JPWO2014034892A1 - 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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Abstract

【課題】 本発明の目的は、液体の吐出方向の、吐出孔面に対して直交する方向からのずれの小さな液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置を提供することにある。【解決手段】 本発明の液体吐出ヘッド2は、吐出孔8、吐出孔8が開口している吐出孔面4−1、加圧室10、および吐出孔8と加圧室10とを繋いでいる流路13を備えており、流路は13、ノズル部13aと部分流路13bとを含んでおり、部分流路13bは、平均径をW[μm]、ノズル部13a側における面積重心をC1、ノズル部13a側から2W[μm]の位置における面積重心をC2、加圧室10側における面積重心をC3、C1とC3とを結んだ直線と、ノズル部13a側から2W[μm]の位置における前記吐出孔面と平行な平面との交点をCmとするとき、CmとC1との平面方向の距離Dmが0.1W[μm]より大きく、かつC2とC1との平面方向の距離D2が0.1W[μm]以下である。【選択図】 図6

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置に関するものである。
インクジェット方式の印刷に用いられる液体吐出ヘッドしては、共通流路であるマニホールドおよびマニホールドから複数の加圧室をそれぞれ介して繋がった吐出孔を有した、複数のプレートを積層してなる流路部材と、前記加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この液体吐出ヘッドでは、複数の吐出孔にそれぞれ繋がった加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられたアクチュエータユニットの変位素子を変位させることで、各吐出孔からインクを吐出させ、所定の解像度で印刷が可能とされている。
特開2003−305852号公報
しかしながら、特許文献1に記載の液体吐出ヘッドでは、吐出孔の設けられている吐出孔面と、加圧室から吐出孔に向かう流路とが直交していないので、その影響により、液滴が、吐出孔面と直交する方向からずれた方向に吐出され、記録媒体への着弾位置がずれるという問題があった。また、流路と吐出孔面との成す角度は、吐出孔によって異なっているので、液滴の吐出される角度が吐出孔によって異なることになり、着弾位置のずれ方にも差が生じるので、印刷精度が低くなるという問題があった。
したがって、本発明の目的は、液体の吐出方向の、吐出孔面に対して直交する方向からのずれの小さな液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置を提供することにある。
本発明の液体吐出ヘッドは、一つまたは複数の吐出孔、該吐出孔が開口している吐出孔面、一つまたは複数の加圧室、および前記吐出孔と前記加圧室とを繋いでいる一つまたは複数の流路を備えている流路部材と、前記加圧室内の液体を加圧する加圧部とを備えている液体吐出ヘッドであって、前記流路は、前記吐出孔側で断面が狭くなっているノズル部と、該ノズル部を除いた部分流路とからなっており、該部分流路は、前記部分流路の平均径をW[μm]、前記部分流路の前記ノズル部側における前記吐出孔面と平行な断面の面積重心をC1、前記部分流路の前記ノズル部側から前記吐出孔面に直交する方向に2W[μm]の位置における前記吐出孔面に平行な断面の面積重心をC2、前記部分流路の前記加圧室側における前記吐出孔面と平行な断面の面積重心をC3、C1とC3とを結んだ直線と、前記ノズル部側から前記吐出孔面に直交する方向に2W[μm]の位置における前記吐出孔面と平行な平面との交点をCmとするとき、前記吐出孔面に平行な方向におけるCmとC1との距離が0.1W[μm]より大きく、かつC2とC1との距離が0.1W[μm]以下であることを特徴とする。また、本発明の記録装置は、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、前記複数の加圧部を制御する制御部を備えていることを特徴とする。
また、本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室を備えている、平板状で第1の方向に長い流路部材と、前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを備えている液体吐出ヘッドであって、前記流路部材を平面視したとき、前記複数の加圧室は、一方方向に長く、該一方方向の両端部に向かって幅が狭くなっているとともに、前記両端部のいずれかである接続端部でそれぞれ前記複数の吐出孔と繋がっており、前記流路部材における前記第1の方向の一方の端を一端、他方の端を他端とし、前記加圧室の面積重心に対する、当該加圧室の前記接続端部の、前記第1の方向において前記一端側を正とした場合の相対位置をXE[mm]とし、前記加圧室の面積重心に対する、当該加圧室に繋がっている前記吐出孔の、前記第1の方向において前記一端側を正とした場合の相対位置をXN[mm]とした場合、XN[mm]の値には、3つ以上の異なる値があり、すべての前記加圧室に対するXN[mm]のうちの最大値XNmax[mm]が正であるとともに、前記加圧室のうち、XN[mm]の値がXNmax[mm]である前記加圧室では、XE[mm]が正であり、すべての前記加圧室に対するXN[mm]のうちの最小値XNmin[mm]が負であるとともに、前記加圧室のうち、XN[mm]の値がXNmin[mm]である前記加圧室では、XE[mm]が負であることを特徴とする。 さらに、本発明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の駆動を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、加圧室から吐出孔に向かう流路の、加圧室側の端と吐出孔側の端の位置がずれていて、その流路が吐出孔面に対して斜めとなる構造であっても、その流路の吐出孔に近い部位が、吐出孔面に対してほぼ直交するようになっているため、吐出孔面に対して直交する方向からのずれの小さい吐出ができる。
本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。 図1の液体吐出ヘッドを構成する流路部材および圧電アクチュエータの平面図である。 図2の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図2の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図3のV−V線に沿った縦断面図である。 図5の一部を拡大した断面図である。 図4の一部を拡大した平面図である。 本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドの拡大平面図である。 (a)〜(c)は、部分流路の形状と着弾位置の関係を示すグラフである。 部分流路の形状と着弾位置の関係を示すグラフである。 本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の部分平面図である。 図11の流路部材の一部の模式的な平面図である。 本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の一部の模式的な平面図である。 (a)〜(c)は、本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の平面図である。 本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の模式的な部分平面図である。 本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の模式的な部分平面図である。
図1は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。カラーインクジェットプリンタ1(以下、プリンタ1とする)は、4つの液体吐出ヘッド2を有している。これらの液体吐出ヘッド2は、印刷用紙Pの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ1に固定されている液体吐出ヘッド2は、図1の手前から奥へ向かう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。
プリンタ1には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、給紙ユニット114、搬送ユニット120および紙受け部116が順に設けられている。また、プリンタ1には、液体吐出ヘッド2や給紙ユニット114などのプリンタ1の各部における動作を制御するための制御部100が設けられている。
給紙ユニット114は、複数枚の印刷用紙Pを収容することができる用紙収容ケース115と、給紙ローラ145とを有している。給紙ローラ145は、用紙収容ケース115に積層して収容された印刷用紙Pのうち、最も上にある印刷用紙Pを1枚ずつ送り出すことができる。
給紙ユニット114と搬送ユニット120との間には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、二対の送りローラ118aおよび118b、ならびに、119aおよび119bが配置されている。給紙ユニット114から送り出された印刷用紙Pは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット120へと送り出される。
搬送ユニット120は、エンドレスの搬送ベルト111と2つのベルトローラ106および107を有している。搬送ベルト111は、ベルトローラ106および107に巻き掛けられている。搬送ベルト111は、2つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト111は、2つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な2つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら2つの平面のうち、液体吐出ヘッド2に近い方の平面が、印刷用紙Pを搬送する搬送面127である。
ベルトローラ106には、図1に示されるように、搬送モータ174が接続されている。搬送モータ174は、ベルトローラ106を矢印Aの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ107は、搬送ベルト111に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ174を駆動してベルトローラ106を回転させることにより、搬送ベルト111は、矢印Aの方向に沿って移動する。
ベルトローラ107の近傍には、ニップローラ138とニップ受けローラ139とが、搬送ベルト111を挟むように配置されている。ニップローラ138は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ138の下方のニップ受けローラ139は、下方に付勢されたニップローラ138を、搬送ベルト111を介して受け止めている。2つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト111に連動して回転する。
給紙ユニット114から搬送ユニット120へと送り出された印刷用紙Pは、ニップローラ138と搬送ベルト111との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の搬送面127に押し付けられ、搬送面127上に固着する。そして、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の回転に従って、液体吐出ヘッド2が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト111の外周面113に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Pを搬送面127に確実に固着させることができる。
液体吐出ヘッド2は、下端にヘッド本体2aを有している。ヘッド本体2aの下面は、液体を吐出する多数の吐出孔が設けられている吐出孔面4−1となっている。
1つの液体吐出ヘッド2に設けられた吐出孔8からは、同じ色の液滴(インク)が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド2には図示しない外部液体タンクから液体が供給される。各液体吐出ヘッド2の吐出孔8は、吐出孔面4−1に開口しており、一方方向(印刷用紙Pと平行で印刷用紙Pの搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド2の長手方向)に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド2から吐出される液体の色は、例えば、それぞれ、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。各液体吐出ヘッド2は、液体吐出ヘッド本体13の下面と搬送ベルト111の搬送面127との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
搬送ベルト111によって搬送された印刷用紙Pは、液体吐出ヘッド2と搬送ベルト111との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド2を構成するヘッド本体2aから印刷用紙Pの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Pの上面には、制御部100によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
搬送ユニット120と紙受け部116との間には、剥離プレート140と二対の送りローラ121aおよび121bならびに122aおよび122bとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Pは、搬送ベルト111によって剥離プレート140へと搬送される。このとき、印刷用紙Pは、剥離プレート140の右端によって、搬送面127から剥離される。そして、印刷用紙Pは、送りローラ121a〜122bによって、紙受け部116に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Pが順次紙受け部116に送られ、紙受け部116に重ねられる。
なお、印刷用紙Pの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド2とニップローラ138との間には、紙面センサ133が設置されている。紙面センサ133は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Pの先端位置を検出することができる。紙面センサ133による検出結果は制御部100に送られる。制御部100は、紙面センサ133から送られた検出結果により、印刷用紙Pの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド2や搬送モータ174等を制御することができる。
