(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に開口するノズルと、そのノズルのそれぞれに対して液体を供給するための圧力室と、前記ノズルから液体を吐出させるための圧力を前記圧力室に与える圧力発生部と、前記圧力室と前記圧力発生部との間に配置される振動板とを備えた液滴噴射装置において、
前記振動板は、支点部を挟んで相互に反対に連携して変位する第１の部分と第２の部分とを有し、前記圧力発生部を前記第１の部分と対向配置し、少なくとも前記第２の部分を前記圧力室と対向配置してなり、
前記圧力発生部からの圧力によって前記第１の部分を変位させることで、前記支点部を挟んで前記第１の部分とは反対側の前記第２の部分を、前記第１の部分による前記圧力室もしくはその側に位置する空間部の容積変化の大きさよりも大きな容積変化を前記圧力室に生じさせるように変位させることを特徴とする液滴噴射装置。
【請求項２】
前記第１の部分と前記第２の部分は、前記圧力室の長手方向に並んで位置し、その長手方向において前記第２の部分は前記第１の部分よりも長い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】
前記圧力発生部は、圧電材料とその分極方向に対向して位置する電極とを備え、前記電極への電圧の印加により前記圧電材料を伸長させるものであって、その伸長にともなう前記第１の部分の変位とは反対方向に前記第２の部分を前記圧力室を拡大するように変位させることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴噴射装置。
【請求項４】
外部に開口するノズルと、そのノズルに対して液体を供給するための圧力室と、前記ノズルから液体を噴射させるための圧力を前記圧力室に与える圧力発生部と、前記圧力室と前記圧力発生部との間に配置される振動板とを備えた液滴噴射装置において、
前記圧力発生部は、圧電材料とその分極方向に対向して位置する電極とを備え、前記電極への電圧の印加により前記圧電材料を伸長させるものであって、
前記振動板は、支点部を挟んで相互に反対に連携して変位する第１の部分と第２の部分とを有し、前記圧力発生部を前記第１の部分と対向配置し、少なくとも前記第２の部分を前記圧力室と対向配置してなり、
前記圧力発生部からの圧力によって前記第１の部分を変位させることで、前記支点部を挟んで前記第１の部分とは反対側の前記第２の部分を、前記圧力室を拡大する方向に変位させることを特徴とする液滴噴射装置。
【請求項５】
前記圧力発生部は、前記圧力室全体を覆うアクチュエータユニットにおいて前記振動板の第１の部分に対向して位置し、
前記振動板は、前記第１の部分において前記圧力発生部と当接し、前記第２の部分と前記アクチュエータユニットとの間に空間を形成して配置したことを特徴とする請求項３または４に記載の液滴噴射装置。
【請求項６】
前記ノズル及び圧力室は、複数個あり、前記アクチュエータユニット及び振動板は、複数の圧力室に跨って延在し、前記圧力発生部は前記圧力室に対応して前記アクチュエータユニットに複数個あることを特徴とする請求項５に記載の液滴噴射装置。
【請求項７】
前記振動板は、前記第１の部分と前記第２の部分との間で前記アクチュエータユニットに当接する突起部分を有し、その突起部分近傍を前記支点部として変位することを特徴とする請求項５または６に記載の液滴噴射装置。
【請求項８】
前記振動板の第１の部分は、前記圧力室外に位置し、その第１の部分と前記第２の部分との間で前記圧力室の外壁に当接する前記振動板の部分近傍を前記支点部として前記振動板は変位することを特徴とする請求項１乃至６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、インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等の液滴噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリントヘッドに圧電式の液滴噴射装置を利用したものが従来から提案されている。これは、圧電アクチュエータの寸法変位によって液室の容積を変化させることにより、その容積減少時に液室内の液体(インク)をノズルから噴射し、容積増大時に液室内にインクを導入するようにしたものである。そして、このような液滴噴射装置を多数互いに近接して配設し、所定の位置の液滴噴射装置からインクを噴射させることにより、所望の文字や画像を形成するのである。
【０００３】
従来の圧電式の液滴噴射装置を利用したインクジェットプリントヘッドとして、例えば図１６に示すようなものがある。図１６は、従来の圧電式インクジェットヘッドの拡大断面図である。この圧電式インクジェットヘッドは、外部に開口するノズル１５と、インクをノズル１５に供給するための圧力室１６と、図示しないインク供給源からインクをインク供給孔１８を介して複数の圧力室１６に分配する共通インク室１２ａと、インクを吐出させるための圧力を圧力室１６に与える圧力発生部２８ａを備えるアクチュエータとを備えた構成となっていた。
【０００４】
