JP6591876B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射記録装置および液体噴射ヘッドの電圧印加方法 - Google Patents
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Description
例えば、アクチュエータプレートのチャネルが形成されている側とは反対側の裏面に、アクチュエータプレートの線膨張係数とほぼ同等の部材で形成されたスペーサを設けた技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1では、アクチュエータプレートの熱膨張や収縮による変形に起因した応力をスペーサによって吸収することで、アクチュエータプレートの液体吐出性能を向上しようとしている。
特許文献2によれば、アクチュエータプレートが液体を吐出する際に生じる衝撃波を、流路部材や流路部材に接続する他の部材に伝達されてしまうことを抑制できる。そして、液体吐出速度のばらつきを減少させ、アクチュエータプレートの液体吐出性能を向上しようとしている。
拘束層には、駆動壁に設けられた駆動電極と平行に設けられた電極層が設けられている。この電極層は接地されており、駆動壁の変形に寄与しないので、駆動壁と拘束層とを積層した厚み方向における収縮率の差が均一化される。このため、駆動壁と拘束層の収縮率の差から生じる歪みを防止し、高い平面性が維持される。すなわち、駆動壁が変形する方向を、拘束層とは反対側(液体の吐出側)だけになるように規制している。そして、駆動壁による液体の圧縮効率を高め、アクチュエータプレートの液体吐出性能を向上しようとしている。
しかしながら、上述の特許文献1にあっては、漏れ電界を除去できない。このため、この漏れ電界に起因するアクチュエータプレートの歪みをスペーサによって吸収しようとすると、このスペーサは、剛性を十分確保できるだけの厚みが必要になり、ヘッドチップが大型化してしまう可能性があった。
さらに、上述の特許文献3にあっては、拘束層に設けられた電極層が接地されているので、駆動電極に起因する拘束層自体の歪みは防止できても、漏れ電界によるアクチュエータプレートの歪みは防止できない可能性があった。
図1は、液体噴射記録装置1の斜視図である。
液体噴射記録装置1は、いわゆるインクジェットプリンタであって、紙等の被記録媒体Sを搬送する一対の搬送機構2,3と、被記録媒体Sにインク滴を噴射する液体噴射ヘッド4と、液体噴射ヘッド4にインクを供給する液体供給手段5と、液体噴射ヘッド4を被記録媒体Sの搬送方向(主走査方向)と略直交する方向(副走査方向)に走査させる走査手段6と、を備えている。
また、以下の説明において、副走査方向をX方向、主走査方向をY方向、そしてX方向、およびY方向に共に直交する方向をZ方向として説明する。ここで、液体噴射記録装置1は、X方向、Y方向が水平方向となるように、かつZ方向が重力方向上下方向となるように載置して使用されるようになっている。
すなわち、液体噴射記録装置1を載置した状態では、被記録媒体S上を液体噴射ヘッド4が水平方向(X方向、Y方向)に沿って走査するように構成されている。また、この液体噴射ヘッド4から重力方向下方(Z方向下方)に向かってインク滴が噴射され、このインク滴が被記録媒体Sに着弾するように構成されている。
(液体噴射ヘッド)
図2は、液体噴射ヘッド4の斜視図である。なお、液体噴射ヘッド4Y,4M,4C,4Bは、供給されるインクの色以外は何れも同一の構成からなるため、以下の説明では、まとめて液体噴射ヘッド4として説明する。
同図に示すように、液体噴射ヘッド4は、下部ベース72上に固定され、被記録媒体S(図1参照)に対してインク滴を噴射する吐出部70と、吐出部70に電気的に接続され、この吐出部70の駆動を制御する駆動制御部80と、駆動制御部80を固定する縦ベース73と、吐出部70と液体供給管26との間に、それぞれ接続部13,14を介して介在された液体流通部12とを有している。
吐出部70は、下部ベース72に固定されており、液体流通部12に接続部14を介して接続された流路部材71と、駆動電圧が印加されることによりインクを液滴として被記録媒体Sへと噴射させる第1ヘッドチップ31および第2ヘッドチップ32と、第1ヘッドチップ31および第2ヘッドチップ32のZ方向の下端面(最下面)に設けられたノズルプレート35(図3、図4参照)と、を有している。
