(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記共通流路における、前記第1流入孔の開口および前記第2流入孔の開口は、当該共通流路を構成している孔あるいは溝が配置されている前記プレートの中で、もっとも前記第1しぼり本体および前記第2しぼり本体に近い位置に配置されている前記プレートの一方の主面に配置されている溝に開口している、請求項3または4に記載の液体吐出ヘッド。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図1(a)は、本発明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る。
図1(b)は、プリンタ1の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をガイドローラ82Aから搬送ローラ82B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、画像あるいは文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド2を制御して、記録媒体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。
【0011】
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である。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、印刷用紙Pの搬送方向にほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Pの搬送と、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。
【0012】
プリンタ1には、印刷用紙Pとほぼ平行となるように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。フレーム70には図示しない20個の孔が設けられている。フレーム70には、20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て、液体吐出ヘッド2の、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0.5mm〜20mm程度とされる。5つの液体吐出ヘッド2は、1つのヘッド群72を構成
しており、プリンタ1は、4つのヘッド群72を有している。
【0013】
液体吐出ヘッド2は、
図1(a)の手前から奥へ向かう方向、
図1(b)の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。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、印刷用紙Pの搬送方向に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。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の幅方向に(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。
【0014】
4つのヘッド群72は、記録用紙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。
【0015】
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なら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、あるいはヘッド群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。
【0016】
さらに、色の付いた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印刷してもよい。
【0017】
プリンタ1は、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、2つのガイドローラ82Aの間を通った後、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82B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82Bを回転させることにより、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。回収ローラ80Bは、搬送ローラ82Bから送り出された印刷用紙Pを巻き取る。搬送速度は、例えば、75m/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。
【0018】
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。このようにすることにより、枚葉紙あるいは裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にすることができる。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。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あるいは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。
【0019】
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の温度や液体タンクの液体の温度、液体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、例えば、吐出量あるいは吐出速度などに影響を与えている場合に、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。
【0020】
