JP2017228643A - Actuator, liquid discharge head, liquid discharge unit, and liquid discharge device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアクチュエータ、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。 The present invention relates to an actuator, a liquid discharge head, a liquid discharge unit, and an apparatus for discharging liquid.
液体吐出ヘッドとして、例えば、液体を吐出するノズルを有する変形可能なノズル板に撓み変形する圧電素子を設け、ノズル板を変形させることで液室内の液体を加圧してノズルから液体を吐出させるものがある。 As a liquid discharge head, for example, a deformable nozzle plate having a nozzle for discharging liquid is provided with a piezoelectric element that bends and deforms, and the nozzle plate is deformed to pressurize the liquid in the liquid chamber and discharge the liquid from the nozzle There is.
例えば、第1の面、前記第1の面と反対側の第2の面、および第1の面と第2の面を連絡した筒状の孔を有する基材と、基材の第1の面と積層して孔の一端を塞ぐことで圧力室を形成し、圧力室に連通するノズルを有する振動板と電圧が印加されたときに振動板を変形させて圧力室の容積を変化させる駆動素子とを有するノズルプレートを備えるものが知られている(特許文献1)。 For example, a base material having a first surface, a second surface opposite to the first surface, and a cylindrical hole connecting the first surface and the second surface; A pressure chamber is formed by laminating one end of the hole by laminating with a surface, and a diaphragm having a nozzle communicating with the pressure chamber and a drive that deforms the diaphragm when a voltage is applied to change the volume of the pressure chamber An apparatus including a nozzle plate having an element is known (Patent Document 1).
ところで、変形可能な薄膜部材の一面に電気機械変換素子を、他面側に中空部及び中空部周囲の隔壁部を形成する中空部材を設け、中空部と隔壁部に薄膜部材を介して対向する領域に跨って電気機械変換素子を配置すると、薄膜部材の隔壁部材に固定される固定端側の剛性が高くなって変位効率が低下するという課題がある。 By the way, an electromechanical conversion element is provided on one surface of the deformable thin film member, a hollow member for forming a hollow portion and a partition wall around the hollow portion is provided on the other surface side, and the hollow portion and the partition wall portion are opposed to each other through the thin film member. When the electromechanical conversion element is arranged across the region, there is a problem that the rigidity of the fixed end fixed to the partition member of the thin film member is increased and the displacement efficiency is lowered.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、変位効率を向上することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve displacement efficiency.
上記の課題を解決するため、本発明に係るアクチュエータは、
開口を有する変形可能な薄膜部材と、
前記薄膜部材の一面側に配置され、前記開口が通じる中空部と、前記中空部の周囲の隔壁部とを形成する隔壁部材と、
前記薄膜部材の他面側で前記開口の周囲に配置され、電気機械変換膜を含み、前記薄膜部材を変形させる電気機械変換素子と、を備え、
前記電気機械変換膜は、前記薄膜部材を介して前記中空部及び前記隔壁部に跨って対向する領域に設けられ、
前記電気機械変換膜の最大厚み部分は、前記隔壁部に対向する領域に位置し、
前記電気機械変換膜の前記中空部に対向する部分の膜厚は、前記電気機械変換膜の最大厚み部分の厚みよりも薄い
構成とした。
In order to solve the above problems, an actuator according to the present invention is:
A deformable thin film member having an opening;
A partition member that is disposed on one surface side of the thin film member and that forms a hollow portion through which the opening communicates, and a partition portion around the hollow portion,
An electromechanical conversion element that is disposed around the opening on the other surface side of the thin film member, includes an electromechanical conversion film, and deforms the thin film member,
The electromechanical conversion film is provided in a region facing the hollow part and the partition part via the thin film member,
The maximum thickness portion of the electromechanical conversion film is located in a region facing the partition wall,
The thickness of the portion of the electromechanical conversion membrane facing the hollow portion is thinner than the thickness of the maximum thickness portion of the electromechanical conversion membrane.
本発明によれば、変位効率を向上することができる。 According to the present invention, the displacement efficiency can be improved.
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明の第1実施形態について図1及び図2を参照して説明する。図1は同実施形態に係るアクチュエータの斜視説明図、図2は同じく断面説明図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is a perspective explanatory view of the actuator according to the embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view.
