WO2023190211A1 - 液体吐出ヘッドおよび記録装置 - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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Definitions
- the disclosed embodiments relate to a liquid ejection head and a recording device.
- Inkjet printers and inkjet plotters that use an inkjet recording method are known as printing devices.
- Such an inkjet printing apparatus is equipped with a liquid ejection head for ejecting liquid.
- Such a liquid ejection head includes a plurality of ejection holes, a plurality of pressure chambers each connected to the plurality of ejection holes, and a manifold commonly connected to the plurality of pressurization chambers.
- the plurality of pressurizing chambers include a pressurizing chamber relatively far from the manifold and a pressurizing chamber relatively close to the manifold (for example, see Patent Document 1).
- a liquid ejection head includes a flow path member having a first surface and a second surface located on the opposite side of the first surface, and a pressurizing section located on the first surface.
- the flow path member includes a first discharge hole and a second discharge hole located on the second surface, a first individual flow path connected to the first discharge hole, and a first discharge hole located on the upstream side of the first discharge hole within the first individual flow path.
- a second pressurizing chamber located upstream of the second discharge hole in the second individual flow path; A manifold that is commonly connected to the upstream side of the individual flow path and the upstream side of the second individual flow path.
- the first individual flow path has a first communication flow path that connects the first pressurizing chamber and the first discharge hole.
- the second individual flow path has a second communication flow path that connects the second pressurizing chamber and the second discharge hole.
- the second pressurizing chamber is located closer to the manifold than the first pressurizing chamber in plan view.
- the width of at least a portion of the second communicating channel is different from the width of the first communicating channel.
- FIG. 1 is a side view schematically showing a schematic side view of a printer according to an embodiment.
- FIG. 2 is a plan view schematically showing a schematic plane of the printer according to the embodiment.
- FIG. 3 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the liquid ejection head according to the embodiment.
- FIG. 4 is an enlarged plan view of the head main body according to the embodiment.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the head main body according to the embodiment.
- FIG. 6 is an enlarged view of the area surrounded by the dashed line shown in FIG.
- FIG. 7 is a diagram illustrating variations in displacement between the first pressurizing chamber and the second pressurizing chamber.
- FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the relationship between the width of the second communication channel and the discharge speed of the liquid discharged from the second discharge hole.
- FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the hole diameter in the manifold plate.
- FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a head main body according to another embodiment 1.
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a head main body according to another embodiment 2.
- FIG. FIG. 12 is an enlarged plan view of a head main body according to another third embodiment.
- FIG. 1 is a side view schematically showing a schematic side view of a printer 1 according to an embodiment.
- FIG. 2 is a plan view schematically showing a schematic plane of the printer 1 according to the embodiment.
- the printer 1 includes a paper feed roller 2, a guide roller 3, a coating machine 4, a head case 5, a plurality of transport rollers 6, a plurality of frames 7, and a plurality of liquid ejection heads. 8, a conveyance roller 9, a dryer 10, a conveyance roller 11, a sensor section 12, and a collection roller 13.
- the printer 1 has a control section 14 that controls each section of the printer 1.
- the control unit 14 includes a paper feed roller 2, a guide roller 3, a coating machine 4, a head case 5, a plurality of transport rollers 6, a plurality of frames 7, a plurality of liquid ejection heads 8, a transport roller 9, a dryer 10, and a transport roller. 11. Controls the operation of the sensor section 12 and collection roller 13.
- the printer 1 records images and characters on the printing paper P by causing droplets to land on the printing paper P.
- the printing paper P is wound around the paper feed roller 2 in a removable state before use.
- the printer 1 transports printing paper P from a paper feed roller 2 through a guide roller 3 and a coater 4 into a head case 5 .
- the coating machine 4 uniformly applies the coating agent to the printing paper P. Thereby, since the printing paper P can be surface-treated, the printing quality of the printer 1 can be improved.
- the head case 5 accommodates a plurality of transport rollers 6, a plurality of frames 7, and a plurality of liquid ejection heads 8. Inside the head case 5, a space is formed that is isolated from the outside except for a portion where the printing paper P enters and exits and is connected to the outside.
- control unit 14 In the internal space of the head case 5, at least one of control factors such as temperature, humidity, and atmospheric pressure is controlled by the control unit 14 as necessary.
- the conveyance roller 6 conveys the printing paper P to the vicinity of the liquid ejection head 8 inside the head case 5 .
- the frame 7 is a rectangular flat plate, and is located close to above the printing paper P conveyed by the conveyance roller 6. Further, as shown in FIG. 2, a plurality of frames 7 (for example, four) are provided inside the head case 5, with the longitudinal direction perpendicular to the conveying direction of the printing paper P. Each of the plurality of frames 7 is arranged at predetermined intervals along the conveyance direction of the printing paper P.
- the conveyance direction of the printing paper P may be referred to as a "sub-scanning direction", and a direction perpendicular to the sub-scanning direction and parallel to the printing paper P may be referred to as a "main-scanning direction”.
- a liquid for example, ink
- the liquid ejection head 8 ejects the liquid supplied from the liquid tank.
- the control unit 14 controls the liquid ejection head 8 based on data such as images and characters, and causes the liquid to be ejected toward the printing paper P.
- the distance between the liquid ejection head 8 and the printing paper P is, for example, about 0.5 to 20 mm.
- the liquid ejection head 8 is fixed to the frame 7.
- the liquid ejection head 8 is fixed to the frame 7 at both ends in the longitudinal direction, for example.
- the liquid ejection head 8 is fixed to the frame 7 so that its longitudinal direction is parallel to the main scanning direction.
- the printer 1 according to the embodiment is a so-called line printer in which the liquid ejection head 8 is fixed inside the printer 1.
- the printer 1 according to the embodiment is not limited to a line printer, and may be a so-called serial printer.
- a serial printer is a printer that alternately records by moving the liquid ejection head 8 back and forth in a direction that intersects with the conveyance direction of the print paper P, for example, in a direction that is almost perpendicular to the conveyance direction, and transports the print paper P. This is a printer that uses the same method.
- one frame 7 is provided with a plurality of (for example, five) liquid ejection heads 8.
- FIG. 2 shows an example in which two liquid ejection heads 8 are arranged in the front and three liquid ejection heads 8 in the rear in the sub-scanning direction, and the centers of the liquid ejection heads 8 are arranged so that they do not overlap in the sub-scanning direction.
- a liquid ejection head 8 is arranged at.
- a plurality of liquid ejection heads 8 provided on one frame 7 constitute a head group 8A.
- the four head groups 8A are located along the sub-scanning direction. Ink of the same color is supplied to the liquid ejection heads 8 belonging to the same head group 8A. Thereby, the printer 1 can perform printing with four color inks using the four head groups 8A.
- the colors of ink ejected from each head group 8A are, for example, magenta (M), yellow (Y), cyan (C), and black (K).
- the control unit 14 can print a color image on the printing paper P by controlling each head group 8A to eject ink of a plurality of colors onto the printing paper P.
- a coating agent may be ejected onto the printing paper P from the liquid ejection head 8.
- the number of liquid ejection heads 8 included in one head group 8A and the number of head groups 8A mounted on the printer 1 can be changed as appropriate depending on the object to be printed and printing conditions. For example, if the printing paper P is printed in a single color and the printable range is printed with one liquid ejection head 8, the number of liquid ejection heads 8 installed in the printer 1 may be one. .
- the printing paper P that has been printed inside the head case 5 is transported to the outside of the head case 5 by transport rollers 9 and passes through the inside of the dryer 10.
- the dryer 10 dries the printed printing paper P.
- the printing paper P dried in the dryer 10 is transported by a transport roller 11 and collected by a collection roller 13.
- the printer 1 by drying the printing paper P in the dryer 10, it is possible to suppress adhesion of the printing paper P wound up overlappingly to each other and to prevent undried liquid from rubbing on the collection roller 13. can.
- the sensor section 12 is composed of a position sensor, a speed sensor, a temperature sensor, etc.
- the control section 14 can determine the status of each section of the printer 1 based on the information from the sensor section 12 and control each section of the printer 1.
- the printing target in the printer 1 is not limited to the printing paper P, and can also be printed on rolls of cloth, etc. You can also use it as
- the above-described printer 1 may be configured to transport the printing paper P by placing it on a transport belt instead of transporting it directly. By using the conveyor belt, the printer 1 can print on sheets of paper, cut cloth, wood, tiles, and the like.
- the above-described printer 1 may print a wiring pattern of an electronic device, etc. by ejecting a liquid containing conductive particles from the liquid ejection head 8.
- the printer 1 described above may produce a chemical agent by ejecting a predetermined amount of a liquid chemical agent or a liquid containing a chemical agent from the liquid ejecting head 8 toward a reaction container or the like.
- the above-described printer 1 may include a cleaning section that cleans the liquid ejection head 8.
- the cleaning section cleans the liquid ejection head 8 by, for example, wiping processing or capping processing.
- the wiping process is performed by, for example, using a flexible wiper to rub the surface of the part where the liquid is discharged, for example, the second surface 24b (see FIG. 3) of the flow path member 24 (see FIG. 3). This is a process to remove the liquid adhering to the second surface 24b.
- the part from which the liquid is ejected is covered with a cap and the liquid is repeatedly ejected to eliminate clogging of the first ejection hole 46 (see FIG. 5) and the second ejection hole 56 (see FIG. 5).
- This process is carried out as follows. First, a cap is placed so as to cover the portion from which liquid is to be discharged, for example, the second surface 24b of the channel member 24 (this is called capping). As a result, a substantially sealed space is formed between the second surface 24b and the cap. Next, the liquid is repeatedly discharged in the sealed space. As a result, it is possible to remove liquids and foreign substances that are clogged in the first discharge hole 46 and the second discharge hole 56 and have a higher viscosity than in the standard state.
- FIG. 3 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the liquid ejection head 8 according to the embodiment.
- the liquid ejection head 8 includes a head main body 20, a reservoir 21, an electrical board 22, and a head cover 23. Further, the head main body 20 includes a flow path member 24, a piezoelectric actuator substrate 25, a signal transmission section 26, and a drive IC 27.
- the flow path member 24 of the head body 20 has a substantially flat plate shape, and has a first surface 24a, which is one main surface, and a second surface 24b located on the opposite side of the first surface 24a.
- the first surface 24a has an opening 40a (see FIG. 4), and liquid is supplied from the reservoir 21 into the channel member 24 through the opening 40a.
- a plurality of first ejection holes 46 (see FIG. 4) and a plurality of second ejection holes 56 (see FIG. 4) that eject liquid onto the printing paper P are located on the second surface 24b.
- a channel is formed inside the channel member 24 to allow liquid to flow from the first surface 24a to the second surface 24b. Details of the flow path member 24 will be described later.
- the piezoelectric actuator substrate 25 is located on the first surface 24a of the flow path member 24.
- the piezoelectric actuator substrate 25 has a plurality of displacement elements 38 (see FIG. 5).
- the displacement element 38 is an example of a pressurizing section. Details of the piezoelectric actuator substrate 25 will be described later.
- Each signal transmission section 26 is electrically connected to the piezoelectric actuator board 25.
- Each signal transmission section 26 includes a plurality of drive ICs (Integrated Circuits) 27. Note that in FIG. 3, illustration of one of the signal transmission sections 26 is omitted for ease of understanding.
- the signal transmission section 26 supplies a signal to each displacement element 38 of the piezoelectric actuator substrate 25.
- the signal transmission section 26 is formed of, for example, an FPC (Flexible Printed Circuit).
