JP7036637B2 - Liquid discharge head and recording device using it - 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。 The present disclosure relates to a liquid discharge head and a recording device using the same.
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、各種の印刷を行なう液体吐出ヘッドが知られている。液体吐出ヘッドには、例えば、液体を吐出する吐出孔が二次元的に広がって多数配置されている。記録媒体には、各吐出孔から吐出された液体が並んで着弾することにより、印刷が行なわれる(例えば、特許文献1を参照。)。 Conventionally, as a printing head, for example, a liquid ejection head that performs various types of printing by ejecting a liquid onto a recording medium is known. In the liquid discharge head, for example, a large number of discharge holes for discharging liquid are arranged so as to expand two-dimensionally. Printing is performed by landing the liquids discharged from the discharge holes side by side on the recording medium (see, for example, Patent Document 1).
本開示の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、該複数の加圧室と共通して繋がっている第1共通流路、および前記複数の加圧室と共通して繋がっている第2共通流路を有する流路部材と、前記複数の加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを含んでいる液体吐出ヘッドであって、前記第1共通流路は、第1方向に伸びているとともに、両端部で前記流路部材の外部に開口しており、前記第2共通流路は、前記第1方向に伸びているとともに、両端部で前記流路部材の外部に開口していることを特徴とする。 The liquid discharge head of the present disclosure includes a plurality of discharge holes, a plurality of pressurizing chambers connected to the plurality of discharge holes, a first common flow path commonly connected to the plurality of pressurizing chambers, and the above-mentioned. A liquid discharge head including a flow path member having a second common flow path that is commonly connected to a plurality of pressurizing chambers, and a plurality of pressurizing portions that pressurize the plurality of pressurizing chambers. The first common flow path extends in the first direction and opens to the outside of the flow path member at both ends, and the second common flow path extends in the first direction. It is characterized in that both ends are open to the outside of the flow path member.
また、本開示の記録装置は、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、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする。 Further, the recording device of the present disclosure is characterized by including the liquid discharge head, a transport unit for transporting a recording medium to the liquid discharge head, and a control unit for controlling the liquid discharge head.
図1(a)は、本開示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(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。
FIG. 1A is a schematic side view of a color inkjet printer 1 (hereinafter, may be simply referred to as a printer) which is a recording device including a
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。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が挙げられる。
In the present embodiment, the
Is a so-called line printer. As another embodiment of the recording device, an operation of moving the
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。
A flat plate-shaped head mounting frame 70 (hereinafter, may be simply referred to as a frame) is fixed to the
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。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おり、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、すなわち、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。