圧力発生部２８ａは、圧電アクチュエータ２０において、駆動電極２４とコモン電極２５とが圧電アクチュエータ２０の圧電シート２２を挟んでいる部分であり、駆動電極２４からコモン電極２５に向かう方向に分極処理されている。駆動電極２４とコモン電極２５との間に、上記分極処理を施した方向と一致する電界を印加すると、圧力発生部２８ａは圧電アクチュエータ２０の厚み方向に伸長変位する。この変位により、圧力室１６の容積が減少し、圧力室１６内のインクが押し出されて、圧力室１６に連通するノズル１５からインク液滴が噴射される。
【０００５】
そして、より効率よく、即ち低い電圧で、必要な噴射速度、体積を有するインク液滴を噴射させるために、圧力発生部２８ａは、圧力室１６のほぼ全体にわたって配置されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のインクジェットプリントヘッドでは、圧力発生部が圧力室のほぼ全体にわたって配置されたために、圧力発生部の面積に比例する静電容量が増加し、エネルギー効率が悪く、駆動するための電源系のコストが増加する問題があった。
【０００７】
また、上記のようなインクジェットプリントヘッドでは、駆動電圧を印加したときに圧力室の容積を小さくし、インク液滴を噴射するという、いわゆる押し打ちには適しているが、この方法によると、インクの供給が間に合わず、あまり駆動周波数があげられないという問題がある。また、この方法では、インク液滴の体積もあまり大きくはできないという問題がある。
【０００８】
そのため、駆動周波数を上げたり、液滴の体積を増大するための方法として、先ず圧力室の容積を大きくして、その後圧力室内の圧力が負から正になるタイミングで圧力室の容積を元に戻すという、いわゆる引き打ちをしようとする場合には、常時電圧を印加して圧力室の容積を常に小さくしておき、噴射時にのみ電圧印加を遮断するという方法を用いる必要があり、エネルギー効率が一層悪くなる。
【０００９】
このときインク室の容積を増大するために、逆の電界をかけることも考えられるが、その場合、分極反転が起こらないような低電界しか印加できず、十分なインク液滴を噴射することはできない。
【００１０】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、圧力発生部の配置面積を低減してエネルギー効率を良くするとともに、駆動時にのみ電圧を印加して引き打ちができる液滴噴射装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の液滴噴射装置は、外部に開口するノズルと、そのノズルのそれぞれに対して液体を供給するための圧力室と、前記ノズルから液体を吐出させるための圧力を前記圧力室に与える圧力発生部と、前記圧力室と前記圧力発生部との間に配置される振動板とを備えた液滴噴射装置において、前記振動板は、支点部を挟んで相互に反対に連携して変位する第１の部分と第２の部分とを有し、前記圧力発生部を前記第１の部分と対向配置し、少なくとも前記第２の部分を前記圧力室と対向配置してなり、前記圧力発生部からの圧力によって前記第１の部分を変位させることで、前記支点部を挟んで前記第１の部分とは反対側の前記第２の部分を、前記第１の部分による前記圧力室もしくはその側に位置する空間部の容積変化の大きさよりも大きな容積変化を前記圧力室に生じさせるように変位させることを特徴とする。
【００１２】
この構成の液滴噴射装置では、圧力発生部から第１の部分に圧力を与えて第１の部分を変位させると、第２の部分が第１の部分と逆側に第１の部分による前記圧力室もしくはその側に位置する空間部の容積変化の大きさよりも大きな容積変化を前記圧力室に生じさせるように変位する。このため、第１の部分に圧力を与える圧力発生部の面積が小さくてもつまり小さなエネルギーで第２の部分に大きな容積変化を与えることができる。
【００１３】
請求項２に記載の液滴噴射装置は、請求項１に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記第１の部分と前記第２の部分は、前記圧力室の長手方向に並んで位置し、その長手方向において前記第２の部分は前記第１の部分よりも長いことを特徴とする。
【００１４】
この構成の液滴噴射装置では、請求項１に記載の液滴噴射装置の作用に加え、第２の部分は前記第１の部分よりも長手方向に長いため、第１の部分に圧力を与えて第１の部分を変位させると、テコの原理により第２の部分が第１の部分と逆側に第１の部分よりも大きな容積だけ変位する。このため、第１の部分に圧力を与える圧力発生部の面積が小さくても第２の部分に大きな容積変化を与えることができる。
【００１５】
請求項３に記載の液滴噴射装置は、請求項１または２に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記圧力発生部は、圧電材料とその分極方向に対向して位置する電極とを備え、前記電極への電圧の印加により前記圧電材料を伸長させるものであって、その伸長にともなう前記第１の部分の変位とは反対方向に前記第２の部分を前記圧力室を拡大するように変位させることを特徴とする。
【００１６】