次に、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド2について説明する。
図2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3は、
図2の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体2aの一部である。
図3では、説明のため、一部の流路を省略して描いている。
図4は、
図3と同じ位置の拡大平面図であり、
図3とは別の一部の流路を省略して描いている。
図5は、
図3のV−V線に沿った縦断面図である。
図6は、
図2のヘッド本体2aの要部の拡大平面図である。
図7は、
図6と同じ領域のプレート4bの拡大平面図である。なお、
図3および4において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ基板21の下方にあって破線で描くべき加圧室10、しぼり6および吐出孔8などを実線で描いている。
【0021】
液体吐出ヘッド2には、ヘッド本体2a以外に、ヘッド本体2aに液体を供給するリザーバあるいは筐体を含んでいてもよい。また、ヘッド本体2aは、流路部材4と、加圧部である変位素子30が作り込まれている圧電アクチュエータ基板21とを含んでいる。
【0022】
ヘッド本体2aを構成する流路部材4は、共通流路であるマニホールド5と、マニホールド5と繋がっている複数の加圧室10と、複数の加圧室10とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔8とを備えている。加圧室10は流路部材4の上面に開口しており、流路部材4の上面が加圧室面4−2となっている。また、流路部材4の上面は、マニホールド5と繋がっている開口5aを有し、この開口5aより液体が供給されるようになっている。
【0023】
また、流路部材4の上面には、変位素子30を含む圧電アクチュエータ基板21が接合されており、各変位素子30が加圧室10上に位置するように配置されている。また、圧電アクチュエータ基板21には、各変位素子30に信号を供給する信号伝達部60が接続されている。
図2には、2つの信号伝達部60が圧電アクチュエータ基板21に繋がる状態が分かるように、信号伝達部60の圧電アクチュエータ基板21に接続される付近の外形を点線で示した。圧電アクチュエータ基板21に電気的に接続されている、信号伝達部60に形成されている電極は、信号伝達部60の端部に、矩形状に配置されている。2つの信号伝達部60は、圧電アクチュエータ基板21の短手方向の中央部にそれぞれの端がくるように接続されている。
【0024】
ヘッド本体2aは、平板状の流路部材4を有している。また、ヘッド本体2aは、流路部材4上に接合された、変位素子30を含む圧電アクチュエータ基板21を1つ有している。圧電アクチュエータ基板21の平面形状は長方形状であり、その長方形の長辺が流路部材4の長手方向に沿うように流路部材4の上面に配置されている。
【0025】
流路部材4の内部には2つのマニホールド5が形成されている。マニホールド5は流路部材4の長手方向の一端部側から、他端部側に延びる細長い形状を有している。すなわち、マニホールド5は一方方向に長い。本実施形態では、一方方向は、液体吐出ヘッド2の長手方向と同じ方向である。また、マニホールド5は、その両端部において、流路部材4の上面に開口している開口5aが形成されている。
【0026】
また、マニホールド5は、少なくとも加圧室10に繋がっている領域である長手方向における中央部分において、短手方向に間隔を開けて設けられた隔壁15で仕切られている
。隔壁15は、加圧室10に繋がっている領域である長手方向の中央部分においては、マニホールド5と同じ高さを有し、マニホールド5を複数の副マニホールド5bに完全に仕切っている。このようにすることで、平面視したときに、隔壁15と重なるように、吐出孔8および吐出孔8から加圧室10に繋がっている流路を設けることができる。
【0027】
複数に分けられた部分のマニホールド5を副マニホールド5bと呼ぶことがある。本実施形態においては、マニホールド5は独立して2本設けられており、それぞれの両端部に開口5aが設けられている。また、1つのマニホールド5には、7つの隔壁15が設けられており、8つの副マニホールド5bに分けられている。副マニホールド5bの幅は、隔壁15の幅より大きくなっており、これにより、副マニホールド5bに多くの液体を流すことができる。
【0028】
流路部材4は、複数の加圧室10が2次元的に広がって形成されている。加圧室10は、角部にアールが施されたほぼ菱形あるいは楕円形状の平面形状を有する中空の領域である。
【0029】
加圧室10は、しぼり6を介して1つの副マニホールド5bと繋がっている。1つの副マニホールド5bに沿うようにして、この副マニホールド5bに繋がっている加圧室10の行である加圧室行11が、副マニホールド5bの両側に1行ずつ、合計2行設けられている。したがって、1つのマニホールド5に対して、16行の加圧室11が設けられており、ヘッド本体2a全体では32行の加圧室行11が設けられている。各加圧室行11における加圧室10の長手方向の間隔は同じであり、例えば、37.5dpiの間隔となっている。
【0030】
各加圧室行11の端にはダミー加圧室16の列が1列設けられている。このダミー加圧室列のダミー加圧室16は、マニホールド5とは繋がっているが、吐出孔8とは繋がっていない。また、32行の加圧室行11の外側には、ダミー加圧室16が直線状に並んだダミー加圧室行が1行設けられている。このダミー加圧室行のダミー加圧室16は、マニホールド5および吐出孔8のいずれとも繋がっていない。これらのダミー加圧室16により、端から1つ内側の加圧室10の周囲の構造(剛性)が他の加圧室10の構造(剛性)と近くなることで、液体吐出特性の差を少なくできる。なお、周囲の構造の差の影響は、距離の近い、長さ方向に隣接する加圧室10の影響が大きいため、長さ方向には、両端にダミー加圧室を設けてある。幅方向については、影響が比較的小さいため、ヘッド本体21aの端に近い方にのみ設けている。これにより、ヘッド本体21aの幅を小さくできる。
【0031】