図3〜図5に示すように、吐出部70は、ノズルプレート35に、複数のノズル孔(第1ノズル孔33aおよび第2ノズル孔34a)からなるノズル列(第1ノズル列33および第2ノズル列34)が2列に亘って形成されるように、2つのヘッドチップ31,32(第1ヘッドチップ31および第2ヘッドチップ32)が積層されている。そして、各ヘッドチップ31,32とノズルプレート35とがノズルキャップ36によって支持されている。
第1電極引出部45には、後述の第1フレキシブル基板93が接続されている。そして、駆動電極対44bは、第1フレキシブル基板93を介して駆動電圧が印加されることにより、圧電滑り効果により駆動壁44を変形させ、チャネル43内の容積を変化させる(詳細は後述する)。
共通インク室46は、Y方向に沿って長くなるように、かつ第1カバープレート42の厚さ方向に貫通するように形成された開口である。共通インク室46は、流路部材71内に連通していると共に、各チャネル43に連通している。これにより、共通インク室46に導入されたインクが各チャネル43に流通される。
すなわち、第1アクチュエータプレート41および第2アクチュエータプレート51は、第1アクチュエータプレート41の駆動壁44と第2アクチュエータプレート51のチャネル43とがX方向で対向するように形成されている。また、第1アクチュエータプレート41および第2アクチュエータプレート51は、第1アクチュエータプレート41のチャネル43と第2アクチュエータプレート51の駆動壁44とがX方向で対向するように形成されている。
ここで、図5に詳示するように、第1アクチュエータプレート41の他方の主面41bには、蒸着等により第1ガード電極101が形成されている。また、第2アクチュエータプレート51の他方の主面51bには、蒸着等により第2ガード電極102が形成されている。これらガード電極101,102は、各他方の主面41b,51bの全体に形成されている。各他方の主面41b,51bは、Z−Y平面に面しているので、駆動壁44の内側面44aに対して略直交している。このため、駆動電極44bと各ガード電極101,102も略直交している。
また、ノズルキャップ36には、Z方向に貫通する嵌合孔36aが形成されており、第1ヘッドチップ31および第2ヘッドチップ32が嵌合孔36a内にまとめて嵌合されている。この際、ノズルキャップ36の下端面は、各ヘッドチップ31,32の下端面と面一となるように組み合わされている。
第2ノズル列34は、ノズルプレート35をZ方向に貫通する複数の第2ノズル孔34aを有し、第1ノズル列33と平行に配設されている。各第2ノズル孔34aは、第2アクチュエータプレート51のチャネル43内に連通している。
図6は、吐出部70と駆動制御部80とが接続された状態を示す斜視図である。
なお、図6に図示する吐出部70は、図3〜図5に示す吐出部70と同一構造であるが、図6における説明を分かりやすくするために、簡略化している。
回路基板81は、いわゆるガラスエポキシ基板であって、Z方向に長くなるようにX方向からみて略長方形状に形成されている。回路基板81の外周部には、複数のビス孔83が形成されている。ビス孔83に不図示のビスを挿入し、このビスを縦ベース73に固定することにより、縦ベース73に回路基板81が固定される。
また、回路基板81の一面81aには、長手方向上端部に外部機器接続用コネクタ91が実装されている。外部機器接続用コネクタ91は、不図示の外部制御機器と電気的に接続され、この外部制御機器の制御信号が入力される。外部機器接続用コネクタ91と、各素子86は、回路基板81上に敷設されている複数の配線(不図示)により電気的に接続されている。
第2フレキシブル基板94は、回路基板81に設けられた第2接続部85と第2ヘッドチップ32とを電気的に接続するためのものであって、僅かに撓んだ状態で配置されている。そして、第2フレキシブル基板94の一端が回路基板81に接続され、他端が第2ヘッドチップ32の第2電極引出部55に接続されている。
次に、図1に基づいて、液体噴射記録装置1の印刷動作について説明する。
図1に示すように、液体噴射記録装置1の印刷動作は、一対の搬送機構2,3によって被記録媒体Sを搬送させながら走査手段6によって液体噴射ヘッド4を走査させながら行う。このとき、液体噴射ヘッド4から所定のインク滴を吐出させ、このインク滴を被記録媒体Sに着弾させることにより、被記録媒体Sに文字や画像が記録される。
次に、図7〜図12に基づいて、駆動電極44b、第1ガード電極101、および第2ガード電極102への電圧の印加方法について説明する。
図7は、第1ヘッドチップ31および第2ヘッドチップ32を模式的に示した図である。図8は、駆動電極44b、第1ガード電極101、および第2ガード電極102への電圧の印加タイミングを示すタイムチャートである。
