WO2018181024A1 - 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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Definitions
- the present disclosure relates to a liquid discharge head and a recording apparatus using the same.
- a print head for example, a liquid discharge head that performs various types of printing by discharging a liquid onto a recording medium is known.
- the liquid discharge head for example, a large number of discharge holes for discharging liquid are two-dimensionally expanded. Printing is performed by the liquid ejected from each ejection hole being landed on the recording medium side by side (see, for example, Patent Document 1).
- the liquid ejection head according to the present disclosure is a liquid ejection head having a plurality of ejection holes for ejecting liquid.
- the plurality of ejection holes are arranged in n rows substantially parallel to each other.
- the belonging row which is the row in which the discharge hole located at the xth position in the second direction, which is the direction in which the n-th row extends, is represented as y (x), and the second row
- the discharge row pair of the discharge hole located at the xth position in the direction and the discharge hole located at the (x + 1) th position is defined as the xth pair
- the discharge hole position located at the xth position in the second direction belongs to The row y (x + 1) to which the ejection hole located x + 1 in the second direction with respect to the row y (x)
- the difference y (x + 1) ⁇ y (x) is expressed as an x-th pair-to-pair line difference dy (x)
- the discharge hole pair has a long distance in which the absolute value of the line-to-line difference is not less than a predetermined value.
- the recording apparatus includes the liquid discharge head, a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head, and a control unit that controls the liquid discharge head.
- FIG. 3 is a side view of a recording apparatus including a liquid ejection head according to an embodiment of the present disclosure.
- 2 is a plan view of a recording apparatus including a liquid ejection head according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. FIG. 6 is an enlarged plan view illustrating a portion to which one liquid ejection head is attached in a recording apparatus including the liquid ejection head according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a plan view of a head body that is a main part of the liquid ejection head of FIG. 1.
- FIG. 5 is a plan view excluding a second flow path member from FIG. 4.
- FIG. 6 is an enlarged plan view of a part of FIG. 5.
- FIG. 7 is an enlarged plan view of a part of FIG. 6.
- FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view of the head body taken along line VV in FIG. 7. It is a longitudinal cross-sectional view of the other part of a head main body. This is the arrangement of the discharge holes. It is arrangement
- FIG. 1 is a schematic side view of a color inkjet printer 1 (hereinafter sometimes simply referred to as a printer) that is a recording apparatus including a liquid ejection head 2 according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. FIG. The printer 1 moves the print paper P relative to the liquid ejection head 2 by transporting the print paper P as a recording medium from the transport roller 80 ⁇ / b> A to the transport roller 80 ⁇ / b> B.
- the control unit 88 controls the liquid ejection head 2 based on print data that is data such as images and characters, ejects liquid toward the printing paper P, and causes droplets to land on the printing paper P. Then, recording such as printing is performed on the printing paper P.
- the liquid discharge head 2 is fixed to the printer 1, and the printer 1 is a so-called line printer.
- the liquid ejection head 2 is moved by reciprocating in a direction intersecting the transport direction of the printing paper P, for example, in a substantially orthogonal direction, and droplets are ejected in the middle.
- serial printer in which the operation and the conveyance of the printing paper P are alternately performed.
- the printer 1 is fixed with four flat head-mounted frames 70 (hereinafter sometimes simply referred to as frames) so as to be substantially parallel to the printing paper P.
- Each frame 70 is provided with five holes (not shown), and the five liquid ejection heads 2 are mounted in the respective hole portions.
- the five liquid ejection heads 2 mounted on one frame 70 constitute one head group 72.
- the printer 1 has four head groups 72 and a total of 20 liquid discharge heads 2 are mounted.
- the liquid discharge head 2 mounted on the frame 70 is configured such that the portion that discharges the liquid faces the printing paper P.
- the distance between the liquid ejection head 2 and the printing paper P is, for example, about 0.5 to 20 mm.
- the 20 liquid discharge heads 2 may be directly connected to the control unit 88, or may be connected via a distribution unit that distributes print data therebetween.
- the control unit 88 may send the print data to one distribution unit, and one distribution unit may distribute the print data to the 20 liquid ejection heads 2.
- the control unit 88 distributes the print data to four distribution units corresponding to the four head groups 72, and each distribution unit distributes the print data to the five liquid ejection heads 2 in the corresponding head group 72. May be.
- the liquid discharge head 2 has a long and narrow shape in the direction from the front to the back in FIG. 1 and in the vertical direction in FIG.
- the three liquid ejection heads 2 are arranged along a direction that intersects the conveyance direction of the printing paper P, for example, a substantially orthogonal direction, and the other two liquid ejection heads 2 are conveyed.
- One of the three liquid ejection heads 2 is arranged at a position shifted along the direction.
- the liquid ejection heads 2 are arranged in a staggered manner.
- the liquid discharge heads 2 are arranged so that the printable range of each liquid discharge head 2 is connected in the width direction of the print paper P, that is, in the direction intersecting the transport direction of the print paper P, or the ends overlap. Thus, printing without gaps in the width direction of the printing paper P is possible.
- the four head groups 72 are arranged along the conveyance direction of the printing paper P.
- a liquid, for example, ink is supplied to each liquid discharge head 2 from a liquid supply tank (not shown).
- the liquid discharge heads 2 belonging to one head group 72 are supplied with the same color ink, and the four head groups 72 can print four color inks.
- the colors of ink ejected from each head group 72 are, for example, magenta (M), yellow (Y), cyan (C), and black (K).
- M magenta
- Y yellow
- C cyan
- K black
- a color image can be printed by printing such ink under the control of the control unit 88.
- the number of liquid ejection heads 2 mounted on the printer 1 may be one as long as it is a single color and the range that can be printed by one liquid ejection head 2 is printed.
- the number of liquid ejection heads 2 included in the head group 72 and the number of head groups 72 can be changed as appropriate according to the printing target and printing conditions. For example, the number of head groups 72 may be increased in order to perform multicolor printing. Also, if a plurality of head groups 72 that print in the same color are arranged and printed alternately in the transport direction, the transport speed can be increased even if the liquid ejection heads 2 having the same performance are used. Thereby, the printing area per time can be increased. Alternatively, a plurality of head groups 72 for printing in the same color may be prepared and arranged so as to be shifted in a direction crossing the transport direction, so that the resolution in the width direction of the print paper P may be increased.
- a liquid such as a coating agent may be printed uniformly or patterned by the liquid ejection head 2.
- the coating agent for example, when a recording medium that does not easily penetrate liquid is used, a coating agent that forms a liquid receiving layer so that the liquid can be easily fixed can be used.
- the coating agent when using a recording medium that easily penetrates the liquid, the liquid penetration is suppressed so that the liquid bleeds too much or does not mix with another liquid that has landed next. What forms a layer can be used.
- the coating agent may be uniformly applied by an applicator 76 controlled by the controller 88.
- the printer 1 performs printing on the printing paper P that is a recording medium.
- the print paper P is wound around the paper feed roller 80A, and the print paper P sent out from the paper feed roller 80A passes under the liquid ejection head 2 mounted on the frame 70, Thereafter, it passes between the two conveying rollers 82C and is finally collected by the collecting roller 80B.
- the printing paper P is conveyed at a constant speed by rotating the conveyance roller 82 ⁇ / b> C and printed by the liquid ejection head 2.
- the printing paper P sent out from the paper supply roller 80A passes between the two guide rollers 82A and then passes under the applicator 76.
- the applicator 76 applies the above-described coating agent to the printing paper P.
- the printing paper P enters the head chamber 74 in which the frame 70 on which the liquid ejection head 2 is mounted is stored.
- the head chamber 74 is connected to the outside at a part of the portion where the printing paper P enters and exits, but is roughly a space isolated from the outside.
- control factors such as temperature, humidity, and atmospheric pressure are controlled by the control unit 88 and the like as necessary.
- the influence of disturbance can be reduced as compared with the outside where the printer 1 is installed, so that the variation range of the above control factor can be narrower than the outside.
- Five guide rollers 82B are arranged in the head chamber 74, and the printing paper P is conveyed on the guide rollers 82B.
- the five guide rollers 82B are arranged so that the center is convex in the direction in which the frame 70 is arranged when viewed from the side. Accordingly, the printing paper P conveyed on the five guide rollers 82B has an arc shape when viewed from the side surface, and by applying tension to the printing paper P, the printing paper P between the guide rollers 82B. Is stretched to form a flat surface.
- One frame 70 is disposed between the two guide rollers 82B. The angle at which each frame 70 is installed is changed little by little so as to be parallel to the printing paper P conveyed under the frame 70.
- the printing paper P that has come out of the head chamber 74 passes between the two conveying rollers 82C, passes through the dryer 78, passes between the two guide rollers 82D, and is collected by the collecting roller 80B.
- the conveyance speed of the printing paper P is, for example, 100 m / min.
- Each roller may be controlled by the controller 88 or may be manually operated by a person.
- the dryer 78 may sequentially dry by a plurality of drying methods, or may use a plurality of drying methods in combination. Examples of the drying method used in such a case include blowing warm air, irradiating infrared rays, and contacting a heated roller.
- infrared rays in a specific frequency range may be applied so that drying can be performed quickly while reducing damage to the printing paper P.
- the time during which heat is transmitted may be lengthened by transporting the printing paper P along the cylindrical surface of the roller.
- the conveyance range along the cylindrical surface of the roller is preferably 1 ⁇ 4 or more of the cylindrical surface of the roller, and more preferably 1 ⁇ 2 or more of the cylindrical surface of the roller.
- a UV irradiation light source may be arranged instead of or in addition to the dryer 78.
- the UV irradiation light source may be disposed between the frames 70.
- the printer 1 may include a cleaning unit that cleans the liquid discharge head 2.
- the cleaning unit performs cleaning by wiping or capping, for example.
- wiping for example, a surface of a portion where liquid is discharged, for example, a nozzle surface 4-2 described later, is rubbed with a flexible wiper to remove the liquid adhering to the surface.
- the capping cleaning is performed as follows, for example. First, a cap is placed so as to cover a part from which liquid is discharged, for example, a nozzle surface 4-2 (to be described later) (this is called capping), so that the nozzle surface 4-2 and the cap are almost sealed so that a space is formed. Made.
- the recording medium may be a roll-like cloth other than the printing paper P. Further, instead of directly transporting the printing paper P, the printer 1 may transport the transport belt directly and transport the recording medium placed on the transport belt. By doing so, sheets, cut cloth, wood, tiles and the like can be used as the recording medium. Furthermore, a wiring pattern of an electronic device may be printed by discharging a liquid containing conductive particles from the liquid discharge head 2. Still further, the chemical may be produced by discharging a predetermined amount of liquid chemical agent or liquid containing the chemical agent from the liquid discharge head 2 toward the reaction container or the like and reacting.
- a position sensor, a speed sensor, a temperature sensor, and the like may be attached to the printer 1, and the control unit 88 may control each part of the printer 1 according to the state of each part of the printer 1 that can be understood from information from each sensor. .
- the temperature of the liquid discharge head 2, the temperature of the liquid supply tank that supplies the liquid to the liquid discharge head 2, the pressure applied by the liquid supply tank to the liquid discharge head 2, etc. When the ejection characteristics, that is, the ejection amount or ejection speed are affected, the drive signal for ejecting the liquid may be changed according to the information.
- FIG. 3 is an enlarged plan view showing a portion to which one liquid ejection head is attached in a recording apparatus including the liquid ejection head according to an embodiment of the present disclosure.
- the liquid ejection head 2 has a shape in which the dimension in the length direction (direction substantially perpendicular to the conveyance direction of the printing paper P) is larger than the dimension in the width direction (direction perpendicular to the length direction). Notches 21 are provided at both ends in the vertical direction.
- the frame 70 has a plurality of positioning portions 71. The cutout portion 21 of the liquid ejection head 2 is in contact with the positioning portion 71 of the frame 70. In this way, the liquid ejection head 2 is positioned with respect to the frame 70.
- the shape of the cutout portion 21 can be various shapes such as a triangular shape and a rectangular shape.
- the positioning portion 71 can have various shapes such as a columnar shape and a prismatic shape.
- the shapes of the plurality of positioning portions in contact with one liquid discharge head may be different from each other.
- FIG. 4 is a plan view showing a head main body 2a which is a main part of the liquid ejection head 2 shown in FIG.
- FIG. 5 is a plan view showing a state in which the second flow path member 6 is removed from the head main body 2a. 6 and 7 are enlarged plan views of FIG.
- FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view of the head main body 2a taken along the line VV of FIG.
- FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the head body 2 a along the first common flow path 20. However, FIG. 9 also illustrates the signal transmission unit 60 that is not illustrated in FIG. 4.
- FIGS. 4 to 7 a flow path and the like that should be drawn with a broken line below other objects are drawn with a solid line.
- FIG. 4 the flow path in the first flow path member 4 is almost omitted, and only the arrangement of the pressurizing chamber 10 is shown. Further, in FIG. 4, illustration of the notch portions 21 formed at both ends in the longitudinal direction of the second flow path member 6 is also omitted.
- the liquid discharge head 2 may include a metal casing, a driver IC, a wiring board and the like in addition to the head main body 2a.
- the head body 2a includes a first flow path member 4, a second flow path member 6 that supplies liquid to the first flow path member 4, and a piezoelectric actuator in which a displacement element 50 that is a pressurizing unit is built. And a substrate 40.
- the head body 2a has a flat plate shape that is long in one direction, and this direction is sometimes referred to as a longitudinal direction.
- the second flow path member 6 serves as a support member that supports the structure of the head main body 2 a, and the head main body 2 a is fixed to the frame 70 at both ends in the longitudinal direction of the second flow path member 6. Is done.
- the first flow path member 4 constituting the head body 2a has a flat plate shape and a thickness of about 0.5 to 2 mm.
- a number of pressurizing chambers 10 are arranged side by side in the plane direction.
- the discharge hole surface 4-2 which is the second main surface of the first flow path member 4 and on the opposite side of the pressurizing chamber surface 4-1, the discharge holes 8 for discharging the liquid are arranged in the plane direction. Many are arranged side by side. Each discharge hole 8 is connected to the pressurizing chamber 10. In the following description, it is assumed that the pressurizing chamber surface 4-1 is located above the discharge hole surface 4-2.
- first common flow paths 20 and a plurality of second common flow paths 24 are arranged so as to extend along the first direction. Moreover, the 1st common flow path 20 and the 2nd common flow path 24 are located in a line in the 2nd direction which is a direction which cross
- the second direction is the same direction as the longitudinal direction of the head body 2a.
- the direction opposite to the first direction is defined as the third direction, and the direction opposite to the second direction is defined as the fourth direction.
- the pressurizing chambers 10 are arranged along both sides of the first common flow path 20 and constitute one pressurization chamber row 11A, one row on each side.
- the first common flow path 20 and the pressurizing chambers 10 arranged on both sides of the first common flow path 20 are connected via a first individual flow path 12.
- the pressurizing chambers 10 are arranged along both sides of the second common flow path 24, and the pressurizing chamber row 11A is constituted by one row on each side for a total of two rows.
- the second common flow path 24 and the pressurizing chambers 10 arranged on both sides thereof are connected via the second individual flow path 14.
- the first common channel 20 and the second common channel 24 may be collectively referred to as a common channel.
- the pressurizing chambers 10 are arranged side by side on a virtual line, the first common flow path 20 extends along one side of the virtual line, and along the other side of the virtual line.
- the second common flow path 24 extends.
- the virtual line in which the pressurizing chambers 10 are arranged is a straight line, but may be a curved line or a broken line.
- the liquid supplied to the second common flow path 24 flows into the pressurizing chambers 10 arranged along the second common flow path 24, and partly The other liquid is discharged from the discharge hole 8, and the other part of the liquid flows into the first common channel 20 located on the opposite side of the second common channel 24 with respect to the pressurizing chamber 10. It is discharged out of the flow path member 4.
- the second common flow path 24 is disposed on both sides of the first common flow path 20, and the first common flow path 20 includes two rows of pressurizing chambers disposed on both sides of the first common flow path 20. 11A is connected. And the 1st common flow path 20 is arrange
- the first common flow is compared with the case where one first common flow path 20 and one second common flow path 24 are connected to one pressurization chamber row 11A. This is preferable because the number of the channels 20 and the second common channels 24 can be halved.
- the number of the first common flow paths 20 and the second common flow paths 24 is small, the number of pressurizing chambers 10 is increased to increase the printing resolution of the head body 2a.
- the cross section of at least one of the two common flow paths 24 can be enlarged to reduce the difference in the discharge characteristics between the plurality of discharge holes 8, and the size of the head body 2a in the planar direction can be reduced.
- the pressure applied to the portion of the first individual flow path 12 on the first common flow path 20 side connected to the first common flow path 20 is affected by the pressure loss, so that the first individual flow path 12 is added to the first common flow path 20. Varies depending on the position where the two are connected (mainly the position in the first direction).
- the pressure applied to the portion on the second individual flow path 14 side connected to the second common flow path 24 is the position where the second individual flow path 14 is connected to the second common flow path 24 due to the effect of pressure loss (main Depending on the position in the first direction.
- An opening 20a to the outside of the first common channel 20 is arranged at one end in the first direction, and an opening 24a to the outside of the second common channel 24 is in a direction opposite to the first direction.
- the liquid meniscus is held in the discharge hole 8 in a state where the liquid is not discharged. Since the pressure of the liquid is a negative pressure (a state in which the liquid is about to be drawn into the first flow path member 4) in the discharge hole 8, the meniscus can be held in balance with the surface tension of the liquid. Since the surface tension of the liquid tries to reduce the surface area of the liquid, the meniscus can be held if the pressure is small even if it is a positive pressure. If the positive pressure increases, the liquid overflows from the discharge hole 8, and if the negative pressure increases, the liquid is drawn into the first flow path member 4, and the liquid can not be discharged. Therefore, it is necessary to prevent the pressure difference between the discharge hole 8 liquids from becoming too large when the liquid flows from the second common flow path 24 to the first common flow path 20.
- the wall surface on the discharge hole surface 4-2 side of the first common flow path 20 is a first damper 28A.
- One surface of the first damper 28 ⁇ / b> A faces the first common flow path 20, and the other surface faces the damper chamber 29. Due to the presence of the damper chamber 29, the first damper 28A can be deformed, and the volume of the first common flow path 20 can be changed by the deformation.
- the liquid in the pressurizing chamber 10 is pressurized to discharge the liquid, part of the pressure is transmitted to the first common flow path 20 through the liquid.
- the liquid in the first common flow path 20 vibrates, and the vibration is transmitted to the original pressurizing chamber 10 and the other pressurizing chambers 10 to generate fluid crosstalk that fluctuates the discharge characteristics of the liquid.
- the vibration of the liquid in the first common flow path 20 is not easily sustained because the vibration of the first damper 28A vibrates and attenuates due to the vibration of the liquid transmitted to the first common flow path 20. Therefore, the influence of fluid crosstalk can be reduced.
- the first damper 28A also serves to stabilize the supply and discharge of liquid.
- the wall surface on the pressure chamber surface 4-1 side of the second common flow path 24 is a second damper 28B.
- One surface of the second damper 28 ⁇ / b> B faces the second common flow path 24, and the other surface faces the damper chamber 29.
- the second damper 28B can reduce the influence of fluid crosstalk.
- the second damper 28B also serves to stabilize the supply and discharge of liquid.
- the pressurizing chamber 10 is disposed so as to face the pressurizing chamber surface 4-1, extends from the pressurizing chamber main body 10a to the pressurizing chamber main body 10a receiving the pressure from the displacement element 50, and is discharged.
- This is a hollow region including a descender 10b which is a partial flow channel connected to the discharge hole 8 opened on the hole surface 4-2.
- the pressurizing chamber body 10a has a right circular cylinder shape, and the planar shape is a circular shape. Since the planar shape is circular, the displacement amount when the displacement element 50 is deformed with the same force and the volume change of the pressurizing chamber 10 caused by the displacement can be increased.
- the descender 10b has a right circular cylinder shape whose diameter is smaller than that of the pressurizing chamber body 10a, and has a circular cross section. Further, the descender 10b is disposed at a position where it fits in the pressurizing chamber body 10a when viewed from the pressurizing chamber surface 4-1.
- the plurality of pressurizing chambers 10 are arranged in a staggered manner on the pressurizing chamber surface 4-1.
- the plurality of pressurizing chambers 10 constitute a plurality of pressurizing chamber rows 11A along the first direction.
- the pressurizing chambers 10 are arranged at substantially equal intervals.
- the pressurizing chambers 10 belonging to the adjacent pressurizing chamber row 11A are arranged in the first direction so as to be shifted by about half of the interval.
- the pressurizing chamber 10 belonging to a certain pressurizing chamber row 11A is in the first direction with respect to two consecutive pressurizing chambers 10 belonging to the pressurizing chamber row 11A located adjacent to the pressurizing chamber row 11A. It is located at the center.
- pressurizing chambers 10 belonging to every other pressurizing chamber row 11A are arranged along the second direction and constitute the pressurizing chamber row 11B.
- the first common flow path 20 is 51
- the second common flow path 24 is 50
- the pressurizing chamber row 11A is 100 rows.
- a dummy pressurizing chamber row 11D composed of only a dummy pressurizing chamber 10D described later is not included in the number of the pressurizing chamber rows 11A.
- the second common flow paths 24 that are directly connected to only the dummy pressurizing chamber 10D are not included in the number of the second common flow paths 24 described above.
- Each pressurizing chamber row 11A includes 16 pressurizing chambers 10.
- the pressurizing chamber row 11A located at the end in the second direction and the opposite direction includes eight pressurizing chambers 10 and eight dummy pressurizing chambers 10D.
- the number of pressurizing chamber rows 11B is 32.
- the plurality of discharge holes 8 are arranged in a lattice shape along the first direction and the second direction on the discharge hole surface 4-2.
- the plurality of discharge holes 8 constitute a plurality of discharge hole arrays 9A along the first direction.
- the discharge hole row 9A and the pressurizing chamber row 11A are arranged at substantially the same position. Further, the center of gravity of the area of the pressurizing chamber 10 and the discharge hole 8 connected to the pressurizing chamber 10 are shifted from each other in the third direction. Therefore, in this embodiment, the discharge hole column 9A is 100 columns, and the discharge hole row 9B is 32 rows.
- the area center of gravity of the pressurizing chamber body 10a and the discharge hole 8 connected from the pressurizing chamber body 10a are substantially displaced in the first direction or the third direction.
- the descender 10b is disposed at a position displaced in the same direction as the direction in which the discharge hole 8 is displaced with respect to the pressurizing chamber body 10a.
- the side wall of the pressurizing chamber body 10a and the side wall of the descender 10b are disposed so as to be in contact with each other, thereby making it difficult for liquid to stay in the pressurizing chamber body 10a.
- the discharge hole 8 is arranged at the center of the descender 10b.
- the central portion is a region in a circle that is half the diameter of the descender 10b, centered on the center of gravity of the area of the descender 10b.
- the central portion is a region in which a figure having a similar area and a quarter of the area of the descender 10b is arranged so that the area center of gravity of the figure matches the area center of gravity of the descender 10b. is there.
- the connecting portion between the first individual flow path 12 and the pressurizing chamber body 10a is disposed on the opposite side of the descender 10b with respect to the center of gravity of the area of the pressurizing chamber body 10a.
- the second individual flow path 14 is drawn in a planar direction from the surface on the discharge hole surface 4-2 side of the descender 10b and connected to the second common flow path 24.
- the drawing direction is the same as the direction in which the descender 10b is displaced with respect to the pressurizing chamber body 10a.
- the angle formed by the first direction and the second direction is deviated from a right angle. For this reason, the ejection holes 8 belonging to the ejection hole array 9A arranged along the first direction are displaced in the second direction by an angle shifted from the right angle. And since the discharge hole row
- the arrangement of the ejection holes 8 belonging to one ejection hole row 9A is arranged in a straight line along the first direction, and different ejection hole rows 9A print different areas as described above. It is possible to print so as to fill a predetermined range. However, in such an arrangement, a deviation between the direction perpendicular to the second direction and the transport direction that occurs when the liquid ejection head 2 is installed in the printer 1 has a great influence on the printing accuracy. Therefore, in order to print a certain region, it is preferable that liquid ejected from the ejection holes 8 belonging to the plurality of ejection hole arrays 9A is mixed and landed. In order to do so, the discharge holes 8 belonging to the discharge hole row 9A are not arranged on a complete straight line, but are slightly shifted from the straight line.
- the arrangement of the discharge holes 8 is as follows.
- 32 ejection holes 8 are projected in the range of the imaginary straight line R, and the ejection holes 8 are arranged at intervals of 360 dpi in the imaginary straight line R. .
- the ejection holes 8 projected in the virtual straight line R belong to all (16) ejection holes 8 belonging to one ejection hole array 9A and to two ejection hole arrays 9A located on both sides of the ejection hole array 9A.
