JPWO2020004324A1 - 液体吐出ヘッド及び記録装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(a)は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッド2(以下で単にヘッドということがある。)を含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタ1(以下で単にプリンタと言うことがある)の概略の側面図であり、図1(b)は、概略の平面図である。プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pを給紙ローラ80Aから回収ローラ80Bへと搬送することにより、印刷用紙Pをヘッド2に対して相対的に移動させる。なお、給紙ローラ80A及び回収ローラ80B並びに後述する各種のローラは、印刷用紙Pとヘッド2とを相対移動させる移動部85を構成している。制御部88は、画像や文字等のデータである印刷データ等に基づいて、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。
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、同一の縦断面に存在するかのように描いている。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。図6は、ヘッド本体2a内の流路の一部を模式的に示す斜視図である。
ヘッド本体2aを構成する第1流路部材4は、平板状の形状を有しており、その厚さは0.5〜2mm程度である。第1流路部材4の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とは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。
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。
第2流路部材6の上面は、金属製の筐体などで塞がれる。信号伝達部60は、例えば筐体に収められた配線基板に電気的に接続される。配線基板と制御部88とは、ケーブルなどで電気的に接続される。信号伝達部60には変位素子50を駆動するドライバICを実装してもよい。ドライバICを、金属製の筐体あるいはその筐体に熱が伝わりやすくしてある部材に接触させることで、ドライバICで発生した熱を外部に放出することができる。
第1流路部材4は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。第1流路部材4の加圧室面4−1側にはプレート4aが配置されており、プレート4aから下には、プレート4b〜4o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と呼び、共通流路の側壁となる孔が形成されているプレート4f、4g、4h、4i、4l及び4mをマニホールドプレート4f、4g、4h、4i、4l及び4mと呼び、吐出孔8が開口しているプレート4oをノズルプレート4o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。
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と吐出孔を繋いでいる部分流路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、部分流路10bは、プレート4b〜4nに形成された孔が重ねられ、さらにノズルプレート4oで(吐出孔8以外の部分を)塞がれて成っている。
圧電アクチュエータ基板40は、圧電体である2枚の圧電セラミック層40a及び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及び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及び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及び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。なお、圧電セラミック層40bは、本実施形態では振動板として働くものであり、直接的に圧電変形はしない。振動板として、圧電性を持たないセラミックスや金属板などを圧電セラミック層40bの代わりに用いてもよい。
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。
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。
第1共通流路20は、吐出する液体を供給するため、断面積は大きい方がよい。循環する液体を流すため、第2共通流路22の断面積も、ある程度は大きい方がよい。他方、共通流路の断面積を大きくすると、ヘッド本体2aの短手方向の幅が大きくなり、吐出孔8が短手方向に分布する範囲も大きくなる。吐出孔8の短手方向の分布範囲が広がると、ヘッド2の設置角度が平面方向に回転するようにずれた際の、印刷精度の低下が大きくなるので望ましくない。
