JP2007090647A - 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構造に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head, and more particularly to a structure of a liquid discharge head used in a liquid discharge apparatus such as an ink jet recording apparatus.
記録媒体上に所望画像やドキュメントを出力する装置としてインクジェット記録装置がよく用いられる。インクジェット記録装置は、ヘッドに設けられたノズルからインク液滴を吐出させて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に用いられるヘッドは記録画像の高品質化や記録速度の高速化を達成するために、微細化された多数のノズルが高密度に配置されている。また、記録媒体の全幅に対応する長さにわたりノズルが配列されたフルライン型ヘッドを備えるインクジェット記録装置では、ヘッドに対して記録媒体を1回だけ走査させることで記録媒体の全域に画像が形成されるシングルパス印字が可能であり、フルライン型ヘッドによるシングルパス印字によれば、生産性を向上させることができる。 An ink jet recording apparatus is often used as an apparatus for outputting a desired image or document on a recording medium. An ink jet recording apparatus forms a desired image on a recording medium by ejecting ink droplets from nozzles provided in a head. In a head used in an ink jet recording apparatus, a large number of miniaturized nozzles are arranged at a high density in order to achieve high quality recording images and high recording speed. In addition, in an inkjet recording apparatus having a full-line head in which nozzles are arranged over a length corresponding to the entire width of the recording medium, an image is formed on the entire area of the recording medium by scanning the recording medium once with respect to the head. Single pass printing is possible, and single pass printing with a full-line head can improve productivity.
特許文献1に記載された発明は、インクジェットヘッドのアクチュエータユニットの圧電シート上に形成されたランド部の変形を抑制する手段としてランド直下の圧力室の側壁にオーバーハング部が形成される構造を有し、ノズルを高密度配置したときに問題となるクロストークを抑制するように構成されている。
The invention described in
特許文献2、3に記載された発明は、高密度化するために、圧電体をはさんでノズルと対向方向に共通液室を設けた構造において、高密度化に伴う圧電効果や薄膜法で薄い電極を得るために配線に工夫が施されている。
The inventions described in
特許文献4に記載された発明は、下部電極に圧電体前駆体膜を所定の形状にパターン形成し、このパターン形成された圧電体前駆体膜を結晶化させ圧電体薄膜を得て、薄膜化しても高い絶縁性及び十分な圧電特性が得られるように構成されている。 In the invention described in Patent Document 4, a piezoelectric precursor film is patterned on a lower electrode in a predetermined shape, and the piezoelectric precursor film thus formed is crystallized to obtain a piezoelectric thin film. Even so, high insulation and sufficient piezoelectric characteristics are obtained.
特許文献5に記載された発明は、インクジェットヘッドにおいてアクチュエータの幅を狭くしつつインクの吐出性能の低下を防止する技術が開示されている。
しかしながら、高密度にノズルが配置されたライン型ヘッドには多数の駆動素子が備えられており、印字時における消費電力や発熱が問題となっている。特に駆動素子に圧電素子を用いるヘッドでは、大きな静電容量を持つ圧電素子を高い電圧で駆動すると消費電力、発熱とも大きくなる傾向にある。限られたヘッド面積でノズルを高密度に配置すると各圧電素子の大きさが小さくなるので、吐出に必要なエネルギーを得るために各圧電素子が薄膜化される。このように圧電素子の厚みを小さくすると該圧電素子の静電容量は大きくなるという関係があり、圧電素子を薄膜化すると発熱面、消費電力では不利になる。ヘッドの発熱量の増加はヘッド内に収容されるインクに悪影響を及ぼし吐出性能劣化の原因となり得る。また、消費電力の増加はヘッドに電力を供給する電源装置が大型化され、ヘッド及び装置の大型化やコストアップにつながる恐れがある。 However, a line-type head in which nozzles are arranged at high density includes a large number of drive elements, and power consumption and heat generation during printing are problematic. In particular, in a head using a piezoelectric element as a driving element, when a piezoelectric element having a large capacitance is driven at a high voltage, both power consumption and heat generation tend to increase. When the nozzles are arranged at high density with a limited head area, the size of each piezoelectric element is reduced, so that each piezoelectric element is thinned to obtain energy necessary for ejection. Thus, when the thickness of the piezoelectric element is reduced, the capacitance of the piezoelectric element is increased. When the piezoelectric element is thinned, heat generation and power consumption are disadvantageous. An increase in the amount of heat generated by the head can adversely affect the ink contained in the head and cause deterioration in ejection performance. Further, the increase in power consumption increases the size of the power supply device that supplies power to the head, which may lead to an increase in size and cost of the head and device.
特許文献1〜5に記載の発明では、高密度化されたヘッドにおけるクロストークや絶縁性能などの問題を解決する技術が開示されているが、消費電力や発熱を抑制する技術は開示されていない。
In the inventions described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、吐出素子が高密度配置された構造を有するヘッドにおいて消費電力及び発熱が抑制される液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid discharge head in which power consumption and heat generation are suppressed in a head having a structure in which discharge elements are arranged at high density.
上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、液滴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、前記圧力室に接合される加圧板と、前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する1層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の厚みが1.8mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to the present invention includes a nozzle that discharges droplets, a pressure chamber provided corresponding to the nozzle, a pressure plate joined to the pressure chamber, and the pressurizing plate. It includes a single-layer piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and deforms in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field, and is resonance-driven at a predetermined resonance frequency and has a minimum size formed on at least a recording medium by one drive. And a piezoelectric actuator that discharges droplets of a volume that becomes dots, wherein the piezoelectric actuator has a structure in which the thickness of the piezoelectric element is 1.8 mm or more and 5.5 mm or less.
