JP6445164B2 - 液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置 - Google Patents

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Description

本開示は、液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置に関する。
従来、印刷用ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって印刷を行なう液体吐出ヘッドが知られている。このような液体吐出ヘッドとしては、例えば、液体を吐出する複数の吐出孔と、複数の吐出孔の各々に対応して設けられて吐出孔から液体が吐出されるように液体を加圧する複数の加圧室と、複数の加圧室に液体を供給する共通流路と、を備えたものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2012−11629号公報
本開示の液体吐出ヘッドは、流路部材と、複数の加圧部と、を有している。前記流路部材は、複数の吐出孔と、共通流路と、ダンパー室と、ダンパーと、を有している。前記複数の吐出孔は、液体を吐出する孔である。前記共通流路は、前記複数の吐出孔と繋がっている。前記ダンパー室は、前記共通流路の外側に配置された空間で構成されている。前記ダンパーは、前記共通流路と前記ダンパー室とを仕切る壁によって構成されている。前記複数の加圧部は、前記液体を加圧する。前記流路部材は、積層された複数の平板状のプレートで構成されている。該複数のプレートは、前記複数の吐出孔を有する第1プレートと、該第1プレートに隣り合う第2プレートと、を有している。該第2プレートは、前記第1プレートと前記ダンパー室とで挟まれた第1部分を有している。該第1部分は、前記第1プレートと反対側に位置する第1表面を有している。前記液体吐出ヘッドは、前記第1部分における前記第1表面に不均一に設けられた被覆層を有している。
図1(a)は、第1実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、図1(b)は、第1実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の平面図である。 図2(a)は、図1の液体吐出ヘッドの要部であるヘッド本体の平面図であり、図2(b)は、図2(a)から第2流路部材を除いた平面図である。 図3は、図2(b)の一部の拡大平面図である。 図4は、図2(b)の一部の拡大平面図である。 図5は、図4のV−V線に沿った部分縦断面図である。 図6は、図2(a)のヘッド本体の部分縦断面図ある。 図7は、第1実施形態に係る液体吐出ヘッドを構成する第2プレート4kの一部分を、第1プレート4mと反対側から見た状態を示す模式的な平面図である。 図8は、第2実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図7と同様の状態を示す模式的な平面図である。 図9は、第3実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図7と同様の状態を示す模式的な平面図である。 図10は、第3実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図5と同様の状態を示す模式的な部分断面図である。 図11は、第4実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図9と同様の状態を示す模式的な平面図である。 図12は、第5実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図9と同様の状態を示す模式的な平面図である。
発明者らは、特許文献1に記載されているような液体吐出ヘッドが駆動しているときに、吐出孔が形成された表面に、振幅が2〜3μm程度の微小な振動が発生することを確認した。このような振動が液体の吐出特性を悪化させている可能性があり、また、このような振動が大きくなると、液体の吐出特性を更に悪化させることが推測される。
本開示の液体吐出ヘッドは、吐出孔が形成された表面において大きな振動が発生するのを低減することができる。以下、本開示の液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置について、詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1(a)は、第1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(以下で単にプリンタと言うことがある)の概略の側面図であり、図1(b)は、概略の平面図である。プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pを給紙ローラ80Aから回収ローラ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に対して相対的に移動させる。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、印刷用紙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が、これに限定されるものではない。例えば、液体吐出ヘッド2を、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向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でも構わない。
プリンタ1には、印刷用紙Pとほぼ平行となるように平板状のヘッド搭載フレーム70(以下で単にフレームと言うことがある)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て、液体吐出ヘッド2の、液体を吐出する部位が印刷用紙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、図1(a)の手前から奥へ向かう方向、図1(b)の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。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、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでいる。他の2つの液体吐出ヘッド2は、搬送方向に沿ってずれた位置で、3つの液体吐出ヘッド2の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。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、印刷用紙Pの幅方向に(印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向に)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、印刷用紙Pの搬送方向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、例えば、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72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に搭載されている液体吐出ヘッド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。ヘッド群72に含まれる液体吐出ヘッド2の個数や、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れば、同じ性能の液体吐出ヘッド2を使用しても搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大き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、搬送方向と交差する方向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、記録媒体である印刷用紙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。このように、給紙ローラ80A、ガイドローラ82A、搬送ローラ82B、回収ローラ80Bによって、印刷用紙Pを液体吐出ヘッド2に対して搬送する搬送部が構成されている。搬送速度は、例えば、50m/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、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ1は、印刷用紙Pを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。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。
