JP2012045889A - Liquid ejection head and recording device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head that discharges droplets and a recording apparatus using the same.
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ELディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。 In recent years, printing apparatuses using inkjet recording methods such as inkjet printers and inkjet plotters are not only printers for general consumers, but also, for example, formation of electronic circuits, manufacture of color filters for liquid crystal displays, manufacture of organic EL displays It is also widely used for industrial applications.
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が知られている。 In such an ink jet printing apparatus, a liquid discharge head for discharging liquid is mounted as a print head. This type of print head includes a heater as a pressurizing unit in an ink flow path filled with ink, heats and boiles the ink with the heater, pressurizes the ink with bubbles generated in the ink flow path, A thermal head system that ejects ink as droplets from the ink ejection holes, and a part of the wall of the ink channel filled with ink is bent and displaced by a displacement element, and the ink in the ink channel is mechanically pressurized, and the ink A piezoelectric method is known in which droplets are discharged from discharge holes.
また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。 In addition, in such a liquid discharge head, a serial type that performs recording while moving the liquid discharge head in a direction (main scanning direction) orthogonal to the conveyance direction (sub-scanning direction) of the recording medium, and main scanning from the recording medium There is a line type in which recording is performed on a recording medium conveyed in the sub-scanning direction with a liquid discharge head that is long in the direction fixed. The line type has the advantage that high-speed recording is possible because there is no need to move the liquid discharge head as in the serial type.
シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。 In order to print droplets at a high density in any of the serial type and line type liquid discharge heads, the density of the liquid discharge holes for discharging the droplets formed in the liquid discharge head must be increased. There is a need to.
そこで、液体加圧室に直接繋がっている液体吐出孔を有し、前記液体加圧室の前記液体吐出孔のと対向する部分に振動板と圧電素子を設けて、圧電素子を伸縮することによって圧電素子および振動板を屈曲変形させ、前記液体吐出孔から液滴を吐出される液体吐出素子を複数備えている液体吐出ヘッドであって、共通流路から、前記液体加圧室への液体の供給が、前記振動板および前記圧電素子に開けられた貫通孔を通して行なわれる液体吐出ヘッドが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。 Therefore, by having a liquid discharge hole directly connected to the liquid pressurizing chamber, and providing a diaphragm and a piezoelectric element in a portion of the liquid pressurizing chamber facing the liquid discharge hole, the piezoelectric element is expanded and contracted. A liquid discharge head comprising a plurality of liquid discharge elements for bending and deforming a piezoelectric element and a diaphragm and discharging liquid droplets from the liquid discharge hole, wherein a liquid flow from a common flow path to the liquid pressurizing chamber There is known a liquid discharge head in which supply is performed through a through hole formed in the diaphragm and the piezoelectric element (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載の液体吐出ヘッドでは、圧電素子および振動板に設けられた貫通孔が、液体加圧室と共通流路との間の液体の供給の制限や液体の振動の伝播の制限を行なうしぼりの役目をはたす必要があり、そのためには貫通孔の寸法を非常に小さいものにせざるを得ず、貫通孔の寸法がわずかにばらついただけで、液体の吐出特性が大きくばらつくという問題があった。
However, in the liquid discharge head described in
したがって、本発明の目的は、流路部材および基板内の空間の利用効率の高めるとともに、しぼりを形成する空間を設けることのできる液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head capable of improving the utilization efficiency of the flow path member and the space in the substrate and providing a space for forming a squeeze, and a recording apparatus using the liquid discharge head.