- the drive IC 27 is mounted on the signal transmission section 26.
- the drive IC 27 controls the drive of each displacement element 38 on the piezoelectric actuator substrate 25.
- the head main body 20 has an ejection surface that ejects liquid and an opposite surface located on the opposite side of this ejection surface.
- the discharge surface will be described as the second surface 24b of the flow path member 24, and the opposite surface will be described as the first surface 24a of the flow path member 24.
- the reservoir 21 is located on the opposite side of the head body 20 and is in contact with the first surface 24a other than the piezoelectric actuator substrate 25.
- the reservoir 21 is provided with openings 21a at both ends in the main scanning direction.
- the reservoir 21 has a flow path inside, and liquid is supplied from the outside through the opening 21a.
- the reservoir 21 has a function of supplying liquid to the channel member 24 and a function of storing the supplied liquid.
- An electrical board 22 is provided upright on the surface of the reservoir 21 opposite to the head main body 20.
- a plurality of connectors 28 are located at the end of the electrical equipment board 22 on the reservoir 21 side. Each connector 28 accommodates an end portion of the signal transmission section 26 .
- a power supply connector 29 is located at the end of the electrical equipment board 22 opposite to the reservoir 21.
- the electrical equipment board 22 distributes the current supplied from the outside via the connector 29 to the connector 28, and supplies the current to the signal transmission section 26.
- the head cover 23 is located on the opposite side of the head body 20 and covers the signal transmission section 26 and the electrical equipment board 22. Thereby, the liquid ejection head 8 can seal the signal transmission section 26 and the electrical equipment board 22.
- the head cover 23 has an opening 23a.
- the connector 29 of the electrical equipment board 22 is inserted through the opening 23a so as to be exposed to the outside.
- a drive IC 27 is in contact with the inner side surface of the head cover 23.
- the drive IC 27 is pressed against the inner side surface of the head cover 23, for example. Thereby, the heat generated by the drive IC 27 can be radiated (radiated) from the contact portion on the side surface of the head cover 23.
- liquid ejection head 8 may further include members other than those shown in FIG. 3.
- FIG. 4 is an enlarged plan view of the head main body 20 according to the embodiment
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the head main body 20 according to the embodiment
- FIG. It is an enlarged view of the area.
- the head main body 20 includes a flow path member 24 and a piezoelectric actuator substrate 25.
- the flow path member 24 includes a supply manifold 40, a plurality of first pressurizing chambers 44, a plurality of second pressurizing chambers 54, a plurality of first discharge holes 46, and a plurality of second discharge holes 56. are doing.
- Supply manifold 40 is an example of a manifold.
- the plurality of first pressurizing chambers 44 and the plurality of second pressurizing chambers 54 are connected to the supply manifold 40.
- the plurality of first discharge holes 46 are connected to the plurality of first pressurizing chambers 44, respectively.
- the plurality of second discharge holes 56 are connected to the plurality of second pressurizing chambers 54, respectively.
- the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 are open to the first surface 24a (see FIG. 5) of the flow path member 24. Further, the first surface 24a of the flow path member 24 has an opening 40a connected to the supply manifold 40. Then, liquid is supplied from the reservoir 21 (see FIG. 2) into the flow path member 24 through the opening 40a.
- the head main body 20 has four supply manifolds 40 located inside the flow path member 24.
- the supply manifold 40 has an elongated shape extending along the longitudinal direction of the flow path member 24, and openings 40a of the supply manifold 40 are formed in the first surface 24a of the flow path member 24 at both ends thereof.
- a plurality of first pressurizing chambers 44 and a plurality of second pressurizing chambers 54 are formed in the flow path member 24 so as to extend two-dimensionally.
- the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 are hollow regions having a substantially rhombic planar shape with rounded corners.
- the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 are open to the first surface 24a of the flow path member 24, and are closed by joining the piezoelectric actuator substrate 25 to the first surface 24a.
- the first pressurizing chambers 44 constitute a first pressurizing chamber row arranged in the longitudinal direction of the flow path member 24 (supply manifold 40), and the second pressurizing chambers 54 constitute a row of first pressurizing chambers arranged in the longitudinal direction of the flow path member 24 (supply manifold 40). ) constitutes a second row of pressurizing chambers arranged in the longitudinal direction.
- the first pressurizing chambers 44 belonging to the first pressurizing chamber row and the second pressurizing chambers 54 belonging to the second pressurizing chamber row adjacent to the first pressurizing chamber row are arranged in a staggered manner. .
- Two rows of first pressurizing chambers and two rows of second pressurizing chambers connected to one supply manifold 40 constitute one pressurizing chamber group.
- the flow path member 24 has four such pressurizing chamber groups.
- each pressurizing chamber group is arranged slightly shifted in the longitudinal direction. There is.
- the first discharge hole 46 and the second discharge hole 56 are arranged at positions that avoid the area of the flow path member 24 that faces the supply manifold 40. That is, when the channel member 24 is seen through from the first surface 24a side, the first discharge hole 46 and the second discharge hole 56 do not overlap with the supply manifold 40.
- first discharge hole 46 and the second discharge hole 56 are arranged so as to fit within the mounting area of the piezoelectric actuator substrate 25. These first discharge holes 46 and second discharge holes 56 occupy an area having substantially the same size and shape as the piezoelectric actuator substrate 25 as one group.
- first connection channel 41 As shown in FIG. 5, between the supply manifold 40 and the first discharge hole 46, there are a first connection channel 41, a first throttle 42, a first supply channel 43, and a first pressurizing chamber 44. , and are connected to the first communication channel 45.
- the flow path member 24 has a first individual flow path C1 including a first connection flow path 41, a first throttle 42, a first supply flow path 43, a first pressurizing chamber 44, and a first communication flow path 45. are doing.
- the first connection flow path 41 is located near the supply manifold 40 and the first communication flow path 45 is located near between the first discharge holes 46 in the flow direction of the liquid.
- the first connection channel 41 extends in the first direction D1
- the first aperture 42 extends in a direction perpendicular to the first direction D1.
- the first supply channel 43 extends in the first direction D1.
- the first pressurizing chamber 44 extends in a direction perpendicular to the first direction D1
- the first communication channel 45 extends in the first direction D1.
- connection channel 51 between the supply manifold 40 and the second discharge hole 56, there is a second connection channel 51, a second throttle 52, a second supply channel 53, a second pressurizing chamber 54, and a second communication channel It is connected to a flow path 55.
- the flow path member 24 has a second individual flow path C2 including a second connection flow path 51, a second throttle 52, a second supply flow path 53, a second pressurizing chamber 54, and a second communication flow path 55. are doing.
- the second connection flow path 51 is located near the supply manifold 40
- the second communication flow path 55 is located near the second discharge hole 56 in the flow direction of the liquid.
- the second connection channel 51 extends in the first direction D1
- the second restrictor 52 extends in a direction perpendicular to the first direction D1
- the second supply channel 53 extends in the first direction D1.
- the second pressurizing chamber 54 extends in a direction perpendicular to the first direction D1
- the second communication channel 55 extends in the first direction D1.
- the first individual flow path C1 has a first aperture 42, which is narrower than other parts, on the upstream side of the first pressurizing chamber 44.
- the first aperture 42 has a higher flow resistance because it is narrower than other parts of the first individual flow path C1.
- the embodiment it is possible to suppress the pressure generated in the first pressurizing chamber 44 from escaping to the supply manifold 40 instead of the first discharge hole 46. Therefore, according to the embodiment, the liquid can be efficiently ejected from the first ejection hole 46.
- the second individual flow path C2 has a second aperture 52, which is narrower than other parts, on the upstream side of the second pressurizing chamber 54. Since the second aperture 52 has a narrower width than other parts of the second individual channel C2, the channel resistance is high.
- the embodiment it is possible to suppress the pressure generated in the second pressurizing chamber 54 from escaping to the supply manifold 40 instead of the second discharge hole 56. Therefore, according to the embodiment, the liquid can be efficiently ejected from the second ejection hole 56.
- the channel member 24 has a laminated structure in which a plurality of plates are laminated. These plates include, in order from the first surface 24a of the channel member 24, a cavity plate 24A, a base plate 24B, aperture plates 24C, 24D, a supply plate 24E, manifold plates 24F, 24G, 24H, a cover plate 24I, and a nozzle. This is plate 24J.
- FIG. 5 shows an example of the laminated structure of each plate according to the embodiment, and there is no need to be particularly limited to the example shown in FIG. 5.
- the manifold plates 24F, 24G, and 24H may be configured by stacking three or more plates.
- the cover plate 24I may be configured by laminating a plurality of plates.
- a large number of holes are formed in the plurality of plates constituting the flow path member 24, and by connecting the large number of holes, the supply manifold 40, the first individual flow path C1, and the second individual flow path C2 are formed as the flow path member. 24.
- the precision of the holes formed can be increased.
- the first individual channel C1 has a first communication channel 45 that connects the first pressurizing chamber 44 and the first discharge hole 46 on the downstream side of the first pressurizing chamber 44.
- the second individual flow path C2 has a second communication flow path 55 that connects the second pressurization chamber 54 and the second discharge hole 56 on the downstream side of the second pressurization chamber 54.
- the second pressurizing chamber 54 is located closer to the supply manifold 40 than the first pressurizing chamber 44 in plan view. That is, in the embodiment, the first pressurizing chamber 44 is relatively far from the supply manifold 40 and the second pressurizing chamber 54 is relatively close to the supply manifold 40 in plan view. In the example of FIG. 6, in plan view, the first pressurizing chamber 44 is located away from the supply manifold 40 and does not overlap with the supply manifold 40, but the second pressurizing chamber 54 overlaps with the supply manifold 40. It has a part.
- the width of the second communication channel 55 is different from the width of the first communication channel 45.
- the width of the second communication channel 55 is greater than the width of the first communication channel 45.
- the second pressurizing chamber 54 which is relatively close to the supply manifold 40, has lower rigidity than the first pressurizing chamber 44, which is relatively far from the supply manifold 40. Almost displaced by pressure.
- the liquid discharging speed between the first discharge hole 46 and the second discharge hole 56 varies. There may be variations.
- FIG. 7 is a diagram illustrating variations in the amount of displacement between the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54.
- FIG. 7 shows the displacement amount of the first pressurizing chamber 44 belonging to the first pressurizing chamber row and the displacement amount of the second pressurizing chamber 54 belonging to the second pressurizing chamber row.
- the row numbers shown in FIG. 7 are numbers indicating the positions in the width direction of the flow path members 24 in the first pressurizing chamber row and the second pressurizing chamber row.
- the first pressurizing Numbers 1 to 16 are assigned as row numbers sequentially from the left side to the chamber row and the second pressurizing chamber row of row 8.
- Row numbers 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13, and 16 correspond to the first pressurizing chamber row
- row numbers 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, and 15 correspond to the second pressurizing chamber row.
- the column numbers shown in FIG. 7 are numbers indicating the positions in the longitudinal direction of the flow path member 24 of the first pressurizing chamber 44 belonging to the first pressurizing chamber row and the second pressurizing chamber 54 belonging to the second pressurizing chamber row. It is.
- the second pressurizing chamber 54 which is relatively close to the supply manifold 40, has a larger displacement amount than the first pressurizing chamber 44, which is relatively farther from the supply manifold 40.
- the first pressurizing chamber 44 The liquid ejection speed is increased compared to the first ejection hole 46 connected to the first ejection hole 46 .
- the uniformity of the liquid ejection speed between the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56 is impaired.
- FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the relationship between the width of the second communication channel 55 and the discharge speed of the liquid discharged from the second discharge hole 56.