この構成の液滴噴射装置では、請求項１または２に記載の液滴噴射装置の作用に加え、圧力発生部の電極へ電圧を印加すると圧電材料が伸長して第１の部分を変位させ、支点部がテコになって第２の部分が第１の部分と逆側に圧力室を拡大するように変位する。従って、圧力発生部の面積が小さくてもテコの原理により圧力室が大きく拡大するので、圧力発生部の静電容量を小さくし、電圧を低く抑えることができる。また、電圧を印加すると第２の部分が変位して圧力室を拡大するので、噴射の際に電圧を印加して引き打ちをすることが可能になり、常時電圧を印加して噴射時に電圧を遮断する方法に比べて電源系のコストを低減できる。
【００１７】
請求項４に記載の液滴噴射装置は、外部に開口するノズルと、そのノズルに対して液体を供給するための圧力室と、前記ノズルから液体を噴射させるための圧力を前記圧力室に与える圧力発生部と、前記圧力室と前記圧力発生部との間に配置される振動板とを備えた液滴噴射装置において、前記圧力発生部は、圧電材料とその分極方向に対向して位置する電極とを備え、前記電極への電圧の印加により前記圧電材料を伸長させるものであって、前記振動板は、支点部を挟んで相互に反対に連携して変位する第１の部分と第２の部分とを有し、前記圧力発生部を前記第１の部分と対向配置し、少なくとも前記第２の部分を前記圧力室と対向配置してなり、前記圧力発生部からの圧力によって前記第１の部分を変位させることで、前記支点部を挟んで前記第１の部分とは反対側の前記第２の部分を、前記圧力室を拡大する方向に変位させることを特徴とする。
【００１８】
この構成の液滴噴射装置では、圧力発生部の電極へ電圧を印加すると圧電材料が伸長して第１の部分を変位させ、支点部がテコになって第２の部分が第１の部分と逆側に圧力室を拡大するように変位する。従って、圧力発生部の面積が小さくてもテコの原理により圧力室が大きく拡大するので、圧力発生部の静電容量を小さくし、電圧を低く抑えることができる。また、電圧を印加すると第２の部分が変位して圧力室を拡大するので、噴射の際に電圧を印加して引き打ちをすることが可能になり、常時電圧を印加して噴射時に電圧を遮断する方法に比べて電源系のコストを低減できる。
【００１９】
請求項５に記載の液滴噴射装置は、請求項３または４に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記圧力発生部は、前記圧力室全体を覆うアクチュエータユニットにおいて前記振動板の第１の部分に対向して位置し、前記振動板は、前記第１の部分において前記圧力発生部と当接し、前記第２の部分と前記アクチュエータユニットとの間に空間を形成して配置したことを特徴とする。
【００２０】
この構成の液滴噴射装置では、請求項３または４に記載の液滴噴射装置の作用に加え、圧力発生部の電極へ電圧を印加すると、圧力発生部に対向する振動板の第１の部分が変位し、支点部のまわりに第２の部分がアクチュエータユニットとの間にある空間に変位して、圧力室の容積を拡大する。
【００２１】
請求項６に記載の液滴噴射装置は、請求項５に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記ノズル及び圧力室は、複数個あり、前記アクチュエータユニット及び振動板は、複数の圧力室に跨って延在し、前記圧力発生部は前記圧力室に対応して前記アクチュエータユニットに複数個あることを特徴とする。
【００２２】
この構成の液滴噴射装置では、請求項５に記載の液滴噴射装置の作用に加え、１つのアクチュエータユニット及び振動板を複数のノズル、圧力室に跨って使用するため、多数の噴射機構を集積して解像度を高めることができる。
【００２３】
請求項７に記載の液滴噴射装置は、請求項５または６に記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記振動板は、前記第１の部分と前記第２の部分との間で前記アクチュエータユニットに当接する突起部分を有し、その突起部分近傍を前記支点部として変位することを特徴とする。
【００２４】
この構成の液滴噴射装置では、請求項５または６に記載の液滴噴射装置の作用に加え、振動板に突起を作ることによって、振動板がテコのように運動するための支点を特別な部材を必要とすることなく容易に形成できる。
【００２５】
請求項８に記載の液滴噴射装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴噴射装置の構成に加え、前記振動板の第１の部分は、前記圧力室外に位置し、その第１の部分と前記第２の部分との間で前記圧力室の外壁に当接する前記振動板の部分近傍を前記支点部として前記振動板は変位することを特徴とする。
【００２６】
この構成の液滴噴射装置では、請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴噴射装置の作用に加え、第１の部分が圧力室内に変位せず、第２の部分により圧力室全体を同じ方向に変形させるので、圧力室の容積が減少することがなく、効率よく圧力室の容積を拡大できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の液滴噴射装置をインクジェットヘッドに適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明のインクジェットヘッドを搭載したカラーインクジェットプリンタの概略を示す斜視図である。図１に示すように、このインクジェットプリンタ１００は、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のカラーインクがそれぞれ充填されるインクカートリッジ６１と、図中矢印Ｂ方向に搬送される用紙６２に印刷するための圧電式インクジェットヘッド６を備えたヘッドユニット６３と、インクカートリッジ６１及びヘッドユニット６３が搭載されるキャリッジ６４と、このキャリッジ６４を用紙６２の搬送方向と直交する方向に往復移動させる駆動ユニット６５と、キャリッジ６４の往復移動方向に延び、圧電式インクジェットヘッド６と対向配置されるプラテンローラ６６と、パージ装置６７とを備えている。
