JP7419487B1 - ヘッドチップ、液体噴射ヘッド及び液体噴射記録装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)本開示の一態様に係るヘッドチップは、液体が収容される圧力室が形成されたアクチュエータプレートと、前記圧力室に連通する噴射孔を有し、前記アクチュエータプレートに対して前記アクチュエータプレートの厚さ方向に重ね合わされた噴射孔プレートと、前記アクチュエータプレートに電界を生じさせることで、前記厚さ方向及び前記厚さ方向に交差する交差方向に前記アクチュエータプレートを変形させ、前記圧力室の容積を拡大又は縮小させる駆動電極と、を備え、前記圧力室は、前記厚さ方向で前記噴射孔と向かい合うとともに、前記アクチュエータプレートによって形成された底面を有し、前記圧力室は、前記底面が残るように前記アクチュエータプレートに対して前記厚さ方向に切削加工を行うことによって形成されたものであり、前記アクチュエータプレートに電界を生じさせることで、前記底面が前記厚さ方向に変形する。
(2)上記(1)の態様に係るヘッドチップにおいて、前記駆動電極は、前記厚さ方向及び前記交差方向に前記アクチュエータプレートを変形させ、前記圧力室の容積を拡大又は縮小させることによって、前記液体を噴射するための弾性エネルギーを前記圧力室内の前記液体に伝えることが好ましい。
その上で、本態様では、アクチュエータプレートが駆動電極によって厚さ方向及び交差方向に変形させられることで、例えばアクチュエータプレートが厚さ方向及び交差方向の何れかの方向のみに変形させられる構成に比べ、発生圧力を確保できる。
本態様によれば、第1電極及び第2電極間に電位差を発生させることで、アクチュエータプレートの分極方向に交差する方向に電界を発生させることができる。これにより、アクチュエータプレートをシェアモード(ルーフシュート型)で交差方向に変形させることで、圧力室の容積を変化させることができる。また、第1電極及び第1対向電極間に電位差を発生させることで、アクチュエータプレートの分極方向にも電界を発生させることができる。これにより、アクチュエータプレートをベンドモード(バイモルフ型)で厚さ方向に変形させることで、圧力室の容積を変化させることができる。すなわち、シェアモード及びベンドモードの双方でアクチュエータプレートを厚さ方向及び交差方向に変形させることで、液体噴射時における圧力室内の発生圧力を向上させることができる。
本態様によれば、アクチュエータプレートの第2面において、第1対向電極及び第2対向電極が隣り合って形成されるので、第1対向電極及び第2対向電極間に発生する電位差によってアクチュエータプレートをシェアモードにより変形させることができる。
また、第2電極及び第2対向電極間に発生する電位差によってアクチュエータプレートをベンドモードにより変形させることができる。その結果、発生圧力の更なる向上及び、省電力化を図ることができる。
本態様によれば、駆動電極への電圧印加時において、溝部の容積が拡大又は縮小するようにアクチュエータプレートが変形するので、アクチュエータプレートの変形が阻害されることを抑制できる。これにより、アクチュエータプレートの変形量を確保し易くなり、圧力室の発生圧力を向上させることができる。
本態様によれば、溝部がアクチュエータプレートを貫通しているので、液体噴射時における仕切壁の変形を許容し易い。そのため、圧力室の発生圧力を向上させることができる。
本態様によれば、第1電極と溝内電極との間に生じる電位差によって、アクチュエータプレートには分極方向に交差する方向に電界が生じる。その結果、仕切壁は、シェアモードにより厚さ方向の第2側に向かうに従い交差方向の外側に倒れ込むように厚み滑り変形する。これにより、液体噴射時において、溝部の容積が拡大又は縮小するように仕切壁が変形する。すなわち、溝部が仕切壁の変形を許容する逃げ部として機能することから、アクチュエータプレートの変形量を確保し易くなり、圧力室の発生圧力を向上させることができる。
本態様によれば、第1電極と溝内電極との間に生じる電位差により、アクチュエータプレート(各圧電プレート)には分極方向(厚さ方向)に直交する方向に電界が生じる。その結果、アクチュエータプレートを構成する各圧電プレートが、シェアモードにより交差方向に厚み滑り変形することで、圧力室の厚さ方向の中央部を起点にして、仕切壁がV字状に屈曲変形する。すなわち、仕切壁は圧力室の容積が拡大するように変形する。これにより、電圧印加時における仕切壁の交差方向での変形量を確保し易くなり、アクチュエータプレートの弾性エネルギーを確保し易い。