- the present inventors supplied liquid to the inside of the channel member 24 by changing the width (channel width) of the second communication channel 55, and simulated the discharge speed of the liquid discharged from the second discharge hole 56. Examined. FIG. 8 shows the results of such a simulation.
- the discharge speed of the liquid discharged from the second discharge hole 56 reaches its maximum value when the width of the second communication channel 55 is approximately 200 ⁇ m; It decreased from the maximum value when it was smaller or larger than about 200 ⁇ m. If the width of the second communication channel 55 is small, the flow resistance of the second communication channel 55 becomes high, and the pressure waves generated in the second pressurizing chamber 54 are not efficiently propagated to the second discharge hole 56. , it is thought that the liquid ejection speed decreases. Moreover, when the width of the second communication channel 55 is large, the pressure waves generated in the second pressurizing chamber 54 are absorbed by the liquid and attenuated, which is considered to reduce the discharge speed of the liquid. Although the explanation is omitted here, simulation results similar to those shown in FIG. 8 can be obtained with respect to the ejection speed of the liquid ejected from the first ejection hole 46 depending on the change in the width of the first communication channel 45.
- the width of the first communication channel 45 and the width of the second communication channel 55 generally correspond to the ejection speed of the liquid ejected from the ejection holes (the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56). is set so that it becomes the maximum value.
- the width of the first communicating channel 45 and the width of the second communicating channel 55 are set to around 200 ⁇ m, which is a common set value at which the liquid ejection speed becomes the maximum value.
- the second discharge hole 56 has a higher temperature than the first discharge hole 46. This increases the liquid ejection speed. As a result, the uniformity of the liquid ejection speed between the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56 is impaired.
- the discharge speed of the liquid discharged from the second discharge hole 56 is increased.
- the ejection speed is decreased so as to approach the ejection speed of the liquid ejected from 46. Therefore, according to the embodiment, the uniformity of the liquid ejection speed between the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56 can be improved.
- the width of the second communication channel 55 is larger than the width of the first communication channel 45; however, the width of the second communication channel 55 is equal to the width of the first communication channel 45. May be smaller than . In short, it is sufficient that the width of the second communication channel 55 is different from the width of the first communication channel 45. Further, the entire width of the second communication channel 55 does not necessarily have to be different from the width of the first communication channel 45; for example, the width of a part of the second communication channel 55 may be different from the width of the first communication channel 45. The width of the other part of the second communication channel 55 may be the same as the width of the first communication channel 45. In short, it is sufficient that the width of at least a portion of the second communication channel 55 is different from the width of the first communication channel 45.
- the width of the second communication channel 55 is preferably 0.5 to 2.5% larger than the width of the first communication channel 45.
- the width of the second communicating channel 55 is preferably about 1 to 5 ⁇ m larger than the width of the first communicating channel 45.
- the diameter r2 of the hole for forming the second communication flow path 55 is the same as that for forming the first communication flow path 45. It is preferable that the diameter r1 of the hole is larger than that of the hole.
- FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the hole diameter in the manifold plate 24H.
- FIG. 9 shows a diameter r1 of a hole for forming the first communication channel 45 and a diameter r2 of a hole for forming the second communication channel 55.
- the row numbers shown in FIG. 9 are numbers indicating the positions of the holes for forming the first communication channel 45 and the holes for forming the second communication channel 55 in the width direction of the channel member 24.
- the same numbers as the row numbers of the corresponding first pressurizing chamber row and second pressurizing chamber row are assigned to these holes as row numbers.
- Row numbers 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13, 16 correspond to holes for forming the first communication channel 45
- row numbers 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14 , 15 correspond to holes for forming the second communication channel 55.
- the diameter r2 of the hole for forming the second communication channel 55 is larger than the diameter r1 of the hole for forming the first communication channel 45.
- the diameter r2 of the hole for forming the second communication channel 55 is the same as the diameter of the hole for forming the first communication channel 45. greater than r1.
- the diameter r2 of the hole for forming the second communication channel 55 is larger than the diameter r1 of the hole for forming the first communication channel 45. Accordingly, by positioning and stacking the manifold plates 24F, 24G, and 24H so that their respective holes communicate with each other, the first communication channel 45 and the second communication channel 55 can be easily formed in the channel member 24. can be formed into
- each of the manifold plates 24F, 24G, and 24H is preferably thicker than the other plates included in the plurality of plates constituting the flow path member 24.
- each of manifold plates 24F, 24G, 24H is thicker than other plates, such as cavity plate 24A. Since each of the manifold plates 24F, 24G, and 24H is thicker than the other plates, the volume of the second communication channel 55 in the manifold plates 24F, 24G, and 24H is smaller than that of the second communication channel 55 in the other plate. It can be larger than the volume.
- the pressure waves generated in the second pressurizing chamber 54 are absorbed by the liquid in the second communication channel 55 in the manifold plates 24F, 24G, and 24H and are efficiently attenuated, so that the pressure wave is discharged from the second discharge hole. It is possible to widen the adjustment range of the liquid ejection speed. Therefore, according to the embodiment, the uniformity of the liquid ejection speed between the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56 can be further improved.
- the diameter r2 of the hole for forming the second communication channel 55 is the same as that of the first communication channel. It is preferable that the diameter r1 of the hole for forming the hole 45 is larger than the diameter r1.
- the diameter r2 of the hole for forming the second communication channel 55 is the same as that for forming the first communication channel 45. It is larger than the diameter r1 of the hole for.
- the pressure waves generated in the second pressurizing chamber 54 are absorbed by the liquid in the second communication channel 55 in the manifold plates 24F, 24G, 24H and other plates and are efficiently attenuated.
- the adjustment range of the discharge speed of the liquid discharged from the hole 56 can be widened. Therefore, according to the embodiment, the uniformity of the liquid ejection speed between the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56 can be further improved.
- the piezoelectric actuator substrate 25 includes piezoelectric ceramic layers 25A and 25B, a common electrode 33, an individual electrode 34, a connection electrode 35, a dummy electrode 36, and a surface electrode 37 (see FIG. 4). have.
- the piezoelectric ceramic layer 25B, the common electrode 33, the piezoelectric ceramic layer 25A, and the individual electrodes 34 are laminated in this order.
- the piezoelectric ceramic layers 25A and 25B both extend so as to straddle the plurality of first pressurizing chambers 44 and second pressurizing chambers 54.
- the piezoelectric ceramic layers 25A and 25B each have a thickness of about 20 ⁇ m.
- the piezoelectric ceramic layers 25A and 25B are made of, for example, a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material having ferroelectric properties.
- the common electrode 33 is formed over almost the entire surface in the region between the piezoelectric ceramic layer 25A and the piezoelectric ceramic layer 25B. That is, the common electrode 33 overlaps all the first pressurizing chambers 44 and the second pressurizing chambers 54 in the area facing the piezoelectric actuator substrate 25.
- the thickness of the common electrode 33 is about 2 ⁇ m.
- the common electrode 33 is made of, for example, a metal material such as Ag--Pd.
- the individual electrode 34 has a main body electrode 34a and an extraction electrode 34b.
- the main body electrode 34a is located on the piezoelectric ceramic layer 25A in a region facing the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54.
- the main body electrode 34a is one size smaller than the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54, and has a shape substantially similar to the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54.
- the extraction electrode 34b is extracted from the main body electrode 34a to the outside of the area facing the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54.
- the individual electrodes 34 are made of, for example, a metal material such as Au-based material.
- connection electrode 35 is located on the extraction electrode 34b, has a thickness of about 15 ⁇ m, and is formed in a convex shape. Furthermore, the connection electrode 35 is electrically connected to an electrode provided in the signal transmission section 26 (see FIG. 3).
- the connection electrode 35 is made of, for example, silver-palladium containing glass frit.
- the dummy electrode 36 is located on the piezoelectric ceramic layer 25A, and is located so as not to overlap with various electrodes such as the individual electrodes 34.
- the dummy electrode 36 connects the piezoelectric actuator substrate 25 and the signal transmission section 26 to increase the strength of the connection.
- the dummy electrode 36 equalizes the distribution of contact positions between the piezoelectric actuator substrate 25 and the signal transmission section 26, and stabilizes the electrical connection.
- the dummy electrode 36 may be made of the same material as the connection electrode 35, and may be formed in the same process as the connection electrode 35.
- the surface electrode 37 shown in FIG. 4 is formed on the piezoelectric ceramic layer 25A at a position avoiding the individual electrodes 34.
- the surface electrode 37 is connected to the common electrode 33 via a via hole formed in the piezoelectric ceramic layer 25A.
- the surface electrode 37 is grounded and held at the ground potential.
- the surface electrode 37 is preferably made of the same material as the individual electrode 34, and preferably formed in the same process as the individual electrode 34.
- the plurality of individual electrodes 34 are each individually electrically connected to the control unit 14 (see FIG. 1) via the signal transmission unit 26 and wiring in order to individually control the potential. Then, when the individual electrodes 34 and the common electrode 33 are set at different potentials and an electric field is applied in the polarization direction of the piezoelectric ceramic layer 25A, the portion of the piezoelectric ceramic layer 25A to which the electric field is applied becomes an active region that is distorted due to the piezoelectric effect. It works as.
- the portions of the individual electrodes 34, the piezoelectric ceramic layers 25A and 25B, and the common electrode 33 that face the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 function as the displacement element 38.
- the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 are pressed, and liquid is ejected from the first discharge hole 46 and the second discharge hole 56.
- the individual electrodes 34 are set in advance to a higher potential than the common electrode 33 (hereinafter also referred to as high potential). Then, the control unit 14 once sets the individual electrode 34 to the same potential as the common electrode 33 (hereinafter also referred to as low potential) each time there is a discharge request, and then sets the individual electrode 34 to a high potential again at a predetermined timing.
- the piezoelectric ceramic layers 25A and 25B return to their original shapes at the timing when the individual electrode 34 becomes low potential, and the volumes of the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 are reduced to the initial state, that is, the high potential. increase than the state.
- the piezoelectric ceramic layers 25A and 25B deform to protrude toward the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 side.
- the pressures in the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 become positive pressures.
- the pressure of the liquid inside the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 increases, and droplets are ejected from the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56.
- control unit 14 supplies a drive signal including a pulse based on a high potential to the individual electrodes 34 in order to cause droplets to be ejected from the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56.
- This pulse width is equal to AL (Acoustic Length), which is the length of time that the pressure wave propagates from the first connection flow path 41 to the first discharge hole 46 (or from the second connection flow path 51 to the second discharge hole 56). do it.
- the gradation is determined by the number of droplets continuously ejected from the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56, that is, the amount (volume) of droplets adjusted by the number of droplet ejections. Expression takes place. Therefore, droplets are ejected a number of times corresponding to the specified gradation expression continuously from the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56 corresponding to the specified dot area.
- the interval between pulses supplied to eject droplets may be set to AL.
- the period of the residual pressure wave of the pressure generated when ejecting the droplet that was ejected first matches the period of the pressure wave of the pressure that occurs when ejecting the droplet that is ejected later.
- the residual pressure wave and the pressure wave can be superimposed to amplify the pressure for ejecting the droplet. Note that in this case, the speed of the droplets ejected later becomes faster, and the landing points of the plurality of droplets become closer.
- FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a head main body 20 according to another embodiment 1.
- FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a head main body 20 according to another embodiment 1.
- At least one of the manifold plates 24F, 24G, and 24H and the other manifold plates have holes for forming the second communication channel 55.
