JP2015150881A - Liquid discharge head and recording device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head and a recording apparatus using the same.
従来、印刷用ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なうインクジェットヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えば、液体を吐出する吐出孔と、吐出孔から液体が吐出されるように液体が加圧される加圧室と、加圧室に液体を供給する共通流路とを備えたものが知られている。また、共通流路および加圧室内の液体が滞留することで流路のつまり等が生じ難いように、吐出を行なわないときにも、共通流路および加圧室内の液体が流れるように、外部も含めて液体を循環させることが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。引用文献1の液体吐出ヘッドでは、共通流路から加圧室に入った液体は、同じ共通流路に戻るようになっている。
Conventionally, as a print head, for example, an ink jet head that performs various types of printing by discharging a liquid onto a recording medium is known. The liquid discharge head includes, for example, a discharge hole for discharging a liquid, a pressurization chamber in which the liquid is pressurized so that the liquid is discharged from the discharge hole, and a common flow path for supplying the liquid to the pressurization chamber. Is known. Further, the liquid in the common flow path and the pressurizing chamber is less likely to be clogged due to the liquid remaining in the common flow path and the pressurizing chamber. It is known that the liquid is circulated including the gas (see, for example, Patent Document 1). In the liquid discharge head of the cited
特許文献1に記載されているような液体吐出ヘッドでは、加圧室を通り抜ける液体は、共通流路から供給され、同じ共通流路に戻るため、加圧室を通り抜ける液体の量が制御し難いという問題があった。他方、加圧室に液体を供給する共通流路と加圧室から液体を排出する共通流路を別の流路にすると、共通流路の数が増えるので、限られた面積内に共通流路および加圧室を配置するのが難しいという問題があった。
In the liquid discharge head as described in
したがって、本発明の目的は、流路を面積効率良く配置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 arranging flow paths with an area efficiency and a recording apparatus using the same.
本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、複数の第1共通供給流路、および複数の第1共通回収流路を有している平板状の流路部材と、前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを備えている液体吐出ヘッドであって、前記流路部材を平面視したとき、前記複数の第1共通供給流路と、前記複数の第1共通回収流路とは第1方向に沿って伸びているとともに、前記第1方向と交差する方向である第2方向に交互に配置されており、1つの前記第1共通供給流路の両側に、当該第1共通供給流路に沿って複数の前記加圧室が並んでいるとともに、当該第1共通供給流路と、当該第1共通供給流路に沿って並んでいる複数の前記加圧室とは、それぞれ複数の第1流路を介して繋がっており、1つの前記第1共通回収流路の両側に、当該第1共通回収流路に沿って複数の前記加圧室が並んでいるとともに、当該第1共通回収流路と、当該第1共通回収流路に沿って並んでいる複数の前記加圧室とは、それぞれ複数の第2流路を介して繋がっており、前記複数の加圧室は、それぞれ前記複数の第1流路を介して、前記複数の第1共通供給流路のうちのいずれかに繋がっているとともに、それぞれ前記複数の第2流路を介して、前記複数の第1共通回収流路のうちのいずれかに繋がっていることを特徴とする。 The liquid discharge head of the present invention has a plurality of discharge holes, a plurality of pressurizing chambers connected to the plurality of discharge holes, a plurality of first common supply channels, and a plurality of first common recovery channels. And a plurality of pressurizing units that pressurize the liquid in the plurality of pressurizing chambers, respectively, and when the channel member is viewed in plan view, The plurality of first common supply channels and the plurality of first common recovery channels extend along a first direction and are alternately arranged in a second direction that intersects the first direction. A plurality of pressurizing chambers are arranged along the first common supply channel on both sides of the first common supply channel, the first common supply channel, and the first common supply channel. The plurality of pressurizing chambers arranged along the common supply flow path are each a plurality of first flow paths. A plurality of pressurizing chambers are arranged along the first common recovery channel on both sides of the one first common recovery channel, and the first common recovery channel, The plurality of pressurizing chambers arranged along the first common recovery channel are connected to each other via a plurality of second channels, and the plurality of pressurizing chambers are respectively connected to the plurality of first chambers. And connected to any one of the plurality of first common supply flow paths via the flow path, and each of the plurality of first common recovery flow paths via the plurality of second flow paths. It is connected to either.
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、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする
。
The recording apparatus of the 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 liquid discharge head.
本発明の液体吐出ヘッドによれば、第1共通供給流路および第2共通供給流路が、それぞれ流路の両側にある加圧室と繋がっているため、第2方向に並んでいる第1共通供給流路および第2共通供給流路の数を少なくすることができる。 According to the liquid ejection head of the present invention, the first common supply channel and the second common supply channel are connected to the pressurizing chambers on both sides of the channel, respectively. The number of common supply channels and second common supply channels can be reduced.
