JP2010241002A - 液滴吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】液体の圧力室から貯留室側への戻りを抑制防止することが可能な液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】複数のノズル15から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド1にあって、ノズル15に連通して吐出液体を加圧する圧力室19と、圧力室19に配設され、印加される駆動信号によって駆動してノズル15から液滴を吐出させる圧電振動子14と、圧力室19に供給される液体を貯留する貯留室17と、圧電振動子14に駆動信号を印加する制御装置と、貯留室17と圧力室19との間に設けられ且つ当該貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗よりも当該圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗が大きい流量調整部2とを備えることにより、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを抑制防止する。
【選択図】図2
【解決手段】複数のノズル15から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド1にあって、ノズル15に連通して吐出液体を加圧する圧力室19と、圧力室19に配設され、印加される駆動信号によって駆動してノズル15から液滴を吐出させる圧電振動子14と、圧力室19に供給される液体を貯留する貯留室17と、圧電振動子14に駆動信号を印加する制御装置と、貯留室17と圧力室19との間に設けられ且つ当該貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗よりも当該圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗が大きい流量調整部2とを備えることにより、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを抑制防止する。
【選択図】図2
Description
本発明は、微小な液滴を複数のノズルから吐出する液滴吐出ヘッドに関するものであり、例えばその微粒子(ドット)を印刷媒体上に形成することにより、所定の文字や画像等を印刷するようにした液滴吐出型印刷装置に好適なものである。
液滴吐出型印刷装置は、一般に安価で且つ高品質なカラー印刷物が容易に得られることから、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなどの普及に伴い、オフィスのみならず一般ユーザにも広く普及してきている。
このような液滴吐出型印刷装置のうち、液滴吐出ノズルの形成された液滴吐出ヘッドをキャリッジと呼ばれる移動体に載せて印刷媒体の搬送方向と交差する方向に移動させるものを一般に「マルチパス型印刷装置」と呼んでいる。これに対し、印刷媒体の搬送方向と交差する方向に長尺な液滴吐出ヘッドを配置して、所謂1パスでの印刷が可能なものを一般に「ラインヘッド型印刷装置」と呼んでいる。
このような液滴吐出型印刷装置のうち、液滴吐出ノズルの形成された液滴吐出ヘッドをキャリッジと呼ばれる移動体に載せて印刷媒体の搬送方向と交差する方向に移動させるものを一般に「マルチパス型印刷装置」と呼んでいる。これに対し、印刷媒体の搬送方向と交差する方向に長尺な液滴吐出ヘッドを配置して、所謂1パスでの印刷が可能なものを一般に「ラインヘッド型印刷装置」と呼んでいる。
この種の液滴吐出型印刷装置では、液滴吐出ヘッドに液体を吐出するためのノズルを複数形成し、各ノズルには、吐出される液体を加圧するための圧力室を連通し、この圧力室に、圧電素子などのノズルアクチュエータを配設し、各ノズルアクチュエータの夫々に駆動信号を印加することで該当するノズルから印刷媒体に向けて液滴を吐出する。下記特許文献1では、圧力室の吐出液体供給方向手前側に、当該吐出液体を貯留する貯留室を設け、この貯留室と圧力室とを連通する流路に島部を形成し、その島部の流動抵抗によって、圧力室への吐出液体供給過剰と戻り過剰を同時に抑制防止するようにしている。
しかしながら、前記特許文献1に記載される圧力室と貯留室との間の流路に形成された島部は、貯留室から圧力室への液体の流れに対しても、圧力室から貯留室への液体の流れに対しても、流動抵抗が同等なので、圧力室内の液体をノズルから押出す(吐出する)際、液体が貯留室側に戻るのを十分に抑制防止することができない。このように液体が圧力室から貯留室側に戻ってしまうと、その分だけ、ノズルアクチュエータの動作量を大きくしなければならず、ノズルアクチュエータへの負荷が増大してしまう。
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、液体の圧力室から貯留室側への戻りを抑制防止することが可能な液滴吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、液体の圧力室から貯留室側への戻りを抑制防止することが可能な液滴吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。