本態様によれば、構成の簡素化や低コスト化を図ることができる。
本態様によれば、上記態様に係るヘッドチップを備えているので、所望の噴射性能が発揮できる高品質な液体噴射ヘッドを提供できる。
本態様によれば、上記態様に係る液体噴射ヘッドを備えているので、所望の噴射性能が発揮できる高品質な液体噴射記録装置を提供できる。
[プリンタ1]
図1はプリンタ1の概略構成図である。
図1に示すプリンタ(液体噴射記録装置)1は、一対の搬送機構2,3と、インクタンク4と、インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)5と、インク循環機構6と、走査機構7と、を備えている。
インクタンク4には、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のインクが各別に収容されている。各インクジェットヘッド5は、接続されたインクタンク4に応じてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のインクをそれぞれ吐出可能に構成されている。
図1、図2に示すように、インク循環機構6は、インクタンク4とインクジェットヘッド5との間でインクを循環させる。具体的に、インク循環機構6は、インク供給管21及びインク排出管22を有する循環流路23と、インク供給管21に接続された加圧ポンプ24と、インク排出管22に接続された吸引ポンプ25と、を備えている。
吸引ポンプ25は、インク排出管22内を減圧し、インク排出管22内を通してインクジェットヘッド5からインクを吸引している。これにより、インクジェットヘッド5に対してインク排出管22側は負圧となっている。インクは、加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25の駆動により、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間を、循環流路23を通して循環可能となっている。
インクジェットヘッド5は、キャリッジ29に搭載されている。図示の例では、複数のインクジェットヘッド5が、一つのキャリッジ29にY方向に並んで搭載されている。インクジェットヘッド5は、ヘッドチップ50(図3参照)と、インク循環機構6及びヘッドチップ50間を接続するインク供給部(不図示)と、ヘッドチップ50に駆動電圧を印加する制御部(不図示)と、を備えている。
図3は、ヘッドチップ50の断面図である。
図3に示すヘッドチップ50は、インクタンク4との間でインクを循環させるとともに、後述する圧力室61における延在方向(Y方向)の中央部からインクを吐出する、いわゆる循環式サイドシュートタイプのヘッドチップ50である。ヘッドチップ50は、ノズルプレート51と、第1フィルム52と、アクチュエータプレート53と、第2フィルム54と、カバープレート55と、を備えている。以下の説明では、Z方向のうち、ノズルプレート51からカバープレート55に向かう方向(+Z側)を上側とし、カバープレート55からノズルプレート51に向かう方向(-Z側)を下側として説明する場合がある。
入口側共通流路60aは、アクチュエータプレート53のうち各圧力室61に対して+Y側に位置する部分をX方向に延びている。入口側共通流路60aは、アクチュエータプレート53をZ方向に貫通している。入口側共通流路60aには、各圧力室61の+Y側端部が接続されている。これにより、入口側共通流路60aを流れるインクが各圧力室61に分配される。入口側共通流路60aにおける-X側端部は、入口ポート(不図示)に接続される。インクタンク4内のインクは、入口ポートを通じて入口側共通流路60aに供給される。
共通配線81は、第1共通電極81aと、第2共通電極81bと、引き回し配線81cと、共通パッド81dと、貫通配線81eと、を備えている。を備えている。
図3、図4に示すように、第1共通電極81aは、アクチュエータプレート53の下面において、Z方向から見て仕切壁64と重なり合う位置にそれぞれ形成されている。具体的に、各第1共通電極81aのうち、+X側に位置する第1共通電極81a(以下、+X側共通電極81a1という。)は、仕切壁64aと重なり合っている。一方、各第1共通電極81aのうち-X側に位置する第1共通電極81a(以下、-X側共通電極81a2という。)は、仕切壁64bと重なり合っている。各第1共通電極81aは、圧力室61に沿ってY方向に直線状に延びている。本実施形態において、一の圧力室61に対応する+X側共通電極81a1は、一の圧力室61に対して+X側に隣り合う他の圧力室61の-X側共通電極81a2と共用している。一方、一の圧力室61に対応する-X側共通電極81a2は、一の圧力室61に対して-X側に隣り合う他の圧力室61の+X側共通電極81a1と共用している。