- Half of the discharge holes 8 (eight).
- the first common flow path 20 and the second common flow path 24 are straight in the range where the discharge holes 8 are arranged in a straight line, and are shifted in parallel between the discharge holes 8 where the straight lines are shifted.
- the flow path resistance is small. Further, since the portion that is shifted in parallel is arranged at a position that does not overlap with the pressurizing chamber 10, it is possible to reduce the variation in discharge characteristics for each pressurizing chamber 10.
- the normal pressure chamber 10 and the dummy pressurization chamber 10D are included in one row at the end in the second direction and the opposite fourth direction, that is, two pressurization chamber rows 11A in total at both ends.
- this pressurizing chamber row 11A may be referred to as a dummy pressurizing chamber row 11D1).
- one row in which only the dummy pressurizing chambers 10D are arranged, that is, two dummy pressurizing chamber rows 11D2 in total at both ends are arranged outside the dummy pressurizing chamber row 11D1.
- the two channels in the second direction and the opposite fourth direction that is, the two channels in total at both ends, have the same shape as the normal first common channel 24, but directly It is not connected to the pressurizing chamber 10 and is connected only to the dummy pressurizing chamber 10D.
- the dummy pressurizing chamber 10D is not used for discharging liquid.
- the pressurization chamber 10 is connected to the second common flow path 24 located at the end, the pressurization chamber 10 connected to the second common flow path 24 is only one row, and the pressurization chambers 10 of the row are The discharge characteristics may be different from those of other pressurizing chambers 10. Therefore, the dummy pressurizing chamber 10D is disposed.
- the basic structure of the flow path connecting the dummy pressurizing chamber 10D and the dummy pressurizing chamber 10D and the common flow path is the pressurizing chamber 10 and the flow path connecting the pressurizing chamber 10 and the common flow path.
- the state of the liquid flowing in the first common channel 20 disposed adjacent to the inner side of the second common channel 24 located at the end. Can be made substantially the same as the other first common flow path 20.
- the first common flow path 20 disposed adjacent to the inner side of the head main body 2a with respect to the second common flow path 24 positioned at the end is disposed adjacent to the inner side of the head main body 2a.
- the discharge characteristics of the pressurizing chamber 10 can be made substantially the same as the discharge characteristics of the other pressurizing chambers 10.
- the corresponding pressurizing hole 8 is not provided in the dummy pressurizing chamber 10D.
- the piezoelectric actuator substrate 40 is not disposed on the upper part of the dummy pressurizing chambers 10D.
- Such a dummy pressurizing chamber 10D is configured by closing the hole of the plate 4b disposed under the plate 4a with the plate 4a, not the plate 4a in which the hole serving as the pressurizing chamber 10 is disposed. Yes.
- the dummy pressurizing chamber 10D may have the same structure as the pressurizing chamber 10 and may not be used for discharging liquid by simply supplying no drive signal.
- the first flow path member 4 is located on the outer side in the second direction of the common flow path group including the first common flow path 20 and the second common flow path 24 and extends in the first direction. It has a path 30.
- the end channel 30 is aligned with the pressurizing chamber surface 4-1, and the opening 30c disposed further outside the opening 20a of the first common channel 20 aligned with the pressurizing chamber surface 4-1. This is a flow path that connects the opening 30 d that is disposed further outside the opening 24 a of the second common flow path 24.
- the head body 2a is controlled to keep the temperature constant. Moreover, since the discharge and the circulation of the liquid become more stable when the viscosity of the liquid is lowered, the temperature is basically set to room temperature or higher. Therefore, it is basically heated, but may be cooled when the environmental temperature is high.
- a heater is provided in the liquid discharge head 2 or the temperature of the liquid to be supplied is adjusted.
- the heat radiation from the end in the longitudinal direction (second direction and fourth direction) of the head body 2a increases, so the center in the second direction
- the temperature of the pressurizing chamber 10 located at the end in the second direction and the fourth direction tends to be lower than the temperature of the liquid in the pressurizing chamber 10 located in the section.
- the end channel 30 is a channel that connects the first integrated channel 22 and the second integrated channel 26.
- the channel resistance of the end channel 30 is smaller than the channel resistance of the first common channel 20 and the second common channel 24, the amount of liquid flowing in the end channel 30 increases, and the end flow A temperature decrease inside the path 30 can be further suppressed.
- the end channel 30 is provided with a wide portion 30a whose width is wider than that of the common channel, and a damper is provided on the pressure chamber side 4-1 of the wide portion 30a. .
- the damper has one surface facing the wide portion 30a and the other surface facing the damper chamber so that it can be deformed.
- the damping capacity of the damper is greatly influenced by the narrowest part where the deformable region is passed. Therefore, by providing a damper facing the wide portion 30a, a damper having a high damping capability can be obtained.
- the width of the wide portion 30a is preferably at least twice the width of the common flow path, particularly at least three times. If the channel resistance becomes too low by providing the wide portion 30a, the channel resistance may be adjusted by providing the narrowed portion 30d.
- the second flow path member 6 is joined to the pressurizing chamber surface 4-1 of the first flow path member 4.
- the second flow path member 6 includes a second integrated flow path 26 that supplies the liquid to the second common flow path 24 and a first integrated flow path 22 that recovers the liquid in the first common flow path 20.
- the thickness of the second flow path member 6 is thicker than that of the first flow path member 4 and is about 5 to 30 mm.
- the second flow path member 6 is joined to a region of the pressure chamber surface 4-1 of the first flow path member 4 where the piezoelectric actuator substrate 40 is not connected. More specifically, the piezoelectric actuator substrate 40 is joined so as to surround it. By doing in this way, it can suppress that a part of discharged liquid adheres to the piezoelectric actuator board
- the first flow path member 4 is fixed on the outer periphery, it is possible to suppress the first flow path member 4 from vibrating due to the driving of the displacement element 50 and causing resonance or the like.
- a through hole 6 a penetrating up and down the second flow path member 6 is disposed at the center of the second flow path member 6.
- the through hole 6 a is passed through a signal transmission unit 60 such as an FPC (Flexible Printed Circuit) that transmits a drive signal for driving the piezoelectric actuator substrate 40.
- a signal transmission unit 60 such as an FPC (Flexible Printed Circuit) that transmits a drive signal for driving the piezoelectric actuator substrate 40.
- the cross-sectional area of the first integrated flow path 22 is increased. Accordingly, a difference in pressure loss due to a difference in position where the first integrated flow path 22 and the first common flow path 20 are connected can be reduced.
- the flow resistance of the first integrated flow path 22 (more precisely, the flow resistance of the first integrated flow path 22 that is connected to the first common flow path 20) is It is preferable to make it 1/100 or less.
- the cross-sectional area of the second integrated flow path 26 is increased. Accordingly, the difference in pressure loss due to the difference in the position where the second integrated channel 26 and the second common channel 24 are connected can be reduced.
- the flow resistance of the second integrated flow path 26 (more precisely, the flow resistance of the second integrated flow path 26 that is connected to the first integrated flow path 22) is that of the second common flow path 24. It is preferable to make it 1/100 or less.
- the first integrated flow path 22 is disposed at one end of the second flow path member 6 in the short direction
- the second integrated flow path 26 is disposed at the other end of the second flow path member 6 in the short direction
- Each of the flow paths is directed to the first flow path member 4 side so as to be connected to the first common flow path 20 and the second common flow path 24, respectively.
- the cross-sectional areas of the first integrated flow path 22 and the second integrated flow path 26 can be increased, that is, the flow resistance can be reduced, and the second flow path member 6
- the outer periphery can be fixed to increase the rigidity, and a through hole 6a through which the signal transmission unit 60 passes can be provided.
- the groove that becomes the first integrated flow channel main body 22 a of the second flow channel member 6 is partly covered with the upper surface of the flow channel member 4, and the other part of the lower surface is disposed on the upper surface of the flow channel member 4.
- the groove that becomes the second integrated flow path body 26 a of the second flow path member 6 is partly covered with the upper surface of the flow path member 4, and the other part of the lower surface is disposed on the upper surface of the flow path member 4.
- the first integrated flow path main body 22a is connected to the opening 24a of the second common flow path 24 and the opening 30d of the end flow path 30.
- the opening 22b that opens to the upper surface of the second flow path member 6 is disposed at the end of the first integrated flow path 22 in the second direction.
- An opening 26 b that opens to the upper surface of the second flow path member 6 is disposed at the end of the second integrated flow path 26 in the fourth direction.
- a liquid is supplied from the outside to the opening 26 b of the second integrated flow path 26, and the liquid that has not been discharged is recovered from the opening 26 b of the first integrated flow path 22.
- a damper may be provided in the first integrated flow path 22 and the second integrated flow path 26 so that the supply or discharge of the liquid is stabilized against fluctuations in the discharge amount of the liquid.
- a filter may be provided inside the first integrated flow path 22 and the second integrated flow path 26, or between the first common flow path 20 or the first common flow path 24, foreign matters and bubbles can be It may be difficult to enter the flow path member 4.
- a piezoelectric actuator substrate 40 including a displacement element 50 is bonded to the pressurizing chamber surface 4-1, which is the upper surface of the first flow path member 4, so that each displacement element 50 is positioned on the pressurizing chamber 10.
- the piezoelectric actuator substrate 40 occupies a region having substantially the same shape as the pressurizing chamber group formed by the pressurizing chamber 10. Further, the opening of each pressurizing chamber 10 is closed by bonding the piezoelectric actuator substrate 40 to the pressurizing chamber surface 4-1 of the flow path member 4.
- the piezoelectric actuator substrate 40 has a rectangular shape that is long in the same direction as the head body 2a.
- the piezoelectric actuator substrate 40 is connected to a signal transmission unit 60 such as an FPC for supplying a signal to each displacement element 50.
- the second flow path member 6 has a through hole 6c penetrating vertically at the center, and the signal transmission unit 60 is electrically connected to the control unit 88 through the through hole 6c.
- the signal transmission unit 60 has a shape extending in the short direction so as to extend from one long side end of the piezoelectric actuator substrate 40 to the other long side end, and the wiring disposed in the signal transmission unit extends along the short direction. The distance between the wirings can be increased by extending the wires and arranging them in the longitudinal direction.
- Individual electrodes 44 are respectively arranged at positions facing the pressurizing chambers 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator substrate 40.
- the flow path member 4 has a laminated structure in which a plurality of plates are laminated. Twelve plates from the plate 4a to the plate 4l are laminated in order from the pressurizing chamber surface 4-1 side of the flow path member 4. Many holes and grooves are formed in these plates. For example, the holes and grooves can be formed by etching each plate made of metal. Since the thickness of each plate is about 10 to 300 ⁇ m, the formation accuracy of the holes and grooves to be formed can be increased. Each plate is aligned and laminated so that these holes and grooves communicate with each other to form a flow path such as the first common flow path 20.
- the pressurizing chamber main body 10a is opened on the pressurizing chamber surface 4-1 of the flat plate-like channel member 4, and the piezoelectric actuator substrate 40 is joined thereto. Further, an opening 24 a for supplying a liquid to the second common flow path 24 and an opening 20 a for collecting the liquid from the first common flow path 20 are opened on the pressurizing chamber surface 4-1.
- a discharge hole 8 is opened in a discharge hole surface 4-2 on the opposite side of the pressure chamber surface 4-1 of the flow path member 4.
- a plate may be further laminated on the pressurizing chamber surface 4-1, to close the opening of the pressurizing chamber main body 10a, and the piezoelectric actuator substrate 40 may be bonded thereon. By doing so, it is possible to reduce the possibility that the liquid to be discharged comes into contact with the piezoelectric actuator substrate 40, and the reliability can be further increased.
- the pressurizing chamber 10 includes a pressurizing chamber main body 10a facing the displacement element 50 and a descender 10b having a smaller sectional area than the pressurizing chamber main body 10a.
- the pressurizing chamber body 10a is formed in the plate 4a, and the descender 10b is formed by overlapping holes formed in the plates 4b to 4k, and further, the nozzle plate 4l closes the portion other than the discharge holes 8. ing.
- the first individual channel 12 is connected to the pressurizing chamber body 10 a, and the first individual channel 12 is connected to the first common channel 20.
- the first individual flow path 12 includes a circular hole that penetrates the plate 4b, a through groove that extends in the planar direction in the plate 4c, and a circular hole that penetrates the plate 4d.
- the first common flow path 20 is formed by overlapping holes formed in the plates 4f to 4i, and further closed by the plate 4e on the upper side and the plate 4j on the lower side.