次に、本発明の液体吐出ヘッド2について説明する。図2は、ヘッド本体2aの平面図である。図3は、図2の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した平面図である。図4は、図2の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、説明のため図3とは異なる一部の流路を省略した図である。なお、図3および図4において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータ基板21の下方にあって破線で描くべきしぼり6、吐出孔8、加圧室10などを実線で描いている。また、図4の吐出孔8は、位置を分かりやすくするため、実際の径よりも大きく描いてある。図5は図3のV−V線に沿った縦断面図である。図6は、図5の一部を拡大した断面図である。なお、図6における部分流路(ディセンダ)13bを構成する孔の縦断面形状は、エッチングで作製した際に生じる形状を詳細に示してあるが、図5では省略して模式的に示している。
液体吐出ヘッド2は、ヘッド本体2a以外にリザーバや、金属製の筐体を含んでいてもよい。また。ヘッド本体2aは、流路部材4と、変位素子(加圧部)30が作り込まれている圧電アクチュエータ基板21とを含んでいる。
ヘッド本体2aを構成する流路部材4は、共通流路であるマニホールド5と、マニホールド5と繋がっている複数の加圧室10と、複数の加圧室10とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔8とを備え、加圧室10は流路部材4の上面に開口しており、流路部材4の上面が加圧室面4−2となっている。また、流路部材4の上面にはマニホールド5と繋がる開口5aを有し、この開口5aより液体が供給されるようになっている。
また、流路部材4の上面には、変位素子30を含む圧電アクチュエータ基板21が接合されており、各変位素子30が加圧室10上に位置するように設けられている。また、圧電アクチュエータ基板21には、各変位素子30に信号を供給するためのFPC(Flexible Printed Circuit)などの信号伝達部92が接続されている。図2には、2つの信号伝達部92が圧電アクチュエータ基板21に繋がる状態が分かるように、信号伝達部92の圧電アクチュエータ基板21に接続される付近の外形を点線で示した。圧電アクチュエータ基板21に電気的に接続されている、信号伝達部92に形成されている電極は、信号伝達部92の端部に、矩形状に配置されている。2つの信号伝達部92は、圧電アクチュエータ基板21の短手方向の中央部にそれぞれの端がくるように接続されている。2つの信号伝達部92は、中央部から圧電アクチュエータ基板21の長辺に向かって伸びている。
ヘッド本体2aは、平板状の流路部材4と、流路部材4上に接続された変位素子30を含む圧電アクチュエータ基板21を1つ有している。圧電アクチュエータ基板21の平面形状は長方形状であり、その長方形の長辺が流路部材4の長手方向に沿うように流路部材4の上面に配置されている。
流路部材4の内部には2つのマニホールド5が形成されている。マニホールド5は流路部材4の長手方向の一端部側から、他端部側に延びる細長い形状を有しており、その両端部において、流路部材4の上面に開口しているマニホールドの開口5aが形成されている。
また、マニホールド5は、少なくとも加圧室10に繋がっている領域である長さ方向の中央部分が、幅方向に間隔を開けて設けられた隔壁15で仕切られている。隔壁15は、加圧室10に繋がっている領域である長さ方向の中央部分では、マニホールド5と同じ高さを有し、マニホールド5を複数の副マニホールド5bに完全に仕切っている。このようにすることで、平面視したときに、隔壁15と重なるように、吐出孔8および吐出孔8から加圧室10に繋がっている流路13を設けることができる。
図2では、マニホールド5の両端部を除く全体が隔壁15で仕切られている。このようにする以外に、両端部のうちのどちらか一端部以外が隔壁15で仕切られているようにしてもよい。また、流路部材4の上面に開口している開口5a付近のみが仕切られておらず、開口5aから流路部材4の深さ方向に向かう間に隔壁が設けられるようにしてもよい。いずれにしても、仕切られていない部分があることにより、流路抵抗が小さくなり、液体の供給量を多くできるので、マニホールド5の両端部が隔壁15で仕切られていないのが好ましい。
複数に分けられた部分のマニホールド5を副マニホールド5bと呼ぶことがある。本実施形態においては、マニホールド5は独立して2本設けられており、それぞれの両端部に開口5aが設けられている。また、1つのマニホールド5には、7つの隔壁15が設けられており、8つの副マニホールド5bに分けられている。副マニホールド5bの幅は、隔壁15の幅より大きくなっており、これにより副マニホールド5bに多くの液体を流すことができる。また、7つの隔壁15は、幅方向の中央に近いほど、長さが長くなっており、マニホールド5の両端において、幅方向の中央に近い隔壁15ほど、隔壁15の端がマニホールド5の端に近くなっている。これにより、マニホールド5の外側の壁により生じる流路抵抗と、隔壁15により生じる流路抵抗との間のバランスがとれ、各副マニホールド5bのうち、加圧室10に繋がる部分である個別供給流路14が形成されている領域の端における液体の圧力差を少なくできる。この個別供給流路14での圧力差は、加圧室10内の液体に加わる圧力差につながるため、個別供給流路14での圧力差を少なくすれば、吐出ばらつきを低減できる。
流路部材4は、複数の加圧室10が2次元的に広がって形成されている。加圧室10は、角部にアールが施されたほぼ菱形あるいは楕円形状の平面形状を有する中空の領域である。
加圧室10は、1つの副マニホールド5bと個別供給流路14を介して繋がっている。1つの副マニホールド5bに沿うようにして、この副マニホールド5bに繋がっている加圧室10の行である加圧室行11が、副マニホールド5bの両側に1列ずつ、合計2列設けられている。したがって、1つのマニホールド5に対して、16行の加圧室11が設けられており、ヘッド本体2a全体では32行の加圧室行11が設けられている。各加圧室行11における加圧室10の長手方向の間隔は同じであり、例えば、37.5dpiの間隔となっている。
各加圧室行11の端にはダミー加圧室16が設けられている。このダミー加圧室16は、マニホールド5とは繋がっているが、吐出孔8とは繋がっていない。また、32行の加圧室行11の外側には、ダミー加圧室16が直線状に並んだダミー加圧室行が設けられている。このダミー加圧室16は、マニホールド5および吐出孔8のいずれとも繋がっていない。これらのダミー加圧室16により、端から1つ内側の加圧室10の周囲の構造(剛性)が他の加圧室10の構造(剛性)と近くなることで、液体吐出特性の差を少なくできる。なお、周囲の構造の差の影響は、距離の近い、長さ方向に隣接する加圧室10の影響が大きいため、長さ方向には、両端にダミー加圧室16を設けてある。幅方向については、影響が比較的小さいため、ヘッド本体21aの端に近い方のみに設けている。これにより、ヘッド本体21aの幅を小さくできる。
1つのマニホールド5に繋がっている加圧室10は、矩形状の圧電アクチュエータ基板21の各外辺に沿った行および列をなす格子上に配置されている。これにより、圧電アクチュエータ基板21の外辺から、加圧室10の上に形成されている個別電極25が等距離に配置されることになるので、個別電極25を形成する際に、圧電アクチュエータ基板21に変形が生じ難くできる。圧電アクチュエータ基板21と流路部材4とを接合する際に、この変形が大きいと外辺に近い変位素子30に応力が加わり、変位特性にばらつきが生じるおそれがあるが、変形を少なくすることで、そのばらつきを低減できる。また、最も外辺に近い加圧室行11の外側にダミー加圧室16のダミー加圧室行が設けられているために、変形の影響をより受け難くできる。加圧室行11に属する加圧室10は等間隔で配置されており、加圧室行11に対応する個別電極25も等間隔で配置されている。加圧室行11は短手方向に等間隔で配置されており、加圧室行11に対応する個別電極25の行も短手方向に等間隔で配置されている。これにより、特にクロストークの影響が大きくなる部位をなくすことができる。
本実施形態では、加圧室10は格子状に配置したが、隣接する加圧室列11に属する加圧室10の間に角部が位置するように千鳥状に配置してもよい。このようにすると、隣接加する圧室行11に属する加圧室10の間の距離がより長くなるので、よりクロストークを抑制できる。
加圧室行11をどのように並べるかによらず、流路部材4を平面視したとき、1つの加圧室行11に属する加圧室10が、隣接する加圧室行11に属する加圧室10と、液体吐出ヘッド2の長手方向において、重ならないように配置することにより、クロストークを抑制できる。一方、加圧室行11の間の距離を離すと、液体吐出ヘッド2の幅が大きくなるので、プリンタ1に対する液体吐出ヘッド2の設置角度の精度や、複数の液体吐出ヘッド2を使用する際の、液体吐出ヘッド2の相対位置の精度が印刷結果に与える影響が大きくなる。そこで、隔壁15の幅を副マニホールド5bよりも小さくすることで、それらの精度が印刷結果に与える影響を少なくできる。
1つの副マニホールド5bに繋がっている加圧室10は、2列の加圧室行11をなしており、1つの加圧室行11に属する加圧室10から繋がっている吐出孔8は、1つの吐出孔行9をなしている。2列の加圧室行11に属する加圧室10に繋がっている吐出孔8はそれぞれ、副マニホールド5bの異なる側に開口している。図4では、隔壁15には、2行の吐出孔行9が設けられているが、それぞれの吐出孔行9に属する吐出孔8は、吐出孔8に近い側の副マニホールド5bに加圧室10を介して繋がっている。隣接する副マニホールド5bに加圧室行11を介して繋がっている吐出孔8と液体吐出ヘッド2の長手方向において重ならないように配置されていると、加圧室10と吐出孔8とを繋ぐ流路間のクロストークが抑制できるので、さらにクロストークを少なくすることができる。加圧室10と吐出孔8とを繋ぐ流路全体が、液体吐出ヘッド2の長手方向において重ならないように配置されていると、さらにクロストークを少なくすることができる。
また、平面視において、加圧室10と副マニホールド5bとが重なるように配置することにより、液体吐出ヘッド2の幅を小さくできる。加圧室10の面積に対する、重なっている面積の割合が80%以上、さらに90%以上にすることで、液体吐出ヘッド2の幅をより小さくできる。また、加圧室10と副マニホールド5bとが重なっている部分の加圧室10の底面は、副マニホールド5bと重なっていない場合と比較して剛性が低くなっており、その差により吐出特性がばらつくおそれがある。加圧室10全体の面積に対する、副マニホールド5bと重なっている加圧室10の面積の割合を、各加圧室10で略同じにすることで、加圧室10を構成する底面の剛性が変わることによる吐出特性のばらつきを少なくすることができる。ここで略同じとは、面積の割合の差が、10%以下、特に5%以下であることを言う。
1つのマニホールド5に繋がっている複数の加圧室10により加圧室群が構成されており、マニホールド5が2つあるため、加圧室群は2つある。各加圧室群内における吐出に関わる加圧室10の配置は同じで、短手方向に平行移動させたに配置されている。これらの加圧室10は、流路部材4の上面における圧電アクチュエータ基板21に対向する領域に、加圧室群間などの少し間隔が広くなった部分があるものの、ほぼ全面にわたって配列されている。つまり、これらの加圧室10によって形成された加圧室群は圧電アクチュエータ基板21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の上面に圧電アクチュエータ基板21が接合されることで閉塞されている。
加圧室10の個別供給流路14が繋がっている角部と対向する角部からは、流路部材4の下面の吐出孔面4−1に開口している吐出孔8に繋がる流路13が伸びている。流路13は、平面視において、加圧室10から離れる方向に伸びている。より具体的には、加圧室10の長い対角線に沿う方向に離れつつ、その方向に対して左右にずれながら伸びている。これにより、加圧室10は各加圧室行11内での間隔が37.5dpiになっている格子状の配置にしつつ、吐出孔8は、全体で1200dpiの間隔で配置することができる。
これは別の言い方をすると、流路部材4の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔8を投影すると、図4に示した仮想直線のRの範囲に、各マニホールド5に繋がっている16個の吐出孔8、全部で32個の吐出孔8が、1200dpiの等間隔となっているということである。これにより、すべてのマニホールド5に同じ色のインクを供給することで、全体として長手方向に1200dpiの解像度で画像が形成可能となる。また、1つのマニホールド5に繋がっている1個の吐出孔8は、仮想直線のRの範囲で600dpiの等間隔になっている。これにより、各マニホールド5に異なる色のインクを供給することで、全体として長手方向に600dpiの解像度で2色の画像が形成可能となる。この場合、2つの液体吐出ヘッド2を用いれば、600dpiの解像度で4色の画像が形成可能となり、600dpiで印刷可能な液体吐出ヘッドを用いるよりも、印刷精度が高くなり、印刷のセッティングも簡単にできる。なお、ヘッド本体2aの短手方向に並んでいる1列の加圧室列に属する加圧室10から繋がっている吐出孔8で、仮想直線のRの範囲がカバーされている。
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、加圧室10より一回り小さく、加圧室10とほぼ相似な形状を有している個別電極本体25aと、個別電極本体25aから引き出されている引出電極25bとを含んでおり、個別電極25は、加圧室10と同じように、個別電極列および個別電極群を構成している。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28が形成されている。共通電極用表面電極28は、圧電アクチュエータ基板21の短手方向の中央部に、長手方向に沿うように2列形成され、また、長手方向の端近くで短手方向に沿って1列形成されている。図示した、共通電極用表面電極28は直線上に断続的に形成されたものであるが、直線上に連続的に形成してもよい。
圧電アクチュエータ基板21は、後述のようにビアホールを形成した圧電セラミック層21a、共通電極24、圧電セラミック層21bを積層し、焼成した後、個別電極25および共通電極用表面電極28を同一工程で形成するのが好ましい。個別電極25と加圧室10との位置ばらつきは吐出特性に大きく影響を与えること、個別電極25を形成した後、焼成すると圧電アクチュエータ基板21に反りが生じるおそれがあり、反りが生じた圧電アクチュエータ基板21を流路部材4に接合すると、圧電アクチュエータ基板21に応力が加わった状態になり、その影響で変位がばらつくおそれがあることから、個別電極25は、焼成後に形成される。共通電極用表面電極28も同様に反りを生じされるおそれがあることと、個別電極25と同時に形成した方が、位置精度が高くなり、工程も簡略化できるので、個別電極25と共通電極用表面電極28は同一工程で形成される。
このような圧電アクチュエータ基板21を焼成する際に生じるおそれのある、焼成収縮によるビアホールの位置ばらつきは、主に圧電アクチュエータ基板21の長手方向に生じるので、共通電極用表面電極28が偶数個あるマニホールド5の中央、別の言い方をすれば、圧電アクチュエータ基板21の短手方向の中央に設けられており、共通電極用表面電極28が圧電アクチュエータ基板21の長手方向に長い形状をしていることにより、ビアホールと共通電極用表面電極28とが位置ずれにより電気的に接続されなくなることを抑制できる。