底面電極82a1は、圧力室61の底面61a(下方を向く面)の全域に亘って形成されている。
側面電極82a2は、圧力室61の内面のうちX方向で向かい合う一対の内側面61bそれぞれに、全域に亘って形成されている。側面電極82a2の上端縁は、底面電極82a1に接続されている。なお、第1個別電極82aは、圧力室61の内面のうち少なくとも一部に形成されていればよい。また、第1個別電極82aは、圧力室61の内面に加え、アクチュエータプレート53(仕切壁64)の下面のうち圧力室61の周囲に位置する部分に連なっていてもよい。
次に、上述したように構成されたプリンタ1を利用して、被記録媒体Pに文字や図形等を記録する場合について以下に説明する。
なお、初期状態として、図1に示す4つのインクタンク4にはそれぞれ異なる色のインクが十分に封入されているものとする。また、インクタンク4内のインクがインク循環機構6を介してインクジェットヘッド5内に充填された状態となっている。
インクジェットヘッド5が往復移動する間に、各インクジェットヘッド5よりインクを被記録媒体Pに適宜吐出させる。これにより、被記録媒体Pに対して文字や画像等の記録を行うことができる。
第1実施形態のような循環式サイドシュートタイプのインクジェットヘッド5では、まず図2に示す加圧ポンプ24及び吸引ポンプ25を作動させることで、循環流路23内にインクを流通させる。この場合、インク供給管21を流通するインクは、入口側共通流路60aを通して各圧力室61内に供給される。各圧力室61内に供給されたインクは、各圧力室61をY方向に流通する。その後、インクは、出口側共通流路60bに排出された後、インク排出管22を通してインクタンク4に戻される。これにより、インクジェットヘッド5とインクタンク4との間でインクを循環させることができる。
図7に示すように、駆動電圧の印加により、第1共通電極81a及び第1個別電極82a間、並びに第2共通電極81b及び第2個別電極82b間には、X方向で電位差が生じる。X方向に生じた電位差により、アクチュエータプレート53は、シェアモードによりZ方向に厚み滑り変形する。具体的に、第1共通電極81a及び第1個別電極82a間には、X方向で互いに離れる向きに電界が生じる(矢印E1参照)。また、アクチュエータプレート53の上面において、第2共通電極81b及び第2個別電極82b間には、X方向で互いに接近する向きに電界が生じる(矢印E2参照)。その結果、アクチュエータプレート53のうち、各圧力室61に対応する部分は、X方向の両端部から中央部に向かうに従い上方に向けてせん断変形する。特に、本実施形態では、圧力室61の内側面61bに側面電極82a2が形成されているため、側面電極82a2と第1共通電極81aとの間に発生する電位差によってX方向の外側に向かうに従い下方に向いた状態で電界が発生する。そのため、仕切壁64a,64bにX方向の外側かつ上方に変形し易い。
この構成によれば、アクチュエータプレート53によって圧力室61を形成することで、例えばアクチュエータプレート53とは別部材に圧力室を形成する場合に比べ、アクチュエータプレート53の変形に伴う圧力室61内の圧力変動時において、別部材の変形によって弾性エネルギーが吸収されることを抑制できる。これにより、圧力室61内のインクに対して効果的に弾性エネルギーを伝え、圧力室61の発生圧力を向上させることができる。また、別部材に圧力室を形成する場合に比べて、製造効率の向上や低コスト化を図ることができる。
その上で、第1実施形態では、アクチュエータプレート53が駆動電極によってZ方向及びX方向に変形させられることで、例えばアクチュエータプレート53がZ方向及びX方向の何れかの方向のみに変形させられる構成に比べ、発生圧力を確保できる。
この構成によれば、第1個別電極87a及び第1共通電極81a間に電位差を発生させることで、アクチュエータプレート53の分極方向に交差する方向に電界を発生させることができる。これにより、アクチュエータプレート53をシェアモード(ルーフシュート型)でX方向に変形させることで、圧力室61の容積を変化させることができる。また、第1個別電極87a及び第2共通電極81b間に電位差を発生させることで、アクチュエータプレート53の分極方向にも電界を発生させることができる。これにより、アクチュエータプレート53をベンドモード(バイモルフ型)でZ方向に変形させることで、圧力室61の容積を変化させることができる。すなわち、シェアモード及びベンドモードの双方でアクチュエータプレート53をZ方向及びX方向に変形させることで、インク吐出時における圧力室61内の発生圧力を向上させることができる。
