JP2006305911A - Liquid delivery head and method for manufacturing liquid delivery head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッドに係り、特に、インク滴を吐出するためのノズルが高密度に配置される液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a liquid discharge head, and more particularly, to a liquid discharge head in which nozzles for discharging ink droplets are arranged with high density.
インクジェット記録装置(インクジェットプリンタ)には、多数のノズルを有する印字ヘッド(液体吐出ヘッド)を備え、印字ヘッドと記録媒体を相対的に移動させながら、圧電素子の変位を利用して圧力室の容積を変化させ、圧力室に充填されたインクをノズルからインク滴として吐出することにより、記録媒体上に画像を形成するものがある。 An ink jet recording apparatus (ink jet printer) includes a print head (liquid ejection head) having a large number of nozzles, and uses the displacement of the piezoelectric element while moving the print head and the recording medium relatively to each other. In some cases, an image is formed on a recording medium by ejecting ink filled in a pressure chamber as ink droplets from a nozzle.
ところで、画像の高画質化(印字の高密度化)を図るために、2次元状(マトリクス状)にノズルを配置したマトリクス型の印字ヘッドが従来より知られている。この印字ヘッドでは、記録媒体の相対的搬送方向(副走査方向)に略直交する方向(主走査方向)に並ぶように投影される投影ノズル列が高密度に配置されるようにしている。 Incidentally, a matrix type print head in which nozzles are arranged in a two-dimensional form (matrix form) has been conventionally known in order to achieve high image quality (high density printing). In this print head, projection nozzle rows projected so as to be arranged in a direction (main scanning direction) substantially orthogonal to the relative conveyance direction (sub-scanning direction) of the recording medium are arranged with high density.
例えば、特許文献1には、薄板状のプレート部材が複数積層された印字ヘッドが記載されており、積層方向に対して垂直な面を構成する一のプレート部材(ノズルプレート)にノズルが2次元状に配置され、他のプレート部材(ベースプレート)には、ノズルに対応する圧力室が2次元状に配置されている。
For example,
また、特許文献2や特許文献3には、薄板状のプレート部材の積層方向に対して平行な面にノズルが2次元状に配列された印字ヘッドが記載されている。この印字ヘッドは流路基板と振動板とが交互に複数積層された構造となっており、各流路基板には圧力室に相当するスリット状の流路穴が1列に並べられ、各流路穴に対応するノズルが各流路基板の側面に形成されている。
ところで、圧電素子の変位を利用した印字ヘッドでは、圧電素子の駆動電極に印加する駆動電圧に対して十分な圧力室の容積変化を得るために圧力室のサイズを所定以上に確保する必要がある。特許文献1に記載された印字ヘッドでは、前述したようにノズル及び圧力室のそれぞれが2次元状に配置されているため、主走査方向に並ぶように投影される投影ノズル列のノズル間ピッチを縮めると印字ヘッドの副走査方向のサイズが大きくなってしまう。この場合、印字ヘッドの記録媒体に対向するインク吐出面の面積が拡くなるので、印字ヘッドのインク吐出面と記録媒体との間の距離(高さ)の精度が悪くなり、各ノズルから記録媒体に対して吐出されるインク滴の着弾位置にばらつきが生じるという問題がある。また、各圧力室に対応する駆動電極も2次元状に配置されるため、各駆動電極を駆動回路に接続するための電気配線スペースが不足する恐れがある。
By the way, in the print head using the displacement of the piezoelectric element, it is necessary to ensure the size of the pressure chamber more than a predetermined size in order to obtain a sufficient volume change of the pressure chamber with respect to the drive voltage applied to the drive electrode of the piezoelectric element. . In the print head described in
また、特許文献2や特許文献3に開示された印字ヘッドは、各流路基板に各ノズルに連通するスリット状の流路穴が1列に並べられているため、各流路基板の側面に配列されるノズル列のノズル間ピッチを縮めることは難しい。そのためノズルを高密度に配置するためには、流路基板及び振動板の積層枚数を増やさなければならない。これにより、印字ヘッドの積層方向(副走査方向)のサイズが大きくなり、各ノズルから吐出されるインク滴の着弾位置のばらつきが生じるという問題がある。また圧電素子の駆動電極を引き出す方向は1方向に限られており、各駆動電極を駆動回路に接続するための電気配線スペースが不足する恐れがある。
In addition, the print heads disclosed in
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズルの高密度配置を実現可能とするとともに、ノズルから吐出される液滴の着弾位置のばらつきが防止され、電気系統の配線自由度が向上した液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to realize a high-density arrangement of nozzles, prevent variations in landing positions of liquid droplets discharged from the nozzles, and increase the degree of freedom of wiring in the electrical system. An object of the present invention is to provide an improved liquid discharge head and a method of manufacturing the liquid discharge head.