このアクチュエータは、開口121を有する変形可能な薄膜部材12と、薄膜部材12の一面側に配置され、開口121が通じる中空部111と、中空部111の周囲の隔壁部112とを形成する隔壁部材11とを備えている。なお、中空部111と隔壁部112との境を境界113とする。
This actuator includes a deformable
そして、薄膜部材12の他面側で開口121の周囲に配置され、電気機械変換膜である圧電膜132を含み、薄膜部材12の中空部111に面する変形可能領域12aを変形させる電気機械変換素子である圧電素子13を有している。なお、電気機械変換素子は圧電素子に限るものではない(以下の実施形態も同様。)
And the electromechanical conversion which deform | transforms the deformable area |
ここで、圧電素子13の圧電膜132は、薄膜部材12を介して、中空部111及び隔壁部112に跨って対向する領域に設けられている。
Here, the
この圧電膜132の最大厚み部分132aは、隔壁部112に対向する領域に位置する。そして、圧電膜132の中空部111に対向する部分(領域)132bの膜厚(平均膜厚)は、圧電膜132の最大厚み部分132aの厚み(最大厚みtmax)よりも薄い。
The
本実施形態では、圧電膜132は、図1に示すように、円環形状をなし、薄膜部材12の厚み方向に沿う断面形状において、薄膜部材12の面内方向(幅方向という。)での中央位置135が最大厚みtmaxの最大厚み位置134となっている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
そして、この圧電膜132は、最大厚み位置134を最大厚み部分132aとし、最大厚み部分132aから開口121側及び開口121側と反対側に湾曲しながら厚みが薄くなる部分を有し、厚みが薄くなる部分の一部を中空部111に対向する部分(領域)132bしている。なお、本実施形態では、最大厚み部分132aが最大厚み位置134のみであるが、幅方向に厚みtmaxの部分を所定範囲で有する形状であってもよい。
The
このように、中央部が凸状に盛り上がった幅方向で対称な形状の圧電膜132は、例えば、PZT前駆体を含むゾルゲル液を液体吐出ヘッドから吐出して塗布する工程と、塗布されたゾルゲル液を乾燥・熱分解・結晶化する工程を繰り返す製造方法を用いることで簡単に形成することができる。
As described above, the
また、圧電素子13は、薄膜部材12側から第1電極(下側電極)131、圧電膜132、第2電極(上側電極)133を積層した薄膜圧電素子であり、第1電極131と第2電極133との間に電圧を印加することで撓み変形する。
The
このように、圧電素子13の圧電膜132は、薄膜部材12を介して中空部111及び隔壁部112に跨って対向する領域に設けられ、最大厚み部分132aは、隔壁部112に対向する領域に位置し、中空部111に対向する部分132bの膜厚(平均膜厚)は、最大厚み部分132aの厚みtmaxよりも薄くなっている。
Thus, the
これにより、薄膜部材12を介して中空部111と隔壁部112に跨って対向する領域に圧電膜132を配置しても、薄膜部材12の隔壁部材11に固定される固定端側の剛性が高くなることを抑えることができる。したがって、薄膜部材12の変位効率を向上することができる。
Thereby, even if the
次に、本発明の第2実施形態について図3を参照して説明する。図3は同実施形態に係るアクチュエータの断面説明図である。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of the actuator according to the embodiment.
圧電膜132は、前記第1実施形態と同様に円環形状をなし、薄膜部材12の厚み方向に沿う断面形状において、幅方向(薄膜部材12の面内方向)での中央位置135が最大厚み位置134よりも境界113側に位置する形状としている。
The
つまり、圧電膜132は、薄膜部材12の厚み方向に沿う断面形状で、幅方向で非対称な形状としている。なお、本実施形態でも、最大厚み部分132aが最大厚み位置134のみであるが、幅方向に厚みtmaxの部分を所定範囲で有する形状であってもよい。
That is, the
これにより、圧電膜132の中空部111に対向する部分132bの膜厚(平均膜厚)を第1実施形態よりも薄くすることができ、薄膜部材12の隔壁部材11に固定される固定端側の剛性が高くなることを第1実施形態よりも抑えることができる。
Thereby, the film thickness (average film thickness) of the
前記第1実施形態では、圧電膜132の最大厚み位置134を調整するために圧電膜132全体を面内方向(ここでは径方向)に移動させる必要がある。これに対し、第2実施形態では、そのような必要性がなく、開口121の中心から圧電膜132の外径までの距離が変わらないので、圧電膜132の配置位置が変更できないときに最大厚み位置134を変更できる。
In the first embodiment, in order to adjust the
次に、本発明の第3実施形態について図4を参照して説明する。図4は同実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view of a main part of the liquid discharge head according to the embodiment.