本発明の液体吐出ヘッドは、一方の主面に開口している複数の液体吐出孔、該複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっているとともに、他方の主面に開口している複数の液体加圧室、および前記他方の主面に開口している複数の液体導入室、ならびに該液体導入室から複数の前記加圧室に繋がっているしぼりを有する第1の流路部材と、前記複数の液体加圧室の液体をそれぞれ加圧する加圧部および前記複数の液体導入室の位置にそれぞれ開口している複数の貫通孔を有し、前記複数の液体加圧室を覆うように前記第1の流路部材に積層されている基板と、前記複数の貫通孔を通って前記複数の液体導入孔に繋がっている、マニホールドを有する第2の流路部材とを備えることを特徴とする。 The liquid discharge head of the present invention includes a plurality of liquid discharge holes that are open on one main surface, and a plurality of liquid pressurizations that are connected to the plurality of liquid discharge holes and that are open on the other main surface. A first flow path member having a chamber, a plurality of liquid introduction chambers open to the other main surface, and a squeezing connected from the liquid introduction chamber to the plurality of pressurization chambers, and the plurality of liquids A pressurizing section that pressurizes the liquid in the pressurizing chamber; and a plurality of through holes that open at positions of the plurality of liquid introducing chambers, respectively, and the first pressurizing chamber covers the plurality of liquid pressurizing chambers. A substrate laminated on the flow path member and a second flow path member having a manifold connected to the plurality of liquid introduction holes through the plurality of through holes.
一つの前記液体導入室に繋がっている複数の前記液体加圧室が、当該液体導入室を中心とした略回転対称の位置に配置されていることが好ましい。 It is preferable that the plurality of liquid pressurization chambers connected to one liquid introduction chamber are arranged at substantially rotationally symmetric positions around the liquid introduction chamber.
一つの前記液体導入室と当該液体導入室に繋がっている複数の前記液体加圧室とからなるユニットがマトリックス状に配置されていることが好ましい。 It is preferable that a unit composed of one liquid introduction chamber and a plurality of the liquid pressurization chambers connected to the liquid introduction chamber is arranged in a matrix.
前記複数の液体吐出孔は、前記複数の液体吐出孔を仮想直線に対して該仮想直線に直交するように投影する時、前記仮想直線上で等間隔になるように配置されているとともに、前記仮想直線上で隣接する位置に投影される前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室は、隣接していないことが好ましい。 The plurality of liquid ejection holes are arranged at equal intervals on the virtual straight line when projecting the plurality of liquid ejection holes so as to be orthogonal to the virtual straight line with respect to the virtual straight line. It is preferable that the liquid pressurizing chambers connected to the liquid ejection holes projected to adjacent positions on the virtual straight line are not adjacent to each other.
前記複数の液体吐出孔は、前記複数の液体吐出孔を仮想直線に対して該仮想直線に直交するように投影する時、前記仮想直線上で等間隔になるように配置されているとともに、前記仮想直線上で隣接する位置に投影される前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室は、同じ前記液体導入室に繋がっていないことが好ましい。 The plurality of liquid ejection holes are arranged at equal intervals on the virtual straight line when projecting the plurality of liquid ejection holes so as to be orthogonal to the virtual straight line with respect to the virtual straight line. It is preferable that the liquid pressurizing chambers connected to the liquid ejection holes projected to adjacent positions on the virtual straight line are not connected to the same liquid introduction chamber.
前記液体導入室に繋がっている前記複数のしぼりの開口が、互いに対向していないことが好ましい。 It is preferable that the plurality of aperture openings connected to the liquid introduction chamber do not face each other.
前記液体導入室に繋がっている前記複数のしぼりの開口が、同一平面に開口していることが好ましい。 It is preferable that the plurality of aperture openings connected to the liquid introduction chamber are open in the same plane.
前記第1の流路部材の前記液体導入室と前記第2の流路部材の前記マニホールドに繋がっている開口とが直接接続されていることが好ましい。 It is preferable that the liquid introduction chamber of the first flow path member and the opening connected to the manifold of the second flow path member are directly connected.
また、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記複数の加圧部および前記搬送部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。 In addition, the recording apparatus of the present invention includes the liquid discharge head, a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head, and a control unit that controls the plurality of pressure units and the transport unit. It is characterized by being.
本発明の液体吐出ヘッドによれば、1つの貫通および液体導入室を通して、複数の液体加圧室に液体が供給されるため、流路部材および基板内の空間の利用効率を高くできるとともに、しぼりが設けられる空間を確保することが高くできる。 According to the liquid discharge head of the present invention, since the liquid is supplied to the plurality of liquid pressurizing chambers through one penetration and the liquid introduction chamber, the use efficiency of the space in the flow path member and the substrate can be increased and It is possible to secure a space in which is provided.
