JP2016049677A - Liquid discharge head and liquid discharge device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head and a liquid discharge apparatus.
被記録体に液体インクを吐出して記録を行うインクジェット記録では、より高精細かつより高速度の記録が望まれるため、液体を吐出する複数の吐出口が2次元的に配列された液体吐出ヘッドが広く用いられている。液体吐出ヘッドには、複数の吐出口にそれぞれ連通する複数の圧力室が設けられ、各圧力室にはピエゾ素子等を含む圧力発生手段が配置されている。 In inkjet recording, in which recording is performed by discharging liquid ink onto a recording medium, higher definition and higher speed recording is desired. Therefore, a liquid discharge head in which a plurality of discharge ports for discharging liquid are two-dimensionally arranged Is widely used. The liquid discharge head is provided with a plurality of pressure chambers communicating with the plurality of discharge ports, and pressure generating means including piezo elements and the like are arranged in each pressure chamber.
特許文献1には、2次元的に配列された複数の吐出口と、各吐出口にそれぞれ連通する複数の圧力室と、複数の圧力室に連通する共通液室とを含む液体吐出ヘッドが記載されている。この液体吐出ヘッドでは、共通液室と圧力室との境界に振動板が配置されており、振動板の一部が、圧力変動を吸収する薄いダンパ部として機能する。 Patent Document 1 describes a liquid discharge head that includes a plurality of two-dimensionally arranged discharge ports, a plurality of pressure chambers that communicate with the respective discharge ports, and a common liquid chamber that communicates with the plurality of pressure chambers. Has been. In this liquid discharge head, a diaphragm is disposed at the boundary between the common liquid chamber and the pressure chamber, and a part of the diaphragm functions as a thin damper portion that absorbs pressure fluctuations.
特許文献2にも、2次元的に配列された複数の吐出口と、各吐出口にそれぞれ連通する複数の圧力室と、共通液室とを含む液体吐出ヘッドが記載されている。この液体吐出ヘッドでは、共通液室が吐出口と圧力室との間に位置し、ダンパが、共通液室が設けられた部分と吐出口が形成された部分との間に設けられている。圧力室は複数の列をなすように配置されており、互いに隣接する列の圧力室の圧力発生手段を異なるタイミングで駆動するように、各圧力室の駆動手段が制御される。
複数の圧力室が高密度に配置された液体吐出ヘッドでは、圧力室の圧力発生手段を駆動した時に発生する圧力変動が近接する圧力室に干渉する相互干渉(クロストーク)が生じる。その結果、液体吐出状態が変化し、記録品質が劣化する。また、多数の圧力発生手段を同時に駆動すると、駆動電力のピーク値が大きくなり、それに伴う電圧降下等により液体吐出状態が変化して記録品質が劣化する。 In a liquid discharge head in which a plurality of pressure chambers are arranged at high density, mutual interference (crosstalk) occurs in which pressure fluctuations generated when the pressure generating means of the pressure chamber is driven interfere with adjacent pressure chambers. As a result, the liquid discharge state changes and the recording quality deteriorates. Further, when a large number of pressure generating means are driven simultaneously, the peak value of the driving power increases, and the liquid discharge state changes due to the accompanying voltage drop and the recording quality deteriorates.
特許文献1に記載された液体吐出ヘッドでは、圧力室と共通液室との境界となる壁を構成する振動板の一部をダンパ部にしている。このダンパ部により、圧力変動をある程度抑制することができる。しかし、このダンパ部は、複数の圧力室に連通する共通液室の壁面を構成しているので、隣り合う圧力室間のクロストークを低減する効果は小さい。特に、圧力室間の圧力波の伝搬によるクロストークに加えて発生する液体の逆流によるクロストークは、特許文献1のダンパ部ではあまり抑制できない。
具体的には、圧力発生手段により圧力室内の液体を加圧して吐出口から吐出させる際に、液体が逆流して圧力室から液体流路を介して共通液室に流れる。この逆流による液体流路付近の圧力上昇の程度は、同時に駆動される圧力発生手段の数に応じて異なる。すなわち、同時に駆動される圧力発生手段の数によって、吐出口からの液体の吐出状態が変動するとともに、駆動されなかった圧力発生手段に対応する吐出口における液体のメニスカスが変動して次回の液体吐出状態に影響が及ぶ。また、液体吐出の直後には、液体を吐出した吐出口に向けて液体が供給されるため、液体流路内に液体の流れが生じて、圧力が低下する。このような液体の流れに起因する圧力変動と、その結果発生する吐出状態の変動は、圧力波の直接的伝搬を抑えるだけでは防止できない。
In the liquid discharge head described in Patent Document 1, a part of a diaphragm constituting a wall serving as a boundary between a pressure chamber and a common liquid chamber is used as a damper portion. This damper part can suppress a pressure fluctuation to some extent. However, since the damper portion constitutes the wall surface of the common liquid chamber communicating with the plurality of pressure chambers, the effect of reducing crosstalk between adjacent pressure chambers is small. In particular, the crosstalk caused by the back flow of the liquid generated in addition to the crosstalk caused by the propagation of the pressure wave between the pressure chambers cannot be suppressed much by the damper portion of Patent Document 1.