次に、第1実施形態の液体吐出ヘッド2について説明する。図2(a)は、図1に示された液体吐出ヘッド2の要部であるヘッド本体2aを示す平面図である。図2(b)は、ヘッド本体2aから第2流路部材6を除いた状態の平面図である。図3および図4は、図2(b)の拡大平面図である。図5は、図4のV−V線に沿った縦断面図である。図6は、ヘッド本体2aの第1共通流路20の開口20a付近における、第1共通流路20に沿った部分縦断面図である。図7は、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド2を構成する第2プレート4kの一部分を、第1プレート4mと反対側から見た状態を示す模式的な平面図である。
各図は、図面を分かり易くするために次のように描いている。図2〜4では、他のものの下方にあって破線で描くべき流路などを実線で描いている。図2(a)では、第1流路部材4内の流路については、ほとんど省略し、個別電極44の配置のみを示している。
液体吐出ヘッド2は、ヘッド本体2a以外に、金属製の筐体や、ドライバIC、配線基板などを含んでいてもよい。また、ヘッド本体2aは、第1流路部材4と、第1流路部材4に液体を供給する第2流路部材6と、加圧部50を有する圧電アクチュエータ基板40とを含んでいる。ヘッド本体2aは、一方方向に長い平板形状を有しており、その方向を長手方向と言うことがある。また、第2流路部材6は、支持部材の役割を果たしており、ヘッド本体2aは、第2流路部材6の長手方向の両端部のそれぞれでフレーム70に固定される。
ヘッド本体2aを構成する第1流路部材4は、平板状の形状を有しており、その厚さは0.5〜2mm程度である。第1流路部材4の第1の主面である加圧室面4−1には、加圧室10が平面方向に多数並んで配置されている。第1流路部材4の第2の主面であり、加圧室面4−1の反対側の面である吐出孔面4−2には、液体が吐出される吐出孔8が平面方向に多数並んで配置されている。吐出孔8は、それぞれ加圧室10と繋がっている。以下において、加圧室面4−1は、吐出孔面4−2に対して、上方に位置しているものとして説明をする。
第1流路部材4には、複数の第1共通流路20および複数の第2共通流路24が、第1方向に沿って伸びるように配置されている。また、第1共通流路20と第2共通流路24とは、第1方向と交差する方向である第2方向に交互に並んでいる。なお、第2方向は、ヘッド本体2aの長手方向と同じ方向である。
第1共通流路20の両側に沿って加圧室10が並んでおり、片側1列ずつ、合計2列の加圧室列11Aを構成している。第1共通流路20とその両側に並んでいる加圧室10とは、第1個別流路12を介して繋がっている。
第2共通流路24の両側に沿って加圧室10が並んでおり、片側1列ずつ、合計2列の加圧室列11Aを構成している。第2共通流路24とその両側に並んでいる加圧室10とは、第2個別流路14を介して繋がっている。なお、以下で、第1共通流路20と第2共通流路24とを合わせて、共通流路と言うことがある。
別の表現をすれば、加圧室10は仮想線上に並んで配置されており、仮想線の一方の側に沿って第1共通流路20が伸びており、仮想線の他方の側に沿って第2共通流路24が伸びている。本実施形態では、加圧室10が並んでいる仮想線は直線状であるが、曲線状や折れ線状であってもよい。
また、第1共通流路20と第2共通流路24とは、第1方向における加圧室が繋がっている範囲の外側で、第1接続流路25Aおよび第2接続流路25B(両者を合わせて単に接続流路と呼ぶことがある)を介して繋がっている。第1共通流路20には、第1方向の一定範囲で、複数の第1個別流路12が接続されており、複数の第1個別流路12を介して複数の加圧室10と繋がっている。その範囲を個別流路接続領域と呼ぶ。第1共通流路20は、個別流路接続領域の第1方向の外側で、第2方向に隣り合っている第2共通流路24と1つの第1接続流路25Aを介して繋がっている。さらに、第1共通流路20の個別流路接続領域の第3方向(第1方向と反対の方向)の外側で、第2方向に隣り合っている第2共通流路24と1つの第2接続流路25Bを介して繋がっている。すなわち、第1共通流路20には、個別流路接続領域の第1方向の外側に2つの第1接続流路25Aが繋がっており、個別流路接続領域の第3方向の外側に2つの第2接続流路25Bが繋がっており、合計で4本の接続流路が繋がっている。
以上のような構成を有する第1流路部材4において、第2共通流路24に供給された液体は、第2共通流路24に沿って並んでいる加圧室10に流れ込む。そして、一部の液体は吐出孔8から吐出され、他の一部の液体は、加圧室10に対して第2共通流路24と反対側に位置している第1共通流路20に流れ込み、第1流路部材4の外に排出される。また、一部の液体は、いずれの加圧室10も通らずに、第2共通流路24から接続流路を介して第1共通流路20に流れ込む。
接続流路の流路抵抗は、第1共通流路20および第2共通流路24よりも大きくなっている。このため、液体の主な流れは、各加圧室10を通る流れになっている。すなわち、第1共通流路20においてもっとも流量の大きい部位に流れる流量に対して、接続流路を通ってくる液体の流量の合計は、半分以下である。このようにすることで、各吐出孔8のメニスカスに加わる圧力の差(以下で単にメニスカスの圧力差と言うことがある)を小さくできる。
第1共通流路20の両側に第2共通流路24が配置されており、第2共通流路24の両側に第1共通流路20が配置されている。これにより、1つの加圧室列11Aに対して、1つの第1共通流路20および1つの第2共通流路24が繋がっており、別の加圧室列11Aに対して、別の第1共通流路20および別の第2共通流路24が繋がっている場合と比較して、第1共通流路20および第2共通流路24の数を約半分にできる。第1共通流路20および第2共通流路24の数が少なくて済む分、加圧室10の数を増やして高解像度化したり、第1共通流路20や第2共通流路24を太くして、吐出孔8からの吐出特性の差を小さくしたり、ヘッド本体2aの平面方向の大きさを小さくすることができる。
第1共通流路20に繋がっている第1個別流路12の第1共通流路20側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第1共通流路20に第1個別流路12が繋がっている位置(主に第1方向における位置)により変わる。第2共通流路24に繋がっている第2個別流路14の第2共通流路24側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第2共通流路24に第2個別流路14が繋がっている位置(主に第1方向における位置)により変わる。第1共通流路20の外部への開口20aを第1方向の端部に配置し、第2共通流路24の外部への開口24aを第3方向の端部に配置すれば、各第1個別流路12および各第2個別流路14の配置による圧力の差が打ち消されるように作用し、各吐出孔8に加わる圧力の差を小さくできる。なお、第1共通流路20の開口20a、および第2共通流路24の開口24aはともに、加圧室面4−1に開口している。
吐出しない状態では、吐出孔8には液体のメニスカスが保持されている。吐出孔8において液体の圧力が負圧(液体を第1流路部材4に引き込もうとする状態)になっていることで、液体の表面張力とつり合ってメニスカスを保持できる。液体の表面張力は、液体の表面積を小さくしようとするので、正圧であっても圧力が小さければ、メニスカスを保持できる。正圧が大きくなれば、液体はあふれ出し、負圧が大きくなれば、液体は第1流路部材4内に引き込まれてしまい、液体が吐出可能な状態を維持できない。そのため、第2共通流路24から第1共通流路20に液体を流した際における、メニスカスの圧力差が大きくなり過ぎないようにする必要がある。
第1共通流路20の吐出孔面4−2側の壁面は、第1ダンパー28Aとなっている。第1ダンパー28Aの一方の面は、第1共通流路20に面しており、他方の面はダンパー室29に面している。ダンパー室29があることにより、第1ダンパー28Aは変形可能になっており、変形することで第1共通流路20の体積を変えることができる。液体を吐出させるために加圧室10内の液体が加圧されると、その圧力の一部は、液体を通じて第1共通流路20に伝わってくる。これにより、第1共通流路20内の液体が振動し、その振動が、元の加圧室10や、他の加圧室10に伝わって、液体の吐出特性を変動させる流体クロストークが生じることがある。第1ダンパー28Aが存在すると、第1共通流路20に伝わってきた液体の振動で第1ダンパー28Aが振動し、液体の振動が減衰することで、第1共通流路20内の液体の振動は持続され難くなるので、流体クロストークの影響を小さくできる。すなわち、第1共通流路20を介した圧力伝達による吐出特性の悪化を低減することができる。また、第1ダンパー28Aは、液体の供給および排出を安定化させる役目も果たす。
第2共通流路24の加圧室面4−1側の壁面は、第2ダンパー28Bとなっている。第2ダンパー28Bの一方の面は、第2共通流路24に面しており、他方の面はダンパー室29に面している。第2ダンパー28Bも、第1ダンパー28Aと同様に、流体クロストークの影響を小さくできる。すなわち、第2共通流路24を介した圧力伝達による吐出特性の悪化を低減することができる。また、第2ダンパー28Bは、液体の供給および排出を安定化させる役目も果たす。