【００２８】
駆動ユニット６５は、キャリッジ６４の下端部に配置されたプラテンローラ６６と平行に延びるキャリッジ軸７１と、キャリッジ６４の上端部に配置されキャリッジ軸７１と平行に延びるガイド板７２と、そのキャリッジ軸７１とガイド板７２との間であって、キャリッジ軸７１の両端部に配置される２つのプーリ７３，７４と、これらプーリ７３，７４の間に掛け渡されるエンドレスベルト７５とから構成されている。一方のプーリ７３が、モータ７６の駆動により正逆回転されると、そのプーリ７３の正逆回転に伴って、エンドレスベルト７５に接合されているキャリッジ６４が、キャリッジ軸７１及びガイド板７２に沿って、直線方向に往復移動されるようになっている。
【００２９】
用紙６２は、カラーインクジェットプリンタ１００の側方に設けられた図示しない給紙カセットから給紙され、圧電式インクジェットヘッド６と、プラテンローラ６６との間に導入されて、圧電式インクジェットヘッド６から吐出されるインクにより所定の印刷がなされ、その後、排紙される。尚、図１においては、用紙６２の給紙機構及び排紙機構の図示を省略している。
【００３０】
パージ装置６７は、プラテンローラ６６の側方に設けられ、ヘッドユニット６３がリセット位置にある時に、圧電式インクジェットヘッド６と対向するように配置されている。このパージ装置６７は、圧電式インクジェットヘッド６の後述する複数のノズル１５を覆うようにその開口面に対し当接するキャップ８１と、ポンプ８２と、カム８３と、インク貯留部８４とを備えている。そして、ヘッドユニット６３がリセット位置にある時に、圧電式インクジェットヘッド６のノズル１５をキャップ８１で覆い、圧電式インクジェットヘッド６の内部に溜まる気泡等を含んだ不良インクを、カム８３の駆動に伴ってポンプ８２が吸引することにより、圧電式インクジェットヘッド６の回復を図るようになっている。これにより、インクの初期導入時におけるインクの滞留や気泡の成長等に起因する吐出不良等を防止することができる。尚、吸引された不良インクは、インク貯留部８４に貯められる。
【００３１】
次に、図２乃至図５を参照して、ヘッドユニット６３の構造について説明する。図２は、ヘッドユニット６３を倒立させた状態の斜視図である。図３は、図２のヘッドユニット６３の分解斜視図である。図４は、上方から見たヘッドユニット６３の分解斜視図である。図５は、ヘッドユニット６３の底面図である。
【００３２】
図２乃至図５に示すように、用紙６２に沿って走行するキャリッジ６４に搭載されるヘッドユニット６３は、上面開放の略箱状に形成されており、その上方から４つのインクカートリッジ６１を着脱自在に装着できるカートリッジ搭載部３を有し、このカートリッジ搭載部３の一側部位３ａには、各インクカートリッジ６１のインク放出部（図示せず）に接続可能なインク供給路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄがヘッドユニット６３の底板５の下面まで連通している。尚、このカートリッジ搭載部３の一側部位３ａの上面には、各インクカートリッジ６１のインク放出部（図示せず）と密接できるようにしたゴム製等のパッキン（図示せず）が配置されている。
【００３３】
底板５は、カートリッジ搭載部３から一段下に突出するようにして水平状に形成され、図３及び図５に示すように、底板５の下面側には、圧電式インクジェットヘッド６を２つ並列させて配置するための２つの支持部８が段付き状に形成されている。各支持部８には、ＵＶ接着剤にて固定するための複数の空所９ａ，９ｂが上下に貫通するように形成されている。
【００３４】
各支持部８の一端には、インク供給路４ａ〜４ｄを介してインクカートリッジ６１と連通する連通部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄが設けられており、この連通部４６ａ〜４６ｄの外周には、平面視で８の字状等の嵌合溝４８が凹設されている。この嵌合溝４８には、リング状のゴム製等のパッキン４７が挿入されており、圧電式インクジェットヘッド６が支持部８に接着固定されたときには、このパッキン４７の先端が後述する圧電式インクジェットヘッド６のインク供給口１９ａ（図８参照）の外周へ押圧され、このインク供給口１９ａとの当接箇所が密閉されるのである。
【００３５】
そして、接着固定された圧電式インクジェットヘッド６を保護するための保護カバー４４が、圧電式インクジェットヘッド６の固定された底板５を覆うように取り付けられる。この保護カバー４４には、圧電式インクジェットヘッド６のノズル１５が露出されるように、保護カバー４４の長手方向に沿って２つの楕円形状の開口が設けられている。さらに、長手方向の両端部は略コの字状に折り曲げられており、保護カバー４４が固定される場合には、この折り目に沿うように、圧電式インクジェットヘッド６のフレキシブルフラットケーブル４０がヘッドユニット６３の上方に折り曲げられて固定されるようになっている。
