JP5388834B2 - Liquid discharge head and recording apparatus using the same - Google Patents
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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一般的に知られている。 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 for discharging liquid droplets from discharge holes is generally known.
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.
そこで一方方向の長い液体吐出ヘッドを、マニホールド(共通流路)およびマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる液体吐出孔を有した流路部材と、前記液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられたアクチュエータユニットの変位素子を変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に600dpiの解像度で印刷が可能とされている。 Therefore, a liquid discharge head that is long in one direction is covered with a manifold (common flow path) and a flow path member having a liquid discharge hole that connects the manifold through a plurality of liquid pressurization chambers, respectively, and the liquid pressurization chamber. There is known a structure in which an actuator unit having a plurality of displacement elements provided in is laminated (see, for example, Patent Document 1). In this liquid ejection head, the liquid pressurizing chambers connected to the plurality of liquid ejection holes are arranged in a matrix, and the displacement elements of the actuator unit provided so as to cover the chambers are displaced so that each liquid ejection chamber Ink is ejected and printing is possible at a resolution of 600 dpi in the main scanning direction.
また、このような流路部材に重ねて使用されるリザーバ流路として、エッチングした金属プレートを積層して、内部に流路を設けて、第2の流露部材としたものが知られている(例えば、特許文献2を参照。)。そして、圧電アクチュエータを駆動する信号が流れるフレキシブルフラットケーブルは流路部材とリザーバ流路部材の間から、液体吐出ヘッドの長辺側に取り出される。
In addition, as a reservoir channel that is used by being overlapped with such a channel member, a second dew member is known in which etched metal plates are stacked and a channel is provided inside (see FIG. For example, see
しかしながら、特許文献2に記載の液体吐出ヘッドにおいて、温度変化により、流路部材およびリザーバ流路部材から圧電アクチュエータに応力が加わり、加わった応力により、圧電素子の特性が変動してしまい、液体吐出孔から吐出される液滴の吐出特性が変わってしまうという問題があった。
However, in the liquid ejection head described in
このような液体吐出ヘッドでは、吐出する液体の粘度を安定させるため加温することがある。また、液体吐出ヘッドの製造工程において、圧電アクチュエータと流路部材を熱硬化性樹脂で接着することも考えられる。いずれにしても、圧電アクチュエータと流路部材に熱膨張係数差があり、製造工程と使用環境で温度が違えば、圧電アクチュエータは流路部材から応力を受けるが、特許文献2に記載の液体吐出ヘッドのようなリザーバでは、圧電アクチュエータの部位により応力の加わり方が異なるため、圧電アクチュエータの部位により液体吐出特性が変動してしまうおそれがあった。 Such a liquid discharge head may be heated to stabilize the viscosity of the liquid to be discharged. Further, in the manufacturing process of the liquid discharge head, it is conceivable to bond the piezoelectric actuator and the flow path member with a thermosetting resin. In any case, there is a difference in coefficient of thermal expansion between the piezoelectric actuator and the flow path member, and the piezoelectric actuator receives stress from the flow path member if the temperature differs between the manufacturing process and the usage environment. In a reservoir such as a head, the way in which stress is applied differs depending on the part of the piezoelectric actuator, so that the liquid ejection characteristics may vary depending on the part of the piezoelectric actuator.
したがって、本発明の目的は、圧電アクチュエータの部位による吐出特性の差の少ない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 having a small difference in discharge characteristics depending on the portion of the piezoelectric actuator, and a recording apparatus using the liquid discharge head.