上記目的を達成するために請求項1に係る発明は、少なくとも、液体を吐出するノズル、前記液体を充填する圧力室、前記圧力室に前記液体を供給するための供給口、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を有する圧力室ユニットを第1の方向に複数積層して構成されることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
In order to achieve the above object, the invention according to
本発明によれば、ノズル、圧力室、供給口及び圧電素子を有する圧力室ユニットを第1の方向に複数積層することにより、第1の方向にノズルを高密度に配置することが可能となるとともに、ノズルから吐出される液滴の着弾位置のばらつきが防止され、電気系統の配線自由度が向上する。 According to the present invention, by stacking a plurality of pressure chamber units having nozzles, pressure chambers, supply ports, and piezoelectric elements in the first direction, the nozzles can be arranged in a high density in the first direction. At the same time, variations in the landing positions of the droplets ejected from the nozzles are prevented, and the degree of freedom of wiring in the electrical system is improved.
液体吐出ヘッドをフルライン型ヘッドとして構成する場合は、ヘッドに対する記録媒体の相対的搬送方向に略直交する方向である主走査方向が第1の方向となり、ヘッドに対する記録媒体の相対搬送方向である副走査方向が第2の方向となる。 When the liquid discharge head is configured as a full-line head, the main scanning direction, which is a direction substantially perpendicular to the relative conveyance direction of the recording medium with respect to the head, is the first direction, and is the relative conveyance direction of the recording medium with respect to the head. The sub-scanning direction is the second direction.
また、液体吐出ヘッドをシリアル型ヘッドとして構成する場合は、ヘッドの走査方向(記録媒体の幅方向)である主走査方向が第2の方向となり、ヘッドに対する記録媒体の相対的搬送方向である副走査方向が第1の方向となる。 When the liquid discharge head is configured as a serial type head, the main scanning direction that is the scanning direction of the head (the width direction of the recording medium) is the second direction, and the sub-direction that is the relative conveyance direction of the recording medium with respect to the head. The scanning direction is the first direction.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の液体吐出ヘッドであって、略薄板状の前記圧電素子が前記第1の方向に相当する前記圧電素子の厚さ方向に複数配列されていることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the liquid ejection head according to the first aspect, wherein a plurality of the substantially thin plate-like piezoelectric elements are arranged in the thickness direction of the piezoelectric element corresponding to the first direction. It is characterized by being.
請求項2の態様によれば、第1の方向にノズルをより高密度に配置することが可能となる。
According to the aspect of
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の液体吐出ヘッドであって、前記圧力室ユニットは、複数のセラミックスグリーンシートを前記第1の方向に積層して構成されることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the liquid discharge head according to the first or second aspect, wherein the pressure chamber unit is configured by laminating a plurality of ceramic green sheets in the first direction. It is characterized by that.
圧力室ユニットは、複数のセラミックスグリーンシートを第1の方向に積層した積層体であることが好ましい。 The pressure chamber unit is preferably a laminated body in which a plurality of ceramic green sheets are laminated in the first direction.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記ノズルは、前記第1の方向に1次元状に配列されていることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the liquid discharge head according to any one of the first to third aspects, wherein the nozzles are arranged one-dimensionally in the first direction. It is characterized by.
請求項4の態様によれば、ノズルの配列方向と圧電素子の平面方向とが直交関係となり、圧電素子の平面の面積スペースとノズルピッチとが独立した関係になるので、ノズルを第1の方向に1次元状に高密度に配列することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the nozzle arrangement direction and the plane direction of the piezoelectric element are orthogonal to each other, and the area space of the plane of the piezoelectric element and the nozzle pitch are independent from each other. Can be arranged in a one-dimensional and high-density manner.
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記第1の方向に並ぶように投影される投影ノズル列で隣接するノズル同士の前記第1の方向に略直交する第2の方向の位置は異なっていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the invention, in the liquid ejection head according to any one of the first to third aspects, the nozzles adjacent to each other in the projection nozzle row projected so as to be aligned in the first direction. The positions in the second direction substantially orthogonal to the first direction are different from each other.
