JP4923814B2 - 液体移送装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体流入口から複数の液体流出口までアクチュエータにより液体を移送する液体移送装置に関するものである。

インクタンクから供給されるインクを移送して、ノズルから記録用紙等に向けてインク液滴を噴射するインクジェットヘッドが既に知られている。このインクジェットの方式は、噴射エネルギーの発生方法の違いにより分類されており、圧電素子の振動力を利用してインク液滴を噴射させる圧電方式や、熱エネルギーによる気泡の発生でインク液滴を噴射させるバブルジェット（登録商標）方式などが存在する。それらの中でも圧電方式は、機械的動力を噴射エネルギーとして利用しているため、インク種類の選択自由度が高く、インク噴射量が精密に制御されて液滴階調が可能であり、耐久性も高いという利点がある。

例えば、特開平１０−１４６９６８号公報（特許文献１）等に開示された圧電方式のインクジェットヘッドは、インク供給口から複数のノズルまでの流路中に各ノズルに夫々対応する複数の圧力室が設けられた流路ユニットと、この流路ユニットの上に積層されて圧力室の容積を選択的に変動させる圧電アクチュエータとを備えている。また、圧電アクチュエータは、振動板と、この振動板の上面に形成されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電層の積層体と、この圧電層間に介挿形成された複数の電極とを有している。

このようなインクジェットヘッドによれば、圧電アクチュエータの電極に対して選択的に駆動電圧が印加されると、その電極で挟まれた圧電層の活性部に電界が作用して厚み方向の変形が生じる。そして、この圧電層の変形が振動板に伝達されて圧力室の容積が変動し、圧力室内のインクに生じた圧力変動によりインク液滴がノズルより噴射されることとなる。
特開平１０−１４６９６８号公報

ところで、近年のインクジェットヘッドでは、印刷速度を向上させるためにノズル数を増加させる高密度化が図られている。しかしながら、ノズル数の増加に伴って圧電アクチュエータの各電極も高密度化されることとなるため、圧電アクチュエータ全体として発熱量が増大するという問題がある。また、インク液滴を効率よく噴射させるために、圧電アクチュエータが圧力室に対してその容積変動を十分に与えるには、圧力室に対向する電極の面積を大きくする必要があるが、そうすると、電極間の静電容量が大きくなり、圧電アクチュエータ全体としての発熱量が大きくなり、消費電力も増す。一方、電極の面積を小さく設計すると、圧電アクチュエータの駆動時の変形量が小さくなり、インク液滴が十分に噴射されなくなる。よって、インク噴射性能を維持しながら発熱量を低減するために、駆動効率の良いアクチュエータの開発が望まれている。

そこで、本発明は、駆動効率の良好なアクチュエータを有する液体移送装置を提供することを目的としている。

本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る液体移送装置は、液体流入口から複数の液体流出口までの流路中に前記複数の液体流出口に夫々対応する複数の圧力室が設けられた流路ユニットと、前記流路ユニットに重ねられ前記圧力室の容積を変動させるアクチュエータとを備え、前記流路ユニットは、前記複数の圧力室をその間に隔壁を介在して列状に配置して有し、前記アクチュエータは、前記各圧力室に夫々対面して前記複数の圧力室にわたって連続して設けられた振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側に設けられた圧電体とを有し、前記圧電体は、前記複数の圧力室にわたる大きさであって前記振動板と平行な方向と直交する方向に重ねられる圧電材シートと、前記圧電材シートに重ねられて前記複数の圧力室に対応して連続配置された共通電極と、前記共通電極との間で前記圧電材シートを挟み前記複数の圧力室の夫々に対応するように個別配置された複数の個別電極とを有し、前記個別電極は、前記直交する方向から見た平面視で前記圧力室よりも小さい面積であり、前記圧電体は、前記平面視で前記個別電極に対応する領域であって前記共通電極と前記個別電極との間に生じる電界により変形する活性部と、前記活性部以外の部分である不活性部とを有し、前記振動板と平行な方向に扁平で前記振動板側の面が前記圧力室の列方向に平坦に形成されており、前記振動板と前記圧電体との間には、前記不活性部を前記隔壁に連結する固定体と、前記活性部の変形を前記振動板に伝達する変位伝達体とが介設され、前記変位伝達体が、その外周部と前記固定体との間に隙間をあけて前記振動板の変形を拘束するように前記振動板の所定範囲にわたって配置されていると共に、前記不活性部に接合されずに前記活性部に接合されており、前記振動板における、前記変位伝達体によって変形を拘束される変形拘束面積が、前記変位伝達体における、前記活性部からの圧力を受ける受圧面積よりも大であることを特徴とする。