この構成によれば、アクチュエータプレート53の上面において、第2共通電極81b及び第2個別電極82bが隣り合って形成されるので、第2共通電極81b及び第2個別電極82b間に発生する電位差によってアクチュエータプレート53をシェアモードにより変形させることができる。
また、第1共通電極81a及び第2個別電極82b間に発生する電位差によってアクチュエータプレート53をベンドモードにより変形させることができる。その結果、発生圧力の更なる向上及び、省電力化を図ることができる。
この構成によれば、構成の簡素化や低コスト化を図ることができる。
図8は、第2実施形態に係るヘッドチップ50の断面図である。
図8に示すように、第2実施形態に係るヘッドチップ50は、第1実施形態に係るヘッドチップ50に対し、第2個別電極82b(図3参照)を除いた構成である。したがって、アクチュエータプレート53の上面には、第2共通電極81bのみしか形成されていない。
図9は、第3実施形態に係るヘッドチップ50の断面図である。
図9に示すヘッドチップ50において、アクチュエータプレート53の上面のうち、第1共通電極81aと向かい合う位置には、第3共通電極300が形成されている。第3共通電極300は、第2共通電極81bに対してX方向の両側に位置する部分にそれぞれ形成されている。第3共通電極300は、第2共通電極81bに対してX方向に間隔をあけた状態でY方向に延びている。
図10は、第4実施形態に係るヘッドチップ50の断面図である。
図10に示すヘッドチップ50において、アクチュエータプレート53には、溝部400が形成されている。溝部400は、アクチュエータプレート53の上面のうち、圧力室61に対してX方向の両側に位置する部分が下方に窪んで形成されている。図示の例において、溝部400は、アクチュエータプレート53のうち、第2共通電極81bに対してX方向の両側にそれぞれ設けられている。
図13に示すヘッドチップ50において、アクチュエータプレート53の上面のうち、溝部400に対してX方向の内側に位置する部分には、第2個別電極82bが設けられている。第2個別電極82bは、第2共通電極81bと第3共通電極401との間に間隔をあけた状態でY方向に延びている。
図14に示すヘッドチップ50において、溝部400はアクチュエータプレート53を貫通している。図示の例において、第3共通電極401と第1共通電極81aとは一体に連なっている。但し、第3共通電極401と第1共通電極81aとは、離間していてもよい。
なお、本開示の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、液体噴射記録装置の一例として、インクジェットプリンタ1を例に挙げて説明したが、プリンタに限られるものではない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であってもよい。
上述した実施形態では、印刷時にインクジェットヘッドが被記録媒体に対して移動する構成(いわゆる、シャトル機)を例にして説明をしたが、この構成に限られない。本開示に係る構成は、インクジェットヘッドを固定した状態で、インクジェットヘッドに対して被記録媒体を移動させる構成(いわゆる、固定ヘッド機)に採用してもよい。
上述した実施形態では、被記録媒体Pが紙の場合について説明したが、この構成に限られない。被記録媒体Pは、紙に限らず、金属材料や樹脂材料であってもよく、食品等であってもよい。
上述した実施形態では、液体噴射ヘッドが液体噴射記録装置に搭載された構成について説明したが、この構成に限られない。すなわち、液体噴射ヘッドから噴射される液体は、被記録媒体に着弾させるものに限らず、例えば調剤中に配合する薬液や、食品に添加する調味料や香料等の食品添加物、空気中に噴射する芳香剤等であってもよい。
上述した実施形態では、ノズルプレートがアクチュエータプレートに直接接合されている構成について説明したが、この構成に限られない。ノズルプレートは、中間プレート等を介してアクチュエータプレートに接合されていてもよい。
5:インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
50:ヘッドチップ
51:ノズルプレート(噴射孔プレート)
53:アクチュエータプレート
61:圧力室
71:ノズル孔(噴射孔)
81a:第1共通電極(駆動電極、第2電極)
81b:第2共通電極(駆動電極、第1対向電極)
82a:第1個別電極(駆動電極、第1電極)