圧電アクチュエータ基板21には、2枚の信号伝達部92が、圧電アクチュエータ基板21の2つの長辺側から、それぞれ中央に向かうように配置され、接合される。その際、圧電アクチュエータ基板21の引出電極25bおよび共通電極用表面電極28の上に、それぞれ、接続電極26および共通電極用接続電極を形成して接続することで、接続が容易になる。また、その際、共通電極用表面電極28および共通電極用接続電極の面積を接続電極26の面積よりも大きくすれば、信号伝達部92の端部(先端および圧電アクチュエータ基板21の長手方向の端)における接続が、共通電極用表面電極28上の接続により強くできるので、信号伝達部92が端からはがれ難くできる。
また、吐出孔8は、流路部材4の下面側に配置されたマニホールド5と対向する領域を避けた位置に配置されている。さらに、吐出孔8は、流路部材4の下面側における圧電アクチュエータ基板21と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔8は、1つの群として圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板21の変位素子30を変位させることにより吐出孔8から液滴が吐出できる。
ヘッド本体2aに含まれる流路部材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。これらのプレートは、流路部材4の上面から順に、キャビティプレート4a、ベースプレート4b、アパーチャ(しぼり)プレート4c、サプライプレート4d、マニホールドプレート4e〜j、カバープレート4kおよびノズルプレート4lである。これらのプレートには多数の孔が形成されている。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個別流路12およびマニホールド5を構成するように、位置合わせして積層されている。加圧室10は流路部材4の上面に、マニホールド5は流路部材4の内部の下面側に、吐出孔8は流路部材4の下面にと、個別流路12を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、ヘッド本体2aには、加圧室10を介してマニホールド5と吐出孔8とが繋がる構成を有している。
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第1に、キャビティプレート4aに形成された加圧室10である。第2に、加圧室10の一端からマニホールド5へと繋がる個別供給流路14を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート4b(詳細には加圧室10の入り口)からサプライプレート4c(詳細にはマニホールド5の出口)までの各プレートに形成されている。なお、この個別供給流路14には、アパーチャプレート4cに形成されている、流路の断面積が小さくなっている部位であるしぼり6が含まれている。
第3に、加圧室10の他端から吐出孔8へと連通する流路13を構成する連通孔である。流路13は、吐出孔8側で断面が狭くなっているノズル部13aと、ノズル部13aを除いた部分流路(ディセンダ)13bとからなる。流路13は、ベースプレート4b(詳細には加圧室10の出口)からノズルプレート4l(詳細には吐出孔8)までの各プレートに形成されている。ノズル部13aはノズルプレート4lに形成されており、ノズル部13aの孔は、吐出孔8として流路部材4の外部に開口している径が、例えば10〜40μmのもので、内部に向かって径が大きくなっていくものが開けられている。ノズル部13aの内壁の傾斜は10〜30度とされる。部分流路13bは、最小径と最大径との比が2倍程度の、径の差の大きくない孔が連なっており、その径は50〜200μm程である。
第4に、マニホールド5を構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート4e〜jに形成されている。マニホールドプレート4e〜jには、副マニホールド5bを構成するように隔壁15となる仕切り部が残るように孔が形成されている。各マニホールドプレート4e〜jにおける仕切り部は、ハーフエッチングした支持部17で各マニホールドプレート4e〜jと繋がった状態にされる。
第1〜4の連通孔が相互に繋がり、マニホールド5からの液体の流入口(マニホールド5の出口)から吐出孔8に至る個別流路12を構成している。マニホールド5に供給された液体は、以下の経路で吐出孔8から吐出される。まず、マニホールド5から上方向に向かって、個別供給流路14に入り、しぼり6の一端部に至る。次に、しぼり6の延在方向に沿って平面方向に進み、しぼり6の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室10の一端部に至る。さらに、加圧室10の延在方向に沿って平面方向に進み、加圧室10の他端部に至る。加圧室10から部分流路13に入った液体は下方に向かいつつ、平面方向にも移動する。平面方向への移動は、最初は大きく、吐出孔8に近い部分で小さくなる。液体は、部分流路13bの端から径の小さくなったノズル部13を通り、下面に開口した吐出孔8へと進み、吐出される。
図3では、しぼり6となる部位を含むアパーチャプレート4cの孔(以下でしぼりとなる孔ということがある)は、同じ副マニホールド5bから繋がっている他の加圧室10とわずかに重なるようになっている。しぼり6となる部位を含むアパーチャプレート4cの孔は、平面視した場合に、副マニホールド5b内に含まれるように配置すれば、しぼり6をより密集して配置できるので好ましい。しかし、そのようにするとしぼり6となる孔全体が、副マニホールド5b上の、他の部位と比較して厚さの薄い部分に配置されることになり、周囲からの影響を受け易くなってしまう。そのような場合、平面視したときに、しぼり6となる孔が、該孔に直接的に繋がっている加圧室10以外の加圧室10と重ならないようにすれば、しぼり6となる孔が副マニホールド5b上の薄い部位に配置されていても直上にある他の加圧室10からの振動の影響を直接的に受け難くできる。このような配置は、しぼり6となる孔のあるプレート(複数のプレートで構成されている場合は、それらの内で最も上のプレート)と加圧室10となる孔のあるプレート(複数のプレートで構成されている場合は、それらの内で最も下のプレート)との間のプレートが1枚であって、振動が伝わり易い場合に、特に必要とされる。また、しぼり6となる孔のあるプレートと加圧室10となる孔のあるプレートとの間の距離が200μm以下、さらには100μm以下である場合に、特に必要とされる。重ならないように配置するには、例えば、図3に示したしぼり6となる孔の角度をヘッド本体2aの短手方向に沿った方向に近づけるか、しぼり6となる孔の一端を少し短くするなどすればよい。
圧電アクチュエータ基板21は、圧電体である2枚の圧電セラミック層21a、21b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21a、21bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板21の圧電セラミック層21aの下面から圧電セラミック層21bの上面までの厚さは40μm程度である。圧電セラミック層21a、21b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21a、21bは、例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなる。
圧電アクチュエータ基板21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極24およびとAu系などの金属材料からなる個別電極25を有している。個別電極25は上述のように圧電アクチュエータ基板21の上面における加圧室10と対向する位置に配置されている個別電極本体25aと、そこから引き出された引出電極25bとを含んでいる。引出電極25b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26が形成されている。接続電極26は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが15μm程度で凸状に形成されている。また、接続電極26は、信号伝達部92に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極25には、制御部100から信号伝達部92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。
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24は、圧電アクチュエータ基板21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24の厚さは2μm程度である。共通電極24は、圧電セラミック層21b上に個別電極25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28に、圧電セラミック層21bに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28は、多数の個別電極25と同様に、信号伝達部92上の別の電極と接続されている。
なお、後述のように、個別電極25に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極25に対応する加圧室10の体積が変わり、加圧室10内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路12を通じて、対応する吐出口8から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板21における各加圧室10に対向する部分は、各加圧室10および吐出口8に対応する個別の変位素子30に相当する。つまり、2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層体中には、図5に示されているような構造を単位構造とする圧電アクチュエータである変位素子30が加圧室10毎に、加圧室10の直上に位置する振動板21a、共通電極24、圧電セラミック層21b、個別電極25により作り込まれており、圧電アクチュエータ基板21には加圧部である変位素子30が複数含まれている。なお、本実施形態において1回の吐出動作によって吐出口8から吐出される液体の量は1.5〜4.5pl(ピコリットル)程度である。
多数の個別電極25は、個別に電位を制御することができるように、それぞれが信号伝達部92および配線を介して、個別に制御部100に電気的に接続されている。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21b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100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21b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21a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21bと圧電セラミック層21a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。
本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極25を共通電極24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25を共通電極24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25が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層21a、21bが元の形状に戻り、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。このとき、加圧室10内に負圧が与えられ、液体がマニホールド5側から加圧室10内に吸い込まれる。その後再び個別電極25を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層21a、21bが加圧室10側へ凸となるように変形し、加圧室10の容積減少により加圧室10内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極25に供給することになる。このパルス幅は、圧力波がしぼり6から吐出孔8まで伝播する時間長さであるAL(Acoustic Length)が理想的である。これによると、加圧室10内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
また、階調印刷においては、吐出孔8から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量(体積)で階調表現が行なわれる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する吐出孔8から連続して行なう。一般に、吐出を連続して行なう場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をALとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。なお、この場合後から吐出される液滴の速度が速くなると考えられるが、その方が複数の液滴の着弾点が近くなり、好ましい。
なお、本実施形態では、加圧部として圧電変形を用いた変位素子30を示したが、これに限られるものでなく、加圧室10の体積を変化させることができるもの、すなわち、加圧室10中の液体を加圧できるものなら他のものでよく、例えば、加圧室10中の液体を加熱して沸騰させて圧力を生じさせるものや、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いたものでもよい。
ここでさらに液体吐出ヘッド2における部分流路13の形状について詳述する。吐出孔行9は、吐出孔8がマニホールド5およびヘッド本体2aの長手方向に沿って等間隔で並んでいる。各吐出孔行9の吐出孔8はヘッド本体2aの長手方向に少しずつずれて配置されている。これに対して、加圧室10は、本実施形態では格子状に配置されている。加圧室10の配置は、格子状である必要はなく、千鳥配置などでもよいが、その配置は、各加圧室10において、周囲の加圧室10との距離や方向が規則的なものにされる。そのようにすれば、各加圧室10と周囲の加圧室10との配置に差異が大きいことで、各加圧室10で周囲の剛性が異なったり、周囲の加圧室10から受けるクロストークの影響が異なったりすることが避けられ、吐出特性の差を小さくできる。
