、前記圧電体が積層方向と平行な方向に変位することで、その積層体全体として前記連通孔をほぼ頂点として前記圧力室の容積を変化させる方向に動作可能である。
【００１３】
この請求項４記載の液滴噴射装置は、請求項１から３のいずれかに記載の液滴噴射装置と同様に作用する上、アクチュエータを構成する圧電体がそのアクチュエータの積層方向と平行な方向に変位することで、非圧電体も変位しアクチュエータ全体として、連通孔をほぼ頂点とする方向に動作する。
【００１４】
請求項５記載の液滴噴射装置は、請求項３又は４に記載の液滴噴射装置において、前記第１プレートは、前記圧力室となる開口を複数個有し、前記第２プレートは、前記圧力室と対応する前記アクチュエータを複数有し、前記第３プレートの供給室は、複数のアクチュエータの連通孔を介して前記複数の圧力室に連通しており、前記ノズルは、前記圧力室毎に設けられている。
【００１５】
この請求項５記載の液滴噴射装置によれば、請求項３又は４に記載の液滴噴射装置と同様に作用する上、各プレートが積層された状態において、ノズルと、そのノズルに連通する圧力室と、その圧力室に対応するアクチュエータと、連通孔を介して圧力室と連通する供給室とが複数設けられているので、液体の噴射が複数箇所で行われる。
【００１６】
請求項６記載の液滴噴射装置は、請求項４記載の液滴噴射装置において、前記第１プレートは、前記圧力室となる開口を複数個有し、前記第２プレートは、前記圧力室と対応する前記アクチュエータを複数有し、前記第３プレートの供給室は、複数のアクチュエータの連通孔を介して前記複数の圧力室に連通し、前記ノズルは前記圧力室毎に設けられており、前記アクチュエータは、前記非圧電体を前記複数の圧力室に亙って対応する共通電極とし、その共通電極とは反対側の前記圧電体の面に前記各圧力室毎に対応する個別電極を備えている。
【００１７】
この請求項６記載の液滴噴射装置によれば、請求項４記載の液滴噴射装置と同様に作用する上、各プレートが積層された状態において、ノズルと、そのノズルに連通する圧力室と、その圧力室に対応するアクチュエータと、連通孔を介して圧力室と連通する供給室とが複数設けられている。また、アクチュエータを構成する非圧電体が各圧力室の共通電極とされ、その共通電極と反対側の面に各圧力室に対応する個別電極が備えられているので、各個別電極と非圧電体との間に電圧が供給されると、アクチュエータが動作して複数箇所で液体が噴射される。
【００１８】
請求項７記載の液滴噴射装置は、請求項１から６のいずれかに記載の液滴噴射装置において、前記連通孔は、前記圧力室を挟んで前記ノズルと対向する位置に配置されている。
【００１９】
請求項８記載の液滴噴射装置は、請求項１から７のいずれかに記載の液滴噴射装置において、前記アクチュエータに形成された連通孔は、複数の貫通孔からなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい第１実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の液滴噴射装置を適用した圧電式インクジェットヘッド６を搭載したインクジェット記録装置１００を示した斜視図である。まず、このインクジェット記録装置１００について略述する。圧電式インクジェットヘッド６は、用紙６２に印字をするものであり、インクカートリッジ６１と共にキャリッジ６４に搭載されている。
【００２１】
キャリッジ６４は、エンドレスベルト７５に接合されており、プーリ７３がモータの駆動により正逆回転されると、キャリッジ軸７１およびガイド板７２に沿って直線方向に往復移動する。この往復移動中に圧電式インクジェットヘッド６に穿設されたノズル５４（図３参照）から、インクが用紙６２に向けて吐出される。用紙６２は、インクジェット記録装置１００の側方に設けられた給紙カセット（図示せず）から、圧電式インクジェットヘッド６と、プラテンローラ６６との間に給紙され、圧電式インクジェットヘッド６によって所定の印字がなされた後に排紙される。なお、用紙６２の給紙、排紙機構については図示を省略する。
【００２２】