この液体吐出ヘッドは、前記第1実施形態と同様なアクチュエータを備えている。つまり、液体を吐出する開口であるノズル221を有する変形可能な薄膜部材であるノズル板22と、ノズル板22の一面側に配置され、ノズル221が通じる中空部である液体20を保持する液室211と、液室211の周囲の隔壁部212とを形成する隔壁部材である流路部材21とを備えている。
This liquid discharge head includes an actuator similar to that in the first embodiment. That is, a
そして、ノズル板22の他面側でノズル221の周囲に配置され、電気機械変換膜である圧電膜232を含み、ノズル板22の液室211に面する変形可能領域22aを変形させる電気機械変換素子である圧電素子23を有している。
And the electromechanical conversion which deform | transforms the deformable area |
ここで、圧電素子23の圧電膜232は、ノズル板22を介して、液室211及び隔壁部212に跨って対向する領域に設けられている。
Here, the
この圧電膜232の最大厚み部分232aは、隔壁部212に対向する領域に位置する。そして、圧電膜232の液室211に対向する部分(領域)232bの膜厚(平均膜厚)は、圧電膜232の最大厚み部分232aの厚み(最大厚みtmax)よりも薄い。
The
本実施形態では、圧電膜232は、前記第1実施形態と同様に円環形状をなし、ノズル板22の厚み方向に沿う断面形状において、ノズル板22の面内方向(幅方向という。)での中央位置235が最大厚みtmaxの最大厚み位置234となっている。
In the present embodiment, the
そして、この圧電膜232は、最大厚み位置234を最大厚み部分232aとし、最大厚み部分232aから開口であるノズル221側及びノズル221側と反対側に湾曲しながら厚みが薄くなる部分を有し、厚みが薄くなる部分の一部を液室211に対向する部分(領域)232bとしている。なお、本実施形態では、最大厚み部分232aが最大厚み位置234のみであるが、幅方向に厚みtmaxの部分を所定範囲で有する形状であってもよい。
The
また、圧電素子23は、ノズル板22側から第1電極(下側電極)231、圧電膜232、第2電極(上側電極)233を積層した薄膜圧電素子であり、第1電極231と第2電極233との間に電圧を印加することで撓み変形する。
The
このように、圧電素子23の圧電膜232は、ノズル板22を介して液室211及び隔壁部212に跨って対向する領域に設けられ、最大厚み部分232aは、隔壁部212に対向する領域に位置し、液室211に対向する部分232bの膜厚(平均膜厚)は、最大厚み部分232aの厚みtmaxよりも薄くなっている。
As described above, the
これにより、ノズル板22を介して液室211と隔壁部212に跨って対向する領域に圧電膜232を配置しても、ノズル板22の流路部材21に固定される固定端側の剛性が高くなることを抑えることができる。したがって、ノズル板22の変位効率を向上することができ、吐出効率が向上する。
As a result, even if the
次に、本発明の第4実施形態について図5を参照して説明する。図5は同実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view of a main part of the liquid ejection head according to the embodiment.
この液体吐出ヘッドは、前記第2実施形態と同様なアクチュエータを備えている。つまり、圧電膜232は、前記第1実施形態と同様に円環形状をなし、ノズル板22の厚み方向に沿う断面形状において、幅方向(ノズル板22の面内方向)での中央位置235が最大厚み位置234よりも液室211と隔壁部212との境界213側に位置する形状としている。
This liquid discharge head includes an actuator similar to that of the second embodiment. That is, the
圧電膜232は、ノズル板22の厚み方向に沿う断面形状で、幅方向で非対称な形状としている。なお、本実施形態でも、最大厚み部分232aが最大厚み位置234のみであるが、幅方向に厚みtmaxの部分を所定範囲で有する形状であってもよい。
The
これにより、圧電膜232の液室211に対向する部分232bの膜厚(平均膜厚)を第3実施形態よりも薄くすることができ、ノズル板22の流路部材21に固定される固定端側の剛性が高くなることを第3実施形態よりも抑えることができる。
Thereby, the film thickness (average film thickness) of the
前記第3実施形態では、圧電膜232の最大厚み位置234を調整するために圧電膜232全体を面内方向(ここでは径方向)に移動させる必要がある。これに対し、第4実施形態では、そのような必要性がなく、ノズル221の中心から圧電膜232の外径までの距離が変わらないので、圧電膜232の配置位置が変更できないときに最大厚み位置234を変更できる。
In the third embodiment, in order to adjust the
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの作用効果について図6及び図7を参照して説明する。図6は同作用効果の説明に供する圧電素子を駆動する前の断面説明図、図7は同じく圧電素子を駆動したときの断面説明図である。なお、図6及び図7ではノズル板の半分の領域を示しているが、全体形状は図1ないし図5と同様である。また、圧電膜のみを図示しているが、第1電極及び第2電極が設けられることは前記実施形態で説明したとおりである。 Next, the function and effect of the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a cross-sectional explanatory diagram before driving the piezoelectric element for explaining the same effect, and FIG. 7 is a cross-sectional explanatory diagram when the piezoelectric element is similarly driven. 6 and 7 show a half region of the nozzle plate, the overall shape is the same as in FIGS. Moreover, although only the piezoelectric film is illustrated, the first electrode and the second electrode are provided as described in the above embodiment.