しかし、このような加圧室10の配置と吐出孔8の配置を一致させることはできないので、加圧室10から吐出孔8へ向かう流路13は、加圧室面4−2から吐出孔面4−1に向かって下方に向かうだけでなく、吐出孔面4−1と平行な平面方向へも移動しなければならない。平面方向の移動量が大きくなると、吐出方向にその影響が表れる。具体的には、部分流路13bにおける平面方向への移動量が大きいと、吐出方向が、吐出孔面4−1と直交する方向から、その移動方向へずれる。吐出方向は、必ずしも、吐出孔面4−1と直交する方向でなければいけないわけではないが、通常、液体吐出ヘッド2は、そのように使うように設計されるし、吐出孔8毎に吐出方向のずれがあると、着弾位置がずれて印刷精度を低くしてしまう。
吐出方向がずれる原理は、詳細には分かっていないが、部分流路13b内の液体が、吐出孔面4−1に対して斜めに進んでいくために、そのまま、斜めの方向に吐出されるのではないかと考えられる。ノズルプレート4lにおいて、吐出孔面4−1に直交する線に対して回転対称なノズル部13aがあるため、基本的には、そこを通る液体は吐出孔面4−1に直交する方向に向けられる。また、単に部分流路13bを進んでいた方向に、そのまま吐出されるのであれば、吐出方向は部分流路13bの角度と同程度になると考えられるが、実際の吐出方向のずれはもっと小さい。例えば、部分流路13bの傾きが20度以上であっても、液滴を1mm飛翔させた後の着弾位置のずれは2μm程度で、吐出方向の傾きとしては0.03度程度である。
吐出方向の傾きは、ノズル部13aに形成されているメニスカスが吐出孔8に向かう際の面の形状が点対称な状態からずれて、わずかに斜めになったり、ノズル部13aを通過する際の液体の速度が、ノズル部13aの内壁の位置によってわずかに異なっていたり、吐出された液滴のテールが切れる際のテールの切れる位置がノズル部13aの中心からずれていることで、テールが液滴本体に追いつく際に横方向への運動成分を付加したりするといった液体の挙動が生じるのが原因になっているのではないかと考えられる。原因がどのようなものであっても、部分流路13bの傾きを小さくすれば、その影響を小さくすることはできるが、平面方向への移動距離は、上述のように加圧室10の配置と吐出孔8の配置から決まるものであり、調整は難しい。部分流路13bの長さを長くすれば傾きは小さくなるが、ALが長くなるので、高周波駆動に向かなくなるなどの影響が出る。
そこで、部分流路13bのノズル部13a側の一定長の領域を、吐出孔面4−1と直交する方向と平行でほぼまっすぐな形状にし、加圧室10側に近い領域で平面方向の移動のほとんどを終わらせるようにすれば、吐出方向のずれを小さくできる。
具体的な形状を、図6を用いて説明する。部分流路13bはプレート4b〜4kに開けられた孔を繋いで形成されている。各孔は、エッチングで形成されているため、表面から開けた球形と裏面から開けた球形とが合わさった形状をしており、プレート4b〜4kの厚さ方向の中央付近で、断面積が小さくなっている。また、表面からのエッチングの中心と裏面のからエッチングの中心とはずれており、プレート間で平面方向に移動するように位置がずれているのに加えて、プレート内でも平面方向に移動するようになっている。
各孔の表面および裏面形状は円形であるが、正方形に近い長方形状や、楕円形状でもよい。各孔の全体の形状は、概略は円柱状、あるいは傾いた円柱状であるが、詳細には上述のように2つの球を組み合わせた形状である。
W[μm]は、部分流路13bの平均径(詳細には、吐出孔面4−1と平行な断面の径)である。断面形状が円形でない場合、同じ面積を持つ円の直径を径とすればよい。より具体的には、部分流路13bの体積(μm)を、部分流路13bの吐出孔面4−1に直交する方向の長さL[μm]で割って断面積を算出して、その断面積に等しい面積の円の直径[μm]の値をWとすればよい。また、ここで、Wは、主に部分流路13bのノズル部13a側の形状を規定するためのものであるので、部分流路13bが、断面積の著しく異なるものを繋げて構成されている場合(例えば、径で2倍上異なり、断面積で4倍以上異なるような場合)、ノズル部13a側の端部の開口径を用いてもよい。
部分流路13bのノズル部13a側の端部の、吐出孔面4−1と平行な面P1における断面形状の面積重心をC1とする。なお、ノズル部13aの部分流路13b側の開口は、平面視において、中にC1が含まれるように配置されている。部分流路13bの、ノズル部13a側の端部から、吐出孔面4−1と直交する方向の上側へ2Wの位置の吐出孔面4−1と平行な平面P2における断面形状の面積重心をC2とする。部分流路13bの加圧室10側の端部の、吐出孔面4−1と平行な面P3における断面形状の面積重心をC3とする。
部分流路13b内の液体は、C3からC2を経由してC1に向かう。C3からC2へは、液体が下方に向かうとともに、平面方向への移動が大きくなるように、プレート間において、開口の位置がずらされており、さらにプレートの表と裏とで、開口の位置がずらされている。
吐出孔面4−1に平行な方向におけるC2とC1との距離はD2[μm]であり、D2≦0.1Wとされている。これにより、吐出方向に対する影響の大きい、ノズル部13aから2Wの範囲の部分流路13bが、吐出孔面4−1に対して、ほぼ直交する形状になり、吐出方向が吐出孔面4−1に対して直交する方向に近くなる。部分流路13bは、C3からC2までの間で斜めに繋がっている形状の部分を含むため、圧力波は、その形状の影響を受けた乱れた状態になるが、開口径Wの倍の長さを進みC1に近づくうちに、内壁との散乱などの結果、吐出孔面4−1にほぼ平行な圧力波に再構成されると考えられる。
C1とC3とを繋ぐ直線C1C3と、ノズル部13a側の端部から吐出孔面4−1と直交する方向へ2Wの位置における前記吐出孔面と平行な平面P2との交点をCmとする。言い換えれば、Cmは、C1とC3とを直線的に繋ぐ形状の部分流路13bを作製した場合に、その部分流路13bの中心が平面P2を通る位置である。吐出孔面4−1に平行な方向におけるCmとC1との距離はDm[μm]であり、Dm>0.1Wとすることにより、C3とC1との平面方向の距離が離れている場合であっても、それらを繋ぐことができる。なお、図6では、C1、C2、C3が一つの縦断面にある場合を示しているが、そうである必要はない。
また、部分流路13bの、ノズル部13a側の端から吐出孔面4−1に直交する方向へ2Wの範囲内に、狭窄部13baが設けられていれば、圧力波が、その部分で部分流路13bの中心付近に集まるので、C2付近で生じた圧力波の乱れが整い、その後で、吐出孔面4−1に平行な圧力になりやすい。狭窄部13baの径は、0.5W〜0.9W、より好ましくは、0.6W〜0.8Wにすることで、小さすぎて抵抗が大きくなって、吐出速度が極端に下がることもなく、大きすぎて狭窄部13baがあることの効果があまり表れなくなることもない。
また、上述したようなC1から2Wの範囲を吐出孔面4−1に対して、ほぼ直交するような形状を有する液体吐出ヘッド2は、平面視したときに、吐出孔8(より正確には、吐出孔面4−1における吐出孔8の開口の面積重心Cn)とC3とを繋ぐ直線と、列方向との成す角度が大きい場合に特に有用である。このことを、図7を用いて説明する。図7は、図4の一部を拡大した平面図であり、2つの加圧室10とその間に存在する隔壁15を示している。図7に示した仮想直線L上に、図示しないものと合わせて32個の加圧室10配置されている。吐出孔8については、図示した2つの加圧室10とそれぞれ繋がっている2つの吐出孔8を黒点で表し、他の図示しない加圧室10と繋がっている吐出孔8の、加圧室10に対する相対的な位置を鎖線の円で示した。仮想直線L上に配置されている32個の加圧室10に繋がっている吐出孔8は、図に示したようにRの範囲に等間隔d[μm]で配置されている。
なお、図7では、図の上に位置する加圧室10の下側に32個の吐出孔8の相対位置、図の下に位置する加圧室10の上側に32個の吐出孔8の相対位置を示しているが、実際に加圧室10の下側にある吐出孔8は、図に示した32個の相対位置のうち16カ所であり、加圧室10の上側にある吐出孔8は、図に示した32個の相対位置のうち16カ所である。正確には、それら、各16個の吐出孔8を合わせた計32個の吐出孔8がRの範囲に等間隔d[μm]で配置されているということである。
また、図では省略しているが、図の左右には、行方向に隣り合っている加圧室列に繋がっている吐出孔8が連なっている。部分流路13bについては、ほとんどを省略し、加圧室10に直接接している部分のみを示すとともに、代わりにC3とCnとを繋ぐ線を示している。
ここで、C3とCnと繋ぐ線とを列方向との成す角度θを考える。図では、Cnが図の右側に向かう際のθのうちで最大値をθ1、Cnが図の左側に向かう際のθのうちで最大値をθ2として示している。所望の解像度で印刷できる液体吐出ヘッド2を設計する際、通常の液体吐出ヘッド2(吐出孔面4−1付近の部分流路13bが、吐出孔面4−1に対してほぼ直交していないような液体吐出ヘッド2)では、C3とCnとを繋ぐ線と、列方向との成す角度θ1、θ2は、液体の吐出方向の精度(着弾位置の精度)だけを考えた場合、θ1、θ2は小さい方が好ましい。しかし、d[μm]は、基本的な使い方をする際において、隣接する画素の距離(解像度)になる値であり、所望の解像度で印刷できる液体吐出ヘッド2を設計する際、d[μm]は変更できない値になる。d[μm]を一定の値とした場合に、θ1、θ2を小さくしようとすると、C3とCnとを繋ぐ直線の長さが長くなり(部分流路13bの長さはそれ以上になる)、液体吐出ヘッド2の短手方向に長さが長くなってしまう。そうすると、液体吐出ヘッド2を設置する際の角度が印刷精度に与える影響が大きくなるので好ましくない。
また、部分流路13bの長さが長くなると、部分流路13bおよび加圧室10内の液体の固有振動周期が長くなる。駆動波形の長さは、固有振動周期に比例するので、1回の吐出に必要な駆動波形の長さが長くなる。そうすると、高い駆動周波数で駆動しようとする際に、1つの駆動周期内に、駆動波形が納まらなくなるおそれがあるので、高い周波数での駆動(高速印刷)に向かなくなる。
通常の液体吐出ヘッド2では、θ1、θ2が45度以上になると、その角度が吐出方向における行方向にばらつきに与える影響が大きくなり印刷精度が悪くなる。しかし、本実施形態のように、吐出孔面4−1付近の部分流路13bが、吐出孔面4−1に対してほぼ直交していれば、θ1、θ2が45度以上であっても、印刷精度はほとんど悪くならない。そのため、θ1、θ2を45度以上にしても、印刷精度を低下させないで、短手方向の長さを短くしたり、高駆動周波数の液体吐出ヘッド2を作製できる。本発明の液体吐出ヘッド2では、そのようなメリットを生かすために、逆にθ1、θ2を大きくした方が好ましく、60度以上に、さらに75度以上にするのがよい。
また、C3からC2における平面方向への移動は、プレート間の開口のずれをW/3以下にすることで、プレート間で部分流路13bが狭くなることでの吐出速度の低下が抑制できる。また、プレート内での開口のずれをW/4以下にすることで、プレート間で部分流路13bが狭くなることや、プレート内で表側のエッチングと裏側のエッチングとが繋がらなくなることが抑制できる。
C3からC2にかけての設計にこのような制約がある場合など、加圧室10と吐出孔8とを繋ぐ際に必要な平面方向の移動距離が確保できない可能性がある。そのような場合、加圧室10の形状を吐出孔面4−2内で、回転させた形状にすればよい。これについて、図8を用いて説明する。
図8は、ヘッド本体の模式的な拡大平面図である。ただし、図8では、実際は断面形状が円形の孔が繋がって構成されている部分流路213bを、それらを繋げた模式的な形状で示している。このヘッド本体の基本的な構造は図2〜6で示したとものほぼ同じであり、差異のある部分について説明する。Ccは加圧室210の面積中心であり、各加圧室210のCcは、ヘッド本体2aと同様に格子状に配列されている。加圧室210は菱形形状をしており、その狭角を結ぶ長軸Lcは、加圧室210の格子状の配置に対して、0度でない角度が付いている。この角度は、菱形形状の加圧室210が平面方向に回転している回転角度である。平面方向の移動距離が大きい部分流路213bに繋がっている加圧室210における回転角度は、部分流路213bにおける平面方向の移動を助けるように付けられる。
A1は、加圧室210が連なっている方向の一方であり、A2はその反対の方向である。加圧室210の面積中心Ccに対して、その加圧室210に繋がっている吐出孔8がA1方向の側にあるにせよ、A2方向の側にあるにせよ、その間を流路で繋がなければいけない。吐出孔8までのA1方向への移動距離が大きい場合、C1とC3とを直線的に繋ぐような部分流路213にすると、吐出方向が、吐出孔面に直交する方向に対して角度が付いてしまう。そのため、部分流路213bのノズル部側の長さ2Wの領域は、ほぼ吐出孔面に直交する方向を向いた形状にされ、部分流路213bにおける平面方向への移動はC3からC2(図示せず)の間で行なわれる。
図8の上側にある行の加圧室210では、C3からC1に向かう方向は、A1方向を向いている。また、その行の加圧室210は、平面方向に回転した形状をしていて、Ccからその端に繋がっている部分流路213bのC3に向かう方向もA1の方向を向いている。これにより移動距離が大きい場合であっても加圧室210と吐出孔8とを繋ぐことができる。図8の下側にある行の加圧室210のように、吐出孔8が加圧室210に対してA2の側にあって、移動距離が大きい場合も、同様である。いずれの場合でも、C3からC1に向かう方向と、CcからC3に向かう方向とが、A1の方向を向いているか、A2の方向を向いているかが一致していることにより、移動距離が大きい場合であっても加圧室210と吐出孔8とを繋ぐことができる。
より具体的には、吐出孔面に平行な方向におけるCmとC1(C1、C2、Cmの定義は上述の場合と同じである)との距離が0.1Wより大きく、吐出孔面に平行な方向におけるC2とC1との距離が0.1W以下である条件を満たしている部分流路213bに繋がっている加圧室210では、加圧室210の平面形状の面積重心Ccから当該部分流路213bのC3に向う方向と、当該部分流路213cのC3からC1に向う方向とは、吐出孔8あるいは加圧室210が連なっている方向の一方の方向であるA1の方向を向いているか、その反対の方向のA2の方向を向いているかが一致していればよい。前述の条件を満たしていない部分流路213bに繋がっている加圧室210では、方向は一致していなくても構わないが、一致させるようにすれば、部分流路213bにおける平面方向の移動距離を短くできるので、吐出方向のずれをより小さくできる。
ここで、さらに本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドについて説明する。図11は、本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材304の部分平面図である。図11では、図を見やすくするため、流路部材304の内部にあって破線で描くべきしぼり6などを実線で描いている。また、吐出孔8や、吐出孔8と加圧室310とを繋いでいる部分流路13などを省略している。また、この図の上下方向の寸法は、実際の寸法に比例して示されてはいない。
液体吐出ヘッド全体の基本構造は図1〜5で示したものと共通であり、差異の小さい部分については、同じ符号を付け説明を省略する。主な差異は、加圧室310およびダミー加圧室316の平面形状(平面的な傾き)と加圧室310と吐出孔8とをどのように繋ぐかに関するものである。部分流路13の形状については、図6に示したように平面方向への移動を加圧室10に近い側で行なうようにしてもよいし、直線的に繋ぐようにしてもよい。
