<第1の実施形態>
図1(a)は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド2を含む記録装置である(カラーインクジェット)プリンタ1の概略の側面図である。図1(b)は、プリンタ1の概略の平面図である。なお、図面に示すXは第1方向を示し、図面に示すYは第2方向を示し、図面に示すZは第3方向を示しており、以下同様である。
プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pを搬送ローラ80aから搬送ローラ80bへと搬送することにより、印刷用紙Pを液体吐出ヘッド2に対して第2方向Yに相対的に移動させる。そのため、第2方向Yは印刷用紙Pの搬送方向となっている。制御部88は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド2を制御して、液体吐出ヘッド2から記録媒体Pに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Pに液滴を着弾させて、印刷用紙Pに印刷などの記録を行なう。
本実施形態では、液体吐出ヘッド2はプリンタ1に対して固定されており、プリンタ1はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド2を、印刷用紙Pの第1方向Xに往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Pの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。
プリンタ1には、印刷用紙Pとほぼ平行するように平板状の(ヘッド搭載)フレーム70が固定されている。フレーム70には図示しない20個の孔が設けられており、20個の液体吐出ヘッド2がそれぞれの孔の部分に搭載されている。液体吐出ヘッド2の液体を吐出する部位は、印刷用紙Pに面するようになっている。液体吐出ヘッド2と印刷用紙P
との間の距離は、例えば0.5〜20mm程度とされる。5つの液体吐出ヘッド2は、1つのヘッド群72を構成しており、プリンタ1は、4つのヘッド群72を有している。
液体吐出ヘッド2は、第1方向Xに細長い長尺形状を有している。1つのヘッド群72内において、3つの液体吐出ヘッド2は、第1方向Xに沿って並んでおり、他の2つの液体吐出ヘッド2は3の液体吐出ヘッド2と第2方向Yにずれた位置で、3つ液体吐出ヘッド2の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。また、第1方向Xと第2方向Yに対して直交する方向を第3方向Zとしている。
液体吐出ヘッド2は、各液体吐出ヘッド2で印刷可能な範囲が、第1方向Xに繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Pの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。
4つのヘッド群72は、第2方向Yに沿って配置されている。各液体吐出ヘッド2には、図示しない液体タンクから液体(インク)が供給される。1つのヘッド群72に属する液体吐出ヘッド2には、同じ色のインクが供給されるようになっており、4つのヘッド群で4色のインクが印刷できる。各ヘッド群72から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)およびブラック(K)である。このようなインクを、制御部88で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。
プリンタ1に搭載される液体吐出ヘッド2の個数は、単色で、1つの液体吐出ヘッド2で印刷可能な範囲を印刷するのなら1つでもよい。ヘッドの群72に含まれる液体吐出ヘッド2の個数、あるいはヘッド群72の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッドの群72の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群72を複数配置して、搬送方向に交互に印刷することで、印刷速度(搬送速度)を速くすることができる。また、同色で印刷するヘッド群72を複数準備して、第2方向Yにずらして配置して、印刷用紙Pの幅方向の解像度を高くしてもよい。
さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Pの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。
プリンタ1は、印刷用紙Pに印刷を行なう。印刷用紙Pは、給紙ローラ80aに巻き取られた状態になっており、2つのガイドローラ82aの間を通った後、フレーム70に搭載されている液体吐出ヘッド2の下側を通り、その後2つの搬送ローラ82bの間を通り、最終的に回収ローラ80bに回収される。印刷する際には、搬送ローラ82bを回転させることで印刷用紙Pは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド2によって印刷される。回収ローラ80bは、搬送ローラ82bから送り出された印刷用紙Pを巻き取る。搬送速度は、例えば、75m/分とされる。各ローラは、制御部88によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。
記録媒体は、印刷用紙P以外に、布、あるいはタイル等の建築材料でもよい。また、プリンタ1を、印刷用紙Pの代わりに搬送ベルトを搬送する形態にし、記録媒体は、ロール状のもの以外に、搬送ベルト上に置かれた、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどにしてもよい。さらに、液体吐出ヘッド2から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド2から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。