なお、3つのサイクルの振り分け順は、第1アクチュエータプレート41と第2アクチュエータプレート51とで対応させる必要は無いが、以下の説明では、説明を分かり易くするために、各アクチュエータプレート41,51の3つのサイクルが対応するように振り分けて説明する。
なお、第1アクチュエータプレート41と第2アクチュエータプレート51の基本的動作原理は同一である。このため、以下の説明では、第1アクチュエータプレート41についてのみ説明し、第2アクチュエータプレート51については必要に応じて説明する。
そしてこれを、各サイクルのチャネル43について順次行うことにより(図8参照)、各チャネル43から順次インクが吐出される。
図11、図12に示すように、非吐出波形W3の駆動電圧は、所望のチャネル43以外のチャネルに収縮波形W2の駆動電圧が印加されるタイミングと同じタイミングで印加される。この場合、例えば、所望のAサイクルのチャネル43と、BサイクルおよびCサイクルのチャネル43のそれぞれの駆動電極44bがプラス(+)になる。このため、駆動壁44間で電位差が生じず、所望のAサイクルのチャネル43の容積が変化しない。つまり、所望のAサイクルのチャネル43を構成する駆動壁44が駆動しない。このため、所望のAサイクルのチャネル43からインクが吐出されない。
なお、サブ収縮波形W4の制御電圧の印加タイミングは、非吐出波形W3および収縮波形W2の駆動電圧が印加されるタイミングと多少のずれがあってもよい。
なお、駆動電圧の各波形W2〜W4の波高H2〜H4を、同一に設定することが望ましい。このように設定することで、インク吐出性能を向上でき、被記録媒体Sに記録される文字や画像の品質を向上できる。しかしながら、各波高H1〜H4は、完全同一でなくてもよく、多少のばらつきがあってもよい。また、駆動電圧の各波形W1〜W4は、波高に限らず、波幅(パルス幅)に多少のばらつきがあってもよい。
このため、各アクチュエータプレート41,51内での所定の壁面間(駆動壁44の内側面44aと他方の主面41b,51bとの間)での電位差を極力無くすことができ、漏れ電界(電界E3)の発生を抑制できる。よって、漏れ電界(電界E3)に起因する各アクチュエータプレート41,51の歪みを防止でき、液体噴射ヘッド4の液体吐出性能を向上できる。
しかも、第1ガード電極101と第2ガード電極102との間に、絶縁層103が形成されている。このため、各ガード電極101,102の何れか一方にサブ収縮波形W4の制御電圧を印加した場合であっても、他方のガード電極101,102が設けられているアクチュエータプレート41,51に影響を及ぼすことがない。
なお、上述の第1実施形態では、各ガード電極101,102は、それぞれ対応するアクチュエータプレート41,51の他方の主面41b,51bの全体に形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、図13に示すように、少なくとも各アクチュエータプレート41,51の他方の主面41b,51bのうち、駆動電極44bが形成されている範囲に対応する箇所に、Y方向全体にわたってガード電極101,102が形成されていればよい。
また、各凹部104,105の深さは、各ガード電極101,102間の絶縁距離を確保可能な深さに設定する。そして、各ガード電極101,102の間に、絶縁層として空気層106形成する。
また、絶縁層の形状が変化した場合であっても柔軟に対応することができる。つまり、絶縁素材を用いる必要がないので、絶縁層の形状が変化した場合であっても何ら製造コストに影響を及ぼさない。このため液体噴射ヘッド4の製造コストを抑えることが可能になる。
また、上述の第1実施形態の構成と第1実施形態の変形例の構成とを組み合わせてもよい。例えば、第1実施形態の変形例における空気層106を、第1実施形態の絶縁層103に採用してもよい。この場合、各アクチュエータプレート41,51の他方の主面41b,51bの周縁部を除く大部分に凹部を形成し、この凹部に各ガード電極101,102を形成すると共に、空気層を形成する。
(液体噴射ヘッド)(吐出部)
次に、図14に基づいて、第2実施形態について説明する。
図14は、第2実施形態における吐出部270のX−Z平面に沿う断面図であって、前述の図5に相当している。なお、第1実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、第1実施形態と第2実施形態との相違点は、前述の第1実施形態の吐出部70は、2つのヘッドチップ31,32を積層することにより構成しているのに対し、第2実施形態の吐出部270は、ヘッドチップが1つのみ(第1ヘッドチップ31)で構成されている点にある。