- the descender 10 b is connected to the second individual flow path 14, and the second individual flow path 14 is connected to the second common flow path 24.
- the second individual flow path 14 is a through groove extending in the plane direction in the plate 4k.
- the second common flow path 24 is formed by overlapping holes formed in the plates 4f to 4j, further closed by the plate 4e on the upper side and the plate 4k on the lower side.
- the liquid supplied to the second integrated flow path 26 enters the pressurizing chamber 10 through the second common flow path 24 and the second individual flow path 14 in order, and a part of the liquid is discharged. It is discharged from the hole 8.
- the liquid that has not been discharged passes through the first individual flow path 12, enters the first common flow path 20, enters the first integrated flow path 22, and is discharged outside the head body 2.
- the piezoelectric actuator substrate 40 has a laminated structure composed of two piezoelectric ceramic layers 40a and 40b that are piezoelectric bodies. Each of these piezoelectric ceramic layers 40a and 40b has a thickness of about 20 ⁇ m. That is, the thickness from the upper surface of the piezoelectric ceramic layer 40a of the piezoelectric actuator substrate 40 to the lower surface of the piezoelectric ceramic layer 40b is about 40 ⁇ m.
- the thickness ratio between the piezoelectric ceramic layer 40a and the piezoelectric ceramic layer 40b is set to 3: 7 to 7: 3, preferably 4: 6 to 6: 4. Both of the piezoelectric ceramic layers 40 a and 40 b extend so as to straddle the plurality of pressure chambers 10.
- the piezoelectric ceramic layers 40a, 40b may, for example, strength with a dielectric, lead zirconate titanate (PZT), NaNbO 3 system, BaTiO 3 system, (BiNa) NbO 3 system, such as BiNaNb 5 O 15 system Made of ceramic material.
- PZT lead zirconate titanate
- NaNbO 3 system NaNbO 3 system
- BaTiO 3 system BaTiO 3 system
- BiNa NbO 3 system such as BiNaNb 5 O 15 system Made of ceramic material.
- the piezoelectric actuator substrate 40 has a common electrode 42 made of a metal material such as Ag—Pd and an individual electrode 44 made of a metal material such as Au.
- the thickness of the common electrode 42 is about 2 ⁇ m, and the thickness of the individual electrode 44 is about 1 ⁇ m.
- the individual electrodes 44 are disposed at positions facing the pressurizing chambers 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator substrate 40, respectively.
- the individual electrode 44 has a planar shape slightly smaller than that of the pressurizing chamber main body 10a and has a shape substantially similar to the pressurizing chamber main body 10a, and an extraction electrode drawn from the individual electrode main body 44a. 44b.
- a connection electrode 46 is formed at a portion of one end of the extraction electrode 44 b that is extracted outside the region facing the pressurizing chamber 10.
- the connection electrode 46 is a conductive resin containing conductive particles such as silver particles, and is formed with a thickness of about 5 to 200 ⁇ m. Further, the connection electrode 46 is electrically joined to an electrode provided in the signal transmission unit 60.
- a common electrode surface electrode (not shown) is formed on the upper surface of the piezoelectric actuator substrate 40.
- the common electrode surface electrode and the common electrode 42 are electrically connected through a through conductor (not shown) disposed in the piezoelectric ceramic layer 40a.
- a drive signal is supplied from the control unit 88 to the individual electrode 44 through the signal transmission unit 60.
- the drive signal is supplied in a constant cycle in synchronization with the conveyance speed of the printing paper P.
- the common electrode 42 is formed over substantially the entire surface in the region between the piezoelectric ceramic layer 40a and the piezoelectric ceramic layer 40b. That is, the common electrode 42 extends so as to cover all the pressurizing chambers 10 in the region facing the piezoelectric actuator substrate 40.
- the common electrode 42 is connected to the common electrode surface electrode formed on the piezoelectric ceramic layer 40a so as to avoid the electrode group composed of the individual electrodes 44 through via holes formed through the piezoelectric ceramic layer 40a. Are grounded and held at the ground potential.
- the common electrode surface electrode is directly or indirectly connected to the control unit 88 in the same manner as the plurality of individual electrodes 44.
- a portion sandwiched between the individual electrode 44 and the common electrode 42 of the piezoelectric ceramic layer 40 a is polarized in the thickness direction, and becomes a unimorph-structured displacement element 50 that is displaced when a voltage is applied to the individual electrode 44.
- a portion sandwiched between the individual electrode 44 and the common electrode 42 of the piezoelectric ceramic layer 40 a is polarized in the thickness direction, and becomes a unimorph-structured displacement element 50 that is displaced when a voltage is applied to the individual electrode 44.
- the control unit 88 sets the individual electrode 44 to a predetermined positive or negative potential with respect to the common electrode 42 so that the electric field and the polarization are in the same direction, the activity sandwiched between the electrodes of the piezoelectric ceramic layer 40a.
- the part contracts in the surface direction.
- the piezoelectric ceramic layer 40b which is an inactive layer, is not affected by the electric field, and therefore does not spontaneously shrink and attempts to restrict deformation of the active portion.
- the displacement element 50 is driven (displaced) by a drive signal supplied to the individual electrode 44 through a driver IC or the like under the control of the control unit 88.
- liquid can be ejected by various driving signals, but here, a so-called driving method for strike will be described.
- the individual electrode 44 is set to a potential higher than the common electrode 42 (hereinafter referred to as a high potential) in advance, and the individual electrode 44 is once set to the same potential as the common electrode 42 (hereinafter referred to as a low potential) every time there is a discharge request. Thereafter, the potential is set again at a predetermined timing. Thereby, at the timing when the individual electrode 44 becomes low potential, the piezoelectric ceramic layers 40a and 40b return to the original (flat) shape (begin), and the volume of the pressurizing chamber 10 is in the initial state (the potentials of both electrodes are different). Increase compared to the state). As a result, a negative pressure is applied to the liquid in the pressurizing chamber 10.
- the liquid in the pressurizing chamber 10 starts to vibrate with the natural vibration period. Specifically, first, the volume of the pressurizing chamber 10 begins to increase, and the negative pressure gradually decreases. Next, the volume of the pressurizing chamber 10 becomes maximum and the pressure becomes almost zero. Next, the volume of the pressurizing chamber 10 begins to decrease, and the pressure increases. Thereafter, the individual electrode 44 is set to a high potential at a timing at which the pressure becomes substantially maximum. Then, the pressure due to the vibration applied first and the pressure applied next overlap, and a larger pressure is applied to the liquid. This pressure propagates through the descender and discharges the liquid from the discharge hole 8.
- a droplet can be ejected by supplying to the individual electrode 44 a pulse driving signal that is set to a low potential for a certain period of time with reference to a high potential.
- this pulse width is AL (Acoustic Length), which is half of the natural vibration period of the liquid in the pressurizing chamber 10, in principle, the liquid discharge speed and amount can be maximized.
- AL Acoustic Length
- the natural vibration period of the liquid in the pressurizing chamber 10 is greatly influenced by the physical properties of the liquid and the shape of the pressurizing chamber 10, but besides that, the physical properties of the piezoelectric actuator substrate 40 and the flow path connected to the pressurizing chamber 10 Also affected by the characteristics of.
- the pulse width is actually set to a value of about 0.5 AL to 1.5 AL because there are other factors to consider, such as combining the ejected droplets into one. Further, since the discharge amount can be reduced by setting the pulse width to a value outside of AL, the pulse width is set to a value outside of AL in order to reduce the discharge amount.
- FIG. 10 is an arrangement of the discharge holes 8 according to an embodiment of the present disclosure.
- FIG. 10 shows the first direction and the second direction. The angle formed by the first direction and the second direction is different between FIG. 10 and FIG. 6 and the like because the vertical and horizontal scales of FIG. 10 are different.
- the discharge holes 8 are represented by black dots, and a line connecting the discharge holes 8 is drawn so that the relationship between the adjacent discharge holes 8 can be easily understood.
- the discharge holes 8 are arranged on the discharge hole row 9B.
- the reason why the rows are reversed in the first direction is to facilitate comparison with the drawing, and the following description is the same even if not reversed.
- the distance in the direction perpendicular to the second direction between the two ejection holes 8 will be described. In the present embodiment, the distance between the rows is the same, and therefore the distance between the two ejection holes 8 is the same. It is expressed by how many lines are arranged apart. Eight or more discharge hole rows are preferable.
- the discharge holes 8 are arranged at equal intervals in the second direction.
- the position of the discharge hole 8 is represented by [x, y]. Further, it is said that the row to which the discharge hole 8 belongs is y.
- FIG. 10 shows the position x and the belonging row y as a table for the 1st to 35th ejection holes 8 in the second direction. In the 33rd and later, the same arrangement as the 1st to 32nd is repeated.
- Recording by the head main body 2a is performed while moving the recording medium in a direction orthogonal to the second direction of the liquid ejection head 2.
- the liquid that lands on the recording medium adjacent to the second direction is discharged from the discharge holes 8 adjacent to each other in the second direction.
- the liquid droplets ejected from the ejection holes 8 that are adjacent to each other in the second direction become adjacent pixels on the recording medium.
- a pair of discharge holes 8 adjacent to each other in the second direction is referred to as a discharge hole pair 7.
- the liquid ejection head 2 is installed so that the conveyance direction of the recording medium and the second direction are orthogonal to each other, but in reality, a certain degree of angular deviation occurs.
- the deviation in the distance between the adjacent pixels is the deviation in the installation angle of the liquid ejection head 2 and the direction orthogonal to the second direction of the ejection hole pair 7 that ejected these pixels. Is proportional to the distance. For this reason, if the ejection hole pair 7 is disposed away from the second direction in the direction orthogonal to the second direction, the displacement of the distance between the pixels when the installation angle is shifted increases.
- the distance in the direction orthogonal to the second direction of the discharge hole pair 7 will be referred to as a pairwise difference.
- the discharge hole pair 7 having a pairwise difference greater than or equal to a predetermined value is referred to as a long distance pair, and the discharge hole pair 7 having a pairwise difference less than a predetermined value is referred to as a short distance pair.
- the predetermined value is 2, for example.
- the long distance pairs are continuously arranged, and the short distance pairs are arranged between the long distance pairs. And the short distance pair between the long distance pairs is arranged so as to make the density difference of the long distance pair inconspicuous.
- the discharge hole pair 7 composed of the xth discharge hole 8 in the second direction and the (x + 1) th discharge hole 8 in the second direction will be referred to as the xth pair. Note that the discharge hole pair 7 adjacent to the xth pair is the x + 1th pair, not the X + 2nd pair.
- the row to which the xth discharge hole 8 belongs is represented as y (x), and the row difference between the xth pair is represented as dy (x).
- the x-th pair is the discharge hole pair 7 of the discharge hole 8 at the position [x, y (x)] and the discharge hole 8 at the position [x + 1, y (x + 1)].
- the line difference dy (x) is y (x + 1) ⁇ y (x).
- the density fluctuation when the installation angle of the liquid ejection head 2 is shifted increases. Further, in the discharge hole pair 7 having a positive inter-line difference and the negative discharge hole pair 7, the density change is reversed when the installation angle is deviated. In the discharge hole pair 7 having a positive line difference and the negative discharge hole pair 7, the inclinations of the discharge holes 8 between the discharge hole pair 7 are reversed. Therefore, when the installation angle is shifted so that the density of the discharge hole pair 7 having a positive inter-line difference is increased, that is, the distance between the pixels is closer, the discharge hole pair 7 having a negative inter-line difference is used. , The distance between the pixels is increased and landing, and the density is reduced.
- the discharge hole pairs 7 having the same concentration variation tendency are adjacent to each other, so that the concentration variation becomes conspicuous.
- the long-distance pairs are arranged next to each other, if the positive / negative of the line difference between the pairs is reversed, the difference in density fluctuation becomes large, and thus the density fluctuation becomes conspicuous. Accordingly, the long distance pairs are not arranged next to each other, and the short distance pairs are arranged between the long distance pairs. There may be a plurality of short-range pairs to be arranged.
- the distance difference between the long-distance pair having a larger absolute value of the line-to-line difference between the long-distance pair is more conspicuous.
- a short-distance pair arranged adjacent to a long-distance pair having a large absolute value of is matched with a long-distance pair having a large absolute value of the inter-line difference between the positive and negative of the inter-line difference. In this way, since the tendency of the density variation of the adjacent short-range pair becomes the same, the density difference can be made inconspicuous.
- the absolute value of dy (x1) ⁇ the absolute value of dy (x2)
- the variation in density is larger in the x2th pair.