1つのマニホールド5に繋がっている加圧室10は、矩形状の圧電アクチュエータ基板21の各外辺に沿った行および列を成す格子状に配置されている。これにより、圧電アクチュエータ基板21の外辺から、加圧室10の上に形成されている個別電極25が等距離に配置されることになるので、個別電極25を形成する際に、圧電アクチュエータ基板21に変形が生じ難くできる。圧電アクチュエータ基板21と流路部材4とを接合する際に、この変形が大きいと外辺に近い変位素子30に応力が加わり、変位特性にばらつきが生じるおそれがあるが、変形を少なくすることで、そのばらつきを低減できる。また、もっとも外辺に近い加圧室行11の外側にダミー加圧室16のダミー加圧室行が設けられているために、変形の影響をより受け難くできる。加圧室行11に属する加圧室10は等間隔で配置されており、加圧室行11に対応する個別電極25も等間隔で配置されている。加圧室行11は短手方向に等間隔で配置されており、加圧室行11に対応する個別電極25の行も短手方向に等間隔で配置されている。これにより、特にクロストークの影響が大きくなる部位をなくすことができる。
【0032】
本実施形態では、加圧室10は格子状に配置したが、隣り合う加圧室列11の加圧室1
0が互いの間に位置するように千鳥状に配置してもよい。このようにすると、隣接する加圧室行11に属する加圧室10の間の距離がより長くなるので、よりクロストークを抑制できる。
【0033】
加圧室行11をどのように並べるかによらず、流路部材4を平面視したとき、1つの加圧室行11に属する加圧室10が、隣接する加圧室行11に属する加圧室10と、液体吐出ヘッド2の長手方向において、重ならないように配置することにより、クロストークを抑制できる。一方、加圧室行11の間の距離を離すと、液体吐出ヘッド2の幅が大きくなるので、プリンタ1に対する液体吐出ヘッド2の設置角度の精度や、複数の液体吐出ヘッド2を使用する際の、液体吐出ヘッド2の相対位置の精度が印刷結果に与える影響が大きくなる。そこで、隔壁15の幅を副マニホールド5bよりも小さくすることで、それらの精度が印刷結果に与える影響を少なくできる。
【0034】
1つの副マニホールド5bに繋がっている加圧室10は、2列の加圧室行11を成しており、1つの加圧室行11に属する加圧室10から繋がっている吐出孔8は、1つの吐出孔行9を成している。2行の加圧室行11に属する加圧室10に繋がっている吐出孔8はそれぞれ、副マニホールド5bの異なる側に開口している。
図4では隔壁15には、2行の吐出孔行9が設けられているが、それぞれの吐出孔行9に属する吐出孔8は、吐出孔8に近い側の副マニホールド5bに加圧室10を介して繋がっている。隣接する副マニホールド5bに加圧室行11を介して繋がっている吐出孔8と液体吐出ヘッド2の長手方向において重ならないように配置されていると、加圧室10と吐出孔8とを繋ぐ流路間のクロストークが抑制できるので、さらにクロストークを少なくすることができる。加圧室10と吐出孔8とを繋ぐ流路全体が、液体吐出ヘッド2の長手方向において重ならないように配置されていると、さらにクロストークを少なくすることができる。
【0035】
1つのマニホールド5に繋がっている複数の加圧室10により加圧室群が構成されており、マニホールド5が2つあるため、加圧室群は2つある。各加圧室群内における吐出に関わる加圧室10の配置は同じで、短手方向に平行移動させた位置に配置されている。これらの加圧室10は、流路部材4の上面における圧電アクチュエータ基板21に対向する領域に、加圧室群間などの少し間隔が広くなった部分があるものの、ほぼ全面にわたって配列されている。つまり、これらの加圧室10によって形成された加圧室群は圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室10の開口は、流路部材4の上面に圧電アクチュエータ基板21が接合されることで閉塞されている。
【0036】
加圧室10のしぼり6が繋がっている角部と対向する角部からは、流路部材4の下面の吐出孔面4−1に開口している吐出孔8に繋がる流路が伸びている。この流路は、平面視において、加圧室10から離れる方向に伸びている。より具体的には、加圧室10の長い対角線に沿う方向に離れつつ、その方向に対して左右にずれながら伸びている。これにより、加圧室10は各加圧室行11内での間隔が37.5dpiになっている格子状の配置にしつつ、吐出孔8は、全体で1200dpiの間隔で配置することができる。
【0037】
これは別の言い方をすると、流路部材4の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔8を投影すると、
図4に示した仮想直線のRの範囲に、各マニホールド5に繋がっている16個の吐出孔8、全部で32個の吐出孔8が、1200dpiの等間隔となっているということである。これにより、すべてのマニホールド5に同じ色のインクを供給することで、全体として長手方向に1200dpiの解像度で画像が形成可能となる。また、1つのマニホールド5に繋がっている1個の吐出孔8は、仮想直線のRの範囲で600dpiの等間隔になっている。これにより、各マニホールド5に異なる色のインクを供給することで、全体として長手方向に600dpiの解像度で2色の画像が形成可能となる。この場合、2つの液体吐出ヘッド2を用いれば、600dpiの解像度で4色の
画像が形成可能となり、600dpiで印刷可能な液体吐出ヘッドを4つ用いるよりも、印刷精度が高くなり、印刷のセッティングも簡単にできる。なお、ヘッド本体2aの短手方向に並んでいる1列の加圧室列に属する加圧室10から繋がっている吐出孔8で、仮想直線のRの範囲がカバーされている。
【0038】
圧電アクチュエータ基板21の上面における各加圧室10に対向する位置には個別電極25がそれぞれ形成されている。個別電極25は、加圧室10より一回り小さく、加圧室10とほぼ相似な形状を有している個別電極本体25aと、個別電極本体25aから引き出されている引出電極25bとを含んでいる。個別電極25は、加圧室10と同じように、個別電極列および個別電極群を構成している。また、圧電アクチュエータ基板21の上面には、共通電極用表面電極28が配置されている。共通電極用表面電極28と共通電極24とは、圧電セラミック層21b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。