Specifically, when the liquid in the pressure chamber is pressurized by the pressure generating means and discharged from the discharge port, the liquid flows backward and flows from the pressure chamber to the common liquid chamber through the liquid channel. The degree of pressure increase in the vicinity of the liquid flow path due to the reverse flow varies depending on the number of pressure generating means that are driven simultaneously. That is, the discharge state of the liquid from the discharge port varies depending on the number of pressure generating units driven at the same time, and the meniscus of the liquid at the discharge port corresponding to the pressure generation unit that has not been driven fluctuates. The state is affected. Further, immediately after the liquid is discharged, the liquid is supplied toward the discharge port from which the liquid has been discharged, so that a liquid flows in the liquid flow path and the pressure is reduced. Such pressure fluctuations due to the flow of liquid and the resulting fluctuations in the discharge state cannot be prevented simply by suppressing the direct propagation of pressure waves.
特許文献2の液体吐出ヘッドでは、多数の吐出口を複数(例えば4つ)の列をなすように配列し、各列ごとにタイミングをずらして駆動するので、駆動電力のピーク値が低く抑えられ、さらに、圧力発生手段の駆動に伴って発生する圧力変動が緩和される。しかしながら、同一の列内では、複数の圧力室が同一の共通液室に接続された状態でそれらの圧力室の圧力発生手段が同時に駆動されるので、クロストークは避けられない。
In the liquid discharge head of
そこで、本発明の目的は、複数の圧力室の間のクロストークを抑えられ、液体吐出状態の変動の小さい液体吐出ヘッドと、その液体吐出ヘッドを含む液体吐出装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a liquid discharge head that can suppress crosstalk between a plurality of pressure chambers and has a small fluctuation in the liquid discharge state, and a liquid discharge apparatus including the liquid discharge head.
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数の吐出口と、圧力発生手段を含み吐出口に接続された複数の圧力室と、共通液室と、各々の圧力室を共通液室にそれぞれ接続している複数の液体流路と、液体流路の内部にそれぞれ設けられた複数のダンパを含む。 The liquid discharge head of the present invention includes a plurality of discharge ports for discharging liquid, a plurality of pressure chambers including pressure generating means connected to the discharge ports, a common liquid chamber, and each pressure chamber as a common liquid chamber. A plurality of liquid flow paths connected to each other and a plurality of dampers provided inside the liquid flow paths are included.
本発明によると、圧力室と共通液室の間の液体流路の内部にダンパを設けているため、効率的な液体吐出と、隣接する圧力室の間のクロストークの抑制とが両立できる。圧力室にダンパを設けた構成のように効率的な液体吐出が不可能になることや、共通液室にダンパを設けた構成のように隣接する圧力室の間のクロストークをあまり抑制できないということはない。 According to the present invention, since the damper is provided inside the liquid flow path between the pressure chamber and the common liquid chamber, both efficient liquid discharge and suppression of crosstalk between adjacent pressure chambers can be achieved. Efficient liquid discharge is impossible as in the configuration in which the damper is provided in the pressure chamber, and crosstalk between adjacent pressure chambers cannot be suppressed much as in the configuration in which the damper is provided in the common liquid chamber. There is nothing.