加圧室10は、加圧室面4−1に面して配置されており、加圧部50からの圧力を受ける加圧室本体10aと、加圧室本体10aの下から吐出孔面4−2に開口している吐出孔8に繋がる部分流路であるディセンダ10bとを含んだ中空の領域である。加圧室本体10aは、直円柱形状であり、平面形状は円形状である。平面形状が円形状であることにより加圧部50が同じ力で変形させた場合の変位量、および変位により生じる加圧室10の体積変化を大きくできる。ディセンダ10bは、直径が加圧室本体10aより小さい、直円柱形状であり、断面形状は円形状である。また、ディセンダ10bは、加圧室面4−1から見たときに、加圧室本体10a内に納まる位置に配置されている。
複数ある加圧室10は、加圧室面4−1において、千鳥状に配置されている。複数ある加圧室10は、第1方向に沿った複数の加圧室列11Aを構成している。各加圧室列11Aでは、加圧室10が、ほぼ等間隔で配置されている。隣り合っている加圧室列11Aに属する加圧室10は、第1方向に前記間隔の約半分ずれて配置されている。別の表現をすれば、ある加圧室列11Aに属する加圧室10は、その隣に位置する加圧室列11Aに属する、連続する2つの加圧室10に対して、第1方向のほぼ中央に位置している。
これにより、1つ置きの加圧室列11Aに属している加圧室10は、第2方向に沿って配置されることになり、加圧室行11Bを構成している。
本実施形態では、第1共通流路20は51本、第2共通流路24は50本であり、加圧室列11Aは100列である。なお、ここでは、後述のダミー加圧室10Dのみで構成されているダミー加圧室列11Dは、上述の加圧室列11Aの数に含めていない。また、直接的に繋がっているのがダミー加圧室10Dだけである第2共通流路24は、上述の第2共通流路24の数に含めていない。また、各加圧室列11Aには16個の加圧室10が含まれている。ただし、第2方向の端に位置する加圧室列11Aには、8個の加圧室10および8個のダミー加圧室10Dが含まれている。上述のように、加圧室10は千鳥状に配置されているため、加圧室行11Bの行数は、32行である。
複数ある加圧室10は、吐出孔面4−2において、第1方向および第2方向に沿った格子状に配置されている。複数ある吐出孔8は、第1方向に沿った複数の吐出孔列9Aを構成している。吐出孔列9Aと加圧室列11Aとは、ほぼ同じ位置に配置されている。
加圧室10の面積重心と、加圧室10と繋がっている吐出孔8とは第1方向にずらされて配置されている。1つの加圧室列11A内では、ずらされる方向は同じ方向であり、隣り合う加圧室列11Aでは、ずらされる方向は逆方向になっている。これにより、2行の加圧室行11Bに属する加圧室10に繋がっている吐出孔8は、第2方向に沿って配置された1行の吐出孔行9Bを構成している。
したがって、本実施形態では、吐出孔列9Aは100列であり、吐出孔行9Bは16行である。
加圧室本体10aの面積重心と、加圧室本体10aから繋がっている吐出孔8とは、ほぼ第1方向に位置がずれている。ディセンダ10bは、加圧室本体10aに対して、吐出孔8の方向にずれた位置に配置されている。加圧室本体10aの側壁と、ディセンダ10bの側壁とは接するように配置されており、これにより加圧室本体10a内での液体の滞留を起き難くすることができる。
吐出孔8は、ディセンダ10bの中央部に配置されている。ここで中央部とは、ディセンダ10bの面積重心を中心とする、ディセンダ10bの直径の半分の円内の領域のことである。
第1個別流路12と加圧室本体10aとの接続部は、加圧室本体10aの面積重心に対して、ディセンダ10bとは反対側に配置されている。これにより、第2個別流路14を介してディセンダ10bから流れ込んだ液体は、加圧室本体10a全体に広がった後、第1個別流路12に向かうように流れるため、加圧室本体10a内に液体の滞留が生じ難い。
第2個別流路14は、ディセンダ10bの吐出孔面4−2側の面から、平面方向に引き出されて第2共通流路24と繋がっている。引き出される方向は、加圧室本体10aに対して、ディセンダ10bがずらされる方向と同じである。
第1方向と第2方向とが成す角度は直角からずれている。このため、第1方向に沿って配置されている吐出孔列9Aに属する吐出孔8同士は、その直角からのずれた角度の分、第2方向にずれて配置される。そして、吐出孔列9Aが第2方向に並んで配置されるので、異なる吐出孔列9Aに属する吐出孔8は、その分、第2方向にずれて配置される。これらが合わさって、第1流路部材4の吐出孔8は、第2方向に一定間隔で並んで配置されており、これにより、吐出した液体により形成される画素で所定の範囲を埋めるように印刷ができる。
1つの吐出孔列9Aに属する吐出孔8の配置は、第1方向に沿って完全に一直線上に配置すれば、上述のように所定範囲を埋め尽くすように印刷が可能である。ただし、そのように配置した場合に、プリンタ1に液体吐出ヘッド2を設置する際に生じる第2方向に直交する方向と搬送方向とのずれが、印刷精度に与える影響が大きくなる。そのため、上述の一直線上の吐出孔8の配置から、隣り合う吐出孔列9Aの間で、吐出孔8を入れ替えて配置すると良い。
本実施形態では、吐出孔8の配置は次のようになっている。図3において、吐出孔8を第2方向と直交する方向に投影すると、仮想直線Rの範囲に32個の吐出孔8が投影され、仮想直線R内で各吐出孔8は360dpiの間隔に並ぶ。これにより、仮想直線Rに直交する方向に印刷用紙Pを搬送して印刷すれば、360dpiの解像度で印刷できる。仮想直線R内に投影される吐出孔8は、1列の吐出孔列9Aに属する吐出孔8すべて(16個)と、その吐出孔列9Aの両隣に位置する2つの吐出孔列9Aに属する吐出孔8の半分(8個)ずつである。このような構成にするために、各吐出孔行9Bでは、吐出孔8は、22.5dpiの間隔で並んでいる。これは、360/16=22.5であるからである。
第1共通流路20および第2共通流路24は、吐出孔8が直線状に並んでいる範囲では、直線になっており、直線がずれる吐出孔8の間で平行にずれている。第1共通流路20および第2共通流路24において、このずれる箇所が少ないので、流路抵抗が小さくなっている。また、この平行にずれる部分は、加圧室10と重ならない位置に配置されているので、加圧室10毎に吐出特性の変動を小さくできる。
第2方向の両方の端の1列(すなわち合わせて2列)の加圧室列11Aには、通常の加圧室10とダミー加圧室10Dとが含まれている(そのため、この加圧室列11Aをダミー加圧室列11Dと言うことがある)。また、ダミー加圧室列11Dのさらに外側には、ダミー加圧室10Dのみが並んでいる1列(すなわち、両端で合わせて2列)のダミー加圧室列11Dが配置されている。第2方向の両方の端に1本ずつ(すなわち合わせて2本)ある流路は、通常の第1共通流路20と同じ形状をしているが、直接的には加圧室10とは繋がっておらず、ダミー加圧室10Dとしか繋がっていない。
第1流路部材4は、第1共通流路20および第2共通流路24からなる共通流路群の第2方向の外側に位置していて、第1方向に伸びている、端部流路30を有している。端部流路30は、加圧室面4−1に並んでいる第1共通流路20の開口20aのさらに外側に配置されている開口30cと、加圧室面4−1に並んでいる第2共通流路24の開口24aのさらに外側に配置されている開口30dとを繋いでいる流路である。
液体の吐出特性を安定させるために、ヘッド本体2aは、温度を一定にするようコントロールされる。また、液体の粘度が低くなる方が、吐出や液体の循環が安定するため、温度は、基本的には常温以上にされる。そのため、基本的にはヘッド本体2aを加熱することになるが、環境温度が高い場合は、ヘッド本体2aを冷却することもある。
温度を一定に保つためには、液体吐出ヘッド2にヒータを設けたり、供給する液体を温度調節したものにする。いずれにしても、環境温度と、目標とする温度に差がある場合、ヘッド本体2aの長手方向(第2方向)の端部からの放熱が多くなるため、第2方向の中央部に位置する加圧室10の中の液体の温度に対して、第2方向の両方の端に位置する加圧室10の温度は低くなりやすい。端部流路30を設けることにより、第2方向の両方の端に位置する加圧室10の温度が下がり難くなり、各加圧室10から吐出される液体の吐出特性のばらつきを小さくでき、印刷精度を向上させることができる。
端部流路30は、第1統合流路22と第2統合流路26とを繋いでいる流路である。端部流路30の流路抵抗は、第1共通流路20および第2共通流路24の流路抵抗よりも小さくすると良い。そのようにすれば、端部流路30に流れる液体の量が多くなり、端部流路30より内側での温度低下をより低減できる。
端部流路30には、流路の幅が、共通流路の幅よりも広い幅広部30aが設けられており、幅広部30aの加圧室面4−1側にはダンパーが設けられている。このダンパーは、一方の面が幅広部30aに面しており、他方の面がダンパー室に面していて変形可能になっている。ダンパーのダンピング能力は、変形可能な領域の差し渡しが一番狭い部分の影響が大きい。そのため、幅広部30aに面してダンパーを設けることで、ダンピング能力の高いダンパーとすることができる。幅広部30aの幅は、共通流路の幅の2倍以上、特に3倍以上にすると良い。幅広部30aを設けることで、流路抵抗が低くなり過ぎるようであれば、狭窄部30bを設けて、流路抵抗を調性してもよい。
第2流路部材6は、第1流路部材4の加圧室面4−1に接合されている。第2流路部材6は、第2共通流路24に液体を供給する第2統合流路26と、第1共通流路20の液体を回収する第1統合流路22とを有している。第2流路部材6の厚さは、第1流路部材4よりも厚く、5〜30mm程度である。なお、第1統合流路22と第2統合流路26とを合わせて統合流路と呼ぶことがある。