図1は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ1(以下、プリンタ1とする)は、4つの液体吐出ヘッド2を有している。これらの液体吐出ヘッド2は、印刷用紙Pの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ1に固定されている。液体吐出ヘッド2は、図1の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color ink jet printer which is a recording apparatus including a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention. This color inkjet printer 1 (hereinafter referred to as printer 1) has four liquid ejection heads 2. These liquid discharge heads 2 are arranged along the conveyance direction of the printing paper P and are fixed to the
プリンタ1には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、給紙ユニット114、搬送ユニット120および紙受け部116が順に設けられている。また、プリンタ1には、液体吐出ヘッド2や給紙ユニット114などのプリンタ1の各部における動作を制御するための制御部100が設けられている。
In the
給紙ユニット114は、複数枚の印刷用紙Pを収容することができる用紙収容ケース115と、給紙ローラ145とを有している。給紙ローラ145は、用紙収容ケース115に積層して収容された印刷用紙Pのうち、最も上にある印刷用紙Pを1枚ずつ送り出すことができる。
The
給紙ユニット114と搬送ユニット120との間には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、二対の送りローラ118aおよび118b、ならびに、119aおよび119bが配置されている。給紙ユニット114から送り出された印刷用紙Pは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット120へと送り出される。
Between the
搬送ユニット120は、エンドレスの搬送ベルト111と2つのベルトローラ106および107を有している。搬送ベルト111は、ベルトローラ106および107に巻き掛けられている。搬送ベルト111は、2つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト111は、2つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な2つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら2つの平面のうち、液体吐出ヘッド2に近い方の平面が、印刷用紙Pを搬送する搬送面127である。
The
ベルトローラ106には、図1に示されるように、搬送モータ174が接続されている。搬送モータ174は、ベルトローラ106を矢印Aの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ107は、搬送ベルト111に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ174を駆動してベルトローラ106を回転させることにより、搬送ベルト111は、矢印Aの方向に沿って移動する。
As shown in FIG. 1, a conveyance motor 174 is connected to the
ベルトローラ107の近傍には、ニップローラ138とニップ受けローラ139とが、搬送ベルト111を挟むように配置されている。ニップローラ138は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ138の下方のニップ受けローラ139は、下方に付勢されたニップローラ138を、搬送ベルト111を介して受け止めている。2つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト111に連動して回転する。
In the vicinity of the
給紙ユニット114から搬送ユニット120へと送り出された印刷用紙Pは、ニップローラ138と搬送ベルト111との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の搬送面127に押し付けられ、搬送面127上に固着する。そして、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の回転に従って、液体吐出ヘッド2が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト111の外周面113に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Pを搬送面127に確実に固着させることができる。
The printing paper P sent out from the
4つの液体吐出ヘッド2は、搬送ベルト111による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド2は、下端に液体吐出ヘッド本体13を有している。液体吐出ヘッド本体13の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔8が設けられている。
The four liquid discharge heads 2 are arranged close to each other along the conveyance direction by the conveyance belt 111. Each liquid discharge head 2 has a liquid discharge head
1つの液体吐出ヘッド2に設けられた液体吐出孔8からは、同じ色の液滴(インク)が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド2の液体吐出孔8は一方方向(印刷用紙Pと平行で印刷用紙P搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド2の長手方向)に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。これは別に言い方をすれば、液体吐出孔8を長手方向に平行な仮想直線に直交するように投影した時に、液体吐出孔8が仮想直線上に等間隔になるように配置されているということである。 Liquid droplets (ink) of the same color are ejected from the liquid ejection holes 8 provided in one liquid ejection head 2. Since the liquid ejection holes 8 of each liquid ejection head 2 are arranged at equal intervals in one direction (a direction parallel to the printing paper P and perpendicular to the conveyance direction of the printing paper P and the longitudinal direction of the liquid ejection head 2), Printing can be performed without gaps in one direction. In other words, when the liquid discharge holes 8 are projected so as to be orthogonal to a virtual straight line parallel to the longitudinal direction, the liquid discharge holes 8 are arranged at equal intervals on the virtual straight line. It is.