請求項5の態様によれば、第1の方向に並ぶように投影される投影ノズル列で隣接するノズル同士のクロストークを防止することができる。 According to the aspect of the fifth aspect, it is possible to prevent crosstalk between adjacent nozzles in the projection nozzle row projected so as to be aligned in the first direction.
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の液体吐出ヘッドであって、記録媒体上に形成される前記第2の方向のドット間ピッチをPd、nを正の整数、0<k<1とするとき、前記投影ノズル列で第1ノズルに隣接する第2ノズルは、前記第1ノズルに対して前記第2の方向に(n+k)×Pdだけずれて配置されていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the invention, in the liquid ejection head according to the fifth aspect, the pitch between dots in the second direction formed on the recording medium is Pd, n is a positive integer, and 0 <k. When <1, the second nozzle adjacent to the first nozzle in the projection nozzle row is arranged so as to be shifted by (n + k) × Pd in the second direction with respect to the first nozzle. And
請求項6の態様によれば、第1の方向に並ぶように投影される投影ノズル列で隣接するノズル同士が同じ駆動タイミングでインク吐出することがなくなり、これらのノズル同士のクロストークをより確実に防止することができる。 According to the aspect of the sixth aspect, adjacent nozzles in the projection nozzle row projected so as to be aligned in the first direction do not discharge ink at the same drive timing, and crosstalk between these nozzles is more sure. Can be prevented.
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記第1の方向は、前記液体吐出ヘッドに対する記録媒体の相対的搬送方向に略直交する主走査方向であり、前記第2の方向は、前記液体吐出ヘッドに対する記録媒体の相対的搬送方向である副走査方向であることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the liquid ejection head according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first direction is a relative conveyance direction of the recording medium with respect to the liquid ejection head. And the second direction is a sub-scanning direction that is a relative conveyance direction of the recording medium with respect to the liquid ejection head.
請求項8に記載の発明は、液体を吐出するノズル、前記液体を充填する圧力室、前記圧力室に前記液体を供給するための供給口、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を少なくとも有する複数のセラミックスグリーンシートの積層体を第1の方向に複数積層して構成される液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室に相当する孔部又は溝部にバインダー樹脂を充填するバインダー充填工程と、前記積層体を前記第1の方向に積層した後に脱バインダー処理及び焼成を行う工程と、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。 The invention according to claim 8 includes at least a nozzle for discharging liquid, a pressure chamber for filling the liquid, a supply port for supplying the liquid to the pressure chamber, and a piezoelectric element for displacing the wall surface of the pressure chamber. A method of manufacturing a liquid discharge head constituted by laminating a plurality of laminated ceramic green sheets in a first direction, and filling a binder resin into a hole or a groove corresponding to the pressure chamber There is provided a method for manufacturing a liquid discharge head, comprising: a step; and a step of debinding and baking after the laminated body is laminated in the first direction.
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記第1の方向は、液体吐出ヘッドに対する記録媒体の相対的搬送方向に略直交する主走査方向であることを特徴とする。 A ninth aspect of the present invention is the method of manufacturing a liquid discharge head according to the eighth aspect, wherein the first direction is a main scanning direction substantially orthogonal to the relative conveyance direction of the recording medium with respect to the liquid discharge head. It is characterized by being.
本発明によれば、ノズル、圧力室、供給口及び圧電素子を有する圧力室ユニットを第1の方向に複数積層することにより、第1の方向にノズルを高密度に配置することが可能となるとともに、ノズルから吐出される液滴の着弾位置のばらつきが防止され、電気系統の配線自由度が向上する。 According to the present invention, by stacking a plurality of pressure chamber units having nozzles, pressure chambers, supply ports, and piezoelectric elements in the first direction, the nozzles can be arranged in a high density in the first direction. At the same time, variations in the landing positions of the droplets ejected from the nozzles are prevented, and the degree of freedom of wiring in the electrical system is improved.
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
〔第1の実施形態;インクジェット記録装置の全体構成〕
図1は、本発明に係る第1の実施形態の印字ヘッド(液体吐出ヘッド)を備えたインクジェット記録装置の全体概略図である。図1に示すように、このインクジェット記録装置10は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド12K、12C、12M、12Yを有する印字部12と、各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、記録紙16を供給する給紙部18と、記録紙16のカールを除去するデカール処理部20と、前記印字部12のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙16の平面性を保持しながら記録紙16を搬送する吸着ベルト搬送部22と、印字部12による印字結果を読み取る印字検出部24と、印画済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部26と、を備えている。
[First Embodiment: Overall Configuration of Inkjet Recording Apparatus]
FIG. 1 is an overall schematic diagram of an ink jet recording apparatus including a print head (liquid ejection head) according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
In FIG. 1, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the
ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録紙16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。
In the case of an apparatus configuration using roll paper, a
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。 When multiple types of recording paper are used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records paper type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Therefore, it is preferable to automatically determine the type of paper to be used and perform ink ejection control so as to realize appropriate ink ejection according to the type of paper.