第2流路部材6は、第1流路部材4の加圧室面4−1の圧電アクチュエータ基板40が接続されていない領域で接合されている。より具体的には、圧電アクチュエータ基板40を囲むように接合されている。このようにすることで、圧電アクチュエータ基板40に、吐出した液体の一部がミストとなって付着するのを低減できる。また、第1流路部材4を外周で固定することになるので、第1流路部材4が加圧部50の駆動に伴って振動して、共振などが生じることを低減できる。
また、第2流路部材6の中央部で、貫通孔6cが上下に貫通している。貫通孔6cは、圧電アクチュエータ基板40を駆動する駆動信号を伝達するFPC(Flexible Printed Circuit)などの配線部材が通される。なお、貫通孔6cの第1流路部材4側は、短手方向の幅が広くなっている拡幅部6caとなっている。圧電アクチュエータ基板40から短手方向の両側に伸びる配線部材は、拡幅部6caで曲げられて上方に向かい、貫通孔6cを抜ける。なお、拡幅部6caに広がる部分の凸部は、配線部材を傷つけるおそれがあるので、R形状にしておくと良い。
第1統合流路22を、第1流路部材4とは別の、第1流路部材4より厚い第2流路部材6に配置することで、第1統合流路22の断面積を大きくすることができ、それにより第1統合流路22と第1共通流路20とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第1統合流路22の流路抵抗(より正確には第1統合流路22のうちで、第1共通流路20と繋がっている範囲の流路抵抗)は、第1共通流路20の1/100以下にすると良い。
第2統合流路26を、第1流路部材4とは別の、第1流路部材4より厚い第2流路部材6に配置することで、第2統合流路26の断面積を大きくすることができ、それにより第2統合流路26と第2共通流路24とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第2統合流路26の流路抵抗(より正確には第2統合流路26のうちで、第1統合流路22と繋がっている範囲の流路抵抗)は、第2共通流路24の1/100以下にすると良い。
第1統合流路22は、第2流路部材6の短手方向の一方の端に位置し、第2統合流路26は、第2流路部材6の短手方向の他方の端に位置する。そして、第1統合流路22および第2統合流路26の両方は、第1流路部材4に面するように配置されており、それぞれ第1共通流路20および第2共通流路24と繋がっている。このような構成により、第1統合流路22および第2統合流路26の断面積を大きく(つまり流路抵抗を小さく)できるともに、第2流路部材6で、第1流路部材4の外周を固定して剛性を高くし、さらに、配線部材の通る貫通孔6cを設けることができる。
第2流路部材6は、第2流路部材のプレート6aと6bとが積層されて構成されている。プレート6bの上面には、第1統合流路22のうち第2方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第1統合流路本体22aとなる第1溝と、第2統合流路26のうち第2方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第2統合流路本体26aとなる第2溝が配置されている。
第1統合流路本体22aとなる第1溝の下側(第1流路部材4の方向)は、加圧室面4−1によって大部分が塞がれており、一部は加圧室面4−1上に開口している第1共通流路20の開口20aに繋がっている。
第2統合流路本体26aとなる第2溝の下側は、加圧室面4−1によって大部分が塞がれており、一部は加圧室面4−1上に開口している第2共通流路24の開口24aに繋がっている。
プレート6aには、第1統合流路22の第2方向の端部に開口22cが設けられている。プレート6aには、第2統合流路26の、第2方向と反対方向の第4方向の端部に開口26cが設けられている。液体は、第2統合流路26の開口26cから供給され、第1統合流路22の開口22cから回収されるが、これに限らず供給と回収を逆にしてもよい。
第1統合流路22および第2統合流路26には、ダンパーを設けて、液体の吐出量の変動に対して液体の供給、あるいは排出が安定するようにしてもよい。また、第1統合流路22および第2統合流路26内に、フィルタを設けることにより、異物や気泡が、第1流路部材4に入り込み難くしてもよい。
第1流路部材4の上面である加圧室面4−1には、加圧部50を含む圧電アクチュエータ基板40が接合されており、各加圧部50が加圧室10上に位置するように配置されている。圧電アクチュエータ基板40は、加圧室10によって形成された加圧室群とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室10の開口は、第1流路部材4の加圧室面4−1に圧電アクチュエータ基板40が接合されることで閉塞される。圧電アクチュエータ基板40は、ヘッド本体2aと同じ方向に長い長方形状である。また、圧電アクチュエータ基板40には、各加圧部50に信号を供給するためのFPCなどの信号伝達部が接続されている。第2流路部材6には、中央で、上下に貫通している貫通孔6cがあり、信号伝達部は貫通孔6cを通って制御部88と電気的に繋がれる。信号伝達部は、圧電アクチュエータ基板40の一方の長辺の端から他方の長辺の端に向かうように短手方向に伸びる形状にし、信号伝達部に配置される配線が短手方向に沿って伸び、長手方向に並ぶようにすれば、配線間の距離をとりやすくなるので良い。
圧電アクチュエータ基板40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44がそれぞれ配置されている。
第1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。第1流路部材4の加圧室面4−1側から順に、プレート4aからプレート4mまでの12枚のプレートが積層されている。これらのプレートには多数の孔や溝が形成されている。これらのプレートは、例えば、各種の金属や樹脂等を用いて形成することができる。孔や溝は、例えばエッチングによって形成することができる。また、隣り合うプレート同士は、例えば、接着剤等を用いて接合することができる。各プレートの厚さは10〜300μm程度であることにより、形成する孔や溝の形成精度を高くできる。各プレートは、これらの孔や溝が互いに連通して第1共通流路20などの流路を構成するように、位置合わせして積層されている。
平板状の第1流路部材4の加圧室面4−1には、加圧室本体10aが開口しており、圧電アクチュエータ基板40が接合されている。また、加圧室面4−1には、第2共通流路24に液体を供給する開口24a、および第1共通流路20から液体を回収する開口20aが開口している。第1流路部材4の、加圧室面4−1と反対側の面である吐出孔面4−2には吐出孔8が開口している。なお、加圧室面4−1にさらにプレートを積層して、加圧室本体10aの開口を塞ぎ、その上に圧電アクチュエータ基板40を接合してもよい。そのようにすれば、吐出する液体が圧電アクチュエータ基板40に接する可能性を低減することができ、信頼性をより高くできる。
液体を吐出する構造としては、加圧室10と吐出孔8とがある。加圧室10は、加圧部50に面している加圧室本体10aと、加圧室本体10aより断面積が小さいディセンダ10bから成っている。加圧室本体10aは、プレート4aに形成されており、ディセンダ10bは、プレート4b〜kに形成された孔が重ねられ、さらに第1プレート4mで(吐出孔8以外の部分を)塞がれて成っている。
加圧室本体10aには、第1個別流路12が繋がっており、第1個別流路12は、第1共通流路20に繋がっている。第1個別流路12は、プレート4bを貫通する円形状の孔と、プレート4cにおいて平面方向に伸びている貫通溝と、プレート4dを貫通する円形状の孔とを含んでいる。第1共通流路20はプレート4f〜iに形成された孔が重ねられ、さらに上側をプレート4eで、下側をプレート4jで塞がれて成っている。
ディセンダ10bには、第2個別流路14が繋がっており、第2個別流路14は、第2共通流路24に繋がっている。第2個別流路14は、プレート4jにおいて平面方向に伸びている貫通溝である。第2共通流路24はプレート4f〜iに形成された孔が重ねられ、さらに上側をプレート4eで、下側をプレート4jで塞がれて成っている。
液体の流れについて、まとめると、第2統合流路26に供給された液体は、第2共通流路24および第2個別流路14を順に通って加圧室10に入り、一部の液体は吐出孔8から吐出される。吐出されなかった液体は、第1個別流路12を通って、第1共通流路20に入った後、第1統合流路22に入り、ヘッド本体2の外部に排出される。
圧電アクチュエータ基板40は、圧電体である2枚の圧電セラミック層40a、40b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40a、40bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。すなわち、圧電アクチュエータ基板40の圧電セラミック層40aの上面から圧電セラミック層40bの下面までの厚さは40μm程度である。圧電セラミック層40aと圧電セラミック層40bの厚さの比は、3:7〜7:3、好ましく4:6〜6:4にされる。圧電セラミック層40a、40bのいずれの層も複数の加圧室10を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層40a、40bは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系、NaNbO系、BaTiO系、(BiNa)NbO系、BiNaNb15系などのセラミックス材料からなる。