The
4つのヘッド群72は、記録用紙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。
The four
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。
The number of the
さらに、色のある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。 Further, in addition to printing colored ink, a liquid such as a coating agent may be printed in order to perform surface treatment on the printing paper P.
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。搬送速度は、例えば、100m/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。
The
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。
The recording medium may be a roll-shaped cloth or the like, in addition to the printing paper P. Further, instead of directly transporting the printing paper P, the
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て、制御部88が、各センサからの情報から分かるプリンタ1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。例えば、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に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出特性、すなわち、吐出量や吐出速度などに影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。
Further, a position sensor, a speed sensor, a temperature sensor, or the like may be attached to the
次に、本開示の一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は、図2(b)の一点鎖線の範囲のヘッド本体2aの拡大平面図である。図4は、図3の一点鎖線の範囲のヘッド本体2aの拡大平面図である。図5(a)は、ヘッド本体2aの、模式的な部分縦断面図である。図5(a)では、流路の繋がっている状態を示すために、実際には、同一の縦断面に存在しない流路を描いている。具体的には、プレート4gから上は、図4のi-iに沿った断面であり、プレート4hから下上は、図4のii-iiに沿った断面である。図5(b)は、ヘッド本体2aの、他の部分の縦断面図である。ただし、図5(b)には、図2(a)には描いていない信号伝達部60も描いてある。
Next, the
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4においては、図を左右に分けている中央の2点鎖線の左側では、第2個別流路14を省略して描いており、2点鎖線の右側では、第1個別流路12、個別電極44および接続電極46を省略して描いている。
Each figure is drawn as follows for the sake of clarity. In FIGS. 2 to 4, a flow path or the like that is below other objects and should be drawn with a broken line is drawn with a solid line. In FIG. 4, the second
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、加圧部である変位素子50が作り込まれてい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、ヘッド本体2aの構造を支持する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。
In addition to the
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の一つの面である加圧室面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、加圧室面4-1と反対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。以下では、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として説明をする。
The first
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22が、第1
方向に沿って伸びるように配置されている。以下で、第1共通流路20と第2共通流路22とを合わせて、共通流路と言うことがある。第1共通流路20と第2共通流路22とは重なって配置されている。第1共通流路20および第2共通流路22が並んでいる方向であり、第1方向と交差する方向を第2方向とする。なお、第1方向は、ヘッド本体2aの長手方向と同じ方向である。また、第1方向と反対の方向を第3方向とし、第2方向の反対の方向を第4方向とする。
In the first
It is arranged so as to extend along the direction. Hereinafter, the first
第1共通流路20および第2共通流路22の両側に沿って、第1共通流路20および第2共通流路22と繋がっている加圧室10が並んでおり、片側2行ずつ、合計4行の加圧室行11Aを構成している。第1共通流路20および第2共通流路22と繋がっている4行の加圧室行11Aを、第2方向に順に第1加圧室行11A1、第2加圧室行11A2、第3加圧室行11A3、第4加圧室行11A4と呼ぶ。第1加圧室行11A1に属する加圧室10を第1加圧室と言うことあり、第2~4加圧室も同様の意味で用いる。
Pressurizing
第1共通流路20とその両側に並んでいる4行の加圧室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22とその両側に並んでいる4行の加圧室10とは、第2個別流路14を介して繋がっている。
The first
以上のような構成により、第1流路部材4においては、第1共通流路20に供給された液体は、第1共通流路20に沿って並んでいる加圧室10に流れ込み、一部の液体は吐出孔8から吐出され、他の一部の液体は、第1共通流路20と重なって配置されている第2共通流路22に流れ込み、第1流路部材4から外部に排出される。
