JP2007076113A - Liquid ejection head and image forming apparatus - Google Patents

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Yasuhiko Maeda
泰彦 前田
Tsutomu Takatsuka
務 高塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid ejection head which realizes the preferable ejection and refilling of a liquid, adaptable to high-speed ejection, and an image forming apparatus. <P>SOLUTION: In the ejection of the liquid, when a channel opening/closing member 30 is moved downward in response to the motion of an actuator 26, a nozzle opening/closing part 34, which is provided on the member 30, moves downward to open a nozzle 12, and a supply throttle opening/closing part 36 moves downward to close a supply throttle 28. Ejection efficiency can be enhanced by closing the supply throttle 28 so as to increase supply-side channel resistance. In the refilling, when the member 30 is moved upward, the opening/closing part 34 moves upward to close the nozzle 12, and the opening/closing part 36 moves upward to open the supply throttle 28. Thus, refilling efficiency can be enhanced by decreasing the supply-side channel resistance, and the drying of a meniscus can be suppressed by closing the nozzle 12. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特にインクジェット記録装置などの液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドの流路構造に関する。   The present invention relates to a liquid discharge head and an image forming apparatus, and more particularly to a flow path structure of a liquid discharge head used in a liquid discharge apparatus such as an ink jet recording apparatus.

インクジェット記録装置では、駆動信号発生源から駆動信号を与えて、記録ヘッド(液体吐出ヘッド)の各吐出素子に備えられた駆動素子を駆動することで、該ヘッドからインク液滴を吐出させるように構成されている。各吐出素子からインク液滴が吐出されると、当該吐出素子には供給側の流路を介してインクがリフィルされる。   In an ink jet recording apparatus, a drive signal is supplied from a drive signal generation source, and a drive element provided in each discharge element of a recording head (liquid discharge head) is driven to discharge ink droplets from the head. It is configured. When ink droplets are ejected from each ejection element, the ink is refilled into the ejection element via the supply-side flow path.

各吐出素子内のインクに吐出エネルギーを与えると、ノズルから吐出されるインクだけでなく供給側のインク流路へ押し戻されるインクがある。ノズルからインクが吐出される分のエネルギーだけでなく供給側のインク流路へインクが押し戻される分のエネルギーを含めて、駆動素子は吐出素子へエネルギー(吐出力)を付与する必要がある。吐出時に供給側のインク流路へ押し戻されるインク量を低減させるには、供給側のインク流路の流路抵抗を大きくすればよいが、供給側のインク流路の流路抵抗を大きくするとリフィルに時間がかかってしまい、高速吐出時のリフィルが間に合わないことが起こり得る。インクジェット記録装置では、インク吐出及びリフィルを効率よく行うために様々な方法が提案されている。   When the ejection energy is given to the ink in each ejection element, there is not only the ink ejected from the nozzle but also the ink pushed back to the supply side ink flow path. The drive element needs to apply energy (ejection force) to the ejection element, including not only energy for ejecting ink from the nozzles but also energy for pushing ink back to the ink flow path on the supply side. In order to reduce the amount of ink pushed back to the ink flow path on the supply side at the time of ejection, the flow path resistance of the ink flow path on the supply side may be increased. It takes a long time, and refilling during high-speed ejection may not be in time. In an ink jet recording apparatus, various methods have been proposed in order to efficiently perform ink ejection and refilling.

特許文献1、2に記載された発明は、圧力室と供給側の流路との間に弁構造(球体)やアクチュエータ(駆動素子)の動作に連動して変形する構造体(堰)を備え、吐出時に供給側の流路へのインクの逆流を防ぐことにより吐出効率の向上を図るように構成されている。   The inventions described in Patent Documents 1 and 2 include a structure (weir) that is deformed in conjunction with the operation of a valve structure (sphere) or an actuator (drive element) between the pressure chamber and the flow path on the supply side. The discharge efficiency is improved by preventing the back flow of ink to the supply-side flow path during discharge.

また、特許文献3に記載された発明は、流体供給側と流体噴出側にそれぞれ変形する独立したバイモルフを備え、時間差を持たせてこれらのバイモルフをドライブすることで、流体供給側の流路と流体噴出側の流路を制御するように構成されている。
特開平8−58085号公報 特開平4−341854号公報 特願平5−80270号公報
Further, the invention described in Patent Document 3 includes independent bimorphs that are deformed on the fluid supply side and the fluid ejection side, respectively, and drives these bimorphs with a time difference so that the flow path on the fluid supply side The flow path on the fluid ejection side is configured to be controlled.
JP-A-8-58085 JP-A-4-341854 Japanese Patent Application No. 5-80270

しかしながら、特許文献1、2に記載の発明では、吐出時における供給側へのインクの逆流を防ぐことができるとしても、リフィル時に吐出側の流路を制御していないので、リフィル効率は改善されず、リフィル時に吐出側の流路を通じて吐出素子内に気泡が混入する可能性が高くなる。   However, in the inventions described in Patent Documents 1 and 2, even if the back flow of ink to the supply side during discharge can be prevented, the flow path on the discharge side is not controlled during refill, so the refill efficiency is improved. In addition, there is a high possibility that bubbles will be mixed into the discharge element through the flow path on the discharge side during refilling.

また、特許文献3に記載の発明では、流体供給側と流体吐出側にそれぞれバイモルフを備える必要があり、更に、2つのバイモルフをそれぞれ独立に制御する必要があるのでシステムが複雑になってしまう。   Further, in the invention described in Patent Document 3, it is necessary to provide bimorphs on the fluid supply side and the fluid discharge side, respectively, and furthermore, since the two bimorphs need to be controlled independently, the system becomes complicated.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高速吐出に対応した好ましい液体吐出及びリフィルが実現される液体吐出ヘッド及び画像形成装置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 an object thereof is to provide a liquid discharge head and an image forming apparatus that can realize preferable liquid discharge and refill corresponding to high-speed discharge.

前記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、前記圧力室と連通される供給側流路と、前記圧力室に設けられ、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記供給側流路の少なくとも一部を閉じ、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には吐出時に比べて供給側流路を開く供給側流路開閉部と、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記ノズルを開き、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には前記ノズルの少なくとも一部を閉じるように動作するノズル開閉部と、を有する流路開閉手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to the present invention includes a nozzle that discharges liquid, a pressure chamber provided corresponding to the nozzle, a supply-side flow path that communicates with the pressure chamber, A supply side flow which is provided in the pressure chamber and closes at least a part of the supply side flow path at the time of discharge for discharging the liquid from the nozzle and opens the supply side flow path at the time of refill to supply the liquid to the pressure chamber. A flow path having a path opening / closing portion and a nozzle opening / closing portion that operates to open the nozzle when discharging liquid from the nozzle and close at least a part of the nozzle when refilling to supply liquid to the pressure chamber And an opening / closing means.

本発明によれば、ノズルから液体が吐出される吐出動作時には、圧力室と連通される供給側流路の少なくとも一部を閉めるとともにノズルを開き、供給側流路を介して圧力室へ液体が供給されるリフィル時には、供給側流路の少なくとも一部を開くとともにノズルを閉じるように、圧力室に設けられた流路開閉部材が動作するので、吐出効率及びリフィル効率が向上し、また、リフィル時にはノズルを閉じることでノズル詰まりやノズル及び圧力室への気泡混入が防止される。   According to the present invention, at the time of discharge operation in which liquid is discharged from the nozzle, at least a part of the supply side flow path communicating with the pressure chamber is closed and the nozzle is opened, and the liquid is supplied to the pressure chamber through the supply side flow path. At the time of refilling supplied, the flow path opening / closing member provided in the pressure chamber operates so as to open at least a part of the flow path on the supply side and close the nozzle, thereby improving the discharge efficiency and refill efficiency. Sometimes the nozzle is closed to prevent nozzle clogging and air bubbles entering the nozzle and pressure chamber.

供給側流路には、各圧力室に共通の液流路(本流)を含む態様や、該液流路から各圧力室と連通する個別流路(支流)を含む対応がある。この供給側流路には供給絞り(供給口)が設けられている。   The supply side flow path includes a mode including a liquid flow path (main flow) common to the pressure chambers, and a correspondence including an individual flow path (branch flow) communicating with the pressure chambers from the liquid flow path. A supply restrictor (supply port) is provided in the supply side channel.

また、ノズルには、少なくとも液体が吐出される開口部を含み、該開口部と連通する吐出側流路を含んでいてもよい。即ち、ノズルを閉じる態様には、ノズル開閉部によって該開口部を塞ぐ態様や、ノズル開閉部によって該吐出側流路を塞ぐ態様がある。   Further, the nozzle may include at least an opening through which liquid is discharged, and may include a discharge-side flow path that communicates with the opening. That is, there are a mode in which the nozzle is closed and a mode in which the opening is closed by the nozzle opening / closing portion and a mode in which the discharge-side flow path is closed by the nozzle opening / closing portion.

なお、リフィル時を含む非吐出時には、ノズルから液体が吐出されない程度にノズルの一部が開いていてもよいが、非吐出時にはノズルを完全に閉じることが好ましい。   Note that a part of the nozzle may be open to the extent that liquid is not discharged from the nozzle during non-ejection including refilling, but it is preferable that the nozzle be completely closed during non-ejection.

液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅(記録媒体の画像形成可能幅)に対応した長さを有する吐出孔列を備えたライン型ヘッドや、記録媒体の全幅に満たない長さを有する吐出孔列を備えた短尺ヘッドを記録媒体の幅の方向へ走査させるシリアル型ヘッドがある。   The liquid ejection head includes a line type head having an ejection hole array having a length corresponding to the entire width of the recording medium (image forming width of the recording medium), and an ejection hole having a length less than the entire width of the recording medium. There is a serial type head that scans a short head provided with a row in the width direction of a recording medium.

ライン型の液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅に対応する長さに満たない短尺の吐出孔列を有する短尺ヘッドを千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、記録媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。   The line type liquid discharge head has a length corresponding to the full width of the recording medium by arranging short heads having short discharge hole arrays that are less than the length corresponding to the full width of the recording medium in a staggered arrangement. It is good.

請求項2に記載の発明は、請求項1記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記流路開閉手段は、前記圧力室に収容されている液体に吐出力を与えるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作に応動して前記ノズルから吐出される液体の吐出方向と略直交する方向に移動する可動部材を含むことを特徴とする。   A second aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid discharge head according to the first aspect, wherein the flow path opening / closing means includes an actuator that applies a discharge force to the liquid stored in the pressure chamber, and the actuator. It includes a movable member that moves in a direction substantially orthogonal to the discharge direction of the liquid discharged from the nozzle in response to the operation.

請求項2記載の発明によれば、簡易な構成によってノズルの開閉と供給側流路の開閉が可能になり、また、アクチュエータの動作に応じて移動する可動部材を液体吐出方向と略直交方向に移動するように構成することでノズルを高密度に配置することができる。   According to the second aspect of the present invention, it is possible to open and close the nozzle and open and close the supply-side flow path with a simple configuration, and to move the movable member that moves according to the operation of the actuator in a direction substantially orthogonal to the liquid discharge direction. By configuring so as to move, the nozzles can be arranged with high density.