<比較例1>
図6(a)に示すように、断面形状が矩形状(厚みが一様)の圧電膜232を備えている。
<Comparative Example 1>
As shown in FIG. 6A, a
そして、この圧電膜232は、液室211と隔壁部212にノズル板22を介して対向する領域に跨って配置されている。
The
<実施例1>
図6(c)に示すように、前記第3実施形態と同様に、ノズル板22の厚み方向に沿う断面形状において、中央位置235が最大厚み位置234(最大厚み部分232a)となる圧電膜232を備えている。
<Example 1>
As shown in FIG. 6C, similarly to the third embodiment, in the cross-sectional shape along the thickness direction of the
そして、この圧電膜232は、最大厚み位置234(最大厚み部分232a)が隔壁部212に対向する位置に配置されている。したがって、前記第3実施形態と同様に、液室211に対向する部分232bの膜厚が最大厚みよりも薄い。
The
<実施例2>
図6(d)に示すように、前記第4実施形態と同様に、ノズル板22の厚み方向に沿う断面形状において、中央位置235を挟んで境界213に対して最大厚み位置234(最大厚み部分232a)が反対側になる圧電膜232を備えている。
<Example 2>
As shown in FIG. 6D, in the same manner as in the fourth embodiment, in the cross-sectional shape along the thickness direction of the
そして、この圧電膜232は、最大厚み位置234(最大厚み部分232a)が隔壁部212に対向する位置に配置されている。したがって、前記第4実施形態と同様に、液室211に対向する部分232bの膜厚が最大厚みよりも薄い。
The
ここで、比較例1、2、実施例1、2に係る液体吐出ヘッドの各部の寸法は、図8に示すように設定した。 Here, the dimensions of each part of the liquid ejection heads according to Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 were set as shown in FIG.
そして、比較例1、2、実施例1、2の圧電膜232を含む圧電素子23に対して20Vの駆動電圧を印加したときのノズル板22の変形状態を図7(a)〜(d)にそれぞれ示している。
7A to 7D show the deformation state of the
<比較例1>
図7(a)に示すように、圧電膜232の膜厚が一定であることから、その剛性も圧電膜232の幅方向の位置によらず一定であるため、ノズル板22の固定端側の剛性が高くなり、変形量が小さいことが分かる。
<Comparative Example 1>
As shown in FIG. 7A, since the film thickness of the
<実施例1>
最大厚み部分232aが隔壁部212に対向する位置に配置されていることで、ノズル板22の固定端側における圧電膜232の膜厚が薄くなり、比較例1よりもノズル板22の変形量が大きくなる。
<Example 1>
Since the
<実施例2>
圧電膜232は、最大厚み部分232aが隔壁部212に対向する位置に配置され、幅方向の中央位置235に対して境界213と反対側に最大厚み位置234がある非対称形状であることで、液室211に対向する部分232bの膜厚(平均膜厚)を実施例1よりも薄くできる。
<Example 2>
The
次に、上記比較例1、2、実施例1、2のノズル板の変形量を液室からの液体の排除体積として図9及び図10を参照して説明する。 Next, the deformation amount of the nozzle plate of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 and 2 will be described as an excluded volume of liquid from the liquid chamber with reference to FIGS.