- Different diameters For example, the diameter r21 of the hole for forming the second communication passage 55 of the manifold plates 24F, 24G is larger than the diameter r22 of the hole for forming the second communication passage 55 of the manifold plate 24H.
- the volume of the second communication channel 55 in the manifold plates 24F, 24G, and 24H can be finely adjusted, so that the adjustment range of the discharge speed of the liquid discharged from the second discharge hole 56 can be widened. Therefore, according to another embodiment 1, the uniformity of the liquid ejection speed between the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56 can be further improved.
- the central axes of the holes (holes for forming the second communication flow path 55) of the manifold plates 24F, 24G, and 24H are aligned.
- the central axis of the hole in the second communication flow path 55 is liquid can flow along. Therefore, according to another embodiment 1, it is possible to suppress disturbances in the flow of liquid within the second communication channel 55.
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a head main body 20 according to another embodiment 2.
- the manifold plates 24F, 24G, and 24H have different hole diameters for forming the second communication channel 55.
- the volume of the second communication channel 55 in the manifold plates 24F, 24G, and 24H can be finely adjusted, so that the adjustment range of the discharge speed of the liquid discharged from the second discharge hole 56 can be widened. Therefore, according to another embodiment 2, the uniformity of the liquid ejection speed between the first ejection hole 46 and the second ejection hole 56 can be further improved.
- the diameter of the holes (holes for forming the second communication flow path 55) that the manifold plates 24F, 24G, and 24H have is the same as the diameter of the hole (the hole for forming the second communication flow path 55) in the first direction D1.
- the position of the hole (for forming the hole) becomes smaller as it approaches the second surface 24b. That is, the diameter r22 of the hole in the manifold plate 24G is smaller than the diameter r21 of the hole in the manifold plate 24F, and the diameter r23 of the hole in the manifold plate 24H is smaller than the diameter r22 of the hole in the manifold plate 24G.
- the volume of the second communication channel 55 in the manifold plates 24F, 24G, and 24H can be gradually reduced toward the downstream side of the liquid, so that the flow rate of the liquid in the second communication channel 55 can be reduced to a second level. It can be made larger as it approaches the discharge hole 56. Therefore, according to another embodiment 2, the discharge of air and foreign matter from the second discharge hole 56 can be promoted.
- the central axes of the holes (holes for forming the second communication channel 55) of the manifold plates 24F, 24G, and 24H are aligned. There is. Therefore, according to the second embodiment, as in the first embodiment, disturbances in the flow of the liquid in the second communication channel 55 can be suppressed.
- FIG. 12 is an enlarged plan view of a head main body 20 according to another third embodiment.
- the position of the first pressurizing chamber 44 is different from the embodiment. Specifically, in plan view, the first pressurizing chamber 44 is located closer to the supply manifold 40 as a whole than in the embodiment, and has a portion that overlaps with the supply manifold 40.
- the area of the portion of the first pressurizing chamber 44 that overlaps with the supply manifold 40 is smaller than the area of the portion of the second pressurizing chamber 54 that overlaps with the supply manifold 40 in plan view.
- the first pressurizing chamber 44 and the second pressurizing chamber 54 can be arranged within the flow path member 24 with good space efficiency. Therefore, according to another embodiment 3, since the flow path member 24 can be made smaller, the head main body 20 can be made smaller.
- the present disclosure is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the spirit thereof.
- the channel member 24 is composed of a plurality of stacked plates, but the channel member 24 is not limited to a case where the channel member 24 is composed of a plurality of stacked plates. .
- the flow path member 24 may be configured by forming the supply manifold 40, the first individual flow path C1, the second individual flow path C2, etc. by etching.
- the liquid ejection head (for example, the liquid ejection head 8) according to the embodiment has a first surface (for example, the first surface 24a) and a second surface located on the opposite side of the first surface (for example, the first surface 24a). 24b), and a pressurizing section (eg, displacement element 38) located on the first surface.
- the flow path member includes a first discharge hole (for example, the first discharge hole 46) and a second discharge hole (for example, the second discharge hole 56) located on the second surface, and a first individual flow connected to the first discharge hole.
- the first individual flow path has a first communication flow path (for example, the first communication flow path 45) that connects the first pressurizing chamber and the first discharge hole.
- the second individual flow path has a second communication flow path (for example, the second communication flow path 55) that connects the second pressurizing chamber and the second discharge hole.
- the second pressurizing chamber is located closer to the manifold than the first pressurizing chamber in plan view.
- the width of at least a portion of the second communicating channel is different from the width of the first communicating channel.
- the width of at least a portion of the second communication channel may be larger than the width of the first communication channel.
- the width of at least a portion of the second communicating channel may be 0.5 to 2.5% larger than the width of the first communicating channel.
- the flow path member may have a laminated structure in which a plurality of plates are laminated.
- the plurality of plates may include a plurality of manifold plates (eg, manifold plates 24F, 24G, 24H) each having a plurality of holes for forming a manifold, a first communication channel, and a second communication channel.
- the diameter of the hole for forming the second communication channel (for example, diameter r2) is larger than the diameter of the hole for forming the first communication channel (for example, diameter r1). It can be large.
- the liquid ejection head by positioning and stacking the plurality of manifold plates so that the respective holes communicate with each other, the first communication flow path and the second communication flow path are formed in the flow path member.
- a connecting channel can be easily formed.