圧電アクチュエータ基板40は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極42およびAu系などの金属材料からなる個別電極44を有している。共通電極42の厚さは2μm程度であり、個別電極44の厚さは、1μm程度である。
個別電極44は、圧電アクチュエータ基板40の上面における各加圧室10に対向する位置に、それぞれ配置されている。個別電極44は、平面形状が加圧室本体10aより一回り小さく、加圧室本体10aとほぼ相似な形状を有している個別電極本体44aと、個別電極本体44aから引き出されている引出電極44bとを含んでいる。引出電極44bの一端の、加圧室10と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極46が形成されている。接続電極46は例えば銀粒子などの導電性粒子を含んだ導電性樹脂であり、5〜200μm程度の厚さで形成されている。また、接続電極46は、信号伝達部に設けられた電極と電気的に接合されている。
また、圧電アクチュエータ基板40の上面には、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42とは、圧電セラミック層40aに配置された、図示しない貫通導体を通じて、電気的に接続されている。
詳細は後述するが、個別電極44には、制御部88から信号伝達部を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷用紙Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
共通電極42は、圧電セラミック層40aと圧電セラミック層40b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42は、圧電アクチュエータ基板40に対向する領域内のすべての加圧室10を覆うように延在している。共通電極42は、圧電セラミック層40a上に個別電極44からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極に、圧電セラミック層40aを貫通して形成されたビアホールを介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極は、複数の個別電極44と同様に、制御部88と直接あるいは間接的に接続されている。
圧電セラミック層40aの個別電極44と共通電極42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44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となっている。より具体的には、個別電極44を共通電極42と異なる電位にして圧電セラミック層40a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により個別電極44を共通電極42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40a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40b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40aと圧電セラミック層40b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40b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。このようにして、圧電セラミック層40aの個別電極44と共通電極42とに挟まれている部分と、それを挟む個別電極44および共通電極42と、によって、加圧室10内の液体を加圧する加圧部50が構成されている。
続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部88からの制御でドライバICなどを介して、個別電極44に供給される駆動信号により、加圧部50が駆動(変位)させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。
あらかじめ個別電極44を共通電極42より高い電位(以下、高電位と称す)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極44を共通電極42と一旦同じ電位(以下、低電位と称す)とし、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44が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層40a、40bが元の(平らな)形状に戻り(始め)、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。これにより、加圧室10内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室10内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室10の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室10の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室10の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極44を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ内を伝搬し、吐出孔8から液体を吐出させる。
つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極44に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、加圧室10の液体の固有振動周期の半分の時間であるAL(Acoustic Length)とすると、原理的には、液体の吐出速度および吐出量を最大にできる。加圧室10の液体の固有振動周期は、液体の物性、加圧室10の形状の影響が大きいが、それ以外に、圧電アクチュエータ基板40の物性や、加圧室10に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。
次に、第1流路部材4の吐出孔面4−2側の構造について、図5および図7を用いて説明する。図5は、図4のV−V線に沿った縦断面図である。図7は、第1流路部材4を構成する第2プレート4kの一部分を、第1プレート4mと反対側から見た状態を示す模式的な平面図である。第1流路部材4の吐出孔面4−2側は、吐出孔面4−2側から、第1プレート4m、第2プレート4k、プレート4jの順に配置されて構成されている。
プレート4jの吐出孔面4−2と反対側の表面は、第1方向に沿って伸びる複数の共通流路(第1共通流路20および第2共通流路24)に接しており、プレート4jにおける共通流路(20、24)に接する部分の反対側(第2プレート4k側)には、それぞれ凹部が形成されている。また、第2プレート4kのプレート4j側の表面における、プレート4jに形成された凹部に面する部分にも、それぞれ凹部が形成されている。このように、プレート4jに形成された複数の凹部と、第2プレート4kに形成された複数の凹部と、が互いに向かい合うように配置されて構成された空間によって、複数の共通流路(20、24)に沿って第1方向に伸びる複数のダンパー室29が構成されている。そして、第1共通流路20とダンパー室29とを仕切る壁によって第1ダンパー28Aが構成されており、第2共通流路24とダンパー室29とを仕切る壁によって第2ダンパー28Bが構成されている。
第2プレート4kは、ダンパー室29と第1プレート4mとで挟まれた部分である第1部分91を複数有している。そして、第1部分91における第1プレート4mと反対側の表面である第1表面91aに、被覆層93が不均一に設けられている。
被覆層93は、金属、樹脂等の既知の種々の材料を用いて構成することができる。例えば、別途作製したプレート状の被覆層93を、第2プレート4kの第1部分91における第1表面91aに、接着剤等の接合部材によって接合することにより、被覆層93を形成することができる。また、被覆層93を構成する材料として樹脂を用いる場合には、例えば、第1部分91における第1表面91aに、被覆層93となる未硬化の樹脂を塗布して硬化させることにより、被覆層93を形成することができる。なお、被覆層93は、複数の層の積層体であっても良く、第1プレート4mおよび第2プレート4kは、複数の部材の複合体であっても構わない。