このようにすると、圧電体の不活性部と圧力室の隔壁との間に介設された固定体に対して変位伝達体が隙間をあけて配置されているため、圧電体の不活性部が固定体に、組み立て上多少ずれて連結され、活性部が変位伝達体に対してずれて位置しても、活性部の変形は振動板を所要量確実に変形させることができる。また、アクチュエータの活性部の変形が変位伝達体に伝達されると、変位伝達体が移動して振動板を変形させて圧力室の容積が変動することとなる。そうすると、アクチュエータの活性部の変形状態にかかわらず振動板の変位伝達体による変形拘束面積分が安定して変位する。したがって、アクチュエータの活性部の変位量が小さくなっても圧力室に安定した容積変動を与えることができ、駆動効率が向上する。

また、圧力室の変動容積は、振動板の変位量及び振動板の変位箇所面積に比例するが、変位伝達体により変形を拘束される振動板の変形拘束面積が、活性部からの圧力を受ける変位伝達体の受圧面積よりも大であるので、変位伝達体の存在により活性部の変位箇所面積よりも振動板の変位箇所面積を大きくさせる増幅効果が得られる。したがって、アクチュエータの活性部の変位量が小さくても圧力室に大きな容積変動を与えることができ、駆動効率が向上する。

また、振動板に対する変位伝達体の接合面積が、アクチュエータの活性部の面積よりも大であることで、活性部すなわち電極間に挟まれた部分の面積を小さくして静電容量を減少させながら、アクチュエータの変位箇所面積よりも振動板の変位箇所面積が大きくなる増幅効果が得られる。したがって、アクチュエータの変位量が小さくても圧力室に大きな容積変動を与えることができ、駆動効率が向上する。

前記変位伝達体が、前記活性部との接合面積よりも前記振動板との接合面積を大きくした形状であってもよい。

このようにすると、変位伝達体により変形を拘束される振動板の変形拘束面積が、活性部からの圧力を受ける変位伝達体の受圧面積よりも大となる構成を容易に形成することができ、生産性が向上する。より具体的には、変位伝達体は、前記振動板と平行な方向と直交する方向に切断した断面視で凸形状を呈したものとすると好適である。

前記固定体および前記変位伝達体における、前記圧電体との接合面が前記振動板から同じ高さにあってもよい。

このようにすると、固定体および変位伝達体の圧電体との接合面が振動板から同じ高さであるので、平坦なプレートによりアクチュエータの積層構造を容易に形成することができ、生産性が向上する。

前記振動板の前記流路ユニットと対面する側の面において、前記変位伝達体に対応する位置に変形拘束体が設けられていると共に、前記平面視で前記固定体と重なる位置に第２固定体が設けられ、前記変形拘束体が、その外周部と前記第２固定体との間に隙間をあけて前記振動板の変形を拘束するように前記振動板の所定範囲にわたって配置されており、前記振動板における、前記変形拘束体によって変形を拘束される変形拘束面積が、前記変位伝達体における、前記活性部からの圧力を受ける受圧面積よりも大であってもよい。

このようにすると、第２固定体に対して変形拘束体が隙間をあけて配置されているため、第２固定体が圧力室間の隔壁に、組み立て上多少ずれて連結されても、振動板がその変形を妨げられることなく所期量確実に変形される。また、アクチュエータの活性部の変形が変位伝達体に伝達されると、変位伝達体の移動により振動板の変形拘束体が設けられた部分が変位して圧力室の容積が変動することとなる。そうすると、アクチュエータの活性部の変形状態にかかわらず振動板の変形拘束体による変形拘束面積分が安定して変位する。したがって、アクチュエータの活性部の変位量が小さくなっても圧力室に安定した容積変動を与えることができ、駆動効率が向上する。

また、圧力室の変動容積は、振動板の変位量及び振動板の変位箇所面積に比例するが、変形拘束体により変形を拘束される振動板の変形拘束面積が、活性部からの圧力を受ける変位伝達体の受圧面積よりも大であるので、変形拘束体によって活性部の変位箇所面積よりも振動板の変位箇所面積を大きくさせる増幅効果が得られる。したがって、アクチュエータの活性部の変位量が小さくても圧力室に大きな容積変動を与えることができ、駆動効率が向上する。

前記変形拘束体および前記第２固定体は、前記振動板から同じ高さに突出していてもよい。

このようにすると、第２固定体および変形拘束体が振動板からほぼ同じ高さであるので、平坦なプレートを利用してアクチュエータの積層構造を容易に形成することができ、生産性が向上する。

