JP2019155713A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この吐出不良を抑制するために、例えば、圧力室を循環経路に連結して吐出口近傍のインクを循環させる循環機構がある。循環機構を採用する吐出ヘッドは、吐出ヘッド内に、循環経路の一部を構成するインクの供給流路及び回収流路を備える。この機構を採用する吐出ヘッドの高画質対応のためには、複数の吐出口を高密度に配置する必要がある。この場合、吐出ヘッドの圧力室及び圧電素子は、吐出口と同じ個数必要となる。
本発明は、液体の供給及び回収がされる液体吐出ヘッドにおいて、液体を吐出する複数の吐出口を高密度に配置することができる液体吐出ヘッドの提供を目的とする。
図2(d)は、インクを吐出するための複数の吐出口102が形成されているオリフィスプレート101をインクが吐出する側(後述する下面側)から見た図である。
図2(c)は、シリコンなどを加工して作られた流路形成層103のオリフィスプレート101側から見た図である。流路形成層103には、共通供給流路104(供給流路の一例)と、複数の供給支流路105(第1流路の一例)と、共通回収流路106(回収流路の一例)と、複数の回収支流路107(第2流路の一例)とが形成されている。共通供給流路104、複数の供給支流路105、共通回収流路106及び複数の回収支流路107は、それぞれ直線状流路とされている。共通供給流路104は、ヘッドチップ100の長手方向(所定方向から交差する交差方向の一例)に沿った状態で、ヘッドチップ100の短手方向の一端側に配置されている。共通供給流路104は、複数の供給支流路105にインクを供給するための流路とされている。共通回収流路106は、ヘッドチップ100の長手方向に沿った状態で、ヘッドチップ100の短手方向の他端側に配置されている。共通回収流路106は、複数の回収支流路107からインクを回収するための流路とされている。複数の供給支流路105及び複数の回収支流路107の各流路は、それぞれヘッドチップ100の短手方向(所定方向の一例)に沿って、供給支流路105と回収支流路107とが交互に並べられた状態で配置されている。共通供給流路104は、供給支流路105の一端側で複数の供給支流路105に連通している。共通回収流路106は、供給支流路105の他端側で複数の回収支流路107に連通している。
図2(b)は、流路形成層103のオリフィスプレート101側と反対側から見た図である。流路形成層103におけるオリフィスプレート101側と反対側には、供給孔108と、回収孔109と、吐出口102に対応した圧力室110とが形成されている。供給孔108は、共通供給流路104と連通する。回収孔109は、共通回収流路106連通する。以下、流路形成層103におけるオリフィスプレート101側の面を「下面」、流路形成層103におけるオリフィスプレート101と反対側の面を「上面」として説明する。
図2(a)に示すように、アクチュエータ層111には、流路形成層103の上面に形成されている圧力室110に対応して圧電素子112が配置されている。そのため、アクチュエータ層111は、長尺とされている。さらに、アクチュエータ層111の短手方向の一端側には供給孔116(第1貫通孔の一例)が形成され、他端側には回収孔117(第2貫通孔の一例)が形成されている。別言すると、アクチュエータ層111には、2つの貫通孔が形成されており、一方が供給孔116、他方が回収孔117とされている。回収孔117は、流路形成層103の回収孔109と連通する貫通孔とされている。回収孔117は、供給孔116より幅が狭く開口面積が小さく作られている。すなわち、回収孔117は、供給孔116よりも断面積が小さい貫通孔とされている。ヘッドチップ100の短手方向の他端側の領域、すなわち、共通回収流路106の上の領域における、回収孔117以外の領域には、駆動IC114が実装されている。なお、アクチュエータ層111は、流路形成層103の上面に配置されている(図4(b)参照)。また、アクチュエータ層111の一部は、後述する振動板205及び複数の圧電素子112で構成されている。
個々の圧電素子112に接続されている個別配線113は、ヘッドチップ100の短手方向の他端側、すなわち、回収孔117が形成されている側に引き出されて駆動IC114に接続されている。駆動IC114には圧電素子112を駆動してインクを吐出させる信号を伝えるFPC115が接続されている。