被覆層は、第1部分91における第1表面91aに、不均一に設けられていることが必要である。「不均一に設けられている」状態とは、「被覆層93が、第1部分91における第1表面91aの全体に渡って同じ厚さで設けられている」状態ではない状態である。すなわち、「第1部分91における第1表面91aに、被覆層93が設けられた部分と、被覆層93が設けられていない部分と、が存在する」状態や、「第1部分91における第1表面91aの全体に渡って被覆層93が設けられているものの、被覆層93の厚さが場所によって異なっている」状態を意味する。
なお、「第1部分91における第1表面91aに、被覆層93が設けられた部分と、被覆層93が設けられていない部分と、が存在する」状態の方が望ましいが、「第1部分91における第1表面91aの全体に渡って被覆層93が設けられているものの、被覆層93の厚さが場所によって異なっている」状態としても良い。その場合には、厚さの差が大きい方が望ましく、厚さが大きい大厚部の厚さは、厚さが小さい小厚部の厚さに対して、1.5倍以上であることが望ましい。なお、大厚部と小厚部との厚さの差は大きい方が望ましく、大厚部の厚さは、小厚部の厚さに対して、2倍以上であることが更に望ましく、3倍以上であることが更に望ましい。
なお、本実施形態では、図7に示すように、第1部分91における第1表面91aに、被覆層93が設けられた第1領域93Aと、被覆層93が設けられていない第2領域94と、が存在し、平面形状が異なる複数の第2領域94が存在するようにされている。
上述したように、本実施形態の液体吐出ヘッド2は、液体を加圧する複数の加圧部50と、第1流路部材4と、を有している。第1流路部材4は、液体を吐出する複数の吐出孔8と、複数の吐出孔8と繋がっている共通流路(20、24)と、共通流路(20、24)の外側に配置された空間で構成されたダンパー室29と、共通流路(20、24)とダンパー室29とを仕切る壁で構成されたダンパー(28A、28B)と、を有している。また、第1流路部材4は、平板状の複数のプレート(4a〜4m)が積層されて構成されており、複数のプレート(4a〜4m)は、複数の吐出孔8を有する第1プレート4mと、第1プレート4mに隣り合う第2プレート4kと、を有している。第2プレート4kは、第1プレート4mとダンパー室29とで挟まれた第1部分91を有しており、第1部分91における第1表面91aに被覆層93が不均一に設けられている。このような構成を有する本実施形態の液体吐出ヘッド2は、以下に述べるように、吐出孔8が形成された表面(吐出孔面4−2)に大きな振動が発生するのを低減することができる。
本実施形態の液体吐出ヘッド2のように、共通流路(20、24)にダンパー(28A、28B)を形成すると、共通流路(20、24)を介した圧力変動の伝達によって生じる吐出特性の悪化を改善することができる。しかし、図5に示すように、ダンパー室29を吐出孔面4−2に近接して配置すると、吐出孔面4−2とダンパー室29とで挟まれた第1部分91の強度が低下して、第1部分91が吐出孔面4−2の他の部分よりも大きく振動し易くなるという問題が生じる。
本実施形態の液体吐出ヘッド2は、第1部分91における第1表面91aに被覆層93が不均一に設けられている。これにより、一体的に振動する第1部分91と被覆層93との複合体における、剛性や質量分布が不均一となるため、複合体の構造的な対称性を低下させることができる。これにより、共振モードの縮退を解いて、共振周波数を分散させることができるので、第1部分91と被覆層93との複合体が特定の周波数において大きく振動するのを低減することが可能となる。
このような振動低減効果を高めるためには、第1部分91と被覆層93との複合体における構造的な対称性を低くすることが必要である。よって、被覆層93が形成された第1領域93Aの平面形状は、対称性が低い形状であることが望ましい。すなわち、第1領域93Aの平面形状が、線対称、回転対称等の対称性を有さない形状であることが望ましい。
また、本実施形態では、図7に示すように、第1部分91における第1表面91aに、被覆層93が設けられた第1領域93Aと、被覆層93が設けられていない第2領域94と、が存在するようにされている。これにより、第1部分91と被覆層93との複合体における、第1領域93Aと、第2領域94と、の剛性および質量の差を大きくすることができるので、構造的な対称性を低下させることが可能となり、特定周波数における大きな振動を低減する効果を更に高めることができる。
また、図7に示すように、複数の吐出孔8は、複数の列を成すように配置されており、第1部分91は、列の間に位置しており、且つ列に沿った方向である第1方向に長い形状を有している。このような場合は、被覆層93は、第1方向に沿って幅広部と幅狭部とが交互に存在する形状を有しているようにするのが望ましい。これにより、構造的な対称性を低下させることができるので、吐出孔面4−2とダンパー室29とで挟まれた部分に共振現象に起因する大きな振動が生じて、吐出特性が悪化するのを低減することができる。
また、このとき、隣り合う幅狭部の幅が互いに異なっているようにするのが望ましい。すなわち、図7に示すように、各々の幅狭部の幅を、それぞれW1、W2、W3、W4、W5、W6としたときに、W1とW2とが異なり、W2とW3とが異なり、W4とW5とが異なり、W5とW6とが異なるようにすることが望ましい。これにより、構造的な対称性を更に低下させることができるので、特定周波数における大きな振動を低減する効果を更に高めることができる。
また、本実施形態では、第1プレート4mを構成する材料の線膨張率および被覆層93を構成する材料の線膨張率を、第2プレート4kを構成する材料の線膨張率よりも大きくしてもよい。これにより、第1プレート4mと第2プレート4kとを接合する接着剤を加熱によって硬化させて常温に戻したときに、第1プレート4mおよび被覆層93が、第2プレート4kよりも大きく収縮する。これにより、吐出孔面4−2のダンパー室29に隣接する部分が僅かに凹部になるように変形させることができるとともに、凹部における凹み量が過剰に大きくなるのを防ぐことができる。これにより、吐出孔面4−2における吐出孔8が形成された部分が相対的に凹部となることが防止できるため、吐出孔8付近に拭き残しが発生するという問題の発生を低減することができる。また、吐出孔面4−2のダンパー室29に隣接する部分の凹み量が過剰に大きくなることに起因して、吐出孔面4−2のダンパー室29に隣接する部分に拭き残しが発生するのを防止することができる。
なお、被覆層93の厚さを、第1プレート4mの厚さよりも小さくすると、吐出孔面4−2におけるダンパー室29に隣接する部分が凸になるように変形するのを容易に防止することができる。
また、図7に示すように、第1部分91の周縁部に被覆層93の非形成領域が存在することによって、被覆層93が第1部分91の中央部に偏在しているようにしてもよい。これにより、吐出孔面4−2のダンパー室29に隣接する部分の凹み量が過剰に大きくなるのを防ぐ効果を高めることができる。
第1プレート4mを構成する材料の線膨張率および被覆層93を構成する材料の線膨張率を、第2プレート4kを構成する材料の線膨張率よりも大きくするときには、線膨張率の条件を満たすように、既知の種々の材料の中から適宜選択することができる。例えば、1つの例としては、第2プレート4kを含むプレート4a〜4kの材料として、ステンレス合金を選択し、第1プレート4mの材料としてニッケルを選択し、被覆層93の材料としてエポキシ樹脂を選択することができる。また、他の例としては、第2プレート4kを含むプレート4a〜4kの材料として、ステンレス合金を選択し、第1プレート4mの材料としてポリイミド樹脂を選択し、被覆層93の材料としてエポキシ樹脂を選択することができる。また、第2プレート4kを含むプレート4a〜4kの材料としては、例えば炭素鋼のような線膨張率の小さい金属を選択することができ、第1プレート4mの材料としては、例えばスズのような線膨張率が大きい金属を選択することができ、被覆層93の材料として、例えばスズや鉛のような線膨張率が大きく融点が低い金属を選択することも可能である。
被覆層93を構成する材料としてスズ等の低融点の金属を用いる場合には、例えば、第1プレート4mと第2プレート4kとを積層した後に、第1部分91における第1表面91aに、ペースト状、粉末状または粒状の金属を配置し、第1プレート4mと第2プレート4kとを接合するための接着剤を硬化させるときの加熱によって金属を溶かした後に常温に戻すことにより、被覆層93を形成することができる。
また、被覆層93を構成する材料としてニッケルやポリイミドを選択した場合には、例えば、プレート状の被覆層93を、第1部分91における第1表面91aに、接着剤を介して貼付し、その接着剤を、第1プレート4mと第2プレート4kとを接合するための接着剤を加熱して硬化させるときに、同時に硬化させることにより、被覆層93を形成することができる。
(第2実施形態)
図8は、第2実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図7と同様の状態を示す模式的な平面図である。なお、本実施形態においては、前述した第1実施形態と異なる点について説明し、同様の構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態では、被覆層93が複数の領域に分割して配置されている。すなわち、図8に示すように、被覆層93が設けられた第1領域93Aが、複数の領域(93a,93b,93c,93d,93e,93f,93g,93h)に分割されている。このような構造によっても、吐出孔面4−2とダンパー室29とで挟まれた部分が特定の周波数で大きく振動するのを低減することができる。