- the discharge hole pair 7 arranged adjacent to the x1st side of the x2nd pair is the x2-1st pair, and the inter-row difference between the x2-1st pair is dy (x2-1). Therefore, the density difference caused by the inter-line difference of dy (x2) is determined by matching whether dy (x2-1) is positive or negative and whether dy (x2) is positive or negative. It can be inconspicuous.
- the inter-line differential is 1, and the other than the discharge hole pair with the smallest inter-line differential is far
- the discharge hole pair 7 arranged on the x1 side of the x2 pair is from the (x1 + 1) th pair to the (x2-1) th pair, and whether the inter-pair difference between these short distance pairs is positive or negative.
- the density difference caused by the inter-line difference of dy (x2) can be made inconspicuous.
- discharge holes 8 are arranged in a straight line in the first direction, and constitute a discharge hole row 9A.
- the discharge hole array 9A intersects with the second direction, is not orthogonal to the second direction, and is disposed obliquely with respect to the second direction.
- a pressurizing chamber row 11A in which the pressurizing chambers 10 are arranged is formed along the discharge hole row 9A.
- the first common flow path 20 and the second common flow path 24 are disposed between the pressurizing chamber rows 11A along the pressurizing chamber row 11A.
- first common flow path 20 and the second common flow path 24 supply the liquid required for ejection and it is necessary to allow the liquid to flow so that the solid content of the ink does not easily settle down.
- the cross-sectional area is required. Even if the head body 2a does not circulate and does not have the second common flow path 24, it is necessary to supply the liquid to be discharged, and the cross-sectional area of the first common flow path 20 needs to be more than a certain level. is there.
- the discharge hole array 9A By disposing the discharge hole array 9A obliquely with respect to the second direction, the first common flow path 20 and the second common flow path 24 are connected between the adjacent discharge hole arrays 9A. It becomes possible to arrange it diagonally in parallel.
- FIG. 11 and FIG. 12 are discharge hole arrangements according to another embodiment of the present disclosure. Parts that have little difference from the embodiment shown in FIG. 10 are given the same reference numerals and description thereof is omitted.
- FIG. 11 there are 16 discharge hole rows 9B, and the first to 18th discharge holes are shown in the second direction. From the 17th onward in the second direction, the same arrangement as the 1st to 16th discharge holes 8 is repeated. With such an arrangement, it is possible to make the difference in density of the long distance pair inconspicuous. Moreover, since the discharge hole row 9A can be arranged along the first direction, it is easy to arrange the common flow path.
- FIG. 12 there are eight discharge hole rows 9B, and the first to tenth discharge holes are shown in the second direction. In the second direction and after the ninth, the same arrangement as the first to eighth discharge holes 8 is repeated. With such an arrangement, it is possible to make the difference in density of the long distance pair inconspicuous.
Landscapes
- Ink Jet (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
本開示の液体吐出ヘッドは、吐出孔8は、互いに略平行なn行の行上に配置されており、 前記n行の行が伸びる方向である第2方向にx番目に位置している吐出孔8とx+1番目の吐出孔8の吐出行対7をx番目対とし、x番目の吐出孔8に対するx+1番目の吐出孔が前記第2方向に直交する方向の位置の差を、x番目対の対間行差dy(x)と表すと、吐出孔対7には、前記対間行差の絶対値が所定値以上の遠距離対と、前記対間行差の絶対値が前記所定値未満の近距離対とがあり、前記遠距離対の間には1つ以上の前記近距離対が配置されており、2つの前記遠距離対のうち、前記対間行差が大きい前記遠距離対に隣り合う、前記近距離対は、前記対間行差が大きい前記遠距離対と記対間行差の正負が一致している。
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。
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。)。
本開示の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数の吐出孔を有する液体吐出ヘッドであって、該液体吐出ヘッドを平面視したとき、前記複数の吐出孔は、互いに略平行なn行の行上に配置されており、前記n行の行を、当該n行の行と交差する方向である第1方向に沿って順に、1行目の行、2行目の行、・・・n行目の行とし、前記n行の行が伸びる方向である第2方向においてx番目に位置している前記吐出孔が配置されている行である所属行をy(x)と表し、前記第2方向にx番目に位置している前記吐出孔とx+1番目に位置している前記吐出孔の吐出行対をx番目対とし、前記第2方向にx番目に位置している前記吐出孔の所属行y(x)に対する、前記第2方向にx+1番目に位置している前記吐出孔の所属行y(x+1)の差y(x+1)-y(x)を、x番目対の対間行差dy(x)と表すと、前記吐出孔対には、前記対間行差の絶対値が所定値以上の遠距離対と、前記対間行差の絶対値が前記所定値未満の近距離対とがあり、前記第2方向に隣り合って配置されている前記遠距離対の間には1つ以上の前記近距離対が配置されており、前記第2方向に隣り合って配置されている前記遠距離対をx1番目対とx2番目対(x2はx1より大きい)とすると、dy(x1)の絶対値>dy(x2)の絶対値である場合、dy(x1+1)はdy(x1)と正であるか負であるかが一致しており、dy(x1)の絶対値<dy(x2)の絶対値である場合、dy(x2-1)はdy(x2)と正であるか負であるかが一致していることを特徴とする。
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。
図1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2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、画像や文字等のデータである印刷データ等に基づいて、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。
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、その途中で液滴を吐出する動作と、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。
プリンタ1には、印刷用紙Pとほぼ平行となるように、4つの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。各フレーム70には図示しない5個の孔が設けられており、5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る。1つのフレーム70に搭載されている5つの液体吐出ヘッド2は、1つのヘッド群72を構成している。プリンタ1は、4つのヘッド群72を有しており、合計20個の液体吐出ヘッド2が搭載されている。
フレーム70に搭載された液体吐出ヘッド2は、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。
20個の液体吐出ヘッド2は、制御部88と直接繋がっていてもよいし、間に印刷データを分配する分配部を介して接続してもよい。例えば、制御部88が印刷データを1つの分配部へ送付し、1つの分配部が印刷データを20個の液体吐出ヘッド2に分配してもよい。また、例えば、4つのヘッド群72に対応する4つの分配部へ制御部88が印刷データを分配し、各分配部は、対応するヘッド群72内の5つの液体吐出ヘッド2に印刷データを分配してもよい。 液体吐出ヘッド2は、図1の手前から奥へ向かう方向、図2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。別の表現をすれば、1つのヘッド群72において、液体吐出ヘッド2は、千鳥状に配置されている。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。
4つのヘッド群72は、印刷用紙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、図示しない液体供給タンクから液体、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。
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であれば、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。
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、液体吐出ヘッド2で、一様に、あるいはパターンニングして印刷してもよい。コーティング剤としては、例えば、記録媒体として液体が浸み込み難いものを用いる場合において、液体が定着し易いように、液体受容層を形成するものが使用できる。他に、コーティング剤としては、記録媒体として液体が浸み込み易いものを用いる場合において、液体のにじみが大きくなり過ぎたり、隣に着弾した別の液体とあまり混じり合わないように、液体浸透抑制層を形成するものが使用できる。コーティング剤は、液体吐出ヘッド2で印刷する以外に、制御部88が制御する塗布機76で一様に塗布してもよい。
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、給紙ローラ80Aから送り出された印刷用紙Pは、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82C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82C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。
続いて、プリンタ1の詳細について、印刷用紙Pが搬送される順に説明する。給紙ローラ80Aから送り出された印刷用紙Pは、2つのガイドローラ82Aの間を通った後、塗布機76の下を通る。塗布機76は、印刷用紙Pに、上述のコーティング剤を塗布する。
印刷用紙Pは、続いて、液体吐出ヘッド2が搭載されたフレーム70を収納した、ヘッド室74に入る。ヘッド室74は、印刷用紙Pが出入りする部分などの一部において外部と繋がっているが、概略、外部と隔離された空間である。ヘッド室74は、必要に応じて、制御部88等によって、温度、湿度、および気圧等の制御因子が制御される。ヘッド室74では、プリンタ1が設置されている外部と比較して、外乱の影響を少なくできるので、上述の制御因子の変動範囲を外部よりも狭くできる。
ヘッド室74には、5個のガイドローラ82Bが配置されており、印刷用紙Pは、ガイドローラ82Bの上を搬送される。5個のガイドローラ82Bは、側面から見て、フレーム70が配置されている方向に向けて、中央が凸になるように配置されている。これにより、5個のガイドローラ82Bの上を搬送される印刷用紙Pは、側面から見て円弧状になっており、印刷用紙Pに張力を加えることで、各ガイドローラ82B間の印刷用紙Pが平面状になるように張られる。2つのガイドローラ82Bの間には、1つのフレーム70が配置されている。各フレーム70は、その下を搬送される印刷用紙Pと平行になるように、設置される角度が少しずつ変えられている。
ヘッド室74から外に出た印刷用紙Pは、2つの搬送ローラ82Cの間を通り、乾燥機78の中を通り、2つのガイドローラ82Dの間を通り、回収ローラ80Bに回収される。印刷用紙Pの搬送速度は、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。