- each of the plurality of manifold plates may be thicker than other plates included in the plurality of plates.
- the pressure waves generated in the second pressure chamber are absorbed by the liquid in the second communication channels in the plurality of manifold plates and are efficiently attenuated.
- the adjustment range of the ejection speed of the liquid ejected from the ejection hole can be widened.
- At least one manifold plate among the plurality of manifold plates and the other manifold plates may have different diameters of holes for forming the second communication channel.
- the plurality of manifold plates may have different diameters of holes for forming the second communication channel.
- the diameter of the hole of the plurality of manifold plates is such that the position of the hole in the first direction is the same as that of the second surface. The closer it gets to , the smaller it may be.
- the central axes of the holes of the plurality of manifold plates may be the same.
- the plurality of plates are other plates different from the plurality of manifold plates and have a plurality of holes for forming the first communication channel and the second communication channel (for example, the base plate 24B). , aperture plates 24C, 24D, supply plate 24E, and cover plate 24I).
- the diameter of the hole for forming the second communication channel may be larger than the diameter of the hole for forming the first communication channel.
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Abstract
液体吐出ヘッドは、第1面および第1面の反対側に位置する第2面を有する流路部材と、第1面上に位置する加圧部と、を備える。流路部材は、第2面に位置する第1吐出孔および第2吐出孔と、第1吐出孔に繋がる第1個別流路と、第1個別流路内において第1吐出孔よりも上流側に位置する第1加圧室と、第2吐出孔に繋がる第2個別流路と、第2個別流路内において第2吐出孔よりも上流側に位置する第2加圧室と、第1個別流路の上流側および第2個別流路の上流側に共通に繋がるマニホールドと、を有する。第1個別流路は、第1加圧室と第1吐出孔とを繋ぐ第1連絡流路を有する。第2個別流路は、第2加圧室と第2吐出孔とを繋ぐ第2連絡流路を有する。第2加圧室は、平面視において、第1加圧室よりもマニホールドの近くに位置する。第2連絡流路の少なくとも一部の幅は、第1連絡流路の幅と異なる。
Description
開示の実施形態は、液体吐出ヘッドおよび記録装置に関する。
印刷装置として、インクジェット記録方式を利用したインクジェットプリンタやインクジェットプロッタが知られている。このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが搭載されている。
かかる液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔と、複数の吐出孔にそれぞれ繋がる複数の加圧室と、複数の加圧室に共通に繋がるマニホールドとを備える。複数の加圧室は、相対的にマニホールドから遠い加圧室と、相対的にマニホールドに近い加圧室とを含んでいる(例えば、特許文献1参照)。
実施形態の一態様による液体吐出ヘッドは、第1面および第1面の反対側に位置する第2面を有する流路部材と、第1面上に位置する加圧部と、を備える。流路部材は、第2面に位置する第1吐出孔および第2吐出孔と、第1吐出孔に繋がる第1個別流路と、第1個別流路内において第1吐出孔よりも上流側に位置する第1加圧室と、第2吐出孔に繋がる第2個別流路と、第2個別流路内において第2吐出孔よりも上流側に位置する第2加圧室と、第1個別流路の上流側および第2個別流路の上流側に共通に繋がるマニホールドと、を有する。第1個別流路は、第1加圧室と第1吐出孔とを繋ぐ第1連絡流路を有する。第2個別流路は、第2加圧室と第2吐出孔とを繋ぐ第2連絡流路を有する。第2加圧室は、平面視において、第1加圧室よりもマニホールドの近くに位置する。第2連絡流路の少なくとも一部の幅は、第1連絡流路の幅と異なる。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する液体吐出ヘッドおよび記録装置の実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、たとえば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
<プリンタの構成>
図1および図2を用いて、実施形態に係る記録装置の一例であるプリンタ1の概要について説明する。図1は、実施形態に係るプリンタ1の概略的な側面を模式的に示す側面図である。図2は、実施形態に係るプリンタ1の概略的な平面を模式的に示す平面図である。
図1および図2を用いて、実施形態に係る記録装置の一例であるプリンタ1の概要について説明する。図1は、実施形態に係るプリンタ1の概略的な側面を模式的に示す側面図である。図2は、実施形態に係るプリンタ1の概略的な平面を模式的に示す平面図である。
図1に示すように、プリンタ1は、給紙ローラ2と、ガイドローラ3と、塗布機4と、ヘッドケース5と、複数の搬送ローラ6と、複数のフレーム7と、複数の液体吐出ヘッド8と、搬送ローラ9と、乾燥機10と、搬送ローラ11と、センサ部12と、回収ローラ13とを備える。
さらに、プリンタ1は、プリンタ1の各部を制御する制御部14を有している。制御部14は、給紙ローラ2、ガイドローラ3、塗布機4、ヘッドケース5、複数の搬送ローラ6、複数のフレーム7、複数の液体吐出ヘッド8、搬送ローラ9、乾燥機10、搬送ローラ11、センサ部12および回収ローラ13の動作を制御する。
プリンタ1は、印刷用紙Pに液滴を着弾させることにより、印刷用紙Pに画像や文字の記録を行う。印刷用紙Pは、使用前において給紙ローラ2に引き出し可能な状態で巻回されている。プリンタ1は、印刷用紙Pを、給紙ローラ2からガイドローラ3および塗布機4を介してヘッドケース5の内部に搬送する。
塗布機4は、コーティング剤を印刷用紙Pに一様に塗布する。これにより、印刷用紙Pに表面処理を施すことができることから、プリンタ1の印刷品質を向上させることができる。
ヘッドケース5は、複数の搬送ローラ6と、複数のフレーム7と、複数の液体吐出ヘッド8とを収容する。ヘッドケース5の内部には、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他は、外部と隔離された空間が形成されている。
ヘッドケース5の内部空間は、必要に応じて、温度、湿度、および気圧などの制御因子のうち、少なくとも1つが制御部14によって制御される。搬送ローラ6は、ヘッドケース5の内部で印刷用紙Pを液体吐出ヘッド8の近傍に搬送する。
フレーム7は、矩形状の平板であり、搬送ローラ6で搬送される印刷用紙Pの上方に近接して位置している。また、図2に示すように、フレーム7は、長手方向を印刷用紙Pの搬送方向に直交させるようにして、ヘッドケース5の内部に複数(例えば、4つ)設けられている。そして、複数のフレーム7のそれぞれは、印刷用紙Pの搬送方向に沿って所定の間隔で配置されている。
以降の説明において、印刷用紙Pの搬送方向を「副走査方向」と表記し、かかる副走査方向に直交し、かつ印刷用紙Pに平行な方向を「主走査方向」と表記する場合がある。
液体吐出ヘッド8には、図示しない液体タンクから液体、たとえば、インクが供給される。液体吐出ヘッド8は、かかる液体タンクから供給される液体を吐出する。
制御部14は、画像や文字などのデータに基づいて液体吐出ヘッド8を制御し、印刷用紙Pに向けて液体を吐出させる。液体吐出ヘッド8と印刷用紙Pとの間の距離は、たとえば0.5~20mm程度である。
液体吐出ヘッド8は、フレーム7に固定されている。液体吐出ヘッド8は、たとえば、長手方向の両端部においてフレーム7に固定されている。液体吐出ヘッド8は、長手方向が主走査方向と平行となるようにフレーム7に固定されている。
すなわち、実施形態に係るプリンタ1は、プリンタ1の内部に液体吐出ヘッド8が固定されている、いわゆるラインプリンタである。なお、実施形態に係るプリンタ1は、ラインプリンタに限られず、いわゆるシリアルプリンタであってもよい。
シリアルプリンタとは、液体吐出ヘッド8を、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、たとえば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させながら記録する動作と、印刷用紙Pの搬送とを交互に行う方式のプリンタである。
図2に示すように、1つのフレーム7に複数(たとえば、5つ)の液体吐出ヘッド8が設けられている。図2では、副走査方向の前方に2個、後方に3個の液体吐出ヘッド8が配置されている例を示しており、副走査方向において、それぞれの液体吐出ヘッド8の中心が重ならないように液体吐出ヘッド8が配置されている。
そして、1つのフレーム7に設けられている複数の液体吐出ヘッド8によって、ヘッド群8Aが構成されている。4つのヘッド群8Aは、副走査方向に沿って位置している。同じヘッド群8Aに属する液体吐出ヘッド8には、同じ色のインクが供給される。これにより、プリンタ1は、4つのヘッド群8Aを用いて4色のインクによる印刷を行うことができる。
各ヘッド群8Aから吐出されるインクの色は、たとえば、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。制御部14は、各ヘッド群8Aを制御して複数色のインクを印刷用紙Pに吐出することにより、印刷用紙Pにカラー画像を印刷することができる。
なお、印刷用紙Pの表面処理をするために、液体吐出ヘッド8からコーティング剤を印刷用紙Pに吐出してもよい。
また、1つのヘッド群8Aに含まれる液体吐出ヘッド8の個数や、プリンタ1に搭載されているヘッド群8Aの個数は、印刷する対象や印刷条件に応じて適宜変更可能である。たとえば、印刷用紙Pに印刷する色が単色で、かつ1つの液体吐出ヘッド8で印刷可能な範囲を印刷するのであれば、プリンタ1に搭載されている液体吐出ヘッド8の個数は1つでもよい。
ヘッドケース5の内部で印刷処理された印刷用紙Pは、搬送ローラ9によってヘッドケース5の外部に搬送され、乾燥機10の内部を通る。乾燥機10は、印刷処理された印刷用紙Pを乾燥する。乾燥機10で乾燥された印刷用紙Pは、搬送ローラ11で搬送されて、回収ローラ13で回収される。
プリンタ1では、乾燥機10で印刷用紙Pを乾燥することにより、回収ローラ13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たりすることを抑制することができる。
センサ部12は、位置センサや速度センサ、温度センサなどにより構成されている。制御部14は、かかるセンサ部12からの情報に基づいて、プリンタ1の各部における状態を判断し、プリンタ1の各部を制御することができる。
これまで説明してきたプリンタ1では、印刷対象(すなわち記録媒体)として印刷用紙Pを用いた場合について示したが、プリンタ1における印刷対象は印刷用紙Pに限られず、ロール状の布などを印刷対象としてもよい。
また、上述のプリンタ1は、印刷用紙Pを直接搬送する代わりに、搬送ベルト上に載せて搬送するものであってもよい。搬送ベルトを用いることで、プリンタ1は、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを印刷対象とすることができる。
また、上述のプリンタ1は、液体吐出ヘッド8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、上述のプリンタ1は、液体吐出ヘッド8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、化学薬品を作製してもよい。
また、上述のプリンタ1は、液体吐出ヘッド8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、たとえば、ワイピング処理やキャッピング処理によって液体吐出ヘッド8の洗浄を行う。
ワイピング処理とは、たとえば、柔軟性のあるワイパーで、液体が吐出される部位の面、たとえば流路部材24(図3参照)の第2面24b(図3参照)を擦ることで、かかる第2面24bに付着していた液体を取り除く処理である。
キャッピング処理は、たとえば、液体が吐出される部位をキャップで覆い、液体の吐出を繰り返すことで、第1吐出孔46(図5参照)および第2吐出孔56(図5参照)の詰まりを解消する処理であり、次のように実施する。まず、液体を吐出される部位、たとえば流路部材24の第2面24bを覆うようにキャップを被せる(これをキャッピングという)。これにより、第2面24bとキャップとの間に、ほぼ密閉された空間が形成される。次に、かかる密閉された空間で液体の吐出を繰り返す。これにより、第1吐出孔46および第2吐出孔56に詰まっていた、標準状態よりも粘度が高い液体や異物などを取り除くことができる。
<液体吐出ヘッドの構成>
図3は、実施形態に係る液体吐出ヘッド8の概略構成を示す分解斜視図である。
図3は、実施形態に係る液体吐出ヘッド8の概略構成を示す分解斜視図である。
図3に示すように、液体吐出ヘッド8は、ヘッド本体20と、リザーバ21と、電装基板22と、ヘッドカバー23とを備える。また、ヘッド本体20は、流路部材24と、圧電アクチュエータ基板25と、信号伝達部26と、駆動IC27とを有している。
ヘッド本体20の流路部材24は、略平板形状であり、1つの主面である第1面24aと、かかる第1面24aの反対側に位置する第2面24bとを有している。第1面24aは、開口40a(図4参照)を有し、リザーバ21からかかる開口40aを介して流路部材24の内部に液体が供給される。
第2面24bには、印刷用紙Pに液体を吐出する複数の第1吐出孔46(図4参照)および複数の第2吐出孔56(図4参照)が位置している。そして、流路部材24の内部には、第1面24aから第2面24bに液体を流す流路が形成されている。かかる流路部材24の詳細については後述する。