アクチュエータには、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)などのセラミック系圧電素子(圧電アクチュエータ)が好適に用いられる。   As the actuator, a ceramic piezoelectric element (piezoelectric actuator) such as PZT (lead zirconate titanate) is preferably used.

請求項3に記載の発明は、請求項2記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記ノズル開閉部は、前記アクチュエータの動作に応動して前記圧力室内側の前記ノズルが形成される面に沿って移動して前記ノズルを開閉することを特徴とする。   A third aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to the second aspect, wherein the nozzle opening / closing portion is formed on a surface on which the nozzle on the pressure chamber side is formed in response to the operation of the actuator. It moves along, and the said nozzle is opened and closed, It is characterized by the above-mentioned.

少なくとも非吐出時には、ノズル開閉部が圧力室の内側のノズル形成面に接触することでノズルが閉じた状態となる。吐出時には、ノズル開閉部は圧力室の内側のノズル形成面に接触していてもよいし、ノズル開閉部と該ノズル形成面との間に空間があってもよい。   At least at the time of non-ejection, the nozzle opening / closing part comes into contact with the nozzle forming surface inside the pressure chamber so that the nozzle is closed. During discharge, the nozzle opening / closing part may be in contact with the nozzle forming surface inside the pressure chamber, or there may be a space between the nozzle opening / closing part and the nozzle forming surface.

請求項4に記載の発明は、請求項2又は3記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記供給側流路開閉部は、前記アクチュエータの動作に応じて前記供給側流路の断面積を可変させて該供給側流路を開閉することを特徴とする。   A fourth aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to the second or third aspect, wherein the supply-side flow path opening / closing portion has a cross-sectional area of the supply-side flow path according to the operation of the actuator. The supply-side flow path is varied to open and close.

吐出側流路において断面積を可変させる部分は供給絞りとして機能する。吐出動作時には供給側流路(供給絞り)を完全に閉じることが好ましく、リフィル時には供給側流路(供給絞り)を完全に開く(供給側流路の断面積が最大の状態である)ことが好ましい。   A portion where the cross-sectional area is varied in the discharge side channel functions as a supply throttle. It is preferable to completely close the supply-side flow path (supply throttle) during the discharge operation, and to completely open the supply-side flow path (supply throttle) during refilling (the cross-sectional area of the supply-side flow path is in the maximum state). preferable.

請求項5に記載の発明は、請求項2、3又は4記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記ノズル開閉部は、前記可動部材に設けられる第1の突起部を含み、該第1の突起部の前記ノズルに対応する部分の面積は前記ノズルの面積以上であることを特徴とする。   A fifth aspect of the invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to the second, third, or fourth aspect, wherein the nozzle opening / closing portion includes a first protrusion provided on the movable member, and the first The area of the protrusion corresponding to the nozzle is equal to or larger than the area of the nozzle.

第1の突起部のノズルに対応する部分の形状は略四角形でもよいし、ノズルと略同一形状の略円形や四角形以外の形状を適用してもよい。   The shape of the portion of the first protrusion corresponding to the nozzle may be a substantially square shape, or a shape other than a substantially circular shape or a square shape that is substantially the same shape as the nozzle may be applied.

請求項6に記載の発明は、請求項5の液体吐出ヘッド一態様に係り、前記可動部材の移動範囲を規制する規制部材を備えたことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the invention, there is provided the liquid ejection head according to the fifth aspect, further comprising a regulating member that regulates a moving range of the movable member.

可動部材の移動範囲内(例えば、可動部材の停止位置や移動範囲の端部)に規制部材を設けることで、確実に可動部材(第1の突起部)を所定の停止位置に停止(移動)させることができる。なお、規制部材は移動範囲内に少なくとも1つ設けられていればよい。規制部材は少なくとも非吐出時の可動部材の停止位置(ノズルを閉じる位置)に設けられていればよい。   By providing the regulating member within the movable range of the movable member (for example, the stop position of the movable member or the end of the movable range), the movable member (first protrusion) is reliably stopped (moved) at the predetermined stop position. Can be made. Note that at least one regulating member may be provided in the movement range. The restricting member only needs to be provided at least at the stop position (position where the nozzle is closed) of the movable member during non-ejection.

請求項7に記載の発明は、請求項2乃至6のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッド一態様に係り、前記供給側流路開閉部は、前記可動部材に設けられる第2の突起部を含むことを特徴とする。   A seventh aspect of the invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to any one of the second to sixth aspects, wherein the supply-side flow path opening / closing portion is a second protrusion provided on the movable member. It is characterized by including a part.

第2の突起部は、供給側流路と圧力室との境界近傍に設けられ、供給側流路を構成する面や圧力室を構成する面と接触する面を有している。即ち、第2の突起部を構成する面と供給側流路を構成する面や圧力室を構成する面が接触することで供給側流路が閉じられる。   The second protrusion is provided in the vicinity of the boundary between the supply-side flow path and the pressure chamber, and has a surface that contacts the surface that forms the supply-side flow path and the surface that forms the pressure chamber. That is, the supply-side flow path is closed by contacting the surface forming the second protrusion, the surface forming the supply-side flow path, and the surface forming the pressure chamber.

更に、請求項5乃至7に記載の発明を組み合わせることで、簡易な構成により吐出時及びリフィル時におけるノズル及び供給側流路(供給絞り)の開閉を容易に行うことが可能になる。   Further, by combining the inventions according to claims 5 to 7, it is possible to easily open and close the nozzle and the supply side flow path (supply throttle) at the time of discharge and refill with a simple configuration.

請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のうち何れか1項に記載の液体吐出装置の一態様に係り、前記ノズル開閉部及び前記供給側流路開閉部は、吐出時における前記ノズルを開くタイミングと前記供給側流路を閉じるタイミングとの間に所定の時間差があるとともに、リフィル時における前記ノズルを閉じるタイミングと前記供給側流路を開くタイミングとの間に所定の時間差がある構造を有することを特徴とする。   The invention according to an eighth aspect relates to an aspect of the liquid ejection device according to any one of the first to seventh aspects, wherein the nozzle opening / closing portion and the supply-side flow path opening / closing portion are arranged at the time of ejection. There is a predetermined time difference between the timing for opening the nozzle and the timing for closing the supply-side flow path, and there is a predetermined time difference between the timing for closing the nozzle and the timing for opening the supply-side flow path during refilling. It has a structure.

請求項8記載の発明によれば、ノズルの開閉タイミングと供給側流路の開閉タイミングに時間差を持たせることで、液体吐出時以外にノズルが開いている期間をコントロールすることができる。   According to the eighth aspect of the present invention, by providing a time difference between the opening / closing timing of the nozzle and the opening / closing timing of the supply-side flow path, it is possible to control the period during which the nozzle is open other than during liquid discharge.

請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記供給側流路開閉部は、前記ノズル開閉部により前記ノズルが閉じられてから所定の期間前記吐出側流路を開く構造を有することを特徴とする。   A ninth aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to any one of the first to eighth aspects, wherein the supply side flow path opening / closing part is closed by the nozzle opening / closing part. It is characterized by having a structure that opens the discharge side flow path for a predetermined period after being used.

請求項9記載の発明によれば、ノズル開閉部及び供給側流路開閉部(可動部材)は、ノズルを閉じてから供給側流路を開く構造を有するので、リフィル時にノズルから気泡が混入することを防止できる。   According to the ninth aspect of the present invention, since the nozzle opening / closing part and the supply side flow path opening / closing part (movable member) have a structure in which the supply side flow path is opened after closing the nozzle, bubbles are mixed from the nozzle during refilling. Can be prevented.

請求項10に記載の発明は、請求項1乃至9のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記ノズル開閉部は、前記供給側流路開閉部により前記供給側流路の断面積が減少してから所定の期間経過後に前記ノズルを開く構造を有することを特徴とする。   A tenth aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to any one of the first to ninth aspects, wherein the nozzle opening / closing portion is configured to supply the supply side flow by the supply side flow path opening / closing portion. The nozzle is opened after a predetermined period has elapsed since the cross-sectional area of the passage has decreased.

請求項10記載の発明によれば、液体吐出時以外にノズルが開いている期間を短くすることができるので、メニスカスの乾燥が抑制され、ノズル詰まりやこれによる吐出異常が防止される。   According to the tenth aspect of the present invention, since the period during which the nozzles are open can be shortened other than during the liquid ejection, drying of the meniscus is suppressed, and nozzle clogging and ejection abnormalities due to this are prevented.

また、上記目的を達成するために、請求項11に記載の発明に係る画像形成装置は、液体を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、前記圧力室と連通される供給側流路と、前記圧力室に設けられ、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記供給側流路の少なくとも一部を閉じ、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には吐出時に比べて供給側流路を開く供給側流路開閉部と、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記ノズルを開き、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には前記ノズルの少なくとも一部を閉じるように動作するノズル開閉部と、を有する流路開閉手段と、を有する液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an image forming apparatus according to claim 11 is in communication with a nozzle that discharges liquid, a pressure chamber provided corresponding to the nozzle, and the pressure chamber. Supply side flow path, provided in the pressure chamber, closes at least a part of the supply side flow path at the time of discharge for discharging liquid from the nozzle, and on the supply side compared to at the time of discharge at the time of refill to supply liquid to the pressure chamber A supply-side channel opening / closing section that opens the channel, and a nozzle opening / closing operation that opens the nozzle when discharging liquid from the nozzle and closes at least a part of the nozzle when refilling the pressure chamber. And a liquid discharge head having a channel opening / closing means having a portion.

請求項11に記載の発明によれば、高速吐出に対応した好ましい液体吐出が実現され、高品質な画像を得ることができる。なお、ここでいう画像には、例えば、プリント配線基板に形成される配線パターンや、マスキングに用いられるマスク(レジスト等)によるマスクパターンなどを含んでいる。   According to the invention described in claim 11, preferable liquid discharge corresponding to high-speed discharge is realized, and a high-quality image can be obtained. The image here includes, for example, a wiring pattern formed on a printed wiring board, a mask pattern using a mask (resist or the like) used for masking, and the like.

本発明によれば、吐出効率が向上するとともにリフィル性が向上し、高い吐出周波数でも安定した液体吐出が実現される。また、メニスカスの乾燥によるノズル詰まりやノズル及び圧力室内への気泡混入が防止される。   According to the present invention, the discharge efficiency is improved, the refilling property is improved, and stable liquid discharge is realized even at a high discharge frequency. Further, nozzle clogging due to meniscus drying and air bubbles mixing into the nozzle and the pressure chamber are prevented.