本発明によると、複数の圧力室の間のクロストークを抑えられ、液体吐出状態の変動の小さい液体吐出ヘッドと、その液体吐出ヘッドを含む液体吐出装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid discharge head in which crosstalk between a plurality of pressure chambers is suppressed and the liquid discharge state is small and a liquid discharge apparatus including the liquid discharge head.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の液体吐出装置の一例を模式的に示している。この液体吐出装置によると、被記録体である記録紙1が、搬送手段である紙送りローラー2によって矢印方向に送られる。記録紙1の搬送経路中に、記録紙1を支持するプラテン3が設けられている。プラテン3に対向する位置には、記録紙1に液体を吐出して記録を行う記録部が設けられている。本実施形態の記録部には、4つの液体吐出ヘッドユニット4が設けられている。それぞれの液体吐出ヘッドユニット4は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの液体インクをプラテン3上の記録紙1に向かって吐出してインクジェット記録を行う。液体吐出ヘッドユニット4はピエゾ素子または発熱素子などを含む圧力発生手段を有し、圧力発生手段を電気的に駆動する駆動手段5が接続されている。各駆動手段5は、コントローラー6から送られる画像信号等に基づいて圧力発生手段を電気的に駆動する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows an example of the liquid ejection apparatus of the present invention. According to this liquid ejection apparatus, the recording paper 1 that is a recording medium is fed in the direction of the arrow by the
図2は、1つの液体吐出ヘッドユニット4を吐出口側から見た図を示している。液体吐出ヘッドユニット4は、複数の液体吐出ヘッド7が千鳥状に配置された構成である。個々の液体吐出ヘッド7は2000個の吐出口を備えており、1200dpi(1インチ(約2.54cm)あたり1200ドット)の記録が可能である。
FIG. 2 shows a view of one liquid
図3(a)は、液体吐出ヘッド7の主要部の、吐出口側から見た透視図を示し、図3(b)はそのS−S線断面図を示している。この液体吐出ヘッド7では、素子基板8の一方の面に、吐出口16を有する吐出口プレート9が積層されている。素子基板8の他方の面には、共通液室プレート10が積層されている。素子基板8の一方の面において、素子基板8と吐出口プレート9とにより圧力室11が構成されている。素子基板8の他方の面では、素子基板8と共通液室プレート10とにより共通液室12a,12bが構成されている。そして、素子基板8を厚さ方向に貫通して一方の面と他方の面の間を延び、一端が共通液室12a,12bに連通する貫通孔部13a,13bが形成されている。素子基板8の一方の面には、貫通孔部13a,13bの他端と圧力室11とに連通する個別流路部14a,14bがさらに形成されている。この貫通孔部13a,13bと個別流路部14a,14bが、共通液室12a,12bと圧力室11とを繋ぐ液体流路15a,15bを構成している。本実施形態では、1つの圧力室11に対して2つの液体流路(貫通孔部と個別流路部の組)が接続されており、そのうちの一方が流入用液体流路15aであって、他方が流出用液体流路15bである。すなわち、1つの圧力室11に対して液体流入用と液体流出用の2つの経路が形成されている。後述するが、本実施形態の素子基板8は、主に、支持基板24と、流路壁基板25とが積層された構成であり、内部に形成基板から形成された圧力発生手段21が構成されている。図3(a)では、吐出口プレート9を省略し、吐出口16のみを想像線で記載して、見やすくしている。
3A is a perspective view of the main part of the
図3(a)には4列の吐出口16および圧力室11のみが示されているが、液体吐出ヘッド7全体では、多数(一例では40列)の吐出口16および圧力室11が設けられている。本実施形態の圧力室11の内壁のうちの1つは、圧力発生手段21によって構成されている。圧力発生手段21は、振動板にピエゾ素子と電極が貼り付けられたものである。各圧力発生手段21の電極には電気配線22が接続されている。
FIG. 3A shows only four rows of