With the above configuration, in the first
第1共通流路20は、第2共通流路の上に重なるように配置されている。第1共通流路20は、第1個別流路が繋がっている範囲の外側において、第1方向の端部および第3方向の両方の端部に配置されている開口20bで第1流路部材4の外部に開口している。第2共通流路22は、第2個別流路が繋がっている範囲の外側で、かつ第1共通流路20の開口20bよりも外側において、第1方向の端部および第3方向の両方の端部に配置されている開口22bで第1流路部材4の外部に開口している。下側に配置されている第2共通流路22の開口22bが、上側に配置されている第1共通流路20の開口20bの外側に配置されていることで、空間効率がよくなる。
The first
第1共通流路20の第1方向側に開口20aと第3方向側に開口20aとからは、ほぼ同量の液体が供給され、第1共通流路20の中央に向かって流れていく。1つの第1共通流路20および第2共通流路22に繋がっている吐出孔8からの液体の吐出量が、場所によらずほぼ一定の場合、第1共通流路20の流れは、中央に向かうにしたがって遅くなり、ほぼ中央で0(ゼロ)になる。第2共通流路22における流れはこれと逆で、ほぼ中央で0(ゼロ)であり、外側に向かうにしたがって流れは速くなる。
A substantially equal amount of liquid is supplied from the
液体吐出ヘッド2では、様々なものを記録するので、1つの第1共通流路20および第2共通流路22に繋がっている吐出孔8からの液体の吐出量は、様々な分布を取る。第1方向側の吐出孔8からの吐出量が多い場合、流れが0(ゼロ)となる場所は、中央よりも第1方向側になる。逆に、第3方向側の吐出孔8からの吐出量が多い場合、流れが0(ゼロ)となる場所は、中央よりも第3方向側になる。このように、記録するものによって吐出の分布が変わることにより、流れが0(ゼロ)となる場所が移動する。これにより、ある瞬間に、流れが0(ゼロ)となって液体が滞留したとしても、吐出の分布が変わることにより、その場所での滞留は解消されるので、同じ場所で液体が滞留し続けることによる、顔料の沈降や、液体の固着などを起き難くできる。
Since various things are recorded in the
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22に繋がっている第2個別流路14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22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。1つの吐出孔8における液体の圧力をほぼ0(ゼロ)にすれば、上述の圧力変化は対称に変化するので、すべての吐出孔8で液体の圧力をほぼ0(ゼロ)にできる。
The pressure applied to the portion of the first
本実施形態では、第1共通流路20および第2共通流路22は、それぞれ8本ある。各共通流路に繋がっている加圧室10は、共通流路の片側に2行、両側を合わせて4行の加圧室行11Aを構成している。したがって、加圧室行11Aは全体で32行ある。
In this embodiment, there are eight first
1つの第1共通流路20および1つの第2共通流路22に繋がっている4行の加圧室行11Aを第2方向に順に、第1加圧室行11A1、第2加圧室行11A2、第3加圧室行、11A3および第4加圧室行11A4と言う。また、それぞれに属する加圧室10を順に第1~4加圧室と言う。
The four rows of pressurizing chamber rows 11A connected to one first
吐出孔8は、各加圧室行11Aに対応して、吐出孔行9Aを構成しており、吐出孔行9Aは全体で32行ある。各吐出孔行9Aでは、吐出孔8は、50dpi(約25.4mm/50)の間隔で配置されている。32行の吐出孔行があり、互いにずれて配置されていることにより、全体で1600dpiの間隔で吐出孔8が配置されている。
The
より具体的には、図3において、吐出孔8を第1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1200dpi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、120dpiの解像度で印刷できる。
More specifically, in FIG. 3, when the discharge holes 8 are projected in the direction orthogonal to the first direction, 32
第2流路部材6は、第1流路部材4の加圧室面4-1に接合されており、第1共通流路20に液体を供給する第1統合流路24と、第2共通流路22の液体を回収する第2統合流路26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。
The second
第2流路部材6は、第1流路部材4の加圧室面4-1における、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抑制できる。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が変位素子50の駆動にともなって振動し、共振などが生じるのを抑制できる。
The second
第1統合流路24の第3方向の端部には、第2流路部材6の上面に開口している開口24bが配置されている。第1統合流路24は途中で2つに分岐して、一方は第3方向側の第1共通流路20の開口20bに繋がっており、もう一方は第1方向側の第1共通流路20の開口20bに繋がっている。第2統合流路26の第1方向の端部には、第2流路部材6の上面に開口している開口26bが配置されている。第2統合流路26は途中で2つに分岐して、一方は第1方向側の第2共通流路22の開口22bに繋がっており、もう一方は第3方向側の第1共通流路22の開口22bに繋がっている。印刷をする場合には、外部から第1統合流路24の開口24bに液体を供給し、吐出しなかった液体は、第2統合流路26の開口26bから回収する。
At the end of the first
また、第2流路部材6には、第2流路部材6を上下に貫通している貫通孔6aが配置されている。貫通孔6aには、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)などの信号伝達部が通される。
Further, the second
第1統合流路24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24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24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24の流路抵抗は、第1共通流路20の1/100以下にするのが好ましい。ここで、第1統合流路24の流路抵抗とは、より正確には第1統合流路24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のことである。
