JP2007182015A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】個別液室の側壁の変形の発生を抑制し、クロストークによる吐出量ばらつきを無くす液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】液滴の吐出口２とこれに連通する個別液室３を備えた液体吐出ヘッドである。個別液室２を構成する側壁の複数の壁面が、個別液室３の内側に向かって凸形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴を吐出する吐出口とこれに連通する個別液室を備え、この個別液室の一部を構成する振動板に、時間とともに推移する変位を与えることにより液滴を吐出する液体吐出ヘッド及び該ヘッドを用いた液体吐出装置に関する。

本発明は、紙、布、革、不織布、ＯＨＰ等に印刷する機器や、基板、板材、固体物等に液体を付着させるパターニング装置や塗装装置等に適用可能である。

従来において、高密度のドット印刷に対応させるために多数のインク圧力室が密集配列できるインクジェットプリンタヘッドの発明がなされている。

特許文献１には、インクに噴射圧力を与えるアクチュエータと、当該アクチュエータに対向するインク圧力室とを備えたキャビティープレートを有するインクジェットプリンタヘッドが開示されている。具体的には、前記キャビティープレートに設けられたインク圧力室は一対の鋭角部及び一対の鈍角部を備えた平行四辺形に形成されている。当該平行四辺形の圧力室の一方の鋭角部にインク供給口が形成され、他方の鋭角部にノズルが形成されている。当該平行四辺形の圧力室は３列以上あって、第１と第２の圧力室列は、ノズル側の鋭角部を互いに他の列の圧力室間に入り込ませて配置され、第３の圧力室列は、ノズル側の鋭角部を第１または第２の圧力室列の供給口側の鋭角部間に入り込ませて配置されている。

ところが、本発明者が鋭意検討した中で、上記特許文献１に開示されたヘッドに不具合があることを見出した。詳細には、圧力室（以下、本明細書では個別液室と称す）を形成したプレートの厚み（個別液室の高さ）が各個別液室との間に位置する隔壁の厚みに比べて厚くなると、クロストークが発生することを見出した。つまり、個別液室の高さが、隣り合う個別液室の間にある側壁の厚みに比べて厚く（個別液室の高さが高く）なると、クロストークが発生する。

すなわち、個別液室を膨張させるようにアクチュエータが挙動した際に個別液室内の液体を通して隔壁が変形される。その結果、吐出状態に無い隣接の個別液室Ｃ₀の容積を収縮させてしまい、メニスカスの隆起を、ひいては振動させてしまう。このようなタイミングのときに前記個別液室Ｃ₀に吐出信号が投入された場合、基準量からずれた量の液体が吐出されて高精細な画像の形成に悪影響を及ぼした。
特許第３６６６３８６号公報

本発明の目的は、圧力室を密集配置させながらもクロストークによる画像劣化をなくす液体吐出ヘッドを提供することである。

上記目的を達成するために本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する吐出口が形成されたオリフィスプレートと、前記オリフィスプレートに対向する位置に配置され、液滴を吐出するエネルギー発生素子と、前記オリフィスプレートと前記エネルギー発生素子との間に形成される側壁と、によって構成される個別液室を有し、前記個別液室は、前記吐出口および共通液室に連通し、かつ前記吐出口毎に設けられた液体吐出ヘッドにおいて、前記側壁の複数の壁面が、前記個別液室の内側に向かって凸形状であることを特徴とする。

また、本発明の液体吐出装置は、上述の液体吐出ヘッドと、前記エネルギー発生素子を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、圧力室を密集配置させながらもクロストークによる画像劣化をなくすことができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図６は、本発明の液体吐出ヘッドが適用可能な液体吐出装置の斜視図である。記録装置に挿入された被記録媒体Ｐは、送りローラ１０９，１１０によって液体吐出ヘッドユニット１００の記録可能領域へ搬送される。液体吐出ヘッドユニット１００は、２つのガイド軸１０７，１０２によって、それらの延在方向（主走査方向）に沿って移動可能にガイドされており、記録領域を往復走査する。液体吐出ヘッドユニット１００の走査方向が主走査方向であり、被記録媒体Ｐの搬送方向Ｂが副走査方向となる。液体吐出ヘッドユニット１００には、複数色のインク液滴を吐出する複数の液体吐出ヘッドと、それぞれの液体吐出ヘッドにインクを供給するためのインクタンク１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｍ，１０１Ｙが搭載されている。この例の液体吐出装置における複数色のインクは、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色である。