給紙部18から送り出される記録紙16はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム30で記録紙16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
The
デカール処理後、カットされた記録紙16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラー31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する部分が平面(フラット面)をなすように構成されている。
After the decurling process, the
ベルト33は、記録紙16の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(不図示)が形成されている。図1に示したとおり、ローラー31、32間に掛け渡されたベルト33の内側において印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー34が設けられており、この吸着チャンバー34をファン35で吸引して負圧にすることによってベルト33上の記録紙16が吸着保持される。
The
ベルト33が巻かれているローラー31、32の少なくとも一方にモータ(不図示)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1において、時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録紙16は、図1の左から右へと搬送される。
The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the
縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
Since ink adheres to the
なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
Although a mode using a roller / nip transport mechanism instead of the suction
吸着ベルト搬送部22により形成される用紙搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録紙16に加熱空気を吹きつけ、記録紙16を加熱する。印字直前に記録紙16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
A
印字部12は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている(図2参照)。詳細な構造例は後述するが(図3乃至図6参照)、印字部12を構成する各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yは、図2に示すように、本インクジェット記録装置10が対象とする最大サイズの記録紙16の少なくとも一辺を超える長さにわたってインクの吐出口(ノズル)が1列に配列されたライン型ヘッドで構成されている。
The
記録紙16の搬送方向(紙搬送方向)に沿って上流側(図1の左側)から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に各色インクに対応した印字ヘッド12K、12C、12M、12Yが配置されている。記録紙16を搬送しつつ各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙16上にカラー画像を形成し得る。
Printing corresponding to each color ink in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side (left side in FIG. 1) along the conveyance direction (paper conveyance direction) of the
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部12によれば、紙搬送方向(副走査方向)について記録紙16と印字部12を相対的に移動させる動作を一回行うだけで(すなわち、一回の副走査で)記録紙16の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向(主走査方向)に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
As described above, according to the
なお、本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。 In this example, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink colors and the number of colors is not limited to this embodiment, and light ink and dark ink are added as necessary. May be. For example, it is possible to add a print head that discharges light ink such as light cyan and light magenta.
図1に示したように、インク貯蔵/装填部14は、各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段等)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
As shown in FIG. 1, the ink storage /
印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ等)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
The
本例の印字検出部24は、少なくとも各印字ヘッド12K、12C、12M、12Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)がライン状に配列されたRセンサ列と、緑(G)の色フィルタが設けられたGセンサ列と、青(B)の色フィルタが設けられたBセンサ列とからなる色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
The
印字検出部24は、各色の印字ヘッド12K、12C、12M、12Yにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。
The
印字検出部24の後段には、後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
A
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。 When printing on porous paper with dye-based ink, the weather resistance of the image is improved by preventing contact with ozone or other things that cause dye molecules to break by blocking the paper holes by pressurization. There is an effect to.