By arranging the first
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22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の流路抵抗は、第2共通流路22の1/100以下にするのが好ましい。ここで、第2統合流路26の流路抵抗とは、より正確には第2統合流路26のうちで、第1統合流路24と繋がっている範囲の流路抵抗のことである。
By arranging the second
第1統合流路24を第2流路部材6の短手方向の一方の端に配置し、第2統合流路26を第2流路部材6の短手方向の他方の端に配置し、それぞれの流路を第1流路部材4側に向かわせて、それぞれ第1共通流路20および第2共通流路22と繋げる構造にする。このような構造にすることで、第1統合流路24および第2統合流路26の断面積を大きくして、流路抵抗を小さくすることができる。またこのような構造にすることで、第1流路部材4は、外周が第2流路部材6で固定されるので剛性を高くできる。さらに、このような構造にすることで、信号伝達部60の通る貫通孔6aを設けることができる。
The first
第2流路部材6の下面には、第1統合流路24となる溝と、第2統合流路26となる溝が配置されている。第2流路部材6の第1統合流路22となる溝は、下面の一部は流路部材4の上面で塞がれ、下面の他の部分は流路部材4の上面に配置されている、第1共通流路20の開口20aと繋がることで、第1統合流路22となっている。第2流路部材6の第2統合流路26となる溝は、下面の一部は流路部材4の上面で塞がれる、下面の他の部分は流路部材4の上面に配置されている、第2共通流路22の開口22aと繋がることで、第2統合流路26となっている。
On the lower surface of the second
第1統合流路24および第2統合流路26には、ダンパを設けて、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24および第2統合流路26の内部や、第1共通流路20あるいは第2共通流路22との間に、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。
Dampers may be provided in the first
第1流路部材4の上面である加圧室面4-1には、変位素子50を含む圧電アクチュエータ基板40が接合されており、各変位素子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、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、各変位素子50に信号を供給するためのFPCなどの信号伝達部60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6aがあり、信号伝達部60は貫通孔6aを通って制御部88と電気的に繋がれる。信号伝達部60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、配線間の距離を大きくできる。
A
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。
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。流路部材4の加圧室面4-1側にはプレート4aが配置されており、プレート4aから下には、プレート4b~4lが順に積層されている。なお、加圧室10の側壁となる孔が形成されているプレート4aをキャビティプレート4a、共通流路の側壁となる孔が形成されているプレート4e、f、i、jをマニホールドプレート4e、f、i、j、吐出孔8が開口しているプレート4lをノズルプレート4lと呼ぶことがある。各プレートには多数の孔や溝が形成されている。孔や溝は、例えば、各プレートを金属で作製し、エッチングで形成できる。各プレートの厚さは10~300μm程度であることにより、形成する孔の形成精度を高くできる。各プレートは、これらの孔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。
The
平板状の流路部材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1共通流路20に液体を供給する開口20a、および第2共通流路22から液体を回収する開口24aが開口している。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。
The pressurizing chamber
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、変位素子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、キャビティプレート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、さらにノズルプレート4lで(吐出孔8以外の部分を)塞がれて成っている。
The structure for discharging the liquid includes a pressurizing
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を平面方向に伸びる細長い貫通溝と、プレート4dを貫通する円形状の孔とを含んでいる。
The first
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22に繋がっている。第2個別流路14はプレート4kの部分流路10bとなる円形状の孔から繋がっている、平面方向に伸びる細長い貫通溝と、プレート4jを貫通する円形状の孔とを含んでいる第1部位14a、およびプレート4iを貫通し、第2共通流路22となる貫通溝に繋がっている矩形状の孔である第2部位14bとを含んでいる。第2部位14bは、他のディセンダ10bから繋がっている第2個別流路14と共用になっており、2つの第2個別流路14の第1部位14aは、プレート4iの第2部位14bで一緒になった後、第2共通流路22に繋がっている。
The second
第1共通流路20はプレート4e、fに形成された孔が重ねられ、さらに上側をプレート4dで、下側をプレート4gで塞がれて成っている。第2共通流路22はプレート4i、jに形成された孔が重ねられ、さらに上側をプレート4hで、下側をプレート4kで塞がれて成っている。
The first
液体の流れについて、まとめると、第1統合流路24に供給された液体は、第1共通流路20および第1個別流路12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2個別流路14を通って、第2共通流路22に入った後、第2統合流路26に入り、ヘッド本体2aの外部に排出される。