本発明の液体吐出ヘッドは、複数の液体吐出孔が開口している液体吐出孔面ならびに前記複数の液体吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室に液体を供給するマニホールドの液体導入孔が開口している、前記液体吐出孔面に対向している液体加圧室面を有する平板状で一方方向に長い流路部材と、前記複数の液体加圧室を覆うように前記液体加圧室面の上に積層されている平板状の圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータを駆動する信号を伝達する信号伝達部と、前記圧電アクチュエータが収納されている凹部および前記液体導入孔に接続されている液体中継孔を有する接続面、前記液体導入孔に繋がっているリザーバ流路、前記接続面から上方に貫通していて前記信号伝達部が通っている貫通孔とを有するとともに、前記接続面が前記液体加圧室面の上に積層されているリザーバ流路部材とを備える液体吐出ヘッドであって、前記液体加圧室面に直交する方向から見た場合に、前記流路部材と前記リザーバ流路部材の接合部とが、前記圧電アクチュエータの周囲を囲んでいることを特徴とする。 The liquid discharge head according to the present invention includes a liquid discharge hole surface in which a plurality of liquid discharge holes are open, a plurality of liquid pressurization chambers connected to the plurality of liquid discharge holes, and a liquid in the plurality of liquid pressurization chambers. And a plurality of liquid pressurizing chambers, each having a flat plate-like flow passage member having a liquid pressurizing chamber surface facing the liquid discharge hole surface and having a liquid pressurizing chamber surface facing the liquid discharge hole surface. A flat plate-like piezoelectric actuator laminated on the surface of the liquid pressurizing chamber, a signal transmission unit for transmitting a signal for driving the piezoelectric actuator, a recess in which the piezoelectric actuator is housed, and the A connection surface having a liquid relay hole connected to the liquid introduction hole, a reservoir channel connected to the liquid introduction hole, a through hole penetrating upward from the connection surface and passing through the signal transmission unit; And having a reservoir flow path member laminated on the liquid pressurizing chamber surface, and the connection surface when viewed from a direction orthogonal to the liquid pressurizing chamber surface, The flow path member and the joint portion of the reservoir flow path member surround the piezoelectric actuator.
前記液体加圧室面に直交する方向から見た場合に、前記圧電アクチュエータは、前記一方方向に平行な対向する2つの辺を有する四角形状であり、前記2つの辺から、前記前記流路部材と前記リザーバ流路部材の接合部までの距離が同じであるのが好ましい。 When viewed from a direction orthogonal to the liquid pressurizing chamber surface, the piezoelectric actuator has a quadrangular shape having two opposite sides parallel to the one direction, and the flow path member extends from the two sides. It is preferable that the distance to the junction of the reservoir channel member is the same.
前記流路部材と前記圧電アクチュエータとが熱硬化性樹脂を介して接着され、前記流路部材と前記リザーバ流路部材とが熱硬化性樹脂を介して接着されるとともに、前記圧電アクチュエータの熱膨張係数が、前記流路部材および前記リザーバ流路部材のいずれよりも小さいことが好ましい。 The flow path member and the piezoelectric actuator are bonded via a thermosetting resin, the flow path member and the reservoir flow path member are bonded via a thermosetting resin, and the piezoelectric actuator is thermally expanded. It is preferable that the coefficient is smaller than any of the flow path member and the reservoir flow path member.
前記流路部材と前記リザーバ流路部材との熱膨張係数の差が2×10−6/℃以下であることが好ましい。 The difference in thermal expansion coefficient between the flow path member and the reservoir flow path member is preferably 2 × 10 −6 / ° C. or less.
前記リザーバ流路部材は複数の部材を接合したものであり、前記貫通孔は前記複数の部材の境界に設けられていることが好ましい。 The reservoir channel member is formed by joining a plurality of members, and the through hole is preferably provided at a boundary between the plurality of members.
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、前記信号伝達部に接続されており、前記圧電アクチュエータおよび前記搬送部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 present invention is connected to the liquid discharge head, a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head, and the signal transmission unit, and controls the piezoelectric actuator and the transport unit. It is characterized by having a control part which performs.
本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法によれば、複数の液体吐出孔が開口している液体吐出孔面ならびに前記複数の液体吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室に液体を供給するマニホールドの液体導入孔が開口している、前記液体吐出孔面に対向している液体加圧室面を有する平板状で一方方向に長い流路部材と、前記複数の液体加圧室を覆うように前記液体加圧室面の上に積層されている平板状の圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータを駆動する信号を伝達する信号伝達部と、前記圧電アクチュエータが収納されている凹部および前記液体導入孔に接続されている液体中継孔を有する接続面、前記液体導入孔に繋がっているリザーバ流路、前記接続面から上方に貫通していて前記信号伝達部が通っている貫通孔とを有するとともに、前記接続面が前記液体加圧室面の上に積層されているリザーバ流路部材とを備える液体吐出ヘッドであって、前記液体加圧室面に直交する方向から見た場合に、前記流路部材と前記リザーバ流路部材の接合部とが、前記圧電アクチュエータの周囲を囲んでいることにより、前記圧電アクチュエータの周囲において前記圧電アクチュエータと、前記流路部材および前記リザーバ流路部材との熱膨張係数差に起因する応力の加わり方が一定に近くなるため、前記圧電アクチュエータの部位による吐出特性の変動が少なくなる。 According to the driving method of the liquid discharge head of the present invention, the liquid discharge hole surface in which the plurality of liquid discharge holes are opened, the plurality of liquid pressurizing chambers connected to the plurality of liquid discharge holes, and the plurality of liquids, respectively. A flow path member having a liquid pressurization chamber surface facing the liquid discharge hole surface, which is open in a liquid introduction hole of a manifold for supplying a liquid to the pressurization chamber, and long in one direction, and the plurality A plate-like piezoelectric actuator laminated on the surface of the liquid pressurizing chamber so as to cover the liquid pressurizing chamber, a signal transmission unit for transmitting a signal for driving the piezoelectric actuator, and the piezoelectric actuator. A connecting surface having a recess and a liquid relay hole connected to the liquid introduction hole, a reservoir flow path connected to the liquid introduction hole, and the signal transmission unit passing through the connection surface upward. And a reservoir channel member in which the connection surface is stacked on the surface of the liquid pressurizing chamber, and a direction perpendicular to the surface of the liquid pressurizing chamber When viewed from the above, since the joint portion of the flow path member and the reservoir flow path member surrounds the periphery of the piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator, the flow path member, and Since the stress applied due to the difference in thermal expansion coefficient with the reservoir channel member is nearly constant, the variation in ejection characteristics due to the portion of the piezoelectric actuator is reduced.