後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー45で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
A heating /
このようにして生成されたプリント物は、排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り換える選別手段(不図示)が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成されている。
The printed matter generated in this manner is outputted from the
また、図示を省略したが、本画像の排出部26Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
Although not shown, the
〔印字ヘッドの構造〕
次に、印字ヘッドの構造について説明する。インク色ごとに設けられている各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号50によって印字ヘッドを示すものとする。
[Print head structure]
Next, the structure of the print head will be described. Since the structures of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for the respective ink colors are common, the print heads are represented by
図3は、印字ヘッド50の斜視図であり、図4は、印字ヘッド50の記録紙16に対向する面(インク吐出面)50Aの平面図である。図3及び図4に示すように、印字ヘッド50のインク吐出面50Aには、インク滴を吐出するためのノズル51が副走査方向(紙搬送方向)に対して直交する主走査方向に沿って真っ直ぐに1次元状に等間隔で配列され、その反対側の面(インク供給面)50Bには、インク供給口53が主走査方向に沿って真っ直ぐに1次元状に等間隔で配列されている。
FIG. 3 is a perspective view of the
この印字ヘッド50は、ノズル51及びインク供給口53を有する圧力室ユニット(液滴吐出素子)60を主走査方向に多数積層した構造となっている。このような圧力室ユニット60の構造については後で詳説するが、各圧力室ユニット60はそれぞれ複数のセラミックスグリーンシートを主走査方向に積層した積層体である。また、各圧力室ユニット60の積層方向(主走査方向)の厚さは特に限定されるものではないが、例えば、10〜数10μmで構成される。
The
各圧力室ユニット60の内部には、ノズル51及びインク供給口53にそれぞれ連通する圧力室52が形成されている。各インク供給口53はインク貯蔵/装填部14(図1参照)のタンクと不図示の管路を介して連通しており、タンクから各インク供給口53を介して各圧力室52にインクが分配供給される。
Inside each
また、各圧力室ユニット60の内部には、それぞれ圧電素子(図3中不図示、図5中符号58として記載)が設けられている。圧電素子58の構成については後で説明するが、圧電材料によって形成された圧電プレートの両面を駆動電極及び共通電極で挟んだ構成となっている。各圧力室ユニット60の圧電素子58の駆動電極は、印字ヘッド50の副走査方向上流面(図3の前面)50Cにそれぞれ引き出されて露出しており、印字ヘッド50の副走査方向上流面50Cに設けられる駆動回路90にそれぞれ接続されている。一方、各圧力室ユニット60の圧電素子58の共通電極は、印字ヘッド50の副走査方向下流面(図3の背面)50Dに引き出されて露出しており接地されている。尚、駆動回路90の取付位置は図3に示した例に限定されるものでない。
Each
図5は、圧力室ユニット60の分解斜視図である。同図に示すように、圧力室ユニット60は、5枚のセラミックスグリーンシート(62、64、66、68、70)を主走査方向に積層した構造となっている。主走査方向上流側(図5の左側)から順番に、ベースプレート62、キャビティプレート64、振動プレート(振動板)66、圧電プレート68、及び、保護プレート70が配置される。
FIG. 5 is an exploded perspective view of the
ベースプレート62の主走査方向下流側(図5の右側)には、ノズル51、圧力室52及びインク供給口53に相当する孔部65が形成されるキャビティプレート64が積層され、さらに振動プレート66が積層される。
On the downstream side of the
振動プレート66の主走査方向下流側(圧力室52側と反対側)の表面には共通電極72が形成される。振動プレート66の主走査方向下流側(共通電極72側)に積層される圧電プレート68は圧電材料から形成されている。そして、振動プレート66の主走査方向下流側(共通電極72側と反対側)の表面には駆動電極74が形成されている。共通電極72と駆動電極74にはそれぞれ反対側の側面に引き出されて露出する引き出し電極部72A、74Aが一体形成されている。尚、各引き出し電極部72A、74Aの引き出し方向は本実施形態に限定されるものでなく、例えば、同一方向の側面に引き出す構成でもよい。
A
圧電素子58は、共通電極72及び駆動電極74によって挟まれた圧電プレート68から構成される。圧電素子58の駆動電極74に電圧を印加すると、圧電素子58は主走査方向に変位し、振動プレート66を介して圧力室52の容積を変化させる。これにより、圧力室52に充填されるインクが加圧され、ノズル51からインク滴として吐出される。
The
このような圧電素子58の主走査方向の変位を拘束しないように、圧電プレート68の主走査方向下流側(駆動電極74側)には、両面を貫通する孔部71が形成された枠状の保護プレート70が積層される。尚、保護プレート70は圧電素子58の主走査方向の変位を拘束しない構成であればよく、例えば、圧電プレート68側に開口する凹部(溝部)が形成されたものであってもよい。
In order not to restrain such displacement of the
図6は、印字ヘッド50中の圧電プレート68のみを表示した斜視透視図である。図6中、印字ヘッド50を二点鎖線で表示している。同図に示すように、各圧電プレート68の表面に形成される駆動電極74は、印字ヘッド50の副走査方向上流面(図6の前面)50Cに引き出され露出する引き出し電極部74Aを有している。各駆動電極74の引き出し電極部74Aの図6の垂直方向の引き出し位置は変えられており、これにより印字ヘッド50の副走査方向上流面50Cに配置される駆動回路90(図3参照)にそれぞれ接続可能となっている。