圧電アクチュエータ基板25は、流路部材24の第1面24a上に位置している。圧電アクチュエータ基板25は、複数の変位素子38(図5参照)を有している。変位素子38は、加圧部の一例である。かかる圧電アクチュエータ基板25の詳細については後述する。
圧電アクチュエータ基板25には、2枚の信号伝達部26が電気的に接続されている。それぞれの信号伝達部26は、複数の駆動IC(Integrated Circuit)27を含んでいる。なお、図3では、理解の容易のため、信号伝達部26のうち1枚の図示を省略している。
信号伝達部26は、圧電アクチュエータ基板25の各変位素子38に信号を供給する。信号伝達部26は、たとえば、FPC(Flexible Printed Circuit)などによって形成されている。
駆動IC27は、信号伝達部26に搭載されている。駆動IC27は、圧電アクチュエータ基板25における各変位素子38の駆動を制御する。
なお、ヘッド本体20は、液体を吐出する吐出面およびこの吐出面の反対側に位置する反対面を有している。以下においては、吐出面を流路部材24における第2面24b、反対面を流路部材24における第1面24aとして説明する。
リザーバ21は、ヘッド本体20の反対面側に位置し、圧電アクチュエータ基板25以外の第1面24aに接している。リザーバ21には、主走査方向の両端部に開口21aが設けられている。リザーバ21は、内部に流路を有しており、外部から開口21aを介して液体が供給される。リザーバ21は、流路部材24に液体を供給する機能、および供給される液体を貯留する機能を有している。
リザーバ21におけるヘッド本体20とは反対側の面には、電装基板22が立設している。電装基板22におけるリザーバ21側の端部には、複数のコネクタ28が位置している。それぞれのコネクタ28には、信号伝達部26の端部が収容される。
電装基板22のリザーバ21と反対側の端部には、給電用のコネクタ29が位置している。電装基板22は、外部からコネクタ29を介して供給された電流をコネクタ28に分配し、信号伝達部26に電流を供給する。
ヘッドカバー23は、ヘッド本体20の反対面側に位置しており、信号伝達部26および電装基板22を覆っている。これにより、液体吐出ヘッド8は、信号伝達部26および電装基板22を封止することができる。
また、ヘッドカバー23は、開口23aを有している。電装基板22のコネクタ29は、かかる開口23aから外部に露出するように挿通される。
ヘッドカバー23の内部側面には、駆動IC27が接触している。駆動IC27は、たとえば、ヘッドカバー23の内部側面に押し当てられている。これにより、駆動IC27で発生する熱を、ヘッドカバー23の側面における接触部分から放散(放熱)することができる。
なお、液体吐出ヘッド8は、図3に示した部材以外の部材をさらに含んでもよい。
<ヘッド本体の構成>
次に、図4~図6を参照して実施形態に係るヘッド本体20の構成について説明する。図4は、実施形態に係るヘッド本体20の拡大平面図であり、図5は、実施形態に係るヘッド本体20の概略断面図であり、図6は、図4に示す一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。
次に、図4~図6を参照して実施形態に係るヘッド本体20の構成について説明する。図4は、実施形態に係るヘッド本体20の拡大平面図であり、図5は、実施形態に係るヘッド本体20の概略断面図であり、図6は、図4に示す一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。
図4に示すように、ヘッド本体20は、流路部材24と、圧電アクチュエータ基板25とを有している。流路部材24は、供給マニホールド40と、複数の第1加圧室44と、複数の第2加圧室54と、複数の第1吐出孔46と、複数の第2吐出孔56とを有している。供給マニホールド40は、マニホールドの一例である。
複数の第1加圧室44および複数の第2加圧室54は、供給マニホールド40に繋がっている。複数の第1吐出孔46は、複数の第1加圧室44にそれぞれ繋がっている。複数の第2吐出孔56は、複数の第2加圧室54にそれぞれ繋がっている。
第1加圧室44および第2加圧室54は、流路部材24の第1面24a(図5参照)に開口している。また、流路部材24の第1面24aは、供給マニホールド40と繋がる開口40aを有している。そして、リザーバ21(図2参照)から、かかる開口40aを介して流路部材24の内部に液体が供給される。
図4の例において、ヘッド本体20は、流路部材24の内部に4つの供給マニホールド40が位置している。供給マニホールド40は、流路部材24の長手方向に沿って延びる細長い形状を有しており、その両端において、流路部材24の第1面24aに供給マニホールド40の開口40aが形成されている。
流路部材24には、複数の第1加圧室44および複数の第2加圧室54が2次元的に広がって形成されている。第1加圧室44および第2加圧室54は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。第1加圧室44および第2加圧室54は、流路部材24の第1面24aに開口しており、かかる第1面24aに圧電アクチュエータ基板25が接合されることによって閉塞される。
第1加圧室44は、流路部材24(供給マニホールド40)の長手方向に配列された第1加圧室行を構成し、第2加圧室54は、流路部材24(供給マニホールド40)の長手方向に配列された第2加圧室行を構成する。第1加圧室行に属する第1加圧室44と、かかる第1加圧室行に近接する第2加圧室行に属する第2加圧室54とは、千鳥状に配置されている。
そして、1つの供給マニホールド40に繋がっている2行の第1加圧室行と2行の第2加圧室行とによって、1つの加圧室群が構成されている。図4の例では、流路部材24がかかる加圧室群を4つ有している。
また、各加圧室群内における第1加圧室44および第2加圧室54の相対的な配置は同じになっており、各加圧室群は長手方向にわずかにずれて配置されている。
第1吐出孔46および第2吐出孔56は、流路部材24のうち供給マニホールド40と対向する領域を避けた位置に配置されている。すなわち、流路部材24を第1面24a側から透過視した場合に、第1吐出孔46および第2吐出孔56は、供給マニホールド40と重なっていない。
さらに、平面視して、第1吐出孔46および第2吐出孔56は、圧電アクチュエータ基板25の搭載領域に収まるように配置されている。これらの第1吐出孔46および第2吐出孔56は、1つの群として圧電アクチュエータ基板25とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。
そして、対応する圧電アクチュエータ基板25の変位素子38(図5参照)を変位させることにより、第1吐出孔46および第2吐出孔56から液滴が吐出される。
図5に示すように、供給マニホールド40と第1吐出孔46との間は、第1接続流路41と、第1しぼり42と、第1供給流路43と、第1加圧室44と、第1連絡流路45とで繋がっている。
すなわち、流路部材24は、第1接続流路41、第1しぼり42、第1供給流路43、第1加圧室44および第1連絡流路45を含む第1個別流路C1を有している。第1個別流路C1は、液体の流れ方向において第1接続流路41が供給マニホールド40の近くに位置し、第1連絡流路45が第1吐出孔46間の近くに位置する。
なお、第1面24aから第2面24bに向かう方向を第1方向D1としたとき、第1接続流路41は第1方向D1に延び、第1しぼり42は第1方向D1と垂直な方向に延び、第1供給流路43は第1方向D1に延びる。また、第1加圧室44は第1方向D1と垂直な方向に延び、第1連絡流路45は第1方向D1に延びる。
同様に、供給マニホールド40と第2吐出孔56との間は、第2接続流路51と、第2しぼり52と、第2供給流路53と、第2加圧室54と、第2連絡流路55とで繋がっている。
すなわち、流路部材24は、第2接続流路51、第2しぼり52、第2供給流路53、第2加圧室54および第2連絡流路55を含む第2個別流路C2を有している。第2個別流路C2は、液体の流れ方向において、第2接続流路51が供給マニホールド40の近くに位置し、第2連絡流路55が第2吐出孔56の近くに位置する。
なお、第2接続流路51は第1方向D1に延び、第2しぼり52は第1方向D1と垂直な方向に延び、第2供給流路53は第1方向D1に延びる。また、第2加圧室54は第1方向D1と垂直な方向に延び、第2連絡流路55は第1方向D1に延びる。
第1個別流路C1は、第1加圧室44よりも上流側に、他の部位よりも幅の狭い第1しぼり42を有している。かかる第1しぼり42は、第1個別流路C1における他の部位より幅が狭いことから、流路抵抗が高い。
これにより、実施形態では、第1加圧室44で生じた圧力が第1吐出孔46ではなく、供給マニホールド40に逃げることを抑制することができる。したがって、実施形態によれば、第1吐出孔46から効率よく液体を吐出することができる。
第2個別流路C2は、第2加圧室54よりも上流側に、他の部位よりも幅の狭い第2しぼり52を有している。かかる第2しぼり52は、第2個別流路C2における他の部位より幅が狭いことから、流路抵抗が高い。
これにより、実施形態では、第2加圧室54で生じた圧力が第2吐出孔56ではなく、供給マニホールド40に逃げることを抑制することができる。したがって、実施形態によれば、第2吐出孔56から効率よく液体を吐出することができる。
図5に示すように、流路部材24は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材24の第1面24aから順に、キャビティプレート24A、ベースプレート24B、アパチャー(しぼり)プレート24C、24D、サプライプレート24E、マニホールドプレート24F、24G、24H、カバープレート24Iおよびノズルプレート24Jである。
なお、図5は、実施形態に係る各プレートの積層構造の一例を示すものであり、図5に示す例には、特に限定される必要はない。例えば、マニホールドプレート24F、24G、24Hは、3つ以上のプレートを積層して構成されてもよい。また、カバープレート24Iは、複数のプレートを積層して構成されてもよい。
流路部材24を構成する複数のプレートには多数の孔が形成されており、かかる多数の孔を繋げることで供給マニホールド40、第1個別流路C1および第2個別流路C2が流路部材24の内部に構成されている。
実施形態では、これらのプレートの厚さを10~300μm程度にすることにより、形成される孔の精度を高くすることができる。
第1個別流路C1は、第1加圧室44よりも下流側に、第1加圧室44と第1吐出孔46とを繋ぐ第1連絡流路45を有している。また、第2個別流路C2は、第2加圧室54よりも下流側に、第2加圧室54と第2吐出孔56とを繋ぐ第2連絡流路55を有している。
ここで、実施形態では、図6に示すように、第2加圧室54は、平面視において、第1加圧室44よりも供給マニホールド40の近くに位置している。すなわち、実施形態では、平面視において、第1加圧室44は相対的に供給マニホールド40から遠く、第2加圧室54は相対的に供給マニホールド40に近い。図6の例においては、平面視において、第1加圧室44は、供給マニホールド40から離れて位置し供給マニホールド40と重なっていないが、第2加圧室54は、供給マニホールド40と重なった部分を有している。
そして、実施形態では、図5および図6に示すように、第2連絡流路55の幅は、第1連絡流路45の幅と異なっている。たとえば、第2連絡流路55の幅は、第1連絡流路45の幅よりも大きい。
ところで、液体吐出ヘッド8では、相対的に供給マニホールド40に近い第2加圧室54は相対的に供給マニホールド40から遠い第1加圧室44と比べて剛性が低く、変位素子38からの加圧により変位し易い。このように、第1加圧室44と第2加圧室54との間に変位量のばらつきがあることにより、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間で液体の吐出速度がばらつく場合がある。
図7は、第1加圧室44と第2加圧室54との間の変位量のばらつきを説明する図である。図7には、第1加圧室行に属する第1加圧室44の変位量と、第2加圧室行に属する第2加圧室54の変位量とが示されている。
図7に示す行番号は、第1加圧室行および第2加圧室行の流路部材24の短手方向における位置を示す番号であり、たとえば図4に示す8行の第1加圧室行および8行の第2加圧室行に対して左側から順に1~16の番号が行番号として割り振られている。行番号1,4,5,8,9,12,13,16は、第1加圧室行に対応し、行番号2,3,6,7,10,11,14,15は、第2加圧室行に対応する。図7に示す列番号は、第1加圧室行に属する第1加圧室44および第2加圧室行に属する第2加圧室54の流路部材24の長手方向における位置を示す番号である。
図7に示すように、相対的に供給マニホールド40に近い第2加圧室54は相対的に供給マニホールド40から遠い第1加圧室44と比べて変位量が大きい。このように、第1加圧室44と第2加圧室54との間に変位量のばらつきがある場合、第2加圧室54に繋がる第2吐出孔56では、第1加圧室44に繋がる第1吐出孔46と比べて液体の吐出速度が増加する。これにより、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間で液体の吐出速度の均一性が損なわれる。
そこで、実施形態では、図5および図6に示したように、第2連絡流路55の幅を第1連絡流路45の幅よりも大きくすることで、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間での液体の吐出速度を均一化させている。
図8は、第2連絡流路55の幅と第2吐出孔56から吐出される液体の吐出速度との関係の一例を説明する図である。本発明者らは、第2連絡流路55の幅(流路幅)を変えて流路部材24の内部に液体を供給し、第2吐出孔56から吐出される液体の吐出速度をシミュレーションにより調べた。図8には、かかるシミュレーションの結果が示されている。
図8に示すように、第2吐出孔56から吐出される液体の吐出速度は、第2連絡流路55の幅が約200μmである場合に最大値となり、第2連絡流路55の幅が約200μmよりも小さい場合または大きい場合に、最大値から低下した。第2連絡流路55の幅が小さい場合、第2連絡流路55の流路抵抗が高くなり、第2加圧室54で生じた圧力波が第2吐出孔56まで効率よく伝搬されないことから、液体の吐出速度が低下するものと考えられる。また、第2連絡流路55の幅が大きい場合、第2加圧室54で生じた圧力波が液体に吸収されて減衰することから、液体の吐出速度が低下するものと考えられる。なお、ここでは説明を省略するが、第1吐出孔46から吐出される液体の吐出速度についても、第1連絡流路45の幅の変化に応じて図8と同様のシミュレーション結果が得られる。
液体吐出ヘッド8においては、第1連絡流路45の幅および第2連絡流路55の幅は、一般に吐出孔(第1吐出孔46および第2吐出孔56)から吐出される液体の吐出速度が最大値となるように、設定される。たとえば、図8の例においては、第1連絡流路45の幅および第2連絡流路55の幅は、液体の吐出速度が最大値となる共通の設定値である200μm近傍に設定される。第1連絡流路45の幅および第2連絡流路55の幅が共通の設定値に設定されることで、理論的には第1吐出孔46と第2吐出孔56との間での液体の吐出速度にばらつきは生じないはずである。しかしながら、実際には上述の通り、第1加圧室44と第2加圧室54との間での変位量のばらつきに起因して、第2吐出孔56では、第1吐出孔46と比べて液体の吐出速度が増加する。これにより、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間での液体の吐出速度の均一性が損なわれる。