排除体積は、圧電素子23を駆動していない状態から圧電素子23を駆動してノズル板22を変形させたときに、液室211から排除される液体の体積を意味する。また、ここでは、平面形状が円形状の液室211の直径を120μmとし、ノズル221の中央位置(ノズル中心)を「0μm」としたとき、液室211と隔壁部212との境界213はノズル中心から60μmの位置にあるものとする。
The excluded volume means the volume of liquid that is excluded from the
図9は比較例1及び実施例1における圧電膜232の最大厚み部分232aのノズル中心からの距離と排除体積との関係を示している。
FIG. 9 shows the relationship between the distance from the nozzle center of the
比較例1は圧電膜232の厚みが一定であるので最大厚み部分232aは液室211と隔壁部212との境界213(ノズル中心から60μmの位置)にある。この比較例1における排除体積は1.07[pl]であった。
In Comparative Example 1, the thickness of the
実施例1について、圧電膜232の最大厚み部分232aのノズル中心からの距離を61μmないし70μmの間で変化させて排除体積を測定した。この場合、ノズル中心からの距離が67μmの位置で最大の排除体積7.29plとなった。
Regarding Example 1, the excluded volume was measured by changing the distance from the nozzle center of the
この結果から、実施例1の液体吐出ヘッドは、比較例1の液体吐出ヘッドに比べてノズル板の変位効率が高く、吐出効率が高いことが分かる。 From this result, it can be seen that the liquid ejection head of Example 1 has higher nozzle plate displacement efficiency and higher ejection efficiency than the liquid ejection head of Comparative Example 1.
図10は実施例2における圧電膜232の最大厚み部分232aのノズル中心からの距離と排除体積との関係を示している。
FIG. 10 shows the relationship between the distance from the nozzle center of the
実施例2では、圧電膜232の最大厚み部分232aのノズル中心からの距離を61μmないし70μmの間で変化させて排除体積を測定した。この場合、ノズル中心からの距離が70μmの位置で最大の排除体積7.50plとなった。また、実施例1で最大排除体積が得られるノズル中心からの距離が67μmの位置では7.21[pl]となっている。
In Example 2, the excluded volume was measured by changing the distance from the nozzle center of the
これより、実施例2の液体吐出ヘッドは、比較例1の液体吐出ヘッドに比べてノズル板の変位効率が高く、吐出効率が高いことが分かる。 From this, it can be seen that the liquid ejection head of Example 2 has higher nozzle plate displacement efficiency and higher ejection efficiency than the liquid ejection head of Comparative Example 1.
そして、実施例1と実施例2を対比した場合、実施例1で最大排除体積が得られるノズル中心からの距離が67μmの位置では、実施例1の方が実施例2よりも最大排除体積が多くなることが分かる。 When Example 1 and Example 2 are compared, Example 1 has a maximum excluded volume that is greater than Example 2 at a position where the distance from the nozzle center at which the maximum excluded volume is obtained in Example 1 is 67 μm. You can see that it increases.
次に、本発明の第5実施形態について図11を参照して説明する。図11は同実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an explanatory cross-sectional view of a main part of the liquid discharge head according to the embodiment.
本実施形態では、ノズル板22に所定の間隔で複数のノズル221を形成し、各ノズル221が臨む複数の液室211及び隔壁部212を形成する流路部材21を備えている。そして、ノズル板22の各液室211に対応する変形可能領域22aを変形させる圧電素子23を、各液室211に対応して配置して、マルチノズルヘッドを構成している。
In the present embodiment, a plurality of
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図12を参照して説明する。図12は同装置の斜視説明図である。 Next, an example of an apparatus for ejecting liquid according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a perspective view of the apparatus.
この装置は、架台300の上に、Y軸駆動手段301を設置し、Y軸駆動手段301上に対象物302を搭載するステージ303が設定されて、Y軸駆動手段301でステージ303がY軸方向に往復移動される。
In this apparatus, a Y-
また、X軸支持部材304にはX軸駆動手段305が取り付けられており、これにZ軸駆動手段306上に搭載されたヘッドベース307が取り付けられて、ヘッドベース307はX軸方向及びZ軸方向に移動される。
An X-axis drive unit 305 is attached to the
ヘッドベース307には、液体を吐出する1又は複数の本発明に係る液体吐出ヘッド308が搭載され、液体貯留部から供給手段309を介して液体が供給されている。
The
本発明に係る液体吐出ヘッドを備えることで、高い吐出効率で液体を吐出することができる。 By providing the liquid discharge head according to the present invention, it is possible to discharge liquid with high discharge efficiency.
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の他の例について図13及び図14を参照して説明する。図13は同装置の要部平面説明図、図14は同装置の要部側面説明図である。 Next, another example of an apparatus for ejecting liquid according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is an explanatory plan view of the main part of the apparatus, and FIG. 14 is an explanatory side view of the main part of the apparatus.