図1(a)は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド2を含む記録装置である(カラーインクジェット)プリンタ1の概略の側面図であり、図1(b)は、概略の平面図である。プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pを搬送ローラ80aから搬送ローラ80bへと搬送することにより、印刷用紙Pを液体吐出ヘッド2に対して相対的に移動させる。制御部88は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド2を制御して、記録媒体Pに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Pに液滴を着弾させて、印刷用紙Pに印刷などの記録を行なう。
FIG. 1A is a schematic side view of a (color inkjet)
本実施形態では、液体吐出ヘッド2はプリンタ1に対して固定されており、プリンタ1はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド2を、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Pの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。
In the present embodiment, the
プリンタ1には、印刷用紙Pとほぼ平行するように平板状の(ヘッド搭載)フレーム70が固定されている。フレーム70には図示しない20個の孔が設けられており、20個の液体吐出ヘッド2がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド2の、液体を吐出する部位が印刷用紙Pに面するようになっている。液体吐出ヘッド2と印刷用紙Pとの間の距離は、例えば0.5〜20mm程度とされる。5つの液体吐出ヘッド2は、1つのヘッド群72を構成しており、プリンタ1は、4つのヘッド群72を有している。
A flat plate (head mounting)
液体吐出ヘッド2は、図1(a)の手前から奥へ向かう方向、図1(b)の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。1つのヘッド群72内において、3つの液体吐出ヘッド2は、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の2つの液体吐出ヘッド2は搬送方向に沿ってずれた位置で、3つ液体吐出ヘッド2の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド2は、各液体吐出ヘッド2で印刷可能な範囲が、印刷用紙Pの幅方向に(印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向に)繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Pの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。
The
4つのヘッド群72は、記録用紙Pの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド2には、図示しない液体タンクから液体(インク)が供給される。1つのヘッド群7
2に属する液体吐出ヘッド2には、同じ色のインクが供給されるようになっており、4つのヘッド群で4色のインクが印刷できる。各ヘッド群72から吐出されるインクの色は、例えば、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。このようなインクを、制御部88で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。
The four
The
プリンタ1に搭載される液体吐出ヘッド2の個数は、単色で、1つの液体吐出ヘッド2で印刷可能な範囲を印刷するのなら1つでもよい。ヘッドの群72に含まれる液体吐出ヘッド2の個数や、ヘッド群72の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッドの群72の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群72を複数配置して、搬送方向に交互に印刷することで、印刷速度(搬送速度)を速くすることができる。また、同色で印刷するヘッド群72を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Pの幅方向の解像度を高くしてもよい。
The number of
さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Pの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。 Further, in addition to printing colored inks, a liquid such as a coating agent may be printed for surface treatment of the printing paper P.
プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pに印刷を行なう。印刷用紙Pは、給紙ローラ80aに巻き取られた状態になっており、2つのガイドローラ82aの間を通った後、フレーム70に搭載されている液体吐出ヘッド2の下側を通り、その後2つの搬送ローラ82bの間を通り、最終的に回収ローラ80bに回収される。印刷する際には、搬送ローラ82bを回転させることで印刷用紙Pは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド2によって印刷される。回収ローラ80bは、搬送ローラ82bから送り出された印刷用紙Pを巻き取る。搬送速度は、例えば、50m/分とされる。各ローラは、制御部88によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。
The
記録媒体は、印刷用紙P以外に、布などでもよい。また、プリンタ1を、印刷用紙Pの代わりに搬送ベルトを搬送する形態にし、記録媒体は、ロール状のもの以外に、搬送ベルト上に置かれた、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどにしてもよい。さらに、液体吐出ヘッド2から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド2から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。
In addition to the printing paper P, the recording medium may be a cloth or the like. In addition, the
また、プリンタ1に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付け、制御部88が、各センサからの情報から分かるプリンタ1各部の状態に応じて、プリンタ1の各部を制御してもよい。特に、液体吐出ヘッド2から吐出される液体の吐出特性(吐出量や吐出速度など)が外部の影響を受けるようであれば、液体吐出ヘッド2の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド2に加えている圧力に応じて、液体吐出ヘッド2において液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。