〔第1実施形態、液体吐出ヘッドの構成〕
図1は、本発明に係る液体吐出ヘッド(以下、ヘッドと記載)10の外観を示す斜視図である。図1に示すように、ヘッド10は、インクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドであり、液体を吐出させる多数のノズル(吐出孔)12が形成されたノズル形成面14を有し、このノズル形成面14と対向する位置にある記録媒体(不図示)に液体を吐出させて当該記録媒体の画像形成面に所望の画像が形成される。
[First Embodiment, Configuration of Liquid Discharge Head]
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a liquid discharge head (hereinafter referred to as a head) 10 according to the present invention. As shown in FIG. 1, a head 10 is an ink jet head mounted on an ink jet recording apparatus, and has a nozzle forming surface 14 on which a large number of nozzles (discharge holes) 12 for discharging liquid are formed. A liquid is ejected onto a recording medium (not shown) located at a position facing the surface 14 to form a desired image on the image forming surface of the recording medium.

図1に示すヘッドは、記録媒体の幅方向(記録媒体の画像形成可能幅)に対応する長さを持つ2つのノズル列16及びノズル列18を有するフルライン型ヘッドであり、ヘッド10のノズル配置には、ノズル列16及びノズル列18を各ノズル列の長さ方向(ヘッド10の長手方向)に位相をずらして並べた千鳥配置が適用される。   The head shown in FIG. 1 is a full-line head having two nozzle rows 16 and nozzle rows 18 having a length corresponding to the width direction of the recording medium (image forming width of the recording medium). For the arrangement, a staggered arrangement in which the nozzle rows 16 and the nozzle rows 18 are arranged with their phases shifted in the length direction of each nozzle row (longitudinal direction of the head 10) is applied.

図1に示すように、2列のノズル列の位相をずらして並べる千鳥配置によって各ノズル12(ノズル列16、ノズル列18)を配置させると、ヘッド50の長手方向の実質的なノズル間ピッチを高密度化することができる。例えば、ノズル列16及びノズル列18のノズル密度を300dpiとし、ノズル列16とノズル列18とを各ノズル列の配列方向に1/2ピッチずらして配置することにより、ヘッドの長手方向のノズル密度が実質的に600dpiのヘッド10が実現される。なお、上記ノズル密度はあくまでも一例であり、ノズル列16及びノズル列18のノズル密度を100dpi程度とする態様(実質的に200dpi程度)としてもよい。   As shown in FIG. 1, when the nozzles 12 (nozzle row 16 and nozzle row 18) are arranged in a staggered arrangement in which the phases of the two nozzle rows are shifted, the substantial inter-nozzle pitch in the longitudinal direction of the head 50 Can be densified. For example, the nozzle density of the nozzle row 16 and the nozzle row 18 is 300 dpi, and the nozzle row 16 and the nozzle row 18 are arranged with a ½ pitch shift in the arrangement direction of each nozzle row, whereby the nozzle density in the longitudinal direction of the head However, the head 10 of substantially 600 dpi is realized. The nozzle density is merely an example, and the nozzle row 16 and the nozzle row 18 may have a nozzle density of about 100 dpi (substantially about 200 dpi).

図2は、ヘッド10の内部構造を示す透視斜視図である。ヘッド10は、ノズル12となる複数の開口(穴)が形成されるノズルプレート29と、各ノズル12に対応して各ノズルから吐出される液体が収容される空間(隙間)である圧力室20と、加圧板22上に形成され、駆動信号が印加される個別電極24を加圧板22と反対側の上面に備え、圧力室20内の液体に吐出力を与えるアクチュエータ26と、アクチュエータ26の動作に応じて圧力室20内を移動してノズル12及び供給絞り28の開閉を行う流路開閉部材30(可動部材)と、を備えている。   FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure of the head 10. The head 10 includes a nozzle plate 29 in which a plurality of openings (holes) serving as nozzles 12 are formed, and a pressure chamber 20 that is a space (gap) in which liquid ejected from each nozzle is accommodated corresponding to each nozzle 12. And an actuator 26 formed on the pressure plate 22 and provided with an individual electrode 24 to which a drive signal is applied on the upper surface opposite to the pressure plate 22 to give a discharge force to the liquid in the pressure chamber 20, and the operation of the actuator 26 Accordingly, a flow path opening / closing member 30 (movable member) that moves in the pressure chamber 20 to open and close the nozzle 12 and the supply throttle 28 is provided.

圧力室20は、流路開閉部材30及び規制部材42を天面とし、ノズル12が形成されるノズルプレート29と、隣り合う圧力室との隔壁20Aと、底面プレート20C(図3(a)参照)によって囲まれた空間であり、共通液室38(図3(a)参照)から図2の供給絞り28を介して供給された液体を、アクチュエータ26を動作させることによってノズル12から吐出させるように構成されている。   The pressure chamber 20 has the flow path opening / closing member 30 and the regulating member 42 as a top surface, a nozzle plate 29 on which the nozzles 12 are formed, a partition wall 20A between adjacent pressure chambers, and a bottom plate 20C (see FIG. 3A). ), And the liquid supplied from the common liquid chamber 38 (see FIG. 3A) via the supply restrictor 28 in FIG. 2 is discharged from the nozzle 12 by operating the actuator 26. It is configured.

アクチュエータ26には、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やPVDF(ポリフッ化ビニリデン)などの圧電素子(圧電アクチュエータ)が好適に用いられる。本例では、上面及び下面に電極が設けられ、この電極間に駆動信号を印加すると該圧電素子が横方向(駆動信号の印加方向と略直交する方向)にたわみを生じ、加圧板22を上下方向に変形させる、d31モードの変位を用いたベンダー型圧電素子が適用される。加圧板22に金属材料を用いる場合にはアクチュエータ26の共通電極は加圧板22と兼用される。   For the actuator 26, a piezoelectric element (piezoelectric actuator) such as PZT (lead zirconate titanate) or PVDF (polyvinylidene fluoride) is preferably used. In this example, electrodes are provided on the upper surface and the lower surface, and when a drive signal is applied between the electrodes, the piezoelectric element is deflected in the lateral direction (a direction substantially perpendicular to the direction in which the drive signal is applied), and the pressure plate 22 is moved up and down. A bender type piezoelectric element using a d31 mode displacement that is deformed in the direction is applied. When a metal material is used for the pressure plate 22, the common electrode of the actuator 26 is also used as the pressure plate 22.

本発明に適用されるアクチュエータ26には、2つの圧電素子を積層させた圧電素子において、一方の圧電素子が伸張方向に他方の圧電素子が収縮方向にたわみを生じるように構成されたバイモルフ型圧電素子などの圧電素子を適用してもよい。なお、バイモルフ型圧電素子を用いる態様では、加圧板22は不要である。   The actuator 26 applied to the present invention is a bimorph type piezoelectric element in which two piezoelectric elements are laminated such that one piezoelectric element deflects in the expansion direction and the other piezoelectric element in the contraction direction. A piezoelectric element such as an element may be applied. Note that the pressure plate 22 is not necessary in the embodiment using the bimorph piezoelectric element.

ノズルプレート29は、図1に示すノズル形成面14を有するプレートであり、SUSなどの金属材料が好適に用いられる。図2におけるノズル12は、液体が吐出される開口部を表しているが、本明細書では、ノズル12は液体が吐出される開口部を示すこともあるし、また、圧力室20から該開口部での管路(吐出側流路、図2ではノズルプレート29の厚み部分)を示すこともある。これらを混同しない場合には、特に断らずに「ノズル」という用語を用いることする。   The nozzle plate 29 is a plate having the nozzle forming surface 14 shown in FIG. 1, and a metal material such as SUS is preferably used. The nozzle 12 in FIG. 2 represents an opening through which liquid is discharged, but in this specification, the nozzle 12 may indicate an opening through which liquid is discharged, and the opening from the pressure chamber 20 may be the same. A pipe line (discharge-side flow path in FIG. 2, the thickness portion of the nozzle plate 29) may be shown. When these are not confused, the term “nozzle” is used without particular notice.

なお、上述した吐出側流路は、圧力室20側からヘッド10の外部側へ流路径が徐々に小さくなるテーパ形状部分を有していてもよいし、流路径が異なる複数の管路から構成されてもよい。もちろん、流路径が全域にわたり略均一である管路を適用してもよい。   Note that the discharge-side flow path described above may have a tapered portion in which the flow path diameter gradually decreases from the pressure chamber 20 side to the outside of the head 10, or includes a plurality of pipe lines having different flow path diameters. May be. Of course, a conduit having a substantially uniform channel diameter over the entire region may be applied.

流路開閉部材30は、接合部材32を介して加圧板22及びアクチュエータ26と接合されている。この流路開閉部材30は、ノズル12を開閉するノズル開閉部34(第1の突起部)と供給絞り28を開閉する供給絞り開閉部36(第2の突起部、供給絞り開閉部36の構造は図3(a)参照)とを備えた構造を有し、樹脂や金属などの材料が用いられる。なお、流路開閉部材30には所定の耐液性や耐磨耗性が確保されるように所定の表面処理が施されている。耐液性や耐磨耗性に優れた材料が用いられる場合には該表面処理は不要である。   The flow path opening / closing member 30 is joined to the pressure plate 22 and the actuator 26 via the joining member 32. The flow path opening / closing member 30 includes a nozzle opening / closing portion 34 (first protrusion) that opens and closes the nozzle 12 and a supply throttle opening / closing portion 36 (second protrusion, supply throttle opening / closing portion 36) that opens and closes the supply throttle 28. 3), and a material such as resin or metal is used. The flow path opening / closing member 30 is subjected to a predetermined surface treatment so as to ensure predetermined liquid resistance and wear resistance. When a material excellent in liquid resistance and wear resistance is used, the surface treatment is unnecessary.

次に、本例のヘッド10の吐出動作について説明する。図2の右から2番目のアクチュエータ26Aは、駆動信号が印加された吐出動作状態であり、吐出動作状態のアクチュエータ26Aと接合される流路開閉部材30A(流路開閉部材30Aが有するノズル開閉部34A)は、図2の下方向に押し下げられ、吐出動作状態のアクチュエータ26Aに対応するノズル12Aが開かれて、該ノズル12Aから液体が吐出される。   Next, the ejection operation of the head 10 of this example will be described. The second actuator 26A from the right in FIG. 2 is in a discharge operation state to which a drive signal is applied, and is a flow path opening / closing member 30A (a nozzle opening / closing portion included in the flow path opening / closing member 30A) joined to the actuator 26A in the discharge operation state. 34A) is pushed downward in FIG. 2, the nozzle 12A corresponding to the actuator 26A in the discharge operation state is opened, and the liquid is discharged from the nozzle 12A.

ここでいう吐出動作状態とは、液体を吐出させるために駆動信号がアクチュエータ26に与えられてから、アクチュエータ26が動作してノズル12から液体が吐出されるまでの状態である。   The discharge operation state here is a state from when a drive signal is supplied to the actuator 26 to discharge the liquid until the actuator 26 operates and the liquid is discharged from the nozzle 12.