【0039】
吐出孔8は、流路部材4の下面側に配置されたマニホールド5と対向する領域を避けた位置に配置されている。さらに、吐出孔8は、流路部材4の下面側における圧電アクチュエータ基板21と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔8は、1つの群として圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板21の変位素子30を変位させることにより吐出孔8から液滴が吐出される。
【0040】
流路部材4は、複数のプレートが接着剤により互いに接着して構成されている。すなわち、流路部材4は、複数のプレートが接着積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材4の上面から順に、キャビティプレート4a、アパーチャ(しぼり)プレート4b、サプライプレート4c、マニホールドプレート4d〜i、カバープレート4jおよびノズルプレート4kである。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートの厚さは10μm〜300μm程度であることにより、形成する孔の形成精度を高くできる。流路部材4の厚さは、500μm〜2mm程度である。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路12およびマニホールド5を構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体2aは、加圧室10は流路部材4の上面に、マニホールド5は内部の下面側に、吐出孔8は下面にと、個別流路12を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室10を介してマニホールド5と吐出孔8とが繋がる構成を有している。
【0041】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第1に、キャビティプレート4aに形成された加圧室10である。第2に、加圧室10の一端からマニホールド5へと繋がるしぼり6を構成する連通孔である。この連通孔は、アパーチャプレート4b(詳細には加圧室10の入り口)からサプライプレート4c(詳細にはマニホールド5の出口)までの各プレートに形成されている。しぼり6については後で詳述する。
【0042】
第3に、加圧室10のしぼり6が繋がっている端と反対の他端から吐出孔8へと連通する流路を構成する部分流路であるディセンダ7である。ディセンダ7は、ベースプレート4b(詳細には加圧室10の出口)からノズルプレート4l(詳細には吐出孔8)までの各プレートに形成されている。
【0043】
第4に、副マニホールド5aを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート4e〜jに形成されている。マニホールドプレート4e〜jには、副マニホールド5bを構成するように隔壁15となる仕切り部が残るように孔が形成されている。各マニホールドプレート4e〜jにおける仕切り部は、ハーフエッチングした支持部(図では省
略してある)で各マニホールドプレート4e〜jと繋がった状態にされる。
【0044】
第1〜4の連通孔が相互に繋がり、マニホールド5からの液体の流入口(マニホールド5の出口)から吐出孔8に至る個別流路12を構成している。マニホールド5に供給された液体は、以下の経路で吐出孔8から吐出される。まず、マニホールド5から上方向に向かって、しぼり6の一端部に至る。次に、しぼり6の延在方向に沿って水平に進み、しぼり6の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室10の一端部に至る。さらに、加圧室10の延在方向に沿って水平に進み、加圧室10の他端部に至る。加圧室10からディセンダ7に入った液体は、水平方向にも移動しつつ、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔8に至って、外部に吐出される。
【0045】
圧電アクチュエータ基板21は、圧電体である2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層21a、21bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板21の圧電セラミック層21aの下面から圧電セラミック層21bの上面までの厚さは40μm程度である。圧電セラミック層21a、21bのいずれの層も複数の加圧室10を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層21a、21bは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系、NaNbO
3系、BaTiO
3系、(BiNa)NbO
3系、BiNaNb
5O
15系などのセラミックス材料からなる。なお、圧電セラミック層21aは、振動板として働いており、必ずしも圧電体である必要はなく、代わりに、圧電体でない他のセラミック層や金属板を用いてもよい。
【0046】
圧電アクチュエータ基板21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極24およびAu系などの金属材料からなる個別電極25を有している。共通電極24の厚さは2μm程度であり、個別電極25の厚さは、1μm程度である。
【0047】
個別電極25は、圧電アクチュエータ基板21の上面における各加圧室10に対向する位置に、それぞれ配置されている。個別電極25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25aと、個別電極本体25aから引き出されている引出電極25bとを含んでいる。引出電極25bの一端の、加圧室10と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極26が配置されている。接続電極26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、5μm〜200μm程度の厚さで形成されている。また、接続電極26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。