本実施形態の液体流路15a,15bの内部にはそれぞれダンパ17が設けられている。具体的には、素子基板8の、液体流路15a,15bの貫通孔13a,13bの内壁を構成する部分に、略コ字状の枠部材18が設けられている。この枠部材18の一端部が、柔軟なメンブレン19によって塞がれている。さらに、素子基板8に吐出口プレート9が積層されることにより、枠部材18の他端部が吐出口プレート9によって塞がれる。こうして、液体流路15a,15bの内壁と、枠部材18と、メンブレン19と、吐出口プレート9によって、液体が浸入しないように隔離された空洞部20が形成されている。主にこの空洞部20と柔軟なメンブレン19とによってダンパ17が構成されている。すなわち、空洞部20の内部に封入された空気が膨張および収縮することにより、メンブレン19は、空洞部20の内部に入り込むように弾性変形することも、空洞部20の外側へ向かって弾性変形することもできる。従って、例えば圧力室11に生じた圧力変動は、柔軟なメンブレン19が空洞部20の内部の空気を収縮または膨張させるように弾性変形することによって吸収され、液体流路15a,15bから共通液室12a,12bに伝わることはない。
A
図3(b)に示すように、液体流路15a,15bの貫通孔部13a,13bは素子基板8に設けられている。このうち、流入用液体流路15aの貫通孔部13aは、内径が2段階に形成されており、共通液室12aにつながる部分が大径で、個別流路部14aにつながる部分が小径である。これにより、共通液室12aから流入用液体流路15aを介して圧力室11へ流れる気体に対する流抵抗が小さくなっている。流出用液体流路15bの貫通孔部13bは、一定の径で共通液室12bから個別流路部14bにつながっている。貫通孔部13a,13bと個別流路部14a,14bとは互いに実質的に垂直に交わっているため、流入用液体流路15a,流出用液体流路15bは一部が直角に屈曲した形状である。
As shown in FIG. 3B, the through
この液体吐出ヘッド7では、流入用の共通液室12aに収容されている液体(例えば液体インク)が、流入用液体流路15a(貫通孔部13aおよび個別流路13b)を介して、圧力室11に流入する。コントローラー6および駆動手段5から電気配線22を介して圧力発生手段21のピエゾ素子に電気信号が供給されると、圧力発生手段21が圧力室11内の液体に圧力を加える。すなわち、圧力発生手段21を構成するピエゾ素子の圧電変形により圧力発生手段21が圧力室11の容積を縮小させるように変形して、圧力室11内の液体に加圧する。加圧された液体は、圧力室11内から吐出口16を介して外部に吐出し、例えば記録紙1に付着して画像を形成する。このように、圧力室11に面して設けられている圧力発生手段21のピエゾ素子は、駆動手段5が発生する駆動波形信号が印加されて駆動される。記録すべき画像に応じて、ピエゾ素子が実際に駆動される場合と、信号が供給されず駆動されない場合とが存在することは言うまでもない。
In this
液体吐出の後には、圧力発生手段21のピエゾ素子に電気信号が供給されなくなり、振動板は変形状態から初期状態に復帰し、それに伴って圧力室11が拡大して変形前の容積に復帰する。このように振動板が初期状態に復帰する過程で、圧力室11内の液体に振動や圧力変動が生じる。仮に、この振動や圧力変動が、共通液室12a,12bを介して、隣接する圧力室11内の液体に伝わると、その液体の良好な吐出が阻害されるおそれがある。
そこで、本実施形態では、液体流路15a,15bの内部にダンパ17を設けている。液体吐出後に圧力室11の内部で発生した振動や圧力変動が、液体流路15a,15b内のダンパ17によって、具体的にはメンブレン19の弾性変形と空洞部20の容積の縮小または拡大によって吸収される。そのため、共通液室12a,12bには振動や圧力変動が伝わりにくく、共通液室12a,12bを介して隣接する圧力室11の液体吐出に影響が及ぶことはない。このように、ある圧力室11の液体吐出による影響が隣接する圧力室11に及ぶ相互作用(クロストーク)が抑えられる。それにより、本実施形態の液体吐出ヘッド7をインクジェット記録に用いる場合に、記録画像に対するクロストークの影響を小さくできる。
After the liquid is discharged, the electric signal is not supplied to the piezo element of the pressure generating means 21, the diaphragm returns from the deformed state to the initial state, and the
Therefore, in the present embodiment, the
仮に、圧力室11自体の内部にダンパを設けると、液体を吐出しようとして加圧しても圧力はダンパに吸収されるため、効率的な液体吐出ができず、液体吐出ヘッド7としての良好な性能が得られない。一方、共通液室12a,12bにダンパを設けると、隣接する圧力室11につながる液体流路15a,15bと合流する部分にまで振動や圧力変動が伝わることが防止できず、クロストークの低減にあまり寄与しない。
それに対し、本実施形態では、圧力室11と共通液室12a,12bの間の液体流路15の内部にダンパ17を設けているため、効率の良い液体吐出を阻害することなく、かつクロストークの低減が可能である。
If a damper is provided inside the
On the other hand, in the present embodiment, the
本実施形態では、流入用共通液室12aから流入用液体流路15aを介して圧力室11に液体が連続的に流入し、圧力室11内の液体は流出用液体流路15bを介して流出用共通液室12bに連続的に流出する循環構造が構成されている。具体的には、図示しないインク供給装置により、流入用共通液室12a内の液体が−300Pa程度の弱い負圧に保たれ、流出用共通液室12b内の液体は、さらにそれよりも数百Pa程度低い圧力に保たれている。それにより、ピエゾ素子が駆動されていないときにも、液体は、流入用共通液室12aから、流入用液体流路15a、圧力室11、および流出用液体流路15bを介して、流出用共通液室12bに向かってゆっくりと流れている。従って、液体吐出を行っていない時に吐出口16からの蒸発などにより液体が増粘することによる吐出不良や、液体の連続吐出等によって圧力室11内に気泡が溜ることによる吐出不良などの問題が発生するのを抑えることができる。