各吐出口102から吐出されるインクは、外部に繋がる供給孔116から共通供給流路104に供給され、さらに共通供給流路104から各供給支流路105を通って各圧力室110に供給される。
液体吐出装置10が備える制御部(図示省略)からの吐出制御信号はFPC115を介して駆動IC114に伝えられ、駆動IC114から出力される吐出駆動のための電圧波形は各個別配線113を通って各圧電素子112に印加される。その結果、各圧電素子112により各圧力室110を拡張、収縮させることで、すなわち、各圧力室110の容積を変化させることにより各吐出口102からインクが吐出される。これに対して、各圧力室110に供給されたインクのうち吐出されなかったインクは、回収支流路107を経由して共通回収流路106を通り回収孔117からヘッドチップ100の外部に排出され回収される。外部は、一例として循環経路(図示省略)とされ、循環経路にはヘッドチップ100に供給するためのインクを収容するインクタンク(図示省略)が連結されている。すなわち、本実施形態のヘッドチップ100は、インクタンクが連結されている循環経路に繋がっており、外部から供給孔116を介してインクが流れ、回収孔117を介して外部にインクが流れるようになっている。
このようなインクの定常流は、所定の吐出口102がインクを吐出しない期間に吐出口102のインク表面からインクの揮発成分が蒸発して生じるインクの増粘に起因する液体吐出ヘッド20の吐出不良を防止するのに有効である。この定常流におけるインクの流れる方向を開口面積が小さい回収孔117を供給孔とし、開口面積が大きい供給孔116を回収孔として、すなわち、インクの流れる方向を逆方向にする構成としてもよい。例えば、定常流に加え多くの吐出口102から連続してインクを吐出する場合には大量のインクを供給する必要がある。この場合、開口面積が大きく流抵抗が小さい回収孔として使用する供給孔116からインクを逆流させて供給できるように構成しておけばよい。
図3(a)は、ヘッドチップ100からアクチュエータ層111を除いて、ヘッドチップ100を上側から見た部分拡大図である。図3(a)は、その説明を容易にするために、外側から見えない部分も図示されている。図3(b)は、図3(a)のA−A断面を示したものである。
図3(a)に示すように、流路形成層103には、供給支流路105と回収支流路107とがそれぞれ平行でかつ交互に配置されている。供給支流路105には、複数の圧力室110の一部が流路形成層103の厚み方向(吐出口102から吐出されるインクの吐出方向、図中Z方向)で重なって配置されている。また、回収支流路107には、複数の圧力室110の一部が流路形成層103の厚み方向で重なって配置されている。ここで、供給支流路105に列を成して重なるように配列されている各圧力室110を第1圧力室、列を成す第1圧力室で構成される群を第1圧力室列110Aとする。回収支流路107に列を成して重なるように配列されている各圧力室110を第2圧力室、列を成す第2圧力室で構成される群を第2圧力室列110Bとする。図3(a)及び図4(a)に示すように、第1圧力室列110Aを構成する複数の第1圧力室のX方向の一方側は供給支流路105に連結され他方側は回収支流路107に連結されている。第2圧力室列110Bを構成する複数の第2圧力室のX方向の一方側は回収支流路107に連結され他方側は供給支流路105に連結されている。すなわち、複数の第1圧力室と複数の第2圧力室とは、それぞれ、供給支流路105及び回収支流路107との連結位置がX方向において逆方向となる関係を有している。
インクは、供給支流路105から供給接続流路201を通った後、更に供給貫通孔202を通って、圧力室110に供給される。供給接続流路201及び供給貫通孔202は、絞り流路とされている。供給貫通孔202は、流路形成層103をその厚み方向に貫通するように形成されている。供給接続流路201及び供給貫通孔202は、インク吐出時に圧力室110が収縮した時の圧力室110内の圧力が供給流路側(供給支流路105側)に逃げないように構成されている。具体的には、供給接続流路201及び供給貫通孔202は、それぞれ、流抵抗を大きくするために流路断面積が圧力室110の流路断面積よりも小さく設定され、イナータンスを大きくするために長さが長くなるように形成されている。
供給支流路105を挟んで供給貫通孔202の反対側、すなわち、圧力室110のインク供給側と反対側には、フィードスルー203が形成されている。フィードスルー203は、圧力室110と連通し、流路形成層103を圧力室110側からオリフィスプレート101側まで貫通して、吐出口102に連通している。