前記液体加圧室面に直交する方向から見た場合に、前記圧電アクチュエータは、前記一方方向に平行な対向する2つの辺を有する四角形状であり、前記2つの辺から、前記前記流路部材と前記リザーバ流路部材の接合部までの距離が同じである場合、周囲の影響を受けやすい前記圧電アクチュエータの外側の2辺に加わる応力が近くなるため、前記圧電アクチュエータの部位による吐出特性の変動がより少なくなる。 When viewed from a direction orthogonal to the liquid pressurizing chamber surface, the piezoelectric actuator has a quadrangular shape having two opposite sides parallel to the one direction, and the flow path member extends from the two sides. When the distance to the joint portion of the reservoir flow path member is the same, the stress applied to the two outer sides of the piezoelectric actuator, which is easily influenced by the surroundings, becomes close, so the fluctuation of the discharge characteristics due to the part of the piezoelectric actuator Is less.
前記流路部材と前記圧電アクチュエータとが熱硬化性樹脂を介して接着され、前記流路部材と前記リザーバ流路部材とが熱硬化性樹脂を介して接着されるとともに、前記圧電アクチュエータの熱膨張係数が、前記流路部材および前記リザーバ流路部材のいずれよりも小さい場合、熱硬化による接着を行なった後、前記圧電アクチュエータに圧縮圧力が加わった状態になるので、前記圧電アクチュエータを非常に多い回数駆動した際に変位特性が変わる駆動劣化がおき難くなる。そして、このような圧縮応力を加える際に、上述のように圧電アクチュエータに加わっている応力が均一化される。 The flow path member and the piezoelectric actuator are bonded via a thermosetting resin, the flow path member and the reservoir flow path member are bonded via a thermosetting resin, and the piezoelectric actuator is thermally expanded. When the coefficient is smaller than both of the flow path member and the reservoir flow path member, since the compression pressure is applied to the piezoelectric actuator after bonding by thermosetting, the number of the piezoelectric actuators is very large. It is difficult to cause drive deterioration in which the displacement characteristics change when driven a number of times. When such compressive stress is applied, the stress applied to the piezoelectric actuator is made uniform as described above.
前記流路部材と前記リザーバ流路部材との熱膨張係数の差が2×10−6/℃以下である場合、熱硬化による接着を行なった後、前記液体吐出ヘッドがたわむように変形し難いために、前記圧電アクチュエータが変形することにより生じる応力を抑制できる。 When the difference in coefficient of thermal expansion between the flow path member and the reservoir flow path member is 2 × 10 −6 / ° C. or less, the liquid discharge head is not easily deformed so as to bend after bonding by thermosetting. Therefore, it is possible to suppress the stress generated by the deformation of the piezoelectric actuator.
前記リザーバ流路部材は複数の部材を接合したものであり、前記貫通孔は前記複数の部材の境界に設けられている場合、組み立てる際に、前記信号伝達部をはさむように組み立てることにより、前記信号伝達部を貫通孔に通す手間をなくすことができる。 The reservoir channel member is formed by joining a plurality of members, and when the through-hole is provided at a boundary of the plurality of members, the assembly is performed so as to sandwich the signal transmission unit when assembled. The trouble of passing the signal transmission part through the through hole can be eliminated.