前記変形拘束体の前記振動板に対する接合面積は、前記変形拘束体に対応する前記活性部の面積よりも大であってもよい。

このようにすると、振動板に対する変形拘束体の接合面積が、アクチュエータの活性部の面積よりも大であるので、活性部すなわち電極間に挟まれた部分の面積を小さくして静電容量を減少させながら、アクチュエータの変位箇所面積よりも振動板の変位箇所面積が大きくなる増幅効果が得られる。したがって、アクチュエータの変位量が小さくても圧力室に大きな容積変動を与えることができ、駆動効率が向上する。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、圧力室に安定した容積変動を与えることができ、アクチュエータの駆動効率が向上する。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るカラー用のインクジェットヘッド１を示す分解斜視図である。図１に示すように、インクジェットヘッド（液体移送装置）１は、複数枚のプレートが積層された流路ユニット２と、その流路ユニット２に対して重ねて接着される圧電式のアクチュエータ３とを備えている。流路ユニット２は、最下層の下面側に開口したノズル孔１７ａ（図２参照）から下向きにインクが噴射される構成となっている。アクチュエータ３は、電界が選択的に付与されることで所要箇所が選択的に変形する圧電体５と、圧電体５の下面に配置される振動板ユニット４とを備えている。圧電体５の上面には表面電極７が形成されており、外部機器との電気的接続を行うためのフレキシブルフラットケーブル６が重ねて配置されている。フレキシブルフラットケーブル６の下面に露出した端子（図示せず）は、圧電体５の表面電極７に導通接続されている。

図２は図１に示すインクジェットヘッド１の分解斜視図である。図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の要部拡大図である。図２及び図３に示すように、流路ユニット２は、圧力室プレート１０と、第１接続流路プレート１１と、第２接続流路プレート１２と、第１マニホールドプレート１３と、第２マニホールドプレート１４と、ダンパープレート１５と、カバープレート１６と、ノズルプレート１７とがそれぞれ接着積層された構成となっている。ノズルプレート１７はポリイミド等の樹脂シートで、それ以外の各プレート１０〜１６は４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板であり、各々５０〜１５０μｍ程度の肉厚を有している。各プレート１０〜１７には、電解エッチング、レーザ加工、プラズマジェット加工等により、流路を構成する開口又は凹部が形成されている。

図２に示すように、圧力室プレート１０は、長辺に沿うように５列に並べられた多数の圧力室孔１０ａと、インク供給孔（液体流入口）１０ｃとを有し、圧力室層を構成している。圧力室孔１０ａは、平面視で列方向と直交する方向の長軸を有する長円形状となっており（図４参照）、列方向及びそれと直交する方向に隣接する他の圧力室孔とは隔壁１０ｂによって隔てられている。５列の圧力室孔１０ａのうち、左側２列はブラックインク用に、残りの３列はそれぞれシアン、マゼンダ、イエローのいずれかのカラーインク用に使用される。

図２及び図３に示すように、第１接続流路プレート１１は、圧力室孔１０ａの端部に夫々連通する連通孔１１ａと、圧力室孔１０ａの反対側の端部に連通する流出用貫通孔１１ｂと、インク供給孔１０ｃに同形状で連通するインク供給孔１１ｃとを有している。第２接続流路プレート１２は、連通孔１１ａに一端が連通され圧力室孔１０ａの長軸方向に沿って形成された凹部１２ａと、その凹部１２ａの他端に形成された連通孔１２ｂと、流出用貫通孔１１ｂに連通する流出用貫通孔１２ｃと、インク供給孔１１ｃに同形状で連通するインク供給孔１２ｄとを有している。そして、前記した第１接続流路プレート１１と第２接続流路プレート１２とで接続流路層が構成されている。

第１マニホールドプレート１３は、圧力室孔１０ａの各列にそれぞれ連通孔１２ｂを介して連通するように圧力室孔１０ａの下方で列方向に延在する第１マニホールド孔１３ａと、流出用貫通孔１２ｃにそれぞれ連通する流出用貫通孔１３ｂとを有している。第２マニホールドプレート１４は、第１マニホールド孔１３ａに連通する第２マニホールド孔１４ａと、流出用貫通孔１３ｂに連通する流出用貫通孔１４ｂとを有している。そして、前記した第１マニホールドプレート１３と第２マニホールドプレート１４とでマニホールド層が構成されている。

ダンパープレート１５は、マニホールド孔１４ａとは反対側から凹部を形成することで薄肉化されたダンパー壁１５ａと、流出用貫通孔１４ｂに連通する流出用貫通孔１５ｃとを有し、ダンパー層を構成している。即ち、図３に示すように、ダンパー層は、各ダンパー壁１５ａを境にマニホールド孔１４ａの反対側に形成された空隙部１５ｂを有している。カバープレート１６は、流出用貫通孔１５ｃに連通する流出用貫通孔１６ａを有している。ノズルプレート１７は、流出用貫通孔１６ａに連通して外部にインクを噴射するノズル孔（液体流出口）１７ａを有している。