また、プラテンローラ６６の側方にはパージ装置６７が設けられている。パージ装置６７は、圧電式インクジェットヘッド６の内部に溜まっている不良インクを排出するための装置である。キャリッジ６４がリセット位置にある場合に、圧電式インクジェットヘッド６のノズル形成面をパージキャップ８１で覆い密閉空間を形成する。その密閉空間は、カム８３により作動するポンプ８２によって減圧される。こうして圧電式インクジェットヘッド６の内部に溜まっている不良インクは排出される。
【００２３】
次に、図２を参照して、圧電式インクジェットヘッド６の構成について説明する。図２は、圧電式インクジェットヘッド６の外観を示した外観斜視図である。図２に示すように、圧電式インクジェットヘッド６は、インクを貯留する積層構造で構成されたキャビティユニット１０と、そのキャビティユニット１０の上面に電気的接続のために重ね接合されるフレキシブルフラットケーブル４０とにより構成されている。圧電式インクジェットヘッド６は、外部から印刷の指示がされると、フレキシブルフラットケーブル４０を介して電力が供給されて、キャビティユニット１０の下面側に開口されたノズル５４（図３参照）から下向きにインクが噴射される。
【００２４】
キャビティユニット１０は、板状部材を積層して得られた積層体を接着又は拡散接合等により一体化して成形したものである。
【００２５】
図３は、キャビティユニット１０の分解斜視図である。このキャビティユニット１０は、ノズルプレート４３、キャビティプレート１１、アクチュエータプレート１２、供給プレート１３、マニホールドプレート１４と閉塞プレート１５の６枚の板状部材を積層した構造となっている。実施形態では、ノズルプレート４３とアクチュエータプレート１２とを除く各プレート１１、１３、１４、１５は、２０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さで構成されている。このように積層されたキャビティユニット１０の積層構造について以下に説明する。
【００２６】
ノズルプレート４３は、キャビティユニット１０の最下層を形成する合成樹脂製の板状部材である。このノズルプレート４３には、微小径のインク噴射用のノズル５４が、当該ノズルプレート４３における長辺方向に沿って、例えば２列の格子配列状に設けられている。ノズル５４は、微小ピッチＰの間隔でノズルプレート４３に多数個穿設されている。
【００２７】
キャビティプレート１１は、ノズルプレート４３の上面に積層される板状部材である。このキャビティプレート１１には、ノズルプレート４３に穿設されたノズル５４の位置に対応して圧力室１１ａが多数個穿設され、その形状は略円柱状に形成されている。
【００２８】
アクチュエータプレート１２は、キャビティユニット１０に設けられた圧力室１１ａの容積を変化させてノズル５４からインク滴を噴射させるためのものであり、電圧が印加されると変形する圧電式アクチュエータである。このアクチュエータプレート１２は、キャビティプレート１１の上面に積層されている。また、アクチュエータプレート１２は、金属のシートである振動板２３と、その振動板２３の上面側（圧力室１１ａ側とは反対側）に設けられた圧電体２２と、その圧電体２２の上面に設けられた絶縁シート２０との３層構造となっている（図４参照）。このように構成されたアクチュエータプレート１２について以下に説明する。
【００２９】
振動板２３は、２μｍ〜５０μｍ厚みのステンレス製のシートで構成され、本実施例では、３０μｍ厚みのものが用いられている。
【００３０】
圧電体２２は、振動板２３上に、例えば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（以下単に「ＰＺＴ」と称す）を主成分として成膜され、本実施例では、その膜厚を略５μｍで構成している。振動板２３上に圧電体２２を成膜する方法としては、ペースト状のＰＺＴをスクリーン印刷する方法、ＰＺＴ微粒子をガス流に乗せて振動板上に高速で吹き付けるエアロゾルデポジション法、化学蒸着法、スパッタ法、ゾルゲル法、電解析出法及び水熱合成法等が適用できる。強誘電体であるＰＺＴは、電圧の印加により一方向に分極され、印加電圧をオフした後も分極が残る（残留分極）物質である。また、分極処理が行われたＰＺＴに電圧を印加すると、歪みが発生する。本実施例では、ＰＺＴ（圧電体２２）の分極方向が振動板２３の面に対して垂直な方向となるように分極処理が施されている。