また、アクチュエータ26が動作していない状態(静定状態、圧力室20の初期状態、図2における右から2番目のアクチュエータ26Aを除く3つのアクチュエータの状態)では流路開閉部材30に設けられたノズル開閉部34によって圧力室20の内部からノズル12が塞がれた状態となっている。言い換えると、ノズル開閉部34は、アクチュエータ26が動作していない圧力室20の初期状態ではノズル12のカバーとして機能している。   Further, in the state where the actuator 26 is not operating (static state, initial state of the pressure chamber 20, state of three actuators excluding the second actuator 26A from the right in FIG. 2), it is provided in the flow path opening / closing member 30. The nozzle 12 is closed from the inside of the pressure chamber 20 by the nozzle opening / closing part 34. In other words, the nozzle opening / closing part 34 functions as a cover for the nozzle 12 in the initial state of the pressure chamber 20 where the actuator 26 is not operating.

〔液体吐出(打滴)動作の説明〕
次に、本例に示すヘッド10の液体吐出動作について詳細に説明する。図3は、吐出時における圧力室20の状態を示し、図4には、アクチュエータ26の静定状態における圧力室20の状態(圧力室の初期状態)を示す。
[Description of liquid ejection (droplet ejection) operation]
Next, the liquid discharge operation of the head 10 shown in this example will be described in detail. FIG. 3 shows a state of the pressure chamber 20 at the time of discharge, and FIG. 4 shows a state of the pressure chamber 20 (an initial state of the pressure chamber) when the actuator 26 is in a static state.

図3(a)及び図4(a)は、図2のXで示す方向から見た透視図(横断面)であり、図3(b)及び図4(b)は、図2のYで示す方向から見た透視図(上断面)である。なお、図3(b)及び図4(b)では、アクチュエータ26、加圧板22、接合部材32、規制部材42の図示は省略されている。   3 (a) and 4 (a) are perspective views (transverse sections) viewed from the direction indicated by X in FIG. 2, and FIGS. 3 (b) and 4 (b) are indicated by Y in FIG. It is the perspective view (upper section) seen from the direction shown. 3B and 4B, the actuator 26, the pressure plate 22, the joining member 32, and the regulating member 42 are not shown.

図3(a)に示すように、液体吐出動作時にはアクチュエータ26に所定の駆動信号が印加され、アクチュエータ26に接合される加圧板22が変形して該加圧板22と接合部材32を介して接合される流路開閉部材30が図3(a)の下方向(矢印線で図示)へ移動する。   As shown in FIG. 3A, a predetermined drive signal is applied to the actuator 26 during the liquid discharging operation, and the pressure plate 22 joined to the actuator 26 is deformed and joined via the pressure plate 22 and the joining member 32. The flow path opening / closing member 30 to be moved moves downward (shown by an arrow line) in FIG.

このように、流路開閉部材30が図3(a)の下方向に移動すると、ノズル開閉部34が図3(a)の下方向に移動してノズル12が開かれる。また、圧力室20の体積が減少してこの圧力室20の体積変化に相当する量の液体がノズル12からヘッド10の外部へ吐出される。更に、供給絞り開閉部36が図3(a)の下方向に移動することで供給絞り28が閉じられた状態になる。   As described above, when the flow path opening / closing member 30 moves downward in FIG. 3A, the nozzle opening / closing portion 34 moves downward in FIG. 3A and the nozzle 12 is opened. Further, the volume of the pressure chamber 20 is reduced, and an amount of liquid corresponding to the volume change of the pressure chamber 20 is discharged from the nozzle 12 to the outside of the head 10. Furthermore, the supply throttle opening / closing section 36 moves downward in FIG. 3A, whereby the supply throttle 28 is closed.

このようにして、液体吐出時にノズル12を開くとともに供給絞り28を閉じるように流路開閉部材30を移動させることで、吐出動作時に供給絞り28から共通液室38(供給側流路)への液体の逆流を防ぎ、吐出効率の向上が見込まれる。なお、図3(a),(b) には、吐出動作時(吐出タイミング)において供給絞り28が完全に閉じられた状態を示したが、供給絞り28の流路抵抗(供給側流路の流路抵抗)がノズル12の流路抵抗(吐出側流路の流路抵抗)に比べて十分に小さい状態が維持されれば、供給絞り28の一部が開いていてもよい。   In this way, by moving the flow path opening / closing member 30 so as to open the nozzle 12 and close the supply throttle 28 during the liquid discharge, the supply throttle 28 to the common liquid chamber 38 (supply-side flow path) is discharged during the discharge operation. The backflow of liquid is prevented and the discharge efficiency is expected to improve. 3A and 3B show a state in which the supply throttle 28 is completely closed during the discharge operation (discharge timing), the flow path resistance of the supply throttle 28 (of the supply side flow path) is shown. If the state in which the flow path resistance) is sufficiently smaller than the flow path resistance of the nozzle 12 (flow path resistance of the discharge side flow path) is maintained, a part of the supply throttle 28 may be opened.

ノズル開閉部34は、ノズルプレート29の圧力室側の面(ノズル形成面46)に接触する面を有し、この接触面の形状は、略四角形となっている。もちろん、ノズル12と同様に略円形状としてもよいし、略四角形や略円形以外の形状を適用してもよい。この接触面は少なくともノズル12と略同一或いはノズル12よりも大きい面積を有している。なお、ノズルプレート29とノズル開閉部34との密着性と摺動性を両立させるために、ノズルプレート29のノズル開閉部34と接触する部分にノズル開閉部34に対応した大きさの溝加工を施すとよい。   The nozzle opening / closing part 34 has a surface that comes into contact with the pressure chamber side surface (nozzle formation surface 46) of the nozzle plate 29, and the shape of this contact surface is substantially rectangular. Of course, it is good also as a substantially circular shape similarly to the nozzle 12, and shapes other than a substantially square shape or a substantially circular shape may be applied. This contact surface is at least substantially the same as or larger than the nozzle 12. In order to achieve both adhesion and slidability between the nozzle plate 29 and the nozzle opening / closing part 34, a groove having a size corresponding to the nozzle opening / closing part 34 is formed on the portion of the nozzle plate 29 that contacts the nozzle opening / closing part 34. It is good to apply.

本例に示す絞り開閉部36は、共通液室38に凸となる形状を有し、供給側流路を閉じた状態では、共通液室38の底面40と接触する面を有している。即ち、共通液室38の底面40と絞り開閉部36が接触している状態では、供給絞り28の断面積はゼロとなる。   The throttle opening / closing section 36 shown in this example has a shape that protrudes from the common liquid chamber 38, and has a surface that contacts the bottom surface 40 of the common liquid chamber 38 when the supply-side flow path is closed. That is, in a state where the bottom surface 40 of the common liquid chamber 38 and the throttle opening / closing part 36 are in contact, the cross-sectional area of the supply throttle 28 is zero.

また、流路開閉部材30は、圧力室20と共通液室38との境界近傍に傾斜面41を有しており、インク流路内に角(直角)形状を持たない構造により、圧力室20と共通液室38との境界近傍において気泡が発生することが防止される。   Further, the flow path opening / closing member 30 has an inclined surface 41 in the vicinity of the boundary between the pressure chamber 20 and the common liquid chamber 38, and the pressure chamber 20 has a structure that does not have an angular (right angle) shape in the ink flow path. Generation of bubbles near the boundary between the liquid chamber 38 and the common liquid chamber 38 is prevented.

一方、図4(a),(b)にはリフィルが完了した圧力室20の初期状態を示す。ノズル12から液体が吐出された後に共通液室38から供給絞り28を介して圧力室20へ液体が供給される(液体の供給方向を矢印線で図示)リフィル時には、アクチュエータ26が初期状態に戻る動作を利用して流路開閉部材30が図4(a)における上方向へ移動することで、ノズル開閉部34も上方向に移動し、該ノズル開閉部34によってノズル12は圧力室20の内部から塞がれた状態になる。   4A and 4B show an initial state of the pressure chamber 20 after the refill is completed. After the liquid is discharged from the nozzle 12, the liquid is supplied from the common liquid chamber 38 to the pressure chamber 20 via the supply throttle 28 (the liquid supply direction is indicated by an arrow line). When refilling, the actuator 26 returns to the initial state. When the flow path opening / closing member 30 moves upward in FIG. 4A by using the operation, the nozzle opening / closing portion 34 also moves upward, and the nozzle 12 is moved inside the pressure chamber 20 by the nozzle opening / closing portion 34. It will be in a state of being blocked from.

また、流路開閉部材30の図4(a)における上方向に移動することで供給絞り開閉部36も図4(a)における上方向に移動し、図4(b)に示す供給絞り28が開かれた状態になる。   Further, when the flow path opening / closing member 30 is moved upward in FIG. 4 (a), the supply throttle opening / closing portion 36 is also moved upward in FIG. 4 (a), and the supply throttle 28 shown in FIG. Opened.

即ち、図4(a),(b)に示す圧力室20の初期状態では、ノズル開閉部34によってノズル12が閉じられた状態が維持され、且つ、供給絞り28が開かれた状態(吐出動作時に比べて供給絞り28の断面積が大きな状態)が維持される。   That is, in the initial state of the pressure chamber 20 shown in FIGS. 4A and 4B, the state where the nozzle 12 is closed by the nozzle opening / closing portion 34 and the supply throttle 28 is opened (discharge operation). The state in which the cross-sectional area of the supply restrictor 28 is larger than that of the case is maintained.

流路開閉部材30は、供給絞り開閉部36が共通液室38の底面40に接触する位置(即ち、図3(a)に示す供給絞り28が完全に閉められた状態となる位置)を一方の端(吐出時端部)とし、ノズル開閉部34が圧力室20の内部に設けられたノズル開閉部34の上端を規制する規制部材42と接触する位置(即ち、図4(a)に示すノズル12が完全に閉められた状態となる位置)を他方の端(非吐出時端部)とする移動範囲を有しており、ノズル開閉部34のノズル側端部(先端部)44が圧力室20のノズル形成面46に接触しながら該ノズル形成面46に沿って図3(a)、図4(a)の上下方向に移動可能に構成されている。   The flow path opening / closing member 30 has a position where the supply throttle opening / closing portion 36 contacts the bottom surface 40 of the common liquid chamber 38 (that is, a position where the supply throttle 28 shown in FIG. 3A is completely closed). 4 (a), the nozzle opening / closing portion 34 is in contact with a regulating member 42 that regulates the upper end of the nozzle opening / closing portion 34 provided inside the pressure chamber 20 (ie, shown in FIG. 4A). The nozzle 12 has a movement range in which the position where the nozzle 12 is completely closed) is set as the other end (non-ejection end), and the nozzle side end (tip end) 44 of the nozzle opening / closing portion 34 is pressurized. While contacting the nozzle formation surface 46 of the chamber 20, it is configured to be movable in the vertical direction in FIGS. 3A and 4A along the nozzle formation surface 46. FIG.