また、このとき、被覆層93の複数の領域のうち互いに隣り合う領域の面積が互いに異なるようにするのが望ましい。すなわち、図8に示すように、領域93aの面積と領域93bの面積とが異なり、領域93bの面積と領域93cの面積とが異なり、領域93cの面積と領域93dの面積とが異なり、領域93eの面積と領域93fの面積とが異なり、領域93fの面積と領域93gの面積とが異なり、領域93gの面積と領域93hの面積とが異なるようにするのが望ましい。これにより、構造的な対称性を更に低下させることができるので、吐出孔面4−2とダンパー室29とで挟まれた部分に共振現象に起因する大きな振動が生じて、吐出特性が悪化するのを更に低減することができる。
(第3実施形態)
図9は、第3実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図7と同様の状態を示す模式的な平面図である。図10は、第3実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図5と同様の状態を示す模式的な部分断面図である。なお、本実施形態においては、前述した第1実施形態と異なる点について説明し、同様の構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態では、図9および図10に示すように、第2プレート4kの第1部分91に複数の貫通孔92を設けるとともに、複数の貫通孔92の内部に充填材92aを設け、充填材92aを構成する材料が、第2プレート4kを構成する材料と異なるようにしている。これにより、第1部分91、被覆層93および充填材92aによって構成されて一体的に振動する複合体における、質量及び剛性の不均一性を高め、構造的な対称性を更に低下させることが可能となるので、特定周波数における大きな振動を低減する効果を更に高めることができる。
充填材92aを構成する材料としては、金属、樹脂、ガラス等の既知の種々の材料を用いることができる。
充填材92aを構成する材料として樹脂を用いる場合には、例えば、充填材92aとなる未硬化の樹脂を貫通孔92に充填し、加熱して硬化させることにより、充填材92aを形成することができる。なお、例えば、第1プレート4mと第2プレート4kとを接合する接着剤を塗布する厚さを通常よりも厚くし、第1プレート4mおよび第2プレート4kを張り合わせた後に加える圧力を調整することにより、低粘度化した接着剤が、貫通孔92の内部に充填されるようにし、これを硬化させることによって充填材92aを構成しても構わない。また、例えば、例えば、第1プレート4mと第2プレート4kとを接合する接着剤を塗布する厚さを第2プレート4kの厚さの1/2以上とし、第1プレート4mおよび第2プレート4kを張り合わせた後に加える圧力を調整することにより、低粘度化した接着剤が、貫通孔92の内部に充填されるとともに第2プレート4kのプレート4j側の表面にも染み出すようにし、これを硬化させることによって充填材92aと共に被覆層93を構成しても構わない。このように、被覆層93と充填材92aとを、同じ材料を用いて一体的に形成することにより、製造工程を簡略化し製造を容易にすることができる。
また、図9に示すように、複数の貫通孔92は、第1部分91内に不均一に配置されているのが望ましい。これにより、構造的な対称性を低下させることができるので、吐出孔面4−2とダンパー室29とで挟まれた部分に共振現象に起因する大きな振動が生じて、吐出特性が悪化するのを低減することができる。なお、「貫通孔92が不均一に配置されている」とは、第1部分91における貫通孔92の存在密度が一定でないこと、すなわち、貫通孔92が密に配置されている部分と、貫通孔92が疎に配置されている部分と、が存在することを意味する。
また、図9および図10に示すように、複数の吐出孔8は、複数の列を成すように配置されている。そして、第1部分91は、列の間に位置しており、且つ列に沿った方向である第1方向に長い形状を有している。そして、複数の貫通孔92が互いに近接配置されて構成された貫通孔群が、第1方向に沿って互いに間隔を開けて複数配置されている。このような構成により、第1方向に長い第1部分91の全体に渡って、共振現象に起因する大きな振動を低減することができる。なお、本実施形態では、図9に示すように、4つの貫通孔92によって1つの貫通孔群が構成されており、このようにして構成された貫通孔群が、第1部分91の長さ方向である第1方向に沿って、互いに間隔を開けて複数配置されている。
また、本実施形態では、第1プレート4mを構成する材料の線膨張率が、第2プレート4kを構成する材料の線膨張率よりも大きく、且つ充填材92aを構成する材料の線膨張率が、第2プレート4kを構成する材料の線膨張率よりも大きいようにしてもよい。これにより、第1プレート4mと第2プレート4kとを接合する接着剤を加熱によって硬化させて常温に戻したときに、第1プレート4mおよび充填材92aが、第2プレート4kよりも大きく収縮する。これにより、吐出孔面4−2のダンパー室29に隣接する部分が僅かに凹部になるように変形させることができるとともに、凹部における凹み量が過剰に大きくなるのを防ぐことができる。これにより、吐出孔面4−2における吐出孔8が形成された部分が相対的に凹部となることが防止できるため、吐出孔8付近に拭き残しが発生するという問題の発生を低減することができる。また、吐出孔面4−2のダンパー室29に隣接する部分の凹み量が過剰に大きくなることに起因して、吐出孔面4−2のダンパー室29に隣接する部分に拭き残しが発生するのを防止することができる。
このとき、充填材92aを構成する具体的な材料については、線膨張率の条件を満たすように、既知の種々の材料の中から適宜選択することができる。例えば、第2プレート4kを含むプレート4a〜4kの材料として、ステンレス合金や炭素鋼を選択した場合には、充填材92aの材料として、ニッケル、スズ、鉛等の金属や、ポリイミド、エポキシ樹脂等の樹脂を好適に用いることができる。
また、充填材92aを構成する材料としてスズ等の低融点の金属を用いる場合には、例えば、第1プレート4mと第2プレート4kとを積層した後に、貫通孔92に粉末状や粒状の金属を充填し、第1プレート4mと第2プレート4kとを接合するための接着剤を硬化させるときの加熱によって粉末状や顆粒状の金属を溶かした後に常温に戻すことにより、充填材92aを構成することができる。
また、図示は省略するが、充填材92aの第1プレート4mと反対側の表面は、平面視したときに貫通孔92の中央に位置する部分が、第1プレート4m側に凹んでいるようにするのが望ましい。これにより、充填材92aの第1プレート4mと反対側の表面に沿って、貫通孔92の中央に向けて引っ張る応力が第2プレート4kに生じるため、吐出孔面4−2のダンパー室29に隣接する部分の凹み量が過剰に大きくなるのを防止する効果を高めることができる。
(第4実施形態)
図11は、第4実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図9と同様の状態を示す模式的な平面図である。なお、本実施形態においては、前述した第3実施形態と異なる点について説明し、同様の構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態では、被覆層93が複数の領域に分割して配置されている。すなわち、図11に示すように、被覆層93が設けられた第1領域93Aが、複数の領域(93a,93b,93c,93d,93e,93f,93g,93h)に分割されている。このような構造を有する本実施形態の液体吐出ヘッドも、前述した第3実施形態と同様に、不均一に設けられた被覆層93および貫通孔92を有しているので、吐出孔面4−2とダンパー室29とで挟まれた部分が特定の周波数で大きく振動するのを低減することができる。
また、このとき、被覆層93の複数の領域のうち互いに隣り合う領域の面積が互いに異なるようにするのが望ましい。すなわち、図11に示すように、領域93aの面積と領域93bの面積とが異なり、領域93bの面積と領域93cの面積とが異なり、領域93cの面積と領域93dの面積とが異なり、領域93eの面積と領域93fの面積とが異なり、領域93fの面積と領域93gの面積とが異なり、領域93gの面積と領域93hの面積とが異なるようにするのが望ましい。これにより、構造的な対称性を更に低下させることができるので、吐出孔面4−2とダンパー室29とで挟まれた部分に共振現象に起因する大きな振動が生じて、吐出特性が悪化するのを更に低減することができる。
(第5実施形態)
図12は、第5実施形態の液体吐出ヘッドにおける、図9と同様の状態を示す模式的な平面図である。なお、本実施形態においては、前述した第3実施形態と異なる点について説明し、同様の構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を省略する。
本実施形態では、複数の貫通孔92が貫通孔群を形成しておらず、第3実施形態における貫通孔92よりも大きい貫通孔92が、第1方向に沿って並んでいる。すなわち、互いに直交する2つの方向をB方向(第1方向)およびC方向とすると、第1部分91のB方向の寸法は、第1部分91のC方向の寸法(図12においてL2で示した部分の長さ)よりも大きく、複数の貫通孔92は、B方向に沿って並んでいる。このような構造によっても、吐出孔面4−2とダンパー室29とで挟まれた部分が特定の周波数で大きく振動するのを低減することができる。