上記諸問題を解決するため、本発明の液滴吐出ヘッドは、複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、前記ノズルに連通して吐出液体を加圧する圧力室と、前記圧力室に配設され、印加される駆動信号によって駆動して前記ノズルから液滴を吐出させるノズルアクチュエータと、前記圧力室に供給される液体を貯留する貯留室と、前記ノズルアクチュエータに駆動信号を印加する制御装置と、前記貯留室と圧力室との間に設けられ且つ当該貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも当該圧力室から貯留室への液体の流動抵抗が大きい流量調整部とを備えたことを特徴とするものである。
この液滴吐出ヘッドによれば、貯留室と圧力室との間に設けられた流量調整部の貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも圧力室から貯留室への液体の流動抵抗を大きくすることにより、圧力室から貯留室側への液体の戻りを抑制防止することができる。
また、前記流量調整部は、前記貯留室側の流路幅よりも圧力室側の流路幅を狭くすることによって、貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも当該圧力室から貯留室への液体の流動抵抗を大きくしたことを特徴とするものである。
また、前記流量調整部は、前記貯留室側の流路幅よりも圧力室側の流路幅を狭くすることによって、貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも当該圧力室から貯留室への液体の流動抵抗を大きくしたことを特徴とするものである。
この液滴吐出ヘッドによれば、流量調整部における貯留室側の流路幅を圧力室側の流路幅より狭くするだけで、貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも当該圧力室から貯留室への液体の流動抵抗を大きくすることができるので、構成が簡潔で、圧力室から貯留室側への液体の戻りを効果的に抑制防止することができる。
また、前記流量調整部は、圧力室から貯留室への液体の流れに渦流を生じせしめる堰部を設けることにより、貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも当該圧力室から貯留室への液体の流動抵抗を大きくしたことを特徴とするものである。
この液滴吐出ヘッドによれば、圧力室から貯留室側に液体が戻ろうとしても堰部によって渦流が生じてしまうので、構成が簡潔で、圧力室から貯留室側への液体の戻りを効果的に抑制防止することができる。
また、前記流量調整部は、圧力室から貯留室への液体の流れに渦流を生じせしめる堰部を設けることにより、貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも当該圧力室から貯留室への液体の流動抵抗を大きくしたことを特徴とするものである。
この液滴吐出ヘッドによれば、圧力室から貯留室側に液体が戻ろうとしても堰部によって渦流が生じてしまうので、構成が簡潔で、圧力室から貯留室側への液体の戻りを効果的に抑制防止することができる。
次に、本発明の液滴吐出ヘッドの一実施形態について説明する。
図1は、液体吐出型印刷装置に用いられる本実施形態の液滴吐出ヘッドの概略構成図である。液滴吐出ヘッド1は、圧電振動子14が収容されるヘッドケース16と、このヘッドケース16のユニット固着面に接着剤などで固着される流路ユニット26とを備えている。流路ユニット26は、インクなどの液滴吐出のためのノズル(ノズル開口)15が列状に形成されたノズルプレート10と、各ノズル15に連通する圧力室19の列及び各圧力室19に供給される液体を貯留する貯留室17を含む流路空間の形成された流路形成基板11と、流路形成基板11の一面に接合され且つ圧力室19を含む流路空間を封止する振動板(弾性板)12とが積層されて構成されている。
図1は、液体吐出型印刷装置に用いられる本実施形態の液滴吐出ヘッドの概略構成図である。液滴吐出ヘッド1は、圧電振動子14が収容されるヘッドケース16と、このヘッドケース16のユニット固着面に接着剤などで固着される流路ユニット26とを備えている。流路ユニット26は、インクなどの液滴吐出のためのノズル(ノズル開口)15が列状に形成されたノズルプレート10と、各ノズル15に連通する圧力室19の列及び各圧力室19に供給される液体を貯留する貯留室17を含む流路空間の形成された流路形成基板11と、流路形成基板11の一面に接合され且つ圧力室19を含む流路空間を封止する振動板(弾性板)12とが積層されて構成されている。
前記ノズルプレート10は、ノズル15が複数列設されてノズル列25が形成され、この例では2列のノズル列25が形成されて、夫々、独立して液滴を吐出するように構成されている。2列のノズル列25の夫々のノズル15は同じピッチで開設されているが、2列のノズル列25は、互いに半ピッチずれており、所謂千鳥配列になっている。このノズルプレート10は、例えばステンレス板から形成されている。