【００３１】
振動板２３の上面に圧電体２２及び後述の絶縁シート２０が形成された積層体に、レーザ加工などの加工法によりインクの流路としての連通孔１２ａを形成する。或いは、予め圧電体２２や絶縁シート２０を形成する前に、レーザ加工やエッチング等により振動板２３に連通孔１２ａを形成しておいても良い。この連通孔１２ａは、ノズルプレート４３に穿設されたノズル５４に対向した位置に多数個形成され、その断面形状は略円形に形成されている。また、この連通孔１２ａは、圧力室１１ａの断面において略中央となる位置に形成され、且つ、孔径の大きさは圧力室１１ａの断面積より小さくなるよう形成されている。即ち、後述のアクチュエータ１２ｂが変形して圧力室１１ａの容積が大きくなる方向に変化した場合に圧力室１１ａ内にインクを効率良く流入することができると共に、圧力室１１ａの容積が小さくなる方向に変化した場合にそのインクの圧力伝播を制限することができる孔径に構成されている。
【００３２】
また、圧電体２２の上面（振動板２３と反対側）には、積層方向においてその下側に設けられた各圧力室１１ａに対応する箇所ごとに個別電極２１が形成されている。実施形態においては、各個別電極２１の大きさは対応する圧力室１１ａの断面形状より少し狭い外径で、且つ、振動板２３と圧電体２２に穿設された連通孔１２ａより少し大きな内径となる環形（リング形状）に形成されている。
【００３３】
個別電極２１の形成は、まず、圧電体２２の上面に、個別電極２１を各圧力室１１ａのそれぞれの位置に対応づけてパターンニングされたマスクを圧電体２２の上面に合わせ、マスクの上から電極ペーストを印刷する。或いは、圧電体２２の上面全体に金属ペーストを印刷、又はスパッタや蒸着等によって電極層を形成し、レーザ加工等で必要な箇所をパターニングしても良い。
【００３４】
各個別電極２１には、独立して電圧を供給するための配線パターン１８が形成されている。この配線パターン１８は、各個別電極２１から外方向に延びて形成され、さらに、その先端からアクチュエータプレート１２の側面から上方向に延びる配線パターン１２ｂと電気的に導通するように形成されている。
【００３５】
絶縁シート２０は、圧電体２２の上面に積層されるシートであり、各個別電極２１とインクとの間の電気的導通及び物理的接触を遮断している。この絶縁シート２０は、可撓性を有するよう構成されており、ゴム系の材料やプラスチック系の電気絶縁材料などで構成されている。絶縁シート２０には、振動板２３と圧電体２２とに穿設された連通孔１２ａと略同等の大きさとなる貫通孔が形成されている。そのため、各個別電極２１を覆い被すことができる。なお、インクの種類によっては、絶縁シート２０は必ずしも用いなくても良い。
【００３６】
上記したように、アクチュエータプレート１２は、振動板２３上に圧電体２２が形成され、その上に各圧力室１１ａに対応した位置に個別電極が配置されている。このため、個別電極１７と振動板２３とで圧電体２２を挟み込む構成となっている。よって、振動板２３は導電性の金属材料で形成されているので、振動板２３は、全ての圧力室１１ａに対して共通電極となる。
【００３７】
ここで、キャビティユニット１０の積層構造の説明に戻る。
【００３８】
供給プレート１３は、アクチュエータプレート１２の上面に積層される板状部材である。この供給プレート１１には、ノズルプレート４３に穿設されたノズル５４の位置に対応して供給室１３ａが多数個穿設され、その形状は略円柱状に形成されている。この供給室１３ａは、キャビティプレート１１に穿設された圧力室１１ａと断面形状が略同等に形成され、キャビティユニット１０が積層された状態では、各圧力室１１ａを囲む隔壁１１ｂと各供給室１３ａを囲む隔壁１３ｂとにアクチュエータプレート１２が挟まれ、圧力室１１ａと供給室１３ａとが連通孔１２ａを介して連通している。
【００３９】