流路形成層103における下面側(オリフィスプレート101側)の部分には、フィードスルー203と回収支流路107とを連通する絞り流路204が形成されている。絞り流路204は、供給接続流路201及び供給貫通孔202と同様に、インク吐出時に圧力室110が収縮した時の圧力室110内の圧力が供給流路側(供給支流路105側)に逃げないように構成されている。すなわち、絞り流路204は、その流路断面積が圧力室110の流路断面積より小さく設定され(圧力室110よりも流抵抗が大きく設定され)、イナータンスを大きくするために長さが長くなるように形成されている。
アクチュエータ層111における流路形成層103との接合部分は、SiNなどで作られた振動板205とされている。本実施形態では、振動板205は、各圧力室110の壁の一部を形成している。振動板205の上側には、各圧電素子112と接続される複数の個別配線113が配置されている。振動板205及び複数の個別配線113上には、SiO2などで作られた絶縁層206が形成されている。絶縁層206の上には、複数の圧電素子112の一方の面と接続され、複数の圧電素子112の共通の電極として用いられる共通電極207が形成されている。
共通電極207の上側には、各圧力室110に対応して圧電素子112が配置されている。各圧電素子112上には個別電極208が形成されている。各個別電極208は絶縁層209により覆われている。
個別電極208上の絶縁層209と、個別配線113上の絶縁層206、共通電極207及び絶縁層209で構成される積層体とには、それぞれ1つずつ穴が開けられている。当該積層体の穴は、スルーホール211とされている。個別電極208と個別配線113とは、接続電極210により接続されている。共通電極207及び個別配線113は、ヘッドチップ100の短手方向の端部(他端側)まで引き出されてそれぞれ駆動IC114と接続されていている(図4(a)及び図2(a)参照)。そして、駆動IC114からのインク吐出のための駆動電圧の波形が圧電素子112に印加されて振動板205が撓み、圧力室110の体積が拡張、収縮することでインクが吐出口102から吐出される。
図4(a)及び(b)に示すように、本実施形態では、個別配線113は振動板205と共通電極207との間に配置されている。しかしながら、接続電極210をそのまま個別配線とし、当該個別配線を圧電素子112上の絶縁層209からヘッドチップ100の端部まで引き出す構成としてもよい。個別電極208、113は、複数の圧電素子112と振動板205との間及び複数の圧電素子112を挟んで振動板205の反対側の一方又は両方に配置されていればよい。
以上のとおり、インク吐出方向から見て、第1圧力室列110Aの一部が第1流路に重なって配置され、第2圧力室列110Bの一部が第2流路に重なって配置されている。すなわち、本実施形態の場合、供給支流路105及び回収支流路107と、圧力室110とがインク吐出方向において、重なって配置されている。したがって、本実施形態によれば、インクの供給及び回収がされる液体吐出ヘッド20において、複数の吐出口102を高密度に配置することができる。
さらに、本実施形態では、インク吐出方向から見て、圧力室110に複数の個別配線113が重なって配置されている。具体的には、複数の個別配線113は、各圧電素子112に重なって配置されている。したがって、本実施形態によれば、インクの供給及び回収がされる液体吐出ヘッド20において、複数の吐出口102を高密度に配置することができる。
第1実施形態では、各供給支流路105と各回収支流路107とに対して、それぞれ一列を成す圧力室110、すなわち、第1圧力室列110A及び第2圧力室列110Bが重なるように流路形成層103が形成されている(図3(a)及び(b)並びに図4(a)及び(b))。これに対して、本実施形態では、各供給支流路105と各回収支流路107の幅が、第1実施形態の場合よりも広い。本実施形態では、互いに隣接して配置される第1圧力室列110Aと、第2圧力室列110Bとは、二列を成す群(以下、圧力室群110Cという。)を構成している。別言すれば、本実施形態のヘッドチップ100Aは、第1圧力室列110Aと第2圧力室列110Bとが互いに隣接して二列を成す複数の圧力室群110Cを有している。圧力室群110Cは、複数の群とされ、複数の圧力室群110Cの一部は、インク吐出方向から見て、それぞれ、供給支流路105及び回収支流路107に重なって配置されている。