本発明によれば、1回の吐出で最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、分極方向と略平行方向の電界を付与して電界と略同一方向の伸び変位であるd33モードの変位を利用して共振駆動される単層圧電素子を含む圧電アクチュエータは、その厚みが1.8mm以上5.5mm以下となるように構成されるので、d33モード以外の駆動に比べて消費電力を抑えることができ、更に、圧電アクチュエータの温度上昇を抑制することが可能になる。 According to the present invention, in a liquid discharge head that discharges a droplet of a volume that becomes a minimum-sized dot by one discharge, an electric field in a direction substantially parallel to the polarization direction is applied, and an extension displacement in the same direction as the electric field is applied. piezoelectric actuator comprising a single layer piezoelectric element is resonance driving by employing an d 33 mode of the displacement, since its thickness is configured to be 1.8mm or more 5.5mm or less, the drive other than the d 33 mode Compared to the above, power consumption can be suppressed, and further, the temperature rise of the piezoelectric actuator can be suppressed.
共振駆動には、圧力室と圧電アクチュエータとの共振周波数で圧電アクチュエータを動作させることで、吐出時などに圧力室や液体に発生する過渡現象が抑制される圧電アクチュエータの駆動方法がある。この共振周波数を高くすると、高い吐出周波数による液体吐出を実現することができる。 In the resonance driving, there is a driving method of the piezoelectric actuator in which a transient phenomenon generated in the pressure chamber or the liquid at the time of discharge is suppressed by operating the piezoelectric actuator at a resonance frequency between the pressure chamber and the piezoelectric actuator. When this resonance frequency is increased, liquid discharge with a high discharge frequency can be realized.
圧電アクチュエータ(圧電素子)にはPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)が好適に用いられる。 PZT (lead zirconate titanate) is preferably used for the piezoelectric actuator (piezoelectric element).
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.
また、上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴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、前記圧力室に接合される加圧板と、前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する2層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の1層あたりの厚みが2.2mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to a second aspect of the present invention includes a nozzle that discharges liquid droplets, a pressure chamber provided corresponding to the nozzle, and a pressure chamber. A pressure plate, and a two-layer piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and deforms in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field, is resonantly driven at a predetermined resonance frequency, and is at least a recording medium by one drive. A piezoelectric actuator that discharges droplets of a volume that is a minimum-sized dot formed on the piezoelectric actuator, and the piezoelectric actuator has a thickness of 2.2 mm or more and 5.5 mm or less per layer of the piezoelectric element It is characterized by having.
圧電アクチュエータには複数の圧電体と電極とを交互に積層させた積層型圧電素子を用いると、同じ駆動電圧を印加する場合に単層型圧電素子に比べて変位量を大きくすることが可能である。 When a piezoelectric actuator that uses multiple piezoelectric elements and electrodes stacked alternately is used, the amount of displacement can be increased compared to a single-layer piezoelectric element when the same drive voltage is applied. is there.
また、上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴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、前記圧力室に接合される加圧板と、前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する3層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の1層あたりの厚みが3.3mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to a third aspect of the invention includes a nozzle that discharges liquid droplets, a pressure chamber provided corresponding to the nozzle, and a pressure chamber. A pressure plate, and a three-layer piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and deforms in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field, is driven to resonate at a predetermined resonance frequency, and is at least a recording medium by one drive. And a piezoelectric actuator that discharges droplets of a volume that is a minimum-sized dot formed on the piezoelectric actuator, and the piezoelectric actuator has a structure in which the thickness of each layer of the piezoelectric element is 3.3 mm or more and 5.5 mm or less It is characterized by having.
圧電アクチュエータに3層の圧電素子を積層した積層圧電素子を適用することで、単層や2層の圧電素子を適用する場合に比べて、同じ駆動電圧でより大きな変位を得ることができる。言い換えると、単層や2層の圧電素子に比べて低い駆動電圧で同じ変位量を得ることができる。 By applying a laminated piezoelectric element in which three layers of piezoelectric elements are laminated to the piezoelectric actuator, a larger displacement can be obtained with the same drive voltage than when a single-layer or two-layer piezoelectric element is applied. In other words, the same amount of displacement can be obtained with a lower driving voltage compared to a single-layer or two-layer piezoelectric element.
なお、4層以上の圧電素子を有する圧電アクチュエータを用いる態様も可能であるが、圧電素子の積層数が増えると圧電アクチュエータ全体の発熱量が大きくなるので、必要な変位量と発熱量とのバランスを考慮して圧電素子の積層数を決めるとよい。 Although an embodiment using a piezoelectric actuator having four or more layers of piezoelectric elements is possible, since the amount of heat generated by the piezoelectric actuator as a whole increases as the number of stacked piezoelectric elements increases, a balance between the required amount of displacement and the amount of heat generated is required. The number of stacked piezoelectric elements should be determined in consideration of the above.