FIG. 6 is a perspective perspective view showing only the
本実施形態における印字ヘッド50では、圧力室ユニット60の積層方向である主走査方向に平行な面(但し、インク吐出面50Aを除く)のいずれにも各圧力室ユニット60の駆動電極74を自由に引き出すことが可能である。即ち、印字ヘッド50のインク供給面50B、副走査方向上流面50C及び副走査方向下流面50Dのいずれにも自由に駆動電極74を引き出すことができる。また、圧電素子58の共通電極72についても同様である。従って、印字ヘッド50の電気系統の配線スペースを十分確保することが可能である。
In the
〔印字ヘッドの製造方法〕
図7(a),(b)は、印字ヘッド50の製造工程を表した説明図である。以下では、これらの図を用いて、印字ヘッド50の製造方法について説明する。
[Print head manufacturing method]
7A and 7B are explanatory views showing the manufacturing process of the
まず、図7(a)に示すように、5種類の薄板状プレート部材(ベースプレート62、キャビティプレート64、振動プレート66、圧電プレート68、保護プレート70)をそれぞれ作製する。本実施形態では、各薄板状プレート部材(62、64、66、68、70)はセラミックスグリーンシートである。
First, as shown in FIG. 7A, five types of thin plate members (
圧電プレート68に対するセラミックス材料は鉛系材料若しくはチタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電材料が用いられる。一方、他の薄板状プレート部材(62、64、66、70)に対するセラミックス材料は特に限定されるものでないが、例えばジルコニア等が用いられ、より好ましくは圧電プレート68と同じセラミックス材料が用いられることが望ましい。この場合、焼成時における各セラミックスグリーンシートの収縮度を一定に抑えることができる。
As the ceramic material for the
このとき、キャビティプレート64及び保護プレート70にはそれぞれ孔部65、71を形成しておき、そこにバインダー樹脂76を充填しておく。バインダー樹脂76の材料は、グリーンシート、印刷ペーストに用いられるバインダー材料と同様であり、アクリル系、ポリウレタン系、ナイロン系、テフロン系、シリコン系等が用いられる。
At this time, holes 65 and 71 are formed in the
次に、振動プレート66の圧電プレート68側の表面に共通電極72を形成し、圧電プレート68の保護プレート70側の表面に駆動電極74を形成する。共通電極72及び駆動電極74はスクリーン印刷等によって形成され、例えば、金、銀、銅、ニッケル、プラチナ等の金属が電極材料として用いられる。
Next, the
次に、図7(b)に示すように、ベースプレート62、キャビティプレート64、振動プレート66、圧電プレート68及び保護プレート70を主走査方向に積層して構成される積層体(圧力室ユニット)60を主走査方向に多数積層し、印字ヘッド50に相当する積層体78を作製する。このときキャビティプレート64及び保護プレート70の孔部65、71にはそれぞれバインダー樹脂76が充填されている。
Next, as shown in FIG. 7B, a laminate (pressure chamber unit) 60 configured by laminating a
次に、この積層体78を積層方向(図7(b)の矢印方向)に加圧して脱脂及び焼成を行う。このとき積層体78には600℃〜1400℃の熱が加えられ、共通電極72や駆動電極74が焼成されるとともに、各セラミックスグリーンシート(62、64、66、68、70)は焼成されて積層体78として一体構成される。さらに、キャビティプレート64及び保護プレート70の孔部65、71に充填されていたバインダー樹脂76は焼失させられ、各圧力室ユニット60の内部には、孔部65に相当するノズル51、圧力室52及びインク供給口53が形成され、また孔部65に相当する空洞部が形成される。
Next, degreasing and firing are performed by pressurizing the
そして、最後に、図3に示すように、各駆動電極74の引き出し電極部74Aを駆動回路90に接続することにより、印字ヘッド50を製造することができる。
Finally, as shown in FIG. 3, the
このように本実施形態における印字ヘッド50は、ノズル51、圧力室52、インク供給口53、及び圧電素子58を有する圧力室ユニット60を主走査方向に複数積層して構成される。特に、各圧力室ユニット60を複数のセラミックスグリーンシートを主走査方向に積層した積層体として構成したことにより、各圧力室ユニット60の積層方向(主走査方向)の厚さを非常に薄くすることができ(例えば、約10μm)、印字ヘッド50のインク吐出面50Aに形成される主走査方向のノズル列は、例えば約10μmのノズル間ピッチで高密度に配置される。
As described above, the
このような積層構造を有する印字ヘッド50では、印字の高密度化を実現するために印字ヘッド50のサイズを副走査方向に大きくする必要がない。そのため、印字ヘッド50のインク吐出面50Aと記録紙16との間の距離の精度が良く、各ノズル51から吐出されたインク滴の着弾位置のばらつきが防止される。
In the
また、各圧電素子58の駆動電極74及び共通電極72を引き出す方向は、圧力室ユニット60の積層方向である主走査方向に平行な面(但し、インク吐出面50Aを除く)のいずれにも自由に引き出すことが可能である。これにより、印字ヘッド50の電気系統の配線スペースを十分確保することができ、配線自由度が飛躍的に向上する。
In addition, the direction in which the
〔第2の実施形態〕
図8は、第2の実施形態の説明図であり、上段は印字ヘッド50のインク吐出面50Aを表し、中段は主走査方向に並ぶように投影された投影ノズル列を表し、下段は記録紙上に形成されるドットを表している。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is an explanatory diagram of the second embodiment. The upper part represents the