液体吐出ヘッドユニット１００が移動可能な領域の右端の下部には、回復系ユニット１１２が配備されており、非記録動作時に各液体吐出ヘッドの吐出口部のキャッピングや回復処理を行なう。

本例の場合、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色インク（Ｂｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙ）のインクタンクが全て独立に交換可能な構成となっている。液体吐出ヘッドユニット１００には、Ｂｋのインク液滴，Ｃのインク液滴，Ｍのインク液滴，Ｙのインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド群が搭載される。さらに、Ｂｋ用インクタンク１０１Ｂ、Ｃ用インクタンク１０１Ｃ、Ｍ用インクタンク１０１Ｍ、Ｙ用インクタンク１０１Ｙが搭載される。各インクタンクは液体吐出ヘッド群と接続され、液体吐出ヘッド群の吐出口に連通するノズル流路内にインクを供給する。この例以外にも例えば、各色用のインクタンクを任意の組み合わせで一体構造としてもよい。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について図１を参照して説明する。図１は複数配置された個別液室３の平面図を示す。ここでいう個別液室の平面形状とは、オリフィスプレートが形成される面と平行に個別液室を切断した時の形状を示す。図２は吐出口２と後方絞り８の中心を通る断面図であり、図１中の一点鎖線Ａ−Ａ位置での断面図である。

この例の液体吐出ヘッドは各個別液室３に対応して設けられたエネルギー発生素子５として、該個別液室を膨張、収縮させて個別液室の容積を変化させる圧電素子９とこの上に積層された振動板４とが配置されている。また、エネルギー発生素子５を制御する制御手段として、記録情報に対応する駆動電圧を印加することで吐出口２から液滴を吐出させる記録方式を採用している。これに電力を供給するための電極配線（不図示）が設けられている。圧電素子９に吐出信号を投入すると、振動板４が膨張し、吐出口２から液滴が吐出される。吐出口２は、オリフィスプレート１に形成されている。オリフィスプレート１は、エネルギー発生素子５の設置面に対し個別液室３を形成する基体６を介して対向している。基体６には、吐出口２と個別液室３を連通するオリフィス連通口７と、後方絞り８が形成されている。また、後方絞り８は不図示の共通液室へ接続される部位である。この共通液室にはヘッド外部からインクなどの液体が供給される。図１では、共通液室へと繋がる部分である後方絞り８が３箇所示されているが、少なくとも１箇所で構わない。本明細書における側壁１０とは、個別液室を構成する壁のうち、エネルギー発生素子５が形成されている壁と、該エネルギー発生素子に対向する壁とを、除いた壁を示す。つまり、オリフィスプレート１とエネルギー発生素子５との間に形成され、個別液室を囲んでいる壁のことである。

作製した液体吐出ヘッド（共通液室は不図示）では、吐出口２および後方絞り８ともに丸穴とした。吐出口２の半径は５〜１５μｍで種々作製した。

図３〜５に個別液室の平面形状の模式図を示す。各個別液室３の平面形状は、四角形の４辺（図３ａ中に破線で示す）に対して内側に凸に入り込んだ曲線または折れ線で閉じられた形状と、４箇所の尖った部分に丸形状を重ねた形状である。もちろん、ｎ角形に対して内側に入り込んだ曲線または折れ線で閉じられた形状と、ｎ箇所の尖った部分に丸みを追加工した形状であっても構わない（本形状を公知の加工法によって一括で形成しても構わない）。また、丸み部形状を多角形や任意形状にしても構わない。

このように、四角形に対して内側に凸に入り込んだ曲線または折れ線で閉じられた形状（アーチ形状）にすることで、個別液室内圧による外側への変形（図３ａ中の太矢印）を抑制する効果を高めることができる。