各液体吐出ヘッド2から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)およびブラック(K)である。各液体吐出ヘッド2は、液体吐出ヘッド本体13の下面と搬送ベルト111の搬送面127との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
The colors of the liquid ejected from each liquid ejection head 2 are magenta (M), yellow (Y), cyan (C), and black (K), respectively. Each liquid discharge head 2 is arranged with a slight gap between the lower surface of the liquid discharge head
搬送ベルト111によって搬送された印刷用紙Pは、液体吐出ヘッド2と搬送ベルト111との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド2を構成する液体吐出ヘッド本体13から印刷用紙Pの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Pの上面には、制御部100に記録された画像データに基づくカラー画像が形成される。
The printing paper P transported by the transport belt 111 passes through the gap between the liquid ejection head 2 and the transport belt 111. At that time, droplets are ejected from the liquid
搬送ユニット120と紙受け部116との間には、剥離プレート140と二対の送りローラ121aおよび121bならびに122aおよび122bとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Pは、搬送ベルト111によって剥離プレート140へと搬送される。このとき、印刷用紙Pは、剥離プレート140の右端によって、搬送面127から剥離される。そして、印刷用紙Pは、送りローラ121a〜122bによって、紙受け部116に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Pが順次紙受け部116に送られ、紙受け部116に重ねられる。
A
なお、印刷用紙Pの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド2とニップローラ138との間には、紙面センサ133が設置されている。紙面センサ133は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Pの先端位置を検出することができる。紙面センサ133による検出結果は制御部100に送られる。制御部100は、紙面センサ133から送られた検出結果により、印刷用紙Pの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド2や搬送モータ174等を制御することができる。
Note that a
次に、液体吐出ヘッド2およびこれに用いられている第1の流路部材4について説明する。液体吐出ヘッド2は液体吐出ヘッド本体13と筐体(不図示)とを含んでいる。筐体は、例えば金属製であり、一部に駆動信号が伝達される信号ケーブルが通る孔が開口している。孔には制御部100と繋がる駆動信号が伝達される信号ケーブルが通っており、樹
脂製のふたなどで塞がれる。液体吐出ヘッド本体13にはマニホールドの開口5bが開口しており、吐出される液体は、外部の液体タンからマニホールドの開口5bを通して、供給される。
Next, the liquid discharge head 2 and the first flow path member 4 used for the same will be described. The liquid discharge head 2 includes a liquid discharge head
液体吐出ヘッド本体13は、第1の流路部材4に加圧部を含む圧電アクチェータユニット21である基板を積層し、さらに第2の流路部材40を接続したものである。図2は、液体吐出ヘッド本体13の部分平面図で、図3は、図2の一部の縦断面図である。図2は、液体吐出ヘッド本体13の長手方向の一部を示しており、実際の液体吐出ヘッド13は、図2の左右の方向に長い。また、図3では内部の流路を示すのに、見易さのために通常は鎖線で示す部分を通所の線で示しており、さらに液体の通る流路以外の構造は省略してある。
The liquid
第1の流路部材4は、一方の主面に開口している複数の液体加圧室10を有している。液体加圧室10の平面形状は、角部にアールが施された四角形や円形である。これらの液体加圧室10は、第1の流路部材4の上面における圧電アクチュエータユニット21に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。また、各液体加圧室10の開口は、第1の流路部材4の一方の主面に圧電アクチュエータユニット21が接着されることで閉塞されている。
The first flow path member 4 has a plurality of
液体加圧室10の底には液体吐出孔8が備えられている。液体吐出孔8は、第1の流路部材4の長手方向に平行な仮想直線L1に対して直交するように液体吐出孔8を投影すると、図2に示した仮想直線L1に1200dpiの間隔で投影される。
A
圧電アクチュエータユニット20の上面における各液体加圧室10に対向する位置には後述する個別電極35がそれぞれ形成されている。個別電極35は液体加圧室10より一回り小さく、液体加圧室10とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット20の上面における液体加圧室10と対向する領域内に収まるように配置されている。
また、これらの液体吐出孔8は、第1の流路部材4の下面側における圧電アクチュエータユニット20と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔8は、1つの群として圧電アクチュエータユニット21とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット21の変位素子50を変位させることにより液体吐出孔8から液滴が吐出できる。