ただし、流入用共通液室12aと流出用共通液室12bを同程度の圧力に保って、両共通液室を流入用と流出用とに区別せずに使用することも可能である。
In the present embodiment, liquid continuously flows from the inflow
However, the
本実施形態の液体吐出ヘッド7の製造方法について説明する。
本実施形態の素子基板8は複数の基板の積層体であり、まず、素子基板8を構成する一部材である支持基板24(例えばSi基板)の一方の面に、ピエゾ素子に電力を供給するための電気配線22を形成する。また、支持基板24を厚さ方向に貫通する穴をあけることにより、貫通孔部13a,13bを形成する。
A method for manufacturing the
The
次に、振動板を形成するための形成基板に、スパッタリングによってSiN膜を形成する。このSiN膜の上に、ピエゾ素子と電極(例えばTi、Pt、Au等からなる電極)を成膜し、パターニングすることで、圧力発生手段21を形成する。さらに、ピエゾ素子およびSiN膜を振動可能な間隔をおいて保持するための空隙部材23となるドライフィルムを積層形成してパターニングする。
Next, a SiN film is formed by sputtering on a formation substrate for forming a diaphragm. On the SiN film, a piezoelectric element and an electrode (for example, an electrode made of Ti, Pt, Au, etc.) are formed and patterned to form the pressure generating means 21. Further, a dry film that becomes the
それから、形成基板上にパターニングしたドライフィルム23に支持基板24を貼り付ける。この時、バンプ接続によって、圧力発生手段21の電極と電気配線22とを接続する。支持基板24に形成基板を貼り付けてから、形成基板を、ピエゾ素子が形成された面と反対側から化学的に切削する。例えば、ドライエッチングにより、形成基板を溶かして振動板であるSiN膜だけ残す。こうして、振動板(SiN膜)と、ピエゾ素子と、電極とからなる圧力発生手段21を形成する。
振動板の形成と同時に、支持基板24の一方の面において隣り合う個別流路部14a,14bとなる凹部同士の間の隔壁部分に、振動板と同様に形成基板をドライエッチングすることによってメンブレン19を形成する。
Then, the
Simultaneously with the formation of the vibration plate, the
続いて、形成基板からなる圧力発生手段21およびメンブレン19と支持基板24との積層体に、圧力室11および個別流路部14a,14bの側壁となる流路壁基板25をさらに積層してパターニングする。流路壁基板25をパターニングすることによって形成された側壁と振動板とによって、圧力室11となる凹部を形成し、同様に形成された側壁と支持基板24の表面とによって、個別流路部14a,14bとなる凹部を形成する。個別流路部14a,14bとなる凹部は、貫通孔部13a,13bの一端部に連通する位置に形成する。また、この流路壁基板25を切削することによって、形成基板からなるメンブレン19に対向する位置に略コ字状の枠部材18を形成し、略コ字状の枠部材18の一端にメンブレン19が密着するようにする。こうして、主に支持基板24と流路壁基板25の積層体であって内部に圧力発生手段21を備えた素子基板8が作製される。
Subsequently, the
その後、各圧力室11と対向する位置にそれぞれ吐出口16を有する吐出口プレート9を、素子基板8の、振動板が形成された面側に貼り付ける。このとき、吐出口プレート9が、素子基板8の一方の面に形成された凹部を塞いで圧力室11および個別流路部14a,14bを形成するとともに、素子基板8に取り付けられた枠部材18の他端部を塞ぐ。これにより、枠部材18と、メンブレン19と、吐出口プレート9とで囲まれた空洞部20が形成される。この空洞部20およびメンブレン19がダンパ17を構成する。
Thereafter, the
このようにして形成された液体吐出ヘッド7は、前述したように圧力室11内に発生した振動や圧力変動をダンパ17によって吸収することができ、隣接する圧力室11同士のクロストークを抑えることができる。そして、この液体吐出ヘッド7を複数個組み込んで、図1に示すような液体吐出装置を構成すると、記録紙1に高精細かつ高速で良好な画像を形成することができる。
この液体吐出ヘッド7では、ダンパ17のメンブレン19を、振動板と同様に形成基板によって形成する。また、ダンパ17の空洞部20の側壁となって空洞部20を部分的に囲む枠部材18を、圧力室11および個別流路部14a,14bの内壁と同様に流路壁基板25によって形成する。それにより、ダンパ17を容易に製作できる。ダンパ17には気孔が設けられていてもよい。