図３に示すように、アクチュエータ５は、１枚の厚さが略３０μｍ程度のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる多数枚の圧電材シート２２〜２８と、絶縁性を有するトップシート２９とが積層されている。圧電材シート２２〜２８は、振動板１９と平行な方向に扁平であり、該平行な方向と直交する方向に積層されている。各圧電材シート２２〜２６のうち最下層の圧電材シート２２から上方へ数えて奇数番目の圧電材シート２２，２４，２６の上面には、多数の圧力室孔１０ａに対応して連続配置された共通電極３０が印刷形成されている。各圧電材シート２２〜２６のうち最下層の圧電材シート２２から上方へ数えて偶数番目の圧電材シート２３，２５の上面には、各圧力室孔１０ａの夫々に対応するよう配置された多数の個別電極３１が５列に印刷形成されている。圧電体５は、個別電極３１に対応する変形可能な部分が活性部Ａ１であり、その他の部分が不活性部Ａ２となっている。さらに、共通電極３０及び個別電極３１は各圧電材シート２２〜２８及びトップシート２９の側端面またはスルーホール（図示せず）に設けた中継導電体（図示せず）を介して最上層のトップシート２９の上面の表面電極７（図１参照）に導通されている。

振動板ユニット４は、厚さが２０〜５０μｍ程度のポリイミド等の平坦な樹脂シートからなる振動板１９と、振動板１９の上面に重ねて接着された厚さが５０〜１５０μｍ程度の４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板が用いられた中間プレート２０とを備えている。また、図２に示すように、振動板ユニット４は、平面視で流路ユニット２と同じ外形であり、圧力室プレート１０のインク供給孔１０ｃに対応する位置にインク供給孔１９ａ，２０ｃを有し、そのインク供給孔１９ａ，２０ｃにはインクタンク（図示せず）から供給されるインクに混入した塵を除去するためのフィルタ２１が被せられている。

図４は図１に示すインクジェットヘッド１の変位伝達体３７を含む要部分解斜視図である。図５は図１に示すインクジェットヘッド１の変位伝達体３７の配置を説明する要部平面図である。図３乃至図５に示すように、中間プレート２０は、平面視で圧力室孔１０ａの外周に沿った環状の隙間２０ａで囲まれた変位伝達体３７と、圧電体５の不活性部Ａ２を振動板１９を介して圧力室プレート１０の隔壁１０ｂに連結する固定体２０ｂとを備えている。固定体２０ｂは、圧力室孔１０ａを囲む隔壁１０ｂと平面視においてほぼ一致した形状を備えている。変位伝達体３７は、平面視で圧力室孔１０ａの内部に収まった長円形状である変形拘束部３７ｂと、変形拘束部３７ｂより上方に突出して平面視で変形拘束部３７ｂの内部に収まった長円形状である受圧部３７ａとを備えている。即ち、図３に示すように、変位伝達体３７は、断面視で凸形状を呈しており、受圧部３７ａと圧電体５の活性部Ａ１との接合面積Ｓ１（受圧面積）よりも、変形拘束部３７ｂと振動板１９との接合面積Ｓ２（変形拘束面積）が大きい形状となっている。

換言すれば、変位伝達体３７の受圧部３７ａの圧電体５に対する接合面積Ｓ１は、その変位伝達体３７に対応する活性部すなわち個別電極３１の面積Ｓ１と同一である一方、変位伝達体３７の変形拘束部３７ｂの振動板１９に対する接合面積Ｓ２は、その変位伝達体３７に対応する活性部すなわち個別電極３１の面積Ｓ１よりも大となっている。また、固定体２０ｂ及び変位伝達体３７の圧電体５との接合面は、振動板１９から略同一高さにある。なお、変位伝達体３７は振動板１９よりも材質的又は構造的に剛性が高ければよく、例えば、変位伝達体と振動板とが同材質で且つ変位伝達体を平面視でハニカム構造等にすることで剛性を高めてもよい。また、受圧部３７ａ及び変形拘束部３７ｂの厚みは特に限定されないが、本実施形態では夫々互いに同一となっている。

図６（ａ）（ｂ）は図３に示すインクジェットヘッドに含まれる振動板ユニット４の製造手順を説明する要部断面図である。振動板ユニット４の製造手順は、まず、図６（ａ）に示すように、厚さが２０〜５０μｍ程度のポリイミド等の樹脂シートからなる振動板１９と、厚さが５０〜１５０μｍ程度の４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板からなる中間プレート２０’とを互いに接着する。この状態から、図６（ｂ）に示すように、中間プレート２０’のみについてハーフエッチング等により平面視で環状の隙間２０ａを段差状に形成して、断面視で凸形状かつ平面視で長円形状の変位伝達体３７を形成する。そして、振動板ユニット４は、流路ユニット２と圧電体５との間に介挿されるに際して、まず圧電体５と接着され、アクチュエータ３を形成する。このとき、振動板ユニット４の変位伝達体３７と固定体２０ｂの上面が同じ高さにあり、圧電体５の下面が平坦であるので、その両者間に接着剤を介挿して振動板ユニット４と圧電体５とを上下からそれぞれ平坦な治具で挟んで押圧することで、確実に接着できる。また、圧電体５の活性部と変位伝達体３７とは正確に対応することが望ましいが、組み立て上、多少ずれても、固定体２０ｂに対し隙間２０ａを介して変位伝達体３７の位置が正確に確保されているので、圧力室３５に対する振動板１９の変位量が十分に確保される。