また、プリンタ1に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付け、制御部8
8が、各センサからの情報から分かるプリンタ1の各部の状態に応じて、プリンタ1の各部を制御してもよい。特に、液体吐出ヘッド2から吐出される液体の吐出特性(吐出量や吐出速度など)が外部の影響を受けるようであれば、液体吐出ヘッド2の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド2に加えている圧力に応じて、液体吐出ヘッド2において液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。
次に、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド2について図2〜5を用いて説明する。なお、本実施形態では、第1流路を部分流路12、第2流路を共通供給流路5、第3流路を共通循環流路3および個別循環流路9、第4流路を個別供給流路14として説明する。
図2に示すように、液体吐出ヘッド2は、3つの吐出ユニット2aと、3つの供給ユニット2bとを備えている。吐出ユニット2aは、供給ユニット2bの下方に配置され一体化されており、供給ユニット2bから吐出ユニット2aに液体を供給している。そして、一体化された吐出ユニット2aおよび供給ユニット2bは、第2方向Yに配列されている。
供給ユニット2bは、図2,3に示すように、共通供給流路5と、共通循環流路3とを内部に備えている。共通供給流路5は、第1方向Xに長く形成されており、共通供給流路5に連通した開口5aを備えている。開口5aは、第1方向Xの一方の端部に配置されている。この開口5aを介して、液体が外部から供給ユニット2bに供給される。
共通供給流路5は、供給ユニット2bの上部の全域にわたって設けられている。そのため、共通供給流路5の容積が大きくすることができ、共通供給流路5の内部に生じる流路抵抗を小さくすることができる。
共通循環流路3は、共通供給流路5の下方に配置されており、第2方向Yにおける両端部に配置されている。共通循環流路3は、第1方向Xに長く形成されており、共通循環流路3に連通した開口3aを備えている。開口3aは、第1方向Xの他方の端部に配置されている。この開口3aにより吐出ユニット2aから回収した液体を外部へ送出する。
そのため、外部から供給された液体は、共通供給流路5の開口5aから供給ユニット2bに供給され、共通供給流路5から吐出ユニット2aに液体が供給される。吐出ユニット2aに供給された液体は、その大部分がノズル8(図5参照)から吐出され、吐出されなかった液体の一部が、共通循環流路3に回収される。そして、回収された液体は、共通循環流路3の開口3aを介して外部に送出される。
供給ユニット2bは、共通供給流路5の開口5aが第1方向Xの一方の端部に配置されており、共通循環流路3の開口3aが第1方向Xの他方の端部に配置されている。そのため、液体吐出ヘッド2に供給された液体は、液体吐出ヘッド2の内部の全体を通過して回収されることとなる。それゆえ、液体吐出ヘッド2の内部に、液体が滞留する可能性を低減することができる。
なお、液体吐出ヘッド2は、複数の吐出ユニット2aに共通した1つの供給ユニット2bのみを備えていてもよい。すなわち、3つの吐出ユニット2a上に、3つの吐出ユニット2aにまたがるように設けられた共通供給流路5を備える1つの供給ユニット2bを配置してもよい。その場合、供給ユニット2bが、隣り合う吐出ユニット2aの間に共通循環流路3を備え、隣り合う吐出ユニット2aが共通して使用する構成にすればよい。
また、共通循環流路3から外部へ液体を送出せず、共通循環流路3から共通供給流路5に液体を供給してもよい。その場合、共通供給流路5に連通するように開口3aを設けれ
ばよい。
また、液体吐出ヘッド2は、吐出ユニット2aおよび供給ユニット2b以外に他の部材を備えていてもよい。例えば、吐出ユニット2aおよび供給ユニット2bを覆う金属製の筺体を備えていてもよく、吐出ユニット2aを保護するカバー部材を備えていてもよい。
図2に示すように、吐出ユニット2aは、アクチュエータ基板21と、信号伝達部92と、流路部材4とを備えている。吐出ユニット2aは、流路部材4上にアクチュエータ基板21が載置されており、アクチュエータ基板21上に信号伝達部92が載置される構成となっている。
信号伝達部92は、アクチュエータ基板21に電気的に接続されており、変位素子30の駆動を制御する電気信号を供給している。信号伝達部92は、第1方向Xに延びるように設けられており、アクチュエータ基板21の略全面を覆うように配置されている。そして、信号伝達部92は、第1方向Xの両端部にて供給ユニット2bから引き出されており、外部に電気的に接続されている。信号伝達部92としては、FPC(Flexible Printed
Circuit)を例示することができる。なお、図4,5では信号伝達部92の図示を省略して示しており、図8〜11においても同様である。
流路部材4は、内部に複数の流路を備えており、供給ユニット2b(図2参照)から供給された液体を吐出孔8に送出している。流路部材4は、加圧室面4−2の第2方向Yの両端部に複数の孔が設けられており、供給ユニット2bから供給された液体を流路部材4の内部に導入している。また、流路部材4は、加圧室面4−2の第2方向Yの中央部に複数の加圧室10が設けられており、複数の加圧室10を覆うように圧電アクチュエータ21が載置されている。
流路部材4は、複数の吐出孔8と、複数の部分流路12と、複数の加圧室10と、複数のアパーチャ6と、複数の個別供給流路14と、複数の個別循環流路9と、第1連通室7とを備えている。
吐出孔8は、流路部材4の第1方向Xおよび第2方向Yにより形成される吐出孔面4−1に複数設けられており、吐出孔8から吐出された液体が、印刷用紙P(図1参照)に塗布されることにより印画を行っている。吐出孔8は、マトリクス状に配置することが好ましい。