In addition, a position sensor, a speed sensor, a temperature sensor, and the like may be attached to the
次に、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド2について説明する。図2(a)は、図1に示された液体吐出ヘッド2の要部であるヘッド本体2aを示す平面図である。図2(b)は、ヘッド本体2aから第2流路部材6を除いた状態の平面図である。図3および図4は、図2(b)の拡大平面図である。図5(a)は、図4のV−V線に沿った縦断面図であり、図5(b)は、ヘッド本体2の、第1共通供給流路20の開口20a付近における、第1共通供給流路20に沿った部分縦断面図である。図2〜4では、図面を分かり易くするために、他のものの下方にあって破線で描くべき流路などを実線で描いている。また、図2(a)では、第1流路部材4内の流路については、ほとんど省略し、加圧室10の配置のみを示している。
Next, the
液体吐出ヘッド2は、ヘッド本体2a以外に、金属製の筐体や、ドライバIC、配線基板などを含んでいてもよい。また、ヘッド本体2aは、第1流路部材4と、第1流路部材4に液体を供給する第2流路部材6と、加圧部である変位素子50が作り込まれている圧電アクチュエータ基板40とを含んでいる。ヘッド本体2aは、一方方向に長い平板形状を有しており、その方向を長手方向と言うことがある。
In addition to the head main body 2a, the
ヘッド本体2aを構成する第1流路部材4は、平板状の形状を有しており、その厚さは0.5〜2mm程度である。第1流路部材4の第1の主面である加圧室面4−1には、加圧室10が平面方向に多数並んで配置されている。第1流路部材4の第2の主面である吐出孔面4−2には、液体が吐出される吐出孔8が平面方向に多数並んで配置されている。吐出孔8は加圧室10と繋がっている。
The first
第1流路部材4には、複数の第1共通供給流路(以下で第1供給流路と言うことがある)20および複数の第1共通回収流路(以下で第1回収流路と言うことがある)24が、第1方向に沿って伸びるように配置されている。また、第1供給流路20と第1回収流路24とは、第1方向と交差する方向である第2方向に交互に並んでいる。
The
第1供給流路20の両側に沿って加圧室10が並んでおり、片側1列ずつ、合計2列の加圧室列11Aを構成している。第1供給流路20とその両側に並んでいる加圧室10とは、個別供給流路である第1流路12を介して繋がっている。
The pressurizing
第1回収流路24の両側に沿って加圧室10が並んでおり、片側1列ずつ、合計2列の加圧室列11Aを構成している。第1回収流路22とその両側に並んでいる加圧室10とは、個別回収流路である第2流路14を介して繋がっている。
The pressurizing
以上のような構成により、第1流路部材4においては、第1供給流路20に供給された液体は、第1供給流路20に沿って並んでいる加圧室10に流れ込み、一部の液体は吐出孔8から吐出され、他の一部の液体は、加圧室10に対して、第1供給流路20と反対側に位置している第1回収流路24に流れ込み、第1流路部材4から外部に排出される。
With the configuration described above, in the first
第1供給流路20の両側に第1回収流路24が、第1回収流路24の両側に第1供給流路20が配置されていることにより、1つの加圧室列11Aに対して、1つの第1供給流路20および1つの第1回収流路24が繋がっており、別の加圧室列11Aに対して、別の第1供給流路20および別の第1回収流路24が繋がっている場合と比較して、第1供給流路20および第1回収流路24の数を約半分位できるので好ましい。第1供給流路20および第1回収流路24の数が少なくて済む分、加圧室10の数を増やして高解像度化したり、第1供給流路20や第1回収流路24を太くして、吐出孔8からの吐出特性の差を小さくしたり、ヘッド本体2aの平面方向の大きさを小さくすることができる。
By arranging the
第1供給流路20に繋がっている第1流路12の第1供給流路20側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第1供給流路20内の第1流路12の位置により変わる。第1回収流路24に繋がっている第2流路14側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第1回収流路24内の第2流路14の位置により変わる。第1供給流路20の外部への開口20aを第1方向の一方の端部に配置し、第1回収流路24の外部への開口24aを第1方向の他方の端部に配置すれば、各第1流路12および各第2流路14の配置による圧力の差が打ち消されるように作用し、各吐出孔8に加わる圧力の差を小さくできる。なお、第1供給流路20の開口20a、および第1回収流路24の開口24aはともに、加圧室面4−1に開口している。
The pressure applied to the portion of the
吐出しない状態では、吐出孔8には液体のメニスカスが保持されている。吐出孔8において液体の圧力が負圧(液体を第1流路部材4に引き込もうとする状態)になっていることで、液体の表面張力とつり合ってメニスカスが保持できる。正圧が大きくなれば、液体はあふれ出し、負圧が大きくなれば、液体が第1流路部材4内に引き込まれてしまい、液体が吐出可能な状態を維持できない。そのため、第1供給流路20から第1回収流路24に液体を流した際における、吐出孔8での液体の圧力の差が大きくなり過ぎないようにする必要がある。
In the state of not discharging, a liquid meniscus is held in the
加圧室10は、加圧室面4−1に面して配置されており、変位素子50からの圧力を受ける加圧室本体10aと、加圧室本体10aの下から吐出孔面4−2に開口している吐出孔8に繋がる部分流路(ディセンダ)10bを含んだ中空の領域である。加圧室本体10aは、直円柱形状であり、平面形状は円形状である。平面形状が円形状であることにより変位素子50が同じ力で変形させた場合の変位量、および変位により生じる加圧室10の体積変化を大きくできる。ディセンダ10bは、直径が加圧室本体10aより小さい直円柱形状であり、平面形状は円形状である。また、ディセンダ10bは、加圧室面4−1から見たときに、加圧室本体10a内に納まる位置に配置されている。ディセンダ10bは、吐出孔8側に向かって断面積の小さくなる円錐形状や台形円錐形状でもよい。ディセンダ10bの平面形状が加圧室本体10aより小さくなっているので、その分、第1供給流路20および第1回収流路24の幅を大きくでき、上述の圧力損失の差を小さくできる。
The pressurizing
複数ある加圧室10は、第1方向に沿った複数の加圧室列11Aを構成しているとともに、第1方向と交差する方向である第2方向に沿った複数の加圧室行11Bを構成している。各吐出孔8は、対応する加圧室10の中心に位置している。複数ある吐出孔8も、加圧室1おと同様に、第1方向に沿った複数の吐出孔列9Aを構成しているとともに、第2方向に沿った複数の吐出孔行9Bを構成している。
The plurality of pressurizing
