(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記供給流路を前記共通流路側から見たときに、前記段差よりも前記しぼり本体側における流路の周囲を、間隔を開けて取り囲むように、前記凹部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド用の流路部材。
前記供給流路における前記段差よりも前記共通流路側は、1つの前記プレートに設けられた貫通孔によって構成されており、前記供給流路における前記段差よりも前記しぼり本体側は、他の前記プレートに設けられた貫通孔によって構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の液体吐出ヘッド用の流路部材。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(第1実施形態)
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る液体吐出ヘッド用の流路部材およびそれを含む液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタ1(以下で単にプリンタと言うことがある)の概略の側面図であり、
図1(b)は、概略の平面図である。プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pをガイドローラ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、画像や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。
【0012】
本実施形態では、液体吐出ヘッド2はプリンタ1に対して固定されており、プリンタ1はいわゆるラインプリンタとなっているが、液体吐出ヘッド2を、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Pの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタであってもよい。
【0013】
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おり、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0.5〜20mm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。
【0014】
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、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。
【0015】
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。
【0016】
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の個数や、ヘッド群72の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッド群72の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群72を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能の液体吐出ヘッド2を使用しても搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群72を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Pの幅方向の解像度を高くしてもよい。
【0017】
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。
【0018】
プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pに印刷を行なう。印刷用紙Pは、給紙ローラ80Aに巻き取られた状態になっており、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を回転させることで印刷用紙Pは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド2によって印刷される。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。
【0019】
記録媒体は、印刷用紙P以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ1は、印刷用紙Pを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド2から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド2から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。
【0020】
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、吐出量や吐出速度などの吐出特性に影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。
【0021】
次に、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。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。
【0022】
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や、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。
【0023】
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の端部である開口5aを有し、この開口5aよりマニホールド5に液体が供給されるようになっている。
【0024】
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。
【0025】
ヘッド本体2aは、平板状の流路部材4と、流路部材4上に接合された変位素子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。
【0026】
流路部材4の内部には2つのマニホールド5が形成されている。マニホールド5は流路部材4の長手方向の一端部側から、他端部側に延びる細長い形状を有しており、その両端部において、流路部材4の上面に開口しているマニホールド5の開口5aが形成されている。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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の端に近い方のみに設けている。これにより、ヘッド本体21aの幅を小さくできる。
【0032】
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。
【0033】
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10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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
圧電アクチュエータ基板21の上面における各加圧室10に対向する位置には個別電極25がそれぞれ形成されている。個別電極25は、加圧室10より一回り小さく、加圧室10とほぼ相似な形状を有している個別電極本体25aと、個別電極本体25aから引き出されている引出電極25bとを含んでおり、個別電極25は、加圧室10と同じように、個別電極列および個別電極群を構成している。また、圧電アクチュエータ基板21の上面には、共通電極用表面電極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に配置されている、図示しない貫通導体を通じて、電気的に接続されている。
【0040】
吐出孔8は、流路部材4の下面側に配置されているマニホールド5と対向する領域を避けた位置に配置されている。さらに、吐出孔8は、流路部材4の下面側における圧電アクチュエータ基板21と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔8は、1つの群として圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板21の変位素子30を変位させることにより吐出孔8から液滴が吐出できる。
【0041】
ヘッド本体2aに含まれる流路部材4は、複数のプレートが接着剤層18を介して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、プレート4a、プレート4b、プレート4c、プレート4d、プレート4e、プレート4f、プレート4g、プレート4h、プレート4i、プレート4j、プレート4k、プレート4mの順に積層されている。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートの厚さは10〜300μm程度であることにより、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では、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。