部分流路12は、吐出孔8と加圧室10とを接続しており、加圧室10の下方に向けて、第3方向Zに延びるように設けられている。加圧室10は吐出孔8に対応して個別に設けられており、部分流路12も吐出孔8に対応して個別に設けられている。部分流路12は、加圧室10から加圧された液体を吐出孔8に供給する機能を有している。なお、第3方向Zは、プレート4a〜4e(図4参照)の積層方向である。
図4(b)に示すように、流路部材4は、吐出孔8の中心軸と、部分流路12の中心軸と、加圧室10の中心軸とが、第3方向Zに一直線上に並ぶように、吐出孔8、部分流路12、および加圧室10が形成されている。そのため、加圧部(変位素子30)により加圧室10に与えられた圧力を液体の吐出に効率よく変換することができる。
つまり、液体吐出ヘッド2は、信号伝達部92の信号に伴い、加圧室10が変位素子30により加圧されると、加圧室10が第3方向Zに押圧され、圧力波が部分流路12の内部を伝播して吐出孔8に到達し、第3方向Zに吐出を行っている。そのため、吐出孔8の中心軸と、部分流路12の中心軸と、加圧室10の中心軸とが第3方向Zに一直線上に並
ぶように、吐出孔8、部分流路12、および加圧室10を配置することにより、圧力波の伝播方向と液体の吐出方向とを同一にすることができ、液体を効率よく吐出することができる。
個別供給流路14は、加圧室10と共通供給流路5とを接続しており、吐出ユニット2aと供給ユニット2bとに連通している。そのため、流路部材4の加圧室面4−2に設けられた孔を介して供給ユニット2bと流路部材4とが接続されている。個別供給流路14は、流路部材4の加圧室面4−2から第3方向Zに延びるように設けられ、途中で第2方向Yに沿うように加圧室10の下方まで延びており、加圧室10の下方から加圧室10に向けて第3方向Zに延びている。個別供給流路14は、加圧室10に対して個別に設けられており、流路部材4の第2方向Yにおける両端部において第1方向Xに配列されている。
また、個別供給流路14は、流路部材4に形成された部位にアパーチャ6が設けられている。アパーチャ6は、第2方向Yに沿って延びるように形成されており、アパーチャ6の端部は加圧室10の下方に配置されている。アパーチャ6は、個別供給流路14の断面積よりも小さい断面積を有している。そのため、個別供給流路14よりも流路抵抗が大きくなっており、加圧室10が加圧された際に生じた圧力波が、個別供給流路14に伝わりにくくなり、部分流路12に流れやすい構成となる。
また、複数のアパーチャ6は、同程度の流路抵抗を備える必要があり、アパーチャ6の容積は略均一とされている。そのため、図5に示すように、アパーチャ6の第2方向Yにおける長さが略均一な構成となっている。
加圧室10は、平面視して、円形状をなしており、下方にアパーチャ6と部分流路12とが配置されている。加圧室10は、隣り合う加圧室10同士が互い違いになるように、千鳥状に配置されている。それにより、加圧室10を密に配置することができ、流路部材4のスペースを有効に利用することができる。
第1連通室7は、複数の部分流路12に共通して連通するように設けられており、第1方向Xと第2方向Yとにより形成される平面に広がるように設けられている。第1連通室7は、複数の部分流路12を取り囲むように配置されており、第1連通室7と複数の部分流路12とは、流路を介さず直接連通している。
第1連通室7は、個別循環流路9と接続するための回収部7aを備えている。回収部7aは、第2方向Yの両端部に配置されており、第1方向Xに間隔をあけて複数設けられている。回収部7aの上方には、個別循環流路9が形成されており、第1連通室7内の液体は、回収部7aを通って個別循環流路9に送出される。回収部7aが、第2方向Yの両端部に配置されているため、第1連通室7の第2方向Yにおける中央部の流速を、第1方向Xにおいて均一に近づけることができる。
個別循環流路9は、共通循環流路3と第1連通室7とを接続しており、吐出ユニット2aと供給ユニット2bに連通するように設けられている。そのため、流路部材4の加圧室面4−2に設けられた孔を介して供給ユニット2bと流路部材4とが接続されている。個別循環流路9は、流路部材4の第2方向Yにおける両端部において第1方向Xに配列されている。
そして、流路部材4は、個別供給流路14を形成する孔と、個別循環流路9を形成する孔とが、第1方向Xに交互に配置されている。
外部から液体吐出ヘッド2に供給された液体は、開口5aを介して供給ユニット2bの共通供給流路5に供給される。共通供給流路5に供給された液体は、第1方向Xに沿って流れる間に、液体の一部が第1方向Xに複数設けられた個別供給流路14にそれぞれ送出される。
個別供給流路14に供給された液体は、第3方向Zの下方に向けて流れた後、アパーチャ6によって第2方向Yに沿って流される。アパーチャ6を流れた液体は、加圧室10の下方にまで送出される。加圧室10の下方に送出された液体は、個別供給流路14を第3方向Zの上方に向けて流れ、加圧室10に供給される。
加圧室10に供給された液体は、加圧部30により加圧され第3方向Zの下方に向けて部分流路12を送出される。吐出孔8に供給された液体の多くは、吐出孔8から第3方向Zに吐出される。吐出孔8に供給された液体の一部は、第1連通室7にて回収され、第2
方向Yにおける両端部に設けられた回収部7aを介して個別循環流路9に供給される。個別循環流路9に供給された液体は、第3方向Zの上方へ向けて送出され、個別循環流路9に接続された共通循環流路3に回収される。共通循環流路3に回収された液体は、共通循環流路3を第1方向Xに沿って流され、開口3aを介して液体は外部へ回収されることとなる。なお、共通循環流路3では、第1方向Xに沿って複数設けられた個別循環流路9からそれぞれ液体を回収している。
図4(b)に示すように、圧電アクチュエータ基板21は、流路部材4の加圧室面4−2上に載置されている。圧電アクチュエータ基板21は、第2方向Yの中央部に配置され、加圧室10を形成する開口を封止するように載置されている。