請求項4記載の発明は、請求項1、2又は3記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧電アクチュエータは、前記加圧板と接合される第1の面及び前記第1の面と反対側の第2の面に駆動電圧を印加する電極を備えたことを特徴とする。 A fourth aspect of the invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to the first, second, or third aspect, wherein the piezoelectric actuator is opposite to the first surface and the first surface that are joined to the pressure plate. An electrode for applying a driving voltage is provided on the second surface on the side.
第1の面に形成される電極及び第2の面に形成される電極に駆動電圧を印加すると、圧電アクチュエータが所定の方向に変形して圧力室に体積変化を生じさせ、この体積変化分の液体がノズルから吐出される。 When a driving voltage is applied to the electrode formed on the first surface and the electrode formed on the second surface, the piezoelectric actuator is deformed in a predetermined direction to cause a volume change in the pressure chamber. Liquid is ejected from the nozzle.
なお、請求項2及び請求項3に記載の積層型圧電素子を用いる態様では、各層の間にも電極が形成される。各層間に形成された電極は第1の面及び第2の面に形成される電極の何れか一方と適宜接続される。
請求項5に記載の発明は、請求項4記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記ノズル及び前記圧力室を複数備え、前記圧電アクチュエータは、前記第1の面に該第1の面を前記複数の圧力室に対応する領域に分割する第1の溝が形成され、前記第1の溝によって分割された領域に前記各圧力室に対応する個別電極を備えたことを特徴とする。
In the aspect using the multilayer piezoelectric element according to
A fifth aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to the fourth aspect of the present invention, and includes a plurality of the nozzles and the pressure chambers, and the piezoelectric actuator includes the first surface on the first surface. A first groove is formed to be divided into regions corresponding to the plurality of pressure chambers, and individual electrodes corresponding to the pressure chambers are provided in the region divided by the first grooves.
複数の圧力室に対応する大きさの圧電素子に各圧力室に対応して個別電極を備えた構造を有するので、この個別電極が形成された領域が駆動電圧を印加することで変形する圧電活性部となる。 Since the piezoelectric element having a size corresponding to a plurality of pressure chambers is provided with an individual electrode corresponding to each pressure chamber, the piezoelectric activity in which the region where the individual electrode is formed is deformed by applying a driving voltage. Part.
請求項6に記載の発明は、請求項4又は5記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧電アクチュエータは、前記第2の面に前記複数の圧力室に共通の共通電極を備えたことを特徴とする。
The invention described in
圧電アクチュエータにd33モードの変位を利用した圧電素子が適用される態様では、圧電アクチュエータの第2の面側を固定する固定手段が該第2の面に設けられる。 In embodiments where the piezoelectric element using displacement in the d 33 mode piezoelectric actuator is applied, fixing means for fixing the second surface of the piezoelectric actuator is provided on a surface of the second.
請求項7に記載の発明は、請求項4、5又は6記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧電アクチュエータは、前記第2の面に第2の溝を備えたことを特徴とする。 A seventh aspect of the invention relates to an aspect of the liquid discharge head according to the fourth, fifth, or sixth aspect, wherein the piezoelectric actuator includes a second groove on the second surface. .
請求項7記載の発明によれば、第2の面に第2の溝を設けることで、第2の面の実質的な表面積が大きくなり、該圧電アクチュエータの放熱効果の向上が見込まれる。 According to the seventh aspect of the invention, by providing the second groove on the second surface, the substantial surface area of the second surface is increased, and the heat dissipation effect of the piezoelectric actuator is expected to be improved.
第1の面に形成される第1の溝に対応する形状、構造を有する第2の溝を設ける態様では、第1の面の形状(構造)と第2の面の形状(構造)が略同一になり該圧電アクチュエータが対象構造となるので、ヘッド製造における加熱プロセスによる反りや変形を抑制することができる。 In the aspect in which the second groove having the shape and structure corresponding to the first groove formed on the first surface is provided, the shape (structure) of the first surface and the shape (structure) of the second surface are substantially the same. Since the piezoelectric actuators are the same and have a target structure, warpage and deformation due to a heating process in head manufacture can be suppressed.
請求項8に記載の発明は、請求項4乃至7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、前記圧電アクチュエータは、前記第2の面に放熱部材を備えたことを特徴とする。 An eighth aspect of the present invention relates to one aspect of the liquid ejection head according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein the piezoelectric actuator includes a heat radiating member on the second surface. Features.
請求項8記載の発明によれば、放熱部材を備えることで、更に発熱による昇温を防ぐことができる。 According to the invention described in claim 8, by providing the heat radiating member, it is possible to further prevent the temperature rise due to heat generation.
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、前記共振周波数は、250kHz以上750kHz以下の周波数を含むことを特徴とする。 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 resonance frequency includes a frequency of 250 kHz to 750 kHz. .
請求項9記載の発明によれば、圧電アクチュエータの駆動に用いる共振周波数を250kHz以上750kHz以下とすることで、その直径が20μmから30μmのノズルから吐出体積が1plから2plの液滴を吐出させることができる。 According to the ninth aspect of the invention, by setting the resonance frequency used for driving the piezoelectric actuator to be 250 kHz or more and 750 kHz or less, a droplet having a discharge volume of 1 pl to 2 pl is discharged from a nozzle having a diameter of 20 μm to 30 μm. Can do.