印刷用紙Pに付着した液体を乾燥機78で乾燥することにより、回収ローラ80Bにおいて、重なって巻き取られる印刷用紙P同士が接着したり、未乾燥の液体が擦れることが起き難くできる。高速で印刷するためには、乾燥も速く行なう必要がある。乾燥を速くするため、乾燥機78では、複数の乾燥方式により順番に乾燥してもよいし、複数の乾燥方式を併用して乾燥してもよい。そのような際に用いられる乾燥方式としては、例えば、温風の吹き付け、赤外線の照射、加熱したローラへの接触などがある。赤外線を照射する場合は、印刷用紙Pへのダメージを少なくしつつ乾燥を速くできるように、特定の周波数範囲の赤外線を当ててもよい。印刷用紙Pを加熱したローラに接触させる場合は、印刷用紙Pをローラの円筒面に沿って搬送させことで、熱が伝わる時間を長くしてもよい。ローラの円筒面に沿って搬送させる範囲は、ローラの円筒面の1/4周以上がよく、さらにローラの円筒面の1/2周以上にするのがよい。UV硬化インク等を印刷する場合には、乾燥機78の代わりに、あるいは乾燥機78に追加してUV照射光源を配置してもよい。UV照射光源は、各フレーム70の間に配置してもよい。
プリンタ1は、液体吐出ヘッド2をクリーニングするクリーニング部を備えていてもよい。クリーニング部は、例えば、ワイピングや、キャッピングして洗浄を行なう。ワイピングは、例えば、柔軟性のあるワイパーで、液体が吐出される部位の面、例えば後述のノズル面4-2を擦ることで、その面に付着していた液体を取り除く。キャッピングしての洗浄は、例えば、次のように行なう。まず、液体を吐出される部位、例えば後述のノズル面4-2を覆うようにキャップを被せる(これをキャッピングと言う)ことで、ノズル面4-2とキャップとで、ほぼ密閉されて空間が作られる。そのような状態で、液体の吐出を繰り返すことで、吐出孔8に詰まっていた、標準状態よりも粘度が高くなっていた液体や、異物等を取り除く。キャッピングしてあることで、洗浄中の液体がプリンタ1に飛散し難く、液体が、印刷用紙Pやローラ等の搬送機構に付着し難くできる。洗浄を終えたノズル面4-2を、さらにワイピングしてもよい。ワイピングや、キャッピングしての洗浄は、プリンタ1に取り付けられているワイパーやキャップを人が手動で操作して行なってもよいし、制御部88によって自動で行なってもよい。
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。
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、液体吐出ヘッド2に液体を供給する液体供給タンクの液体の温度、液体供給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。
図3は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置における1つの液体吐出ヘッドが取り付けられた部分を拡大して示す平面図である。液体吐出ヘッド2は、長さ方向(印刷用紙Pの搬送方向にほぼ直交する方向)の寸法が幅方向(長さ方向に直交する方向)の寸法よりも大きい形状を有していると共に、長さ方向の両端に切り欠き部21を有している。また、フレーム70は複数の位置決め部71を有している。そして、液体吐出ヘッド2の切り欠き部21がフレーム70の位置決め部71に当接している。このようにして、液体吐出ヘッド2がフレーム70に対して位置決めされている。切り欠き部21の形状は、例えば、三角形状や矩形状など、種々の形状とすることができる。位置決め部71は、円柱状や角柱状など、種々の形状とすることができる。1つの液体吐出ヘッドに当接する複数の位置決め部の形状が互いに異なっていても良い。また、1つの液体吐出ヘッドに当接する複数の位置決め部の少なくとも1つが可動であると良い。
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4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5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6および図7は、図5の拡大平面図である。図8は、ヘッド本体2aの、図7のV-V線に沿った部分縦断面図である。図9は、ヘッド本体2aの、第1共通流路20に沿った縦断面図である。ただし、図9には、図4には描いていない信号伝達部60も描いてある。
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4~図7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では、第1流路部材4内の流路については、ほとんど省略し、加圧室10の配置のみを示している。また、図4では、第2流路部材6の長手方向の両端部に形成された切り欠き部21の図示も省略している。
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。
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の第1の主面である加圧室面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の第2の主面であり、加圧室面4-1の反対側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24が、第1方向に沿って伸びるように配置されている。また、第1共通流路20と第2共通流路24とは、第1方向と交差する方向である第2方向に交互に並んでいる。なお、第2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。
第1共通流路20の両側に沿って加圧室10が並んでおり、片側1列ずつ、合計2列の加圧室列11Aを構成している。第1共通流路20とその両側に並んでいる加圧室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24の両側に沿って加圧室10が並んでおり、片側1列ずつ、合計2列の加圧室列11Aを構成している。第2共通流路24とその両側に並んでいる加圧室10とは、第2個別流路14を介して繋がっている。なお、以下で、第1共通流路20と第2共通流路24とを合わせて、共通流路と言うことがある。
別の表現をすれば、加圧室10は仮想線上に並んで配置されており、仮想線の一方の側に沿って第1共通流路20が伸びており、仮想線の他方の側に沿って第2共通流路24が伸びている。本実施形態では、加圧室10が並んでいる仮想線は直線状であるが、曲線状や折れ線状であってもよい。
以上のような構成により、第1流路部材4においては、第2共通流路24に供給された液体は、第2共通流路24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、加圧室10に対して第2共通流路24と反対側に位置している第1共通流路20に流れ込み、第1流路部材4の外に排出される。
第1共通流路20の両側に第2共通流路24が配置されており、第1共通流路20は、当該第1共通流路20の両側に配置されている2列の加圧室列11Aと繋がっている。そして、第2共通流路24の両側に第1共通流路20が配置されており、第2共通流路24は、当該第2共通流路24の両側に配置されている2列の加圧室列11Aと繋がっている。
このように配置することで、1つの加圧室列11Aに対して、1つの第1共通流路20および1つの第2共通流路24が繋がっている場合と比較して、第1共通流路20および第2共通流路24の数を約半分にできるので好ましい。第1共通流路20および第2共通流路24の数が少なくて済む分、加圧室10の数を増やしてヘッド本体2aの印刷解像度を高解像度化したり、第1共通流路20および第2共通流路24の少なくとも一方の断面を大きくして、複数ある吐出孔8の間の吐出特性の差を小さくしたり、ヘッド本体2aの平面方向の大きさを小さくすることができる。
このように配置することで、1つの加圧室列11Aに対して、1つの第1共通流路20および1つの第2共通流路24が繋がっている場合と比較して、第1共通流路20および第2共通流路24の数を約半分にできるので好ましい。第1共通流路20および第2共通流路24の数が少なくて済む分、加圧室10の数を増やしてヘッド本体2aの印刷解像度を高解像度化したり、第1共通流路20および第2共通流路24の少なくとも一方の断面を大きくして、複数ある吐出孔8の間の吐出特性の差を小さくしたり、ヘッド本体2aの平面方向の大きさを小さくすることができる。
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24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24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。第1共通流路20の外部への開口20aを第1方向の一方の端部に配置し、第2共通流路24の外部への開口24aを第1方向と反対の方向である第3方向の端部に配置すれば、各第1個別流路12および各第2個別流路14の配置による圧力の差が打ち消されるように作用し、各吐出孔8に加わる圧力の差を小さくできる。なお、第1共通流路20の開口20a、および第2共通流路24の開口24aはともに、加圧室面4-1に開口している。
吐出しない状態では、吐出孔8には液体のメニスカスが保持されている。吐出孔8において液体の圧力が負圧(液体を第1流路部材4に引き込もうとする状態)になっていることで、液体の表面張力とつり合ってメニスカスを保持できる。液体の表面張力は、液体の表面積を小さくしようとするので、正圧であっても圧力が小さければ、メニスカスを保持できる。正圧が大きくなれば、液体は吐出孔8からあふれ出し、負圧が大きくなれば、液体は第1流路部材4内に引き込まれてしまい、液体が吐出可能な状態を維持できなくなる。そのため、第2共通流路24から第1共通流路20に液体を流した際における、各吐出孔8液体の圧力差が大きくなり過ぎないようにする必要がある。
第1共通流路20の吐出孔面4-2側の壁面は、第1ダンパ28Aとなっている。第1ダンパ28Aの一方の面は、第1共通流路20に面しており、他方の面はダンパ室29に面している。ダンパ室29があることにより、第1ダンパ28Aは変形可能になっており、変形することで第1共通流路20の体積を変えることができる。液体を吐出させるために加圧室10内の液体が加圧されると、その圧力の一部は、液体を通じて第1共通流路20に伝わってくる。これにより、第1共通流路20内の液体が振動し、その振動が、元の加圧室10や、他の加圧室10に伝わって、液体の吐出特性を変動させる流体クロストークが生じることがある。第1ダンパ28Aが存在すると、第1共通流路20に伝わってきた液体の振動で第1ダンパ28Aが振動し、減衰することで、第1共通流路20内の液体の振動は持続され難くなるので、流体クロストークの影響を小さくできる。また、第1ダンパ28Aは、液体の給排を安定化させる役目も果たす。
第2共通流路24の加圧室面4-1側の壁面は、第2ダンパ28Bとなっている。第2ダンパ28Bの一方の面は、第2共通流路24に面しており、他方の面はダンパ室29に面している。第2ダンパ28Bも、第1ダンパ28Aと同様に、流体クロストークの影響を小さくできる。また、第2ダンパ28Bは、液体の給排を安定化させる役目も果たす。
加圧室10は、加圧室面4-1に面して配置されており、変位素子50からの圧力を受ける加圧室本体10aと、加圧室本体10aから下方に伸びており、吐出孔面4-2に開口している吐出孔8に繋がっている部分流路であるディセンダ10bとを含んだ中空の領域である。加圧室本体10aは、直円柱形状であり、平面形状は円形状である。平面形状が円形状であることにより変位素子50が同じ力で変形させた場合の変位量、および変位により生じる加圧室10の体積変化を大きくできる。ディセンダ10bは、直径が加圧室本体10aより小さい、直円柱形状であり、断面形状は円形状である。また、ディセンダ10bは、加圧室面4-1から見たときに、加圧室本体10a内に納まる位置に配置されている。
複数ある加圧室10は、加圧室面4-1において、千鳥状に配置されている。複数ある加圧室10は、第1方向に沿った複数の加圧室列11Aを構成している。各加圧室列11Aにおいて、加圧室10は、ほぼ等しい間隔で配置されている。隣り合っている加圧室列11Aに属する加圧室10は、第1方向に前記間隔の約半分ずれて配置されている。別の表現をすれば、ある加圧室列11Aに属する加圧室10は、その隣に位置する加圧室列11Aに属する、連続する2つの加圧室10に対して、第1方向のほぼ中央に位置している。
これにより、1つ置きの加圧室列11Aに属している加圧室10は、第2方向に沿って配置されることになり、加圧室行11Bを構成している。
本実施形態では、第1共通流路20は51本、第2共通流路24は50本であり、加圧室列11Aは100列である。なお、ここでは、後述のダミー加圧室10Dのみで構成されているダミー加圧室列11Dは、上述の加圧室列11Aの数に含めていない。また、直接的に繋がっているのがダミー加圧室10Dだけである第2共通流路24は、上述の第2共通流路24の数に含めていない。また、各加圧室列11Aには16個の加圧室10が含まれている。ただし、第2方向およびその反対方向の端に位置する加圧室列11Aには、8個の加圧室10および8個のダミー加圧室10Dが含まれている。また、上述のように、加圧室10は千鳥状に配置されているため、加圧室行11Bの行数は、32行である。
複数ある吐出孔8は、吐出孔面4-2において、第1方向および第2方向に沿った格子状に配置されている。複数ある吐出孔8は、第1方向に沿った複数の吐出孔列9Aを構成している。吐出孔列9Aと加圧室列11Aとは、ほぼ同じ位置に配置されている。また、加圧室10の面積重心と、加圧室10と繋がっている吐出孔8とは第3方向にずれて配置されている。したがって、本実施形態では、吐出孔列9Aは100列であり、吐出孔行9Bは32行である。
加圧室本体10aの面積重心と、加圧室本体10aから繋がっている吐出孔8とは、ほぼ第1方向または第3方向に位置がずれている。ディセンダ10bは、加圧室本体10aに対して、吐出孔8がずれている方向と同じ方向にずれた位置に配置されている。加圧室本体10aの側壁と、ディセンダ10bの側壁とは接するように配置されており、これにより加圧室本体10a内での液体の滞留を起き難くすることができる。
吐出孔8は、ディセンダ10bの中央部に配置されている。ここで中央部とは、ディセンダ10bの面積重心を中心とする、ディセンダ10bの直径の半分の円内の領域のことである。別の表現では、中央部とは、ディセンダ10bの断面と相似で面積が1/4の図形を、その図形の面積重心とディセンダ10bの断面の面積重心とが合うように配置した領域のことである。
第1個別流路12と加圧室本体10aとの接続部は、加圧室本体10aの面積重心に対して、ディセンダ10bとは反対側に配置されている。これにより、ディセンダ10bから流れ込んだ液体は、加圧室本体10a全体に広がった後、第1個別流路12に向かうように流れるため、加圧室本体10a内に液体の滞留が生じ難い。
第2個別流路14は、ディセンダ10bの吐出孔面4-2側の面から、平面方向に引き出されて第2共通流路24と繋がっている。引き出される方向は、加圧室本体10aに対して、ディセンダ10bがずらされる方向と同じである。
第1方向と第2方向とが成す角度は直角からずれている。このため、第1方向に沿って配置されている吐出孔列9Aに属する吐出孔8同士は、その直角からのずれた角度の分、第2方向にずれて配置される。そして、吐出孔列9Aが第2方向に並んで配置されるので、異なる吐出孔列9Aに属する吐出孔8は、その分、第2方向にずれて配置される。これらが合わさって、第1流路部材4の吐出孔8は、第2方向に一定間隔で並んで配置されている。これにより、吐出孔8から吐出された液体により形成される画素で所定の範囲を埋めるように印刷ができる。
1つの吐出孔列9Aに属する吐出孔8の配置は、第1方向に沿って完全に一直線上に配置し、異なる吐出孔列9Aが、それぞれ異なる領域を印刷するようにすれば、上述のように所定範囲を埋め尽くすように印刷が可能である。ただし、そのように配置した場合に、プリンタ1に液体吐出ヘッド2を設置する際に生じる第2方向に直交する方向と搬送方向とのずれが、印刷精度に与える影響が大きくなる。そのため、ある領域を印刷するのに、複数の吐出孔列9Aに属する吐出孔8から吐出される液体が混在して着弾するようにするのが良い。また、そのようにするため、吐出孔列9Aに属する吐出孔8は、完全な直線上には配置されておらず、直線から少しずれて配置されている。
本実施形態では、吐出孔8の配置は次のようになっている。図6において、吐出孔8を第2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360dpi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、360dpiの解像度で印刷できる。仮想直線R内に投影される吐出孔8は、1列の吐出孔列9Aに属する吐出孔8すべて(16個)と、その吐出孔列9Aの両隣に位置する2つの吐出孔列9Aに属する吐出孔8の半分(8個)ずつである。このような構成にするために、各吐出孔行9Bでは、吐出孔8は、22.5dpiの間隔で並んでいる。これは、360/16=22.5であるからである。