To summarize the flow of the liquid, the liquid supplied to the first
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、NaNbO3系、BaTiO3系、(BiNa)NbO3系、BiNaNb5O15系などのセラミックス材料からなる。
The
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。
The
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。
The
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、印刷媒体Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
Although the details will be described later, a drive signal is supplied from the
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(不図示)に、圧電セラミック層40aを貫通して形成された貫通導体を介して繋がっている。また、共通電極42は、共通電極用表面電を介して接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極は、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。
The
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50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。
The portion of the piezoelectric
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、変位素子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。
Subsequently, the liquid discharge operation will be described. The
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。
The
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。
That is, the droplet can be ejected by supplying the drive signal of the pulse whose potential is low for a certain period with reference to the high potential to the
本実施形態では、加圧室本体10aの平面形状は円形状であり、無限の回転対称性がある。加圧室本体10aの平面形状としては3回転対称以上の回転対称形状がよい。また、第1個別流路12の加圧室本体10a側の開口は、加圧室本体10の面積重心に対して、ディセンダ10bの加圧室本体10a側の開口の反対側に配置されている。ここで反対側とは、より詳細には、成す角度が135度以上のことである。
In the present embodiment, the planar shape of the pressurizing chamber
第2、3加圧室において、ディセンダ10bの加圧室本体10a側の開口は、第1共通流路20および第1共通流路22に対して加圧室本体10aの面積重心よりも遠くに配置されている。これにより、第1共通流路20および第2共通流路22の幅を広くでき、流れる液体の流量を増やせる。
In the second and third pressurizing chambers, the opening of the
第1個別流路12は、圧力波を反射させる部分であり、流路抵抗を高くする必要があり、細長い形状にされる。
The first
第1加圧室は、ディセンダ10bおよび第1個別流路12の繋がっている位置は、第2加圧室に対して90度回転した位置になっている。しかし、加圧室本体10aは90度の回転対称性を持っているので、加圧室本体10a同士は、回転なしに平行移動した関係になっている。これにより加圧室本体10aの剛性の差が少なくなり、吐出特性に差が生じ難くなる。
In the first pressurizing chamber, the position where the
第1個別流路12は、加圧室本体10aから第1共通流路20および第2共通流路22の方向に伸びている。第1加圧室に繋がっている第1個別流路12と、第3加圧室に繋がっている第1個別流路12とは、互いに向かって伸びている。第1加圧室の第1個別流路12の繋がっている位置が、第2加圧室に対して90度回転した位置になっていることで、第1加圧室に繋がっている第1個別流路12は、回転がない場合よりも、第1共通流路20および第2共通流路22から離れた位置に配置できる。これにより、第1加圧室に繋
がっている第1個別流路12と、第3加圧室に繋がっている第1個別流路12とが、第2方向において重ならないように配置できる。
The first
第4加圧室に繋がっている第1個別流路12と、第2加圧室に繋がっている第1個別流路12とは、互いに向かって伸びている。第4加圧室の第1個別流路12の繋がっている位置が、第3加圧室に対して90度回転した位置になっていることで、第4加圧室に繋がっている第1個別流路12は、回転がない場合よりも、第1共通流路20および第2共通流路22から離れた位置に配置できる。これにより、第4加圧室に繋がっている第1個別流路12と、第2加圧室に繋がっている第1個別流路12とが、第2方向において重ならないように配置できる。
The first
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
4a~l・・・プレート
4-1・・・加圧室面
4-2・・・吐出孔面
6・・・第2流路部材
6a・・・(第2流路部材の)貫通孔
8・・・吐出孔
9A・・・吐出孔行
10・・・加圧室
10a・・・加圧室本体
10b・・・部分流路
11A・・・加圧室行
12・・・第1個別流路
14・・・第2個別流路
14a・・・(第2個別流路の)第1部位
14b・・・(第2個別流路の)第2部位
20・・・第1共通流路(共通供給流路)
20a・・・第1共通流路本体
20b・・・(第1共通流路)開口
22・・・第2共通流路(共通排出流路)
22a・・・第2共通流路本体
22b・・・(第2共通流路の)開口
24・・・第1統合流路
24a・・・第1統合流路本体
24b・・・(第1統合流路の)開口
26・・・第2統合流路
26a・・・第2統合流路本体
26b・・・(第2統合流路の)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・・・変位素子(加圧部)
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
P・・・印刷用紙
1 ...