The
In the
素子基板8が、主に支持基板24と形成基板と流路壁基板25の積層体である構成について説明したが、このような構成に限定されるわけではない。例えば、流路壁基板25の代わりに、吐出口プレート9に圧力室11および個別流路部14a,14bの内壁を形成してもよい。その場合、流路壁基板25は不要になる。
前述した実施形態では、ドライエッチングによって振動板を形成している。しかし、予め所望の厚さおよび形状に形成された振動板を支持基板24に貼り付ける構成であってもよい。その場合には形成基板は必要でない。さらに、圧力室11および個別流路部14a,14bの内壁を支持基板24に形成することも可能になるので、流路壁基板25も不要になる。
The configuration in which the
In the embodiment described above, the diaphragm is formed by dry etching. However, a configuration in which a diaphragm formed in a desired thickness and shape in advance is attached to the
また、本発明は、液体流路15a,15bの少なくとも一方にダンパ17が設けられていればよい。液体流路15a,15bのいずれか一方のみにダンパ17が設けられた構成であっても、隣接する圧力室11の間のクロストークの抑制にある程度の効果が得られる。さらに、前述した液体の循環構造を採用せずに、流出用共通液室12bおよび流出用液体流路15bを持たない構成にすることもできる。その場合、1つの共通液室12aと1つの圧力室11との間の液体の流入および流出は液体流室15aを介してのみ行われる。その構成においても、液体流路15a内にダンパ17を形成することにより、隣接する圧力室11の間のクロストークを抑えることができる。
In the present invention, the
本実施形態の圧力発生手段は、圧力室11の容積を縮小させることができ、振動板とピエゾ素子を有している。ただし、この構成に限られず、例えば、液体を加熱して発泡させることにより発泡圧によって圧力室11内の圧力を高めることができる発熱素子が、圧力発生手段として設けられていてもよい。その場合、発熱素子を支持する部材があれば、圧力室11の容積を縮小させる振動板は必要ではない。
The pressure generating means of this embodiment can reduce the volume of the
図3(c)は、本実施形態の変形例を示している。この変形例では、ダンパ17のメンブレン19が、空隙部材23を構成するドライフィルムによって形成されている。すなわち、ドライフィルムのパターニングを行う際に、空隙部材23の位置と同時にメンブレン19の位置にもドライフィルムを残すようにパターニングする。そして、ドライフィルムを薄膜状に加工することにより、メンブレン19を形成する。このようにすることで、製造工程を複雑にすることなくダンパ17を容易に製作できる。
FIG. 3C shows a modification of the present embodiment. In this modification, the
図4(a)は、本発明の第2の実施形態の液体吐出ヘッド7の要部の、吐出口側から見た透視図を示し、図4(b)はそのS−S線断面図を示している。第1の実施形態の液体吐出ヘッド7と実質的に同じ部分については説明を省略する。
図4(a)に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド7では、4つの圧力室11が、流入用個別流路部14aを介して1つの流入用貫通孔部13aに接続されている。同様に、4つの圧力室11が、流出用個別流路部14bを介して1つの流出用貫通孔部13bに接続されている。すなわち、本実施形態では、4つの圧力室11がまとめられて、1つの流入用液体流路15aまたは流出用液体流路15bに接続されている。ただし、流入用貫通孔部13aに接続されている4つの圧力室11の組み合わせと、流出用貫通孔部13bに接続されている4つの圧力室11の組み合わせとは異なっている。すなわち、いずれの圧力室11も、流入用液体流路15aを介してつながっている他の3つの圧力室11と、流出用液体流路15bを介してつながっている他の3つの圧力室11とが、すべて異なっている。このようにすることで、各圧力室11の間の相互作用(クロストーク)の影響を分散させ、液体吐出により形成される画像等に対する影響を小さくしている。その上で、流入用貫通孔部13aと流出用貫通孔部13bにそれぞれダンパ17が設けられている。
FIG. 4A is a perspective view of the main part of the
As shown in FIG. 4A, in the
本実施形態では、4つの圧力室11が1つの流入用貫通孔部13aに接続されているため、小さな流入用貫通孔部が多数設けられるのではなく、大きな流入用貫通孔部13aが少数設けられており、流抵抗が小さく、高い周波数での駆動が容易に実現する。本実施形態の構成は、多数の圧力室11を2次元的に(X方向およびY方向に)規則的に配列して高密度に配置するために、特に効果的である。流出用貫通孔部13bについても同様である。
In the present embodiment, since the four