マニホールドプレート１４は、供給プレート１３の上面に積層される板状部材である。マニホールドプレート１４には、インク通路としての一対のマニホールド室１４ａ，１４ａが、プレートの平面視において、２列の供給室１３ａの各列に沿って延びている。
【００４０】
閉塞プレート１５は、マニホールドプレート１４の上面に積層される板状部材である。この閉塞プレート１５の一端部には、マニーホールド室１４ａ，１４ａに連通する供給孔１９ａ，１９ａが穿設されている。これにより、インクカートリッジ６１から供給されるインクは、供給孔１９ａ，１９ａを介して前記左右両マニホールド室１４ａ，１４ａ内に流入し、更に、各供給室１３ａに分配された後、アクチュエータプレート１２に形成された連通孔１２ａを通過して圧力室１１ａに供給され、各圧力室１１ａに対応するノズル５４に至るという構成となっている。また、閉塞プレート１５の上面には、各個別電極２１に対応した配線パターン１５ｂが形成されている。また、アクチュエータプレート１２、供給プレート１３、マニホールドプレート１４及び閉塞プレート１５を積層固着した状態において、それらの側面に、配線パターン１８とそれに対応する配線パターン１５ｂとを結ぶ配線パターン１８ａが印刷等により形成されている。
【００４１】
閉塞プレート１５は、その上側にフレキシブルフラットケーブル４０が重ねられる。このフレキシブルフラットケーブル４０には、信号源及び電源と接続される配線パターン（図示せず）が形成されており、配線パターン１５ｂを介して各個別電極２１と電気的に接続される。
【００４２】
フレキシブルフラットケーブル４０を介して全ての個別電極２１と振動板２３との間に、通常の噴射動作時よりも高い電圧を供給することで、圧電体２２において、個別電極２１と振動板２３との間に挟まれた部分が分極処理される。分極方向は、圧電体２２の上面から振動板２３に向かう方向となる。これにより、圧電体２２の分極処理された部分に、噴射動作のための電圧を印加したときに歪みの発生する活性部、即ちアクチュエータ１２ｂを形成することができる。
【００４３】
次に、図４を参照して、上記のように構成された圧電式インクジェットへッド６のインクの噴射動作について説明する。
【００４４】
図４は、図２に示した圧電式インクジェットへッド６のＩＩ−ＩＩ断面線における断面構造を模式的に示した図である。図４（ａ）は、個別電極２４と振動板２３との間に電圧が供給されていない状態を示した図であり、図４（ｂ）は、個別電極２４と振動板２３との間に電圧が供給されている状態を示した図である。
【００４５】
図３において説明したように、キャビティユニット１０内部に形成されるマニホールド室１４ａと供給室１３ａ、圧力室１１ａからなる空間には、インクが充填されており、その充填されたインクは、ノズルプレート４３のノズル５４の開口近傍まで誘導されている。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、圧力室１１ａの空間領域は、供給室１３ａとマニホールド室１４ａとからなる空間領域に対して小さくなるよう形成されており、さらに、マニホールド室１４ａは、プレートの長手方向に向かって大きく形成されているので、アクチュエータ１２ｂより上方の空間領域は、インクの流動において余裕が持てるように構成されている。
【００４７】
本第１実施例では、共通電極となる振動板２３をグランド（接地）２１側とし、個別電極２１にフレキシブルフラットケーブル４０を介して選択的に正電源２５を接続すると、アクチュエータ１２ｂに分極方向と同方向に電界が形成される。そして、そのアクチュエータ１２ｂは、分極方向と直角方向（図４（ｂ）において矢印Ｘ１，Ｘ２で示す方向）に収縮する。このとき、振動板２３は縮まないので、アクチュエータ１２ｂは積層方向と平行な方向に変形、即ち連通孔１２ａを頂点として供給室１３ａ側に凸形状となるように湾曲する。このため、圧力室１１ａの容積が増加することになり、圧力室１１ａ内が減圧され圧力室１１ａ内に供給室１３ａのインクが流れ込む（図４（ｂ）において矢印Ａで示す方向）。電圧の供給が停止されると、湾曲したアクチュエータ１２ｂは元の状態（図４（ａ））に戻る。すると、逆に圧力室１１ａ内が加圧され圧力室１１ａ内のインク圧力が上昇し、その圧力が対応するノズル５４方向に伝達され、そのノズル５４からインク滴が噴射される。インク滴が噴射されると、圧力室１１ａ内のインク圧力が正常となると共に、供給室１３ａ内にはマニホールド室１４ａからインクが分配される。