流路部材304においても、図4で示した流路部材4と同様に、1つのヘッド本体の短手方向に並んでいる加圧室列に属する加圧室310が、Rの範囲内にある吐出孔8に繋がっている。加圧室310と吐出孔8とを繋ぐ部分流路13bの長さが、吐出孔8によって大きく異なると、吐出特性の差が大きくなってしまうことがある。また、上述したように、部分流路13bが、平面方向に大きく移動する形状であると、吐出方向に影響するおそれがある。これを改善するためには、加圧室310の平面形状を傾いた形状にして、その形状に応じて、どの位置の吐出孔8に繋げるのか決めるのが好ましい。そのようにすれば、加圧室から吐出孔へと向かう流路の流路長の差を小さくできる液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置を提供することができる。
その詳細について、図12を用いて説明する。図12は、加圧室310と吐出孔8との配置の関係を示した模式的な平面図である。図には、1つの隔壁15aを挟んで存在する2つの加圧室310と、それぞれに繋がっている吐出孔8とが示されている。2つの加圧室310は、同じ加圧室列に属するものであり、ヘッド本体の短手方向に伸びる仮想直線Lに沿って配置されている。詳細には、各加圧室310の面積重心Ccが仮想直線L上に位置している。
1つの加圧室列に属する加圧室310から繋がっている吐出孔8は、Rの範囲内にあり、実際に繋がっている吐出孔8の位置を塗りつぶした点で描き、他の加圧室310から繋がる吐出孔8の相対的な位置を、鎖線で描いた。各吐出孔8の間隔は一定である(図ではd[μm]で示している)。
加圧室310の平面形状は、一方方向に長く、その一方方向の両端部に向かって幅が狭くなっている。加圧室310は、狭くなった両端部の一方である第1の接続端部で、部分流路13bを介して吐出孔8に繋がっており、他方で、個別供給路14を介してマニホールド5に繋がっている。なお、図で符号13bおよび14で示されているのは、部分流路13bおよび個別供給路14のうちで、加圧室310に直接繋がっている部分だけである。
以下でヘッド本体の長手方向の一方(図12における右)を正とする座標を取り、各部の相対位置について説明する。Ccは、加圧室310の面積重心である。Ceは、第1の接続端部の位置である。詳細には、加圧室310と部分流路13bとが繋がっている部分の平面形状の面積重心である。本実施形態では、加圧室310と部分流路13bの端とは平面方向にずれて配置されている(一方が他方を包含するようになってはない)ため、図6のC3とCeは異なる点である。部分流路13bの加圧室310側の端が、加圧室310内に完全に含まれている場合には、C3とCeとは一致する。Ccに対するCeの、上述の座標での相対位置をXE[μm]で表す(以下で、この座標におけるCcからの相対位置を、単に、Ccに対する位置、あるいは相対位置ということがある)。
Ctは、加圧室310と、マニホールド5に繋がっている個別供給路14とが繋がっている位置である。詳細には、加圧室310と個別供給路14とが繋がっている部分の平面形状の面積重心である。また、Ctは、加圧室310の両端部のうち、部分流路13bと繋がっている第1の接続端部ではない側である第2の接続端部に位置している。Ccに対するCtの位置をXT[μm]で表す。
Ccに対する吐出孔8の位置をXN[μm]で表す。また、すべての加圧室310に対するXNのうちで最小の値をXNmin[μm]、最大値をXNmax[μm]とする。本実施形態では、1つの加圧室列に属する加圧室310から繋がっている吐出孔8の相対位置XNは、XNminからXNmaxまでの間でd毎に並ぶ32個の値となる。
加圧室310の平面形状が傾いていない場合、つまりXEの値がほぼ0(ゼロ)である場合において、さらにXNの値の広がりが広い範囲である場合には、部分流路13bの長さが広範囲に分布することになるので、吐出特性のばらつきが大きくなるおそれがある。これに対して、加圧室310の平面形状を、XEの値が、正および負の両方の値をとなるような形状にし、各加圧室310のXEの値と、それに繋がる吐出孔8のXNの範囲を後述のようにすれば、部分流路13bの長さの差を小さくできる。なお、部分流路13bをジグザグに何回か屈曲させるような形状にすれば流路長を調整することもできるが、そのような形状ではない方が好ましい。部分流路13bが曲がる回数は、少なくとも2回以下、さらに1回以下であることが好ましい。吐出特性の観点からは、部分流路13bは、途中で曲がらない方が好ましいが、直線状に繋いだ場合には、吐出方向がばらつくおそれがあるので、その場合、図6で示したように、途中で曲がる回数を1回にするのが好ましい。
加圧室310の平面形状として、ヘッド本体の長手方向に対して傾いた形状を考え、その両方の端が吐出孔8に繋がっている場合がある形態を考えると、XEの値としては、正の値と負の値の2つの値を持つことになる。その場合に、部分流路13bが吐出孔面4−1に向かって真下に進み吐出孔8に繋がる場合、XEの値とXNの値はほぼ同じになる。このよう形態、すなわちXNが2つの値しかとならいようなヘッド本体の場合、部分流路13bの長さの差を考慮して、XEとXNとの間に関係を付けて調整する必要はないため、本実施形態では、XNの値として3つ以上の異なる値があるヘッド本体を対象としている。
加圧室310の平面形状は、第1の接続端部側で第1の接続端部に向かって幅が狭くなるようになっている。このため、XEやXTが0(ゼロ)でない場合であってもヘッド本体の長手方向に隣り合う加圧室310の第1の接続端部同士の間の距離が短くなり難い。特に、Ccからヘッド本体の長手方向に伸ばした線が加圧室310の縁と交わる点P1および点P2から、第1の接続端部に向かう加圧室310の縁の形状が、P1およびP2よりも、外側に出ない形状になっていれば、隣り合う加圧室310との間の距離が短くなり難いのでより好ましい。また、加圧室310の平面形状は、加圧室310の両端部のうちマニホールド5と繋がっている側の第2の接続端部側で第2の接続端部に向かって幅が狭くなるようになっている。このため、XEやXTが0(ゼロ)でない場合であってもヘッド本体の長手方向に隣り合う加圧室310の第2の接続端部同士の間の距離が短くなり難い。特に、P1およびP2から、第2の接続端部に向かう加圧室310の縁の形状が、P1およびP2よりも、ヘッド本体の長手方向に突出しない形状になっていれば、隣り合う加圧室310との間の距離が短くなり難いのでより好ましい。
XNmaxが正で、XNminが負である場合とは、吐出孔8の、Ccからの相対位置が、図6の右に位置するものと、左に位置するものがあるということである。このような場合、XNの値がXNminである加圧室310のXEが負であれば、その加圧室310に繋がる部分流路13bの長さを短くでき、ヘッド本体全体における部分流路13bの長さの差を小さくできる。同様に、XNの値がXNmaxある加圧室310のXEが正であれば、その加圧室310に繋がる部分流路13bの長さを短くでき、ヘッド本体全体における部分流路13bの長さの差を小さくできる。
さらに、ヘッド本体全体における部分流路13bの長さの差を小さくするには、XEが正である加圧室310に繋がる吐出孔8の相対位置XNは、正であるか、負であっても比較的0(ゼロ)に近い値にすれよい。同様に、XEが負である加圧室310に繋がる吐出孔8の相対位置XNは、負であるか、正であっても比較的0(ゼロ)に近い値にすれよい。
具体的には、XEが正である(Ceが右側に向かっている)加圧室310に繋がっている吐出孔8の相対位置XNを、XNmin〜XNmax(「〜」は上端および下端を含む。他も同様である)の中の数値が大きい方(右側の方)の2/3の範囲内にし、XEが負である(Ceが左側に向かっている)加圧室310に繋がっている吐出孔8の相対位置XNを、XNmin〜XNmaxの中の数値が小さい方(左側の方)の2/3の範囲内にすればよい。このようにすれば、部分流路13bは、比較的近い位置にあるCeと吐出孔8とを繋ぐことになるので、長い部分流路13bがなくなり、ヘッド本体全体における部分流路13bの長さの差を小さくできる。
より詳細に説明すれば次のとおりである。XNの値の取りうる範囲XNmin〜XNmaxを三等分して、XNがXNmin〜XNmin+(XNmax−XNmin)/3(図12ではXN1と示している)の範囲であるブロック1、XNmin+(XNmax−XNmin)/3〜XNmax−(XNmax−XNmin)/3(図12ではXN2と示している)の範囲であるブロック2、XNmax−(XNmax−XNmin)/3〜XNmaxの範囲であるブロック3に分ける。そして、XEが正の加圧室310からは、相対位置の数値の大きい2つのブロックである、ブロック2およびブロック3の範囲の値を持つ吐出孔8に繋げる。つまり、XEが正の加圧室310では、XNは、XNmin+(XNmax−XNmin)/3〜XNmaxの範囲内となる。XEが負の加圧室310からは、相対位置の数値の小さい2つのブロックである、ブロック1およびブロック2の範囲の値を持つ吐出孔8に繋げる。つまり、XEが負の加圧室310では、XNは、XNmin〜XNmax−(XNmax−XNmin)/3の範囲内となる。
またさらに、XEの値がXNmax/2以上である加圧室310がある場合、その加圧室310のXNは0〜XNmaxの範囲とし、XEの値がXNmin/2以下である加圧室310がある場合、その加圧室310のXNはXNmin〜0の範囲とすれば、ヘッド本体全体における部分流路13bの長さの差をより小さくできる。
また、この実施形態においても、C3と吐出孔8(より正確には、吐出孔面4−1における吐出孔8の開口の面積重心Cn)とを繋ぐ線(図12では、C3とCeと近接しすぎて分かりに難くなるため、CeとCnを繋ぐ線を示している)と、列方向との成す角度θを考慮することができる。図では、Cnが図の右側に向かう際のθの最大値をθ3、Cnが図の左側に向かう際のθの最大値をθ4として示している。通常の液体吐出ヘッド2(XEとXNの関係を、上述のように調整していない液体吐出ヘッド2)では、θ3、θ4が大きくなると、部分流路13bの長さの差が大きくなるので、吐出特性のばらつきを所望の範囲内にしようとすると、θの値に上限がある。しかし、XEとXNの関係を、上述のように調整すれば、同じθ3、θ4の値を持つ液体吐出ヘッド2であっても、部分流路13bの長さの差を小さくでき、吐出特性のばらつきも小さくできる。上述のようにθ3、θ4を45度以上にすることで、短手方向の長さを短くしたり、高駆動周波数の液体吐出ヘッド2を作製できる。θ3、θ4は、60度以上に、さらに75度以上としてもよい。
続いては、本発明の他の実施形態を、その実施形態で用いられる流路部材の部分的な模式図である図13を用いて説明する。図13に示されている構成要素は、基本的に図12と同じであるため、説明は省略する。
XEの絶対値が大きくなると、加圧室310の端が隣の加圧室310に近づくことになる上、P1およびP2から部分流路13bが繋がる加圧室310の端までをP1およびP2より突出しないように設計するのが難しくなる。XEの範囲が、XNmin/2〜XNmax/2の範囲内であれば、CcからCeに向かう方向の仮想直線Lに対する角度が小さいので、上述した突出が生じないように、あるいは生じたとしても小さくなるように設計しやすい。
そのような場合、加圧室310のXEの値とXNの値とがあまり近い値にならないようにすることで、長さの短い部分流路13bをなくすことができるので、ヘッド本体全体における部分流路13bの長さの差をより小さくできる。
部分流路13bの長さが比較的長くなる領域、および比較的短くなる領域に繋がらないようにするために、XNの値の取りうる範囲XNmin〜XNmaxの範囲の中で、XEの値が正である場合に繋がる範囲を、XNmin〜XNmaxの中の3/4の範囲に限定し、負である場合も同様に、XNmin〜XNmaxの中の3/4の範囲に限定する。
具体的には、まず、XNmin〜XNmaxの範囲の1/12の値であるXNB(=XNmax−XNmin)/12)を考える。XEが正である(Ceが右側に向かっている)加圧室310に繋がる吐出孔8の相対位置XNが、XNmin〜XNmaxの最も小さい方(もっとも左側)のXNBの範囲でないことにより、部分流路13bが相対的に長くならないようにできる。また、加圧室310に繋がる吐出孔8の相対位置XNが、XE−XNB〜XE+XBBの範囲外であることにより、部分流路13bが相対的に短くならないようにできる。以上まとめれば、XEが正である加圧室310のXNは、XNmin+(XNmax−XNmin)/12(図13ではXN3と示している)〜XE−(XNmax−XNmin)/12(図13ではXN4と示している)およびXE+(XNmax−XNmin)/12(図13ではXN5と示している)〜XNmaxのいずれかの範囲内にすればよい。
同様に、XEが負である(Ceが左側に向かっている)加圧室310に繋がる吐出孔8の相対位置XNが、XNmin〜XNmaxの最も大きい方(もっとも右側)のXNBの範囲でないことにより、部分流路13bが相対的に長くならないようにできる。また、加圧室310に繋がる吐出孔8の相対位置XNが、XE−XNB〜XE+XBBの範囲外であることにより、部分流路13bが相対的に短くならないようにできる。以上まとめれば、XEが負である加圧室310のXNは、XNがXNmin〜XE−(XNmax−XNmin)/12(図13ではXN6と示している)およびXE+(XNmax−XNmin)/12(図13ではXN7と示している)〜XNmax−(XNmax−XNmin)/12(図13ではXN8と示している)のいずれかの範囲内にすればよい。
ヘッド本体全体における部分流路13bの長さの差をさらに小さくするには、次のようにすればよい。XNmin〜XNmaxの範囲を4等分して、数値の小さい方から順にブロック11〜14とする。XEが正である加圧室310からは、最も遠いブロック11および最も近いブロック13には繋がないようにする。このようにすれば、部分流路13bの長さは、長さが中程度になるブロック12およびブロック14になるので、ヘッド本体全体における部分流路13bの長さの差をさらに小さくできる。同様に、XEが負である加圧室310からは、最も遠いブロック14および最も近いブロック12には繋がないようにする。このようにすれば、部分流路13bの長さは、長さが中程度になるブロック11およびブロック13になるので、ヘッド本体全体における部分流路13bの長さの差をさらに小さくできる。なお、図13では、2つの加圧室310があるため、図の上の加圧室310のXEをXE1とし、図の下の加圧室310のXEをXE2として表している。
これを他と同様に表せば、XEが正である加圧室310のXNは、−(XNmax−XNmin)/4〜0および(XNmax−XNmin)/4〜XNmaxのいずれかの範囲内に、XEが負である加圧室310のXNは、XNmin〜−(XNmax−XNmin)/4および0〜(XNmax−XNmin)/4のいずれかの範囲内にすれば良いということである。
図14(a)は、本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材404の平面図である。流路部材404は、流路部材4と同様にヘッド本体に用いることができる。流路部材404には、加圧室410が流路部材404の長手方向に沿って(つまりヘッド本体の長手方向に沿って)並んでいる加圧室行が8行ある。加圧室410は、行方向と交差する方向である列方向にも並んでいる。図では、行方向と列方向が直交している。直交していることにより、クロストークを大きくせずにヘッド本体を小さく設計できるが、必ずしも直交していなくてもよい。流路部材404には、流路部材404の長手方向に沿っている、4個のマニホールド405がある。図を分かりやすくするため、透過して見ているマニホールド405および加圧室410を実線で描いている。