【0048】
詳細は後述するが、個別電極25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、印刷媒体Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【0049】
共通電極24は、圧電セラミック層21bと圧電セラミック層21aとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極24は、圧電アクチュエータ基板21に対向する領域内のすべての加圧室10を覆うように延在している。共通電極24は、圧電セラミック層21b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28に、圧電セラミック層21bを貫通して形成された貫通導体を介して繋がっている。また、共通電極24は、共通電極用表面電28を介して接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極28は、個別電極25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。
【0050】
圧電セラミック層21bの個別電極25と共通電極24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25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30となっている。より具体的には、個別電極25を共通電極24と異なる電位にして圧電セラミック層21bに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部88により個別電極25を共通電極24に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層21bの電極に挟まれた部分(活性部)が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層21aは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21b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21aは加圧室10側へ凸となるように変形する。
【0051】
続いて、液体の吐出動作について説明する。制御部88からの制御に基づいて、個別電極25に供給される駆動信号により、変位素子30が駆動(変位)させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。
【0052】
あらかじめ個別電極25を共通電極24より高い電位(以下「高電位」と称する)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極25を共通電極24と一旦同じ電位(以下「低電位」と称する)とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極25が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層21a、21bが元の平らな形状に戻り、加圧室10の容積が初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加する。これにより、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25を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ7内を伝搬し、吐出孔8から液体を吐出させる。
【0053】
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25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21の物性、あるいは加圧室10に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。
【0054】
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。
【0055】
共通流路である副マニホールド5aと加圧室10とを繋いでいるしぼり6は、引き打ちにおいては、流路抵抗が高くなっていることで圧力波を反射する働きをするため、吐出速度あるいは吐出量などの吐出特性に直接的な影響を及ぼす。押し打ちや他の方法で吐出を行なう場合であっても、圧力波の反射は起こり、圧力波は、加圧室10やディセンダ7内で減衰しながら残留振動として残り、次の吐出に影響を及ぼす。いずれにしても、しぼり6の流路特性は、吐出特性に与える影響が大きく、寸法ばらつきが小さい方が良い。
【0056】
変位素子30により、加圧室10に加えられた圧力は、しぼり6とディセンダ7とに向かうことになるが、そのエネルギーを主に吐出に使うように、通常、ディセンダ7よりもしぼり6の流路抵抗が大きくされる。特に、引き打ちで吐出をする場合には、反射が起き
やすいように、しぼり6の流路抵抗は大きくされる。
【0057】
流路抵抗を大きくするためには、流路の長さを長くすること、あるいは流路の断面積を小さくすることが必要である。流路の長さを長くすると、ヘッド本体2aの大きさが大きくなってしまう。このため、流路の断面積を小さくする必要がある。
【0058】
そこで、しぼり6のうち、流路抵抗の高い部分であるしぼり本体6aを、プレートの平面に沿って伸びている流路、すなわち、プレートの積層方向に直交する方向に伸びている流路とすることで、断面積を小さくするとともに、長さをある程度長くできる。
【0059】
プレートの平面に沿って伸びているしぼり本体6aと、プレートの平面方向に広がった形状をしている加圧室10とを直接繋ぐと、プレートの積層ずれにより、実際に液体が流れる流路長のばらつきが大きくなる。そこで、しぼり本体6aの加圧室10側には、プレートの積層方向に伸びる孔である流出孔6cを配置して、しぼり本体6aと加圧室10とは、流出孔6cを介して繋がるようにする。同様に、しぼり本体6aと副マニホールド5aとは、プレートの積層方向に伸びる孔である流入孔6bを介して繋がるようにする。