一方、比較例として、個別液室３の平面形状を前述した四角形とすると図３ｂとなる。図４は、図３ａの形状と図３ｂの形状とを重ね合わせた状態で複数の個別液室３を配列した図である。この図から以下のことが明らかとなる。すなわち、図３ｂに示すような個別液室（破線で四角形の輪郭を示す）の間隔を詰めて、仮に隔壁の厚みがゼロになるように配置しても、図３ａに示した個別液室ならば充分な隔壁厚が確保できることがわかる。吐出口２を同じ密度で同じ位置に配置しようとする場合、図３ｂに示した個別液室（破線で四角形の輪郭を示す）では不可能であっても、図３ａに示した個別液室ならば実現できるという大きな差が出る。

また図１に示した個別液室３によれば、後方絞り８を複数箇所（３箇所）に分散させて設けているので、充分な液体供給という観点から考えても各々の後方絞り８の断面積を小さくできるので、個別液室を密集させるのに効果的である。

シアンインク（密度１．０×１０³ｋｇ／ｍ³，粘性３．０×１０^-3Ｐａ・ｓ，表面張力３．５×１０^-2Ｎ／ｍ）を用いて吐出を行ったところ、液滴は安定に吐出でき、一回の副走査にて６００ｄｐｉ（１インチ当り６００ドット）の記録ができた。

また、図７に示すように各個別液室２３から吐出口２２へ接続する位置関係を変更した液体吐出ヘッドも作製したところ、液滴は安定に吐出でき、一回の副走査にて６００ｄｐｉ記録ができた。なお、吐出口２２と連通する個別液室２３は図２の断面形状と同様である。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について図５を参照して説明する。図５は個別液室１３の平面図である。本実施形態は図１に示した個別液室３の平面形状を変えたものである。

各個別液室１３の平面形状は、四角形の４辺（図５中に破線で示す）に対して、内側に凸に入り込んだ曲線または折れ線で閉じられた形状であり、実施形態１のように個別液室の４箇所の尖った部分に丸形状を重ねた形状を持たない。もちろん、ｎ角形に対して内側に入り込んだ曲線または折れ線で閉じられた形状であっても構わない。

本形状では、実施形態１に比べて加工工程を少なくできる。

液滴は安定に吐出でき、一回の副走査にて６００ｄｐｉ記録ができた。

上述のように各実施形態の液体吐出ヘッドでは、図１及び図２等から分かるように、個別液室を構成する壁面のうち振動板でなく、かつ該振動板に対向する個別液室壁面でない複数の壁面（本例では４面）を、個別液室内側に向かって凸形状にした。このため、個別液室内圧による個別液室外側への変形を抑制する効果を高めることができ、クロストークを防止して画質劣化を防ぐことができる。

本発明の液体吐出ヘッドの実施形態１における個別液室の配置を説明する平面図である。 実施形態１の液体吐出ヘッドにおける個別液室の断面図である。 実施形態１における個別液室の平面図 比較例における個別液室の平面図 本発明の実施形態１における個別液室と比較例における個別液室との差を説明する図である。 本発明の実施形態２における個別液室と比較例における個別液室とを重ねた図である。 本発明に適用可能な液体吐出装置の概略斜視図である。 本発明による液体吐出ヘッドユニットの平面図である。

符号の説明

１ オリフィスプレート
２、１２、２２ 吐出口
３、１３、２３ 個別液室
４ 振動板
５ エネルギー発生素子
９ 圧電素子
１０ 側壁

Claims (5)

1. 液滴を吐出する吐出口が形成されたオリフィスプレートと、前記オリフィスプレートに対向する位置に配置され、液滴を吐出するためのエネルギー発生素子と、前記オリフィスプレートと前記エネルギー発生素子との間に形成される側壁と、によって構成される個別液室を有し、前記個別液室は、前記吐出口および共通液室に連通し、かつ前記吐出口毎に設けられた液体吐出ヘッドにおいて、
   前記側壁の複数の壁面が、前記個別液室の内側に向かって凸形状であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記凸形状の各側壁の交差する部分のうち１つは前記吐出口へ連通し、かつ他の少なくとも１つは前記共通液室へ連通していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記凸形状の各側壁の交差する部分が、丸みをおびた丸み部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記エネルギー発生素子は、振動板と、圧電素子と、を含むこと特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、前記エネルギー発生素子を制御する制御手段と、を有することを特徴とする液体吐出装置。

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