なお、図4(a),(b) には、圧力室20の初期状態においてノズル12が完全に閉じられた状態を示したが、ノズル12の流路抵抗(吐出側流路の流路抵抗)が供給絞り28の流路抵抗(供給側流路の流路抵抗)に比べて十分に小さい状態が維持され、メニスカスの乾燥防止の観点から許容範囲であれば、ノズル12の一部が開いていてもよい。但し、ノズル12は圧力室20の初期状態では完全に閉じていることが好ましい。   4 (a) and 4 (b) show a state in which the nozzle 12 is completely closed in the initial state of the pressure chamber 20, the flow resistance of the nozzle 12 (the flow resistance of the discharge side flow path). ) Is maintained sufficiently smaller than the flow resistance of the supply restrictor 28 (flow resistance of the supply-side flow path), and a part of the nozzle 12 is opened if it is within an allowable range from the viewpoint of preventing meniscus drying. It may be. However, the nozzle 12 is preferably completely closed in the initial state of the pressure chamber 20.

また、本例では、図4(a),(b)に示すアクチュエータ26の静定状態を圧力室20の初期状態とする態様を示したが、アクチュエータ26に所定の一定電圧を有する駆動信号を印加して、圧力室20内に一定の負圧を発生させた状態を圧力室20の初期状態としてもよい。   Further, in this example, the mode in which the static state of the actuator 26 shown in FIGS. 4A and 4B is set to the initial state of the pressure chamber 20 is shown, but a drive signal having a predetermined constant voltage is applied to the actuator 26. A state in which a constant negative pressure is generated in the pressure chamber 20 by applying the pressure chamber 20 may be an initial state of the pressure chamber 20.

次に、図5、図6を用いて、吐出動作時及びリフィル動作時における圧力室20の状態遷移を説明する。図5には吐出動作時における、時間経過とノズル12の開口部分の断面積(吐出側流路の断面積)及び供給絞り28の断面積(供給側流路の断面積)との関係を示す。なお、図5及び図6では、ノズル12の開口部分の断面積及び供給絞り28の断面積は、それぞれの最大断面積を1としたときの相対的な断面積で表されている。   Next, the state transition of the pressure chamber 20 during the discharge operation and the refill operation will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the relationship between the passage of time and the cross-sectional area of the opening of the nozzle 12 (cross-sectional area of the discharge-side flow path) and the cross-sectional area of the supply restrictor 28 (cross-sectional area of the supply-side flow path) during the discharge operation. . 5 and 6, the cross-sectional area of the opening portion of the nozzle 12 and the cross-sectional area of the supply restrictor 28 are expressed as relative cross-sectional areas when the maximum cross-sectional area is 1.

図5に示すように、ノズル12の開口部分が最大断面積となる状態は流路開閉部材30が上述した吐出時端部(下端部)に位置する状態であり、供給絞り28が最大断面積となる状態は、流路開閉部材30が上述した非吐出時端部(上端部)に位置する状態である。   As shown in FIG. 5, the state in which the opening portion of the nozzle 12 has the maximum cross-sectional area is a state in which the flow path opening / closing member 30 is located at the above-described discharge end (lower end), and the supply throttle 28 has the maximum cross-sectional area. This state is a state in which the flow path opening / closing member 30 is located at the above-described non-ejection end (upper end).

図5のタイミングt0は吐出動作オフ状態であり、ノズル12は完全に閉じられた状態(即ち、開口部分の断面積が0の状態)であり、供給絞り28は最大断面積となる状態(即ち、断面積1の状態)である。言い換えると、図5のタイミングt0は、図4(a)に示す流路開閉部材30が非吐出時端部に位置する圧力室20の初期状態である。   The timing t0 in FIG. 5 is the discharge operation off state, the nozzle 12 is completely closed (that is, the sectional area of the opening portion is 0), and the supply throttle 28 is in the maximum sectional area (that is, , State of cross-sectional area 1). In other words, the timing t0 in FIG. 5 is the initial state of the pressure chamber 20 where the flow path opening / closing member 30 shown in FIG.

アクチュエータ26に吐出動作の駆動信号を与えると、流路開閉部材30は図3(a)、図4(a)における下方向に移動し、これに応じてノズル12の開口部分の断面積は時間経過とともに徐々に大きくなり、供給絞り28の断面積は時間経過とともに徐々に小さくなる。流路開閉部材30が図3(a)、図4(a)における下方向に移動して、図5のタイミングt1で図3(a)に示す吐出時端部に位置する状態(吐出動作オン)になると、ノズル12の開口部分の断面積は最大(即ち、断面積1の状態)となり、供給絞り28の断面積は最小(本例では、断面積0の状態)となり、ノズル12から液体が吐出される。   When a drive signal for the discharge operation is given to the actuator 26, the flow path opening / closing member 30 moves downward in FIGS. 3 (a) and 4 (a), and the cross-sectional area of the opening portion of the nozzle 12 is corresponding to the time. The cross-sectional area of the supply restrictor 28 gradually decreases as time passes. The flow path opening / closing member 30 moves downward in FIGS. 3 (a) and 4 (a) and is positioned at the discharge end shown in FIG. 3 (a) at the timing t1 in FIG. ), The cross-sectional area of the opening of the nozzle 12 is the maximum (that is, the state of the cross-sectional area 1), the cross-sectional area of the supply restrictor 28 is the minimum (in this example, the state of the cross-sectional area 0), and the liquid from the nozzle 12 Is discharged.

図6にはリフィル動作時における、時間経過とノズル12及び供給絞り28の断面積との関係を示す。   FIG. 6 shows the relationship between the passage of time and the cross-sectional areas of the nozzle 12 and the supply restrictor 28 during the refill operation.

図6のタイミングt10は吐出動作オン状態であり、ノズル12は最大断面積となる状態であり、供給絞り28は完全に閉じられた状態である。即ち、リフィル動作時におけるタイミングt10は、図3(a),(b)に図示された状態であり、この状態においてノズル12から液体が吐出される。   The timing t10 in FIG. 6 is the discharge operation on state, the nozzle 12 is in the maximum cross-sectional area, and the supply restrictor 28 is completely closed. That is, the timing t10 during the refilling operation is the state shown in FIGS. 3A and 3B, and in this state, the liquid is ejected from the nozzle 12.

ノズル12から液体が吐出された後にアクチュエータ26にリフィル動作の駆動信号を与えると、図3(a),(b)に示す状態の流路開閉部材30は図3(a)、図4(a)における上方向に移動し、流路開閉部材30の図3(a)、図4(a)における上方向への移動に応じてノズル12の開口部分の断面積は時間経過とともに徐々に小さくなり、供給絞り28の断面積は時間経過とともに徐々に大きくなる。流路開閉部材30が図3(a)、図4(a)における上方向に移動して、図6のタイミングt11で図4(a)に示す非吐出時端部に位置する圧力室20の初期状態(吐出動作オフ)になると、ノズル12の開口部分の断面積は最小(本例では、断面積0の状態)となり、供給絞り28の断面積は最大となる。   When a drive signal for the refill operation is given to the actuator 26 after the liquid is discharged from the nozzle 12, the flow path opening / closing member 30 in the state shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) is shown in FIGS. 3 (a) and 4 (a). ) And the cross-sectional area of the opening of the nozzle 12 gradually decreases with time as the flow path opening / closing member 30 moves upward in FIGS. 3 (a) and 4 (a). The sectional area of the supply restrictor 28 gradually increases with time. The flow path opening / closing member 30 moves upward in FIGS. 3 (a) and 4 (a), and at the timing t11 in FIG. 6, the pressure chamber 20 located at the non-ejection end portion shown in FIG. 4 (a). In the initial state (discharging operation off), the cross-sectional area of the opening of the nozzle 12 is minimum (in this example, the cross-sectional area is 0), and the cross-sectional area of the supply restrictor 28 is maximum.

このように、ノズル開閉部34及び供給絞り開閉部36を備えた(ノズル開閉機能及び供給絞り開閉機能を有する)流路開閉部材30をアクチュエータ26の動作に応じて(吐出動作及びリフィル動作に応じて)圧力室20内を移動させることで、ノズル12の開閉及び供給絞り28の開閉が行われる。   As described above, the flow path opening / closing member 30 (having the nozzle opening / closing function and the supply throttle opening / closing function) having the nozzle opening / closing portion 34 and the supply throttle opening / closing portion 36 is set according to the operation of the actuator 26 (in response to the discharge operation and the refill operation). The nozzle 12 is opened and closed and the supply throttle 28 is opened and closed by moving the pressure chamber 20.

上記の如く構成された液体吐出ヘッド10は、吐出動作時には、供給絞り28の少なくとも一部を閉じて液体が供給側流路へ逆流することを防止して、吐出効率を向上させる。また、非吐出時(例えば、圧力室20の初期状態)には、ノズル開閉部34によってノズル12を塞ぐことでメニスカスの乾燥及びメニスカスの乾燥による液体の増粘を防ぐことができ、メニスカスの乾燥やメニスカスの乾燥によるインク増粘を回避するための機能(例えば、メニスカス振動など)をヘッドに付加する必要がなくなり、ヘッド10の構造やシステム(制御)の簡素化が実現される。更に、気泡混入やメニスカス固化などによる吐出異常(不吐出)現象が発生する可能性を低くすることができるため、ヘッド10の信頼性の向上が見込まれる。   The liquid discharge head 10 configured as described above improves the discharge efficiency by closing at least a part of the supply restrictor 28 and preventing the liquid from flowing back to the supply-side flow path during the discharge operation. Further, during non-ejection (for example, the initial state of the pressure chamber 20), the nozzle 12 is closed by the nozzle opening / closing part 34, thereby preventing the meniscus drying and the liquid thickening due to the meniscus drying. In addition, it is not necessary to add a function (for example, meniscus vibration) for avoiding ink thickening due to drying of the meniscus to the head, and the structure and system (control) of the head 10 can be simplified. Furthermore, since the possibility of occurrence of an abnormal discharge (non-discharge) phenomenon due to bubble mixing or meniscus solidification can be reduced, the reliability of the head 10 is expected to be improved.

また、少なくとも圧力室20の初期状態では、ノズル12はノズル開閉部34により塞がれているので、他の部位が駆動されたことにより発生する流体クロストークなどからの影響を受けない構造が実現され、ノズル12の高密度配置が容易になる。   In addition, at least in the initial state of the pressure chamber 20, the nozzle 12 is blocked by the nozzle opening / closing part 34, so that a structure that is not affected by fluid crosstalk generated by driving other parts is realized. This facilitates the high-density arrangement of the nozzles 12.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態中、上述した第1実施形態と同一又は類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Note that, in the second embodiment, the same or similar parts as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図7(a),(b)には、吐出時におけるヘッド100の状態を示し、図8(a),(b)及び図9は、非吐出時におけるヘッド100の状態を示す図である。即ち、図7(a),(b)は、上述した第1実施形態の図3(a),(b)に相当し、図8(a),(b)及び図9は図4(a),(b)に相当する。   7A and 7B show the state of the head 100 during ejection, and FIGS. 8A, 8B, and 9 are diagrams showing the state of the head 100 during non-ejection. That is, FIGS. 7A and 7B correspond to FIGS. 3A and 3B of the first embodiment described above, and FIGS. 8A, 8B, and 9 show FIGS. ), (b).