【0060】
しぼり6の配置の詳細について、
図6を用いて説明する。なお、
図6では、加圧室10と吐出孔8とを繋いでいるディセンダ7は、形状を省略して、繋がりを線で表している。副マニホールド5aの両側には、加圧室10の列である加圧室列11が、1行ずつ、合計2行、副マニホールド5aに沿って配置されている。
図6において、副マニホールド5aの左側に配置されている加圧室行11を第1加圧室行11Aとし、右側に配置されている加圧室行11を第2加圧室行11Bとして説明する。また、副マニホールド5aが伸びる方向(一方方向)に直交する方向(
図6において左右方向)を他方方向とする。また、
図6において右側を他方方向の一方側とし、左側を他方方向の他方側とする。
【0061】
第1加圧室行11Aに属している加圧室10と副マニホールド5aとは、第1しぼり6Aを介して繋がっている。第1しぼり6Aには、副マニホールド5a側から順に、第1流入孔6Ab、第1しぼり本体6Aa、第1流出孔6Acが配置されている。第2加圧室行11Bに属する加圧室10と副マニホールド5aとは、第2しぼり6Bを介して繋がっている。第2しぼり6Bには、副マニホールド5a側から順に、第2流入孔6Bb、第2しぼり本体6Ba、第2流出孔6Bcが配置されている。
【0062】
第1しぼり本体6Aaおよび第2しぼり本体6Baは、液体がプレートの平面方向に流れる流路である。第1しぼり本体6Aaおよび第2しぼり本体6Baは、プレート4bの下面に配置されている溝で構成されており、より詳細には、その溝がプレート4cの上面で塞がれて流路となっている。第1しぼり本体6Aaおよび第2しぼり本体6Baは、直線状で、ほぼ一定幅の流路である。第1しぼり本体6Aaおよび第2しぼり本体6Baは、一方方向と交差する方向に伸びており、一方方向に交互に並んで配置されている。なお、一方方向と、第1しぼり本体6Aaおよび第2しぼり本体6Baが伸びる方向との角度は、しぼり6の配置の密度を高くできるように、45度以上であるのが好ましい。また、この角度は、60度以上、特に75度以上であるのがさらに好ましい。
【0063】
第1流入孔6Abは、液体がプレートの積層方向に流れる流路であり、プレート4bに配置されている溝の上面からプレート4cの下面までの円柱状の流路である。第1しぼり本体6Aaの加圧室10側には第1流出孔6Acが繋がっている。第1流出孔6Acは、液体がプレートの積層方向に流れる流路であり、プレート4bの上面からプレート4bの下面までの円柱状の流路である。第1しぼり本体6Aaの副マニホールド5a側には第1流入孔6Abが繋がっている。したがって、プレート4bには、直線状の第1しぼり本体6Aaと、その一方の端に配置されている第1しぼり本体6Aaよりも開口の幅の広い第
1流出孔6Acと、その他方の端に配置されている第1しぼり本体6Aaよりも開口の幅の広い第1流入孔6Abと、が配置されていることになる。第2しぼり6Bにおいても、第2しぼり本体6Ba、第2流入孔6Bbおよび第2流出孔6Bcがこれと同様の関係になっている。
【0064】
プレート4bとプレート4cとを接着積層する際、それらの間に供給される接着剤は、第1しぼり6Aと第2しぼり6Bとに接着剤が流れ込むおそれがある。しかし、第1しぼり6Aと第2しぼり6Bとが交互に、ほぼ平行に配置されているために、互いが接着剤の逃がし溝の役目を果たすので、相互に接着剤の流れ込みを抑制できる。具体的には、第1しぼり6Aの両側には、第2しぼり6Bが配置されているため、第1しぼり6Aには、第2しぼり6Bを超えて、接着剤が流れるこむことはほとんどなくなる。また、第1しぼり6Aと第2しぼり6Bとの間に供給された接着剤の量が過剰であったとしても、第1しぼり6Aと第2しぼり6Bとに約半分ずつ流れ込むことになるので、接着剤が流れ込む量を少なくできる。
【0065】
次に、第1流出孔6Acに流れ込む接着剤について考える。第1流出孔6Acは、隣り合っている2つの第2しぼり6Bの間に配置されているので、第1流出孔6Acへの
図6の上側および下側からの接着剤の流れ込みは、それらによって抑制できる。また、隣り合っている2つの第2しぼり6Bは、他方方向、すなわち
図6の左右方向において、第1流出孔6Acの位置から
図6の右側に向かって伸びているので、第1流出孔6Acへの
図6の右側からの接着剤の流れ込みも、それらによって抑制できる。ここで、第2流入孔6Bbが第1流出孔6Acよりも他方方向の他方側(すなわち、
図6の左右方向の左側)に配置されている。そして、第2流入孔6Bbの開口の幅が、第1流出孔6Acの開口の幅よりも広い。このため、
図6の左側から第1流出孔6Acへ流れ込もうとする接着剤の一部は、第2流入孔6Bbで止められて、第1流出孔6Acに流れ込み難くできる。
【0066】
ここで、上記の「開口の幅」とは、プレートを平面視した場合の、孔の直径のことを言う。なお、孔が平面視して円形状でなく例えば長方形状である場合、上記の「開口の幅」とは、互いに対向する短辺を結ぶ、つまり、長辺の長さである、最も径が大きい部分を言う。
【0067】
また、上記の「第2流入孔6Bbの開口の幅が、第1流出孔6Acの開口の幅よりも広い」とは、製造誤差により開口の幅が広くなってしまっているものも含む意味である。また、「第2流入孔6Bbの開口の幅が、第1流出孔6Acの開口の幅よりも広い」とは、第2流入孔6Bbおよび第1流出孔6Acの全てがこのような関係になっている必要はなく、一部でもこのような関係になっていればよい。換言すれば、1つの第2流入孔6Bbの開口の幅が、隣り合う1つの第1流出孔6Acの開口の幅よりも広くなっていればよい。なお、第2流入孔6Bbおよび第1流出孔6Acの全てが上記の関係となっていることが好ましい。
【0068】
なお、上記は、第1流入孔6Abと第2流出孔6Bcとの関係においても同様である。
【0069】
また、第1流出孔6Acは、第2しぼり本体6Baの間に配置されていることが好ましい。この構成によれば、第2流入孔6Bbの位置が、第1流出孔6Acよりも他方方向の他方側に配置されることになり、
図6の左側から第1流出孔6Acへの接着剤の流れ込みをより抑制できる。