前記2列のノズル列25に対応するように圧力室19の列も2列設けられている。具体的には、圧力室19の列は2列1組で対向されて配設され、その両側に、各圧力室19の列に対応して、夫々、1つずつ共通の貯留室17が配設されている。これら圧力室19及び貯留室17を含む流路空間は、Si単結晶基板からなる流路形成基板11をエッチングして形成されている。
前記2列のノズル列25に対応するように圧力室19の列も2列設けられている。具体的には、圧力室19の列は2列1組で対向されて配設され、その両側に、各圧力室19の列に対応して、夫々、1つずつ共通の貯留室17が配設されている。これら圧力室19及び貯留室17を含む流路空間は、Si単結晶基板からなる流路形成基板11をエッチングして形成されている。
また、前記振動板12は、ポリフェニレンサルファイドフィルムからなり、ステンレス板製の島部13などがラミネートされて形成されている。
そして、流路形成基板11の一面にノズルプレート10が積層され、前記島部13を外側に配置するようにして、当該流路形成基板11の他面に振動板12が積層されて流路ユニット26が形成されている。
一方、ヘッドケース16は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を射出成形してなり、図1の底面から開設されている収容空間には、前記圧力室19に対応して前記振動板12を変形させることにより当該圧力室19内の圧力を変動させる圧電振動子14が収容される。
圧電振動子14は、縦振動モードの圧電素子であり、複数の圧電振動子14の下方端部を固定基板に列状に固着して振動子ユニットを構成し、この振動子ユニットがヘッドケース16内に収容されている。
そして、流路形成基板11の一面にノズルプレート10が積層され、前記島部13を外側に配置するようにして、当該流路形成基板11の他面に振動板12が積層されて流路ユニット26が形成されている。
一方、ヘッドケース16は、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を射出成形してなり、図1の底面から開設されている収容空間には、前記圧力室19に対応して前記振動板12を変形させることにより当該圧力室19内の圧力を変動させる圧電振動子14が収容される。
圧電振動子14は、縦振動モードの圧電素子であり、複数の圧電振動子14の下方端部を固定基板に列状に固着して振動子ユニットを構成し、この振動子ユニットがヘッドケース16内に収容されている。
図2には、1つのノズル15に対して設けられた流路ユニット26の圧力室19、貯留室17、圧電振動子14の詳細を示す。圧力室19は、圧電振動子14直下の加圧室と、そこから少しずれた連通室とからなり、この連通室がノズルプレート10に開設されたノズル15に連通している。
そして、圧力室19と貯留室17との間の流路に流量調整部2を設けた。この流量調整部2は、貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗よりも当該圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗を大きくすることで、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを抑制防止するためのものである。本実施形態では、圧力室19側の流路幅を貯留室17側の流路幅より狭くすることで、貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗よりも当該圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗を大きくしている。具体的には、圧力室19と貯留室17との間の流路の壁部をせり出すようにし、貯留室17側のせり出しを緩やかに、圧力室19側のせり出しを急にして、圧力室19から貯留室17側への流動抵抗を大きくした。
そして、圧力室19と貯留室17との間の流路に流量調整部2を設けた。この流量調整部2は、貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗よりも当該圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗を大きくすることで、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを抑制防止するためのものである。本実施形態では、圧力室19側の流路幅を貯留室17側の流路幅より狭くすることで、貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗よりも当該圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗を大きくしている。具体的には、圧力室19と貯留室17との間の流路の壁部をせり出すようにし、貯留室17側のせり出しを緩やかに、圧力室19側のせり出しを急にして、圧力室19から貯留室17側への流動抵抗を大きくした。