【００３６】
次に、図６乃至図１０を参照して、圧電式インクジェットヘッド６の構造について説明する。図６は、圧電式インクジェットヘッド６の分解斜視図である。図７は、圧電式インクジェットヘッド６の側方断面図である。図８は、キャビティプレート１０の分解斜視図である。図９は、キャビティプレート１０の要部を拡大した分解斜視図である。図１０は、圧電アクチュエータ２０の要部を拡大した分解斜視図である。
【００３７】
図６及び図７に示すように、圧電式インクジェットヘッド６は、複数枚の積層型のキャビティプレート１０と、キャビティプレート１０に対して振動板２９ａを挟んで接着剤または接着シートを介して接着・積層されるプレート型の圧電アクチュエータ２０と、その上面に外部機器との電気的接続のためのフレキシブルフラットケーブル４０とが接着剤にて重ね接合されて構成されており、最下層のキャビティプレート１０の下面側に開口されたノズル１５から下向きにインクが噴射されるようになっている。
【００３８】
次に、図８に示すように、キャビティプレート１０は、ノズルプレート１１と、二枚のマニホールドプレート１２と、スペーサプレート１３と、ベースプレート１４との五枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね積層した構造である。本実施形態では、これらの各プレート１１〜１４は、４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）製で、５０μm〜１５０μm程度の厚さを有している。尚、これらの各プレート１１〜１４は、金属に限らず、例えば、樹脂により形成してもよい。
【００３９】
また、図９に示すように、ベースプレート１４には、長手方向の中心線１４ａ，１４ｂに対して直交する方向に延びる細幅の複数の圧力室１６が千鳥足状配列で穿設されている。また、各圧力室１６に対応して、それぞれの圧力室１６よりもベースプレート１４の短手方向の両端側の位置にインク供給孔１６ｂがそれぞれ穿設されており、その間に凹設された絞り部１６ｄによって、各圧力室１６と各インク供給孔１６ｂとがそれぞれ接続されている。各インク供給孔１６ｂは、スペーサプレート１３の短手方向における左右両側部位に穿設された各インク供給孔１８を介して、マニホールドプレート１２における共通インク室１２ａに連通している。ここで、各絞り部１６ｄにおけるインクが流れる方向と直交する方向の断面積は、各圧力室１６における同方向の断面積より小さい構造となっている。これは、噴射時にインク供給孔１６ｂへ向かって逆流するインクに対して流路抵抗を増すためである。また、各圧力室１６の一端部１６ａは、ノズルプレート１１における千鳥足状配列のノズル１５に、スペーサプレート１３及び二枚のマニホールドプレート１２に同じく千鳥足状配列で穿設されている微小径の貫通孔１７を介して連通している。
【００４０】
そして、図８に示すように、ベースプレート１４及びスペーサプレート１３には、インクカートリッジ６１からインクをマニホールドプレート１２における共通インク室１２ａに供給するためのインク供給孔１９ａ，１９ｂが、それぞれ、穿設されている。また、二枚のマニホールドプレート１２には、ノズルプレート１１における複数のノズル１５のなす列を挟み、共通インク室１２ａ，１２ｂが長手方向に沿って２つ設けられている。共通インク室１２ａ，１２ｂは各マニホールドプレート１２を貫通した開口として形成されており、上下重なった開口が１つの共通インク室を形成し、一方の共通インク室１２ａは一方の列の圧力室に連通し、他方の共通インク室１２ｂは、他方の列の圧力室に連通している（図９参照）。この共通インク室１２ａ，１２ｂは、ベースプレート１４における複数の圧力室１６がなす面と平行な面内に位置し、かつ、この複数の圧力室１６よりも、ノズルプレート１１における複数のノズル１５開口面側に、複数のノズル１５がなす列方向に長く延びている。
【００４１】
また、共通インク室１２ａ，１２ｂは、インク供給孔１９ａ，１９ｂから離れた端部（Ｃ部）において、インク供給孔１９ａ，１９ｂから離れる方向に、その断面積が一定割合で減少する形状である。これは、共通インク室１２ａ，１２ｂの端部（Ｃ部）に溜まりやすい残留気泡を排出しやすいようにするためである。この共通インク室１２ａ，１２ｂは、二枚のマニホールドプレート１２に対するノズルプレート１１及びスペーサプレート１３の積層により密閉される構造になっている。
【００４２】
ノズルプレート１１には、微小径（本実施形態では、２５μｍ程度）の複数のインク噴射用のノズル１５が、ノズルプレート１１における長手方向の中心線１１ａ，１１ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥足状配列で穿設されている。そして、それぞれのノズル１５は、マニホールドプレート１２の貫通孔１７のそれぞれに対応している。
【００４３】
以上のキャビティプレート１０の構成により、ベースプレート１４及びスペーサプレート１３の一端部に穿設されたインク供給孔１９ａ，１９ｂを介し、インクカートリッジ６１から共通インク室１２ａ，１２ｂ内に流入したインクは、共通インク室１２ａから各インク供給孔１８、各インク供給孔１６ｂ、絞り部１６ｄを通って各圧力室１６に分配される。そして、各圧力室１６の一端部１６ａの方向にインクが流れ、各貫通孔１７を通って、各圧力室１６に対応するノズル１５に至ることとなる。