ヘッド100の吐出動作時には、アクチュエータ26の動作に応じて流路開閉部材30を非吐出時端部から図7(a)における下方向に移動させて(吐出時端部まで移動させて)ノズル12を開くとともに供給絞り28を閉じる。流路開閉部材30が移動することにより圧力室20の体積が減少し、圧力室20の体積変化に相当する量の液体がノズルから吐出される。また、供給絞り28が閉じられるので、圧力室20から共通液室38への液体の逆流が防止される。   During the discharge operation of the head 100, the flow path opening / closing member 30 is moved downward in FIG. 7A from the non-discharge end portion according to the operation of the actuator 26 (moved to the discharge end portion). And the supply throttle 28 is closed. As the flow path opening / closing member 30 moves, the volume of the pressure chamber 20 decreases, and an amount of liquid corresponding to the volume change of the pressure chamber 20 is discharged from the nozzle. Further, since the supply throttle 28 is closed, the backflow of liquid from the pressure chamber 20 to the common liquid chamber 38 is prevented.

図8(a),(b)には、図7に示す吐出時から圧力室20の初期状態へ戻る途中の圧力室20の状態を示し、図9には、圧力室20の初期状態を示す。図8に示す状態では、ノズル12はノズル開閉部34によって完全に閉じられているが、ノズル開閉部34と規制部材42との間には隙間が存在しているので、ノズル開閉部34(流路開閉部材30)は図8(a)に示す状態から更に図8(a)における上方向に移動可能である。即ち、図8(a)に示す圧力室20は、流路開閉部材30が吐出時端部と非吐出時端部の間の位置する状態となっている。   8A and 8B show the state of the pressure chamber 20 on the way to the initial state of the pressure chamber 20 from the time of discharge shown in FIG. 7, and FIG. 9 shows the initial state of the pressure chamber 20. . In the state shown in FIG. 8, the nozzle 12 is completely closed by the nozzle opening / closing part 34, but since there is a gap between the nozzle opening / closing part 34 and the regulating member 42, the nozzle opening / closing part 34 (flow The road opening / closing member 30) is further movable upward in FIG. 8A from the state shown in FIG. That is, the pressure chamber 20 shown in FIG. 8A is in a state where the flow path opening / closing member 30 is positioned between the discharge end portion and the non-discharge end portion.

なお、図8(a)に示す状態は、アクチュエータ26は駆動信号が印加されていない静定状態であり、アクチュエータ26及び加圧板22は変形(たわみ)を生じていないフラットな状態である。   The state shown in FIG. 8A is a static state where the drive signal is not applied to the actuator 26, and the actuator 26 and the pressure plate 22 are in a flat state where no deformation (deflection) occurs.

図9には、図8(a)に示す状態から更に非吐出時端部側(図8(a)及び図9の上側)へ流路開閉部材30が移動した、第2実施形態における圧力室20の初期状態を示す。第2実施形態に係る液体吐出ヘッド100は加圧板22が図9における上側(圧力室20の外側方向)に凸状態となるようにアクチュエータ26を駆動して、図8(a)に示す状態から更に図8(a)及び図9における上方向に流路開閉部材30を移動させ、ノズル開閉部34が規制部材42と当接する位置(即ち、非吐出時端部)に移動した状態が圧力室20の初期状態となっている。   FIG. 9 shows the pressure chamber in the second embodiment in which the flow path opening / closing member 30 is further moved from the state shown in FIG. 8A toward the non-ejection end portion (upper side in FIGS. 8A and 9). 20 shows an initial state. In the liquid ejection head 100 according to the second embodiment, the actuator 26 is driven so that the pressure plate 22 protrudes upward in FIG. 9 (outward direction of the pressure chamber 20), from the state shown in FIG. 8A and 9, the flow path opening / closing member 30 is moved in the upward direction, and the state where the nozzle opening / closing portion 34 is moved to a position where the nozzle opening / closing portion 34 is in contact with the regulating member 42 (that is, the end portion at the time of non-ejection) is shown. There are 20 initial states.

即ち、第2実施形態に係る液体吐出ヘッド100は、圧力室20の初期状態における流路開閉部材30(ノズル開閉部34)の位置を規制する規制部材42の位置(流路開閉部材30の非吐出時端部の位置)が、上記第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10よりも加圧板22側(上側)に位置しており、ノズル12が完全に閉められた状態でもノズル12が完全に閉じた状態を維持しながら流路開閉部材30を更に図8における上側へ移動させることが可能である。   That is, in the liquid discharge head 100 according to the second embodiment, the position of the regulating member 42 that regulates the position of the flow path opening / closing member 30 (nozzle opening / closing section 34) in the initial state of the pressure chamber 20 The position of the discharge end portion is located closer to the pressure plate 22 (upper side) than the liquid discharge head 10 according to the first embodiment, and the nozzle 12 is completely closed even when the nozzle 12 is completely closed. It is possible to move the flow path opening / closing member 30 further upward in FIG. 8 while maintaining the closed state.

次に、図10、図11を用いて、吐出動作時及びリフィル動作時における圧力室20の状態遷移を説明する。図10には吐出動作時における、時間経過とノズル12の開口部分の断面積及び供給絞り28の断面積との関係を示す。なお、第1実施形態と同様に、図10及び図11では、ノズル12の開口部分の断面積及び供給絞り28の断面積は、それぞれの最大断面積を1としたときの相対的な断面積で表されている。   Next, the state transition of the pressure chamber 20 during the discharge operation and the refill operation will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows the relationship between the passage of time, the cross-sectional area of the opening of the nozzle 12 and the cross-sectional area of the supply restrictor 28 during the discharge operation. As in the first embodiment, in FIGS. 10 and 11, the cross-sectional area of the opening portion of the nozzle 12 and the cross-sectional area of the supply restrictor 28 are relative to each other when the maximum cross-sectional area is 1. It is represented by

図10に示すように、ノズル12の開口部分が最大断面積となる状態は、図7(a),(b)に図示する流路開閉部材30が吐出時端部に位置する状態であり、供給絞り28が最大断面積となる状態は、流路開閉部材30が図8(a)に示す位置にある状態及び、図9に示す非吐出時端部に位置する状態(圧力室20の初期状態)である。   As shown in FIG. 10, the state in which the opening portion of the nozzle 12 has the maximum cross-sectional area is a state in which the flow path opening / closing member 30 illustrated in FIGS. 7 (a) and 7 (b) is located at the discharge end. The state in which the supply restrictor 28 has the maximum cross-sectional area includes a state in which the flow path opening / closing member 30 is in the position shown in FIG. 8A and a state in which the flow restrictor 30 is located at the non-ejection end portion shown in FIG. State).

図10のタイミングt20は吐出動作オフ状態であり、ノズル12は完全に閉じられた状態(即ち、開口部の断面積が0の状態)であり、供給絞り28は最大断面積となる状態(即ち、断面積1の状態)である。言い換えると、図10のタイミングt20は、図9に示す流路開閉部材30が非吐出時端部に位置する圧力室20の初期状態である。   At timing t20 in FIG. 10, the discharge operation is off, the nozzle 12 is completely closed (that is, the opening has a cross-sectional area of 0), and the supply throttle 28 has the maximum cross-sectional area (that is, , State of cross-sectional area 1). In other words, the timing t20 in FIG. 10 is the initial state of the pressure chamber 20 where the flow path opening / closing member 30 shown in FIG. 9 is located at the non-ejection end.

また、図10のタイミングt21は吐出動作オン状態であり、ノズル12は最大断面積となる状態であり、供給絞り28は断面積が最小(図10に示す例では、断面積0の状態)である。   Further, at timing t21 in FIG. 10, the discharge operation is on, the nozzle 12 is in the maximum cross-sectional area, and the supply restrictor 28 has the minimum cross-sectional area (in the example shown in FIG. 10, the cross-sectional area is zero). is there.

タイミングt20でアクチュエータ26に吐出動作の駆動信号を与えると、流路開閉部材30は図7(a)等の下方向に移動し、流路開閉部材30の図7(a)等における下方向への移動に応じて供給絞り28の断面積は時間経過とともに徐々に小さくなる。一方、タイミングt22までノズル12の開口部分の断面積が最小の状態が維持され、更に、流路開閉部材30が図7等における下方向に移動を続けると、ノズル12の開口部分の断面積は時間経過とともに徐々に大きくなり、タイミングt21で最大となる。   When a drive signal for the discharge operation is given to the actuator 26 at timing t20, the flow path opening / closing member 30 moves downward in FIG. 7 (a) and the like, and the flow path opening / closing member 30 in the downward direction in FIG. 7 (a) and the like. The cross-sectional area of the supply restrictor 28 gradually decreases with the passage of time in accordance with the movement of. On the other hand, when the sectional area of the opening portion of the nozzle 12 is maintained to the minimum until the timing t22, and the flow path opening / closing member 30 continues to move downward in FIG. It gradually increases with time and reaches its maximum at timing t21.

図11には、リフィル動作時における時間経過とノズル12及び供給絞り28の断面積との関係を示す。図11のタイミングt30は吐出動作オン状態であり、ノズル12は最大断面積となり供給絞り28は断面積が最小となる。即ち、図11に示すタイミングt30では、圧力室20は図7(a),(b)に図示された状態となっている。   FIG. 11 shows the relationship between the passage of time during the refilling operation and the cross-sectional areas of the nozzle 12 and the supply restrictor 28. At timing t30 in FIG. 11, the discharge operation is on, the nozzle 12 has the maximum cross-sectional area, and the supply throttle 28 has the minimum cross-sectional area. That is, at the timing t30 shown in FIG. 11, the pressure chamber 20 is in the state shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).

アクチュエータ26にリフィル動作の駆動信号を与えると、図7(a),(b)に示す状態の流路開閉部材30は図7(a)等における上方向に移動し、流路開閉部材30の図7等における上方向への移動に応じてノズル12の開口部分の断面積は時間経過とともに徐々に小さくなり、供給絞り28の断面積は時間経過とともに徐々に大きくなる。   When a drive signal for the refill operation is given to the actuator 26, the flow path opening / closing member 30 in the state shown in FIGS. 7A and 7B moves upward in FIG. In accordance with the upward movement in FIG. 7 and the like, the cross-sectional area of the opening portion of the nozzle 12 gradually decreases with time, and the cross-sectional area of the supply restrictor 28 gradually increases with time.

図11のタイミングt31は、図9に示す流路開閉部材30が非吐出時端部に位置する圧力室20の初期状態(吐出動作オフ)であり、ノズル12の開口部分の断面積は最小となり供給絞り28の断面積は最大となる。   The timing t31 in FIG. 11 is the initial state (discharging operation off) of the pressure chamber 20 where the flow path opening / closing member 30 shown in FIG. 9 is located at the non-ejection end, and the sectional area of the opening portion of the nozzle 12 is minimized. The cross-sectional area of the supply restrictor 28 is maximized.