本発明によれば、1回の吐出で最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、分極方向と略平行方向の電界を付与して電界と略同一方向の伸び変位であるd33モードの変位を利用して共振駆動される単層圧電素子を含む圧電アクチュエータは、その厚みが1.8mm以上5.5mm以下となるように構成されるの、圧電アクチュエータの温度上昇を抑制することが可能になる。 According to the present invention, in a liquid discharge head that discharges a droplet of a volume that becomes a minimum-sized dot by one discharge, an electric field in a direction substantially parallel to the polarization direction is applied, and an extension displacement in the same direction as the electric field is applied. of a piezoelectric actuator including a single layer piezoelectric element is resonance driving by utilizing the d 33 mode of the displacement is configured such that a thickness of 1.8mm or more 5.5mm or less, the temperature rise of the piezoelectric actuator It becomes possible to suppress.
また、2層圧電素子を用いる態様では、各層の厚みは2.2mm以上5.5mm以下となるように構成され、3層圧電素子を用いる態様では、各層の厚みは3.3mm以上5.5mm以下となるように構成される。 In the embodiment using the two-layer piezoelectric element, the thickness of each layer is configured to be 2.2 mm or more and 5.5 mm or less. In the embodiment using the three-layer piezoelectric element, the thickness of each layer is 3.3 mm or more and 5.5 mm. It is comprised so that it may become the following.
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図1は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置10は、インクの色ごと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、記録媒体(記録紙)16を供給する給紙部18と、記録媒体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、記録媒体16の平面性を保持しながら記録媒体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、印字済みの記録媒体16(プリント物)を外部に排紙する排紙部26と、を備えている。
[Overall configuration of inkjet recording apparatus]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, 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
複数種類の記録媒体を利用可能な構成にした場合、媒体の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなど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、使用される記録媒体の種類を自動的に判別し、記録媒体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(打滴制御)を行うことが好ましい。 When a plurality of types of recording media can be used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records the medium type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Thus, it is preferable to automatically determine the type of recording medium to be used and perform ink ejection control (droplet ejection control) so as to realize appropriate ink ejection according to the type of recording medium.
給紙部18から送り出される記録媒体16はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、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クセ方向と逆方向に加熱ドラム30で記録媒体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
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(第1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、記録媒体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 that uses roll paper, a cutter (first cutter) 28 is provided as shown in FIG. 1, and the roll paper is cut into a desired size by the
デカール処理後、カットされた記録媒体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水平面(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、記録媒体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34が設けられており、この吸着チャンバ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上の記録媒体16が吸着保持される。
The
ベルト33が巻かれているローラ31、32の少なくとも一方にモータ(図1中不図示,図8中符号88として記載)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1上の時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録媒体16は図1の左から右へと搬送される。
When the power of a motor (not shown in FIG. 1, not shown in FIG. 8) 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、或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・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・ニップ搬送すると、印字直後に記録媒体16の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
Although an embodiment using a roller / nip conveyance mechanism instead of the suction
吸着ベルト搬送部22により形成される記録媒体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、印字前の記録媒体16に加熱空気を吹き付け、記録媒体16を加熱する。印字直前に記録媒体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記録媒体搬送方向と直交方向(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5)、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yは、図2に示したように、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媒体16の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口(ノズル)が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
The
記録媒体16の送り方向(以下、記録媒体搬送方向という。)に沿って上流側から黒(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。記録媒体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媒体16上にカラー画像を形成し得る。
A print head corresponding to each color ink in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side along the feeding direction of the recording medium 16 (hereinafter referred to as the recording medium conveyance direction). 12K, 12C, 12M, and 12Y are arranged. A color image can be formed on 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ごとに設けられてなる印字部12によれば、副走査方向について記録媒体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(即ち1回の副走査で)、記録媒体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。
Thus, 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、ライトマゼンタなど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、各タンクは不図示の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)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、各印字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などで構成される。