【００４４】
次に、図１０に示すように、圧電アクチュエータ２０は、二枚の圧電シート２１，２２と、一枚の絶縁シート２３とを積層した構造である。最下段の圧電シート２１の上面には、キャビティプレート１０における各圧力室１６毎に対応した細幅の複数の駆動電極２４が、千鳥足状配列で設けられている。また、各駆動電極２４の一端部２４ａは、圧電アクチュエータ２０の表裏面２０ａ，２０ｂと直交する左右側面２０ｃに露出するように形成されている。
【００４５】
次段の圧電シート２２の上面には、複数の圧力室１６に対して共通のコモン電極２５が設けられている。コモン電極２５の一端部２５ａも、各駆動電極２４の一端部２４ａと同様、左右側面２０ｃに露出するように形成されている。各駆動電極２４とコモン電極２５とに挟まれる圧電シート２２におけるそれぞれの領域は、各圧力室１６毎に対応した圧力発生部２８ａとなる。圧力発生部２８ａは、駆動電極２４からコモン電極２５に向かう方向Ｐに分極処理されている。本実施形態では、圧力発生部２８ａの占める面積は、圧力室１６の面積の約１０％となるように構成されている。
【００４６】
最上段の絶縁シート２３の上面には、各駆動電極２４の各々に対する表面電極２６と、コモン電極２５に対する表面電極２７とが、左右側面２０ｃに沿って並ぶように設けられている。また、左右側面２０ｃには、各駆動電極２４の一端部２４ａに第１の凹み溝３０が、コモン電極２５の一端部２５ａに第２の凹み溝３１が、それぞれ積層方向に延びるように設けられている。各第１の凹み溝３０内には、図７に示すように、各駆動電極２４と各表面電極２６とを電気的に接続する側面電極３２が、第２の凹み溝３１内には、コモン電極２５と表面電極２７とを電気的に接続する側面電極３３が、それぞれ形成されている。尚、符号２８及び２９の電極は、捨てパターンの電極である。
【００４７】
次に、図１１は、図７の圧電式インクジェットヘッド６の拡大断面図である。図１１には、共通インク室１２ａ及び圧力室１６がインクで満たされた状態を示している。図１１に示すように、圧電アクチュエータ２０とキャビティプレート１０の間には、振動板２９ａが配置されている。振動板２９ａは、圧電アクチュエータ２０に接する側に、圧力室１６の長手方向に並んでハーフエッチング等で凹部として形成された３箇所の空間部２９ｄ，２９ｆ，２９ｇを有している。空間部２９ｇと２９ｄとの間の突部２９ｅは、圧電アクチュエータ２０と当接固着され、振動板２９ａが後述するように変位する際の支点部となっている。その突部２９ｅの一方の側の空間部２９ｇから２９ｆに対応する振動板２９ａの部分は、第一変形部２９ｂとなり、突部２９ｅの他方の側の空間部２９ｄと圧力室１６に挟まれた振動板２９ａの部分は、第二変形部２９ｃとなっている。第一変形部２９ｂは、突部２９ｈを介して圧電アクチュエータ２０の圧力発生部２８ａと対向した位置に当接している。第一変形部２９ｂ及び第二変形部２９ｃは圧力室１６に対応して位置しており、第二変形部２９ｃの先端は絞り部１６ｄまで達していない。第一変形部２９ｂの圧力室１６の長手方向における長さは、第二変形部２９ｃの圧力室１６の長手方向における長さに比べて短くなっている。尚、各空間部２９ｄ，２９ｆ，２９ｇは、第一変形部２９ｂ、第二変形部２９ｃ、突部２９ｅが確保できるように形成されればよく、ハーフエッチングに限らず、穴の空いたプレートを圧電アクチュエータ２０に、空いていないプレートを圧力室１６側に配置して積層して構成しても良い。
【００４８】
次に、図１２及び図１３を参照して、インクジェットプリンタ１００の印刷時の動作について説明する。図１２に示すように、圧電式インクジェットヘッド６における圧電アクチュエータ２０の各駆動電極２４のうち任意の駆動電極２４に正電圧を印加し、コモン電極２５をグランドに接続すると、電極間に分極方向Ｐと一致する方向の電界Ｅが発生する。圧電シート２２のうち電圧が印加された駆動電極２４の部分、即ち、圧力発生部２８ａが、圧電縦効果により積層方向に伸長する。
【００４９】
そして、この伸長が、突部２９ｈを押して振動板２９ａの第一変形部２９ｂを、圧力室１６側に変形させる。これにより、突部２９ｅを支点として振動板２９ａの第二変形部２９ｃが逆の方向、すなわち圧電アクチュエータ２０側の空間部２９ｄ内に変形し、圧力室１６の容積を拡大させる。このとき、第一変形部２９ｂの圧力室１６の長手方向における長さは、第二変形部２９ｃの圧力室１６の長手方向おける長さに比べて短くなっているため、テコの原理により、第二変形部２９ｃが圧力室１６の容積を増大させる量は、第一変形部２９ｂが圧力室１６側の容積を減少させる量よりもはるかに大きくなり、結果的に各駆動電極２４に対応する圧力室１６の容積が大幅に拡大され、圧力室１６内の圧力が減少する。
【００５０】
圧力室１６内の容積が拡大した状態を、このとき生じた圧力波の圧力室１６内での片道伝播時間Ｔだけ維持する。すると、その間共通インク室１２ａからインク供給孔１８、インク供給孔１６、絞り部１６ｄを介して圧力室１６の増加した容積分のインクが供給される。
【００５１】