次に、流路ユニット２内におけるインクの流路を図３に基づいて説明する。インク供給孔１０ｃ，１１ｃ，１２ｄ，１９ａ，２０ｃ（図２参照）に連通する共通液室３３が、マニホールド孔１３ａ，１４ａの上下を第２接続流路プレート１２とダンパープレート１５とで閉鎖することで形成されている。この共通液室３３は、後述する圧力室３５に平面視で重なるように列方向に延在している。共通液室３３の下面は、平面視で共通液室３３と略同一形状のダンパー壁１５ａにより形成されている。ダンパー壁１５ａを境に共通液室３３とは反対側に位置する空隙部１５ｂは、その下側がカバープレート１６で閉鎖されることで密閉されている。

共通液室３３は、クランク状の接続流路３４を介して上方にある圧力室３５の一端部に連通している。接続流路３４は、第１接続流路プレート１１の連通孔１１ａ、第２接続流路プレート１２の凹部１２ａ及び連通孔１２ｂにより形成されている。接続流路３４は、共通液室３３から圧力室３５までの流路中で最も狭い流路断面積で最も大きい流路抵抗となる絞り部３４ａを有している。圧力室３５は、圧力室孔１０ａの上下が振動板１９及び第１接続流路プレート１１で閉鎖されることで形成されている。圧力室３５の他端部には流出路３６が連通している。流出路３６は、流出用貫通孔１１ｂ，１２ｃ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｃ，１６ａ，１７ａにより形成されており、下方のノズル孔１７ａに向けて徐々に縮径する形状で積層方向（プレート面に直交する方向）に真っ直ぐ垂設されている。

次に、インクジェットヘッド１の作用について説明する。図７は図３に示すインクジェットヘッドのインク噴射動作を説明する要部拡大図である。図７に示すように、圧電体５の個別電極３１に選択的に電圧が印加されて共通電極３０との間に電位差が生じることで、圧電材シート２３〜２６の各電極３０，３１間に位置する活性部Ａ１に電界が作用して積層方向の歪み変形が発生する。この活性部Ａ１の変形が変位伝達体３７の受圧部３７ａに伝達されると、変位伝達体３７が下方に変位して変形拘束部３７ｂが振動板１９を押圧して変形させる。そして、この振動板１９の変形により圧力室３５内のインクに圧力が付与され、該インクが流出路３６を通ってノズル孔１７ａより噴射される。

その際、圧力室３５の変動容積は、振動板１９の下方への変位量及び振動板１９の変位箇所面積に比例する。そして、活性部Ａ１からの圧力を受ける変位伝達体３７の受圧部３７ａの受圧面積Ｓ１よりも、変位伝達体３７の変形拘束部３７ｂにより変形を拘束される振動板１９の変形拘束面積Ｓ２が大であるので、活性部Ａ１の変位箇所面積よりも振動板１９の変位箇所面積を大きくさせる増幅効果が得られる。したがって、アクチュエータ３の圧電体５の活性部Ａ１の平面視での変位面積が小さくても圧力室３５に大きな容積変動を与えることができ、駆動効率が向上する。また、それにより活性部Ａ１の面積を小さくしても圧力室３５に十分な容積変動を与えることができるので、圧電材シート２２〜２８の静電容量を小さくして消費電力を低減することができ、アクチュエータ３の発熱量も抑制することが可能となる。

なお、本実施形態では変位伝達体３７は一体に形成されているが、その受圧部３７ａと変形拘束部３７ｂとを夫々別体で形成してもよい。また、本実施形態では、変位伝達体３７の受圧部３７ａと圧電体５との接合面積Ｓ１は受圧面積と同一であるが、変位伝達体を例えば平面視でハニカム構造のようにすることで、当該接合面積よりも受圧面積が大きくなるようにしてもよい。同様に、変位伝達体３７の変形拘束部３７ｂと振動板１９との接合面積Ｓ２は変形拘束面積と同一であるが、変位伝達体を例えば平面視でハニカム構造のようにすることで、当該接合面積よりも変形拘束面積が大きくなるようにしてもよい。

（第２実施形態）
図８は第２実施形態のインクジェットヘッド４０の要部断面図である。なお、第１実施形態と共通する部分については同一符号を付して以下の説明を省略している。図８に示すように、振動板ユニット４１は、厚さが２０〜５０μｍ程度のポリイミド等の樹脂シートからなる振動板１９と、振動板１９の上面に重ねて接着された厚さが５０〜１５０μｍ程度の４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板が用いられた第１中間プレート４２と、振動板１９の下面に重ねて接着された厚さが３０〜１００μｍ程度の４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板が用いられた第２中間プレート４３を備えている。