本実施形態では、第1供給流路20は50本、第2供給流路24は51本であり、加圧室列11Aおよび吐出孔列9Aは100列ある。1つの加圧室列11Aには、16個の加圧室10が含まれており、1つの吐出孔列9Aには、16個の吐出孔8が含まれている。つまり、加圧室行11Bは、16行あり、吐出孔行9Bは、16行ある。
In the present embodiment, there are 50
なお、隣り合う加圧室列11Aにおいて、加圧室10を第1方向にずらして千鳥状に配置すれば、隣り合う加圧室列11Aに属する加圧室10の距離を大きくできるので好ましい。その場合、加圧室行11Bは、32行あり、吐出孔行9Bは、32行になる。
In the adjacent
第1方向と第2方向(ヘッド本体2aの長手方向)とが成す角度は直角からずれている。このため、第1方向に沿って配置されている吐出孔列9Aに属する吐出孔8同士は、その直角からのずれの分、第2方向にずれて配置される。そして、吐出孔列9Aが第2方向に並んで配置されるので、異なる吐出孔列9Aに属する吐出孔8は、その分、第2方向にずれて配置される。これらが合わさって、第1流路部材4の吐出孔8は、第2方向に一定間隔で並んで配置されており、これにより、吐出した液体により形成される画素で所定の範囲を埋めるように印刷ができる。
The angle formed by the first direction and the second direction (the longitudinal direction of the head body 2a) is deviated from a right angle. For this reason, the ejection holes 8 belonging to the
図3において、吐出孔8を第2方向と直交する方向に投影すると、仮想直線Rの範囲に32個の吐出孔8が投影され、仮想直線R内で各吐出孔8は360dpiの間隔に並ぶ。これにより、仮想直線Rに直交する方向に印刷用紙Pを搬送して印刷すれば、360dpiの解像度で印刷できる。仮想直線R内に投影される吐出孔8は、1列の吐出孔列9Aに属する吐出孔8すべて(16個)と、その吐出孔列9Aの両隣に位置する2つの吐出孔列9Aに属する吐出孔8半分(8個)ずつである。各吐出孔行9Bでは、吐出孔8は、22.5dpiの間隔で並んでいる。
In FIG. 3, when the discharge holes 8 are projected in a direction orthogonal to the second direction, 32
1つの吐出孔列9Aに属する吐出孔8の配置は、第1方向に沿って完全に一直線上に配置すれば、上述のように所定範囲を埋め尽くすように印刷が可能である。ただし、そのように配置した場合に、プリンタ1に液体吐出ヘッド2を設置する際に生じる第2方向と搬送方向とにずれが、印刷精度に与える影響が大きくなる。そのため、上述の一直線上の吐出孔8の配置から、隣り合う吐出孔列9Aの間で、吐出孔8を入れ替えて配置するのが好ましい。本実施形態では、吐出孔8を4個の組にして入れ替えている。そのため、1つの吐出孔列9Aにおいて、第1方向の一端側から4つの吐出孔8が、一直線上に配置されており、続く8個の吐出孔8が先の4つの吐出孔8が並んでいる直線とはずれた別の一直線上に配置されており、続く4個の吐出孔8が先の8つの吐出孔8が並んでいる直線とはずれた別の一直線上に配置されている。
If the discharge holes 8 belonging to one
第1供給流路20および第1回収流路24は、吐出孔8が直線上に並んでいる範囲では、直線になっており、直線がずれる吐出孔8の間で平行にずれている。このずれる箇所が、第1供給流路20および第1回収流路24において、少ないので流路抵抗が小さくなっている。また、この平行にずれる部分は、加圧室10と重ならない位置に配置されているので、加圧室10毎に吐出特性の変動を小さくできる。
The
第2方向の両端に位置する加圧室列11Bに属する加圧室10は、ダミー加圧室である。ダミー加圧室に対する、第2方向の端側には第1供給流路20もしくは第1回収流路24が設けられる。配置される流路は、ダミー加圧室に対して第2方向の中央側に配置されているのが第1回収流路24であれば、第1供給流路20となり、ダミー加圧室に対して第2方向の中央側に配置されているのが第1供給流路20であれば、第1回収流路24となる。ダミー加圧室も、通常の加圧室10と同様に、第1流路を介して第1供給流路20と繋がっており、第2流路を介して第1回収流路24と繋がっている。
The pressurizing
第2方向の端に位置する共通流路(第1共通供給流路20および第1共通回収流路24のどちらであっても)は、供給もしくは回収する加圧室列11Aが1列になり、そのためその1列の加圧室列11Aに属する加圧室10からの吐出の吐出特性が、他の加圧室10からの吐出特性に対して変動するおそれがある。そこでその加圧室列11Aに属する加圧室10は、印刷に使わないダミー加圧室とする。ダミー加圧室は、基本的な形状は通常の加圧室10と同じであり、吐出孔面4−2側に吐出孔8を配置しなくてもよいし、してもよい。
The common flow path (either the first common
上述のように、第2方向の両端に位置する加圧室列11Aに属する加圧室10をダミー加圧室とすれば、第2方向の両端から2番に位置する加圧室列11Aに属する加圧室10に液体を供給する第1供給流路20が他の通常の第1供給流路20と同様に、2列の加圧室列11Aに液体を供給するものになり、第2方向の両端から2番に位置する加圧室列11Aに属する加圧室10の液体を回収する第1回収流路24が他の通常の第1回収流路24と同様に、2列の加圧室列11Aの液体を回収するものになるので、吐出特性の差が生じ難くなる。
As described above, if the pressurizing
第2方向の端から2番目に位置する吐出孔列9Aに属する吐出孔8のうち、第2方向の端に近い8個の吐出孔8は、第2方向の関する間隔が360dpiとなっていないので、その位置には吐出孔8を設けず、対応する位置にある加圧室10をダミー加圧室としてもよい。
Among the discharge holes 8 belonging to the
第2流路部材6は、第1流路部材4の加圧室面4−1に接合されており、第1供給流路に液体を供給する第2共通供給流路(以下で、第2供給流路と言うことがある)22と、第1回収流路の液体を回収する第2共通回収流路(以下で、第2回収流路と言うことがあ
る)26とを有している。第2流路部材6は、第1流路部材4よりも厚く、5〜30mm低程度の厚さである。
The second flow path member 6 is joined to the pressurizing chamber surface 4-1 of the first
第2流路部材6は、第1流路部材4の加圧室面4−1の圧電アクチュエータ基板40が接続されていない領域で接合されている。より具体的には、圧電アクチュエータ基板40を囲むように接合されている。このようにすることで、圧電アクチュエータ40基板に、吐出した液体の一部がミストとなって付着するのを抑制できる。また、第1流路部材4を外周で固定することになるので、第1流路部材4が変位素子50の駆動にともなって振動し、共振などが生じるのを抑制できる。
The second flow path member 6 is joined in a region where the
また、第2流路部材には、貫通孔6cが上下に貫通している。貫通孔6cは、圧電アクチュエータ基板40を駆動する駆動信号を伝達するFPC(Flexible Printed Circuit)などの配線部材が通される。なお、貫通孔6cの第1流路部材4側は、短手方向の幅広くなっている拡幅部6c−2となっており、圧電アクチュエータ基板40から短手方向の両側に伸びる配線部材は、拡幅部6c−2で曲げられて上方に向かい、貫通孔6を抜ける。なお、拡幅部6c−2に広がる部分の凸部は、配線部材を傷つけるおそれがあるので、R形状にしておくのが好ましい。