圧電アクチュエータ基板21は、圧電セラミック層21a,21bと、個別電極25と、共通電極24とを備えている。
圧電アクチュエータ基板21は、圧電セラミック層21aと、共通電極24と、圧電セラミック層21bと、個別電極25とがこの順に積層されており、共通電極24と個別電極25とに挟持された領域が、変位素子30として機能している。
圧電アクチュエータ基板21の上面における各加圧室10に対向する位置には個別電極25がそれぞれ形成されている。個別電極25は、個別電極本体25aと、引出電極25bとを備えている。個別電極本体25aは、平面視して、加圧室10より一回り小さく形成されており、加圧室10と略相似な円形状をなしている。引出電極25bは、第1方向Xあるいは第2方向Yに向けて個別電極本体25aから引き出されている。個別電極25は、各加圧室10に対応して個別に複数設けられている。
また、圧電アクチュエータ基板21の上面には、共通電極24とビアホールを介して電気的に接続されている共通電極用表面電極(不図示)が形成されている。共通電極用表面電極と共通電極24とは、圧電セラミック層21bに配置されたビアホール(不図示)内の導体を通じて、電気的に接続される。
圧電アクチュエータ基板21の上面には、信号伝達部92が、電気的に接続される。圧電アクチュエータ基板21と信号伝達部92との電気的な接続は、例えば、引出電極25bおよび共通電極用表面電極上に半田バンプを設け、半田バンプを介して行えばよい。共通電極24は、例えば、Ag−Pd系などの金属材料により形成され、個別電極25は、例えば、Au系などの金属材料により形成されている。共通電極24と個別電極25とを同様の金属材料により形成してもよい。
共通電極24は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の領域に第1方向Xと第2方向Yにより形成される面の全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極24は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の全域にわたって形成されている。共通電極24の厚さは2μm程度とすることができる。
共通電極24は、共通電極用表面電極と圧電セラミック層21aを貫通して形成されたビアホールを介して繋がっている。そのため、共通電極用表面電極は、接地され、グランド電位に保持されている。
圧電セラミック層21aの個別電極25と共通電極24とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極25に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子30となっている。より具体的には、個別電極25を共通電極24と異なる電位にして圧電セラミック層21aに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部88(図1参照)により個別電極25を共通電極24に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層21aの電極に挟まれた部分(活性部)が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層21bは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層21bは加圧室10側へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。
図4,5に示すように、流路部材4は、複数のプレートが第3方向Zに積層されて形成されている。流路部材4は、上からキャビティプレート4a、アパーチャプレート4b、ベースプレート4c、サーキュレータプレート4d、およびノズルプレート4eが配置されている。
各プレート4a〜4eには多数の孔が形成されている。各プレート4a〜4eの厚さは10〜300μm程度であると孔の形成精度を高くできる。そのため、流路部材4の厚さは、500μm〜2mm程度であることが好ましい。各プレート4a〜4eは、これらの孔が互いに連通して各種流路を構成するように、位置合わせして積層されている。
キャビティプレート4aは、第1孔4a1と、第2孔4a2と、第3孔4a3とが設けられている。第1孔4a1、第2孔4a2、および第3孔4a3は貫通孔として形成されている。第1孔4a1、第2孔4a2、および第3孔4a3は、打ち抜き加工、あるいはエッチングにより形成されている。
第1孔4a1は、加圧室10を形成する孔である。第2孔4a2は、個別供給流路14を形成する孔である。第3孔4a3は、個別循環流路9を形成する孔である。第2孔4a2は第2方向Yに2列設けられており、各列の第2孔4a2が千鳥状に配置されている。第2方向Yの両端に位置する第2孔4a2同士の間に第3孔4a3が配置されている。
アパーチャプレート4bは、第2孔4b2と、第3孔4b3と、第4孔4b4と、第5孔4b5とを備えている。第3孔4b3、および第4孔4b4は貫通孔として形成されている。第2孔4b2、および第5孔4b5は、アパーチャプレート4bを貫通しないように溝形状に形成されている。第2孔4b2、第3孔4b3、第4孔4b4、および第5孔4b5は、エッチングにより形成されている。具体的には、第3孔4b3、および第4孔4b4は貫通するようにエッチングされ、第2孔4b2、および第5孔4b5は、貫通しないようにハーフエッチングにより形成されている。
第2孔4b2は、個別供給流路14を形成する孔である。第3孔4b3は、個別循環流路9を形成する孔である。第4孔4b4は、部分流路12を形成する孔である。第5孔4b5は、アパーチャ6を形成する孔であり、第2方向にYの延びるように溝状に設けられている。