この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構493によって、キャリッジ403は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構493は、ガイド部材401、主走査モータ405、タイミングベルト408等を含む。ガイド部材401は、左右の側板491A、491Bに架け渡されてキャリッジ403を移動可能に保持している。そして、主走査モータ405によって、駆動プーリ406と従動プーリ407間に架け渡したタイミングベルト408を介して、キャリッジ403は主走査方向に往復移動される。
This apparatus is a serial type apparatus, and the
このキャリッジ403には、本発明に係る液体吐出ヘッド404及びヘッドタンク441を一体にした液体吐出ユニット440を搭載している。液体吐出ユニット440の液体吐出ヘッド404は、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド404は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
A
液体吐出ヘッド404の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド404に供給するための供給機構494により、ヘッドタンク441には、液体カートリッジ450に貯留されている液体が供給される。
The liquid stored in the
供給機構494は、液体カートリッジ450を装着する充填部であるカートリッジホルダ451、チューブ456、送液ポンプを含む送液ユニット452等で構成される。液体カートリッジ450はカートリッジホルダ451に着脱可能に装着される。ヘッドタンク441には、チューブ456を介して送液ユニット452によって、液体カートリッジ450から液体が送液される。
The
この装置は、用紙410を搬送するための搬送機構495を備えている。搬送機構495は、搬送手段である搬送ベルト412、搬送ベルト412を駆動するための副走査モータ416を含む。
This apparatus includes a
搬送ベルト412は用紙410を吸着して液体吐出ヘッド404に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト412は、無端状ベルトであり、搬送ローラ413と、テンションローラ414との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
The
そして、搬送ベルト412は、副走査モータ416によってタイミングベルト417及びタイミングプーリ418を介して搬送ローラ413が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
The
さらに、キャリッジ403の主走査方向の一方側には搬送ベルト412の側方に液体吐出ヘッド404の維持回復を行う維持回復機構420が配置されている。
Further, on one side of the
維持回復機構420は、例えば液体吐出ヘッド404のノズル面(ノズルが形成された面)をキャッピングするキャップ部材421、ノズル面を払拭するワイパ部材422などで構成されている。
The maintenance /
主走査移動機構493、供給機構494、維持回復機構420、搬送機構495は、側板491A,491B、背板491Cを含む筐体に取り付けられている。
The main
このように構成したこの装置においては、用紙410が搬送ベルト412上に給紙されて吸着され、搬送ベルト412の周回移動によって用紙410が副走査方向に搬送される。
In this apparatus configured as described above, the
そこで、キャリッジ403を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド404を駆動することにより、停止している用紙410に液体を吐出して画像を形成
する。
Therefore, the
このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。 Thus, since this apparatus includes the liquid ejection head according to the present invention, a high-quality image can be stably formed.
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図15を参照して説明する。図15は同ユニットの要部平面説明図である。 Next, another example of the liquid discharge unit according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 is an explanatory plan view of the main part of the unit.
この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板491A、491B及び背板491Cで構成される筐体部分と、主走査移動機構493と、キャリッジ403と、液体吐出ヘッド404で構成されている。
The liquid discharge unit includes a casing portion composed of
なお、この液体吐出ユニットの例えば側板491Bに、前述した維持回復機構420、及び供給機構494の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
Note that a liquid discharge unit in which at least one of the above-described maintenance and
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図16を参照して説明する。図16は同ユニットの正面説明図である。 Next, still another example of the liquid discharge unit according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is an explanatory front view of the unit.
この液体吐出ユニットは、流路部品444が取付けられた液体吐出ヘッド404と、流路部品444に接続されたチューブ456で構成されている。
This liquid discharge unit includes a
なお、流路部品444はカバー442の内部に配置されている。流路部品444に代えてヘッドタンク441を含むこともできる。また、流路部品444の上部には液体吐出ヘッド404と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。
The
本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が30mPa・s以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、DNA、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、3次元造形用材料液等の用途で用いることができる。 In the present application, the liquid to be ejected is not particularly limited as long as it has a viscosity and surface tension that can be ejected from the head, and the viscosity becomes 30 mPa · s or less at room temperature, normal pressure, or by heating and cooling. It is preferable. More specifically, solvents such as water and organic solvents, colorants such as dyes and pigments, functional materials such as polymerizable compounds, resins, and surfactants, and biocompatible materials such as DNA, amino acids, proteins, and calcium. , Edible materials such as natural pigments, solutions, suspensions, emulsions, and the like. These include, for example, inkjet inks, surface treatment liquids, components of electronic devices and light emitting devices, and formation of electronic circuit resist patterns. It can be used in applications such as liquids for use, three-dimensional modeling material liquids, and the like.
液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ(積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子)、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。 As energy generation sources for discharging liquid, piezoelectric actuators (laminated piezoelectric elements and thin film piezoelectric elements), thermal actuators using electrothermal transducers such as heating resistors, electrostatic actuators consisting of a diaphragm and counter electrode are used. To be included.