Moreover, the through-
第2供給流路22を、第1流路部材4と別の、第1流路部材4より厚い第2流路部材6に配置することで、第2供給流路22の断面積を大きくすることができ、それにより第2供給流路22と第1供給流路20とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第2供給流路22の流路抵抗(より正確には第2供給流路22のうちで、第1供給流路20と繋がっている範囲の流路抵抗)は、第1供給流路20の1/100以下にするのが好ましい。
By disposing the
第2回収流路26を、第1流路部材4と別の、第1流路部材4より厚い第2流路部材6に配置することで、第2回収流路26の断面積を大きくすることができ、それにより第2回収流路26と第1回収流路24とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第2回収流路26の流路抵抗(より正確には第2回収流路26のうちで、第1回収流路22と繋がっている範囲の流路抵抗)は、第1回収流路24の1/100以下にするのが好ましい。
By disposing the second
第2供給流路22を第2流路部材6の短手方向の一方の端に配置し、第2回収流路26を第2流路部材6の短手方向の他方の端に配置し、それぞれの流路を該1流路部材4側に向かわせて、それぞれ第1供給流路20および第1回収流路24と繋げる構造にする。このようにすることで、第2供給流路22および第2回収流路26の断面積を大きく(つまり流路抵抗を小さく)できるともに、第2流路部材6で、第1流路部材4の外周を固定して剛性を高くし、さらに、配線部材の通る貫通孔6cを設けることができる。
The
第2流路部材6は、第2流路部材のプレート6aと6bとが積層されて構成されている。プレート6bの上面には、第2供給流路22のうち第2方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第2供給流路本体22aとなる溝と、第2回収流路26のうち第2方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第2供給流路本体26aとなる溝が配置されている。
The second flow path member 6 is configured by laminating
第2供給流路本体22aとなる溝から、下方(第1流路部材4の方向)に向かって複数の供給接続流路22bが伸びており、加圧室面4−1上に開口している第1供給流路の開口20aに繋がっている。各供給接続流路22bの間は仕切り6baで区切られている(つまり、供給接続流路22bの第1供給流路20側は分岐している)。これにより、第2流路部材6と第1流路部材との接続の剛性を高くできる。さらに、第2方向において、仕切り6baの長さは、給接続流路22bの長さより長くなっていることで、第2流路部材
6と第1流路部材との接続の剛性をより高くできる。
A plurality of
第2回収流路本体26aとなる溝から、下方(第1流路部材4の方向)に向かって複数の回収接続流路26bが伸びており、加圧室面4−1上に開口している第1回収流路の開口24aに繋がっている。各回収接続流路26bの間は仕切り6bbで区切られている(つまり、回収接続流路26bの第1回収流路24側は分岐している)。これにより、第2流路部材6と第1流路部材との接続の剛性を高くできる。さらに、第2方向において、仕切り6bbの長さは、回収続流路26bの長さより長くなっていることで、第2流路部材6と第1流路部材との接続の剛性をより高くできる。
A plurality of recovery
プレート6aには、第2供給流路22の第2の方向の両端それぞれに開口22c、22dが設けられている。プレート6aには、第2回収流路26の第2の方向の両端それぞれに開口26c、26dが設けられている。液体の入っていない液体吐出ヘッド2に液体を供給するとき、第2供給流路22内の液体が外部に排出され易いように、一方の開口(例えば開口22c)から液体を供給し、第1流路部材4に液体を供給するとともに、空気および溢れた液体を他の開口(例えば22d)から排出することで、第1流路部材4に気体が入り込み難くできる。第2回収流路26についても同様に、一方の開口(例えば開口26c)から、他方の開口(例えば開口26d)から排出するようにすればよい。
The
印刷をする際には、液体の供給および回収にはいくつかの方法がある。一つは、第2供給流路22に供給した液体のすべてが、第1流路部材4に入り、さらに第2回収流路26入って外部に排出される。この際、第2回収流路26へは外部から液体は供給されない。この場合さらに、2つの開口22c、22dから液体を供給し、2つの開口26c、26dから回収する方法と、開口22c、22dのどちらか一方から液体を供給し、他方は閉じておき、開口26c、26dのどちらか一方から液体を回収し、他方は閉じておく方法があり、さらに、この2つの組み合わせを逆にした方法がある。圧力損失による圧力の差を小さくするには、2つの開口から供給し、2つの開口から回収するのが好ましいが、液体を給排するチューブの接続は圧力の制御が煩雑になる。1つの開口から供給し、1つの開口から回収すると、接続や圧力の制御が簡単になる。その場合、供給と回収は、第2方向に関して反対側の位置にある開口を組にして行なえば、圧力損失の影響が相殺するようになるので好ましい。具体的には、開口22cから供給し開口26dから回収する、あるいは開口22dから供給し開口26cから回収するようにすればよい。
When printing, there are several ways to supply and recover the liquid. One is that all of the liquid supplied to the
給排の他の方法は、第2供給流路22の一方の開口(例えば22c)から液体を供給し、他方の開口(例えば22d)から回収し、第2回収流路26の一方の開口(例えば26d)から液体を供給し、他方の開口(例えば26c)から回収する。それぞれの給排の圧力を調節して、第2供給流路22の圧力が、第2回収流路26の圧力より高くなるようにすれば、第1流路部材4に液体が流れるようになる。このようにすると、各吐出孔8のメニスカスに加わる圧力の差は一番小さくなる。
Another method of supplying and discharging is to supply the liquid from one opening (for example, 22c) of the second
上述の2つの方法を組み合わせて、第2供給流路22に対して給排を行なって、第2回収流路26からは回収だけにしてもよい。逆に、第2供給流路22に対しては供給だけを行ない、第2回収流路26には給排を行なってもよい。
The above two methods may be combined to supply / discharge the second
第2供給流路22および第2回収流路26には、ダンパを設けて、液体の吐出量の変動に対して液体の供給、あるいは排出が安定するようにしてもよい。また、第2供給流路22および第2回収流路26内に、フィルタを設けることにより、異物や気泡が、第1流路部材4に入り込み難くしてもよい。
A damper may be provided in the
第1流路部材4の上面には、変位素子50を含む圧電アクチュエータ基板40が接合さ