図5(a)及び(b)は、本実施形態のヘッドチップ100Aの一部を拡大した図である。図5(a)は、ヘッドチップ100Aからアクチュエータ層111を除いて、ヘッドチップ100Aを上面側から見た部分拡大図である。図5(a)は、その説明を容易にするために、外側から見えない部分も図示されている。図5(b)は、図5(a)のB−B断面を示したものである。
図5(a)に示すように、流路形成層103には、供給支流路105と回収支流路107とがそれぞれ平行でかつ交互に配置されている。供給支流路105には、圧力室群110Cが流路形成層103の上面に形成されている。圧力室群110Cのうち第1圧力室列110Aを構成する各圧力室110と、第2圧力室列110Bを構成する各圧力室110とは、互いに反対方向を向いた状態で配置されている。別言すると、複数の第1圧力室と複数の第2圧力室とは、それぞれ、供給支流路105及び回収支流路107との連結位置がX方向において逆方向となる関係を有している。
本実施形態では、供給支流路105から第1圧力室を通って回収支流路107に至るまでの流路の流抵抗と、供給支流路105から第2圧力室を通って回収支流路107に至るまでの流路の流抵抗とは、概略等しい(略同一)に設定されている。したがって、本実施形態では、第1圧力室列110Aの各第1圧力室を経由して吐出されるインクの吐出特性と、第2圧力室列110Bの各第2圧力室を経由して吐出されるインクの吐出特性とを、概略揃えることが容易となる。また、本実施形態は、第1実施形態に比べて、各供給支流路105及び各回収支流路107の幅を広くすることができることに伴い、支流路の流抵抗を下げることができる。さらに、本実施形態は、第1実施形態に比べて、供給接続流路212を長く設定することが可能となるため、インク吐出時における圧力室110で発生した圧力をインク供給側に逃し難くすることができる。
本実施形態は、異なる種類のインク(一例として2種類のインク)を供給して吐出させる構成とされている。具体的には、本実施形態のヘッドチップ100Bは、第1実施形態の2枚のヘッドチップ100が互いの短手方向の一端側(供給孔116側)が隣接した状態で並べられ、かつ、一体的に形成された構成とされている(図2及び図6参照)。
以上の構成により、本実施形態は、1つのヘッドチップ100Bで2種類のインク、例えば色の違うインクを供給して吐出することができる。
例えば、第3実施形態のヘッドチップ100Bは、第1実施形態のヘッドチップ100の2枚の組み合わせと同等の構成であるとして説明した。しかしながら、第3実施形態の変形例として、例えば、第2実施形態のヘッドチップ100Aの2枚の組み合わせであってもよい。また、第3実施形態の他の変形例として、例えば、第1実施形態のヘッドチップ100と第2実施形態のヘッドチップ100Aとで構成される2枚のヘッドチップの組み合わせと同等の構成としてもよい。
各実施形態では、各圧力室110の変形をPZT等の圧電素子112により行うとして説明した。しかしながら、圧電素子112及び振動板205に換えてヒーター(図示省略)としてもよい。
第2実施形態では、供給支流路105から第1圧力室までの流路及び第1圧力室から回収支流路107までの流路の流抵抗と、供給支流路105から第2圧力室までの流路及び第2圧力室から回収支流路107までの流路の流抵抗とは、概略等しい設定とした。第1実施形態及び第3実施形態において、第2実施形態の上記設定としてもよい。
102 吐出口
110 第1圧力室、第2圧力室
110A 第1圧力室列
110B 第2圧力室列
105 供給支流路(第1流路の一例)
107 回収支流路(第2流路の一例)
Claims (12)
- 液体を吐出する複数の吐出口とそれぞれ連通し所定方向に沿って配列される複数の第1圧力室を有する第1圧力室列と、
液体を吐出する複数の吐出口とそれぞれ連通し前記所定方向に沿って配列される複数の第2圧力室を有する第2圧力室列と、
前記複数の第1圧力室に液体を供給するための第1流路と、
前記複数の第2圧力室から液体を回収するための第2流路と、を備え、
液体の吐出方向から見て、前記第1圧力室列の一部は前記第1流路に重なって配置され、前記第2圧力室列の一部は前記第2流路に重なって配置されることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記第1圧力室及び前記第2圧力室の壁の一部は、振動板で形成されており、