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、前記信号伝達部に接続されており、前記圧電アクチュエータおよび前記搬送部を制御する制御部を備えていることにより、前記圧電アクチュエータの部位による吐出特性の変動が少ないので、印刷により良好な画像が得られる。 The recording apparatus of the present invention is connected to the liquid discharge head, a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head, and the signal transmission unit, and controls the piezoelectric actuator and the transport unit. By providing the control unit that performs the above-described operation, there is little variation in ejection characteristics due to the portion of the piezoelectric actuator, so that a good image can be obtained by printing.
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。
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
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
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、下端にヘッド本体13を有している。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(図4参照)。
The four liquid discharge heads 2 are arranged close to each other along the conveyance direction by the
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。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、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。
Liquid droplets (ink) of the same color are ejected from the liquid ejection holes 8 provided in one
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によって記憶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
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
次に本発明の液体吐出ヘッド2について説明する。図6は液体吐出ヘッド2の斜視図である。液体吐出ヘッド2は液体吐出ヘッド本体13と筐体90とを含んでいる。筐体90は金属製であり、一部に駆動信号が伝達される信号ケーブルが通る孔99が開口している。図6の例では上面の一部に孔99が開口しており、孔99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(不図示)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2には液体導入孔41bが開口しており、液体導入孔41bから吐出する液体が供給される。
Next, the
図7は、図6に示した液体吐出ヘッド2のX−X線断面図である。液体吐出ヘッド本体13には、流路部材4、リザーバ流路部材40、圧電アクチュエータユニット21、信号供給部92およびドライバIC55が含まれる。液体吐出ヘッド本体13には、リザーバ流路部材40が重ねられており、リザーバ路部材40には、断熱性弾性部材97が付けられたフレーム96と、コネクタ95が実装された基板94とが固定されている。なお、フレーム96は図7の断面図では、接続していないが、この断面以外の部分で固定されている。制御部100から信号ケーブル(不図示)を介して基板94に送られた駆動信号は、コネクタ95を介して信号伝達部92に送られる。信号伝達部92に実装されたドライバIC55は、駆動信号を処理し、処理後の駆動信号は信号伝達部92を通じて、後述の圧電アクチュエータユニット21の液体吐出素子50を駆動し、流路部材4内部の液体を加圧することにより、液滴が吐出される。なお、基板94は、例えば、吐出信号を複数のドライバIC55に分けたり、吐出信号の整流など行なってもよいが、基板94を設けず、制御部100からの信号ケーブルを直接信号伝達部92に接続するようにしてもよい。信号伝達部92は可撓性を有する帯状のもので、内部に金属の配線を有し、配線の一部は、信号伝達部92の表面に露出しており、露出した配線により、コネクタ95、ドライバIC55および圧電アクチュエータユニット21と電気的に接続される。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
この際、圧電アクチュエータ21の液体吐出ヘッド13の長手方向に平行で、対向する2辺と、流路部材4とリザーバ流路40とが接合された部分までの距離A1とA2とが同じであるため圧電アクチュエータ21の前記2辺に加わる熱膨張係数差に起因する応力が同じになり、圧電アクチュエータ21の部位による液体吐出特性の変動を少なくできる。なお、ここでこの距離が同じとは差が1割以内であることをいう。
At this time, the distances A1 and A2 between the two opposite sides parallel to the longitudinal direction of the
ドライバIC55は、上述の駆動信号処理を行なう際に発熱する。この熱が流路部材4に伝わると流路部材4およびその内部の液体の中で温度差が生じる。液体は温度が変わると粘度が変化するため、加圧手段からの加圧が一定であっても、液滴の吐出速度や量が変わってしまう。吐出される液滴の速度や量が変わると、印刷用紙Pへの着弾位置がずれたり、着弾後に液滴が広がってできる画素の大きさが変わったりするため、印刷される画像の精度が低くなることがある。しかし、ドライバIC55が断熱性弾性部材97により信号伝達部92を介して押されて、金属製の筐体90に押し当てられているため、発生した熱は主に筐体90に伝わり、さらに筐体90全体に速く広がり、外部に放熱されていく。
The
図8はリザーバ流路部材40の縦断面図である。リザーバ流路部材40は、外部液体タンク(図示せず)に繋がる液体導入孔41bと、そのインク供給口41bの数より多くけ形成され、流路部材4の液体導入口5bにそれぞれ繋がる液体中継口41aと、液体供給口41bから供給されたインクをインク中継口41aへ導く内部のリザーバ流路41と、空気室45とを有している。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the
リザーバ流路部材40は複数の長方形状の平板(プレート)40a〜40hと変形可能なダンパ43となるフィルムとを積層して構成されている。ダンパ43の一方の面はリザーバ流路41に面しており、他方の面は空気室45に面している。さらに、空気室は開口45aを介して外部と繋がっている。これによりダンパ43が変形することによりリザーバ流路41の体積が変わるようになっており、液体吐出量が急激多くなった場合などに、安定して液体が供給できるようになる。