タイミングt30でリフィル動作が開始されると、タイミングt32でノズル12はその開口部の断面積が最小になり、タイミングt32からタイミングt31までの期間では、ノズル12はその断面積が最小となる状態が維持される。一方、供給絞り28はタイミングt30からタイミングt31の期間で時間経過とともに徐々にその断面積が大きくなる。   When the refill operation is started at the timing t30, the nozzle 12 has a minimum cross-sectional area at the timing t32. In the period from the timing t32 to the timing t31, the nozzle 12 has a minimum cross-sectional area. Maintained. On the other hand, the cross section of the supply restrictor 28 gradually increases with time in the period from timing t30 to timing t31.

即ち、本例のヘッド100では、リフィル動作時にはノズル12を早く閉めて供給絞り28をゆっくり開けるので、リフィル時におけるノズル12を経由してヘッド外部から圧力室20への気泡混入が防止される。また、吐出動作時には吐出動作開始から所定の期間ノズル12が閉められているので、メニスカスの乾燥やインクの増粘が防止される。   That is, in the head 100 of this example, the nozzle 12 is quickly closed and the supply throttle 28 is slowly opened during the refilling operation, so that air bubbles are prevented from entering the pressure chamber 20 from the outside of the head via the nozzle 12 during the refilling operation. In addition, since the nozzle 12 is closed for a predetermined period from the start of the discharge operation during the discharge operation, meniscus drying and ink thickening are prevented.

〔製造方法の説明〕
次に、上述した第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10、第2実施形態に係るヘッド100の製造方法について説明する。なお、上記液体吐出ヘッド10,100の製造方法は共通であり、ここでは、ヘッド10の製造方法について説明する。
[Description of manufacturing method]
Next, a method for manufacturing the liquid ejection head 10 according to the first embodiment and the head 100 according to the second embodiment will be described. In addition, the manufacturing method of the liquid discharge heads 10 and 100 is common, and here, the manufacturing method of the head 10 will be described.

図12に示すように、ヘッド10、図1に示すノズル列16を有する構造体200とノズル列18を有する構造体202とを重ねた構造を有し、この構造体200と構造体202とはほぼ同一の構造を有している。   As shown in FIG. 12, it has a structure in which the structure 10 having the nozzle array 16 shown in FIG. 1 and the head 10 and the structure 202 having the nozzle array 18 are overlapped. It has almost the same structure.

図12に示すように、構造体200及び構造体202は複数のキャビティプレート220,222等を積層した積層構造を有し、構造体200と構造体202は共通液室204を共有するように構成されている。また、符号206,208は各構造体200,202に形成されたアクチュエータ26を保護するアクチュエータカバーである。アクチュエータカバー206,206には、アクチュエータ26の配設位置に対応する凹部210,212が形成されている。   As shown in FIG. 12, the structure 200 and the structure 202 have a laminated structure in which a plurality of cavity plates 220 and 222 are laminated, and the structure 200 and the structure 202 are configured to share a common liquid chamber 204. Has been. Reference numerals 206 and 208 denote actuator covers for protecting the actuators 26 formed on the structures 200 and 202, respectively. The actuator covers 206 and 206 are formed with recesses 210 and 212 corresponding to the positions where the actuators 26 are disposed.

図13(a),(b)には、図12にも示したヘッド10を構成するキャビティプレートの一例を示す。図13(a)には、キャビティプレート220の平面形状を示し、図13(b)には、キャビティプレート222の平面形状を示す。   FIGS. 13A and 13B show an example of a cavity plate constituting the head 10 shown in FIG. FIG. 13A shows the planar shape of the cavity plate 220, and FIG. 13B shows the planar shape of the cavity plate 222.

図13(a),(b)に示すキャビティプレート220,222等を積層し、アクチュエータ26及び流路開閉部材30が接合された加圧板22を接合し、アクチュエータカバー206,208を接合した後に、ノズル12が形成されるノズルプレート29が接合されてヘッド10が形成される。   After the cavity plates 220 and 222 shown in FIGS. 13A and 13B are stacked, the pressure plate 22 to which the actuator 26 and the flow path opening / closing member 30 are joined is joined, and the actuator covers 206 and 208 are joined. The nozzle plate 29 on which the nozzles 12 are formed is joined to form the head 10.

図13(a),(b)に示すキャビティプレート220,222及び液体流路を構成するこれら以外のキャビティプレートにはSUSなどの金属材料、樹脂材料、シリコンなどが耐液性、磨耗性、絶縁性能等の条件から適宜選択される。もちろん、これらの材料の中から1種類の材料を選択してもよいし、異なる材料のキャビティプレートを組み合わせてもよい。   Metal plates such as SUS, resin materials, silicon, etc. are liquid resistant, wear resistant, and insulated for the cavity plates 220 and 222 shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b) and other cavity plates constituting the liquid flow path. It is appropriately selected from conditions such as performance. Of course, one type of material may be selected from these materials, or cavity plates of different materials may be combined.

〔他の実施形態の説明〕
次に、本発明に係る他の実施形態について説明する。図14及び図15には、吐出力付与手段として機能するアクチュエータに積層型圧電素子を適用した態様を示す。
[Description of Other Embodiments]
Next, another embodiment according to the present invention will be described. 14 and 15 show a mode in which a laminated piezoelectric element is applied to an actuator that functions as an ejection force applying means.

図14はヘッド300をノズル形成面から見た平面図であり、図15はヘッド300の立体構造を示す断面図である。図14に示すように、ヘッド300はノズル列302が形成されるヘッド構造体304とノズル列306が形成されるヘッド構造体308とから構成され、これらのヘッド構造体304,308を重ねた構造を有している。また、ヘッド300は各ヘッド構造体304,308の接合部と反対側には、各ノズル12に対応して積層型圧電素子310が配設されている。積層型圧電素子310の加圧板22(破線で図示)と反対側には、該積層型圧電素子310の加圧板22と反対方向への変位を規制する拘束部材312が設けられている。   FIG. 14 is a plan view of the head 300 as viewed from the nozzle forming surface, and FIG. 15 is a cross-sectional view showing the three-dimensional structure of the head 300. As shown in FIG. 14, the head 300 includes a head structure 304 in which the nozzle row 302 is formed and a head structure 308 in which the nozzle row 306 is formed, and a structure in which these head structures 304 and 308 are overlapped. have. In the head 300, a laminated piezoelectric element 310 is disposed on the side opposite to the joint portion of each head structure 304, 308 corresponding to each nozzle 12. A constraining member 312 for restricting displacement of the multilayer piezoelectric element 310 in the direction opposite to the pressure plate 22 is provided on the side opposite to the pressure plate 22 (illustrated by a broken line) of the multilayer piezoelectric element 310.

積層型圧電素子310は、圧電体層と電極層とを交互に積層した構造を有し、各圧電体層にd33モードの変位を発生させるように駆動信号が印加される。このような積層型圧電素子310は、単層型圧電素子やバイモルフ型圧電素子と比較して同じ電圧を印加した場合に大きなエネルギーを得ることができる。   The stacked piezoelectric element 310 has a structure in which piezoelectric layers and electrode layers are alternately stacked, and a drive signal is applied so as to generate a d33 mode displacement in each piezoelectric layer. Such a multilayer piezoelectric element 310 can obtain a large energy when the same voltage is applied as compared with a single-layer piezoelectric element or a bimorph piezoelectric element.

また、図15に示すように、ヘッド構造体304及びヘッド構造体308は同一構造を有しており、同じ工程により形成された2つのヘッド構造体を組み合わせてヘッド300を製造することができるので、製造工程の簡素化が見込まれる。   As shown in FIG. 15, the head structure 304 and the head structure 308 have the same structure, and the head 300 can be manufactured by combining two head structures formed in the same process. Simplification of the manufacturing process is expected.

次に、ノズル配列にマトリクス配列を適用した態様について説明する。図16及び図17に示すヘッド400は、6列のノズル列から構成されるマトリクス配置されたノズル12を備えている。   Next, a mode in which a matrix array is applied to the nozzle array will be described. The head 400 shown in FIGS. 16 and 17 includes nozzles 12 arranged in a matrix composed of six nozzle rows.

図16は、ヘッド400をノズル形成面14側か見た平面図であり、図17は、ヘッド400の透視斜視図である。図16に示すように、ヘッド400は、ノズル列402が形成されたヘッド構造体404と、ノズル列406が形成されたヘッド構造体408と、ノズル列410が形成されたヘッド構造体412と、ノズル列414が形成されたヘッド構造体416と、ノズル列418が形成されたヘッド構造体420と、ノズル列422が形成されたヘッド構造体424と、を備え、各ヘッド構造体404,408,412,426,420がノズルの配列方向に位相をずらして配置されている。   FIG. 16 is a plan view of the head 400 as viewed from the nozzle forming surface 14 side, and FIG. 17 is a perspective view of the head 400. As shown in FIG. 16, the head 400 includes a head structure 404 in which the nozzle row 402 is formed, a head structure 408 in which the nozzle row 406 is formed, a head structure 412 in which the nozzle row 410 is formed, A head structure 416 in which the nozzle row 414 is formed, a head structure 420 in which the nozzle row 418 is formed, and a head structure 424 in which the nozzle row 422 is formed, and each head structure 404, 408, 412, 426, and 420 are arranged with the phase shifted in the nozzle arrangement direction.

記録媒体上に形成されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド400におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド400は、ノズル12マトリクス配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。   In order to increase the dot pitch formed on the recording medium, it is necessary to increase the nozzle pitch in the head 400. The head 400 of this example has a structure in which the nozzles 12 are arranged in a matrix, thereby achieving a high density of the substantial nozzle interval (projection nozzle pitch) projected so as to be aligned along the longitudinal direction of the head. ing.

即ち、本例に示すヘッド400では、各ヘッド構造体404,408,412,416,420に形成されるノズル列402,406,410,414,418,422のノズル密度を高くしなくても、ヘッド400としてのノズル配置密度を高くすることができる。   That is, in the head 400 shown in this example, even if the nozzle density of the nozzle rows 402, 406, 410, 414, 418, 422 formed in the head structures 404, 408, 412, 416, 420 is not increased, The nozzle arrangement density as the head 400 can be increased.

例えば、ヘッド400の長手方向に沿う行方向及び、ヘッド400の長手方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度にノズルが配置されたヘッド400が実現されている。   For example, by arranging a large number in a grid pattern in a constant array pattern along a row direction along the longitudinal direction of the head 400 and an oblique column direction having a constant angle θ not orthogonal to the longitudinal direction of the head 400, The head 400 in which the nozzles are arranged at high density in this example is realized.

即ち、ヘッド400の長手方向に対してある角度θの方向に沿ってノズル12を一定のピッチdで複数配列する構造により、ヘッド400の長手方向に並ぶように投影されたノズル12のピッチPはd× cosθとなり、ヘッド400の長手方向については、各ノズル12が一定のピッチPで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。   That is, with a structure in which a plurality of nozzles 12 are arranged at a constant pitch d along the direction of an angle θ with respect to the longitudinal direction of the head 400, the pitch P of the nozzles 12 projected so as to be aligned in the longitudinal direction of the head 400 is d × cos θ, and in the longitudinal direction of the head 400, each nozzle 12 can be treated equivalently as a linear arrangement with a constant pitch P.