第2孔4b2は、キャビティプレート4aの第2孔4a2の下方に配置されている。第3孔4b3は、キャビティプレート4aの第3孔4a3の下方に配置されている。第4孔4b4は、キャビティプレート4aの第1孔4a1の下方に配置されている。第5孔4b5は、一端部が第2孔4b2に接続され、他端部が、キャビティプレート4aの第1孔4a1の下方に配置されている。
ベースプレート4cは、第3孔4c3と、第4孔4c4とを備えている。第3孔4c3、および第4孔4c4は貫通孔として形成されている。第3孔4c3、および第4孔4c4は、打ち抜き加工、あるいはエッチングにより形成されている。
第3孔4c3は、個別循環流路9を形成する孔である。第4孔4c4は、部分流路12を形成する孔である。第3孔4c3は、アパーチャプレート4bの第3孔4b3の下方に配置されている。第4孔4c4は、アパーチャプレート4bの第4孔4b4の下方に配置されている。
サーキュレータプレート4dは、第4孔4d4と、第6孔4d6とを備えている。第4孔4d4は、貫通孔として設けられている。第6孔4d6はサーキュレータプレート4dを貫通しないように設けられている。第4孔4d4、および第6孔4d6は、エッチングにより形成されている。
第4孔4d4は、部分流路12を形成する孔である。第6孔4d6は、主に第1連通室7を形成する孔である。第4孔4d4は、平面視して、第6孔4d6内に設けられており、ベースプレート4cの第4孔4c4の下方に配置されている。
そのため、詳細には、第6孔4d6のうち、第4孔4d4上に位置する部分は、部分流路12を形成しており、第4孔4d4上以外に位置する部分は、第1連通室7を形成している。その結果、流路部材4は、部分流路12が流路を介さずに直接第1連通室7と連通する構成となる。
第6孔4d6は、平面視して略矩形状の開口部4d6aと、開口部4d6aから第2方向Yに向けてのびる延伸部4d6bを備えている。開口部4d6aは、第1方向Xおよび第2方向Yに延びるように設けられており、サーキュレータプレート4dの略全面にわたって設けられている。延伸部4d6bは、回収部7aを形成している。延伸部4d6bは、ベースプレート4cの第3孔4c3の下方に配置されている。
そのため、詳細には、第6孔4d6のうち、延伸部4d6bに位置する部分は、個別循環流路9を形成しており、開口部4d6aに位置する部分は、第1連通室7を形成している。以下、第1連通室7は、開口部4d6aのうち第4孔4d4上以外に位置する領域として説明する。
開口部4b6aの第3方向Zの厚みは、0.03〜0.5mmであることが好ましい。それにより、第1連通室7の容積を確保することができる。
ノズルプレート4eは、第4孔4e4を備えている。第4孔4e4は、貫通孔として設
けられている。第4孔4e4は、部分流路12を形成する孔である。第4孔4e4は、サーキュレータプレート4dの第4孔4d4の下方に配置されている。
そして、これらのプレート4a〜4eを積層して、各プレート4a〜4eを接着剤により接着することにより流路部材4を形成している。そのため、吐出ユニット2aに形成された個別供給流路14は、第2孔4a2,4b2、および第5孔4b2により形成されている。また、加圧室10は、第1孔4a1により形成されている。部分流路12は、第4孔4b4,4c4,4d4,4e4と、第6孔4d6のうち第4孔4d4上に位置する部位とにより形成されている。個別循環流路9は、第3孔4a3,4b3,4c3と、第6孔4d6の延伸部4d6bとにより形成されている。
流路部材4は、複数の部分流路12に共通して連通する第1連通室7を備えており、第1連通室7が部分流路12を取り囲むように配置される構成を有している。そのため、部分流路12における圧力および流量のばらつきを、圧力および流量の小さな第1連通室7により相対的に小さくすることができ、吐出のばらつきの少ない液体吐出ヘッド2とすることができる。
つまり、液体吐出ヘッド2は、加圧室ごとに個別に接続される個別流路が、部分流路12、個別供給流路14、および個別循環流路9により構成されている。また、個別流路に共通して接続される共通流路が、共通供給流路5および共通循環流路3に加えて第1連通室7により構成されることとなる。
それにより、共通流路の容積を大きくすることができ、共通流路自体の流路抵抗を小さくすることができる。その結果、個別流路の圧力および流量にばらつきが生じた場合においても、共通流路の流路抵抗が小さくなることにより、個別流路の圧力および流量のばらつきを相対的に小さくすることができる。それゆえ、液体吐出ヘッド2に吐出のばらつきが生じる可能性を低減することができる。
なお、個別流路とは、加圧室10ごとに個別に独立して設けられた流路であり、共通流路とは、個別流路に共通して接続された流路である。
また、第1連通室7が複数の部分流路12を取り囲むように設けられている。そのため、第1連通室7が吐出ユニット2aに形成されることとなる。その結果、供給ユニット2bを大きくすることなく、共通流路の容積を大きくすることができ、共通流路の流路抵抗を小さくすることができる。
また、第1連通室7が部分流路12を取り囲むように配置されている。そのため、部分流路12が流路を介さずに直接第1連通室7と連通する構成となっている。言い換えると、第1連通室7のうち、ベースプレート4cの第4孔4c4と、ノズルプレート4eの第4孔4e4との間に位置する領域が、部分流路12として構成されている。
部分流路12は、加圧室10ごとに設けられているため、部分流路12もマトリックス状に設けられており、平面視して、部分流路12同士の間の空間について従来は有効活用できていなかったが、液体吐出ヘッド2は、部分流路12同士の間の空間に第1連通室7が形成される構成となっている。そのため、部分流路12同士の間の空間を利用して、共通流路の圧力および流量を小さくすることができ、吐出のばらつきの低減した液体吐出ヘッド2とすることができる。
さらにまた、第1連通室7が部分流路12に連通するように、加圧室10と吐出孔8との間に形成されることにより、液体の吐出量に応じて、サーキュレータプレート4dの第
6孔4d6を構成する部位が変形することができ、第1連通室7をダンパとして機能させることができる。