The
次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体13について説明する。図2(a)図1に示されたヘッド本体13のうち流路部材4および圧電アクチュエータ21を示す上面図であり、図2(b)はリザーバ流路部材40である。リザーバ流路40内のリザーバ流路41は省略してある。また、圧電アクチュエータ21の収納される位置が分かるように示してある。圧電アクチュエータ21に後述の信号供給92であるフレキシブルフラットケーブルが接続され、流路部材4の上にリザーバ流路部材が積層され、ヘッド本体13となる。
Next, the head
図3は、図2(a)の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図であり、ヘッド本体13の一部である。図4は、図3と同じ位置の拡大透視図で、液体吐出孔8の位置が分かりやすいように、一部の流路を省略して描いている。なお、図3および図4において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータユニット21の下方にあって破線で描くべき液体加圧室10(液体加圧室群9)、しぼり12および液体吐出孔8を実線で描いている。図5は図3のV−V線に沿った縦断面図である。
FIG. 3 is an enlarged top view of a region surrounded by a one-dot chain line in FIG. 2A, and is a part of the head
ヘッド本体13は、平板状の流路部材4と、流路部材4上に、圧電アクチュエータユニット21およびリザーバ流路40を有している。圧電アクチュエータユニット21は台形形状を有しており、その台形の1対の平行対向辺が流路部材4の長手方向に平行になるように流路部材4の上面に配置されている。また、流路部材4の長手方向に平行な2本の仮想直線のそれぞれに沿って2つずつ、つまり合計4つの圧電アクチュエータユニット21が、全体として千鳥状に流路部材4上に配列されている。流路部材4上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット21の斜辺同士は、流路部材4の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット21を駆動することにより印刷される領域では、2つの圧電アクチュエータユニット21により吐出された液滴が混在して着弾することになる。
The
流路部材4の内部には液体流路の一部であるマニホールド5が形成されている。マニホールド5は流路部材4の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材4の上面にはマニホールド5の開口5bが形成されている。開口5bは、流路部材4の長手方向に平行な2本の直線(仮想線)のそれぞれに沿って5個ずつ、合計10個形成されている。開口5bは、4つの圧電アクチュエータユニット21が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド5には開口5bを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。
A
流路部材4内に形成されたマニホールド5は、複数本に分岐している(分岐した部分のマニホールド5を副マニホールド5aということがあり、開口5bから副マニホールド5aまでのマニホールド5を液体供給路5cということがある)。開口5bに繋がる液体供給路5cは、圧電アクチュエータユニット21の斜辺に沿うように延在しており、流路部材4の長手方向と交差して配置されている。2つの圧電アクチュエータユニット21に挟まれた領域では、1つのマニホールド5が、隣接する圧電アクチュエータユニット21に共有されており、副マニホールド5aがマニホールド5の両側から分岐している。これらの副マニホールド5aは、流路部材4の内部の各圧電アクチュエータユニット21に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体13の長手方向に延在している。すなわち、副マニホールド5aの両端は、液体供給路5cに繋がっている。
The
流路部材4は、複数の液体加圧室10がマトリクス状(すなわち、2次元的かつ規則的)に形成されている4つの液体加圧室群9を有している。液体加圧室10は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室10は流路部材4の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室10は、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。したがって、これらの液体加圧室10によって形成された各液体加圧室群9は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いる。また、各液体加圧室10の開口は、流路部材4の上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
本実施形態では、図3に示されているように、マニホールド5は、流路部材4の短手方向に互いに平行に並んだ4列のE1〜E4の副マニホールド5aに分岐し、各副マニホールド5aに繋がった液体加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ液体加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に4列配列されている。副マニホールド5aに繋がった液体加圧室10の並ぶ列は副マニホールド5aの両側に2列ずつ配列されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the manifold 5 branches into four rows of E1-E4 sub-manifolds 5a arranged in parallel with each other in the short direction of the
全体では、マニホールド5から繋がる液体加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ液体加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に16列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室10の数は、圧電アクチュエータである変位素子50の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔8もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に600dpiの解像度で画像形成が可能となっている。
As a whole, the
つまり、流路部材4の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように液体吐出孔8を投影すると、図3に示した仮想直線のRの範囲に、各副マニホールド5a繋がっている4つの液体吐出孔8、つまり全部で16個の液体吐出孔8が600dpiの等間隔になっている。また、各副マニホールド5aには平均すれば150dpiに相当する間隔で個別流路32が接続されている。これは、600dpi分の液体吐出孔8を4つ列の副マニホールド5aに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド5aに繋がる個別流路32が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド5aの延在方向、すなわち主走査方向に平均170μm(150dpiならば25.4mm/150=169μm間隔である)以下の間隔で個別流路32が形成されている。