【0070】
第2流出孔6Bcについても上記と同様である。具体的には、第1流入孔6Abが第2流出孔6Bcよりも他方方向の一方側(すなわち、
図6の左右方向の右側)に配置されている。そして、第1流入孔6Abの開口の幅が、第2流出孔6Bcの開口の幅よりも広い
。このため、
図6の右側から第2流出孔6Bcへ流れ込もうとする接着剤の一部は、第1流入孔6Abで止められて、第2流出孔6Bcに流れ込み難くできる。
【0071】
また、第2流出孔6Bcは、第1しぼり本体6Aaの間に配置されていることが好ましい。この構成によれば、第1流入孔6Abの位置が、第2流出孔6Bcよりも他方方向の一方側に配置されることになり、
図6の右側から第2流出孔6Bcへの接着剤の流れ込みをより抑制できる。
【0072】
しぼり本体6aは、しぼり6の中でも流路抵抗が高い部分であり、加圧室10から伝わって来る圧力波を反射する役目を主に担う。流出孔6cは、液体が流れる方向に対する断面積が広くなっており、しぼり本体6aよりも流路抵抗が低くなっている。そのため、流出孔6cの流路抵抗が変動しても、しぼり6全体の流路抵抗に及ぼす影響は相対的に小さくなっている。この観点から言えば、流出孔6cの断面積をより大きくすることが望ましいが、流出孔6bが、加圧室10やしぼり本体6aよりも広がった形状になると、そのような広がった部分に液体が滞留しやすくなる。そのような滞留があると、液体の固形分の固着などが起きやすく、あまり好ましくない。つまり、流出孔6cをむやみに大きくすることは好ましくない。
【0073】
一方、流入孔6bは、副マニホールド5aと繋がっており、流入孔6bを大きくしても、そこに繋がる副マニホールド5aがより大きいため、上述のような滞留は生じ難い。そこで、流入孔6bを大きく、すなわち流入孔6bの開口の幅を大きくして、接着剤が流出孔6cに流れ込む経路となる部分の幅を狭めることで、流出孔6cの流路抵抗のばらつきを小さくできる。
【0074】
第1しぼり本体6Aaおよび第2しぼり本体6Baを構成している孔は、1枚のプレートに配置されている孔であってもよい。その場合、孔の上側は、上に積層されるプレートの下面で塞がれ、孔の下側は、下に積層されるプレートの上面で塞がれる。プレート間で積層ずれが生じることを考慮すれば、第1しぼり本体6Aaと第2しぼり本体6Baとが、1枚のプレートに配置された溝、あるいは孔で構成されていれば、複数のプレートに配置された溝、あるいは孔が組み合わされて構成されている場合よりも、積層ずれによる流路特性の変動が生じ難いので好ましい。
【0075】
また、第1しぼり本体6Aaおよび第2しぼり本体6Baは、上述のように溝で構成されているのが好ましい。孔で構成されていると、孔が配置されているプレートと、その上のプレートおよびその下のプレートを積層する際に、2層分の接着剤が流れ込むことになるが、溝で構成されていれば、接着剤が流れ込むのは、溝が配置されているプレートと、その溝を塞ぐ1枚のプレートを積層する際の、1層分だけにできる。さらに、接着剤の供給をその溝が配置されている主面に行なうようにすれば、積層する際に、溝の中に接着剤が直接供給される可能性を低減することができ、溝を塞ぐプレートの主面にも接着剤が直接供給される可能性を低減することができるので好ましい。
【0076】
第1しぼり本体6Aaの長さの半分以上が、隣り合っている2つの第2しぼり本体6Baの間に挟まれるように構成することが好ましい。この構成によれば、2つの第2しぼり本体6Baの間に供される接着剤の流れ込みが安定するので、流路抵抗のばらつきを低減できる。同様に、第2しぼり本体6Baの長さの半分以上が、隣り合っている2つの第1しぼり本体6Aaの間に挟まれるように構成することが好ましい。この構成によれば、2つの第1しぼり本体6Aaの間に供される接着剤の流れ込みが安定するので、流路抵抗のばらつきを低減できる。
【0077】
より具体的には、第1しぼり本体6Aaの長さの2/3以上が、隣り合っている2つの
第2しぼり6Bの間に挟まれるように構成することが好ましい。この構成によれば、2つの第2しぼり6Bの間に供される接着剤の流れ込みがより安定するので、流路抵抗のばらつきをより低減できる。同様に、第2しぼり本体6Baの長さの2/3以上が、隣り合っている2つの第1しぼり6Aの間に挟まれるように構成することが好ましい。この構成によれば、2つの第1しぼり6Aの間に供される接着剤の流れ込みがより安定するので、流路抵抗のばらつきをより低減できる。さらに、全体が互いに挟まれているようにするのがより好ましい。
【0078】
流入孔6bの副マニホールド5a側の開口は、副マニホールド5aの上面に配置されているのが好ましく、さらに、それらが開口している副マニホールド5aの上面は、プレート4cの下面に配置されている溝になっていることが好ましい。この構成によれば、プレート4cとプレート4dとの間に供給された接着剤が、流入孔6bに流れ込むことを抑制できる。
【0079】
また、副マニホールド5aの上面をプレート4cの下面に配置された溝で構成し、しぼり本体6aをプレート4bの下面に配置された溝で構成することが好ましい。この構成によれば、流入孔6bおよび流出孔6cを含めたしぼり6全体を、プレート4b、4cの2枚のプレートを積層することで構成できるので、しぼり6に流れ込むおそれのある接着剤の層数を減らすことができる。
【0080】
続いて、しぼり6の周囲に配置される接着剤の逃がし溝17について、
図7を用いて説明する。
図7は、しぼり本体6aを構成している溝が配置されているプレート4bの、
図6と同じ範囲の拡大平面図である。
【0081】
プレート4bには、次のような孔および溝が配置されている。プレート4bの下面には、第1しぼり本体6Aaおよび第2しぼり本体6Baとなる溝が配置されている。プレート4bの下面には、第1流入孔6Abの一部となる溝および第2流入孔6Bbの一部となる溝が配置されている。これらの溝は、プレート4cに配置されている孔と繋がり、第1流入孔6Ab全体および第2流入孔6Bb全体となる。プレート4bを貫通して、第1流出孔6Acとなる孔および第2流出孔6Bcとなる孔が配置されている。
【0082】