また、流路部材4は、複数の部分流路12に共通して連通する第1連通室7を備えており、第1連通室7が部分流路12を取り囲むように配置されている。そのため、部分流路12が、流路を介さずに直接第1連通室7と連通することとなる。それにより、部分流路12の途中に、流路抵抗の大きな第1連通室7と流路を介さずに連通することができ、部分流路12の圧力および流量に生じるばらつきを低減することができる。
すなわち、部分流路12は、加圧室10に対応して個別に設けられるため、部分流路12ごとに圧力および流量にばらつきが生じる可能性があるが、部分流路12の途中に共通して連通する第1連通室7を設けることにより、部分流路12の圧力および流量のばらつきを、第1連通室7の大きな流路抵抗により相対的に小さくすることができる。そして、部分流路12が、流路を介さずに第1連通室7に連通されることにより、部分流路12の圧力および流量が大きくなることを抑えることができる。その結果、部分流路12の圧力および流量のばらつきを低減することができる。
また、第1連通室7の流路抵抗が、部分流路12の流路抵抗よりも大きいことが好ましく、第1連通室7の流路抵抗が、部分流路12の流路抵抗の1/10〜1/100であることが好ましい。それにより、個別流路の流路抵抗のばらつきを、第1連通室7により相対的に小さくすることができる。また、第1連通室7の流路抵抗が、部分流路12の流路抵抗の1/50〜1/100であることがさらに好ましい。それにより、個別流路の圧力および流量のばらつきをさらに相対的に小さくすることができる。
また、吐出ユニット2aは、第1連通室12から液体を回収する個別循環流路9を備えている。そのため、液体が流路部材4の内部を循環する構成となり、各種の流路内で液体が滞留する可能性を低減することができ、液体に含まれる顔料が吐出孔8につまる可能性を低減することができる。
特に、吐出ユニット2aは、部分流路12から液体の一部を回収し液体を循環させている。そのため、吐出孔8に近い部位である部分流路12の液体の流動を行うことができる。その結果、吐出孔8に顔料のつまりが生じる可能性を低減することができる。
また、個別供給流路14と個別循環流路9とが、第1方向Xに交互に配列されている。そのため、加圧室10を最適配置しつつ、個別供給流路14と個別循環流路9とをコンパクトに配置することができる。その結果、吐出ユニット2aを小型化することができる。
つまり、加圧室10を千鳥配置とすることにより、限られた空間において、スペースを有効的に活用し、少ない面積で密に加圧室10を設けることができる。そして、複数のアパーチャ6は、圧力および流量にばらつきが出ないように、同程度の流路の容積が必要とされるため、第2方向Yの長さは略均一な長さとされる。その結果、アパーチャ6も千鳥配置となり、個別供給流路14も千鳥配置となる。そのため、第1方向Xに隣り合う個別供給流路14の間の空間がデッドスペースとなるが、吐出ユニット2aは、デッドスペースに個別循環流路9を配置することにより、スペースを有効活用することができ、吐出ユニット2aの小型化を図ることができる。
なお、吐出ユニット2aでは、流路部材4をプレート積層により形成する例を示したがこれに限定されるものではない。例えば、3D印刷により作製してもよい。
<第2の実施形態>
図6を用いて液体吐出ヘッド102について説明する。液体吐出ヘッド102は、サーキュレータプレート104dの構成が液体吐出ヘッド2と異なっている。なお、液体吐出ヘッド2と同一の部材については同一の符号を付し、説明を省略する。また、図6(b)においては、ベースプレート4c、サーキュレータプレート104d、およびノズルプレート4eのみを示している。
サーキュレータプレート104dは、第4孔4d4と、第6孔4d6と、保持部11とを備えている。保持部11は、第6孔4d6の開口部4d6aに形成されており、開口部4d6aから第3方向Zに突出している。第4孔4d4、第6孔4d6、および保持部11は、エッチングにより形成されている。
保持部11は、平面視して半円形状をなしており、第1連通室7の部分流路12以外の領域に複数設けられている。保持部11は第4孔4d4に対応して設けられており、言い換えると、部分流路12に対応して設けられており、部分流路12の周囲に配置されている。保持部11の第3方向Zの長さは、0.03〜0.5mmであることが好ましい。
このように、第1連通室7の部分流路12以外の領域に保持部11を設けることにより、部分流路12を確保することができる。すなわち、部分流路12は、第1連通室7と流路を隔てずに設けられており、第1連通室7の一部の空間に部分流路12が形成されている。そのため、液体吐出ヘッド102の駆動の際の熱により、流路部材4が熱膨張して変形した場合に、部分流路12に位置ずれが生じる場合、あるいは流路部材4に第3方向Zに外力が生じて部分流路12が変形し、部分流路12の流れを確保できない可能性がある。
これに対して、液体吐出ヘッド102は、保持部11が部分流路12の周囲に配置されており、保持部11が第3方向Zの高さを確保している。それにより、保持部11が第3方向Zのつぶれを抑えることができ、部分流路12が塞がれる可能性を低減することができる。
また、ベースプレート4cとサーキュレータプレート104dとの接触が保持部11によって支えられることとなる。そのため、第1連通室7の第3方向Zの高さがばらつく可能性を低減することができ、第1連通室7の容積の第1方向Xおよび第2方向Yに対するばらつきを小さくすることができる。その結果、部分流路12の周囲に位置する第1連通室7の圧力および流量を均一に近づけることができ、部分流路12の圧力および流量のばらつきをさらに小さくすることができる。
保持部11は、平面視して、第1連通室7の全領域に対して1〜50%の領域に設けることが好ましい。言い換えると、保持部11の第1連通室7における平面視面積占有率は、1〜50%であることが好ましい。それにより、部分流路12を確保しつつ、第1連通室7の容積を確保することができる。