That is, when the
圧電アクチュエータユニット21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21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。
流路部材4の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔8が形成されている。これらの液体吐出孔8は、流路部材4の下面側に配置された副マニホールド5aと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔8は、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21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。液体吐出孔8の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔8は、流路部材4の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
A large number of liquid discharge holes 8 are formed in the liquid discharge surface on the lower surface of the
ヘッド本体13に含まれる流路部材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、流路部材4の上面から順に、キャビティプレート22、ベースプレート23、アパーチャ(しぼり)プレート24、サプライプレート25、26、マニホールドプレート27、28、29、カバープレート30およびノズルプレート31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個別流路32および副マニホールド5aを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体13は、図5に示されているように、液体加圧室10は流路部材4の上面に、副マニホールド5aは内部の下面側に、液体吐出孔8は下面にと、個別流路32を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室10を介して副マニホールド5aと液体吐出孔8とが繋がる構成を有している。
The
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第1に、キャビティプレート22に形成された液体加圧室10である。第2に、液体加圧室10の一端から副マニホールド5aへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート23(詳細には液体加圧室10の入り口)からサプライプレート25(詳細には副マニホールド5aの出口)までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート24に形成されたしぼり12と、サプライプレート25、26に形成された個別供給流路6とが含まれている。
The holes formed in each plate will be described. These holes include the following. First, the
第3に、液体加圧室10の他端から液体吐出孔8へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ(部分流路)と呼称される。ディセンダは、ベースプレート23(詳細には液体加圧室10の出口)からノズルプレート31(詳細には液体吐出孔8)までの各プレートに形成されている。
Third, there is a communication hole that constitutes a flow channel that communicates from the other end of the
第4に、副マニホールド5aを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート27〜29に形成されている。なお、副マニホールド5aの位置によっては、マニホールドプレート29には孔が形成されていない部分があり、これにより、副マニホールド5aの断面積が変えられている。
Fourthly, there is a communication hole constituting the sub-manifold 5a. The communication holes are formed in the
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド5aからの液体の流入口(副マニホールド5aの出口)から液体吐出孔8に至る個別流路32を構成している。副マニホールド5aに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔8から吐出される。まず、副マニホールド5aから上方向に向かって、個別供給流路6を通り、しぼり12の一端部に至る。次に、しぼり12の延在方向に沿って水平に進み、しぼり12の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室10の一端部に至る。さらに、液体加圧室10の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室10の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔8へと進む。
Such communication holes are connected to each other to form an
リザーバ流路部材40も、流路部材4と同様には圧延法等により得られプレート40a〜40gに、エッチングにより所定の形状に加工されて、ダンパ43とともに積層接着され、リザーバ流路41、空気室45、空気室開口45aおよび圧電アクチュエータが収納される凹部47が設けられる。
Similarly to the
圧電アクチュエータユニット21は、図5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(図3参照)。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. 5, 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は上述のように圧電アクチュエータユニット21の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36が形成されている。この接続電極36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36は、信号伝達部92であるFPC(Flexible Printed Circuit)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35には、制御部100から信号伝達部92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