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、印字された画像形成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、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
A
多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパー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 pressurizing the paper holes with pressure. 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45で加圧し、画像形成面に凹凸形状を転写する。
A heating /
こう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替える不図示の選別手段が設けられている。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とから構成される。
The printed matter generated in this manner is outputted from the
また、図1には示さないが、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る。
Although not shown in FIG. 1, the
〔印字ヘッドの構造の説明〕
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。
[Description of 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の概略構成を示す斜視透視図であり、図4は、印字ヘッド50を上面側から見た図、図5は、印字ヘッド50の立体構造を示す断面図(図3中、Aで示す方向からみた透視図)、図6は、印字ヘッド50をノズル形成面から見た図である。
3 is a perspective perspective view showing a schematic configuration of the
図3に示すように、印字ヘッド50は、インクを吐出させるノズル51と、各ノズル51から吐出させるインクが収容される圧力室52と、を含んだ複数の吐出素子がヘッドの長手方向に沿って1列に並べられた構造を有している。
As shown in FIG. 3, the
また、各圧力室52のノズル51が形成される面の反対側(ノズル形成面と対向する面)には供給口54が設けられており(図4、図5参照)、ノズル51からインクが吐出されると供給口54を介して各圧力室52と連通する共通液室55(図5参照)から圧力室52へインクが供給される(図4、図5参照)。
Further, a
また、ノズル51が形成される面と直交する圧力室52の下面を形成する加圧板56には各圧力室52に対応して設けられる個別電極57を備えた圧電アクチュエータ58が接合されている(図5参照)。
A
本例に示す圧電アクチュエータ58は、d33モードの変位を利用した駆動方式によって駆動される圧電素子が適用される。また、圧電アクチュエータ58は複数の圧力室52に対応する大きさをもつ第1の面(図9に符号100で図示)を有し、該第1の面には該第1の面を各圧力室52に対応する領域(サイズ)に分割する第1の溝60が設けられ、この第1の溝60で分割された領域に個別電極57が設けられている。
The
この個別電極57が形成された領域が圧力室52内のインクに吐出力を付与する圧電活性部(図9に符号104で図示)として機能する。該圧電活性部は圧力室52の底面を構成する加圧板56と接合され、加圧板56を変形させることで圧力室52に体積変化を生じさせて、ノズル51からインク液滴を吐出させる。
The region where the
圧電アクチュエータ58の第1の面と反対側の第2の面(図9に符号102で図示)には、共通電極62が形成され、この第2の面側には圧電アクチュエータ58の第2の面側を固定する(拘束する)不図示の固定(拘束)部材が接合される。個別電極57と共通電極62に所定の駆動電圧(駆動信号)が印加されると、圧電アクチュエータ58は個別電極57側に伸び方向の変位が生じ、加圧板56を圧力室52側へ押すことで圧力室52内のインクが吐出される。なお、圧電アクチュエータ58の詳細な構造の説明は後述する。
A
本例に示す印字ヘッド50は、圧力室52を構成する1つの壁面(ノズル形成面51A)にノズル51が形成され、該ノズル形成面51Aと略直交する面(図6では、圧力室52の下側の面)が加圧板56となっている。圧電アクチュエータ58は図6における上下方向に変形し、圧力室52の体積を減少させるように加圧板56が図6の上方向に変形すると、ノズル51からインクが吐出される。即ち、印字ヘッド50は圧電アクチュエータ58の変形方向に対してインクの吐出方向が略直交となるように構成されている。
In the
印字ヘッド50は、圧電アクチュエータ58を1回動作させたときに吐出させることできるインク液滴量の最小値が規定されている。即ち、所定の駆動電圧(駆動信号の最小構成単位)によって圧電アクチュエータ58を1回動作させると、ノズル51から1pl〜2plのインク液滴が吐出されるようにノズル51のサイズ(直径)、圧電アクチュエータ58の発生圧力が規定されている。このインク液滴の最少量(1pl〜2plのインク液滴)によって記録媒体上には最小サイズのドットが形成される。
The
なお、図7に示す印字ヘッド50’のように、圧電アクチュエータ58の変形方向に対して略平行方向にインクを吐出させる態様も可能である。図7に示す印字ヘッド50’は、加圧板56と対向する面にノズル51が形成されており、圧電アクチュエータ58が図7における上方向に変形すると、インクは図7の上方向に吐出される。
Note that, as in the
〔制御系の説明〕
図8はインクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置10は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、プリント制御部80、画像バッファメモリ82、ヘッドドライバ84等を備えている。
[Explanation of control system]
FIG. 8 is a principal block diagram showing the system configuration of the
通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース70にはUSB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、イーサネット(登録商標)、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(不図示)を搭載してもよい。ホストコンピュータ86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置10に取り込まれ、一旦メモリ74に記憶される。メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
The
システムコントローラ72は、通信インターフェース70、メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ72は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ86との間の通信制御、メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ88やヒータ89を制御する制御信号を生成する。
The
モータドライバ76は、システムコントローラ72からの指示にしたがってモータ88を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ78は、システムコントローラ72からの指示にしたがって後乾燥部42等のヒータ89を駆動するドライバである。
The
プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、メモリ74内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号(印字データ)をヘッドドライバ84に供給する制御部である。プリント制御部80において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ84を介して印字ヘッド50のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御(打滴制御)が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
The
プリント制御部80には画像バッファメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ82に一時的に格納される。なお、図8において画像バッファメモリ82はプリント制御部80に付随する態様で示されているが、メモリ74と兼用することも可能である。また、プリント制御部80とシステムコントローラ72とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。
The
ヘッドドライバ84はプリント制御部80から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド12K,12C,12M,12Yのアクチュエータを駆動する。ヘッドドライバ84にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
The
プログラム格納部90には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ72の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。プログラム格納部90はROMやEEPROMなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェースを備え、メモリカードやPCカードを用いてもよい。もちろん、これらの記録媒体のうち、複数の記録媒体を備えてもよい。なお、
プログラム格納部90は動作パラメータ等の記録手段(不図示)と兼用してもよい。
Various control programs are stored in the program storage unit 90, and the control programs are read and executed in accordance with instructions from the
The program storage unit 90 may also be used as a recording unit (not shown) for operating parameters and the like.