Further, these liquid discharge holes 8 are disposed in a region facing the piezoelectric actuator unit 20 on the lower surface side of the first flow path member 4. These liquid discharge holes 8 occupy an area having almost the same size and shape as the
第1の流路部材の一方の第1の主面には、複数の液体導入室15が開口している。1つの液体導入室15は複数のしぼり12を介して複数の液体加圧室10に繋がっている。しぼり12は、液体導入室15と液体加圧室10との間の液体の移動、圧力波の伝播を制限するものである。後述の引き打ちの吐出方法では、しぼり12により圧力波が反射される。また、上述の構造をとることにより、液体吐出孔8からしぼり12までの距離を近くすることができ、これにより後述のALが短くなるため、液体を吐出させる駆動周波数を高くすることができる。
A plurality of
液体導入室15に対して、その液体導入室15に繋がっている液体加圧室10が略回転対称の位置に配置されることにより、液体導入室15と液体加圧室10とを効率よく配置できるとともに、各液体加圧室10の周囲の構造が近似するため、液体吐出特性のばらつきが生じ難い。なお、図2で液体導入室15と液体加圧室10を繋ぐ流路全体がしぼり12となっているが、液体導入室15と液体加圧室10を繋ぐ流路の一部がさらにせまくなっていて、そのせまくなっている部分がしぼりとして働くようにしてもよい。しぼり12せまくなっている部分の形状は基本的に設計上の同一の形状とされるが、そのような条件のもとで、液体導入室15と液体加圧室10とを効率よく配置でするためには、液体加圧
室10を、液体導入室15を中心とする同心円上に設けるようにすればよい。また、一つの液体導入室15とその液体導入室13に繋がっている複数の液体加圧室10とからなるユニットがマトリックス状に配置されていることにより、効率的な配置になるとともに、それぞれのユニットの周囲の構造が近似するため、液体吐出特性にばらつきが生じ難い。
The
また、液体吐出孔8は、液体吐出孔8を仮想直線L1に対して仮想直線L1に直交するように投影する時、仮想直線L1上で等間隔になるように配置されているとともに、仮想直線L1上で隣接する位置に投影される液体吐出孔8に繋がっている液体加圧室8は、隣接していないことにより、記録媒体上に主走査方向に隣接して記録される画素が、第1の流路部材4を介して振動の伝わる隣接した液体加圧室10から吐出されたものでないため、構造クロストークの影響を受け難いので、記録精度が向上する。
The liquid ejection holes 8 are arranged at equal intervals on the virtual straight line L1 when the liquid ejection holes 8 are projected so as to be orthogonal to the virtual straight line L1 with respect to the virtual straight line L1. Since the
さらに、液体吐出孔8は、液体吐出孔8を仮想直線L1に対して仮想直線L1に直交するように投影する時、仮想直線L1上で等間隔になるように配置されているとともに、仮想直線L1上で隣接する位置に投影される液体吐出孔8に繋がっている液体加圧室10は、同じ前記液体導入室15に繋がっていないことにより、記録媒体上に主走査方向に隣接して記録される画素が、液体導入室15を介した流体クロストークの影響を受け難いので、記録精度を向上させることができる。
Further, the liquid ejection holes 8 are arranged at equal intervals on the virtual straight line L1 when the liquid ejection holes 8 are projected so as to be orthogonal to the virtual straight line L1 with respect to the virtual straight line L1. Since the
またさらに、液体導入室15に繋がっているしぼり12の開口が、互いに対向していないことにより、しぼり12から伝わる圧力波が直接的に他のしぼり12に入り難くなるので、より流体クロストークを抑制でき、記録精度を向上させることができる。なお、しぼり12の開口が互いに対向していないとは、図6(b)に示すようにしぼり12の開口を延長した部分に他のしぼりの開口がないことを表す。
Furthermore, since the openings of the
第2の流路部材40の内部にはマニホールド5が形成されている。マニホールド5は、液体導入室15に繋がれており、外部から供給される液体を液体加圧室に供給する。マニホールド5と液体導入室15とは圧電アクチュエータ21の貫通孔30を介して接続されている。複数の液体加圧室10に繋がっている流路が液体導入室15に集まってから、マニホールド5に繋がる構造にすることにより、圧電アクチュエータ21に開ける貫通孔30を少なくでき、圧電アクチュエータ21が面積効率よく使用できる。
A
液体吐出ヘッド本体13に含まれる第1の流路部材4は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、第1の流路部材4の上面から順に、プレート22、23、24、25、26である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して液体導入室15、しぼり12、液体加圧室10および液体吐出孔8を構成するように、位置合わせして積層されている。プレート22〜26および第2のプレートの厚さは10〜1000μm程度である。
The first flow path member 4 included in the liquid