これに対し、実施形態では、第2連絡流路55の幅を第1連絡流路45の幅よりも大きくすることで、第2吐出孔56から吐出される液体の吐出速度を第1吐出孔46から吐出される液体の吐出速度に近づくように低下させている。したがって、実施形態によれば、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間での液体の吐出速度の均一性を向上することができる。
なお、実施形態では、第2連絡流路55の幅が第1連絡流路45の幅よりも大きい場合を例に示すが、第2連絡流路55の幅は第1連絡流路45の幅よりも小さくてもよい。要するに、第2連絡流路55の幅が第1連絡流路45の幅と異なっていればよい。また、必ずしも第2連絡流路55の全体の幅が第1連絡流路45の幅と異なっていなくてもよく、たとえば、第2連絡流路55の一部の幅が第1連絡流路45の幅と異なり、第2連絡流路55の他の一部の幅が第1連絡流路45の幅と同一であってもよい。要するに、第2連絡流路55の少なくとも一部の幅が第1連絡流路45の幅と異っていればよい。
また、実施形態では、第2連絡流路55の幅は、第1連絡流路45の幅よりも0.5~2.5%大きいとよい。たとえば、第2連絡流路55の幅は、第1連絡流路45の幅が約200μmである場合、第1連絡流路45の幅よりも1~5μm程度大きいことが好ましい。これにより、第2吐出孔56から吐出される液体の吐出速度が過度に低下することを抑制することができる。したがって、実施形態によれば、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間での液体の吐出速度の均一性をより向上することができる。
また、実施形態では、図5に示すように、マニホールドプレート24F、24G、24Hの各々において、第2連絡流路55を形成するための孔の径r2は、第1連絡流路45を形成するための孔の径r1よりも大きいとよい。
図9は、マニホールドプレート24Hにおける孔の径の具体例を示す図である。図9には、第1連絡流路45を形成するための孔の径r1と、第2連絡流路55を形成するための孔の径r2とが示されている。図9に示す行番号は、第1連絡流路45を形成するための孔および第2連絡流路55を形成するための孔の流路部材24の短手方向における位置を示す番号である。これらの孔に対して対応する第1加圧室行および第2加圧室行の行番号と同様の番号が行番号として割り振られている。行番号1,4,5,8,9,12,13,16は、第1連絡流路45を形成するための孔に対応し、行番号2,3,6,7,10,11,14,15は、第2連絡流路55を形成するための孔に対応する。図9に示すように、マニホールドプレート24Hにおいて、第2連絡流路55を形成するための孔の径r2は、第1連絡流路45を形成するための孔の径r1よりも大きい。なお、ここでは説明を省略するが、マニホールドプレート24F、24Gの各々において、第2連絡流路55を形成するための孔の径r2は、第1連絡流路45を形成するための孔の径r1よりも大きい。すなわち、マニホールドプレート24F、24G、24Hの各々において、第2連絡流路55を形成するための孔の径r2は、第1連絡流路45を形成するための孔の径r1よりも大きい。これにより、マニホールドプレート24F、24G、24Hを各々の孔が互いに連通するように位置合わせして積層することで、流路部材24内に第1連絡流路45および第2連絡流路55を容易に形成することができる。
また、実施形態では、図5に示すように、マニホールドプレート24F、24G、24Hの各々の厚さは、流路部材24を構成する複数のプレートに含まれる他のプレートよりも厚いとよい。たとえば、実施形態では、マニホールドプレート24F、24G、24Hの各々の厚さは、キャビティプレート24Aなどの他のプレートよりも厚い。マニホールドプレート24F、24G、24Hの各々の厚さが他のプレートよりも厚いことにより、マニホールドプレート24F、24G、24Hにおける第2連絡流路55の容積を他のプレートにおける第2連絡流路55の容積よりも大きくすることができる。これにより、第2加圧室54で生じた圧力波がマニホールドプレート24F、24G、24Hにおける第2連絡流路55内の液体に吸収されて効率よく減衰することから、第2吐出孔から吐出される液体の吐出速度の調整幅を広げることができる。したがって、実施形態によれば、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間での液体の吐出速度の均一性をより向上することができる。
また、実施形態では、図5に示すように、マニホールドプレート24F、24G、24Hの各々および他のプレートにおいて、第2連絡流路55を形成するための孔の径r2は、第1連絡流路45を形成するための孔の径r1よりも大きいとよい。たとえば、ベースプレート24B、アパチャー(しぼり)プレート24C、24D、サプライプレート24Eおよびカバープレート24Iの各々において、第2連絡流路55を形成するための孔の径r2は、第1連絡流路45を形成するための孔の径r1よりも大きい。これにより、マニホールドプレート24F、24G、24Hにおける第2連絡流路55の容積だけでなく他のプレートにおける第2連絡流路55の容積も大きくすることができる。このため、第2加圧室54で生じた圧力波がマニホールドプレート24F、24G、24Hおよび他のプレートにおける第2連絡流路55内の液体に吸収されて効率よく減衰することから、第2吐出孔56から吐出される液体の吐出速度の調整幅を広げることができる。したがって、実施形態によれば、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間での液体の吐出速度の均一性をより向上することができる。
ヘッド本体20のその他の部位についての説明を続ける。図5に示すように、圧電アクチュエータ基板25は、圧電セラミック層25A、25Bと、共通電極33と、個別電極34と、接続電極35と、ダミー電極36と、表面電極37(図4参照)とを有している。
また、圧電アクチュエータ基板25では、圧電セラミック層25B、共通電極33、圧電セラミック層25A、および個別電極34がこの順に積層されている。
圧電セラミック層25A、25Bは、いずれも複数の第1加圧室44および第2加圧室54を跨ぐように延在している。圧電セラミック層25A、25Bは、それぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電セラミック層25A、25Bは、たとえば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料で構成されている。
共通電極33は、圧電セラミック層25Aと圧電セラミック層25B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33は、圧電アクチュエータ基板25に対向する領域内のすべての第1加圧室44および第2加圧室54と重なっている。
共通電極33の厚さは2μm程度である。共通電極33は、たとえば、Ag-Pd系などの金属材料で構成されている。
個別電極34は、本体電極34aと、引出電極34bとを有している。本体電極34aは、圧電セラミック層25A上のうち第1加圧室44および第2加圧室54と対向する領域に位置している。本体電極34aは、第1加圧室44および第2加圧室54よりも一回り小さく、第1加圧室44および第2加圧室54とほぼ相似な形状を有している。
引出電極34bは、本体電極34aから第1加圧室44および第2加圧室54と対向する領域外に引き出されている。個別電極34は、たとえば、Au系などの金属材料で構成されている。
接続電極35は、引出電極34b上に位置し、厚さが15μm程度で凸状に形成されている。また、接続電極35は、信号伝達部26(図3参照)に設けられた電極と電気的に接続されている。接続電極35は、たとえばガラスフリットを含む銀-パラジウムで構成されている。
ダミー電極36は、圧電セラミック層25A上に位置しており、個別電極34などの各種電極と重ならないように位置している。ダミー電極36は、圧電アクチュエータ基板25と信号伝達部26とを接続し、接続強度を高めている。
また、ダミー電極36は、圧電アクチュエータ基板25と信号伝達部26との接触位置の分布を均一化し、電気的な接続を安定させる。ダミー電極36は、接続電極35と同等の材料で構成されるとよく、接続電極35と同等の工程で形成されるとよい。
図4に示す表面電極37は、圧電セラミック層25A上において、個別電極34を避ける位置に形成されている。表面電極37は、圧電セラミック層25Aに形成されたビアホールを介して共通電極33と繋がっている。
これにより、表面電極37は接地され、グランド電位に保持されている。表面電極37は、個別電極34と同等の材料で構成されるとよく、個別電極34と同等の工程で形成されるとよい。
複数の個別電極34は、個別に電位を制御するために、それぞれが信号伝達部26および配線を介して、個別に制御部14(図1参照)と電気的に接続されている。そして、個別電極34と共通電極33とを異なる電位にして、圧電セラミック層25Aの分極方向に電界を印加すると、かかる圧電セラミック層25A内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動作する。
すなわち、圧電アクチュエータ基板25では、個別電極34、圧電セラミック層25A、25Bおよび共通電極33における第1加圧室44および第2加圧室54に対向する部位が、変位素子38として機能する。
そして、かかる変位素子38がユニモルフ変形することにより、第1加圧室44および第2加圧室54が押圧され、第1吐出孔46および第2吐出孔56から液体が吐出される。
つづいて、実施形態に係る液体吐出ヘッド8の駆動手順について説明する。あらかじめ個別電極34を共通電極33より高い電位(以下、高電位とも呼称する。)にしておく。そして、制御部14は、吐出要求があるごとに個別電極34を共通電極33と一旦同じ電位(以下、低電位とも呼称する。)とし、その後、所定のタイミングでふたたび高電位とする。
これにより、個別電極34が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層25A、25Bが元の形状に戻り、第1加圧室44および第2加圧室54の容積が、初期状態すなわち高電位の状態よりも増加する。
この際、第1加圧室44および第2加圧室54内には負圧が与えられることから、供給マニホールド40内の液体が第1加圧室44および第2加圧室54の内部に吸い込まれる。
その後、ふたたび個別電極34を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層25A、25Bは、第1加圧室44および第2加圧室54側へ凸となるように変形する。
すなわち、第1加圧室44および第2加圧室54の容積が減少することにより、第1加圧室44および第2加圧室54内の圧力が正圧となる。これにより、第1加圧室44および第2加圧室54内部の液体の圧力が上昇し、第1吐出孔46および第2吐出孔56から液滴が吐出される。
つまり、制御部14は、第1吐出孔46および第2吐出孔56から液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極34に供給する。このパルス幅は、第1接続流路41から第1吐出孔46まで(または第2接続流路51から第2吐出孔56まで)圧力波が伝播する時間長さであるAL(Acoustic Length)とすればよい。
これにより、第1加圧室44および第2加圧室54内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
また、階調印刷においては、第1吐出孔46および第2吐出孔56から連続して吐出される液滴の数、つまり、液滴吐出回数で調整される液滴量(体積)で階調表現が行われる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する第1吐出孔46および第2吐出孔56から連続して行う。
一般に、液体吐出を連続して行う場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をALとしてもよい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致する。
そのため、残余圧力波と圧力波とが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。なお、この場合、後から吐出される液滴の速度が速くなり、複数の液滴の着弾点が近くなる。
<ヘッド本体の各種別の実施形態>
実施形態に係るヘッド本体20の各種別の実施形態について、図10~図12を参照しながら説明する。図10は、別の実施形態1に係るヘッド本体20の概略断面図である。
実施形態に係るヘッド本体20の各種別の実施形態について、図10~図12を参照しながら説明する。図10は、別の実施形態1に係るヘッド本体20の概略断面図である。
なお、以下の各種別の実施形態では、実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
図10に示すように、別の実施形態1では、マニホールドプレート24F、24G、24Hのうち少なくとも1枚のマニホールドプレートと他のマニホールドプレートとは、第2連絡流路55を形成するための孔の径が異なる。たとえば、マニホールドプレート24F、24Gの第2連絡流路55を形成するための孔の径r21は、マニホールドプレート24Hの第2連絡流路55を形成するための孔の径r22よりも大きい。これにより、マニホールドプレート24F、24G、24Hにおける第2連絡流路55の容積を微調整することができることから、第2吐出孔56から吐出される液体の吐出速度の調整幅を広げることができる。したがって、別の実施形態1によれば、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間での液体の吐出速度の均一性をより向上することができる。
また、別の実施形態1では、マニホールドプレート24F、24G、24Hが有する孔(第2連絡流路55を形成するための孔)の中心軸は、一致している。これにより、マニホールドプレート24F、24G、24Hどうしの孔(第2連絡流路55を形成するための孔)の径が異なる場合であっても、第2連絡流路55内においてかかる孔の中心軸に沿って液体を流すことができる。したがって、別の実施形態1によれば、第2連絡流路55内における液体の流れの乱れを抑制することができる。
図11は、別の実施形態2に係るヘッド本体20の概略断面図である。
図11に示すように、別の実施形態2では、マニホールドプレート24F、24G、24Hは、第2連絡流路55を形成するための孔の径が互いに異なる。これにより、マニホールドプレート24F、24G、24Hにおける第2連絡流路55の容積を微調整することができることから、第2吐出孔56から吐出される液体の吐出速度の調整幅を広げることができる。したがって、別の実施形態2によれば、第1吐出孔46と第2吐出孔56との間での液体の吐出速度の均一性をより向上することができる。
また、別の実施形態2では、マニホールドプレート24F、24G、24Hが有する孔(第2連絡流路55を形成するための孔)の径は、第1方向D1における孔(第2連絡流路55を形成するための孔)の位置が第2面24bに近づくほど、小さくなっている。すなわち、マニホールドプレート24Gが有する孔の径r22は、マニホールドプレート24Fが有する孔の径r21よりも小さく、マニホールドプレート24Hが有する孔の径r23は、マニホールドプレート24Gが有する孔の径r22よりも小さい。これにより、マニホールドプレート24F、24G、24Hにおける第2連絡流路55の容積を液体の下流側に向かって徐々に小さくすることができることから、第2連絡流路55内の液体の流速を第2吐出孔56に近づくほど大きくすることができる。したがって、別の実施形態2によれば、第2吐出孔56からの空気や異物の排出を促進することができる。