図4(b)に示すように、流入用貫通孔部13aおよび流出用貫通孔部13bは、素子基板8に設けられている。流入用貫通孔部13aは、内径が2段階に形成されており、流入用共通液室12aにつながる部分が大径で、個別流路部14aにつながる部分が小径である。これにより、共通液室12aから流入用液体流路15aを介して圧力室11へ流れる気体に対する流抵抗が小さくなっている。流出用液体流路15bの貫通孔部13bは、一定の径で共通液室12bから個別流路部14bにつながっている。貫通孔部13a,13bと個別流路部14a,14bとは互いに実質的に垂直に交わっているため、流入用液体流路15a,流出用液体流路15bは一部が直角に屈曲した形状である。
本実施形態の液体流路15a,15bの内部に設けられたダンパ17は、液体流路15a,15bの内壁と枠部材18とメンブレン19と吐出口プレート9とによって形成された空洞部20と、柔軟なメンブレン19とによって構成されている。メンブレン19は、圧力発生手段21を構成する振動板と同様に形成基板から形成されている。
As shown in FIG. 4B, the inflow through-
The
各圧力室11に設けられた圧力発生手段21のピエゾ素子は、駆動手段5が発生する駆動波形信号が印加されて駆動される。1つの貫通孔13aに接続されている4つの圧力室11に面しているそれぞれの圧力発生手段21のピエゾ素子は、タイミングをずらして駆動される。一例としては、図4(a)に示す吐出口16a,16b,16c,16dにそれぞれ対応する圧力発生手段21のピエゾ素子が、前述した順番に駆動される。ここでは、便宜上、ピエゾ素子を駆動する順番を、各ピエゾ素子に対応する吐出口の符号を参照して説明する。図5に駆動手段5による駆動信号の発生状態の一例を示している。図5に示す例では、駆動信号は負電圧により構成されており、信号a,b,c,dが、吐出口16a,16b,16c,16dに対応するピエゾ素子にそれぞれ印加される。なお、記録すべき画像に応じて、実際に駆動する場合と信号を停止して駆動しない場合が有ることは言うまでもない。
The piezoelectric element of the pressure generating means 21 provided in each
本実施形態の具体的な一例を挙げると、正方形の1画素の1辺の長さをAとすると、図面左右方向(X方向)に互いに隣接する吐出口16aと吐出口16bのX方向の間隔は40A、図面上下方向(Y方向)の間隔は0.25Aである。解像度が1200dpiの場合には、A=21.167μmである。そして、Y方向に互いに隣接する吐出口16aと吐出口16cのX方向の間隔はA、Y方向の間隔は(5+0.5)Aである。図面斜め方向に対向する吐出口16aと吐出口16dのX方向の間隔は41A、図面上下方向(Y方向)の間隔は(5+0.75)Aである。この構成において、記録紙1を液体吐出ヘッド7に対してY方向に相対移動させながら液体を吐出して記録を行うときに、記録紙1が距離Aだけ進む時間をTとする。その場合、およそ(1/4)Tだけタイミングをずらして、吐出口16a,16b,16c,16dにそれぞれ対応するピエゾ素子を、この順番に駆動する。そうすると、時分割駆動することに因る着弾誤差等を生じることなく、精度良く液体吐出することができる。また、Y方向に隣接する吐出口16aと16cの間、吐出口16bと16dの間の間隔は、すべての場所で5.5Aであり、無駄なスペースを生じることなく吐出口は規則的に配置される。このような規則的配列は、前述したように、ピエゾ素子を駆動する順序を、流入用貫通孔部13aを挟んでX方向に交互になるように定めることにより実現する。
As a specific example of the present embodiment, when the length of one side of one square pixel is A, the interval in the X direction between the
図6は本実施形態の変形例を示している。この変形例は、図3(c)に示す構成と同様に、ダンパ17のメンブレン19を、空隙部材23を構成するドライフィルムによって形成している。すなわち、空隙部材23と同時にメンブレン19をパターニングしている。従って、製造工程をあまり複雑にすることなくダンパ17を容易に製作できる。
FIG. 6 shows a modification of the present embodiment. In this modified example, the
図7は、本発明の第3の実施形態の液体吐出ヘッド7の主要部を示す。第1の実施形態の液体吐出ヘッド7と実質的に同じ部分については説明を省略する。
本実施形態の液体吐出ヘッド7では、2つの圧力室11が、流入用個別流路部14aを介して1つの流入用貫通孔部13aに接続されている。同様に、2つの圧力室11が、流出用個別流路部14bを介して1つの流出用貫通孔部13bに接続されている。そして、流入用貫通孔部13aと流出用貫通孔部13bにそれぞれダンパ17が設けられている。
本実施形態では、駆動手段5が、吐出口16aに対応するピエゾ素子と吐出口16bに対応するピエゾ素子とを、ほぼ等間隔で交互に駆動する。正方形の1画素の1辺の長さをAとすると、同じピエゾ素子は、少なくとも記録紙1が距離Aだけ進む時間を置いて駆動される。Y方向に隣接する吐出口16a同士のY方向の間隔は6A、X方向の間隔はAである。吐出口16b同士の間隔も、吐出口16a同士の間隔と同じである。そして、同じ流入用貫通孔部13aに接続された圧力室11に対応する吐出口16aと吐出口16bの間のX方向の間隔は40A、Y方向の間隔は0.5Aである。この構成によると、時分割駆動することに因る着弾誤差等を生じることなく、精度良く液体吐出が行える。そして、本実施例においても、同じ流入用貫通孔部13aおよび流出用貫通孔部13bに接続された圧力室11のうちの複数が同時に駆動されことはないので、クロストークの悪影響を十分に小さくすることができる。