第１中間プレート４２は、平面視で圧力室孔１０ａの外周に沿った環状の隙間４２ａで囲まれた変位伝達体４４と、圧電体５の不活性部Ａ２を振動板１９及び第２中間プレート４３を介して圧力室プレート１０の隔壁１０ｂに連結する固定体４２ｂとを備えている。変位伝達体４４は、平面視で圧力室孔１０ａの内部に収まった平坦な長円柱形状であり、圧電体５の活性部Ａ１との接合面積Ｓ１（受圧面積）と、振動板１９との接合面積Ｓ１とが略同一となっている。

第２中間プレート４３は、平面視で圧力室孔１０ａの外周に沿った環状の隙間４３ａで囲まれた変形拘束体４５と、圧電体５の不活性部Ａ２を振動板１９を介して圧力室プレート１０の隔壁１０ｂに連結する第２固定体４３ｂとを備えている。変形拘束体４５は、平面視で圧力室孔１０ａの内部に収まった平坦な長円柱形状であり、平面視で変位伝達体４４よりも大きい面積を有している。即ち、変位伝達体４４の圧電体５の活性部Ａ１との接合面積Ｓ１（受圧面積）よりも、変形拘束体４５の振動板１９との接合面積Ｓ２（変形拘束面積）の方が大きい構成となっている。固定体４２ｂ、４４ｂは、圧力室孔１０ａを囲む隔壁１０ｂと平面視においてほぼ一致した形状を備えている。

換言すれば、変位伝達体４４の圧電体５に対する接合面積Ｓ１は、その変位伝達体４４に対応する活性部すなわち個別電極３１の面積と同一である一方、変形拘束体４５の振動板１９に対する接合面積Ｓ２は、その変形拘束体４５に対応する活性部すなわち個別電極３１の面積よりも大となっている。また、変形拘束体４５及び第２固定体４３ｂは、振動板１９から下方へほぼ同じ高さに突出している。また、第２固定体４３ｂは、固定体４２ｂと平面視でほぼ重なる位置に設けられている。なお、変形拘束体４５は振動板１９よりも材質的又は構造的に剛性が高ければよく、例えば、変形拘束体と振動板とが同材質で且つ変形拘束体を平面視でハニカム構造等にすることで剛性を高めてもよい。

図９（ａ）（ｂ）は図８に示すインクジェットヘッドに含まれる振動板ユニット４１の製造手順を説明する要部断面図である。振動板ユニット４１の製造手順は、まず、図９（ａ）に示すように、厚さが３０〜１００μｍ程度の４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板からなる第２中間プレート４３’の上面に、厚さが２０〜５０μｍ程度のポリイミド等の樹脂シートからなる振動板１９を重ねて接着し、振動板１９の上面に厚さが５０〜１５０μｍ程度の４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板からなる第１中間プレート４２’を重ねて接着する。この状態から、図６（ｂ）に示すように、第１中間プレート４２’についてエッチング等により平面視で環状の隙間４２ａを形成して、長円柱形状の変位伝達体４４を形成する。そして、第２中間プレート４３’についてエッチング等により平面視で隙間４２よりも内径の大きい環状の隙間４３ａを形成して、長円柱形状の変形拘束体４５を形成する。

前記実施形態と同様に、振動板ユニット４１は圧電体５と接着され、アクチュエータ４７を形成する。このとき、振動板ユニット４１の変位伝達体４４と固定体４２ｂの上面が同じ高さにあり、変形拘束体４５と固定体４３ｂの下面が同じ高さにあり、圧電体５の下面が平坦であるので、振動板ユニット４と圧電体５とを上下からそれぞれ平坦な治具で挟んで押圧することで、確実に接着できる。

そして、振動板ユニット４１と圧電体５とからなるアクチュエータ４７が、複数のプレートをあらかじめ積層固定した流路ユニット２に接着される。圧電体５の活性部と変位伝達体３７とが多少ずれても、振動板１９の変位量が確保されるのは前記実施形態と同様である。さらに、固定体４３ｂが流路ユニットの隔壁１０ｂに対して多少ずれて接着されても、固定体４３ｂに対し隙間４３ａを介して変形拘束体４５の位置が正確に確保されているので、振動板１９の変位を妨げることはない。また、圧力室プレート１０の圧力室孔１０ａの上方が振動板１９及び変形拘束体４５で閉鎖され、圧力室孔１０ａの下方が第１接続流路プレート１１で閉鎖されることで、圧力室孔１０ａ及び隙間４３ａに圧力室４６が形成されている。