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。すなわち、共通電極34は、圧電アクチュエータユニット21に対向する領域内の全ての液体加圧室10を覆うように延在している。共通電極34の厚さは2μm程度である。共通電極34は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層21b上において、個別電極35からなる電極群を避ける位置に個別電極35とは異なる表面電極(不図示)が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層21bの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極34と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極35と同様に、信号伝達部92上の別の電極と接続されている。
The
図5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21b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. 5, 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、個別流路32を通じて、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21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(アクチュエータ)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5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21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5〜7pl(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
多数の個別電極35は、個別に電位を制御することができるように、それぞれが信号伝達部92および配線を介して、個別に制御部100に電気的に接続されている。
The large number of
本実施形態における圧電アクチュエータユニット21においては、個別電極35を共通電極34と異なる電位にして圧電セラミック層21b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。この時圧電セラミック層21bは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層21aは、個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット21は、上側(つまり、液体加圧室10とは離れた側)の圧電セラミック層21bを、活性部を含む層とし、かつ下側(つまり、液体加圧室10に近い側)の圧電セラミック層21aを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
In the
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100により個別電極35を共通電極34に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層21b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21a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21bと圧電セラミック層21a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は液体加圧室10側へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。
In this configuration, when 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21a、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21a、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マニホールド5から液体吐出孔8まで伝播する時間長さであるAL(Acoustic Length)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
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
液体吐出ヘッド2を液体加圧室面4bに直交する方向から見た場合に、流路部材4とリザーバ流路部材40の接合部とが、圧電アクチュエータ21の周囲を囲んでいることが重要である。液体吐出ヘッド2には圧電アクチュエータ21を駆動する信号を伝達する信号伝達部92が必要であるが、これを液体吐出ヘッド2の側面の開口部から取り出すような構造にすると、その部分の圧電アクチュエータに加わる熱膨張係数差の応力が少なくなってしまう。そのため、圧電アクチュエータ21の周囲は流路部材4とリザーバ流路部材40に囲われるようにし、信号伝達部92はリザーバ流路部材を上下に貫通する貫通孔49を通って液体吐出ヘッド2の上方に取り出すようにする。このようにすることにより、吐出した液滴の一部がミスト状になって、液体吐出ヘッド2の側面から圧電アクチュエータ21や信号伝達部62に達してショートなどの不具合が生じるのを抑制できる。
When the
このような構成は、液体吐出ヘッド2を組み立てた環境と使用環境で温度差があるときに、圧電アクチュエータ21の部位により液体吐出特性が変動を少なくするのに有用である。これは、圧電アクチュエータ21が複数の液体加圧室10を覆うように液体加圧室面4bの上に積層されているため、変位素子50の圧電セラミック層21bが変位素子50間にある圧電セラミック層21bから応力を受けるためである。また特に、流路部材4、リザーバ流路部材および圧電アクチュエータ21を熱硬化性樹脂で接合し、室温から60℃程度の環境下で使用するのに適している。まず、室温で接着可能な樹脂は、インクに対する耐性が十分なものがなく、熱硬化性樹脂で接合するのが好ましい。
Such a configuration is useful for reducing fluctuations in the liquid ejection characteristics depending on the portion of the
また、引き打ちの動作を非常に多く行なうと、液体吐出素子50の圧電セラミック層21bが伸びてしまい、その結果吐出特性が変動する駆動劣化が生じるおそれがあるが、駆動劣化を抑制するには圧電セラミック層21bに圧縮応力を加えた状態にするのが好ましい。そして、それを実現する方法としては、流路部材4とリザーバ流路部材を、圧電アクチュエータ21よりも熱膨張経緯数の高いものにして、高温で接着した後、室温にまでの温度差で、熱膨張係数差によって生じる応力をしようするものがある。このよう場合、圧電アクチュエータ21には均一に、圧縮応力が加わることが望ましく、上述の構造を適用することが有効である。
Further, if the striking operation is performed too much, the piezoelectric
圧電アクチュエータ21に加わる圧縮応力を調整するため、流路部材4とリザーバ流路部材40は、異なる材料のプレートを積層することが好ましい。エッチング加工できるとともに使用するインクに耐性のある材料1種類で所望の熱膨張係数にすることが困難だからである。流路部材4とリザーバ流路部材40は、それぞれ、熱膨張係数が高いプレート熱膨張係数が低いプレートが、一方を他方をはさむ構造にすることにより、そりが生じ難くなるので好ましい。流路部材4とリザーバ流路部材40の熱膨張係数は、圧電アクチュエータ21より2×10−6〜6×10−6/℃大きくするのが好ましい。また、全体にそりが生じないように、流路部材4とリザーバ流路部材40の熱膨張係数差は2×10−6/℃以下であるのが好ましい。