なお、保持部11を部分流路12に対応して複数設けた例を示したが、第1連通室7に1つのみ設けてもよい。その場合は、保持部11を第1方向Xにおける中央部、かつ第2方向Yにおける中央部に配置することが好ましい。また、保持部11が、平面視して、半円形状をなしている例を示したが、これに限定されるものではなく、矩形上、円形状、あるいは楕円形状であってもよい。
<第3の実施形態>
図7を用いて第3の実施形態に係る液体吐出ヘッド202について説明する。液体吐出ヘッド202は、サーキュレータプレート204dの構成が液体吐出ヘッド2と異なって
おり、その他の点は同一である。
サーキュレータプレート204dは、第4孔4d4と、第6孔4d6と、一対の保持部211とを備えている。一対の保持部211は第1方向Xに間隔をあけて配置されており、一対の保持部211によって保持流路213が形成されている。一対の保持部211の間隔は、部分流路12の径と略同一の長さとなっている。
一対の保持部211は、平面視して、それぞれ半円形状をなしており、一対の保持部211全体で略円形状をなしている。保持部211は、加圧室10の下方に配置されており、第1方向Xおよび第2方向Yに広がるように複数設けられている。
この一対の保持部211の平面視面積は、加圧室10(図4参照)の平面視面積よりも大きいことが好ましく、円形状の加圧室10と一対の保持部211とが同心円状に配置されることが好ましい。それにより、加圧室10の下方に、加圧室10よりも大きな保持部211が配置されることとなり、加圧室10の下方の剛性を高めることができる。そのため、加圧室10の変位が小さくなる可能性を低減することができる。
保持流路213は、一対の保持部211により形成されており、部分流路12と第1連通室7とを接続している。保持流路213は、部分流路12から第2方向Yの一方側および他方側に引き出されている。そのため、本実施形態において第1連通室7は、開口部6d6aのうち第4孔4d4と、保持流路213とを除いた領域により形成されている。
保持流路213の第1方向Xの長さは、部分流路12と略同様の30〜600μmであり、保持流路213の第2方向Yの長さは、30〜600μmである。それにより、保持流路213の流路抵抗を第1連通室7の流路抵抗に比べて非常に大きくすることができる。
液体吐出ヘッド202は、第1連通室7の部分流路12以外の領域に保持部213が部分流路12ごとに設けられており、保持部213が部分流路12から第1連通室7に液体を供給する保持流路213を形成する構成を有している。そのため、第1連通室7と第3方向Zにおいて同じ高さに位置する部分流路12につぶれが生じる可能性をさらに抑えることができる。それにより、液体吐出ヘッド202の吐出に不具合が生じる可能性を低減することができる。
液体吐出ヘッド202は、隣り合う保持流路213同士が第1方向Xにずれて配置されている。その結果、一方の保持部211に対応する部分流路12を流れる液体と、他方の保持部211に対応する部分流路12を流れる液体とが干渉しあう可能性を低減することができる。
さらには、液体吐出ヘッド202は、第2方向Yに隣り合う保持流路213同士が対向していない構成を有している。そのため、一方の保持部211と他方の保持部211とが隣り合っていた場合に、一方の保持部211の保持流路213から流れ出た液体が、他方の保持部211の保持流路213に流れ込む可能性をさらに低減することができる。
なお、保持流路213が第2方向Yに沿って延びる形状を示したが、第1方向Xに沿って延びていてもよく、その他の方向に沿って延びていてもよい。また、保持部211ごとに保持流路211の向きを異なるようにしてもよい。
また、保持部211が一対の半円形上の保持部により形成された例を示したがこれに限定されるものではなく、保持部211の一部に保持流路213が形成されていてもよい。
例えば、平面視して、Cの字状の保持部211でもよい。
<第4の実施形態>
図8,9を用いて第4の実施形態に係る液体吐出ヘッド302について説明する。液体吐出ヘッド302は、キャビティプレート304a、およびアパーチャプレート304bの構成が異なっており、その他の構成は液体吐出ヘッド2と同様である。それゆえ、本実施形態においては、第3流路である個別循環流路を備えない構成となる。
キャビティプレート304aは、第1孔4a1と、第2孔304a2と、第3孔4a3とが設けられている。第1孔4a1、第2孔304a2、および第3孔4a3は貫通孔として形成されている。第2孔304a2は、個別供給流路14を形成する孔であり、第2方向Yに1列のみ設けられている。第2孔304aと第3孔4a3とは、第2方向Yの両端部において、交互に一列に配列されている。
アパーチャプレート304bは、第3孔304b3と、第4孔304b4と、アパーチャ形成部材315と、第7孔304b7とを備えている。第3孔304b3と、第4孔304b4とは貫通するように設けられており、第7孔304b7は、貫通しないように設けられている。第7孔304b7は第2連通室50を形成する。
第3孔304b3は、キャビティプレート304aの第3孔304a3と、ベースプレート4cの第3孔4c3との間に配置されている。第4孔304b4は、キャビティプレート304aの第1孔4a1と、ベースプレート4cの第4孔4c4との間に配置されている。第7孔304b7は、第1方向Xおよび第2方向Yに延びるように設けられており、アパーチャプレート304bの略全面にわたって設けられている。
第7孔304b7に、第3孔304b3と、第4孔304b4と、アパーチャ形成部材315とが形成されている。第3孔304b3の周囲には仕切り318が設けられており、仕切り318によって第3孔304b3と第7孔304b7とが仕切られている。それにより、個別循環流路9と第2連通室50とが仕切られている。
第4孔304b4の周囲にはアパーチャ形成部材315が設けられており、アパーチャ形成部材315によって第4孔304b4と第7孔304b7とが仕切られている。それにより、部分流路12と第2連通室50とが仕切られている。