第2の流路部材は、例えばプラスチックで形成される。第2の流路部材本体42に蓋41を接合してあり、内部には圧電アクチュエータに電圧を供給する電極45が通っており、この電極45は外部のFPC(Flexible Printed Circuit)などの接続基板60の電極60aに接続される。また、第2の流路部材には、変位素子50、あるいは液体加圧室10とほぼ同じ平面形状の空間47が設けられており、変位素子50が変位できるようになっている。
The second flow path member is made of, for example, plastic. A
圧電アクチュエータユニット21は、図3に示されるように、2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層21a、21bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット21全体の厚さは40μm程度である。圧電セラミック層21a、21bのいずれの層も複数の液体
加圧室10を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層21a、21bは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなる。
As shown in FIG. 3, the
圧電アクチュエータユニット21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極34およびとAu系などの金属材料からなる個別電極35を有している。個別電極35は、圧電アクチュエータユニット201上面における液体加圧室10と対向する位置に配置されている。個別電極35の一端は、液体加圧室10と対向する領域外に引き出されて接続電極が形成されている。この接続電極は、電極45、接続基板60を介して、最終的には、電気的に制御部100に接続される。詳細は後述するが、個別電極35には、制御部100から駆動信号が供給される。
The
共通電極34は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。ただし、貫通孔30の内部を液体が直接流れるような構造にする際には、貫通孔30の内壁に共通電極34が露出しないようにすれば、液体が共通電極34を伝わって浸入したり、浸入した液体により共通電極34と個別電極35との間の圧電セラミック層21bの絶縁性が劣化することを抑制できる。
The
図3に示されるように、共通電極34と個別電極35とは、最上層の圧電セラミック層21bのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層21bにおける個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット21においては、最上層の圧電セラミック層20bのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック21aは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット21はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
As shown in FIG. 3, the
なお、後述のように、個別電極35に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極35に対応する液体加圧室10内の液体に圧力が加えられる。これによって、対応する液体吐出口8から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット20における各液体加圧室10に対向する部分は、各液体加圧室10および液体吐出口8に対応する個別の変位素子50に相当する。つまり、2枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図3に示されているような構造を単位構造とする圧電アクチュエータである変位素子50が液体加圧室10毎に、液体加圧室10の直上に位置する振動板21a、共通電極34、圧電セラミック層21b、個別電極35により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット20には加圧部である変位素子50が複数含まれている。なお、本実施形態において1回の吐出動作によって液体吐出口8から吐出される液体の量は1〜10pl(ピコリットル)程度である。
As will be described later, when a predetermined drive signal is selectively supplied to the
本実施の形態における実際の駆動手順は、予め個別電極35を共通電極34より高い電位とする第1の電圧V1V(ボルト、以下で省略することがある)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極35を共通電極34とを一旦、第1の電圧V1よりも低い第2の電圧を加えて低電位、例えば同じ電位にし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極35が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層20a、bが元の形状に戻り、液体加圧室10の容積が初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加する。このとき、液体加圧室10内に負圧が与えられ、液体がマニホールド5側から液体加圧室10内に吸い込まれる。その後再び個別電極35を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層20a、bが液体加圧室10側へ凸となるように変形し、液体加圧室10の容積減少により液体加圧室10内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極35に供給することになる。このパルス幅は、液体加圧室10内において圧力波がしぼり12から液体吐出孔8まで伝播する時間長さであるAL(Acoustic Lengt
h)が理想的である。これによると、液体加圧室10内部が負圧状態から正圧状態に反転
するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
The actual driving procedure in the present embodiment is such that the first electrode V1V (volt, which may be omitted hereinafter) is set in advance so that the