れており、各変位素子50が加圧室10上に位置するように配置されている。圧電アクチュエータ基板40は、加圧室10によって形成された加圧室群はとほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室10の開口は、流路部材4の加圧室面4−1に圧電アクチュエータ基板40が接合されることで閉塞される。圧電アクチュエータ基板40は、ヘッド本体2aと同じ方向に長い長方形状である。また、圧電アクチュエータ基板40には、各変位素子50に信号を供給するためのFPCなどの信号伝達部が接続されている。第2流路部材には、中央で、上下に貫通している貫通孔6cがあり、信号伝達部は貫通孔6cを通して制御部88と電気的に繋がれる。信号伝達部は、圧電アクチュエータ基板の一方の長辺の端から他方の長辺の端に向かうように短手方向に伸びる形状にし、信号伝達部に配置される配線が短手方向に沿って伸び、長手方向に並ぶようにすれば、配線間の距離をとりやすくなり好ましい。
A
圧電アクチュエータ基板40の上面における各加圧室10に対向する位置には個別電極44がそれぞれ配置されている。個別電極44は、平面形状が加圧室本体10aより一回り小さく、加圧室本体10aとほぼ相似な形状を有している個別電極本体44aと、個別電極本体44aから引き出されている引出電極44bとを含んでいる。また、圧電アクチュエータ基板40の上面には、共通電極42とビアホールを介して電気的に接続されている共通電極用表面電極(不図示)が形成されている。共通電極用表面電極と共通電極42とは、圧電セラミック層21bに配置された、図示しないビアホール内の導体を通じて、電気的に接続される。
ヘッド本体2aに含まれる第1流路部材4は、流路部材本体4aとノズルプレート4bとが積層されて構成されている。ノズルプレート4bには吐出孔8が開口している。
The first
平板状の流路部材本体4aの第1主面4a−1(加圧室面4−1と同じ面)は、加圧室本体10aが形成されており、圧電アクチュエータ基板40が接合されている。流路部材本体4aの第1主面4−1の反対側の第2主面4a−2は、ノズルプレート4bが接合されている。
A
流路部材本体4aには、第1貫通孔10、第2貫通孔12、第1溝22、第2溝24および第3溝14とが形成されている。
A first through
貫通孔10は、加圧室10となるものであり、第1主面4a−1から第2主面4a−2まで貫通しており、第2主面4a−2から第1主面に向けて、断面形状が大きくなっていく形状を有している。第1溝20は、第1供給流路20となるもので、第2主面4a−2に開口している。第2溝24は、第1回収流路24となるもので、第2主面4a−2に開口している。
The through-
流路部材本体4aを平面視したとき、第1貫通孔10と、第1溝とがそれぞれ重なっている複数の重複部4aa(図3の網掛けされている部分)が存在する。重複部4aaには、第1主面4a−1側から第2主面4a−2側まで貫通する第2貫通孔(第1流路)12が存在する。
When the flow path member
第2主面4a−2には、第1貫通孔10と第2溝24とを繋いでいる、第2溝24よりも深さの浅い第3溝14が配置されている。第3溝14は第2プレートであるノズルプレート4bで塞がれることにより、加圧室10と第1回収流路24とを繋いでいる第2流路14となる。
A
以上の貫通孔、溝は、すべて、第1主面4a−1に向かって断面形状が一定な形状であるか、第1主面4a−1に向かって断面形状が大きくなっていく形状であるか、第2主面
4a−2に向かって断面形状が一定な形状か、第2主面4a−2に向かって断面形状が大きくなっていく形状であるか、のいずれかである。このような構成を有しているため流路部材本体4aは、上下に分割可能な型による一体成型が可能になっている。また、研削加工をなどにより成形する場合であっても、第1主面4a−1からあるいは第2主面4a−2から容易に加工できる形状になっているので加工し易い。
The above through-holes and grooves are all shaped so that the cross-sectional shape is constant toward the first
第1流路部材本体4aの厚さは、500μm〜2mm程度である。第1流路部材本体4aの第2主面4a−2側に、第2プレートである、厚さ10〜100μm程度のノズルプレート4bを接合する。第1流路部材本体4aの第1主面4a−1側に、第1プレートである、圧電アクチュエータ基板40を接合にする。このようにすれば、開口20aから液体を供給し、開口24aから液体を回収することで液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを構成できる。この液体吐出ヘッドには、上述したように、さらに第2流路部材6を積層してもよい。
The thickness of the first flow path member
なお、第1流路部材本体4aは、複数の金属製などのプレートを積層して構成してもよい。その場合、各流路は、エッチングなどで加工した孔や溝を組み合わせて構成される。第1流路部材本体4aは、例えば、次の6枚のプレートを積層して構成してもよい。上(加圧室面4a−1)から1番目プレートは、加圧室本体10aとなる孔が開口している。2番目のプレートは、ディセンダ10bの一部となる孔と、第1流路となる孔が開口している。3〜5番目のプレートは、それぞれ、ディセンダ10bの一部となる孔と、第1供給流路20の一部となる孔と、第1回収流路24の一部となる孔が開口している。3〜5番目のプレートは、設計上同じ形状の孔が開いており、1枚のプレートで構成してもよいが、孔の深さが深いため、エッチングの断面形状の精度が悪くなるため、3枚のプレートで構成している。6番目のプレートは、第2流路14となる孔と、第1供給流路20の一部となる孔と、第1回収流路24の一部となる孔が開口している。
The first flow path member
液体の流れについて、まとめると、第2供給流路22に供給されたた液体は、第1供給流路20および第1流路12を順に通って。加圧室10に入り、一部の液体は吐出孔8から吐出される。吐出されなかった液体は、第2流路14を通って、第1回収流路24に入った後、第2回収流路に入り、ヘッド本体2の外部に排出される。
To summarize the liquid flow, the liquid supplied to the second
圧電アクチュエータ基板40は、圧電体である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基板40の圧電セラミック層21aの下面から圧電セラミック層21bの上面までの厚さは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、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系、NaNbO3系、BaTiO3系、(BiNa)NbO3系、BiNaNb5O15系などのセラミックス材料からなる。なお、圧電セラミック層21bは、振動板として働いており、必ずしも圧電体である必要はなく、代わりに、圧電体でない他のセラミック層や金属板を用いてもよい。
The