FIG. 7 shows a main part of the
In the
In the present embodiment, the driving unit 5 alternately drives the piezo elements corresponding to the
第2および第3の実施形態のように1つの貫通孔部に複数の圧力室が接続されている場合には、同じ貫通孔部に接続されている複数の圧力室に対応する圧力発生手段が同時に駆動されることはなく、タイミングをずらして駆動される。
第2および第3の実施形態においても、圧力室11に流入用液体流路15aと流出用液体流路15bが接続されて循環構造が形成できるようになっている。しかし、流出用共通液室12bおよび流出用液体流路15bを持たず、共通液室12aと圧力室11との間の液体の流入および流出は液体流路15aを介してのみ行われる構成にすることもできる。その構成であっても、液体流路15a内にダンパ17を形成することにより、隣接する圧力室11の間のクロストークを抑えることができる。
When a plurality of pressure chambers are connected to one through-hole portion as in the second and third embodiments, pressure generating means corresponding to the plurality of pressure chambers connected to the same through-hole portion are provided. They are not driven at the same time, and are driven at different timings.
Also in the second and third embodiments, the
以上説明したように、本発明の液体吐出ヘッドとそれを用いた液体吐出装置によると、複数の吐出口が高密度に配列されていても、圧力室間のクロストークの影響が小さく、精度良く液体吐出が行える。それにより、記録紙1などの被記録体に液体インクを吐出して高精細で美しい画像を高速度で形成することができる。特に、カラーの画像を形成する液体吐出装置の場合には、圧力室間のクロストークを抑えることにより、色ムラ等が無く高精細な画像を形成することができる。また、この液体吐出装置は、樹脂基板などの被記録体に導電性の液体インクを精度良く吐出して配線パターンを形成する、高性能の生産装置等としても幅広く用いることができる。 As described above, according to the liquid discharge head of the present invention and the liquid discharge apparatus using the same, even if a plurality of discharge ports are arranged at high density, the influence of crosstalk between the pressure chambers is small and accurate. Liquid discharge can be performed. Thereby, it is possible to form a high-definition and beautiful image at a high speed by discharging liquid ink onto a recording medium such as the recording paper 1. In particular, in the case of a liquid ejection device that forms a color image, by suppressing crosstalk between pressure chambers, a high-definition image can be formed without color unevenness. In addition, this liquid ejecting apparatus can be widely used as a high-performance production apparatus that forms a wiring pattern by accurately ejecting conductive liquid ink onto a recording material such as a resin substrate.
7 液体吐出ヘッド
11 圧力室
12a,12b 共通液室
13a,13b 貫通孔部
14a,14b 個別流路部
15a,15b 液体流路
16 吐出口
17 ダンパ
18 枠部材
19 メンブレン
20 空洞部
21 圧力発生手段
7
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-
2014
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