流動抵抗Rは、一般に液体の粘度η、流速V、流路長Lで決まり、R=η・V/Lで示される。よって、粘度が一定の場合には、流速Vが大きく、流路長Lが短いほど、流動抵抗Rが大きくなる。また、流量が一定の場合、流路の断面積が小さいほど、流速は早くなる。よって、圧電振動子14の動作によって所定の容積の液体が動く場合には、流路長Lを短くして、断面積を急激に減少させた方が、流速Vが増し、流動抵抗Rが大きくなり、液体を流れにくくすることができる。
つまり、圧力室19側の流路の壁部のせり出しを急にすると、短い流路長で断面積が急激に小さくなるため、流動抵抗は大きい。一方、貯留室17側の流路の壁部のせり出しは緩やかなので、長い流路長で断面積が緩やかに小さくなるため、流動抵抗は小さい。これにより、貯留室17から圧力室19側への液体の充填を阻害せず、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを抑制防止することができる。そして、そのようにすることで、圧電振動子14の動作量を小さくすることができ、負荷を低減することが可能となると共に、ノズル15からの液滴の吐出特性が向上する。
つまり、圧力室19側の流路の壁部のせり出しを急にすると、短い流路長で断面積が急激に小さくなるため、流動抵抗は大きい。一方、貯留室17側の流路の壁部のせり出しは緩やかなので、長い流路長で断面積が緩やかに小さくなるため、流動抵抗は小さい。これにより、貯留室17から圧力室19側への液体の充填を阻害せず、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを抑制防止することができる。そして、そのようにすることで、圧電振動子14の動作量を小さくすることができ、負荷を低減することが可能となると共に、ノズル15からの液滴の吐出特性が向上する。
図3は、前記特許文献1に記載される流量調整部2であり、圧力室19と貯留室17との間の流路に島部51を設けている。この島部51も、貯留室17から圧力室19への液体の供給過剰(微小液滴吐出のため)と圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを抑制防止するためのものであるが、図に示すように、島部51の貯留室17側のテーパーと圧力室19側のテーパーが同形状である。そのため、貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗も、圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗も同じであり、圧力室19から貯留室17への液体の戻りを十分に抑制防止することができない。
図4は、本発明の液滴吐出ヘッドの第2実施形態を示す流量調整部2の平面図である。この実施形態も、前記図2と同様に、圧力室19側の流路幅を貯留室17側の流路幅より狭くするものであるが、前記図2の流路壁部のせり出しを極端にし、圧力室19側は壁部が垂直にせり出して堰部3を形成している。図5は、堰部3の作用を分かり易く誇張したものであるが、このように圧力室19に堰部3があると、前述の流路長と断面積による流動抵抗の増大に加え、圧力室19から貯留室17側への液体の流れに対して堰部3の手前で渦流が発生する。この渦流は、貯留室17側への液体の戻りを積極的に抑制防止すると共に、液体を圧力室19側に流そうとする流れとなり、結果的にノズル15からの液滴の吐出特性が向上する。
図6は、本発明の液滴吐出ヘッドの第3実施形態を示す流量調整部2の平面図である。この実施形態では、前記図4の圧力室19と貯留室17との間の流路壁部のせり出しを多段化(3段化)し、流路の両側に、計6個の堰部3を形成したものである。このように堰部3を多段化することにより、圧力室19から貯留室17への液体の戻りをより一層抑制防止することが可能となる。
このように、本実施形態の液滴吐出ヘッドでは、複数のノズル15から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド1にあって、貯留室17と圧力室19との間に設けられた流量調整部2の貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗よりも圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗を大きくすることにより、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを抑制防止することができる。
このように、本実施形態の液滴吐出ヘッドでは、複数のノズル15から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド1にあって、貯留室17と圧力室19との間に設けられた流量調整部2の貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗よりも圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗を大きくすることにより、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを抑制防止することができる。
また、流量調整部2における貯留室17側の流路幅を圧力室19側の流路幅より狭くするだけで、貯留室17から圧力室19への液体の流動抵抗よりも当該圧力室19から貯留室17への液体の流動抵抗を大きくすることができるので、構成が簡潔で、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを効果的に抑制防止することができる。