印字検出部24は、図1で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録媒体16に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況(吐出の有無、打滴のばらつきなど)を検出し、その検出結果をプリント制御部80に提供する。
As described in FIG. 1, the
プリント制御部80は、必要に応じて印字検出部24から得られる情報に基づいて印字ヘッド50に対する各種補正を行う。
The
〔圧電アクチュエータの説明、第1実施形態〕
次に、本発明に係る印字ヘッド50に適用される圧電アクチュエータ58について詳述する。図9(a)は、圧電アクチュエータ58の構造を示す断面図である。上述したように、圧電アクチュエータ58は、加圧板56(図3参照)と接合され、複数の圧力室52に対応するサイズを有する第1の面100と、共通電極62が形成される第1の面の反対側の第2の面102と、を有し、第1の面100に形成された第1の溝60によって各圧力室52(図7参照)に対応する圧電活性部104の区画が決められている。
[Description of Piezoelectric Actuator, First Embodiment]
Next, the
圧電活性部104のサイズは圧力室52の底面と略同一とする態様が好ましい。もちろん、圧電活性部104のサイズを圧力室52の底面のサイズよりも小さくしてもよいし、大きくしてもよい。
A mode in which the size of the piezoelectric
本例に示す圧電アクチュエータ58はd33モードの変位を利用する圧電素子が適用される。即ち、d33モードの変位を利用した圧電素子は、分極方向と略平行方向の一方の端部が固定(拘束)され(本例では、共通電極側が固定されている)、分極方向と略平行方向の電界を与えて該分極方向と略平行方向の伸び変位を生じさせる。この伸び変位によって固定されている端部と反対側の端部に接合される圧力室52の1つの壁面を構成する加圧板56を変形(移動)させることで圧力室52に体積変化が生じ、この体積変化に応じた量のインクがノズル51から吐出される。
The
また、図9(b)に示すように、圧電アクチュエータ58に複数の圧電体層110と電極112とを交互に積層した積層型圧電素子を適用してもよい。積層型圧電素子は、各圧電体層110に同一の駆動電圧が印加され、各層の変位量を足し合わせた変位量を得ることができる。図9(b)は、図9(a)に示す圧電活性部104が積層構造を有する場合の圧電活性部104を拡大して図示してある。
Further, as shown in FIG. 9B, a laminated piezoelectric element in which a plurality of
圧電アクチュエータ58の駆動方式には、圧力室52の共振周波数のn倍(但し、nは自然数)の周波数で圧電アクチュエータ58を駆動する、圧力室52の共振を利用した駆動方式が適用される。このような共振を利用した駆動方式では、圧電アクチュエータ58の共振周波数を一定値にする必要がある。
As a driving method of the
d33駆動の場合、その変位量は厚み(図9(a)に符号tで図示)によらず一定であり、圧電アクチュエータ58に与える電界(電圧)を小さくすることで、圧電アクチュエータ58の消費電力を抑えるとともに、電界の2乗に比例する発熱量を抑えることができる。本例に示す圧電アクチュエータ58は、発熱と共振周波数の観点から厚みt(mm)が規定されている。
In the case of d 33 drive, the amount of displacement is constant regardless of the thickness (indicated by the symbol t in FIG. 9A), and by reducing the electric field (voltage) applied to the
ここで、圧電素子の共振周波数f(Hz)は、圧電アクチュエータ58の厚みt(mm)、圧電アクチュエータ58のコンプライアンスS33E(m2/N)、圧電アクチュエータ58の密度ρ(kg/m3)を用いて、次式〔数1〕で求められる。
Here, the resonance frequency f (Hz) of the piezoelectric element is defined by the thickness t (mm) of the
〔数1〕
f=1/(2×(S33E)1/2×ρ)
また、圧電アクチュエータ58の単位時間あたりの発熱ΔT(℃)は、駆動周波数(共振周波数)f、真空中の誘電率ε0(=8.85×10−12F/m)、圧電アクチュエータ58の比誘電率ε1、圧電アクチュエータ58に与える電界E(V/m)、圧電アクチュエータ58の駆動時間s(sec)、比熱c(J/kg・K)、圧電アクチュエータ58の誘電損失tanδを用いて、次式〔数2〕で求められる。
[Equation 1]
f = 1 / (2 × (S33E) 1/2 × ρ)
Further, the heat generation ΔT (° C.) per unit time of the
〔数2〕
ΔT=(π×f×ε0×ε1×tanδ×E2×s)/(ρ×c)
なお、圧電アクチュエータ58の厚みtは、電界E(単位厚みあたりの電圧)に含まれる。
[Equation 2]
ΔT = (π × f × ε 0 × ε 1 × tan δ × E 2 × s) / (ρ × c)
The thickness t of the
図10には、上述した〔数1〕及び〔数2〕より求められた発熱ΔT及び共振周波数f(kHz)と、圧電アクチュエータ58の厚みt(m)と、関係を示す。
FIG. 10 shows the relationship between the heat generation ΔT and the resonance frequency f (kHz) obtained from the above [Equation 1] and [Equation 2], and the thickness t (m) of the
図10によれば、共振周波数f(◆のプロットで図示)が250kHz〜750kHzとなる圧電アクチュエータ58の厚みtは、次式〔数3〕を満たす。
According to FIG. 10, the thickness t of the
〔数3〕
5.5(mm)≧t≧1.8(mm)
また、1時間連続駆動したときに圧電アクチュエータ58に生じる発熱ΔTが1℃以下(画像設計より規定)となる圧電アクチュエータ58の厚みt(■のプロットで図示)は、単層圧電素子を用いる場合には、次式〔数4〕を満たす。
[Equation 3]
5.5 (mm) ≧ t ≧ 1.8 (mm)
Further, the thickness t (illustrated by a plot of ■) of the
〔数4〕
t≧1.0(mm)
即ち、圧電アクチュエータ58に単層圧電素子を用いる場合には、圧電アクチュエータ58の厚みtは共振周波数fの条件から規定される。圧電アクチュエータ58に積層圧電素子を用いると、2層の圧電素子を用いると単層圧電素子を用いる場合に比べて発熱量は4倍となり、3層の圧電素子を用いると単層圧電素子を用いる場合に比べて発熱量は9倍となるので、圧電アクチュエータ58の厚みtを大きくする必要がある。なお、積層型圧電素子を用いる場合の圧電アクチュエータ58の厚みtは、各層の厚みを足し合わせたトータルの厚みである。
[Equation 4]
t ≧ 1.0 (mm)
That is, when a single-layer piezoelectric element is used for the
図10によれば、2層の圧電素子を用いる場合(▲プロットで図示)、圧電アクチュエータ58の1層あたりの厚みtは、次式〔数5〕を満たす。
According to FIG. 10, when two layers of piezoelectric elements are used (shown by a plot), the thickness t per layer of the
〔数5〕
2.2(mm)≦t≦5.5(mm)
また、3層の圧電素子を用いる場合(×のプロットで図示)、圧電アクチュエータ58の1層あたりの厚みtは、次式〔数6〕を満たす。
[Equation 5]
2.2 (mm) ≦ t ≦ 5.5 (mm)
In addition, when three layers of piezoelectric elements are used (illustrated by x plots), the thickness t per layer of the
〔数6〕
3.3(mm)≦t≦5.5(mm)
但し、圧電アクチュエータ58の厚み(積層型圧電素子を用いる態様では1層あたりの厚み)tの上限(5.5mm)は、共振周波数fの条件から規定される。
[Equation 6]
3.3 (mm) ≦ t ≦ 5.5 (mm)
However, the upper limit (5.5 mm) of the thickness t of the piezoelectric actuator 58 (thickness per layer in the case of using the multilayer piezoelectric element) is defined by the condition of the resonance frequency f.