「液体吐出ユニット」には、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。 The “liquid discharge unit” includes a combination of at least one of a head tank, a carriage, a supply mechanism, a maintenance / recovery mechanism, and a main scanning movement mechanism with a liquid discharge head.
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。 Here, the term “integrated” refers to, for example, a liquid discharge head, a functional component, and a mechanism that are fixed to each other by fastening, adhesion, engagement, etc., and one that is held movably with respect to the other. Including. Further, the liquid discharge head, the functional component, and the mechanism may be configured to be detachable from each other.
例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。 For example, there is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head and a head tank are integrated. Also, there are some in which the liquid discharge head and the head tank are integrated by being connected to each other by a tube or the like. Here, a unit including a filter may be added between the head tank and the liquid discharge head of these liquid discharge units.
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。 In addition, there is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head and a carriage are integrated.
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。 In addition, there is a liquid discharge unit in which the liquid discharge head and the scanning movement mechanism are integrated by holding the liquid discharge head movably on a guide member that constitutes a part of the scanning movement mechanism. In some cases, a liquid discharge head, a carriage, and a main scanning movement mechanism are integrated.
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。 Also, there is a liquid discharge unit in which a cap member that is a part of the maintenance / recovery mechanism is fixed to a carriage to which the liquid discharge head is attached, and the liquid discharge head, the carriage, and the maintenance / recovery mechanism are integrated. .
また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。 In addition, there is a liquid discharge unit in which a tube is connected to a liquid discharge head to which a head tank or a flow path component is attached, and the liquid discharge head and a supply mechanism are integrated. The liquid from the liquid storage source is supplied to the liquid discharge head via this tube.
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。 The main scanning movement mechanism includes a guide member alone. The supply mechanism includes a single tube and a single loading unit.
「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。 The “apparatus for ejecting liquid” includes an apparatus that includes a liquid ejection head or a liquid ejection unit and that ejects liquid by driving the liquid ejection head. The apparatus for ejecting a liquid includes not only an apparatus capable of ejecting a liquid to an object to which the liquid can adhere, but also an apparatus for ejecting the liquid into the air or liquid.
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。 This “apparatus for discharging liquid” may include means for feeding, transporting, and discharging a liquid to which liquid can adhere, as well as a pre-processing apparatus and a post-processing apparatus.
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物(三次元造形物)を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置(三次元造形装置)がある。 For example, as a “liquid ejecting device”, an image forming device that forms an image on paper by ejecting ink, a powder is formed in layers to form a three-dimensional model (three-dimensional model) There is a three-dimensional modeling apparatus (three-dimensional modeling apparatus) that discharges a modeling liquid onto the powder layer.
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。 Further, the “apparatus for ejecting liquid” is not limited to an apparatus in which significant images such as characters and figures are visualized by the ejected liquid. For example, what forms a pattern etc. which does not have a meaning in itself, and what forms a three-dimensional image are also included.
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。 The above-mentioned “applicable liquid” means that the liquid can be attached at least temporarily and adheres and adheres, or adheres and penetrates. Specific examples include recording media such as paper, recording paper, recording paper, film, and cloth, electronic parts such as electronic substrates and piezoelectric elements, powder layers (powder layers), organ models, and test cells. Yes, unless specifically limited, includes everything that the liquid adheres to.
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。 The material of the above-mentioned “material to which liquid can adhere” is not limited as long as liquid such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics can be adhered even temporarily.
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。 In addition, the “device for ejecting liquid” includes a device in which the liquid ejection head and the device to which the liquid can adhere move relatively, but is not limited thereto. Specific examples include a serial type apparatus that moves the liquid discharge head, a line type apparatus that does not move the liquid discharge head, and the like.
また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。 In addition, as the “device for ejecting liquid”, other than the above, a treatment liquid coating apparatus that ejects a treatment liquid onto a sheet in order to apply the treatment liquid to the surface of the sheet for the purpose of modifying the surface of the sheet, There is an injection granulation apparatus that granulates raw material fine particles by spraying a composition liquid in which raw materials are dispersed in a solution through a nozzle.
なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。 Note that the terms “image formation”, “recording”, “printing”, “printing”, “printing”, “modeling” and the like in the terms of the present application are all synonymous.