【００４８】
好ましくは、圧力室１１ａの容積を拡大したときその圧力室内に発生した圧力が、圧力室内のインクの固有振動数に基づく変動周期において正側に増大したときに、アクチュエータ１２ｂを元の状態に戻し、前記正側に増大した圧力と、アクチュエータ１２ｂが復帰したときの圧力とを加えあわせるようにすることで、インク圧力を効果的に増大させ、効率よく噴射することができる。
【００４９】
以上説明したように、アクチュエータ１２ｂは、圧電体２２に電圧が供給されて湾曲する場合に、連通孔１２ａを頂点とするように凸形状に湾曲するので、その連通孔１２ａのないプレートを湾曲させるよりも低電圧で効率良く動作させることができる。また、連通孔１２ａは、圧力室１１ａの断面視において略中央に配置されているので、アクチュエータ１２ｂの湾曲により生じる圧力を圧力室１１ａ内に略均等に伝えることができる。よって、効率良くインクの噴射をすることができる。
【００５０】
また、アクチュエータ１２ｂを境にして、圧力室１１ａの空間領域に対して上層側（供給室１３ａとマニホールド室１４ａ）の空間領域は、極端に大きくなっている。そのため、アクチュエータ１２ｂが湾曲して上層側のインクの圧力が加圧されたとしても、インク圧力が隣接するその他の圧力室１１ａに及ぼす影響を低減できるので、印字不良の発生を防止することができる。
【００５１】
また、アクチュエータプレート１２は、キャビティプレート１１と供給プレート１３の隔壁１１ｂ，１３ｂ間に挟持されているため、１つのアクチュエータ１２ｂが湾曲して歪みが発生しても、その歪みの影響が隣接する圧力室に対応するアクチュエータに伝わることがない。さらに、供給室１３ａと圧力室１１ａとがアクチュエータ１２により区切られているので、１つの圧力室１１ａで発生した正圧がアクチュエータ１２の連通孔１２ａから他の圧力室に伝播することが制限され、また、各圧力室１１ａが他の圧力室に対して独立しているので、１つの圧力室１１ａで発生した圧力波が直接他の圧力室に伝播することもない。よって、隣接するその他の圧力室１１ａに及ぼす影響、即ちクロストークを低減できるので、印字不良の発生を防止することができる。
【００５２】
また、ノズル５４と連通孔１２ａとは、対向する位置に配置されているので、供給室１３ａから圧力室１１ａへのインクの流入と、圧力室１１ａからノズル５４を介してのインクの噴射とに関するインクの流動をスムースに行うことができる。
【００５３】
次に、図５を参照して第２実施例の圧電式インクジェットヘッド６の構成について説明する。第２実施例は、アクチュエータプレート１１２以外の構成については、第１実施例と同様であるため第１実施例で使用した番号に１００番台の番号を付してその説明を省略する。
【００５４】
アクチュエータプレート１１２に形成される連通孔１１２ａは、ノズル１５４よりも小さい径の複数の貫通孔１１２ａ−１からなる。好適には、振動板１２３にその複数の貫通孔１１２ａ−１が形成され、絶縁シート１２０及び圧電体１２２にはその複数の貫通孔を平面視において内包する大きさの開口１１２ａ−２が形成される。複数の貫通孔１１２ａ−１は、ノズル１５４に対するフィルタ１１２ｆとして機能する。このフィルタ１１２ｆにより供給孔１９ａから供給されるインク内の異物などを除去し、噴射不良の発生をより確実に防止することができる。
【００５５】
インク滴の噴射は、第１実施例と同様に、個別電極１２１と振動板１２３との間に電圧を供給して行われるが、フィルタ１１２ｆが形成されているため振動板１２３の剛性が弱くなっている。そのため、第１実施例より低い電圧を供給してインク滴の噴射が行われる。
【００５６】
また、第１実施例と同様に、アクチュエータプレート１１２を効率良く湾曲させることもできるし、インクの流動をスムースに行うこともできるし、隣接する圧力室への影響を低減することもできる。