82b:第2個別電極(駆動電極、第2対向電極)
400:溝部
401:第3共通電極(溝内電極)
751:アクチュエータプレート
753:ノズルプレート(噴射孔プレート)
761:吐出チャネル(圧力室)
775:ノズル孔(噴射孔)
Claims (9)
- 液体が収容される圧力室が形成されたアクチュエータプレートと、
前記圧力室に連通する噴射孔を有し、前記アクチュエータプレートに対して前記アクチュエータプレートの厚さ方向に重ね合わされた噴射孔プレートと、
前記アクチュエータプレートに電界を生じさせることで、前記厚さ方向及び前記厚さ方向に交差する交差方向に前記アクチュエータプレートを変形させ、前記圧力室の容積を拡大又は縮小させる駆動電極と、を備え、
前記駆動電極は、
前記圧力室の内面に形成された第1電極と、
前記アクチュエータプレートのうち前記噴射孔プレート側を向く第1面において、前記第1電極に対して前記交差方向で隣り合うとともに、前記第1電極との間で電位差を発生させる第2電極と、
前記アクチュエータプレートのうち前記噴射孔プレート側と反対側を向く第2面において、前記厚さ方向で前記第1電極に向かい合って設けられるとともに、前記第1電極との間で電位差を発生させる第1対向電極と、を備えているヘッドチップ。 - 前記駆動電極は、前記第2面において前記第1対向電極と隣り合い、前記厚さ方向で前記第2電極に向かい合って設けられた第2対向電極を備え、
前記第2対向電極は、前記第2電極との間で前記厚さ方向に電位差を生じさせるとともに、前記第1対向電極との間で前記交差方向に電位差を生じさせる請求項1に記載のヘッドチップ。 - 前記アクチュエータプレートのうち、前記圧力室に対して前記交差方向の外側に位置する部分には、前記第2面に対して前記厚さ方向に窪む溝部が形成されている請求項1に記載のヘッドチップ。
- 前記溝部は、前記アクチュエータプレートを前記厚さ方向に貫通している請求項3に記載のヘッドチップ。
- 前記駆動電極は、前記溝部の内面に形成されるとともに、前記第1電極との間で電位差を発生させる溝内電極を備えている請求項3に記載のヘッドチップ。
- 前記アクチュエータプレートの分極方向は、前記圧力室における前記厚さ方向の中央部に対して前記噴射孔プレート側と、前記厚さ方向の中央部に対して前記噴射孔プレートとは反対側とで異なる向きに設定され、
前記駆動電極は、前記圧力室における前記厚さ方向の全体に亘って形成されている請求項3に記載のヘッドチップ。 - 液体が収容される圧力室が形成されたアクチュエータプレートと、
前記圧力室に連通する噴射孔を有し、前記アクチュエータプレートに対して前記アクチュエータプレートの厚さ方向に重ね合わされた噴射孔プレートと、
前記アクチュエータプレートに電界を生じさせることで、前記厚さ方向及び前記厚さ方向に交差する交差方向に前記アクチュエータプレートを変形させ、前記圧力室の容積を拡大又は縮小させる駆動電極と、を備え、
前記アクチュエータプレートの分極方向は、前記厚さ方向の全体に亘って一方向に設定されているヘッドチップ。 - 請求項1から請求項7の何れか1項に記載のヘッドチップを備えている液体噴射ヘッド。
- 請求項8に記載の液体噴射ヘッドを備えている液体噴射記録装置。
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---|---|---|---|---|
US5828394A (en) | 1995-09-20 | 1998-10-27 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Fluid drop ejector and method |
US20050046672A1 (en) | 2003-08-28 | 2005-03-03 | Eastman Kodak Company | Thermally conductive thermal actuator and liquid drop emitter using same |
US20120268525A1 (en) | 2011-04-19 | 2012-10-25 | Baumer Michael F | Continuous ejection system including compliant membrane transducer |
-
2022
- 2022-12-16 JP JP2022201242A patent/JP7419487B1/ja active Active
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