In order to adjust the compressive stress applied to the
図10は本発明の他の液体吐出ヘッドに用いることのできるリザーバ流路部材240の平面図である。リザーバ流路部材240は、外形的には図2(b)に示したリザーバ流路部材40とおなじである。リザーバ流路部材240は、プレート40a〜gと同様のプレート240a〜gを接着積層し、その側面に直方体状の部材240hおよびiを接着してある。プレート240a〜gは、プレート240a〜gと比較すると幅が狭く、貫通孔249は形成されていなく、貫通孔249となる凹部が形成されている。貫通孔249は、その凹部と部材240hおよびiの側面とで構成される。このようにすることで、信号伝達部92をはさむように組み立てることにより、信号伝達部92を貫通孔249に通す手間をなくすことができる。また、信号伝達部92にドライバIC55を実装した後では、貫通孔249を通らない場合に特に有効である。
FIG. 10 is a plan view of a
以上のような液体吐出ヘッド2は、例えば、以下のようにして作製する。
The
ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層21a、21bとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極34となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を充填する。
A tape composed of a piezoelectric ceramic powder and an organic composition is formed by a general tape forming method such as a roll coater method or a slit coater method, and a plurality of green sheets that become piezoelectric
ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、その後有機金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極35を印刷して、焼成した後、Agペーストを用いて接続電極36を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータユニット21を作製する。
Next, each green sheet is laminated to produce a laminate, and pressure adhesion is performed. The laminated body after pressure contact is fired in a high-concentration oxygen atmosphere, and then the
次に、流路部材4を、圧延法等により得られプレート22〜31を接着層を介して積層して作製する。プレート22〜31に、マニホールド5、個別供給流路6、液体加圧室10およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。
Next, the
これらプレート22〜31は、Fe―Cr系、Fe−Ni系、WC−TiC系の群から選ばれる少なくとも1種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Fe−Cr系がより好ましい。
These
リザーバ流路部材40も同様にさまざまな孔を開けたプレート40a〜40gとダンパ43となる樹脂フィルムを積層接着して作製する。
Similarly, the
圧電アクチュエータユニット21と流路部材4とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータユニット21や流路部材4への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が100〜150℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータユニット21と流路部材4とを加熱接合することができる。
The
次に圧電アクチュエータユニット21と制御回路100とを電気的に接続するために、接続電極36に銀ペーストを供給し、あらかじめドライバIC55を実装した信号伝達部92であるFPCを載置し、熱を加えて銀ペーストを硬化させて電気的に接続させる。なお、ドライバIC55の実装は、信号伝達部92に半田で電気的にフリップチップ接続した後、半田周囲に保護樹脂を供給して硬化させた。
Next, in order to electrically connect the
続いて、リザーバ流路部材40と流路部材4とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータユニット21や流路部材4への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が100〜150℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、リザーバ流路部材40と流路部材4とを加熱接合することができる。
Subsequently, the
続いて、フレーム96の所定の位置に断熱性弾性部材95を樹脂などで取り付ける。断熱性弾性部材95としてゴムを取り付けたフレーム96とリザイーバ流路部材40の間に、あらかじめコネクタ295を実装した基板94を挟み、ねじでフレーム96とリザイーバ流路部材40とを接合するとともに、基板94を固定した。
Subsequently, the heat insulating
さらに、信号伝達部92をまげて、リザーバ流路の貫通孔49を通した後、信号伝達部92の一端をコネクタ95に差し込んで固定する。その後、筐体90をはめ、筐体90をフレーム96にねじで固定して、液体吐出ヘッド2を作製することができる。
Further, the
1・・・プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
4・・・流路部材
4a・・・液体吐出孔面
4b・・・液体加圧室面
5・・・マニホールド
5a・・・副マニホールド
5b・・・マニホールドの開口(液体導入孔)
5c・・・液体供給路
6・・・個別供給流路
8・・・液体吐出孔
9・・・液体加圧室群
10・・・液体加圧室
11a、b、c、d・・・液体加圧室列
12・・・しぼり
15a、b、c、d・・・液体吐出孔列
21・・・圧電アクチュエータユニット
21a・・・圧電セラミック層(振動板)
21b・・・圧電セラミック層
22〜31・・・プレート
32・・・個別流路
34・・・共通電極
35・・・個別電極
36・・・接続電極
40・・・バックエンド(リザーバ流路部材)
40a〜40g・・・プレート
41・・・リザーバ流路
41a・・・液体中継孔
41b・・・リザーバ流路の液体導入孔
42・・・ダンパ
45・・空気室
45a・・・空気室開口
47・・・圧電アクチュエータが収納される凹部
49・・・信号伝達部が通る貫通孔
50・・・変位素子(圧電アクチュエータ)
53・・・フィルタ
90・・・筐体
92・・・フレキシブルフラットケーブル
93・・・リザーバ流路部材
94・・・基板
95・・・コネクタ
96・・・フレーム
97・・・断熱性弾性部材
99・・・孔
DESCRIPTION OF
5c ...
21b: Piezoelectric ceramic layer 22-31:
40a to 40g ...
53 ...
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