また、圧力室19から貯留室17への液体の流れに渦流を生じせしめる堰部3を設けたことにより、圧力室19から貯留室17側に液体が戻ろうとしても堰部3によって渦流が生じてしまうので、構成が簡潔で、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを効果的に抑制防止することができる。
また、圧力室19から貯留室17への液体の流れに渦流を生じせしめる堰部3を設けたことにより、圧力室19から貯留室17側に液体が戻ろうとしても堰部3によって渦流が生じてしまうので、構成が簡潔で、圧力室19から貯留室17側への液体の戻りを効果的に抑制防止することができる。
なお、前記実施形態では、本発明の液滴吐出ヘッドをインクなどの液体を吐出するものに具体化したが、この限りではなく、インク以外の他の液体(液体以外にも、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルなどの流状体を含む)や液体以外の流体(流体として流して噴射できる固体など)を吐出する液滴吐出ヘッドに具体化することもできる。例えば、液晶ディスプレイ、EL(エレクトロルミネッサンス)ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散又は溶解の形態で含む液状体を吐出する液状体吐出ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を吐出する液滴吐出ヘッド、精密ピペットとして用いられて試料となる液体を吐出する液滴吐出ヘッドであってもよい。更に、時計やカメラなどの精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液滴吐出ヘッド、光通信素子などに用いられる微小半球レンズ(光学レンズ)などを形成するための紫外線硬化樹脂などの透明樹脂液を基板上に吐出する液滴吐出ヘッド、基板などをエッチングするために酸又はアルカリなどのエッチング液を吐出する液滴吐出ヘッド、ジェルを吐出する流状体吐出ヘッド、トナーなどの粉体を例とする固体を吐出する流体吐出式記録ヘッドであってもよい。そして、これらのうち何れか一種の吐出ヘッドに本発明を適用することができる。
1は液滴吐出ヘッド、2は流量調整部、3は堰部、10はノズルプレート、11は流路形成基板、12は振動板、13は島部、14は圧電振動子、15はノズル、16はヘッドケース、17は貯留室、19は圧力室、20は固定基板、24は供給流路、25はノズル列、26は流路ユニット
Claims (3)
- 複数のノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、前記ノズルに連通して吐出液体を加圧する圧力室と、前記圧力室に配設され、印加される駆動信号によって駆動して前記ノズルから液滴を吐出させるノズルアクチュエータと、前記圧力室に供給される液体を貯留する貯留室と、前記ノズルアクチュエータに駆動信号を印加する制御装置と、前記貯留室と圧力室との間に設けられ且つ当該貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも当該圧力室から貯留室への液体の流動抵抗が大きい流量調整部とを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 前記流量調整部は、前記貯留室側の流路幅よりも圧力室側の流路幅を狭くすることによって、貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも当該圧力室から貯留室への液体の流動抵抗を大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記流量調整部は、圧力室から貯留室への液体の流れに渦流を生じせしめる堰部を設けることにより、貯留室から圧力室への液体の流動抵抗よりも当該圧力室から貯留室への液体の流動抵抗を大きくしたことを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009092762A JP2010241002A (ja) | 2009-04-07 | 2009-04-07 | 液滴吐出ヘッド |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013230677A (ja) * | 2012-05-01 | 2013-11-14 | Fujifilm Corp | 流体吐出デバイス内で流体をバイパス循環させる流体吐出デバイス及び方法 |
JP2014054828A (ja) * | 2012-09-11 | 2014-03-27 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | インクジェットプリントヘッド |
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2009
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