尚、上記片道伝播時間Ｔは、圧力室１６内の圧力波が、圧力室１６の長手方向（図中、紙面左右方向）に伝播するのに必要な時間であり、圧力室１６の長さＬとこの圧力室１６内部のインク中での音速ａによりＴ＝Ｌ／ａと決まる。圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼＴ時間がたつと圧力室１６内の圧力が逆転し、正の圧力に転じる。このタイミングに合わせて駆動電極２４への電圧の印加を解除すると、図１３に示すように、圧力発生部２８ａが元の状態に復帰し、第二変形部２９ｃが圧力室１６の容積を元に戻すため、圧力室１６内のインクに圧力が加えられる。そのとき、正に転じた圧力と、第二変形部２９ｃの復帰により発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力が圧力室１６に連通するノズル１５付近の部分に生じて、単なる押し打ちに比べて効率よくインク液滴９０がノズル１５から噴射される。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態にかかる圧電式インクジェットヘッド６では、振動板２９ａが、支点部である突部２９ｅを挟んで、圧力室１６側に変位する第一変形部２９ｂと、第一変形部２９ｂの変位に従って圧力室１６と反対側の空間部２９ｄに変位する第二変形部２９ｃとを、圧力室１６の長手方向に並んで有し、第一変形部２９ｂは、電圧の印加により伸長変位する圧力発生部２８ａに対向している。従って、電圧が印加されると、圧力発生部２８ａの伸長が第一変形部２９ｂを圧力室１６側に変位させて圧力室１６の容積を減少させるが、突部２９ｅを支点として第二変形部２９ｃが空間部２９ｄに変位して圧力室１６の容積を拡大する。従って、高駆動周波数や、大体積の噴射に有利な引き打ちが噴射の際に電圧を印加して容易に達成できる。また、第一変形部２９ｂの圧力室１６の長手方向における長さは、第二変形部２９ｃの圧力室１６の長手方向における長さに比べて短くなっているため、テコの原理により、第二変形部２９ｃが圧力室１６の容積を拡大させる量は、第一変形部２９ｂが圧力室１６側の容積を減少させる量よりも大きくなるため、圧力室１６に所望の容積変化を得るための圧力発生部２８ａの面積を小さくすることが可能となり、圧力発生部２８ａが有する静電容量が低減でき、より低電圧で駆動することができる。さらに、本実施形態では、空間部２９ｆ，２９ｇ，２９ｄをハーフエッチング等で設けることによりその間を突部２９ｅとなし、特別な部材を使用せずに支点部を形成し、構成を複雑化することなく本発明の効果を実現している。
【００５３】
尚、本発明は上記実施の形態に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。例えば、図１４は、別の実施形態の圧電式インクジェットヘッドの動作を説明する拡大断面図である。図１４に示すように、第一変形部と第二変形部の位置関係については、第一変形部２９ｂを圧力室１６へのインク供給孔１８側に配置してもよい。上記実施形態と同様に、電圧を印加すると、図１４に示すように、圧力発生部２８ａに、圧電縦効果による積層方向の伸長が発生し、この伸長が、振動板２９ａの第一変形部２９ｂを、圧力室１６側に変形させ、圧力室１６の容積を減少させる。これにより、突部２９ｅを支点として第二変形部２９ｃが空間部２９ｄ内に変形し、圧力室１６の容積を拡大させる。
【００５４】
図１５は、さらに別の実施形態の圧電式インクジェットヘッドの拡大断面図である。この実施形態では、第一変形部２９ｂを圧力室１６へ変形させるのではなく、圧力室１６の外の第一変形部２９ｂに対向する部分に空間部２９ｇを設けている。また、振動板２９ａ上に支点部を設けず、圧力室１６と空間部２９ｇとの間を支点部２９ｉとしている。空間部２９ｇと支点部２９ｉは、ベースプレート１４に圧力室１６と並んで形成される。電圧が印加されると、圧力発生部２８ａに、圧電縦効果による積層方向の伸長が発生し、この伸長は、第一変形部２９ｂを空間部２９ｇに変形させる。空間部２９ｇは圧力室１６の外にあるので、圧力室１６の容積は全く減少しない。そして、支点部２９ｉを支点として第二変形部２９ｃが空間部２９ｄ内に変形し、第二変形部２９ｃの変形にかかる全容積分、圧力室１６の容積が増大する。従って、さらに効率的に圧力室１６の容積を拡大することができる。
【００５５】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、請求項１に記載の液滴噴射装置によれば、圧力発生部から第１の部分に圧力を与えて第１の部分を変位させると、第２の部分が第１の部分と逆側に第１の部分よりも大きな容積だけ変位する。このため、第１の部分に圧力を与える圧力発生部の面積が小さくても、つまり小さなエネルギーで第２の部分に大きな容積変化を与えることができる。
【００５６】
請求項２に記載の液滴噴射装置によれば、請求項１に記載の液滴噴射装置の効果に加え、第２の部分は前記第１の部分よりも長手方向に長いため、第１の部分に圧力を与えて第１の部分を変位させると、テコの原理により第２の部分が第１の部分と逆側に第１の部分よりも大きな容積だけ変位する。このため、第１の部分に圧力を与える圧力発生部の面積が小さくても第２の部分に大きな容積変化を与えることができる。
【００５７】