第1共通流路20および第2共通流路24は、吐出孔8が直線状に並んでいる範囲では、直線になっており、直線がずれる吐出孔8の間で平行にずれている。第1共通流路20および第2共通流路24において、このずれる箇所が少ないので、流路抵抗が小さくなっている。また、この平行にずれる部分は、加圧室10と重ならない位置に配置されているので、加圧室10毎に吐出特性の変動を小さくできる。
第2方向およびその反対の第4方向の端の1列、すなわち両端で合わせて2列の加圧室列11Aには、通常の加圧室10とダミー加圧室10Dとが含まれている(そのため、この加圧室列11Aをダミー加圧室列11D1と言うことがある)。また、ダミー加圧室列11D1のさらに外側には、ダミー加圧室10Dのみが並んでいる1列、すなわち両端で合わせて2列のダミー加圧室列11D2が配置されている。第2方向およびその反対の第4方向の端に1本ずつ、すなわち両端で合わせて2列ある流路は、通常の第1共通流路24と同じ形状をしているが、直接的には加圧室10とは繋がっておらず、ダミー加圧室10Dとしか繋がっていない。
ダミー加圧室10Dは、液体の吐出には用いない。もっとも端に位置する第2共通流路24に加圧室10を繋げると、その第2共通流路24に繋がっている加圧室10は1列だけになり、その列の加圧室10は、他の加圧室10と吐出特性が変わるおそれがある。そのため、ダミー加圧室10Dを配置する。ダミー加圧室10Dおよびダミー加圧室10Dと共通流路とを繋いでいる流路の基本的な構造は、加圧室10および加圧室10と共通流路とを繋いでいる流路と同じであり、そのようなダミー加圧室10Dを配置することで、もっとも端に位置する第2共通流路24の内側に隣り合って配置されている第1共通流路20に流れる液体の状態を、他の第1共通流路20とほぼ同じにできる。それにより、もっとも端に位置する第2共通流路24に対してヘッド本体2aの内側に隣り合って配置されている第1共通流路20に対してヘッド本体2aの内側に隣り合って配置されている加圧室10の吐出特性を、他の加圧室10の吐出特性とほぼ同じにできる。
本実施形態では、ダミー加圧室10Dには、対応した吐出孔8設けていない。また、一部のダミー加圧室10Dの上部には圧電アクチュエータ基板40が配置されていない。そのようなダミー加圧室10Dは、加圧室10となる孔が配置されているプレート4aではなく、プレート4aの下に配置されているプレート4bの孔をプレート4aで塞ぐことで構成されている。なお、ダミー加圧室10Dは、例えば、加圧室10と全く同じ構造にして、単に駆動信号を供給しないことで、液体の吐出には用いないようにしてもよい。
第1流路部材4は、第1共通流路20および第2共通流路24からなる共通流路群の第2方向の外側に位置していて、第1方向に伸びている、端部流路30を有している。端部流路30は、加圧室面4-1に並んでいる第1共通流路20の開口20aのさらに外側に配置されている開口30cと、加圧室面4-1に並んでいる第2共通流路24の開口24aのさらに外側に配置されている開口30dとを繋いでいる流路である。
液体の吐出特性を安定させるために、ヘッド本体2aは、温度を一定にするようコントロールされる。また、液体の粘度が低くなる方が、吐出や液体の循環が安定するため、温度は、基本的には常温以上にされる。そのため、基本的には加熱することになるが、環境温度が高い場合は、冷却することもある。
温度を一定に保つためには、液体吐出ヘッド2にヒータを設けたり、供給する液体を温度調節したものにする。いずれにしても、環境温度と、目標とする温度に差がある場合、ヘッド本体2aの長手方向(第2方向および第4方向)の端部からの放熱が多くなるため、第2方向の中央部に位置する加圧室10の中の液体の温度に対して、第2方向および第4方向の端に位置する加圧室10の温度は低くなりやすい。端部流路30を設けることにより、第2方向および第4方向の端に位置する加圧室10の温度が下がり難くなり、各加圧室10から吐出される液体の吐出特性のばらつきを小さくでき、印刷精度を向上させることができる。
端部流路30は、第1統合流路22と第2統合流路26とを繋いでいる流路である。端部流路30の流路抵抗が、第1共通流路20および第2共通流路24の流路抵抗よりも小さいときには、端部流路30に流れる液体の量が多くなり、端部流路30より内側での温度低下をより抑制できる。
端部流路30には、流路の幅が、共通流路の幅よりも広い幅広部30aが設けられており、幅広部30aの加圧室側4-1にはダンパが設けられている。このダンパは、一方の面が幅広部30aに面しており、他方の面がダンパ室に面していて変形可能になっている。ダンパのダンピング能力は、変形可能な領域の差し渡しが一番狭い部分の影響が大きい。そのため、幅広部30aに面してダンパを設けることで、ダンピング能力の高いダンパとすることができる。幅広部30aの幅は、共通流路の幅の2倍以上、特に3倍以上であるのが好ましい。幅広部30aを設けることで、流路抵抗が低くなり過ぎるようであれば、狭窄部30dを設けて、流路抵抗を調整してもよい。
第2流路部材6は、第1流路部材4の加圧室面4-1に接合されている。第2流路部材6は、第2共通流路24に液体を供給する第2統合流路26と、第1共通流路20の液体を回収する第1統合流路22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は、第1流路部材4の加圧室面4-1の圧電アクチュエータ基板40が接続されていない領域に接合されている。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て、共振などが生じることを抑制できる。
また、第2流路部材6の中央部には、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60が通される。
第1統合流路22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22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22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22の流路抵抗(より正確には第1統合流路22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)は、第1共通流路20の1/100以下にするのが好ましい。
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24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(より正確には第2統合流路26のうちで、第1統合流路22と繋がっている範囲の流路抵抗)は、第2共通流路24の1/100以下にするのが好ましい。
第1統合流路22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24と繋げる構造にする。このようにすることで、第1統合流路22および第2統合流路26の断面積を大きく、すなわち流路抵抗を小さくできるともに、第2流路部材6で、第1流路部材4の外周を固定して剛性を高くし、さらに、信号伝達部60の通る貫通孔6aを設けることができる。
第2流路部材6の下面には、第1統合流路22のうち第2方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第1統合流路本体22aとなる溝と、第2統合流路26のうち第2方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第2統合流路本体26aとなる溝が配置されている。第2流路部材6の第1統合流路本体22a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および端部流路30の開口30cと繋がることで、第1統合流路本体22aとなっている。第2流路部材6の第2統合流路本体26a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24の開口24aおよび端部流路30の開口30dと繋がることで、第1統合流路本体22aとなっている。
第1統合流路22の第2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22bが配置されている。第2統合流路26の第4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。印刷をする場合には、外部から第2統合流路26の開口26bに液体を供給し、吐出しなかった液体は、第1統合流路22の開口26bから回収する。
第1統合流路22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22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1共通流路24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。
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6cがあり、信号伝達部60は貫通孔6c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。
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側から順に、プレート4aからプレート4lまでの12枚のプレートが積層されている。これらの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、形成する孔や溝の形成精度を高くできる。各プレートは、これらの孔や溝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。
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2共通流路24に液体を供給する開口24a、および第1共通流路20から液体を回収する開口20a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。なお、加圧室面4-1にさらにプレートを積層して、加圧室本体10aの開口を塞ぎ、その上に圧電アクチュエータ基板40を接合してもよい。そのようにすれば、吐出する液体が圧電アクチュエータ基板40に接する可能性を低減することができ、信頼性をより高くできる。
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、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。
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において平面方向に伸びている貫通溝と、プレート4dを貫通する円形状の孔とを含んでいる。第1共通流路20はプレート4f~iに形成された孔が重ねられ、さらに上側をプレート4eで、下側をプレート4jで塞がれて成っている。
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24に繋がっている。第2個別流路14は、プレート4kにおいて平面方向に伸びている貫通溝である。第2共通流路24はプレート4f~jに形成された孔が重ねられ、さらに上側をプレート4eで、下側をプレート4kで塞がれて成っている。
液体の流れについてまとめると、第2統合流路26に供給された液体は、第2共通流路24および第2個別流路14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1個別流路12を通って、第1共通流路20に入った後、第1統合流路22に入り、ヘッド本体2の外部に排出される。
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、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。
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。
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60に設けられた電極と電気的に接合されている。
また、圧電アクチュエータ基板40の上面には、共通電極用表面電極(不図示)が形成されている。共通電極用表面電極と共通電極42とは、圧電セラミック層40aに配置された、図示しない貫通導体を通じて、電気的に接続されている。
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60を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷用紙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に、圧電セラミック層40aを貫通して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は、複数の個別電極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。
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の電極に挟まれた活性部が、面方向に収縮する。一方、非活性層である圧電セラミック層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。
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、いわゆる引き打ちの駆動方法について説明する。
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による圧力と、次に加えた圧力とが重なり、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。
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。
なお、パルス幅は、吐出される液滴を1つにまとめるようにするなど、他に考慮する要因もあるため、実際は、0.5AL~1.5AL程度の値にされる。また、パルス幅は、ALから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにALから外れた値にされる。
本開示の吐出孔8の配置について説明する。図10は、本開示の一実施形態に係る吐出孔8の配置である。図10には、第1方向と第2方向とを示している。第1方向と第2方向とが成す角度が、図10と図6等とでは異なるっているが、これは、図10の縦横の縮尺が異なるからである。図10では、吐出孔8を黒点で表し、隣り合っている吐出孔8の関係が分かり易いように吐出孔8同士を繋いでいる線を描いている。
吐出孔8は、吐出孔行9B上に配置されている。吐出孔行9Bは16行あり、第1方向と逆方向に順に1行目の行、2行目の行、・・・・16行目の行とする。なお、行を第1方向と逆にしたのは、図と対比し易くするためであり、以下の説明は、逆にしなくても同様である。以下では、2つの吐出孔8同士の第2方向と直交する方向の距離について説明するが、本実施形態では、各行の間の距離は同じであるので、その距離を、2つの吐出孔8が何行離れて配置しているかで表している。吐出孔行は8行以上あると良い。
吐出孔8は、第2方向に等間隔で並んでいる。第2方向にx番目に位置している吐出孔8が、y行目の行に配置されている場合、この吐出孔8の位置を[x、y]で表すことにする。また、この吐出孔8の所属行はyであると言う。
図10には第2方向に1~35番目の吐出孔8について、位置xおよび所属行yを表にして示した。なお、33番目以降は、1~32番目と同じ配置を繰り返す。
ヘッド本体2aによる記録は、記録媒体を、液体吐出ヘッド2の第2方向に直交する方向に移動させながら行なう。記録媒体上で第2方向に隣り合って着弾する液体は、第2方向に関して隣り合っている吐出孔8から吐出される。逆に言えば、第2方向に関して隣り合っている吐出孔8から吐出された液滴は、記録媒体上で隣り合った画素となる。また、第2方向に関して隣り合っている吐出孔8の対を吐出孔対7と呼ぶことにする。