流路部材404は、図5に示された流路部材4と同様の断面構造を有している。加圧室410は一方方向に長くその両端部に向かって幅が狭くなっている。加圧室410の、マニホールド405と重なっていない方の一方の端部は、部分流路13bを介して吐出孔8に繋がっている。加圧室410の、マニホールド5と重なっている他方の端部は、しぼり6を介してマニホールド405に繋がっている。図14(a)では、マニホールド405および加圧室410以外の流路は省略してある。
各加圧室410は、XEが正であれば、XTは負になっており、XEが負であれば、XTは正になっている。つまり、加圧室410の長手方向は、ヘッド本体の長手方向に直交する方向に対して傾いている。さらに、各加圧室行内では、傾き方向が一致している。傾く方向が一致していることにより、加圧室行内での加圧室410の間の距離が小さくなり難い(より詳細には、加圧室410における、分流流路13b側同士の距離が短くなり難く、個別供給路14側同士の距離が短くなり難い)ので、クロストークを小さくできる。クロストークを小さくするためには、加圧室行内で、加圧室410が傾いている角度が同じになっているのが好ましい。なお、図14(a)の図の上側の加圧室410のように、加圧室410が左に回転しているような状態を左に傾いていると言う。
流路部材404の中で、傾き方向の異なる加圧室行があれば、XEとXNの値の関係を上述の制約内で行なう際に、設計し易い。また、加圧室410の長手方向が流路部材404の中で揃っていると、その方向に直交する方向に強度が弱くなるおそれがあるが、傾き向き方向の異なる加圧室行があれば剛性が低い方向ができ難く好ましい。また、特定の方向に共振が起きるのを抑制することもできる。
しかし、傾き方向の異なる加圧室行があると、隣り合う行間で加圧室410の端部同士の距離が近くなり、その間でクロストークが大きくなるおそれがある。その場合、傾き方向が異なる加圧室行間の距離を、傾き方向が一致している加圧室行間の距離よりも大きくすればよい。流路部材404では、図の上から1、2、5、6行目の加圧室行は、右に傾いており、傾き方向が一致しており、図の上から3、4、7、8行目の加圧室行は、右に傾いており、傾き方向が一致している。上から2行目の加圧室行と3行目の加圧室行は、傾き方向が異なっており、この行間の距離を、傾き方向が一致している加圧室行間間より大きくすることで、4行目に加圧室行に属する加圧室410の部分流路13b側の端と、5行目の加圧室行に属する加圧室410の部分流路13b側の端との距離を離すことができ、クロストークを抑制できる。上から4行目と5行目の行間、上から6行目と7行目の行間の距離も同様に大きくする。
図14(b)は、本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材504の平面図である。流路部材504の基本構成は、流路部材404と同じであるので、説明を省略する。
マニホールド405が複数あり、1つのマニホールド405は、その両側に1行ずつ、合計2つの加圧室行が、配置されていて、それらと繋がっている場合、1つのマニホールド505に繋がっている、隣り合う加圧室行は、加圧室510の傾きが異なっていて、異なるマニホールド505に繋がっている、隣り合う加圧室行同士は、加圧室510の傾きが一致しているのが好ましい。そのように配置すれば、傾きが異なる加圧室行同士の離間距離を大きくすることで、マニホール505の断面積を大きくでき、液体の流量を多くできる。また、マニホールド505間の隔壁上において、加圧室510の部分流路に繋がる部分が交互に配置されるようになるの、部分流路を配置し易い。
図14(c)は、本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材604の平面図である。流路部材604の基本構成は、流路部材404と同じであるので、説明を省略する。
流路部材604では、加圧室610が2つの群に分かれて配置されており、各群に属する加圧室610は、傾き方向が一致している。図の上から4行の加圧室行は、1つの加圧室群となっており、属する圧室610は左に傾いている。図の下から4行の加圧室行は、1つの加圧室群となっており、属する加圧室610は右に傾いている。2つの加圧室群の傾き方向が異なるため、流路部材604の剛性を高くできる。また、2つの加圧室群が、離間して配置されているため、クロストークを抑制できる。加圧室群の数を増やすと、離間させる距離の合計が大きくなり、流路部材604の短手方向の長さが長くなってしまうが、加圧室群が2であるため、長さを短くできる。
また、加圧室610が、各加圧室群内で、第1の方向である列方向に略直交(90±10度以内)する第2の方向である列方向に沿って配置されている場合、2つの加圧室群では、加圧室列が第1の方向にずらして配置すれば、加圧室群によって、Ceの位置を異ならせることができるので、部分流路の長さの差を小さくすることができる。
LAは図の上側の加圧室群の左端の加圧室列の面積重心Ccを結んだ仮想直線であり、LBは図の下側の加圧室群の左端の加圧室列の面積重心Ccを結んだ仮想直線である。上述したように仮想直線LAとLBは行方向にずれている。LAとLBの行方向のずれ量は、加圧室行内における加圧室610の面積重心Cc間の距離の約半分にするのが好ましい。そのようにすれば。部分流路の距離の差が短くなるように配置しやすい。例えば、上側の加圧室群の加圧室列1列と下側の加圧室群の加圧室列1列とでRの範囲を印刷する場合(そのように吐出孔を配置する)、上側の加圧室群の加圧室列1列でR/2の範囲、下側の加圧室群の加圧室列1列で、前述のR/2の範囲以外のR/2の範囲を印刷するようにすれば、1つの加圧室群の加圧室列1列でカバーする範囲を狭くできるので部分流路の長さの差を小さくできる。
図15は、本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の一部を拡大した模式図的な平面図である。図には、1つのマニホールド705に繋がっている4行の加圧室行を示している。流路は、マニホールド705から順に、しぼり6(個別供給路14)、加圧室710、部分流路13b、吐出孔8と繋がっている。吐出孔8は隔壁715の直下に配置されている。マニホールド705は液体吐出ヘッドに1つでも良いし、複数あってもよい。
加圧室710は、ヘッド本体の長手方向である第1の方向に沿っている複数の行上に配置されている。また、隣り合う加圧室行に属する加圧室710は、列方向において、互いに隣り合う加圧室行に属する加圧室710の間に千鳥状に配置されている。
マニホールド705は、列方向に沿って配置されているとともに、マニホールド705の両側に2行ずつ、合計4行配置されている加圧室行の加圧室810に繋がっている。前加圧室710は、両端部のうち、マニホールド705に近い側で、マニホールド705に繋がっている。
このような液体吐出ヘッドにおいて、1つの加圧室行に属する加圧室810では、XEが正であるか負であるかが一致しており、マニホールド705に繋がっている4行の加圧室行のうち、内側の2行および外側の2行では、XEが正であるか負であるかがそれぞれ一致しており、内側の2行と外側の2行とでは、XEが正であるか負であるかが異なるようにする。そのようにすれば、各加圧室810の両端部(部分流路13bに繋がる端部および個別供給路14に繋がる端部)同士の距離が近くならないように配置でき、クロストークを抑制しつつ、加圧室810を傾けて配置できるので、部分流路13bの長さの差が小さくなるように配置しやすくできる。
図16は、本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の一部を拡大した模式図的な平面図である。図には、2つのマニホールド805に、それぞれ繋がっている2行の加圧室行を示している。流路は、マニホールド805から順に、しぼり6(個別供給路14)、加圧室810、部分流路13b、吐出孔8と繋がっている。吐出孔8は隔壁815の直下に配置されている。マニホールド805は液体吐出ヘッドに1つでも良いし、複数あってもよい。
マニホールド805は、加圧室810の両端部のうち吐出孔8と繋がっていない側で繋がっており、1つの加圧室行に属する加圧室810では、XEが正であるか負であるかが一致しており、隣り合う前記行同士では、XEが正であるか負であるかが異なっている。また、加圧室810のうち、XEが正である加圧室810では、XTが正であり、XEが負となっている。このようにすることで、加圧室810の間の距離が小さくなって、クロストークが生じるのを抑制しつつ、面積重心Ccに対する、Ceの位置を、列方向にずらすことができるので、部分流路13bの長さの差が小さくなるように配置しやすくできる。 液体吐出ヘッド2は、例えば、以下のようにして作製する。ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層21a、21bとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極24となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を充填する。
ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、その後有機金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極25を印刷して、焼成した後、Agペーストを用いて接続電極26を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータ基板21を作製する。
次に、流路部材4を、圧延法等により得られプレート4a〜lを、接着層を介して積層して作製する。プレート4a〜lに、マニホールド5、個別供給流路14、加圧室10部分流路13bおよび吐出孔8などとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。
これらプレート4a〜lは、Fe―Cr系、Fe−Ni系、WC−TiC系の群から選ばれる少なくとも1種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Fe−Cr系がより好ましい。
圧電アクチュエータ基板21と流路部材4とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ基板21や流路部材4への影響をおよぼさないために、熱硬化温度が100〜150℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ基板21と流路部材4とを加熱接合することができる。接合した後、共通電極24と個別電極25との間に電圧を加え、圧電セラミック層21bを厚み方向に分極する。
次に圧電アクチュエータ基板21と制御回路100とを電気的に接続するために、接続電極26に銀ペーストを供給し、あらかじめドライバICを実装した信号伝達部92であるFPCを載置し、熱を加えて銀ペーストを硬化させて電気的に接続させる。なお、ドライバICの実装は、FPCに半田で電気的にフリップチップ接続した後、半田周囲に保護樹脂を供給して硬化させた。
部分流路13bの基本的な構造は図6に示したもので、C3からC1達にするまでの平面方向の移動のさせ方を異ならせた部分流路13bを持つ液体吐出ヘッド2を作製して、部分流路13bの形状と吐出方向の関係を確認した。各評価で共通の部分流路13bの構造は、L=900μm、W=135μmである。1つの液体吐出ヘッド2内には、D3の距離(C1とC3との吐出孔面に平行な方向の距離)が、ほぼ0μm(液体吐出ヘッド2の長手方向にはほぼ移動しなく、短手方向に少し移動するもの)から340μmの部分流路13bが存在している。なお、C3とCnとを繋ぐ直線と、列方向との成す角度θ1およびθ2は、75度である。
まず、部分流路13bの、ノズル部側で吐出孔面4−1に直交する形状にされている部分(直交部)の長さを110μm、270μm、410μmと変えたものを作製した。逆に言えば、平面方向へのD3の距離の移動は、この直交部より上側で行なわれるようにした。
D3の距離と測定した着弾位置の位置ずれの関係を図9(a)〜(c)のグラフに示した。D3については、C3からC1(C2)へ向かう方向が液体吐出ヘッド2の長手方向の一方に向かっているか、他方に向かっているかで符号を付けている。着弾位置は、吐出孔面4−1より1mm離れた面に着弾させた場合の位置ずれで評価した。位置ずれは、長手方向へのずれだけを測定し、C3からC1へ向かう方向と同様に符号を付けている。また、Fire1とFire2とは、駆動波形のパルス幅が異なり、Fire2は、Fire1よりパルス幅が長く、吐出する液滴が大きなものである。なお、直交部が110μmの液体吐出ヘッドは、本発明の範囲外のものである。
図9(a)のグラフから、直交部が110μmの液体吐出ヘッド2では、着弾位置のずれる方向は、C3からC2へ向かう方向と一致していて、着弾位置のずれる量は、D3の距離に比例していることが分かる。これに対して、図9(b)の直交部が270μmの液体吐出ヘッド、および図9(c)の直交部が410μmの液体吐出ヘッド2では、着弾位置とD3の値との相関は、ほぼ見られない状態となっている。これにより、部分流路13bのノズル部側に、部分流路13bの平均径W(=135μm)の倍の長さの直交部を設けることで、吐出方向のばらつきを抑制できることが分かった。
続いて、部分流路13bとしてC3からC1までをほぼ直線状に繋いだ形状とした液体吐出ヘッド2を作製した。この液体吐出ヘッド2は、本発明の範囲内のものではないが、D2(部分流路13bのノズル部13aから2Wの距離の位置であるC2とC1との平面方向の距離)の値と着弾位置のずれを評価することで、部分流路13bの、ノズル部側の2Wの領域の方向と吐出孔面との直交性がどの程度必要かが分かる。
評価結果を図10に示す。D2の距離を0.1W(=13.5μm)以下とすることで、着弾位置のずれは、1μm以下なっており、図9(b)(c)のばらつきと同程度以下にできることが分かった。本発明の液体吐出ヘッド2についても同様に、直交部の吐出孔面4−1に対する直交性を、これと同程度以上にすればよいと考えられる。すなわち、部分流路13bのノズル部側から2Wまでの距離の領域における平面方向の移動距離D2を0.1W以下にすれば、着弾位置のずれを十分小さくできる。また、このような着弾位置のずれであれば、1200dpiの印刷を精度よく行なうことができる。
1・・・プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
2a・・・ヘッド本体
4、304、404、505、604・・・流路部材
4a〜l・・・プレート
4−1・・・吐出孔面
4−2・・・加圧室面
5、405、505、605、705、805・・・マニホールド
5a・・・(マニホールドの)開口
5b・・・副マニホールド
6・・・しぼり
8・・・吐出孔
9・・・吐出孔行
10、210、310、410、510、610、710、810・・・加圧室
11・・・加圧室行
12・・・個別流路
13・・・(加圧室と吐出孔とを繋ぐ)流路
13a・・・ノズル部
13b・・・部分流路(ディセンダ)
13ba・・・狭窄部
14・・・個別供給流路
15、715、815・・・隔壁
16、316・・・ダミー加圧室
21・・・圧電アクチュエータ基板
21a・・・圧電セラミック層(振動板)
21b・・・圧電セラミック層
24・・・共通電極
25・・・個別電極
25a・・・個別電極本体
25b・・・引出電極
26・・・接続電極
28・・・共通電極用表面電極
30・・・変位素子(加圧部)
C1・・・部分流路のノズル部側の端部の面積重心
C2・・・部分流路のノズル部側から2Wの位置の面積重心
C3・・・部分流路の加圧室側の端部の面積重心