ここで、共振周波数fとインク吐出量(pl)との関係について説明する。図11に共振周波数fとインク吐出量(pl)との関係を示す。図11中、■プロットは、ノズル51の直径が25μmの場合に1pl〜2plのインクを吐出させる駆動電圧(最小構成単位の駆動電圧)を与えたときにノズル51から実際の吐出されたインク量を示している。■プロットに基づいて、ノズル51の直径が20μmの場合の共振周波数fとインク吐出量との関係が符号200で示す略直線のように求められる。即ち、ノズル51の直径が20μmの場合には、共振周波数fが略250kHzで2pl以下の体積を持つインク液滴が吐出される。
Here, the relationship between the resonance frequency f and the ink discharge amount (pl) will be described. FIG. 11 shows the relationship between the resonance frequency f and the ink discharge amount (pl). In FIG. 11, the ■ plot indicates the actual amount of ink ejected from the
また、◆プロットは、ノズル51の直径が30μmの場合に前記最小構成単位の駆動電圧を与えたときにノズル51から実際の吐出されたインク量を示す。◆プロットに基づいて、ノズル51の直径が30μmの場合の共振周波数fとインク吐出量との関係が符号202で示す略直線のように求められる。ノズル51の直径を30μmにすると共振周波数fが1MHzでも2plの体積を持つインク液滴を吐出可能であるが、この場合、圧電アクチュエータ58から高い圧力を発生させる必要がある。なお、同じ体積を有するインク液滴を吐出させる場合、ノズル51の直径が大きくなると高い発生圧力が必要になる。
The ♦ plot shows the actual amount of ink ejected from the
図11に示す略直線204は、ノズル51の直径が20μの場合(符号200)と30μmの場合(符号202)に基づいて予測された、ノズル51の直径が25μmの場合の共振周波数fとインク液滴の吐出量との関係である。
A substantially
ノズル51の直径が25μmの場合、共振周波数fを750kHzにすると略1plの体積を有するインク液滴を吐出可能であり、これが実質的な限界点であると考えられる。
When the diameter of the
即ち、ノズル51の直径を20μm〜30μmとすると、1plから2plの体積を持つインク液滴を吐出させる共振周波数は250kHz〜750kHzとなる。
That is, when the diameter of the
上記の如く構成された印字ヘッド50は、圧力室52内のインクに吐出力を与える圧電アクチュエータ58に、d33モードの変位を利用した共振駆動方式によって駆動される圧電素子が適用され、該圧電アクチュエータ58の厚みtは、1.8mm≦t≦5.5mmの条件を満たすように構成されるので、共振周波数fが250kHzから750kHzの共振駆動において、ノズル51から1回に吐出されるインク滴単独で記録媒体上にドットを形成し得る体積1pl〜2plを有するインク滴が吐出されるとともに、圧電アクチュエータ58の発熱を1℃以下に抑えることが可能になる。
In the
圧電アクチュエータ58に積層型圧電素子を適用する場合には、2層構造の圧電素子を用いる場合にその1層あたりの厚みtは、2.2mm≦t≦5.5の条件を満たし、3層構造の圧電素子を用いる場合にその1層あたりの厚みtは、3.3mm≦t≦5.5の条件を満たすように構成される。
When a multilayer piezoelectric element is applied to the
〔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。図12は、本実施形態に係る印字ヘッドに適用される圧電アクチュエータ58’の立体構造を示す断面図(図9(a)に対応する図)である。また、図13は、図12の一部を拡大して図示した拡大図である。なお、図12及び図13中、図9(a)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. FIG. 12 is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 9A) showing a three-dimensional structure of a
図12に示すように、圧電アクチュエータ58’は、各圧力室に対応したサイズに分割する第1の溝60が形成される第1の面100と反対側の第2の面102に第1の溝60と同じ形状及び構造の第2の溝300が設けられている。即ち、圧電アクチュエータ58は第1の面100と第2の面102が対称な形状となっている。
As shown in FIG. 12, the
このように、圧電アクチュエータ58’を対称構造にすることで、製造工程に加熱プロセスがあっても該圧電アクチュエータ58’が反らず、圧電アクチュエータ58’及び該圧電アクチュエータ58’を用いた印字ヘッドの形状が安定する。
In this way, by making the
また、第2の面102に形成された第2の溝300によって第2の面102の表面積が拡大され、高い放熱効果を得ることができる。なお、本例では、第2の溝300を第1の面100に形成される第1の溝60に対応する形状、構造とする態様を示したが、第2の溝300は第1の溝60と異なる形状、構造とする態様も可能である。
Further, the surface area of the
更に、第2の面102に嵌合する形状を有する放熱板(金属板、セラミック板など)302を第2の面102に接合することで、より高い放熱効果を得ることができる。なお、第2の面102に金属(例えばSUS)の放熱板302を備える態様では、第2の溝300によって隔てられた共通電極62を放熱板302に導通させることで、第2の面に第2の溝300が設けられる態様において各圧電活性部104に対応する共通電極62を簡易な方法で導通させることが可能である(図13参照)。
Further, by joining a heat radiating plate (a metal plate, a ceramic plate, etc.) 302 having a shape fitted to the
上記実施形態では、その長手方向にノズル51を1列に並べたノズル列を有する印字ヘッド50を示したが、本発明はノズル51が2次元状に配置されたマトリクス型ヘッドにも適用可能である。
In the above embodiment, the
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 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).
50…印字ヘッド、51…ノズル、52…圧力室、56…加圧板、57…個別電極、58,58’…圧電アクチュエータ、60…第1の溝、62…共通電極、300…第2の溝、302…金属板(放熱板)
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室に接合される加圧板と、
前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する1層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の厚みが1.8mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 A nozzle for discharging droplets;
A pressure chamber provided corresponding to the nozzle;
A pressure plate joined to the pressure chamber;
A minimum of a piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and that is deformed in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field, is resonantly driven at a predetermined resonance frequency, and is formed on at least a recording medium by one drive. A piezoelectric actuator that ejects droplets of a volume that is a size dot; and
With
The piezoelectric actuator has a structure in which a thickness of the piezoelectric element is 1.8 mm or more and 5.5 mm or less.