また、ノズルプレート235に形成されるノズル列およびノズル孔も、第1ノズル列33および第1ノズル孔33aのみである。さらに、ノズルキャップ236に形成された嵌合孔236aに、第1ヘッドチップ31が嵌合されている。
第1アクチュエータプレート41の他方の主面41bの全体には、蒸着等により第1ガード電極101が形成されている。また、第1ガード電極101と、縦ベース73およびノズルキャップ236の嵌合孔236aとの間には、絶縁層103が形成されている。
なお、上述の第2実施形態では、第1アクチュエータプレート41の他方の主面41bの全体に第1ガード電極101を形成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、図15に示すように、少なくとも第1アクチュエータプレート41の他方の主面41bのうち、駆動電極44bが形成されている範囲に対応する箇所に、Y方向全体にわたって第1ガード電極101が形成されていればよい。
また、各凹部204の深さは、第1ガード電極101と縦ベース73との間の絶縁距離を確保可能な深さに設定する。そして、第1ガード電極101と縦ベース73との間に、絶縁層として空気層206形成する。
また、上述の第2実施形態の構成と第2実施形態の変形例の構成とを組み合わせてもよい。例えば、第2実施形態の変形例における空気層206を、第2実施形態の絶縁層103に採用してもよい。この場合、第1アクチュエータプレート41の他方の主面41bの周縁部を除く大部分に凹部を形成し、この凹部に第1ガード電極101を形成すると共に、空気層206を形成する。
Claims (6)
- 第1方向および該第1方向に直交する第2方向に表面が面しているアクチュエータプレートと、
前記アクチュエータプレートの前記表面上に前記第1方向に沿って延設されていると共に、前記第2方向に間隔をあけて並設され、液体が充填される複数のチャネルと、
前記複数のチャネル間に形成される駆動壁の側面に形成され、電圧を印加可能な駆動電極と、
前記アクチュエータプレートの前記表面とは反対側で、かつ該表面と対向する裏面に形成され、前記電圧を印加可能なガード電極と、
を備え、
前記ガード電極は、前記裏面のうち、少なくとも前記駆動電極が形成されている範囲に対応する箇所に形成されており、
2つの前記アクチュエータプレートの前記裏面同士を重ね合わせて成り、
各前記アクチュエータプレートの前記ガード電極の間に、絶縁層を設けたことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記ガード電極は、前記裏面のうち、少なくとも前記駆動電極が形成されている範囲に対応する箇所に、前記第2方向全体にわたって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記ガード電極は、前記裏面の全体に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記絶縁層は、空気層であることを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドを走査させる走査手段と、
前記液体を収容する液体収容体と、
前記液体噴射ヘッドと前記液体収容体との間に敷設され、前記液体を流通させる液体供給管と、
を備えたことを特徴とする液体噴射記録装置。 - 第1方向および該第1方向に直交する第2方向に表面が面しているアクチュエータプレートと、
前記アクチュエータプレートの前記表面上に前記第1方向に沿って延設されていると共に、前記第2方向に間隔をあけて並設され、液体が充填される複数のチャネルと、
前記複数のチャネル間に形成される駆動壁の側面に形成され、電圧を印加可能な駆動電極と、
前記アクチュエータプレートの前記表面とは反対側で、かつ該表面と対向する裏面に形成され、前記電圧を印加可能なガード電極と、
を備え、
前記ガード電極は、前記裏面のうち、少なくとも前記駆動電極が形成されている範囲に対応する箇所に形成されている液体噴射ヘッドの電圧印加方法において、
前記駆動電極に印加される前記電圧は、
前記駆動壁の両側面に電位差を与えて対応する前記チャネルの容積を膨張させる膨張波形と、
前記駆動壁の両側面に電位差を与えて対応する前記チャネルの容積を収縮させる第1収縮波形と、
であり、
前記ガード電極に印加される前記電圧は、前記第1収縮波形と同じタイミングで印加される第2収縮波形である
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの電圧印加方法。
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