h) is ideal. According to this, when the inside of the
プリンタ1において、印刷速度を速くするには、駆動信号を与える周期を短くする必要がある。一方、上述のような引き打ちで吐出する場合、駆動信号のパルス幅は、ALに近い値にされる。また、吐出動作が終了した後には、流路内に残留振動が残るが、駆動信号を与える周期が短くなると、この残留振動の影響が大きくなり、吐出特性を変動させることになる。残留振動の周期もALになるため、高速印刷を行なうには、ALを短くすることが必要である。上述のような構造によれば、しぼり12から液体吐出孔8までの距離を短くする設計が可能であり、高速印刷に向いた液体吐出ヘッドの設計が可能である。
In the
また、階調印刷においては、液体吐出孔8から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量(体積)で階調表現が行われる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する液体吐出孔8から連続して行なう。一般に、液体吐出を連続して行なう場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をALとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。なお、この場合後から吐出される液滴の速度が速くなると考えられるが、その方が複数の液滴の着弾点が近くなり好ましい。
In gradation printing, gradation expression is performed by the number of droplets ejected continuously from the liquid ejection holes 8, that is, the droplet amount (volume) adjusted by the number of droplet ejections. For this reason, the number of droplet discharges corresponding to the specified gradation expression is continuously performed from the
なお、本実施例では、加圧部として圧電変形を用いた変位素子50を示したが、これに限られるものでなく、液体加圧室10中の液体を加圧できるものなら他のものでよく、例えば、液体加圧室10中の液体を加熱して沸騰させて圧力を生じさせるものや、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いたものでもよい。
In this embodiment, the
図4は本発明の他の液体吐出ヘッドの部分縦断面図である。基本的な構成は図3に示したものと同様であるが、第2の流路部材240は、第2の流路部材本体242にFPCである接続基板260が蓋として接合されている。このようにすることにより液体吐出ヘッド本体213の組み立てが容易になる。
FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view of another liquid discharge head of the present invention. Although the basic configuration is the same as that shown in FIG. 3, the second
図5は本発明の他の液体吐出ヘッドの部分縦断面図である。図2で示した液体吐出ヘッド本体13と比較すると、次の点で異なる。なお、これらの異なる点は、第2で示した液体吐出ヘッド本体13に個別に適応することもできる。
FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view of another liquid discharge head of the present invention. Compared with the liquid discharge head
まず第1に、第2の流路部材340が第1の流路部材304と直接接続しておりマニホールド305の開口が液体導入室315に直接接続されている。圧電クチュエータユニット321の貫通孔330には第2の流路部材が入り込んでおり、液体は貫通孔330に接触しないようになっているので、圧電クチュエータユニット321が断面からの液体の影響を受けるのを抑制できる。なお、貫通孔330に入り込むのが第1の流路部材304であってもかまわない。
First, the second
第2に、FPCである接続基板360が第1の流路部材304と第2の流路部材340の間に配置されている。これにより、圧電アクチュエータユニット321と接続基板360との接続が容易になる。圧電アクチュエータユニット321の個別電極35と接続基板360の電極360aとは、接続電極345で接続されている。図ではこれらは接続されていないが、この断面以外の部分で接続されている。
Second, a
第3に、液体導入室315に繋がっている複数のしぼり312の開口が同一方向に向かって開口してことである。これにより、しぼり12から伝わる圧力波が直接的に他のしぼ
り312に入り難くなるので、流体クロストークを抑制でき、記録精度を向上させることができる。これは、別の言い方をすれば液体導入室315に繋がっている複数のしぼり312の開口が、同一平面に開口していることにより、流体クロストークの影響を受け難くなるということである。
Thirdly, the openings of the plurality of
図6は本発明の他の液体吐出ヘッドの部分縦断面図である。図2で示した液体吐出ヘッド同様に、実際は図の左右方向に長い液体吐出ヘッド一部である。 FIG. 6 is a partial longitudinal sectional view of another liquid discharge head of the present invention. Similar to the liquid discharge head shown in FIG. 2, it is actually a part of the liquid discharge head that is long in the left-right direction in the drawing.