なお、本例では、流路開閉部材30(絞り開閉部36)と共通液室38の底面40が形成する空間(面)が供給絞り28となり、流路開閉部材30を上下方向に移動させることで、供給絞り28の断面積を可変させる態様示したが、供給絞り28となる開口を有する絞りプレートに沿って流路開閉部材30(絞り開閉部36)を移動させて該開口の面積(供給絞り28の断面積)を可変させてもよい。   In this example, the space (surface) formed by the flow path opening / closing member 30 (throttle opening / closing portion 36) and the bottom surface 40 of the common liquid chamber 38 becomes the supply throttle 28, and the flow path opening / closing member 30 is moved in the vertical direction. In the above embodiment, the cross-sectional area of the supply restrictor 28 is varied. However, the flow path opening / closing member 30 (the restrictor opening / closing part 36) is moved along the restrictor plate having the opening serving as the supply restrictor 28, and the area of the opening (supply The cross-sectional area of the diaphragm 28 may be varied.

上記実施形態では、記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッドを説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、短尺の記録ヘッドを往復移動させながら画像記録を行うシャトルヘッドをについても本発明を適用可能である。   In the above embodiment, a page-wide full-line head having a nozzle row having a length corresponding to the entire width of the recording medium has been described. However, the scope of application of the present invention is not limited to this, and a short recording head is reciprocally moved. The present invention can also be applied to a shuttle head that records an image while the image is being recorded.

本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録媒体上にインクを吐出させて該記録媒体上に所望の画像を形成するインクジェット記録装置以外にも、レジストなどインク以外の液体で画像(立体形状)を形成する画像形成装置、ノズル(吐出孔)から薬液、水などを吐出されるディスペンサ等の液体吐出装置などにも広く適用可能である。   The liquid ejection head according to the present invention forms an image (three-dimensional shape) with a liquid other than ink, such as a resist, in addition to an ink jet recording apparatus that ejects ink onto a recording medium to form a desired image on the recording medium. The present invention can also be widely applied to image forming apparatuses, liquid discharge apparatuses such as dispensers that discharge chemicals, water, and the like from nozzles (discharge holes).

本発明に係る液体吐出ヘッドの全体構成図1 is an overall configuration diagram of a liquid discharge head according to the present invention. 図1に示した液体吐出ヘッドの内部構造を示す透視斜視図FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure of the liquid ejection head shown in FIG. 本発明の第1実施形態に係る液体吐出ヘッドの立体構造を示す断面図Sectional drawing which shows the three-dimensional structure of the liquid discharge head which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図3に示す液体吐出ヘッドの動作を説明する図The figure explaining operation | movement of the liquid discharge head shown in FIG. 図3に示す液体吐出ヘッドの吐出動作時における時間経過と流路断面積との関係を説明する図The figure explaining the relationship between passage of time at the time of discharge operation of the liquid discharge head shown in FIG. 図3に示す液体吐出ヘッドのリフィル動作時における時間経過と流路断面積との関係を説明する図The figure explaining the relationship between time passage at the time of the refill operation | movement of the liquid discharge head shown in FIG. 3, and a flow-path cross-sectional area. 本発明の第2実施形態に係る液体吐出ヘッドの立体構造を示す断面図Sectional drawing which shows the three-dimensional structure of the liquid discharge head which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図7に示す液体吐出ヘッドの動作を説明する図The figure explaining operation | movement of the liquid discharge head shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係る液体吐出ヘッドの圧力室の初期状態を説明する図The figure explaining the initial state of the pressure chamber of the liquid discharge head which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図7に示す液体吐出ヘッドの吐出動作時における時間経過と流路断面積との関係を説明する図The figure explaining the relationship between passage of time at the time of discharge operation of the liquid discharge head shown in FIG. 図7に示す液体吐出ヘッドのリフィル動作時における時間経過と流路断面積との関係を説明する図The figure explaining the relationship between the passage of time and the cross-sectional area of the flow path during the refilling operation of the liquid ejection head shown in FIG. 積層構造を説明する図Diagram explaining the laminated structure 図12に示す積層構造を構成するキャビティプレートの一例を示す平面図The top view which shows an example of the cavity plate which comprises the laminated structure shown in FIG. 本発明の他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの平面図The top view of the liquid discharge head which concerns on other embodiment of this invention. 図14に示す液体吐出ヘッドの断面図Sectional view of the liquid ejection head shown in FIG. 本発明の更に他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの平面図The top view of the liquid discharge head which concerns on other embodiment of this invention. 図16に示す液体吐出ヘッドの斜視図The perspective view of the liquid discharge head shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10,100,300,400…ヘッド、12…ノズル、20…圧力室、22,22A…加圧板、24,24A…個別電極、26,26A…アクチュエータ、28…供給絞り、30…流路開閉部材、34…ノズル開閉部、36…供給絞り開閉部、42…規制部材   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100,300,400 ... Head, 12 ... Nozzle, 20 ... Pressure chamber, 22, 22A ... Pressure plate, 24, 24A ... Individual electrode, 26, 26A ... Actuator, 28 ... Supply restriction, 30 ... Flow path opening / closing member 34 ... Nozzle opening / closing part, 36 ... Supply throttle opening / closing part, 42 ... Restriction member

Claims (11)

液体を吐出させるノズルと、
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室と連通される供給側流路と、
前記圧力室に設けられ、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記供給側流路の少なくとも一部を閉じ、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には吐出時に比べて供給側流路を開く供給側流路開閉部と、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記ノズルを開き、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には前記ノズルの少なくとも一部を閉じるように動作するノズル開閉部と、を有する流路開閉手段と、
を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
A nozzle for discharging liquid;
A pressure chamber provided corresponding to the nozzle;
A supply-side flow path communicating with the pressure chamber;
Supply side that is provided in the pressure chamber and closes at least a part of the supply-side flow path at the time of discharge for discharging liquid from the nozzle, and opens the supply-side flow path at the time of refill to supply liquid to the pressure chamber compared to at the time of discharge A flow path opening / closing section, and a nozzle opening / closing section that operates to open at the time of discharging for discharging liquid from the nozzle and to close at least a part of the nozzle at the time of refilling to supply liquid to the pressure chamber. Road opening and closing means;
A liquid discharge head comprising:
前記流路開閉手段は、前記圧力室に収容されている液体に吐出力を与えるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作に応動して前記ノズルから吐出される液体の吐出方向と略直交する方向に移動する可動部材を含むことを特徴とする請求項1記載の液体吐出ヘッド。
The flow path opening / closing means includes an actuator that applies a discharge force to the liquid stored in the pressure chamber;
The liquid discharge head according to claim 1, further comprising a movable member that moves in a direction substantially orthogonal to a discharge direction of the liquid discharged from the nozzle in response to the operation of the actuator.
前記ノズル開閉部は、前記アクチュエータの動作に応動して前記圧力室内側の前記ノズルが形成される面に沿って移動して前記ノズルを開閉することを特徴とする請求項2記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 2, wherein the nozzle opening and closing unit opens and closes the nozzle by moving along a surface on the pressure chamber side where the nozzle is formed in response to an operation of the actuator. . 前記供給側流路開閉部は、前記アクチュエータの動作に応じて前記供給側流路の断面積を可変させて該供給側流路を開閉することを特徴とする請求項2又は3記載の液体吐出ヘッド。   4. The liquid ejection according to claim 2, wherein the supply side flow path opening / closing section opens and closes the supply side flow path by changing a cross-sectional area of the supply side flow path according to an operation of the actuator. head. 前記ノズル開閉部は、前記可動部材に設けられる第1の突起部を含み、該第1の突起部の前記ノズルに対応する部分の面積は前記ノズルの面積以上であることを特徴とする請求項2、3又は4記載の液体吐出ヘッド。   The nozzle opening / closing portion includes a first protrusion provided on the movable member, and an area of a portion corresponding to the nozzle of the first protrusion is equal to or larger than an area of the nozzle. The liquid discharge head according to 2, 3 or 4. 前記可動部材の移動範囲を規制する規制部材を備えたことを特徴とする請求項5記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 5, further comprising a regulating member that regulates a moving range of the movable member. 前記供給側流路開閉部は、前記可動部材に設けられる第2の突起部を含むことを特徴とする請求項2乃至6のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。   7. The liquid ejection head according to claim 2, wherein the supply-side flow path opening / closing portion includes a second protrusion provided on the movable member. 前記ノズル開閉部及び前記供給側流路開閉部は、吐出時における前記ノズルを開くタイミングと前記供給側流路を閉じるタイミングとの間に所定の時間差があるとともに、リフィル時における前記ノズルを閉じるタイミングと前記供給側流路を開くタイミングとの間に所定の時間差がある構造を有することを特徴とする請求項1乃至7のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。   The nozzle opening / closing section and the supply side flow path opening / closing section have a predetermined time difference between the timing of opening the nozzle during discharge and the timing of closing the supply side flow path, and the timing of closing the nozzle during refilling. 8. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the liquid ejection head has a structure in which a predetermined time difference exists between the timing of opening the supply-side flow path and the timing at which the supply-side flow path is opened. 前記供給側流路開閉部は、前記ノズル開閉部により前記ノズルが閉じられてから所定の期間前記吐出側流路を開く構造を有することを特徴とする請求項1乃至8のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。   The said supply side flow path opening / closing part has a structure which opens the said discharge side flow path for a predetermined period after the said nozzle is closed by the said nozzle opening / closing part, The any one of Claims 1 thru | or 8 characterized by the above-mentioned. The liquid discharge head described in 1. 前記ノズル開閉部は、前記供給側流路開閉部により前記供給側流路の断面積が減少してから所定の期間経過後に前記ノズルを開く構造を有することを特徴とする請求項1乃至9のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。   The nozzle opening / closing part has a structure that opens the nozzle after a lapse of a predetermined period after the cross-sectional area of the supply side channel is reduced by the supply side channel opening / closing part. The liquid discharge head according to any one of the above. 液体を吐出させるノズルと、
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室と連通される供給側流路と、
前記圧力室に設けられ、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記供給側流路の少なくとも一部を閉じ、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には吐出時に比べて供給側流路を開く供給側流路開閉部と、前記ノズルから液体を吐出させる吐出時には前記ノズルを開き、前記圧力室へ液体を供給するリフィル時には前記ノズルの少なくとも一部を閉じるように動作するノズル開閉部と、を有する流路開閉手段と、
を有する液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
A nozzle for discharging liquid;
A pressure chamber provided corresponding to the nozzle;
A supply-side flow path communicating with the pressure chamber;
Supply side that is provided in the pressure chamber and closes at least a part of the supply-side flow path at the time of discharge for discharging liquid from the nozzle, and opens the supply-side flow path at the time of refill to supply liquid to the pressure chamber compared to at the time of discharge A flow path opening / closing section, and a nozzle opening / closing section that operates to open at the time of discharging for discharging liquid from the nozzle and to close at least a part of the nozzle at the time of refilling to supply liquid to the pressure chamber. Road opening and closing means;
An image forming apparatus comprising a liquid discharge head having
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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