圧電アクチュエータ基板40は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極42およびAu系などの金属材料からなる個別電極44を有している。個別電極44は上述のように圧電アクチュエータ基板40の上面における加圧室10と対向する位置に配置されている個別電極本体44aと、そこから引き出された引出電極44bとを含んでいる。引出電極44bの一端の、加圧室10と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極26が形成されている。接続電極26は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが15μm程度で凸状に形成されている。また、接続電極26は、信号伝達部60に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極44には、
制御部88から信号伝達部を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
The
A drive signal is supplied from the
共通電極42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。すなわち、共通電極42は、アクチュエータ基板21に対向する領域内のすべての加圧室10を覆うように延在している。共通電極42の厚さは2μm程度である。共通電極42は、圧電セラミック層21a上に個別電極44からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極に、圧電セラミック層21aを貫通して形成されたビアホールを介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極は、多数の個別電極44と同様に、制御部88と直接あるいは間接的に接続されている。
The common electrode 42 is formed over substantially the entire surface in the region between the piezoelectric ceramic layer 21a and the piezoelectric ceramic layer 21b. That is, the common electrode 42 extends so as to cover all the pressurizing
圧電セラミック層21aの個別電極44と共通電極42とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極44に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子50となっている。より具体的には、個別電極44を共通電極42と異なる電位にして圧電セラミック層21aに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部88により個別電極44を共通電極42に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層21aの電極に挟まれた部分(活性部)が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層21bは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層21bは加圧室10側へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。
A portion sandwiched between the
続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部88からの制御でドライバICなどを介して、個別電極44に供給される駆動信号により、変位素子50が駆動(変位)させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。
Next, the liquid discharge operation will be described. The
あらかじめ個別電極44を共通電極42より高い電位(以下高電位と称す)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極44を共通電極42と一旦同じ電位(以下低電位と称す)とし、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44が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層21a、21bが元の(平らな)形状に戻り(始め)、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。これにより、加圧室10内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室10内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室10の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室10の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室10の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極44を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ内を伝搬し、吐出孔8から液体を吐出させる。
The
つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極44に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、圧力室10の液体の固有振動周期の半分の時間であるAL(Acoustic Length)とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。圧力室10の液体の固有振動周期は、液体の物性、圧力室10の形状の影響が大きいが、それ以外に、アクチュエータ基板21の物性や、加圧室10に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。
In other words, a droplet can be ejected by supplying a pulse drive signal that is a low potential for a certain period with the high potential as a reference to the
なお、パルス幅は、吐出される液滴を1つにまとめるようにするなど、他に考慮する要
因もあるため、実際は、0.5AL〜1.5AL程度の値にされる。また、パルス幅は、ALから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにALから外れた値にされる。
Note that the pulse width is actually set to a value of about 0.5 AL to 1.5 AL because there are other factors to consider, such as combining the ejected droplets into one. Further, since the discharge amount can be reduced by setting the pulse width to a value outside of AL, the pulse width is set to a value outside of AL in order to reduce the discharge amount.