記録精度を高くするため、液体吐出ヘッド2は、記録媒体の搬送方向と第2方向とが直交するように設置するが、実際にはある程度の角度のずれが生じる。設置角度のずれがあった場合、隣り合っている画素間の距離のずれは、液体吐出ヘッド2の設置角度のずれと、それらの画素を吐出した吐出孔対7の第2方向に直交する方向の距離に比例する。そのため、吐出孔対7が、第2方向に直交する方向に離れて配置されていると、設置角度がずた場合の画素間の距離のずれは大きくなる。
一様な濃度の画像を記録する場合、記録媒体上で隣り合っている画素の距離が近くなると、人には、濃度が濃くなったように認識される。逆に、記録媒体上で隣り合っている画素の距離が遠くなると、人には、濃度が低くなったように認識される。つまり、画素の距離のばらつきは、人には、濃度のばらつきとして認識される。
ここで、吐出孔対7の第2方向に直交する方向の距離を対間行差と呼ぶことにする。さらに、対間行差が所定値以上の吐出孔対7を遠距離対、対間行差が所定値より小さい吐出孔対7を近距離対と呼ぶことにする。所定値は、例えば2である。
遠距離対および近距離対を適切に配置することで、人に濃度差が認識され難くいように記録することが可能である。具体的には、遠距離対は連続して配置せす、遠距離対の間には、近距離対を配置する。そして、遠距離対の間にある近距離対は、遠距離対の濃度差を目立たなくするように配置する。
第2方向にx番目の吐出孔8と第2方向にx+1番目の吐出孔8とからなる吐出孔対7をx番目対と呼ぶことにする。なお、x番目対と隣り合う吐出孔対7は、x+1番目対であり、X+2番目対ではない。
第2方向にx番目の吐出孔8の所属行をy(x)と表し、x番目対の対間行差をdy(x)と表すことにする。x番目対は、[x、y(x)]の位置の吐出孔8と[x+1、y(x+1)]の位置の吐出孔8との吐出孔対7であるから、x番目対の対間行差dy(x)は、y(x+1)-y(x)となる。
対間行差の絶対値が大きいと、液体吐出ヘッド2の設置角度がずれた場合の濃度の変動が大きくなる。また、対間行差が正の吐出孔対7と、負の吐出孔対7とでは、設置角度がずれた場合の濃度の変化が逆になる。対間行差が正の吐出孔対7と、負の吐出孔対7とでは、吐出孔対7の間での吐出孔8同士の傾きが逆になっている。そのため、対間行差が正の吐出孔対7の濃度が濃くなるように、すなわち、画素間の距離が近づくように設置角度がずれた場合、対間行差が負の吐出孔対7では、画素間の距離が遠くなって着弾し、濃度は薄くなる。
遠距離対を隣り合わせて配置すると、対間行差の正負が一致する場合は、濃度の変動の傾向が同じ吐出孔対7が隣り合うので、濃度の変動が目立ちやすくなる。遠距離対を隣り合わせて配置すると、対間行差の正負が逆の場合は、濃度の変動の差が大きくなるので、濃度の変動が目立ちやすくなる。したがって、遠距離対は隣り合わせて配置せず、遠距離対の間には近距離対を配置する。配置する近距離対は複数でもよい。
間に近距離対を挟んで、2つの遠距離対を配置する場合、遠距離対の対間行差の絶対値が大きい遠距離対の方が、濃度差が目立ち易いので、対間行差の絶対値が大きい遠距離対に隣り合って配置されている近距離対は、対間行差の絶対値が大きい遠距離対と、対間行差の正負を一致させる。このようにすれば、隣にある近距離対の濃度の変動の傾向が同じになるので、濃度差を目立ちに難くできる。
同じ内容について、より具体的に説明すると次のようになる。間に近距離対を挟んで配置する、2つの遠距離対をx1番目対とx2番目対(x2はx1より大きい)として説明する。dy(x1)の絶対値>dy(x2)の絶対値である場合、x1番目対の方がより濃度の変動が大きいと考えられる。x1番目対の、x2番目側に隣り合って配置されている吐出孔対7は、x1+1番目対であり、x1+1番目対の対間行差はdy(x1+1)である。そこで、dy(x1+1)が正であるか負であるかを、dy(x1)が正であるか負であるかと一致させことで、dy(x1)の対間行差により生じる濃度差を目立ち難くできる。
これは、図10の吐出孔配置では、遠距離対である2番目対と、遠距離対である4番目対との関係に当たる。dy(2)=y(3)-y(2)=14-31=-17であり、dy(4)=y(5)-Y(4)=28-13=15であるので、2番目対の方が対間行差の絶対値が大きく、目立ち易いと考えられる。2番目対の、4番目対側に隣り合って配置されている吐出孔対7である、近距離対である3番目対の対間行差dy(3)=-1を、2番目対の対間行差dy(2)=-17と同じ負の値にすることで、2番目対の対間行差dy(2)=-17により生じる濃度差を目立たなくさせることができる。
dy(x1)の絶対値<dy(x2)の絶対値である場合、x2番目対の方がより濃度の変動が大きいと考えられる。x2番目対の、x1番目側に隣り合って配置されている吐出孔対7は、x2-1番目対であり、x2-1番目対の対間行差はdy(x2-1)である。そこで、dy(x2-1)が正であるか負であるかを、dy(x2)が正であるか負であるかと一致させことでdy(x2)の対間行差により生じる濃度差を目立ち難くできる。
これは、図10の吐出孔配置では、遠距離対である4番目対と、遠距離対である6番目対との関係に当たる。
吐出孔対7を遠距離対と近距離対とに分ける対間行差の所定値を2にすれば、対間行差が1である、もっとも対間行差の小さい吐出孔対以外が遠距離対となり、そのような遠距離対について、周囲の吐出孔8を上述した配置にすることで、濃度差を認識され難い状態にすることができる。
なお、吐出孔行9Bの行間の距離が異なっている場合、間に1行の吐出孔行9Bを挟んで隣り合っている吐出孔行9Bのうちで、もっとも距離の離れている吐出孔行9Bの間の距離を所定値とすればよい。
2つの遠距離対の間に、近距離対が2つ以上配置されている場合、それらの近距離対の対間行差は、正であるか負であるか、すべて一致していれば、対間行差の絶対値が大きい遠距離対の濃度差をより目立ち難くできる。
これは、別の表現をすれば次のようになる。2つの遠距離対をx1番目対とx2番目対(x2はx1より大きい)として説明する。dy(x1)の絶対値>dy(x2)の絶対値である場合、x1番目対の方がより濃度の変動が大きいと考えられる。x1番目対の、x2番目側に配置されている吐出孔対7は、x1+1番目対からx2-1番目対であり、これらの近距離対の対間行差が正であるか負であるかを、すべて、対間行差dy(x1)が正であるか負であるかと一致させれば、dy(x1)の対間行差により生じる濃度差を目立ち難くできる。
dy(x1)の絶対値<dy(x2)の絶対値である場合、x2番目対の方がより濃度の変動が大きいと考えられる。x2番目対の、x1番目側に配置されている吐出孔対7は、x1+1番目対からx2-1番目対であり、これらの近距離対の対間行差が正であるか負であるかを、すべて、対間行差dy(x2)が正であるか負であるかと一致させれば、dy(x2)の対間行差により生じる濃度差を目立ち難くできる。
全体の濃度ばらつきを平均化させるには、遠距離対と近距離対とを交互に配置するのがよい。
また、吐出孔8は、第1方向に直線状に並んで配置されており、吐出孔列9Aを構成している。吐出孔列9Aは、第2方向と交差しており、かつ第2方向と直交していなく、第2方向に対して斜めに配置されている。吐出孔列9Aに沿って、加圧室10が並んでいる加圧室列11Aが構成されている。そして、加圧室列11Aの間に、加圧室列11Aに沿って、第1共通流路20および第2共通流路24が配置されている。
第1共通流路20および第2共通流路24は、吐出に必要とされる液体を供給するとともに、インクの固形分などの沈降などが生じ難いように液体を流す必要があるので、ある程度以上の断面積が必要にある。なお、循環を行なわず、第2共通流路24が存在しないヘッド本体2aであっても、吐出する液体の供給は必要であり、第1共通流路20の断面積をある程度以上にする必要がある。
吐出孔列9Aが第2方向に対して斜めに配置されていることにより、隣り合った吐出孔列9Aの間に、第1共通流路20および第2共通流路24を、吐出孔列9Aとほぼ平行して斜めに配置することができるようになる。
図11、図12は、本開示の他の実施形態における吐出孔配置である。図10に示した実施形態と差異が少ない部位については、同じ符号を付けて説明を省略する。
図11では、吐出孔行9Bは16行存在しており、第2方向に1番目から18番目の吐出孔が示されている。第2方向に17番目以降は、1番目から16番目の吐出孔8と同様の配置が繰り返される。このような配置すれば、遠距離対の濃度差を目立たなくできる。また、吐出孔列9Aを第1方向に沿って配置することができるので、共通流路を配置しやすい。
図12では、吐出孔行9Bは8行存在しており、第2方向に1番目から10番目の吐出孔が示されている。第2方向に9番目以降は、1番目から8番目の吐出孔8と同様の配置が繰り返される。このような配置すれば、遠距離対の濃度差を目立たなくできる。
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(流路部材)
4a~4l・・・(第1流路部材の)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
7・・・吐出孔対
8・・・吐出孔
9A・・・吐出孔列
9B・・・吐出孔行
10・・・加圧室
10a・・・加圧室本体
10b・・・部分流路(ディセンダ)
10D・・・ダミー加圧室
11A・・・加圧室列
11B・・・加圧室行
12・・・第1個別流路
14・・・第2個別流路
20・・・第1共通流路(共通流路)
20a・・・(第1共通流路の)開口
21・・・切り欠き部
22・・・第1統合流路
22a・・・第1統合流路本体
22b・・・(第1統合流路の)開口
24・・・第2共通流路(共通流路)
24a・・・(第2共通流路の)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・・・第1ダンパ
28B・・・第2ダンパ
29・・・ダンパ室
30・・・端部流路
30a・・・幅広部
30b・・・狭窄部
30c、30d・・・(端部流路の)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)
60・・・信号伝達部
70・・・ヘッド搭載フレーム
71・・・位置決め部
72・・・ヘッド群
76・・・塗布機
78・・・乾燥機
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
2・・・液体吐出ヘッド
2a・・・ヘッド本体
4・・・第1流路部材(流路部材)
4a~4l・・・(第1流路部材の)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
7・・・吐出孔対
8・・・吐出孔
9A・・・吐出孔列
9B・・・吐出孔行
10・・・加圧室
10a・・・加圧室本体
10b・・・部分流路(ディセンダ)
10D・・・ダミー加圧室
11A・・・加圧室列
11B・・・加圧室行
12・・・第1個別流路
14・・・第2個別流路
20・・・第1共通流路(共通流路)
20a・・・(第1共通流路の)開口
21・・・切り欠き部
22・・・第1統合流路
22a・・・第1統合流路本体
22b・・・(第1統合流路の)開口
24・・・第2共通流路(共通流路)
24a・・・(第2共通流路の)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・・・第1ダンパ
28B・・・第2ダンパ
29・・・ダンパ室
30・・・端部流路
30a・・・幅広部
30b・・・狭窄部
30c、30d・・・(端部流路の)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)
60・・・信号伝達部
70・・・ヘッド搭載フレーム
71・・・位置決め部
72・・・ヘッド群
76・・・塗布機
78・・・乾燥機
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
Claims (10)
- 液体を吐出する複数の吐出孔を有する液体吐出ヘッドであって、
該液体吐出ヘッドを平面視したとき、
前記複数の吐出孔は、互いに略平行なn行の行上に配置されており、
前記n行の行を、当該n行の行と交差する方向である第1方向に沿って順に、1行目の行、2行目の行、・・・n行目の行とし、前記n行の行が伸びる方向である第2方向においてx番目に位置している前記吐出孔が配置されている行である所属行をy(x)と表し、前記第2方向にx番目に位置している前記吐出孔とx+1番目に位置している前記吐出孔の吐出行対をx番目対とし、前記第2方向にx番目に位置している前記吐出孔の所属行y(x)に対する、前記第2方向にx+1番目に位置している前記吐出孔の所属行y(x+1)の差y(x+1)-y(x)を、x番目対の対間行差dy(x)と表すと、
前記吐出孔対には、前記対間行差の絶対値が所定値以上の遠距離対と、前記対間行差の絶対値が前記所定値未満の近距離対とがあり、
前記第2方向に隣り合って配置されている前記遠距離対の間には1つ以上の前記近距離対が配置されており、
前記第2方向に隣り合って配置されている前記遠距離対をx1番目対とx2番目対(x2はx1より大きい)とすると、
dy(x1)の絶対値>dy(x2)の絶対値である場合、dy(x1+1)はdy(x1)と正であるか負であるかが一致しており、
dy(x1)の絶対値<dy(x2)の絶対値である場合、dy(x2-1)はdy(x2)と正であるか負であるかが一致していることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記所定値が2であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第2方向に隣り合って配置されている前記遠距離対の間の前記近距離対の前記対間行差はすべて正であるか、すべて負であるかのいずれかであ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。
- 前記近距離対は、前記第2方向に直交する方向に対して傾斜した複数の仮想直線に沿って配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 各々が複数の加圧室に繋がっている複数の第1共通流路と、前記複数の加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、を有しており、
前記複数の吐出孔は、前記複数の加圧室とそれぞれ繋がっており、
前記液体吐出ヘッドを平面視したとき、
前記複数の第1共通流路の各々は前記仮想直線に沿って延びており、
前記複数の加圧室は、前記仮想直線に沿って並んでいる複数の加圧室列上に配置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。 - 各々が前記複数の吐出孔に繋がっている複数の第2共通流路を有しており、
前記液体吐出ヘッドを平面視したとき、前記複数の第2共通流路の各々は、前記仮想直線に沿って延びていることを特徴とする請求項5に記載の液体吐出ヘッド。 - 請求項1から6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を制御する制御部を備えていることを特徴とする記録装置。
- 位置決め部を有するフレームを有しており、前記液体吐出ヘッドは、長さ方向の寸法が幅方向の寸法よりも大きい形状を有していると共に、前記長さ方向の両端に切り欠き部を有しており、該切り欠き部が前記位置決め部に当接していることを特徴とする請求項7に記載の記録装置。
- 前記記録媒体にコーティング剤を塗布する塗布機を有していることを特徴とする請求項7または8に記載の記録装置。
- 前記記録媒体に付着した液体を乾燥させる乾燥機を有していることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の記録装置。
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- 2018-03-23 JP JP2019509720A patent/JP6905050B2/ja active Active
- 2018-03-23 WO PCT/JP2018/011786 patent/WO2018181024A1/ja active Application Filing
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Legal Events
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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