また、プレート4bを貫通して、第1加圧室行11Aに属する加圧室10と吐出孔8とを繋いでいる第1ディセンダ7Aの一部となる孔(以下で、この孔のことを単に第1ディセンダ7Aと呼ぶことがある)が配置されている。プレート4bを貫通して、第2加圧室行11Bに属する加圧室10と吐出孔8とを繋いでいる第2ディセンダ7Bの一部となる孔(以下で、この孔のことを単に第1ディセンダ7Bと呼ぶことがある)が配置されている。
【0083】
さらに、プレートの下面には、接着剤の逃がし溝17が配置されている。また、それらの一部は、後述の第1逃がし溝17Aおよび第2逃がし溝17Bとなっている。
【0084】
第1流入孔6Abは、副マニホールド5a内の
図7の右側(すなわち、他方方向の一方側)の端に、一方方向に沿って配置されている。第2ディセンダ7Bは、副マニホールド5aよりも他方方向の一方側に、一方方向に沿って配置されている。第1流入孔6Abと第2ディセンダ7Bとの間には、一方方向に伸びる第1逃がし溝17Aが配置されている。第1逃がし溝17Aは、接着剤が
図7の右側から第1流入孔6Abに流れ込むのを抑制するとともに、接着剤が
図7の左側から第2ディセンダ7Bに流れ込むのを抑制できる。
【0085】
第1逃がし溝17Aは、副マニホール5aと重ならない位置、すなわち隔壁15と重なる位置に配置されている。なお、もっとも端に位置する副マニホール5aの外側は、いわ
ゆる隔壁ではないが、その部分も含めて、副マニホール5aが存在しておらず、ディセンダ7や逃がし溝17のような小さい孔や溝しか配置されていない、実質的に中実の部分を便宜上隔壁15と呼びことにする。
【0086】
副マニホールド5aに重なる領域と、副マニホールド5aに重ならない領域とでは、接着されるときの状態が異なる。隔壁15上の領域では、積層の圧力が伝わりやすく、圧力が強くなるので接着が強固になる。それと比べると、副マニホールド5a上の領域では、圧力が伝わり難く、接着が弱くなる。また、隔壁15上の領域の方が、圧力が強く加わるので、接着剤の塗布が均一に行われていた場合でも、接着の際に、隔壁15上の領域から副マニホールド5a上の領域に接着剤が流動する。
【0087】
第1逃がし溝17Aは、このようにして生じた接着剤の流動が、第1流入孔6Abに到達することを抑制できる。しかし、第1流入孔6Abの周囲にある接着代が、副マニホールド5a上に配置されているものしかない場合、接着強度が相対的に弱く、液体の漏れなどが生じやすい。特に、第1流入孔6Abの
図7の右側は、接着代が狭く、液体の漏れなどが生じやすい。
【0088】
そのため、第1逃がし溝17Aは、副マニホールド5aと重ならない領域に配置される。そのように配置することで、第1流入孔6Abの周囲にある接着代、特に、
図7の右側の接着代の一部が、隔壁15上に配置されることになり、接着が強固になるので、液体の漏れなどが抑制できる。
【0089】
同様に、第2流入孔6Bbと第1ディセンダ7Aとの間に、一方方向に伸びる第2逃がし溝17Bを配置する。第2逃がし溝17Bは、副マニホール5aと重ならない位置に配置されており、第2流入孔6Bbおよび第1ディセンダ7Aに接着剤が流れ込むのを抑制できるとともに、第2流入孔6Bbの周囲の接着代の一部が、隔壁15上に配置されることになり、接着が強固になるので、液体の漏れなどが抑制できる。
【0090】
図7に描かれている位置は、副マニホールド5aの長手方向の端部である。副マニホールド5aの端部では、交互に配置されていた、第1しぼり本体6Aaおよび第2しぼり本体6Baの配置もそこで終わる。
図7では、もっとも端に位置するのは、第2しぼり本体6Baとなっている。
図7における、もっとも端の第2しぼり本体6Baの
図7の下側には、しぼり6は配置されていないため、他のしぼり本体6aと比較して、
図7の下側から流れ込んでくる接着剤の量が多くなるおそれがある。そこで、もっとも端の第2しぼり本体6Baのさらに外側に、第2しぼり本体6Baが伸びる方向に接着剤の逃がし溝17を配置する。
図7に示す例では、逃がし溝17は、第2しぼり本体6Baに沿って配置されている。
図7の下側から接着剤が多量に流れてきた場合、1本の逃がし溝17では、逃がし溝17が接着剤で埋まってしまい、流れ込みを十分抑制できないおそれがあるため、逃がし溝17は、二本以上、すなわち複数配置するのが好ましい。
【0091】
続いて、しぼりの他の構成について説明する。
図8(a)、(b)は、それぞれ、上述の実施形態におけるプレート4bの代わりに用いることのできる、プレート104b、204bの要部を示した平面図である。上述の実施形態と差異の小さい部位については、同じ符号を付けて説明を省略する。
【0092】
プレート104bでは、第1しぼり106Aの開口において、第1しぼり本体106Aaの第1流入孔6Ab側の、第1流入孔6Abに達する前の部分が、開口幅が広くなっている第1拡幅部106Aaaとなっている。第1拡幅部106Aaaは、第1流入孔6Abに向かって徐々に大きくなっている。すなわち、第1拡幅部106Aaaは、第1しぼり本体106Aaの中央部の開口の幅よりも大きい。このように構成することにより、第
2流出孔6Bcへの接着剤の流れ込みをより抑制できる。第2しぼり本体106Baもこれと同様に、第2拡幅部106Baaが設けられている。第2拡幅部106Baaは、第2しぼり本体106Baの中央部の開口の幅よりも大きい。これにより、第1流出孔6Acへの接着剤の流れ込みをより抑制できる。
【0093】
プレート204bにおいても、上記と同様に、第1しぼり本体206Aaに第1拡幅部206Aaaが設けられており、第2しぼり本体206Baに第2拡幅部206Baaが設けられている。すなわち、第1拡幅部206Aaaは、第1しぼり本体206Aaの中央部の開口の幅よりも大きく、第2拡幅部206Baaは、第2しぼり本体206Baの中央部の開口の幅よりも大きい。ここで、第1拡幅部206Aaaは、第1流入孔206Abに達する前に第1流入孔206Abとほぼ同じ幅になっており、その幅で直線状に伸びている。第2拡幅部206Baaは、第2流入孔206Bbに達する前に第2流入孔206Bbとほぼ同じ幅になっており、その幅で直線状に伸びている。このように構成することにより、プレート4cの積層ずれなので、プレート4cに配置されている第1流入孔6Abの位置がずれても、第1しぼり206Aの流路抵抗の変化を小さくできる。第2しぼり206についてもこれと同様である。