液体導入孔415に対して、この液体導入孔415に繋がっている液体加圧室410は、同心円上に90度ずつ回転させた位置に配置されている。1つの液体導入孔415とこの液体導入孔415に繋がっている液体加圧室410とで構成されたユニットは、長辺に方向に対して斜めにされ、そのユニットがマトリックス状に配置されている。このようにすることにより面積効率が向上する。この配置は別の言い方をすれば、液体導入孔415の含まれる液体導入室領域418と液体加圧室410とが合わさってマトリックス状の配置をしている。また、個別電極435から液体加圧室410の外に引き出されている接続電極435bを、液体導入室領域418に設けることに、各構造を効率的に配置できる。さらに、個別電極435の直下に共通電極が設けられている場合には、この部分で発生する圧電変形の影響が少なくなるように、各構造を離して配置できるので、後続ロストークをより抑制できる。
With respect to the
なお、液体吐出孔408は、仮想直線L4に直交するように投影された時等間隔になっている。 The liquid discharge holes 408 are equally spaced when projected so as to be orthogonal to the virtual straight line L4.
図7は本発明の他の液体吐出ヘッドの部分縦断面図である。図2で示した液体吐出ヘッド同様に、実際は図の左右方向に長い液体吐出ヘッド一部である。液体導入孔515に対して、この液体導入孔515に繋がっている液体加圧室510は、同心円上に60度ずつ回転させた位置に配置されている。1つの液体導入孔515とこの液体導入孔515に繋がっている液体加圧室510とで構成されたユニットは、長辺に方向に対して斜めにされ、そのユニットがマトリックス状に配置されている。
FIG. 7 is a partial longitudinal sectional view of another liquid discharge head of the present invention. Similar to the liquid discharge head shown in FIG. 2, it is actually a part of the liquid discharge head that is long in the left-right direction in the drawing. With respect to the
なお、液体吐出孔508は、仮想直線L5に直交するように投影された時等間隔になっている。 The liquid discharge holes 508 are equally spaced when projected so as to be orthogonal to the virtual straight line L5.
1・・・プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
4、204、304・・・第1の流路部材
5、205、305・・・マニホールド
8、208、308、408、508・・・液体吐出孔
10、210、310、410、510・・・液体加圧室
12、212、312、412、512・・・しぼり
13、213、313、413、513・・・液体吐出ヘッド本体
15、215、315、415、515・・・液体導入室
21、212、312・・・圧電アクチュエータユニット
21a、212a、312a・・・圧電セラミック層(振動板)
21b、212b、312b・・・圧電セラミック層
22〜26、222〜226、322〜326・・・プレート
30、230、330・・・圧電アクチュエータユニットの貫通孔
34、234、334・・・共通電極
35、235、335・・・個別電極
435b・・・接続電極
36・・・接続電極
40、240、340・・・第2の流路部材
45、245、345・・・電極
47、247・・・空間
50、250、350・・・変位素子(加圧部)
60、260、350・・・接続基板
60a、260a、360a・・・接続基板の電極
L1、L4、L5・・・仮想直線
DESCRIPTION OF
21b, 212b, 312b ... Piezoelectric ceramic layers 22-26, 222-226, 322-326 ...
60, 260, 350:
Claims (9)
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