【００５７】
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００５８】
例えば、上記実施例では、アクチュエータ１２ｂが変位した後に元の状態に復帰する場合にインク滴を噴射する所謂引き打ち方式により実行するものとしたが、アクチュエータ１２ｂの変位によりインク滴を噴射する所謂押し打ち方式により実行するものとしても良い。即ち、分極方向や、電圧の供給により発生する電界方向を、圧電式インクジェットヘッド６の構成により種々変更するものとしても良い。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の液滴噴射装置によれば、液体を貯留する圧力室とその圧力室に液体を供給する供給室との間に、圧力室の容積を変化させる方向に動作可能なアクチュエータが備えられている。そのアクチュエータには、圧力室と供給室とを連通させる連通孔が設けられており、その連通孔は、圧力室に対向するアクチュエータの面のほぼ中央に、その面の面積より小さくなるように形成されている。そのため、連通孔が圧力室の面に対してほぼ中央に形成されているので、アクチュエータを動作させると、その変位は、連通孔を頂点として凸形状に動作することとなる。そのため、圧力室の液体に付与される圧力は、圧力室全体に作用するので、効率良く液体の噴射をすることができるという効果がある。
【００６０】
また、供給室と圧力室とがアクチュエータにより区切られているため、アクチュエータの動作により供給室側に発生する圧力が圧力室へ影響することを低減することができる。即ち、クロストークの影響を低減するので、噴射が不均一になったりする等の不良の発生を防止することができるという効果がある。
【００６１】
また、液体噴射装置には、アクチュエータと液体を貯留する空間とが別体のユニットとして構成されるものがあるが、これは、部品点数も多くなり複雑な構造で構成されている。請求項１記載の液滴噴射装置によれば、アクチュエータが圧力室と供給室との間に位置するので、アクチュエータと液体が貯留される空間とを一体として構成できる。よって、部品点数も少なくなり簡易な構造で構成することができると共に小規模化を図ることができるという効果がある。また、供給室、圧力室及び両室を連通する連通孔がほぼ積層状になるので、これらが複数設けられる場合でも装置を小型にすることができる。
【００６２】
請求項２記載の液滴噴射装置によれば、請求項１記載の液滴噴射装置の奏する効果に加え、圧力室と供給室とを連通する連通孔の大きさは、アクチュエータが圧力室内の液体に正圧を作用するように動作したときに、圧力室から供給室への圧力伝播を制限する大きさに形成されているため、アクチュエータの動作により発生した圧力が供給室を経て他の圧力室へ影響すること、即ちクロストークを低減し、均一に液体の噴射をすることができるという効果がある。
【００６３】
請求項３記載の液滴噴射装置によれば、請求項１または２に記載の液滴噴射装置の奏する効果に加え、圧力室となる開口を有する第１プレートと、アクチュエータを有する第２プレートと、供給室となる開口を有する第３プレートとが積層されるので、第２プレートは、第１プレートと第３プレートとにより強固に固定される。そのため、１つの圧力室に対応するアクチュエータの部分が動作する場合に発生する機械的な歪みが隣接する圧力室に対応するアクチュエータの部分に影響を及ぼすことを低減することができる。即ち、機械的なクロストークを低減することができるので、液滴の噴射を均一にすることができるという効果がある。また、各プレートを積層することにより液体が噴射されるまでの流路が形成できるので、簡易な構造で構成することができるという効果がある。
【００６４】
請求項４記載の液滴噴射装置によれば、請求項１から３のいずれかに記載の液滴噴射装置の奏する効果に加え、アクチュエータは、圧電体と非圧電体とを積層して構成され、圧電体が積層方向と平行する方向に変位することで、その積層体全体として連通孔をほぼ頂点として圧力室の容積を変化させる方向に動作可能である。そのため、アクチュエータが連通孔をほぼ頂点として大きく変位するので、アクチュエータを効率良く動作させることができるという効果がある。