Cc・・・加圧室の面積重心
Ce・・・第1の接続端部の位置
Cn・・・吐出孔の面積重心
Ct・・・第2の接続端部の位置
XE・・・加圧室に対する第1の接続端部の相対位置
XN・・・加圧室に対する吐出孔の相対位置
XT・・・加圧室に対する第2の接続端部の相対位置
本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを構成する流路部材および圧電アクチュエータの平面図である。 図2の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図2の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図3のV−V線に沿った縦断面図である。 図5の一部を拡大した断面図である。 図4の一部を拡大した平面図である。 本発明の他の実施形態の液体吐出ヘッドの拡大平面図である。 (a)〜(c)は、部分流路の形状と着弾位置の関係を示すグラフである。 部分流路の形状と着弾位置の関係を示すグラフである。 本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の部分平面図である。 図11の流路部材の一部の模式的な平面図である。 本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の一部の模式的な平面図である。 (a)〜(c)は、本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の平面図である。 本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の模式的な部分平面図である。 本発明の他の液体吐出ヘッドに用いられる流路部材の模式的な部分平面図である。
発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタについて説明する。カラーインクジェットプリンタ(以下、プリンタとする)は、4つの液体吐出ヘッド2を有している。これらの液体吐出ヘッド2は、印刷用紙の搬送方向に沿って並べられ、プリンタに固定されている液体吐出ヘッド2は、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。
プリンタには、印刷用紙の搬送経路に沿って、給紙ユニット、搬送ユニットおよび紙受け部が順に設けられている。また、プリンタには、液体吐出ヘッド2や給紙ユニットなどのプリンタの各部における動作を制御するための制御部が設けられている。
給紙ユニットは、複数枚の印刷用紙を収容することができる用紙収容ケースと、給紙ローラとを有している。給紙ローラは、用紙収容ケースに積層して収容された印刷用紙のうち、最も上にある印刷用紙を1枚ずつ送り出すことができる。
給紙ユニットと搬送ユニットとの間には、印刷用紙の搬送経路に沿って、二対の送りローラが配置されている。給紙ユニットから送り出された印刷用紙は、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニットへと送り出される。
搬送ユニットは、エンドレスの搬送ベルトと2つのベルトローラを有している。搬送ベルトは、ベルトローラに巻き掛けられている。搬送ベルトは、2つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルトは、2つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な2つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら2つの平面のうち、液体吐出ヘッド2に近い方の平面が、印刷用紙を搬送する搬送面である。
ベルトローラに、搬送モータが接続されている。搬送モータは、ベルトローラ回転させることができる。また、ベルトローラは、搬送ベルトに連動して回転することができる。したがって、搬送モータを駆動してベルトローラを回転させることにより、搬送ベルト移動する。
ベルトローラの近傍には、ニップローラとニップ受けローラとが、搬送ベルトを挟むように配置されている。ニップローラは、バネによって下方に付勢されている。ニップローラの下方のニップ受けローラは、下方に付勢されたニップローラを、搬送ベルトを介して受け止めている。2つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルトに連動して回転する。
給紙ユニットから搬送ユニットへと送り出された印刷用紙は、ニップローラと搬送ベルトとの間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙は、搬送ベルトの搬送面に押し付けられ、搬送面上に固着する。そして、印刷用紙は、搬送ベルトの回転に従って、液体吐出ヘッド2が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルトの外周面に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙を搬送面に確実に固着させることができる。
1つの液体吐出ヘッド2に設けられた吐出孔8からは、同じ色の液滴(インク)が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド2には図示しない外部液体タンクから液体が供給される。各液体吐出ヘッド2の吐出孔8は、吐出孔面4−1に開口しており、一方方向(印刷用紙と平行で印刷用紙の搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド2の長手方向)に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド2から吐出される液体の色は、例えば、それぞれ、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。各液体吐出ヘッド2は、液体吐出ヘッド本体13の下面と搬送ベルトの搬送面との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
搬送ベルトによって搬送された印刷用紙は、液体吐出ヘッド2と搬送ベルトとの間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド2を構成するヘッド本体2aから印刷用紙の上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙の上面には、制御部によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
搬送ユニットと紙受け部との間には、剥離プレートと二対の送りローラが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙は、搬送ベルトによって剥離プレートへと搬送される。このとき、印刷用紙は、剥離プレート端によって、搬送面から剥離される。そして、印刷用紙は、送りローラによって、紙受け部に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙が順次紙受け部に送られ、紙受け部に重ねられる。
なお、印刷用紙の搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド2とニップローラとの間には、紙面センサが設置されている。紙面センサは、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙の先端位置を検出することができる。紙面センサによる検出結果は制御部に送られる。制御部は、紙面センサから送られた検出結果により、印刷用紙の搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド2や搬送モータ等を制御することができる。
加圧室行11をどのように並べるかによらず、流路部材4を平面視したとき、1つの加圧室行11に属する加圧室10が、隣接する加圧室行11に属する加圧室10と、液体吐出ヘッド2の長手方向において、重ならないように配置することにより、クロストークを抑制できる。一方、加圧室行11の間の距離を離すと、液体吐出ヘッド2の幅が大きくなるので、プリンタに対する液体吐出ヘッド2の設置角度の精度や、複数の液体吐出ヘッド2を使用する際の、液体吐出ヘッド2の相対位置の精度が印刷結果に与える影響が大きくなる。そこで、隔壁15の幅を副マニホールド5bよりも小さくすることで、それらの精度が印刷結果に与える影響を少なくできる。
圧電アクチュエータ基板21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極24およびとAu系などの金属材料からなる個別電極25を有している。個別電極25は上述のように圧電アクチュエータ基板21の上面における加圧室10と対向する位置に配置されている個別電極本体25aと、そこから引き出された引出電極25bとを含んでいる。引出電極25b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26が形成されている。接続電極26は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが15μm程度で凸状に形成されている。また、接続電極26は、信号伝達部92に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極25には、制御部から信号伝達部92を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体の搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
多数の個別電極25は、個別に電位を制御することができるように、それぞれが信号伝達部92および配線を介して、個別に制御部に電気的に接続されている。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21b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21b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21a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21bと圧電セラミック層21a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。
また、加圧室610が、各加圧室群内で、第1の方向である方向に略直交(90±10度以内)する第2の方向である列方向に沿って配置されている場合、2つの加圧室群では、加圧室列が第1の方向にずらして配置すれば、加圧室群によって、Ceの位置を異ならせることができるので、部分流路の長さの差を小さくすることができる。
2・・・液体吐出ヘッド
2a・・・ヘッド本体
4、304、404、505、604・・・流路部材
4a〜l・・・プレート
4−1・・・吐出孔面
4−2・・・加圧室面
5、405、505、605、705、805・・・マニホールド
5a・・・(マニホールドの)開口
5b・・・副マニホールド
6・・・しぼり
8・・・吐出孔
9・・・吐出孔行
10、210、310、410、510、610、710、810・・・加圧室
11・・・加圧室行
12・・・個別流路
13・・・(加圧室と吐出孔とを繋ぐ)流路
13a・・・ノズル部
13b・・・部分流路(ディセンダ)
13ba・・・狭窄部
14・・・個別供給流路
15、715、815・・・隔壁
16、316・・・ダミー加圧室
21・・・圧電アクチュエータ基板
21a・・・圧電セラミック層(振動板)
21b・・・圧電セラミック層
24・・・共通電極
25・・・個別電極
25a・・・個別電極本体
25b・・・引出電極
26・・・接続電極
28・・・共通電極用表面電極
30・・・変位素子(加圧部)
C1・・・部分流路のノズル部側の端部の面積重心
C2・・・部分流路のノズル部側から2Wの位置の面積重心
C3・・・部分流路の加圧室側の端部の面積重心
Cc・・・加圧室の面積重心
Ce・・・第1の接続端部の位置
Cn・・・吐出孔の面積重心
Ct・・・第2の接続端部の位置
XE・・・加圧室に対する第1の接続端部の相対位置
XN・・・加圧室に対する吐出孔の相対位置
XT・・・加圧室に対する第2の接続端部の相対位置
本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、該複数の吐出孔が開口している吐出孔面、複数の加圧室、および前記複数の吐出孔と前記複数の加圧室とをそれぞれ繋いでいる複数の流路を備えている流路部材と、前記加圧室内の液体を加圧する加圧部とを備えている液体吐出ヘッドであって、複数の前記吐出孔は、前記吐出孔が、解像度の方向である一方方向に連なっている複数の吐出孔行を構成しており、前記流路は、前記吐出孔側の端部で断面が狭くなっているノズル部と、該ノズル部を除いた部分流路とからなっており、該部分流路は、前記部分流路の前記吐出孔面と平行な平均径をW[μm]、前記部分流路の前記ノズル部側における前記吐出孔面と平行な断面の面積重心をC1、前記部分流路の前記ノズル部側から前記吐出孔面に直交する方向に2W[μm]の位置における前記吐出孔面に平行な断面の面積重心をC2、前記部分流路の前記加圧室側における前記吐出孔面と平行な断面の面積重心をC3、C1とC3とを結んだ直線と、前記ノズル部側から前記吐出孔面に直交する方向に2W[μm]の位置における前記吐出孔面と平行な平面との交点をCmとするとき、前記吐出孔面に平行な方向におけるCmとC1との距離が0.1W[μm]より大きく、かつC2とC1との距離が0.1W[μm]以下であり、複数の前記部分流路の中には、前記吐出孔の開口の面積重心であるCnとC3とを繋ぐ直線と、前記一方方向に直交する方向との成す角度θが異なるものが存在することを特徴とする。
また、本発明の記録装置は、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、前記複数の加圧部を制御する制御部を備えていることを特徴とする。
W[μm]は、部分流路13bの平均径(詳細には、吐出孔面4−1と平行な断面の径)である。断面形状が円形でない場合、同じ面積を持つ円の直径を径とすればよい。より具体的には、部分流路13bの体積(μm)を、部分流路13bの吐出孔面4−1に直交する方向の長さL[μm]で割って断面積を算出して、その断面積に等しい面積の円の直径[μm]の値をWとすればよい。また、ここで、Wは、主に部分流路13bのノズル部13a側の形状を規定するためのものであるので、部分流路13bが、断面積の著しく異なるものを繋げて構成されている場合(例えば、径で2倍上異なり、断面積で4倍以上異なるような場合)、ノズル部13a側の端部の開口径を用いてもよい。