次に、インクジェットヘッド４０の作用について説明する。図８に示すように、圧電体５の活性部Ａ１からの圧力を受ける変位伝達体４４の受圧面積Ｓ１よりも、変形拘束体４５により変形を拘束される振動板１９の変形拘束面積Ｓ２が大であるので、活性部Ａ１の変位箇所面積よりも振動板１９の変位箇所面積を大きくさせる増幅効果が得られる。したがって、アクチュエータ４７の圧電体５の活性部Ａ１の変位面積が小さくても圧力室４６に大きな容積変動を与えることができ、駆動効率が向上する。また、それにより活性部Ａ１の面積を小さくしても圧力室４６に十分な容積変動を与えることできるので、アクチュエータ４７の静電容量を小さくして発熱量も抑制することが可能となる。

（第３実施形態）
図１０は第３実施形態のインクジェットヘッド５０の要部断面図である。なお、第１実施形態又は第２実施形態と共通する部分については同一符号を付して以下の説明を省略している。図１０に示すように、振動板ユニット５１は、振動板１９と、振動板１９の上面に重ねて接着された第１中間プレート２０と、振動板１９の下面に重ねて接着された第２中間プレート４３を備えている。即ち、第１中間プレート２０は第１実施形態と同一のものであり、第２中間プレート４３は第２実施形態のものと同一である。

第１中間プレート２０において固定体２０ｂとの間に環状の隙間２０ａをあけて形成された変位伝達体３７は、断面視で凸形状を呈しており、その受圧部３７ａと圧電体５の活性部Ａ１との接合面積Ｓ１（受圧面積）よりも、変形拘束部３７ｂと振動板１９との接合面積Ｓ２（変形拘束面積）が大きい形状となっている。

第２中間プレート４３において第２固定体４３ｂとの間に環状の隙間４３ａをあけて形成された変形拘束体４５は長円柱形状であり、その振動板１９との接合面積Ｓ２（変形拘束面積）が変位伝達体３７の振動板１９に対する接合面積Ｓ２と略同一となっている。即ち、変形拘束体４５は、平面視で変位伝達体３７の変形拘束部３７ｂとほぼ重なる位置に設けられている。

図１１（ａ）（ｂ）は図１１に示すインクジェットヘッド５０に含まれる振動板ユニット５１の製造手順を説明する要部断面図である。振動板ユニット５１の製造手順は、まず、図１１（ａ）に示すように、厚さが３０〜１００μｍ程度の４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板からなる第２中間プレート４３’の上面に、厚さが２０〜５０μｍ程度のポリイミド等の樹脂シートからなる振動板１９を重ねて接着し、振動板１９の上面に厚さが５０〜１５０μｍ程度の４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板からなる第１中間プレート２０’を重ねて接着する。この状態から、図１１（ｂ）に示すように、第１中間プレート２０’についてハーフエッチング等により平面視で環状の隙間２０ａを形成して、断面凸形状の変位伝達体３７を形成する。そして、第２中間プレート４３’についてエッチング等により平面視で環状の隙間４３ａを形成して、長円柱形状の変形拘束体４５を形成する。そして、図１０に示すように、振動板ユニット５１を流路ユニット２と圧電体５との間に介挿接着し、振動板ユニット５１と圧電体５とでアクチュエータ５３を形成する。

次に、インクジェットヘッド５０の作用について説明する。図１０に示すように、圧電体５の活性部Ａ１からの圧力を受ける変位伝達体３７の受圧部３７ａの受圧面積Ｓ１よりも、変位伝達体３７の変形拘束部３７ｂ及び変形拘束体４５により変形を拘束される振動板１９の変形拘束面積Ｓ２が大であるので、活性部Ａ１の変位箇所面積よりも振動板１９の変位箇所面積を大きくさせる増幅効果が得られる。この際、振動板１９は上下から変形が拘束されるので、変形拘束効果がより一層安定して得られることとなる。

以上により、アクチュエータ５３の圧電体５の活性部Ａ１の変位量が小さくても圧力室４６に大きな容積変動を与えることができ、駆動効率が向上する。また、それにより活性部Ａ１の面積を小さくしても圧力室４６に十分な容積変動を与えることできるので、アクチュエータ５３の静電容量を小さくして発熱量も抑制することが可能となる。