1・・・プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
2a・・・ヘッド本体
4・・・(第1)流路部材
4a・・・流路部材本体
4aa・・・重複部
4a−1・・・・(流路部材本体の)上面、第1主面
4a−2・・・・(流路部材本体の)下面、第2主面
4b・・・ノズルプレート(第2プレート)
4−1・・・加圧室面、第1主面
4−2・・・吐出孔面
6・・・第2流路部材
6a、6b・・・(第2流路部材の)プレート
6ba、6bb・・・仕切り
6c・・・(第2流路部材の)貫通孔
6c−2・・・貫通孔の拡幅部
8・・・吐出孔
9B・・・吐出孔行
9A・・・吐出孔列
10・・・加圧室、第1貫通孔
10a・・・加圧室本体
10b・・・部分流路(ディセンダ)
11B・・・加圧室行
11A・・・加圧室列
12・・・第1流路(個別供給流路)、第2貫通孔
14・・・第2流路(個別排出流路)、第3溝
20・・・第1(共通)供給流路、第1溝
20a・・・(第1共通供給流路の)開口
22・・・第2(共通)供給流路
22a・・・第2共通供給流路本体
22b・・・供給接続流路
22c、22d・・・(第2共通供給流路の)開口
24・・・第1(共通)排出流路、第2溝
24a・・・(第1共通回収流路の)開口
26・・・第2(共通)排出流路
26a・・・第2共通回収流路本体
26b・・・回収接続流路
26c、26d・・・(第2共通回収流路の)開口
40・・・圧電アクチュエータ基板(第1プレート)
40a・・・圧電セラミック層
40b・・・圧電セラミック層(振動板)
42・・・共通電極
44・・・個別電極
44a・・・個別電極本体
44b・・・引出電極
46・・・接続電極
50・・・変位素子(加圧部)
60・・・信号伝達部
70・・・(ヘッド搭載)フレーム
72・・・ヘッド群
80a・・・給紙ローラ
80b・・・回収ローラ
82a・・・ガイドローラ
82b・・・搬送ローラ
88・・・制御部
P・・・印刷用紙
DESCRIPTION OF
4-1 ... pressurization chamber surface, first main surface 4-2 ... discharge hole surface 6 ... second
11B:
40a: Piezoelectric ceramic layer 40b: Piezoelectric ceramic layer (diaphragm)
42 ...
60 ...
Claims (6)
前記流路部材を平面視したとき、
前記複数の第1共通供給流路と、前記複数の第1共通回収流路とは第1方向に沿って伸びているとともに、前記第1方向と交差する方向である第2方向に交互に配置されており、
1つの前記第1共通供給流路の両側に、当該第1共通供給流路に沿って複数の前記加圧室が並んでいるとともに、当該第1共通供給流路と、当該第1共通供給流路に沿って並んでいる複数の前記加圧室とは、それぞれ複数の第1流路を介して繋がっており、
1つの前記第1共通回収流路の両側に、当該第1共通回収流路に沿って複数の前記加圧室が並んでいるとともに、当該第1共通回収流路と、当該第1共通回収流路に沿って並んでいる複数の前記加圧室とは、それぞれ複数の第2流路を介して繋がっており、
前記複数の加圧室は、それぞれ前記複数の第1流路を介して、前記複数の第1共通供給流路のいずれかに繋がっているとともに、それぞれ前記複数の第2流路を介して、前記複数の第1共通回収流路のいずれかに繋がっていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A flat channel member having a plurality of discharge holes, a plurality of pressure chambers connected to the plurality of discharge holes, a plurality of first common supply channels, and a plurality of first common recovery channels And a plurality of pressurizing units that pressurize the liquid in the plurality of pressurizing chambers, respectively,
When the flow path member is viewed in plan view,
The plurality of first common supply channels and the plurality of first common recovery channels extend along a first direction and are alternately arranged in a second direction that is a direction intersecting the first direction. Has been
A plurality of the pressure chambers are arranged along the first common supply channel on both sides of one first common supply channel, and the first common supply channel and the first common supply flow The plurality of pressurizing chambers arranged along the path are connected to each other via a plurality of first flow paths,
A plurality of the pressure chambers are arranged along the first common recovery channel on both sides of one first common recovery channel, and the first common recovery channel and the first common recovery channel A plurality of the pressurizing chambers arranged along the path are respectively connected via a plurality of second flow paths,
The plurality of pressurizing chambers are connected to any one of the plurality of first common supply channels through the plurality of first channels, respectively, and each through the plurality of second channels, A liquid discharge head connected to any one of the plurality of first common recovery flow paths.
前記第2共通供給流路の流路抵抗が前記第1共通供給流路の流路抵抗の1/100以下であり、
前記第2共通回収流路の流路抵抗が前記第1共通回収流路の流路抵抗の1/100以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 A second common supply channel for supplying liquid to the plurality of first common supply channels, and a second common recovery channel for recovering liquid from the plurality of first common recovery channels,
The flow resistance of the second common supply flow path is 1/100 or less of the flow resistance of the first common supply flow path;
5. The liquid discharge head according to claim 1, wherein a flow path resistance of the second common recovery flow path is 1/100 or less of a flow path resistance of the first common recovery flow path.
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