図6に示すように、第1流路部材4は、第1共通流路20と第2共通流路22とを繋いでいるバイパス流路16を有している。既述のように、加圧室10も第1共通流路20と第2共通流路22とを繋いでいる。バイパス流路16は、加圧室10に並列になるように第1共通流路20と第2共通流路22とに繋がれている。なお、図からも理解されるように、ここでの並列は、接続に関しての並列(直列接続・並列接続の並列)であって、空間的な位置関係の並列(同一方向に平行に延びている状態)ではない。また、ここでいうバイパスは、迂回(遠回り)は必ずしも意味せず、ショートカットを含む。すなわち、第1共通流路20からバイパス流路16を経由して第2共通流路22へ至る経路は、第1共通流路20から加圧室10を経由して第2共通流路22へ至る経路よりも短くても構わない。
図7及び図8は、共通流路の流路方向におけるバイパス流路16の接続位置を説明するための平面図である。具体的には、図7は、1つのユニット流路18に関して、第1共通流路20、複数の第1中継流路12及び複数のバイパス流路16を示している。また、図8は、1つのユニット流路18に関して、第2共通流路22、複数の第2中継流路14(より詳細には接続流路14b)及び複数のバイパス流路16を示している。ここでは、1つのユニット流路18に関して述べるが、他のユニット流路18についても同様とされてよい。
複数のバイパス流路16は、例えば、概略、第1共通流路20及び第2共通流路22の側方両側にて、これらの共通流路の流路方向に沿って配列されており、合計2行の流路行17Aを構成している。各流路行17Aにおいて、複数のバイパス流路16は、互いに同一の形状である。同一の共通流路に接続される流路行17A同士において、バイパス流路16の形状は、例えば、平面視において共通流路の中心線を対称軸として線対称の形状(図示の例)、又は平面視において180°回転対称の形状である。
バイパス流路16の第1共通流路20側の端部は、加圧室10よりも第1共通流路20側のいずれの位置に接続されてもよく、例えば、第1中継流路12のうち最も断面積が狭い部分(絞り)よりも第1共通流路20側の位置に接続されてよい。図示の例では、バイパス流路16は、第1共通流路20に直接に接続されている。
バイパス流路16の形状は、適宜に設定されてよい。例えば、バイパス流路16は、その全体が直線状であってもよいし、一部又は全部に屈曲又は湾曲する部分を有していてもよいし、断面積が一定であってもよいし、断面積が変化してもよい。
バイパス流路16の流路抵抗は適宜に設定されてよい。例えば、バイパス流路16の流路抵抗は、第1共通流路20から1つのバイパス流路16を経由して第2共通流路22へ至る流路抵抗が、第1共通流路20から2つの加圧室10を経由して第2共通流路22へ至る流路抵抗の1/4倍以上4倍以下又は1/2倍以上2倍以下となるように設定されてよい。なお、確認的に記載すると、前者の流路抵抗は、1つの接続流路14bの流路抵抗を含む。後者の流路抵抗は、2つの第1中継流路12の流路抵抗及び2つの第2中継流路14(2つの個別流路14a及び1つの接続流路14b)の流路抵抗を含む。
2・・・液体吐出ヘッド
2a・・・ヘッド本体
4・・・(第1)流路部材
4a〜o・・・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中継流路
14・・・第2中継流路
14a・・・個別流路
14aa・・・(個別流路の)第1部位
14ab・・・(個別流路の)第2部位
14b・・・接続流路
16・・・バイパス流路
16a・・・第1共通側部位
16b・・・中間部
16c・・・第2共通側部位
17A…流路行
18・・・ユニット流路
20・・・第1共通流路
20a・・・第1共通流路本体
20b・・・(第1共通流路の)開口
20e・・・第1接続領域
20f・・・第1非接続領域
20h、20h−A、20h−B・・・第1開口
22・・・第2共通流路
22a・・・第2共通流路本体
22b・・・(第2共通流路の)開口
22e・・・第2接続領域
22f・・・第2非接続領域
22h、22h−A、22h−B・・・第2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
28A、B・・・ダンパ
29A、B・・・ダンパ室
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
D1・・・第1方向
D2・・・第2方向
D3・・・第3方向
D4・・・第4方向
P・・・印刷用紙
Claims (16)
- 複数の吐出孔、該複数の吐出孔に個別に繋がっている複数の加圧室、該複数の加圧室に繋がっている第1共通流路、及び前記複数の加圧室に繋がっている第2共通流路を有している流路部材と、
前記複数の加圧室を個別に加圧する複数の加圧部と、
を有しており、
前記第1共通流路には、前記複数の加圧室に繋がっている複数の第1開口が開口しており、該第1共通流路は、前記複数の第1開口の該第1共通流路の流路方向における分布範囲である第1接続領域を有しており、
前記第2共通流路には、前記複数の加圧室に繋がっている複数の第2開口が開口しており、該第2共通流路は、前記複数の第2開口の該第2共通流路の流路方向における分布範囲である第2接続領域を有しており、