本実施形態の印字ヘッド50は、同図上段に示すように、副走査方向の位置が異なるノズル51A、51B、51Cを有する圧力室ユニット60A、60B、60Cを主走査方向に交互に積層した積層体である。この印字ヘッド50では主走査方向に並ぶように投影される投影ノズル列で隣接するノズル同士の副走査方向の位置は異なっている。
As shown in the upper part of the drawing, the
記録紙16の主走査方向に1ラインを印字するときには、ノズル51A、51B、51Cを1つのブロックとして、記録紙16の搬送速度に応じて、ノズル51A、51B、51Cが順次駆動される。即ち、各ノズル51A、51B、51Cに対応する圧電素子58の駆動電極74には位相が所定量ずらされた駆動電圧が印加され、各ノズル51A、51B、51Cが異なる駆動タイミングでインク吐出を行う。これにより、上記投影ノズル列で隣接するノズル同士は同じ駆動タイミングでインク吐出しないので、このノズル同士でのクロストークが防止されている。特に、本発明のように高密度(例えば、約10μmピッチ)で圧力室ユニット60が配列され、隣接する圧力室ユニット同士間のクロストークの影響が大きい系に対して有効である。
When printing one line in the main scanning direction of the
さらに、記録紙16の主走査方向に複数ライン(図8では3ライン)を印字する際に上記投影ノズル列で隣接するノズル同士が同じ駆動タイミングでインク吐出しないようにするために、副走査方向のノズル間ピッチをPnと副走査方向のドット間ピッチをPdの関係が次式を満たすようにすることが好ましい。
Further, when printing a plurality of lines (three lines in FIG. 8) in the main scanning direction of the
Pn=(n+k)×Pd ・・・(1)
但し、nは正の整数、及び、0<k<1とする。これにより、上記投影ノズル列で隣接するノズル同士でのクロストークをより確実に防止することができる。
Pn = (n + k) × Pd (1)
Here, n is a positive integer and 0 <k <1. As a result, crosstalk between adjacent nozzles in the projection nozzle row can be more reliably prevented.
図9(a)〜(c)は、圧力室ユニット60A、60B、60C内のキャビティプレート64A、64B、64Cを表した斜視透視図である。これらの図に示すように、キャビティプレート64A、64B、64Cには、それぞれ副走査方向の異なる位置にノズル51A、51B、51Cが形成されている。尚、各圧力室ユニット60A、60B、60Cを構成する他のプレート部材の構成は第1の実施形態と共通するため図示を省略して、各圧力室ユニット60A、60B、60Cを二点鎖線で表示している。
9A to 9C are perspective perspective views showing the
ところで図8に示した印字ヘッド50では、主走査方向に並ぶように投影される投影ノズル列で隣接するノズル同士のうち副走査方向のノズル間ピッチが他と比べて異なる特異なノズルペアが存在する。例えば、図8の例では、上記投影ノズル列で隣接するノズル51C-1とノズル51A-2の副走査方向のノズル間ピッチPsがノズル51A-1、51B-1間やノズル51B-1、51C-1間の副走査方向のノズル間ピッチPnに比べて大きくなっており、ノズル15C-1とノズル51A-2は特異なノズルペアとなっている。このような特異なノズルペアが存在すると、印字ヘッド50の取付角度のずれによって記録紙上に形成される画像に濃度むらが視認されるようになる。
By the way, in the
尚、第2の実施形態における印字ヘッド50の製造方法については、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
Note that the manufacturing method of the
図10及び図11は、第2の実施形態の変形例であり、上記のような特異なノズルペアが存在しない印字ヘッド50を表してる。
10 and 11 are modifications of the second embodiment, and represent a
図10に示した印字ヘッド50は、図8に示した印字ヘッド50の積層パターンを変えて構成されたものであり、圧力室ユニット60B、60A、60B、60C、60B、60A、・・・という順序で積層されている。この印字ヘッド50では、主走査方向に並ぶように投影される投影ノズル列で隣接するノズル同士の副走査方向のノズル間ピッチPnは全て同一に構成されている。
The
図11に示した印字ヘッド50は、2種類の圧力室ユニット60A、60Bを主走査方向に交互に積層したものである。この印字ヘッド50も、図10と同様に、主走査方向に並ぶように投影される投影ノズル列で隣接するノズル同士の副走査方向のノズル間ピッチPnは全て同一に構成されている。
The
このように図10及び図11に示した第2の実施形態の変形例では、主走査方向に並ぶように投影される投影ノズル列で隣接するノズル同士のクロストークが防止されるとともに、さらに、上記投影ノズル列で隣接するノズル同士の副走査方向のノズル間ピッチが全て同一に構成されるので、上記のような特異なノズルペアによる濃度むらは発生しない。尚、第1の実施形態における印字ヘッド50(図3及び図4参照)は前述したように主走査方向に等間隔で1列に配列されたノズル列を有するので、上記のような特異なノズルペアは存在しない。 As described above, in the modified example of the second embodiment shown in FIGS. 10 and 11, crosstalk between adjacent nozzles in the projection nozzle row projected so as to be aligned in the main scanning direction is prevented, and further, Since the nozzle pitches in the sub-scanning direction between adjacent nozzles in the projection nozzle row are all the same, density unevenness due to such a unique nozzle pair does not occur. Since the print head 50 (see FIGS. 3 and 4) in the first embodiment has nozzle rows arranged in a single row at regular intervals in the main scanning direction as described above, the unique nozzle pair as described above. Does not exist.