【００６５】
請求項５記載の液滴噴射装置によれば、請求項３または４記載の液滴噴射装置の奏する効果に加え、第１プレートは、圧力室となる開口を複数個有し、第２プレートは、圧力室と対応するアクチュエータを複数有し、第３プレートの供給室は複数のアクチュエータの連通孔を介して複数の圧力室に連通しており、ノズルは圧力室毎に設けられている。よって、各プレートを積層することで複数のノズルを正確に並べた液滴噴射装置を容易に製作することができる。
【００６６】
請求項６記載の液滴噴射装置によれば、請求項４記載の液滴噴射装置の奏する効果に加え、第１プレートは圧力室となる開口を複数個有し、第２プレートは圧力室と対応するアクチュエータを複数有し、第３プレートの供給室は複数のアクチュエータの連通孔を介して複数の圧力室に連通し、ノズルは圧力室毎に設けられている。また、アクチュエータには、非圧電体で構成され複数の圧力室に亙って対応した共通電極と、その共通電極と反対側の圧電体の面に各圧力室毎に対応した個別電極とを備えている。そのため、供給室や供給室と圧力室を連通する連通孔が、圧力室の配列面とは異なる箇所に設けられているので装置の小型化を図ることができると共に、各プレートを積層することで複数のノズルを正確に並べた液滴噴射装置を容易に製作することができる。
【００６７】
請求項７記載の液滴噴射装置によれば、請求項１から６のいずれかに記載の液滴噴射装置の奏する効果に加え、連通孔が圧力室を挟んでノズルと対向する位置に配置されているので、供給室から圧力室への液体の供給と、圧力室からノズルを介しての液体の噴射とをスムースに行なうことができるという効果がある。
【００６８】
請求項８記載の液滴噴射装置によれば、請求項１から７のいずれかに記載の液滴噴射装置の奏する効果に加え、アクチュエータに形成された連通孔が複数の貫通孔からなるので、供給室から圧力室へ供給される液体から複数の連通孔が異物を除去するフィルタとして作用する。よって、ノズルを異物で閉塞することを防止するので、噴射不良をより確実に防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電式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示した斜視図である。
【図２】圧電式インクジェットヘッドの外観を示した外観斜視図である。
【図３】キャビティユニットの分解斜視図である。
【図４】図２に示した圧電式インクジェットへッドのＩＩ−ＩＩ断面線における断面構造を模式的に示した図である。
【図５】第２実施例の圧電式インクジェットへッドの断面構造を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１０                キャビティユニット（液滴噴射装置の一部）
１１、１１１        キャビティプレート
１１ａ、１１１ａ    圧力室
１２、１１２        アクチュエータプレート
１２ａ、１１２ａ    連通孔
１２ｂ              アクチュエータ
１１２ａ−１        貫通孔
１１２ａ−２        開口
１１２ｆ                        フィルタ
１３、１１３        供給プレート
１３ａ、１１３ａ    供給室
１４、１１４        マニホールドプレート
１４ａ、１１４ａ    マニホールド室
１５、１１５        閉塞プレート
２０、１２０        絶縁シート
２１、１２１        個別電極
２２、１２２        圧電体
２３、１２３        振動板（非圧電体、共通電極）
４３、１４３        ノズルプレート
５４、１５４        ノズル
【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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