アパーチャ形成部材315は、アパーチャ形成部316と切欠部317とを備えている。アパーチャ形成部316は、第3方向Zに突出しており、平面視して中央が円形にくり抜かれた略円形状をなしている。アパーチャ形成部316の外形は、加圧室10の内径と略同一に形成されている。切欠部317は、アパーチャ形成部316の外周の一部を切り欠くように形成されている。
図9(b)に示すように、加圧室10の下方にアパーチャ形成部材315が配置されている。そして、アパーチャ形成部材315の切欠部317によって第2連通室50と加圧室10とは連通されており、この切欠部317により形成される個別供給流路314が、アパーチャ306となっている。
供給ユニット302aに供給された液体は、流路部材4の加圧室面4−2に設けられた孔から流路部材4に供給される。個別供給流路314に供給された液体は、第3方向Zの下方に向けて流されて、第2連通室50に送出される。第2連通室50に供給された液体は、第2連通室50に複数設けられたアパーチャ形成部材315により形成されたアパーチャ306を通って第3方向Zの上方に向けて流され加圧室10へ送出される。加圧室1
0以降の液体の流れは液体吐出ヘッド2と同様である。
そのため、本実施形態において、個別流路は、アパーチャ306を含む個別供給流路314、および個別循環流路9となり、共通流路は、共通供給流路5、第2連通室50、第1連通室7、および共通循環流路3となる。
液体吐出ヘッド302は、アパーチャ306に共通して連通する第2連通室50が設けられており、アパーチャ306を取り囲むように第2連通室50が配置されている。そのため、アパーチャ306における圧力および流量のばらつきを、流路抵抗の小さな第2連通室50により相対的に小さくすることができ、吐出のばらつきの少ない液体吐出ヘッド302とすることができる。
すなわち、第2連通室50を設けることにより、共通流路の容積を大きくすることができ、共通流路自体の流路抵抗を小さくすることができる。その結果、アパーチャ306の圧力および流量のばらつきにより、個別流路の圧力および流量にばらつきが生じた場合においても、共通流路が流路抵抗の小さくなることにより、個別流路の圧力および流量のばらつきを相対的に小さくすることができる。それゆえ、液体吐出ヘッド302に吐出のばらつきが生じる可能性を低減することができる。
また、第2連通室50がアパーチャ306を取り囲むように配置されている。そのため、アパーチャ306が流路を介さずに直接第2連通室50と連通する構成となっている。言い換えると、第2連通室50のうち、アパーチャプレート304bのアパーチャ形成部材315の切欠部317に位置する領域が、アパーチャ306として構成されている。
そのため、液体吐出ヘッド302は、アパーチャ306同士の間の空間に第2連通室50が形成される構成となっている。それゆえ、アパーチャ306同士の間の空間を利用して、共通流路の流路抵抗を小さくすることができ、吐出のばらつきの低減した液体吐出ヘッド302とすることができる。
なお、アパーチャ形成部材316の外形の平面視面積が、加圧室10の平面視面積よりも小さくてもよい。その場合、加圧室10と、アパーチャ形成部材316との位置決めを容易に行うことができる。
<第5の実施形態>
図10,11を用いて第5の実施形態に係る液体吐出ヘッド402について説明する。液体吐出ヘッド402は、サーキュレータプレート4d(図8参照)を備えていない点で、液体吐出ヘッド302と構成が異なっている。
液体吐出ヘッド402は、流路部材404が、キャビティプレート402aと、アパーチャプレート404bと、ベースプレート404cと、ノズルプレート4eとを備えている。そのため、流路部材404は、共通供給流路314と、アパーチャ306と、第2連通室50と、加圧室10と、部分流路12と、吐出孔8とを備えている。
また、キャビティプレート404aが第3孔304a3(図8参照)を備えていない点で、キャビティプレート304aと構成が異なっている。また、アパーチャプレート404bが、第3孔304b3(図8参照)および仕切り317(図8参照)を備えていない点で、アパーチャプレート304bと構成が異なっている。また、ベースプレート404dが、第3孔4d3(図8参照)を備えていない点で、ベースプレート4dと構成が異なっている。
このように、流路部材404が第1連通室7(図4参照)を備えずに、第2連通室50のみを備えていても、共通流路の流路抵抗を第2連通室50の分だけ小さくすることができる。それにより、個別流路の圧力および流量のばらつきを相対的に小さくすることができ、吐出ばらつきの低減した液体吐出ヘッド402とすることができる。
また、第2連通室50の流路抵抗が、アパーチャ306の流路抵抗よりも小さいことが好ましく、第2連通室50の流路抵抗が、アパーチャ306の流路抵抗の1/10〜1/100であることが好ましい。それにより、個別流路の圧力および流量のばらつきを、第2連通室50により相対的に小さくすることができる。また、第2連通室50の流路抵抗が、アパーチャ306の流路抵抗の1/50〜1/100であることがさらに好ましい。それにより、個別流路の圧力および流量のばらつきをさらに相対的に小さくすることができる。
以上、第1〜第5の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、第1の実施形態である液体吐出ヘッド2を用いたプリンタ1を示したが、これに限定されるものではなく、他の実施形態に係る液体吐出ヘッド2をプリンタ1に用いてもよい。また、複数の実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、加圧部として、加圧室10を圧電アクチュエータの圧電変形によりを加圧する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、加圧室10ごとに発熱部を設け、発熱部の熱により加圧室10の内部の液体を加熱し、液体の熱膨張により加圧する加圧部としてもよい。