尚、圧力室ユニット60の種類や積層パターンは本例に限定されず、例えば、4種類以上の圧力室ユニット60を一定のパターンで積層してもよいしランダムに積層してもよい。本発明においては、クロストークが防止される程度に少ないことが好ましく、2種類又は3種類の圧力室ユニット60を主走査方向に交互に積層することがより好ましい。
In addition, the kind and lamination | stacking pattern of the
なお、上記各実施形態では、印字ヘッド50がフルライン型ヘッドである場合について説明したが、本発明の実施に際してはこれに限定されず、シャトル型ヘッドであってもよい。
In each of the above embodiments, the case where the
以上、本発明の液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである The liquid ejection head and the liquid ejection head manufacturing method of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Of course you may go
10…インクジェット記録装置、16…記録紙、50…印字ヘッド、51…ノズル、52…圧力室、53…インク供給口、58…圧電素子、60…圧力室ユニット、62…ベースプレート、64…キャビティプレート、65…孔部、66…振動プレート、68…圧電プレート、70…保護プレート、71…孔部、72…共通電極、72A…引き出し電極部、74…駆動電極、74A…引き出し電極部、76…バインダー樹脂
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記第2の方向は、前記液体吐出ヘッドに対する記録媒体の相対的搬送方向である副走査方向であることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 The first direction is a main scanning direction that is substantially orthogonal to the relative conveyance direction of the recording medium with respect to the liquid ejection head;
The liquid ejection head according to claim 1, wherein the second direction is a sub-scanning direction that is a relative conveyance direction of the recording medium with respect to the liquid ejection head.
前記圧力室に相当する孔部又は溝部にバインダー樹脂を充填するバインダー充填工程と、
前記積層体を前記第1の方向に積層した後に脱バインダー処理及び焼成を行う工程と、を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 A laminate of a plurality of ceramic green sheets having at least a nozzle for discharging liquid, a pressure chamber for filling the liquid, a supply port for supplying the liquid to the pressure chamber, and a piezoelectric element for displacing the wall surface of the pressure chamber A method of manufacturing a liquid discharge head configured by laminating a plurality of layers in the first direction,
A binder filling step of filling a hole resin or a groove corresponding to the pressure chamber with a binder resin;
And a step of performing a debinding process and baking after laminating the laminated body in the first direction.
The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 8, wherein the first direction is a main scanning direction substantially orthogonal to a relative conveyance direction of the recording medium with respect to the liquid ejection head.
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JP2009208222A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Brother Ind Ltd | Liquid droplet jetting apparatus |
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