また、別の実施形態2では、別の実施形態1と同様に、マニホールドプレート24F、24G、24Hが有する孔(第2連絡流路55を形成するための孔)の中心軸は、一致している。したがって、別の実施形態2によれば、別の実施形態1と同様に、第2連絡流路55内における液体の流れの乱れを抑制することができる。
図12は、別の実施形態3に係るヘッド本体20の拡大平面図である。
図12に示すように、別の実施形態3に係るヘッド本体20の流路部材24では、第1加圧室44の位置が実施形態と異なる。具体的には、平面視において、実施形態と比べて第1加圧室44が全体的に供給マニホールド40に近づくように位置し、供給マニホールド40と重なった部分を有している。
そして、別の実施形態3では、平面視において、第1加圧室44の供給マニホールド40と重なった部分の面積が第2加圧室54の供給マニホールド40と重なった部分の面積よりも小さい。これにより、流路部材24内に空間効率よく第1加圧室44および第2加圧室54を配置することができる。したがって、別の実施形態3によれば、流路部材24を小型化することができることから、ヘッド本体20を小型化することができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上述の実施形態では、流路部材24が積層された複数のプレートで構成された例について示したが、流路部材24は積層された複数のプレートで構成されている場合に限られない。
たとえば、供給マニホールド40や第1個別流路C1、第2個別流路C2などをエッチング処理で形成することにより、流路部材24を構成してもよい。
以上のように、実施形態に係る液体吐出ヘッド(例えば、液体吐出ヘッド8)は、第1面(たとえば、第1面24a)および第1面の反対側に位置する第2面(たとえば、第2面24b)を有する流路部材(たとえば、流路部材24)と、第1面上に位置する加圧部(たとえば、変位素子38)と、を備える。流路部材は、第2面に位置する第1吐出孔(たとえば、第1吐出孔46)および第2吐出孔(たとえば、第2吐出孔56)と、第1吐出孔に繋がる第1個別流路(たとえば、第1個別流路C1)と、第1個別流路内において第1吐出孔よりも上流側に位置する第1加圧室(たとえば、第1加圧室44)と、第2吐出孔に繋がる第2個別流路(たとえば、第2個別流路C2)と、第2個別流路内において第2吐出孔よりも上流側に位置する第2加圧室(たとえば、第2加圧室54)と、第1個別流路の上流側および第2個別流路の上流側に共通に繋がるマニホールド(たとえば、供給マニホールド40)と、を有する。第1個別流路は、第1加圧室と第1吐出孔とを繋ぐ第1連絡流路(たとえば、第1連絡流路45)を有する。第2個別流路は、第2加圧室と第2吐出孔とを繋ぐ第2連絡流路(たとえば、第2連絡流路55)を有する。第2加圧室は、平面視において、第1加圧室よりもマニホールドの近くに位置する。第2連絡流路の少なくとも一部の幅は、第1連絡流路の幅と異なる。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、液体の吐出速度の均一性を向上することができる。
また、第2連絡流路の少なくとも一部の幅は、第1連絡流路の幅よりも大きくてもよい。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、第2吐出孔から吐出される液体の吐出速度を第1吐出孔から吐出される液体の吐出速度に近づくように低下させることができることから、液体の吐出速度の均一性を向上することができる。
また、第2の連絡流路の少なくとも一部の幅は、第1連絡流路の幅よりも0.5~2.5%大きくてもよい。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、第2吐出孔から吐出される液体の吐出速度が過度に低下することを抑制することができることから、液体の吐出速度の均一性をより向上することができる。
また、流路部材は、複数のプレートが積層された積層構造を有してもよい。複数のプレートは、各々がマニホールド、第1連絡流路および第2連絡流路を形成するための複数の孔を有する複数のマニホールドプレート(たとえば、マニホールドプレート24F、24G、24H)を含んでもよい。複数のマニホールドプレートの各々において、第2連絡流路を形成するための孔の径(たとえば、径r2)は、第1連絡流路を形成するための孔の径(たとえば、径r1)よりも大きくてもよい。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、複数のマニホールドプレートを各々の孔が互いに連通するように位置合わせして積層することで、流路部材内に第1連絡流路および第2連絡流路を容易に形成することができる。
また、複数のマニホールドプレートの各々の厚さは、複数のプレートに含まれる他のプレートよりも厚くてもよい。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、第2圧力室で生じた圧力波が複数のマニホールドプレートにおける第2連絡流路内の液体に吸収されて効率よく減衰することから、第2吐出孔から吐出される液体の吐出速度の調整幅を広げることができる。
また、複数のマニホールドプレートのうち少なくとも1枚のマニホールドプレートと他のマニホールドプレートとは、第2連絡流路を形成するための孔の径が異なってもよい。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、複数のマニホールドプレートにおける第2連絡流路の容積を微調整することができることから、第2吐出孔から吐出される液体の吐出速度の調整幅を広げることができる。
また、複数のマニホールドプレートは、第2連絡流路を形成するための孔の径が互いに異なってもよい。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、複数のマニホールドプレートにおける第2連絡流路の容積を微調整することができることから、第2吐出孔から吐出される液体の吐出速度の調整幅を広げることができる。
また、第1面から第2面に向かう方向を第1方向(たとえば、第1方向D1)としたとき、複数のマニホールドプレートが有する孔の径は、第1方向における孔の位置が第2面に近づくほど、小さくなってもよい。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、第2吐出孔からの空気や異物の排出を促進することができる。
また、複数のマニホールドプレートが有する孔の中心軸は、一致していてもよい。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、第2連絡流路内における液体の流れの乱れを抑制することができる。
また、複数のプレートは、複数のマニホールドプレートとは異なる他のプレートであって、第1連絡流路および第2連絡流路を形成するための複数の孔を有する他のプレート(たとえば、ベースプレート24B、アパチャー(しぼり)プレート24C、24D、サプライプレート24Eおよびカバープレート24I)を含んでもよい。複数のマニホールドプレートの各々および他のプレートにおいて、第2連絡流路を形成するための孔の径は、第1連絡流路を形成するための孔の径よりも大きくてもよい。これにより、実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、第2圧力室で生じた圧力波が複数のマニホールドプレートおよび他のプレートにおける第2連絡流路内の液体に吸収されて減衰することから、第2吐出孔から吐出される液体の吐出速度の調整幅を広げることができる。
さらなる効果や別の実施形態は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
1 プリンタ
8 液体吐出ヘッド
14 制御部
20 ヘッド本体
24 流路部材
24A キャビティプレート
24B ベースプレート
24C,24D アパチャープレート
24E サプライプレート
24F,24G,24H マニホールドプレート
24I カバープレート
24J ノズルプレート
25 圧電アクチュエータ基板
38 変位素子
40 供給マニホールド
41 第1接続流路
42 第1しぼり
43 第1供給流路
44 第1加圧室
45 第1連絡流路
46 第1吐出孔
51 第2接続流路
52 第2しぼり
53 第2供給流路
54 第2加圧室
55 第2連絡流路
56 第2吐出孔
C1 第1個別流路
C2 第2個別流路
D1 第1方向
8 液体吐出ヘッド
14 制御部
20 ヘッド本体
24 流路部材
24A キャビティプレート
24B ベースプレート
24C,24D アパチャープレート
24E サプライプレート
24F,24G,24H マニホールドプレート
24I カバープレート
24J ノズルプレート
25 圧電アクチュエータ基板
38 変位素子
40 供給マニホールド
41 第1接続流路
42 第1しぼり
43 第1供給流路
44 第1加圧室
45 第1連絡流路
46 第1吐出孔
51 第2接続流路
52 第2しぼり
53 第2供給流路
54 第2加圧室
55 第2連絡流路
56 第2吐出孔
C1 第1個別流路
C2 第2個別流路
D1 第1方向
Claims (11)
- 第1面および前記第1面の反対側に位置する第2面を有する流路部材と、
前記第1面上に位置する加圧部と、
を備え、
前記流路部材は、
前記第2面に位置する第1吐出孔および第2吐出孔と、
前記第1吐出孔に繋がる第1個別流路と、
前記第1個別流路内において前記第1吐出孔よりも上流側に位置する第1加圧室と、
前記第2吐出孔に繋がる第2個別流路と、
前記第2個別流路内において前記第2吐出孔よりも上流側に位置する第2加圧室と、
前記第1個別流路の上流側および前記第2個別流路の上流側に共通に繋がるマニホールドと、
を有し、
前記第1個別流路は、前記第1加圧室と前記第1吐出孔とを繋ぐ第1連絡流路を有し、
前記第2個別流路は、前記第2加圧室と前記第2吐出孔とを繋ぐ第2連絡流路を有し、
前記第2加圧室は、平面視において、前記第1加圧室よりも前記マニホールドの近くに位置し、
前記第2連絡流路の少なくとも一部の幅は、前記第1連絡流路の幅と異なる、液体吐出ヘッド。 - 前記第2連絡流路の少なくとも一部の幅は、前記第1連絡流路の幅よりも大きい、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第2連絡流路の少なくとも一部の幅は、前記第1連絡流路の幅よりも0.5~2.5%大きい、請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記流路部材は、複数のプレートが積層された積層構造を有し、
前記複数のプレートは、各々が前記マニホールド、前記第1連絡流路および前記第2連絡流路を形成するための複数の孔を有する複数のマニホールドプレートを含み、
前記複数のマニホールドプレートの各々において、前記第2連絡流路を形成するための孔の径は、前記第1連絡流路を形成するための孔の径よりも大きい、請求項2または3に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記複数のマニホールドプレートの各々の厚さは、前記複数のプレートに含まれる他のプレートよりも厚い、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記複数のマニホールドプレートのうち少なくとも1枚のマニホールドプレートと他のマニホールドプレートとは、前記第2連絡流路を形成するための孔の径が異なる、請求項4または5に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記複数のマニホールドプレートは、前記第2連絡流路を形成するための孔の径が互いに異なる、請求項4または5に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1面から前記第2面に向かう方向を第1方向としたとき、
前記複数のマニホールドプレートが有する前記孔の径は、前記第1方向における前記孔の位置が前記第2面に近づくほど、小さくなる、請求項7に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記複数のマニホールドプレートが有する前記孔の中心軸は、一致している、請求項6~8のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記複数のプレートは、前記複数のマニホールドプレートとは異なる他のプレートであって、前記第1連絡流路および前記第2連絡流路を形成するための複数の孔を有する他のプレートを含み、
前記複数のマニホールドプレートの各々および前記他のプレートにおいて、前記第2連絡流路を形成するための孔の径は、前記第1連絡流路を形成するための孔の径よりも大きい、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。 - 請求項1~10のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッドを備える記録装置。
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JP2022-054516 | 2022-03-29 | ||
JP2022054516 | 2022-03-29 |
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WO2023190211A1 true WO2023190211A1 (ja) | 2023-10-05 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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PCT/JP2023/011941 WO2023190211A1 (ja) | 2022-03-29 | 2023-03-24 | 液体吐出ヘッドおよび記録装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2023190211A1 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005035291A (ja) | 2003-06-30 | 2005-02-10 | Brother Ind Ltd | インクジェットヘッド |
JP2019010758A (ja) * | 2017-06-29 | 2019-01-24 | キヤノン株式会社 | 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 |
JP2020138433A (ja) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 京セラ株式会社 | 液体吐出ヘッド及び記録装置 |
JP2020168811A (ja) * | 2019-04-04 | 2020-10-15 | ブラザー工業株式会社 | 液体吐出ヘッド |
-
2023
- 2023-03-24 WO PCT/JP2023/011941 patent/WO2023190211A1/ja unknown
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2005035291A (ja) | 2003-06-30 | 2005-02-10 | Brother Ind Ltd | インクジェットヘッド |
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