前記振動板における、前記第1圧力室及び前記第2圧力室の外側に配置され、前記振動板を振動させて複数の前記第1圧力室及び複数の前記第2圧力室の容積をそれぞれ変化させる複数の圧電素子と、
複数の前記圧電素子に接続される複数の個別配線と、を備え、
複数の前記個別配線は、複数の前記圧電素子と前記振動板との間及び複数の前記圧電素子を挟んで前記振動板の反対側の一方又は両方に配置されることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記振動板及び前記圧電素子を一部とする、長尺なアクチュエータ層を有し、
前記アクチュエータ層の短手方向の一端側には第1貫通孔が形成され、他端側には前記第1貫通孔よりも断面積が小さい第2貫通孔が形成されており、
前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔の一方は前記第1流路に連通する供給孔とされ、他方は前記第2流路に連通する回収孔とされ、
前記個別配線は、前記短手方向における前記第2貫通孔が形成されている側に引き出されていることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記複数の圧電素子を駆動させるための複数の駆動ICを備え、
前記複数の駆動ICは、前記個別配線に接続されていることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第1流路及び前記第2流路は、それぞれ前記所定方向に沿う複数の直線状流路とされ、
前記複数の第1流路及び前記複数の第2流路は、前記所定方向と交差する交差方向に沿って交互に配置されており、
直線状とされ、前記複数の第1流路に液体を供給するための供給流路と、
直線状とされ、前記複数の第2流路から液体を回収するための回収流路と、を備え、
前記供給流路は、前記交差方向に沿って配置され、前記第1流路の一端側で前記複数の第1流路に連通し、
前記回収流路は、前記交差方向に沿って配置され、前記第1流路の他端側で前記複数の第2流路に連通することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記複数の第1圧力室と前記第1流路とは、前記第1圧力室よりも流抵抗の大きい絞り流路により連通されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記複数の第2圧力室と前記第2流路とは、前記第2圧力室よりも流抵抗の大きい絞り流路により連通されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記複数の第1圧力室は、前記第2流路に連結されており、
前記複数の第2圧力室は、前記第1流路に連結されており、
前記所定方向に交差する交差方向において、前記複数の第1圧力室の一方側は前記第1流路に他方側は前記第2流路に連結され、前記複数の第2圧力室の一方側は前記第2流路に他方側は前記第1流路に連結されていることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記複数の第1圧力室は、前記第2流路に連結されており、
前記複数の第2圧力室は、前記第1流路に連結されており、
前記第1流路から前記第1圧力室を通って前記第2流路に至るまでの流路の流抵抗と、前記第1流路から前記第2圧力室を通って前記第2流路に至るまでの流路の流抵抗とは、略同一とされていることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第1圧力室列と前記第2圧力室列とが互いに隣接して二列を成す複数の圧力室群を有し、
複数の前記圧力室群は、前記吐出方向から見て、それぞれ前記第1流路及び前記第2流路に重なって配置されていることを特徴とする請求項9に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第1流路及び前記第2流路は、循環経路の一部とされていることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項1〜11の何れか1項に記載の液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに対向する位置に媒体を搬送する搬送部と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
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