11 隔壁部材
12 ノズル板
13 圧電素子
21 流路部材
22 ノズル板
23 圧電素子
111 中空部
112 隔壁部
121 開口
132 圧電膜
211 液室
212 隔壁部
221 ノズル
232 圧電膜
211 液室
212 隔壁部
221 ノズル
307 液体吐出ヘッド
403 キャリッジ
404 液体吐出ヘッド
440 液体吐出ユニット
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記薄膜部材の一面側に配置され、前記開口が通じる中空部と、前記中空部の周囲の隔壁部とを形成する隔壁部材と、
前記薄膜部材の他面側で前記開口の周囲に配置され、電気機械変換膜を含み、前記薄膜部材を変形させる電気機械変換素子と、を備え、
前記電気機械変換膜は、前記薄膜部材を介して前記中空部及び前記隔壁部に跨って対向する領域に設けられ、
前記電気機械変換膜の最大厚み部分は、前記隔壁部に対向する領域に位置し、
前記電気機械変換膜の前記中空部に対向する部分の膜厚は、前記電気機械変換膜の最大厚み部分の厚みよりも薄い
ことを特徴とするアクチュエータ。 A deformable thin film member having an opening;
A partition member that is disposed on one surface side of the thin film member and that forms a hollow portion through which the opening communicates, and a partition portion around the hollow portion,
An electromechanical conversion element that is disposed around the opening on the other surface side of the thin film member, includes an electromechanical conversion film, and deforms the thin film member,
The electromechanical conversion film is provided in a region facing the hollow part and the partition part via the thin film member,
The maximum thickness portion of the electromechanical conversion film is located in a region facing the partition wall,
The actuator is characterized in that a thickness of a portion of the electromechanical conversion membrane facing the hollow portion is thinner than a thickness of a maximum thickness portion of the electromechanical conversion membrane.
ことを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。 The electromechanical conversion film has a shape in which the thickness is reduced while curving from the maximum thickness portion to the opening side and the side opposite to the opening side in a cross-sectional shape along the thickness direction of the thin film member. The actuator according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。 The maximum thickness portion of the electromechanical conversion film is a cross-sectional shape in a direction along the thickness direction of the thin film member, and a boundary between the hollow portion and the partition portion with a central position in the in-plane direction of the thin film member as a boundary. The actuator according to claim 1, wherein the actuator is located on a side opposite to the boundary.
前記ノズル板の一面側に配置され、前記開口が通じる液室と、前記液室の周囲の隔壁部を形成する流路部材と、
前記ノズル板の他面側の前記ノズルの周囲に配置され、電気機械変換膜を含み、前記ノズルを変形させる電気機械変換素子と、を備え、
前記電気機械変換膜は、前記ノズル板を介して前記液室及び前記隔壁部に跨って対向する領域に設けられ、
前記電気機械変換膜の最大厚み部分は、前記隔壁部に対向する領域に位置し、
前記電気機械変換膜の前記中空部に対向する部分の膜厚は、前記電気機械変換膜の最大厚み部分の厚みよりも薄い
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A deformable nozzle plate having an opening for discharging liquid;
A liquid chamber disposed on the one surface side of the nozzle plate and leading to the opening; and a flow path member forming a partition wall around the liquid chamber;
An electromechanical conversion element that is disposed around the nozzle on the other surface side of the nozzle plate, includes an electromechanical conversion film, and deforms the nozzle;
The electromechanical conversion film is provided in a region facing the liquid chamber and the partition through the nozzle plate,
The maximum thickness portion of the electromechanical conversion film is located in a region facing the partition wall,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein a thickness of a portion of the electromechanical conversion film facing the hollow portion is thinner than a thickness of a maximum thickness portion of the electromechanical conversion film.
ことを特徴とする請求項4に記載の液体吐出ヘッド。 The electromechanical conversion film has a shape in which a thickness is reduced while curving from the maximum thickness portion to the opening side and the side opposite to the opening side in a cross-sectional shape along a thickness direction of the nozzle plate. The liquid discharge head according to claim 4.
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出ヘッド。 The maximum thickness portion of the electromechanical conversion film has a cross-sectional shape in a direction along the thickness direction of the nozzle plate, and a boundary between the liquid chamber and the partition portion with a central position in the in-plane direction of the nozzle plate as a boundary. The liquid discharge head according to claim 4, wherein the liquid discharge head is located on a side opposite to the boundary.
ことを特徴とする請求項7に記載の液体吐出ユニット。 A head tank for storing liquid to be supplied to the liquid discharge head, a carriage on which the liquid discharge head is mounted, a supply mechanism for supplying liquid to the liquid discharge head, a maintenance / recovery mechanism for maintaining and recovering the liquid discharge head, and the liquid The liquid discharge unit according to claim 7, wherein at least one of a main scanning movement mechanism that moves the discharge head in a main scanning direction and the liquid discharge head are integrated.
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