本実施形態では、貫通孔92によって、第1部分91と被覆層93との複合体における、剛性や質量分布を不均一とし、これにより、複合体の構造的な対称性を低下させることができる。そして、これにより、共振モードの縮退を解いて、共振周波数を分散させることができるので、第1部分91と被覆層93との複合体が特定の周波数において大きく振動するのを低減することができる。よって、貫通孔92は、ある程度大きい方が良く、また、貫通孔92の形状における非対称性が大きい方が良い。
よって、例えば、第1部分91のC方向の寸法(図12においてL2で示した部分の長さ)をDとし、貫通孔92のC方向の寸法(図12においてL1で示した部分の長さ)をEとしたときに、E/D≧0.22を満たす程度にすると良く、E/D≧0.25またはE/D≧0.30を満たす程度とすると更に良い。
また、例えば、貫通孔92のB方向の寸法(図12においてL3で示した部分の長さ)をFとし、B方向における隣り合う貫通孔92の間の間隔(図12においてL4で示した部分の長さ)をGとしたときに、F/G≧0.79を満たす程度とすると良く、F/G≧0.88またはF/G≧1.06を満たす程度とすると更に良い。
また、例えば、貫通孔92のB方向の寸法(図12においてL3で示した部分の長さ)をHとし、貫通孔92のC方向の寸法(図12においてL1で示した部分の長さ)をJとしたときに、H/J≧1.60を満たす程度とすると良く、H/J≧1.80またはH/J≧2.20を満たす程度とすると更に良い。
なお、図12では、各々の貫通孔92は、円がB方向に引き延ばされたような形状を有しており、同じ形状および大きさを有する複数の貫通孔92が、第1部分91のB方向における中央に、C方向に沿って等間隔で配置された例を示したが、これに限定されるものではない。複数の貫通孔92の形状および大きさを互いに異ならせても良く、複数の貫通孔92を第1部分91におけるB方向の中央からずらして配置しても良く、隣り合う貫通孔92の間隔を場所によって異ならせても良い。また、上述した貫通孔92に関係する寸法同士の望ましい関係も、必ずしも全ての貫通孔92がその関係を満たしている必要はない。
1・・・カラーインクジェットプリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
2a・・・ヘッド本体
4・・・第1流路部材(流路部材)
4m・・・第1プレート
4k・・・第2プレート
4a〜4j・・・(第1流路部材の)プレート
4−1・・・加圧室面
4−2・・・吐出孔面
6・・・第2流路部材
6a、6b・・・(第2流路部材の)プレート
6c・・・(第2流路部材の)貫通孔
6ca・・・貫通孔の拡幅部
8・・・吐出孔
9A・・・吐出孔列
9B・・・吐出孔行
10・・・加圧室
10a・・・加圧室本体
10b・・・部分流路(ディセンダ)
10D・・・ダミー加圧室
11A・・・加圧室列
11B・・・加圧室行
12・・・第1個別流路
14・・・第2個別流路
20・・・第1共通流路(共通流路)
20a・・・(第1共通流路の)開口
22・・・第1統合流路
22a・・・第1統合流路本体(第1溝)
22c・・・(第1統合流路の)開口
24・・・第2共通流路(共通流路)
24a・・・(第2共通流路の)開口
25A、125A・・・第1接続流路
25B・・・第2接続流路
26・・・第2統合流路
26a・・・第2統合流路本体(第2溝)
26c・・・(第2統合流路の)開口
28A・・・第1ダンパー
28B・・・第2ダンパー
29・・・ダンパー室
30・・・端部流路
30a・・・幅広部
30b・・・狭窄部
30c、30d・・・(端部流路の)開口
40・・・圧電アクチュエータ基板
40a・・・圧電セラミック層
40b・・・圧電セラミック層(振動板)
42・・・共通電極
44・・・個別電極
44a・・・個別電極本体
44b・・・引出電極
46・・・接続電極
50・・・加圧部
60・・・信号伝達部
70・・・ヘッド搭載フレーム
72・・・ヘッド群
80A・・・給紙ローラ
80B・・・回収ローラ
82A・・・ガイドローラ
82B・・・搬送ローラ
88・・・制御部
91・・・第1部分
92・・・貫通孔
92a・・・充填材
93・・・被覆層
93A・・・第1領域
94・・・第2領域
P・・・印刷用紙

Claims (15)

  1. 液体を吐出する複数の吐出孔と、
    該複数の吐出孔と繋がっている共通流路と、
    該共通流路の外側に配置された空間で構成されたダンパー室と、
    前記共通流路と前記ダンパー室とを仕切る壁で構成されたダンパーと、
    を有する流路部材と、
    前記液体を加圧する複数の加圧部と、
    を有しており、
    前記流路部材は、積層された複数の平板状のプレートで構成されており、
    該複数のプレートは、前記複数の吐出孔を有する第1プレートと、該第1プレートに隣り合う第2プレートと、を有しており、
    該第2プレートは、前記第1プレートと前記ダンパー室とで挟まれた第1部分を有しており、
    該第1部分は、前記第1プレートと反対側に位置する第1表面を有しており、
    前記第1部分における前記第1表面に不均一に設けられた被覆層を有している
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記第1部分における前記第1表面に、前記被覆層が設けられた第1領域と、前記被覆層が設けられていない第2領域と、が存在することを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記被覆層が複数の領域に分割して配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記被覆層の前記複数の領域のうち互いに隣り合う領域の面積が互いに異なることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記複数の吐出孔は、複数の列を成すように配置されており、
    前記第1部分は、前記列の間に位置しており、前記列に沿った方向である第1方向に長い形状を有しており、
    前記被覆層は、前記第1方向に長く且つ前記第1方向に沿って幅広部と幅狭部とが交互に存在する形状を有していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 隣り合う前記幅狭部の幅が互いに異なっていることを特徴とする請求項5に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記第2プレートは、前記第1部分に設けられた複数の貫通孔を有しており、
    該複数の貫通孔の内部には、充填材が設けられており、
    該充填材を構成する材料が、前記第2プレートを構成する材料と異なる
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記被覆層と前記充填材とが、同じ材料を用いて一体的に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記第1プレートを構成する材料の線膨張率が前記第2プレートを構成する材料の線膨張率よりも大きく、且つ前記充填材を構成する材料の線膨張率が、前記第2プレートを構成する材料の線膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 互いに直交する2つの方向をB方向およびC方向とすると、前記第1部分の前記B方向の寸法は、前記第1部分の前記C方向の寸法よりも大きく、前記複数の貫通孔は、前記B方向に沿って並んでいることを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  11. 前記第1部分の前記C方向の寸法をDとし、前記貫通孔の前記C方向の寸法をEとすると、E/D≧0.22であることを特徴とする請求項10に記載の液体吐出ヘッド。
  12. 前記貫通孔の前記B方向の寸法をFとし、前記B方向における隣り合う前記貫通孔の間の間隔をGとすると、F/G≧0.79であることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の液体吐出ヘッド。
  13. 前記貫通孔の前記B方向の寸法をHとし、前記貫通孔の前記C方向の寸法をJとすると、H/J≧1.60であることを特徴とする請求項10乃至請求項12のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  14. 前記第1プレートを構成する材料の線膨張率および前記被覆層を構成する材料の線膨張率が、前記第2プレートを構成する材料の線膨張率よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  15. 請求項1乃至請求項14のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、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、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする記録装置。
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