請求項３に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効果に加え、圧力発生部の電極へ電圧を印加すると圧電材料が伸長して第１の部分を変位させ、支点部がテコになって第２の部分が第１の部分と逆側に圧力室を拡大するように変位する。従って、圧力発生部の面積が小さくてもテコの原理により圧力室が大きく拡大するので、圧力発生部の静電容量を小さくし、電圧を低く抑えることができる。また、電圧を印加すると第２の部分が変位して圧力室を拡大するので、噴射の際に電圧を印加して引き打ちをすることが可能になり、常時電圧を印加して噴射時に電圧を遮断する方法に比べて電源系のコストを低減できる。
【００５８】
請求項４に記載の液滴噴射装置によれば、圧力発生部の電極へ電圧を印加すると圧電材料が伸長して第１の部分を変位させ、支点部がテコになって第２の部分が第１の部分と逆側に圧力室を拡大するように変位する。従って、圧力発生部の面積が小さくてもテコの原理により圧力室が大きく拡大するので、圧力発生部の静電容量を小さくし、電圧を低く抑えることができる。また、電圧を印加すると第２の部分が変位して圧力室を拡大するので、噴射の際に電圧を印加して引き打ちをすることが可能になり、常時電圧を印加して噴射時に電圧を遮断する方法に比べて電源系のコストを低減できる。
【００５９】
請求項５に記載の液滴噴射装置によれば、請求項３または４に記載の液滴噴射装置の効果に加え、圧力発生部の電極へ電圧を印加すると、圧力発生部に対向する振動板の第１の部分が変位し、支点部のまわりに第２の部分がアクチュエータユニットとの間にある空間に変位して、圧力室の容積を拡大する。
【００６０】
請求項６に記載の液滴噴射装置によれば、請求項５に記載の液滴噴射装置の効果に加え、１つのアクチュエータユニット及び振動板を複数のノズル、圧力室に跨って使用するため、多数の噴射機構を集積して解像度を高めることができる。
【００６１】
請求項７に記載の液滴噴射装置によれば、請求項５または６に記載の液滴噴射装置の効果に加え、振動板に突起を作ることによって、振動板がテコのように運動するための支点を特別な部材を必要とすることなく容易に形成できる。
【００６２】
請求項８に記載の液滴噴射装置によれば、請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴噴射装置の効果に加え、第１の部分が圧力室内に変位せず、第２の部分により圧力室全体を同じ方向に変形させるので、圧力室の容積が減少することがなく、効率よく圧力室の容積を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態の圧電式インクジェットヘッド６を搭載するインクジェットプリンタ１００の概略を示す斜視図である。
【図２】  ヘッドユニット６３を倒立させた状態の斜視図である。
【図３】  図２のヘッドユニット６３の分解斜視図である。
【図４】  上方から見たヘッドユニット６３の分解斜視図である。
【図５】  ヘッドユニット６３の底面図である。
【図６】  圧電式インクジェットヘッド６の分解斜視図である。
【図７】  圧電式インクジェットヘッド６の側方断面図である。
【図８】  キャビティプレート１０の分解斜視図である。
【図９】  キャビティプレート１０の要部を拡大した分解斜視図である。
【図１０】  圧電アクチュエータ２０の要部を拡大した分解斜視図である。
【図１１】  図７の圧電式インクジェットヘッド６の拡大断面図である。
【図１２】  圧電式インクジェットヘッド６の動作を説明する拡大断面図である。
【図１３】  圧電式インクジェットヘッド６によりインク滴が噴射されているところを説明する拡大断面図である。
【図１４】  別の実施形態の圧電式インクジェットヘッドの動作を説明する拡大断面図である。
【図１５】さらに別の実施形態の圧電式インクジェットヘッドの拡大断面図である。
【図１６】  従来の圧電式インクジェットヘッドの拡大断面図である。
【符号の説明】
６    圧電式インクジェットヘッド
１５  ノズル
１６  圧力室
２０  圧電アクチュエータ
２４  駆動電極
２５  コモン電極
２８ａ  圧力発生部
２９ａ  振動板
２９ｂ  第一変形部
２９ｃ  第二変形部
２９ｄ  空間部
２９ｅ  突部
２９ｉ  支点部
【図１】
0003906738.tif 000002
【図２】
0003906738.tif 000003
【図３】
0003906738.tif 000004
【図４】
0003906738.tif 000005
【図５】
0003906738.tif 000006
【図６】
0003906738.tif 000007
【図７】
0003906738.tif 000008
【図８】
0003906738.tif 000009
【図９】
0003906738.tif 000010
【図１０】
0003906738.tif 000011
【図１１】
0003906738.tif 000012
【図１２】
0003906738.tif 000013
【図１３】
0003906738.tif 000014
【図１４】
0003906738.tif 000015
【図１５】
0003906738.tif 000016
【図１６】
0003906738.tif 000017