なお、前述した各実施形態は本発明をインクジェットヘッドに適用したものであるが、インク以外の液体を移送する液体移送装置に適用してもよい。

以上のように、本発明に係る液体移送装置は、アクチュエータの駆動効率が向上する優れた効果を有し、インクジェットヘッド等に適用すると有益である。

本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドを示す分解斜視図である。 図１に示すインクジェットヘッドの分解斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の要部拡大図である。 図１に示すインクジェットヘッドの変位伝達体を含む要部分解斜視図である。 図１に示すインクジェットヘッドの変位伝達体の配置を説明する要部平面図である。 （ａ）（ｂ）は図３に示すインクジェットヘッドに含まれる変位伝達体の製造手順を説明する要部断面図である。 図３に示すインクジェットヘッドのインク噴射動作を説明する要部拡大図である。 第２実施形態のインクジェットヘッドの要部断面図である。 （ａ）（ｂ）は図８に示すインクジェットヘッドに含まれる変位伝達体及び変形拘束体の製造手順を説明する要部断面図である。 第３実施形態のインクジェットヘッドの要部断面図である。 （ａ）（ｂ）は図１０に示すインクジェットヘッドに含まれる変位伝達体及び変形拘束体の製造手順を説明する要部断面図である。

１，４０，５０ インクジェットヘッド（液体移送装置）
２ 流路ユニット
３，４７，５３ アクチュエータ
４，４１，５１ 振動板ユニット
５ 圧電体
１０ｂ 隔壁
１０ｃ，１１ｃ，１２ｄ，１９ａ，２０ｃ インク供給孔（液体流入口）
１７ａ ノズル孔（液体流出口）
１９ 振動板
２０ｂ，４２ｂ 固定体
２２〜２８ 圧電材シート
３０ 共通電極
３１ 個別電極
３５，４６ 圧力室
３７，４４ 変位伝達体
４３ｂ 第２固定体
４５ 変形拘束体
Ａ１ 活性部
Ａ２ 不活性部
Ｓ１ 受圧面積
Ｓ２ 変形拘束面積

Claims (7)

1. 液体流入口から複数の液体流出口までの流路中に前記複数の液体流出口に夫々対応する複数の圧力室が設けられた流路ユニットと、前記流路ユニットに重ねられ前記圧力室の容積を変動させるアクチュエータとを備え、
   前記流路ユニットは、前記複数の圧力室をその間に隔壁を介在して列状に配置して有し、
   前記アクチュエータは、前記各圧力室に夫々対面して前記複数の圧力室にわたって連続して設けられた振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側に設けられた圧電体とを有し、
   前記圧電体は、前記複数の圧力室にわたる大きさであって前記振動板と平行な方向と直交する方向に重ねられる圧電材シートと、前記圧電材シートに重ねられて前記複数の圧力室に対応して連続配置された共通電極と、前記共通電極との間で前記圧電材シートを挟み前記複数の圧力室の夫々に対応するように個別配置された複数の個別電極とを有し、前記個別電極は、前記直交する方向から見た平面視で前記圧力室よりも小さい面積であり、
   前記圧電体は、前記平面視で前記個別電極に対応する領域であって前記共通電極と前記個別電極との間に生じる電界により変形する活性部と、前記活性部以外の部分である不活性部とを有し、前記振動板と平行な方向に扁平で前記振動板側の面が前記圧力室の列方向に平坦に形成されており、
   前記振動板と前記圧電体との間には、前記不活性部を前記隔壁に連結する固定体と、前記活性部の変形を前記振動板に伝達する変位伝達体とが介設され、
   前記変位伝達体が、その外周部と前記固定体との間に隙間をあけて前記振動板の変形を拘束するように前記振動板の所定範囲にわたって配置されていると共に、前記不活性部に接合されずに前記活性部に接合されており、
   前記振動板における、前記変位伝達体によって変形を拘束される変形拘束面積が、前記変位伝達体における、前記活性部からの圧力を受ける受圧面積よりも大であることを特徴とする液体移送装置。
2. 前記変位伝達体が、前記活性部との接合面積よりも前記振動板との接合面積を大きくした形状である請求項１に記載の液体移送装置。
3. 前記変位伝達体は、前記振動板と平行な方向と直交する方向に切断した断面視で凸形状を呈している、請求項２に記載の液体移送装置。
4. 前記固定体および前記変位伝達体における、前記圧電体との接合面が前記振動板から同じ高さにある請求項１乃至３のいずれかに記載の液体移送装置。
5. 前記振動板の前記流路ユニットと対面する側の面において、前記変位伝達体に対応する位置に変形拘束体が設けられていると共に、前記平面視で前記固定体と重なる位置に第２固定体が設けられ、
   前記変形拘束体が、その外周部と前記第２固定体との間に隙間をあけて前記振動板の変形を拘束するように前記振動板の所定範囲にわたって配置されており、
   前記振動板における、前記変形拘束体によって変形を拘束される変形拘束面積が、前記変位伝達体における、前記活性部からの圧力を受ける受圧面積よりも大である請求項１乃至４のいずれかに記載の液体移送装置。
6. 前記変形拘束体および前記第２固定体は、前記振動板から同じ高さに突出している請求項５に記載の液体移送装置。
7. 前記変形拘束体の前記振動板に対する接合面積は、前記変形拘束体に対応する前記活性部の面積よりも大である請求項５又は６に記載の液体移送装置。

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