20a ... 1st common flow path
22a ... 2nd common flow path
42 ...
70 ・ ・ ・
Claims (4)
前記第1共通流路は、第1方向に伸びる直線状の形状を有しているとともに、両端部で前記流路部材の外部に開口しており、
前記第2共通流路は、前記第1方向に伸びる直線状の形状を有しているとともに、両端部で前記流路部材の外部に開口しており、
前記第1共通流路は、前記第2共通流路よりも短く、全体が前記第2共通流路と重なるように前記第2共通流路の上に配置されており、
前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、前記第1方向と反対の方向を第3方向とすると、
前記第1共通流路は、前記第1方向の端部に位置する第1開口と、前記第3方向の端部に位置する第2開口と、を有しており、
前記第2共通流路は、前記第1方向の端部に位置する第3開口と、前記第3方向の端部に位置する第4開口と、を有しており、
前記第1乃至第4開口は、前記第1方向に伸びる1つの直線上に位置しており、
前記第1共通流路および前記第2共通流路は、前記第2方向に沿って複数配置されており、
複数の前記第1開口は、前記第2方向に沿って延びる第1列を成すように配置されており、
複数の前記第2開口は、前記第2方向に沿って延びる第2列を成すように配置されており、
複数の前記第3開口は、前記第2方向に沿って延びる第3列を成すように配置されており、
複数の前記第4開口は、前記第2方向に沿って延びる第4列を成すように配置されており、
前記第1列および前記第2列は、前記第3列と前記第4列の間に、前記第3列および前記第4列と重ならないように配置されている、
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A plurality of discharge holes, a plurality of pressurizing chambers connected to the plurality of discharge holes, a first common flow path commonly connected to the plurality of pressurizing chambers, and a plurality of pressurizing chambers in common. A liquid discharge head including a flow path member having a second common flow path connected to each other and a plurality of pressurizing portions for pressurizing the plurality of pressurizing chambers.
The first common flow path has a linear shape extending in the first direction, and is open to the outside of the flow path member at both ends.
The second common flow path has a linear shape extending in the first direction, and is open to the outside of the flow path member at both ends.
The first common flow path is shorter than the second common flow path, and is arranged on the second common flow path so as to overlap the second common flow path as a whole.
Assuming that the direction intersecting the first direction is the second direction and the direction opposite to the first direction is the third direction ,
The first common flow path has a first opening located at the end in the first direction and a second opening located at the end in the third direction.
The second common flow path has a third opening located at the end in the first direction and a fourth opening located at the end in the third direction.
The first to fourth openings are located on one straight line extending in the first direction.
A plurality of the first common flow path and the second common flow path are arranged along the second direction.
The plurality of first openings are arranged so as to form a first row extending along the second direction.
The plurality of the second openings are arranged so as to form a second row extending along the second direction.
The plurality of the third openings are arranged so as to form a third row extending along the second direction.
The plurality of the fourth openings are arranged so as to form a fourth row extending along the second direction.
The first row and the second row are arranged between the third row and the fourth row so as not to overlap with the third row and the fourth row.
A liquid discharge head characterized by that.
前記第1共通流路は、前記加圧室本体に繋がっており、前記第2共通流路は、前記部分流路に繋がっていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 The pressurizing chamber includes a pressurizing chamber main body facing the pressurizing portion and a partial flow path connecting the pressurizing chamber main body and the discharge hole.
The liquid discharge head according to claim 1, wherein the first common flow path is connected to the pressurizing chamber main body, and the second common flow path is connected to the partial flow path.
前記第2共通流路の第1方向と反対の方向である第3方向側の端部の開口は、前記第1共通流路の前記第3方向側の端部の開口よりも、前記第3方向に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。 The opening at the end of the second common flow path on the first direction side is arranged in the first direction with respect to the opening at the end on the first direction side of the first common flow path.
The opening at the end on the third direction side, which is the direction opposite to the first direction of the second common flow path, is larger than the opening at the end on the third direction side of the first common flow path. The liquid discharge head according to claim 1 or 2 , wherein the liquid discharge head is arranged in a direction.
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