前記流路部材は、前記複数の加圧室とは並列に前記第1接続領域と前記第2接続領域とに繋がれているバイパス流路を更に有している
液体吐出ヘッド。 - 前記流路部材は、前記第1共通流路の流路方向に沿って規則的に並んでいる複数の前記バイパス流路を有している
請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記流路部材は、前記複数の加圧室と前記複数の第2開口とを繋いでいる複数の中継流路を有しており、
前記バイパス流路は、前記複数の中継流路の少なくとも1つの中継流路に接続されて、該少なくとも1つの中継流路を介して前記第2接続領域に繋がっている
請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記中継流路は、
前記複数の加圧室に個別に繋がっている複数の個別流路と、
前記複数の個別流路のうちの2つ以上と、前記第2接続領域とを繋いでいる、前記複数の個別流路よりも数が少ない複数の接続流路と、を有しており、
前記バイパス流路は、前記複数の接続流路の少なくとも1つの接続流路に接続されて、該少なくとも1つの接続流路を介して前記第2接続領域に繋がっている
請求項3に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記接続流路の上流側の端部に前記複数の個別流路が接続され、前記接続流路の下流側の端部に前記第2共通流路が接続されており、
前記バイパス流路は前記接続流路における前記複数の個別流路の接続位置に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記接続流路における前記複数の個別流路の接続位置から当該複数の個別流路のそれぞれに接続された各吐出孔までの距離は等しいことを特徴とする請求項5に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1共通流路は、前記第2共通流路に対して、前記吐出孔の開口方向の一方側に重なっており、
前記バイパス流路は、該バイパス流路に繋がっている前記中継流路に対して前記開口方向の前記一方側に重なっている
請求項3〜6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記流路部材は、前記第1共通流路の流路方向において、所定数の前記加圧室につき1つの割合で前記バイパス流路が配置されるピッチで前記複数の加圧室及び複数の前記バイパス流路を有しており、
前記第1共通流路から1つの前記バイパス流路を経由して前記第2共通流路へ至る経路の流路抵抗は、前記第1共通流路から前記所定数の加圧室を経由して前記第2共通流路へ至る経路の流路抵抗の1/2倍以上2倍以下である
請求項1〜7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記バイパス流路は、
前記第1接続領域に接続されている第1構成部と、
前記第1構成部に接続されて、前記第1構成部を介して前記第1接続領域と繋がっている第2構成部と、を有しており、
前記第2構成部の単位長さ当たりの流路抵抗が、前記第1構成部の単位長さ当たりの流路抵抗よりも大きい
請求項1〜8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記流路部材は、前記複数の吐出孔、前記複数の加圧室、前記第1共通流路、前記第2共通流路及び前記バイパス流路の組み合わせをそれぞれ含んでいる複数のユニット流路を有している
請求項1〜9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記複数のユニット流路それぞれは、前記複数の吐出孔が配列されて構成された吐出孔行を有しており、
複数の前記吐出孔行は互いに並列であり、
各吐出孔行は、前記複数の吐出孔行に交差する方向に見て、他の前記吐出孔行の前記複数の吐出孔の間となる位置に前記複数の吐出孔を有している
請求項10に記載の液体吐出ヘッド。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動部と、
を有している記録装置。 - 前記移動部が前記液体吐出ヘッドと記録媒体とを前記交差する方向に相対移動させる
請求項11を引用する請求項12に記載の記録装置。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドと、
当該液体吐出ヘッドが収容されているヘッド室と、
制御部と、
を有しており、
前記制御部は、前記ヘッド室内の温度、湿度および気圧のうち少なくとも1つを制御する
記録装置。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドと、
記録媒体にコーティング剤を塗布する塗布機と、
を有している記録装置。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドと、
記録媒体を乾燥させる乾燥機と、
を有している記録装置。
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