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室に接合される加圧板と、
前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する2層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の1層あたりの厚みが2.2mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 A nozzle for discharging droplets;
A pressure chamber provided corresponding to the nozzle;
A pressure plate joined to the pressure chamber;
A minimum of a piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and that is deformed in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field and that is resonantly driven at a predetermined resonance frequency and is formed on at least a recording medium by a single drive. A piezoelectric actuator that ejects droplets of a volume that is a size dot; and
With
The piezoelectric actuator has a structure in which a thickness per layer of the piezoelectric element is 2.2 mm or more and 5.5 mm or less.
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室に接合される加圧板と、
前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する3層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の1層あたりの厚みが3.3mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 A nozzle for discharging droplets;
A pressure chamber provided corresponding to the nozzle;
A pressure plate joined to the pressure chamber;
A minimum of a piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and that is deformed in a direction substantially parallel to the direction of an applied electric field and that is resonantly driven at a predetermined resonance frequency and formed on at least a recording medium by a single drive. A piezoelectric actuator that ejects droplets of a volume that is a size dot; and
With
The piezoelectric actuator has a structure in which a thickness per layer of the piezoelectric element is 3.3 mm or more and 5.5 mm or less.
前記圧電アクチュエータは、前記第1の面に該第1の面を前記複数の圧力室に対応する領域に分割する第1の溝が形成され、前記第1の溝によって分割された領域に前記各圧力室に対応する個別電極を備えたことを特徴とする請求項4記載の液体吐出ヘッド。 A plurality of nozzles and pressure chambers;
In the piezoelectric actuator, a first groove that divides the first surface into regions corresponding to the plurality of pressure chambers is formed on the first surface, and each of the regions is divided by the first groove. The liquid discharge head according to claim 4, further comprising an individual electrode corresponding to the pressure chamber.
The liquid ejection head according to claim 1, wherein the resonance frequency includes a frequency of 250 kHz or more and 750 kHz or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005282600A JP2007090647A (en) | 2005-09-28 | 2005-09-28 | Liquid delivery head |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005282600A JP2007090647A (en) | 2005-09-28 | 2005-09-28 | Liquid delivery head |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007090647A true JP2007090647A (en) | 2007-04-12 |
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ID=37976898
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2007090647A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008279614A (en) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Konica Minolta Ij Technologies Inc | Inkjet head |
US8797373B2 (en) | 2010-03-18 | 2014-08-05 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid droplet ejecting method, liquid droplet ejection apparatus, inkjet recording apparatus, production method of fine particles, fine particle production apparatus, and toner |
-
2005
- 2005-09-28 JP JP2005282600A patent/JP2007090647A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008279614A (en) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Konica Minolta Ij Technologies Inc | Inkjet head |
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US9682556B2 (en) | 2010-03-18 | 2017-06-20 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid droplet ejecting method, liquid droplet ejection apparatus, inkjet recording apparatus, production method of fine particles, fine particle production apparatus, and toner |
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