本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、該複数の吐出孔が開口している吐出孔面、複数の加圧室、および前記複数の吐出孔と前記複数の加圧室とをそれぞれ繋いでいる複数の流路を備えている流路部材と、前記加圧室内の液体を加圧する加圧部とを備えている液体吐出ヘッドであって、複数の前記吐出孔は、前記吐出孔が、等間隔で配置されている方向である一方方向に連なっている複数の吐出孔行を構成しており、前記流路は、前記吐出孔面に最も近い、前記吐出孔面と略平行な面を境界にして断面が狭くなっているノズル部と、該ノズル部を除いた部分流路とからなっており、該部分流路は、前記部分流路の前記吐出孔面と平行な平均径をW[μm]、前記部分流路の前記ノズル部側における前記吐出孔面と平行な断面の面積重心をC1、前記部分流路の前記ノズル部側から前記吐出孔面に直交する方向に2W[μm]の位置における前記吐出孔面に平行な断面の面積重心をC2、前記部分流路の前記加圧室側における前記吐出孔面と平行な断面の面積重心をC3、C1とC3とを結んだ直線と、前記ノズル部側から前記吐出孔面に直交する方向に2W[μm]の位置における前記吐出孔面と平行な平面との交点をCmとするとき、前記吐出孔面に平行な方向におけるCmとC1との距離が0.1W[μm]より大きく、かつC2とC1との距離が0.1W[μm]以下であり、複数の前記部分流路の中には、前記吐出孔の開口の面積重心であるCnとC3とを繋ぐ直線と、前記一方方向に直交する方向との成す角度θが異なるものが存在し、前記部分流路には、角度θが前記一方方向に直交する方向に対して片側に45度以上傾いている第1部分流路、および角度θが前記一方方向に直交する方向に対して、前記第1部分流路とは反対側に45度以上傾いている第2部分流路が存在することを特徴とする。
また、本発明の記録装置は、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、前記複数の加圧部を制御する制御部を備えていることを特徴とする。

Claims (22)

  1. 一つまたは複数の吐出孔、該吐出孔が開口している吐出孔面、一つまたは複数の加圧室、および前記吐出孔と前記加圧室とを繋いでいる一つまたは複数の流路を備えている流路部材と、前記加圧室内の液体を加圧する加圧部とを備えている液体吐出ヘッドであって、
    前記流路は、前記吐出孔側で断面が狭くなっているノズル部と、該ノズル部を除いた部分流路とを含んでおり、
    該部分流路は、前記部分流路の平均径をW[μm]、前記部分流路の前記ノズル部側における前記吐出孔面と平行な断面の面積重心をC1、前記部分流路の前記ノズル部側から前記吐出孔面に直交する方向に2W[μm]の位置における前記吐出孔面に平行な断面の面積重心をC2、前記部分流路の前記加圧室側における前記吐出孔面と平行な断面の面積重心をC3、C1とC3とを結んだ直線と、前記ノズル部側から前記吐出孔面に直交する方向に2W[μm]の位置における前記吐出孔面と平行な平面との交点をCmとするとき、
    前記吐出孔面に平行な方向におけるCmとC1との距離が0.1W[μm]より大きく、かつC2とC1との距離が0.1W[μm]以下であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記流路部材は、前記吐出孔、前記加圧室、および前記流路をそれぞれ複数備えているとともに、平板状であり、
    複数の前記吐出孔は、前記吐出孔が一方方向に連なっている複数の吐出孔行を構成しており、
    複数の前記加圧室は、前記加圧室が前記一方方向と交差する方向である列方向に連なっている複数の加圧室列を構成しており、
    前記流路部材を平面視したとき、
    前記吐出孔の開口の面積重心であるCnとC3とを繋ぐ直線と、前記列方向との成す角度θが45度以上である前記部分流路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. 前記流路部材を平面視したとき、複数の前記加圧室の平面形状の面積重心が格子状に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記吐出孔面に平行な方向におけるC3とC1との距離が2W[μm]以上である前記部分流路が存在することを特徴とする請求項2または3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記部分流路の、前記ノズル部側から前記吐出孔面に直交する方向に2W[μm]の位置までの間に狭窄部を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記流路部材は、前記吐出孔、前記加圧室、および前記流路をそれぞれ複数備えているとともに、平板状であり、
    複数の前記吐出孔は、前記吐出孔が一方方向に連なっている複数の吐出孔行を構成しており、
    複数の前記加圧室は、記加圧室が前記一方方向に連なっている複数の加圧室行を構成しており、
    前記吐出孔面に平行な方向におけるCmとC1との距離が0.1W[μm]より大きく、かつC2とC1との距離が0.1W[μm]以下である条件を満たしている前記部分流路に繋がっている前記加圧室における、当該加圧室の平面形状の面積重心から当該部分流路のC3に向う方向と、当該部分流路のC3からC1に向う方向とは、前記一方方向における一方の端を向いているか他方の端を向いているかが一致していることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  7. 複数の吐出孔、および該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室を備えている、平板状で第1の方向に長い流路部材と、前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを備えている液体吐出ヘッドであって、
    前記流路部材を平面視したとき、
    前記複数の加圧室は、一方方向に長く、該一方方向の両端部のうち一方の第1の接続端部でそれぞれ前記複数の吐出孔と繋がっており、
    前記流路部材における前記第1の方向の一方の端を一端、他方の端を他端とし、前記加圧室の面積重心に対する、当該加圧室の前記第1の接続端部の、前記第1の方向において前記一端側を正とした場合の相対位置をXE[mm]とし、前記加圧室の面積重心に対する、当該加圧室に繋がっている前記吐出孔の、前記第1の方向において前記一端側を正とした場合の相対位置をXN[mm]とした場合、
    前記複数の加圧室は、XN[mm]の値が、3つ以上の異なる値を有する加圧室を含んでおり、
    前記複数の加圧室のうちXN[mm]の最大値XNmax[mm]が正であり、XE[mm]が正である加圧室と、
    前記複数の加圧室のうちXN[mm]の最小値XNmin[mm]が負であり、XE[mm]が負である加圧室とを有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
  8. 前記複数の加圧室の平面形状は、前記一方方向の前記第1の接続端部側で、当該第1の接続端部に向かって幅が狭くなっ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. 前記流路部材を平面視したとき、
    前記吐出孔の開口の面積重心をCnとし、前記加圧室と前記吐出孔とを繋いでいる部分流路の前記加圧室側における開口形状の面積重心をC3とするとき
    前記複数の加圧室が、前記第1の方向に交差する方向である列方向に沿っている複数の列上に配置されており、
    XN[mm]の値がXNmax[mm]である前記加圧室は、当該加圧室に繋がっているCnとC3とを繋ぐ直線と、前記列方向との成す角度θが45度以上であり、
    XN[mm]の値がXNmin[mm]である前記加圧室は、当該加圧室に繋がっているCnとC3とを繋ぐ直線と、前記列方向との成す角度θが45度以上であることを特徴とする請求項7または8に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記流路部材を平面視したとき、
    XE[mm]が正である前記加圧室は、XN[mm]がXNmin+(XNmax−XNmin)/3[mm]〜XNmax[mm]の範囲内であり、
    XE[mm]が負である前記加圧室は、XN[mm]がXNmin[mm]〜XNmax−(XNmax−XNmin)/3[mm]の範囲内であることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  11. 前記流路部材を平面視したとき、
    前記複数の加圧室のXE[mm]が、XNmin/2[mm]〜XNmax/2[mm]の範囲内であり、
    XE[mm]が正である前記加圧室は、XN[mm]がXNmin+(XNmax−XNmin)/12[mm]〜XE−(XNmax−XNmin)/12[mm]およびXE+(XNmax−XNmin)/12[mm]〜XNmax[mm]のいずれかの範囲内であり、
    XE[mm]が負である前記加圧室は、XN[mm]がXNmin[mm]〜XE−(XNmax−XNmin)/12[mm]およびXE+(XNmax−XNmin)/12[mm]〜XNmax−(XNmax−XNmin)/12[mm]のいずれかの範囲内であることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  12. 前記流路部材が、前記複数の加圧室に繋がっている1つまたは複数の共通流路を備えており、
    前記複数の加圧室は、前記一方方向の両端部のうち他方の第2の接続端部で前記共通流路と繋がっており、
    前記流路部材を平面視したとき、
    前記加圧室の面積重心に対する、当該加圧室における前記共通流路と繋がっている部位の、前記第1の方向において前記一端側を正とした場合の相対位置をXT[mm]とした場合、
    XE[mm]が正である前記加圧室は、XT[mm]が負であり、XE[mm]が負である前記加圧室は、XT[mm]が正であることを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  13. 前記複数の加圧室の平面形状は、前記一方方向の前記第2の接続端部側で、前記第2の接続端部に向かって幅が狭くなっていることを特徴とする請求項12に記載の液体吐出ヘッド。
  14. 前記流路部材を平面視したとき、
    前記複数の加圧室が、前記第1の方向に沿っている複数の行上および前記第1の方向に交差する方向である列方向に沿っている複数の列上に配置されており、
    前記第1の方向に直交する第2の方向に対して、それぞれの前記加圧室における前記一方方向が傾いている方向を、加圧室の傾き方向とするとき、
    1つの前記行内では、前記加圧室の傾き方向が一致しており、
    前記複数の行には、前記加圧室の傾き方向が異なる行が含まれており、
    隣り合っている2行の前記加圧室の行において、前記加圧室の傾き方向が異なっている前記行の間の距離が、前記加圧室の傾き方向が一致している前記行の間の距離より大きいことを特徴とする請求項12または13に記載の液体吐出ヘッド。
  15. 前記流路部材を平面視したとき、
    前記行を複数含む2つ加圧室群が、前記列方向に離間して配置されているとともに、1つの前記加圧室群内では、前記加圧室の傾き方向が同じであり、2つ前記加圧室群では、前記加圧室の傾き方向が異なることを特徴とする請求項14に記載の液体吐出ヘッド。
  16. 前記流路部材を平面視したとき、
    前記共通流路が、前記第1の方向に沿って複数存在するとともに、前記共通流路の両側に1行ずつ配置されている前記加圧室に繋がっており、
    同じ前記共通流路に繋がっている2行の前記加圧室の行では、前記加圧室の傾き方向が異なり、
    異なる前記共通流路に繋がっている2行の前記加圧室の行では、前記加圧室の傾き方向が一致していることを特徴とする請求項14に記載の液体吐出ヘッド。
  17. 前記流路部材を平面視したとき、
    前記複数の加圧室が、前記第1の方向に沿っている複数の行上に配置されているとともに、複数の前記行が並んでいる複数の加圧室群に分かれて配置されており、
    一つの該加圧室群に属している複数の前記加圧室は、前記第1の方向に略直交する方向である第2の方向に沿っている複数の列上に配置されており、
    異なる前記加圧室群では、前記複数の列同士が、前記第1の方向にずれて配置されていることを特徴とする請求項14に記載の液体吐出ヘッド。
  18. 前記流路部材を平面視したとき、
    前記複数の加圧室が、前記第1の方向に沿っている複数の行上に配置されており、隣り合う前記行に属する前記加圧室は、前記第1の方向において、互いに隣り合う前記行に属する前記加圧室の間に千鳥状に配置されており、
    前記共通流路は、前記第1の方向に沿っているとともに、前記共通流路の両側に2行ずつ配置されている前記加圧室に繋がっており、
    前記複数の加圧室は、前記両端部のうち、前記共通流路に近い側で、前記共通流路に繋がっており、
    1つの前記行に属する前記加圧室では、XE[mm]が正であるか負であるかが一致しており、
    前記共通流路に繋がっている4行の前記加圧室の行のうち、内側の2行および外側の2行では、XE[mm]が正であるか負であるかがそれぞれ一致しており、内側の2行と外側の2行とでは、XE[mm]が正であるか負であるかが異なることを特徴とする請求項14に記載の液体吐出ヘッド。
  19. 前記流路部材が、前記複数の加圧室に繋がっている1つまたは複数の共通流路を備えており、
    前記複数の加圧室は、前記一方方向の両端部のうち他方の第2の接続端部で前記共通流路と繋がっており、
    前記流路部材を平面視したとき、
    前記加圧室の面積重心に対する、当該加圧室における前記共通流路と繋がっている部位の、前記第1の方向において前記一端側を正とした場合の相対位置をXT[mm]とした場合、
    前記複数の加圧室が、前記第1の方向に沿っている複数の行上および前記第1の方向に交差する方向である列方向に沿っている複数の列上に配置されており、
    1つの前記行に属する前記加圧室では、XE[mm]が正であるか負であるかが一致しており、隣り合う前記行同士では、XE[mm]が正であるか負であるかが異なり、
    前記加圧室のうち、XE[mm]が正である前記加圧室では、XT[mm]が正であり、XE[mm]が負である前記加圧室では、XT[mm]が負であることを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  20. 前記複数の加圧室の平面形状は、前記一方方向の前記第2の接続端部側で、前記第2の接続端部に向かって幅が狭くなっていることを特徴とする請求項19に記載の液体吐出ヘッド。
  21. 前記複数の加圧室から前記複数の吐出孔までは、それぞれ、前記吐出孔側で断面が狭くなっているノズル部と、該ノズル部を除いた部分流路とを含んでおり、
    該部分流路は、前記部分流路の平均径をW[μm]、前記部分流路の前記ノズル部側における前記流路部材と平行な断面の面積重心をC1、前記部分流路の前記ノズル部側から前記流路部材に直交する方向に2W[μm]の位置における前記流路部材に平行な断面の面積重心をC2、前記部分流路の前記加圧室側における前記流路部材と平行な断面の面積重心をC3、C1とC3とを結んだ直線と、前記ノズル部側から前記流路部材に直交する方向に2W[μm]の位置における前記吐出孔面と平行な平面との交点をCmとするとき、
    CmとC1との前記流路部材に平行な方向の距離が0.1W[μm]より大きく、C2とC1との前記流路部材に平行な方向の距離が0.1W[μm]以下であることを特徴とする請求項7〜20のいずれかに液体吐出ヘッド。
  22. 請求項1〜21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の駆動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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