【0042】
各プレートに配置されている孔および溝について説明する。
【0043】
流路となる孔あるいは溝には、次のようなものがある。第1に、プレート4aに形成された加圧室10となる孔である。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、プレート4b(詳細には加圧室10の入り口)からプレート4e(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。
【0044】
第3に、加圧室10のしぼり6が繋がっている端と反対の端から吐出孔8へと連通する流路を構成するディセンダ7である。ディセンダ7は、プレート4b(詳細には加圧室10の出口)からプレート4m(詳細には吐出孔8)までの各プレートに形成されている。
【0045】
第4に、マニホールド(共通流路)5を構成する連通孔である。この連通孔は、プレート4a〜プレート4jに形成されている。プレート4f〜プレート4j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。プレート4f〜プレート4j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)でプレート4f〜プレート4jと繋がった状態にされる。
【0046】
これら第1〜4の孔が相互に繋がり、マニホールド5の開口5aから吐出孔8に至る流
路を構成している。また、第1〜第3の孔によって、マニホールド5(正確には副マニホールド5b)から吐出孔8に至る個別流路12が構成されている。マニホールド5の開口5aに供給された液体は、マニホールド5、しぼり6、加圧室10、ディセンダ7を通過して吐出孔8から外部に吐出される。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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、5〜200μm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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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(ユニモルフ変形)する。
【0053】
続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部88からの制御でドライバICなどを介して、個別電極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。
【0054】
あらかじめ個別電極25を共通電極24より高い電位(以下高電位と称す)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極25を共通電極24と一旦同じ電位(以下低電位と称す)とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極25が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層21a、21bが元の(平らな)形状に戻り(始め)、加圧室10の容積が初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加する。これにより、加圧室10内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室10内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室10の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室10の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室10の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極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。
【0055】
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の物性や、加圧室10に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。
【0056】
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。
【0057】
次に、本実施形態の流路部材4が有するしぼり6について、
図5〜
図8を用いて説明する。
図5は、
図3のV−V線に沿った縦断面図であり、マニホールド5(副マニホールド5b)から吐出孔8に至る個別流路12の構造を模式的に示している。
図6は、個別流路12が有するしぼり6の構造を模式的に示す平面図である。
図7は、
図6のしぼり6が有する供給流路6bの構造を模式的に示す部分的な平面図である。
図8は、
図7のW−W線に沿った模式的な縦断面図である。
【0058】
しぼり6は、マニホールド5(正確には副マニホールド5b)と加圧室10とを繋いでいる流路であり、引き打ちでは、加圧室10に加わった圧力を反射して吐出する圧力を高くする役目を担う部分であり、高く、精度の良い流路抵抗が求められる。また、しぼり6の流路抵抗が低下すると、1つの個別流路12(正確には加圧室10)で発生した圧力波が、マニホールド5を介して他の個別流路12に伝達されて、クロストークによる吐出特性の悪化が生じ、しぼり6の流路抵抗が高すぎると、マニホールド5から個別流路12への液体の供給量が低下する。このため、しぼり6は、引き打ち以外の吐出方法であっても、比較的高く、精度の良い流路抵抗が求められる。
【0059】
しぼり6は、しぼり本体6aと、供給流路6bと、排出流路6cとによって構成されている。しぼり本体6aは、プレート4cに沿った方向(プレート4cの両主面に沿った方向)に伸びている部分である。しぼり本体6aは、他のプレートよりも厚さが薄いプレート4cに配置されているため流路の高さ(プレートの積層方向における寸法)が小さく、流路の幅も狭いため、個別流路12の他の部分と比較して横断面の面積が小さい。すなわち、しぼり本体6aは、流路抵抗が高く、しぼり6の流路抵抗を決定づける部分である。また、しぼり本体6aは、
図6に示すように、流路の幅が特に狭い直線状の部分と、その両端に設けられた、供給流路6bおよび排出流路6cに接続される部分である、比較的幅の広い部分とを有している。
【0060】
排出流路6cは、プレート4cに配置されてプレートの積層方向に伸びており、しぼり本体6aと加圧室10とを繋いでいる流路である。排出流路6cは、横断面の面積がしぼり本体6aよりも大きく、流路抵抗がしぼり本体6aよりも小さい。
【0061】
供給流路6bは、プレート4dからプレート4eに渡って、プレートの積層方向に伸びており、マニホールド5(副マニホールド5b)としぼり本体6aとを繋いでいる流路である。供給流路6bは、横断面の面積がしぼり本体6aよりも大きく、流路抵抗がしぼり本体6aよりも小さい。また、供給流路6bは、プレート4eに配置された第1供給流路6b1と、プレート4dに配置された第2供給流路6b2とを有している。すなわち、供給流路6bは、マニホールド5側に位置する第1供給流路6b1と、しぼり本体6a側に位置する第2供給流路6b2と、によって構成されている。第1供給流路6b1および第2供給流路6b2は、どちらも横断面の形状が円形である。そして、第1供給流路6b1の横断面の面積が、第2供給流路6b2の横断面の面積よりも大きくされており、供給流路6bの内壁面における第1供給流路6b1と第2供給流路6b2との境目に、横断面の面積が変化する段差6dを有している。プレートの積層方向から平面視したときに、第2供給流路6b2は第1供給流路6b1の中央に位置しており、第2供給流路6b2の周囲を囲むように段差6dが形成されている。
【0062】
このように、本実施形態の液体吐出ヘッド用の流路部材は、複数のプレート4a〜4mが接着剤層(図示せず)を介して積層されて構成されている。また、本実施形態の液体吐出ヘッド用の流路部材は、液体を吐出する複数の吐出孔8と、吐出孔8の各々に対応して設けられており、各々が対応する吐出孔8に繋がっている複数の個別流路12と、複数の個別流路12が繋がっている共通流路(マニホールド5)と、を有している。各々の個別流路12は、個別流路12におけるマニホールド5(正確には副マニホールド5b)から吐出孔8へ至る経路の途中に設けられた加圧室10と、加圧室10とマニホールド5とを繋いでいるしぼり6と、を有している。しぼり6は、しぼり本体6aと、供給流路6bと、を有している。しぼり本体6aは、プレートに沿った方向に伸びるように形成されている。供給流路6bは、プレートの積層方向に伸びるように形成されてマニホールド5としぼり本体6aとを繋いでおり、しぼり本体6aよりも流路抵抗が小さい。また、供給流路6bは、供給流路6bの内壁面に、供給流路6bの横断面が変化する段差6dを有している。このような構成を有する本実施形態の液体吐出ヘッド用の流路部材は、マニホールド5(副マニホールド5b)の内壁面に付着した接着剤がしぼり本体6aに流入して吐出特性を悪化させることを低減できる。
【0063】
流路部材4の作製において、プレート4a〜4mを、接着剤層を介して積層する際に、接着剤が、プレート4a〜4mの間の全面に行き渡るだけの量がないと、接着されない部分が生じることになる。接着剤が、プレート4a〜4mの間の全面に行き渡った状態で、接着のために加圧すると、接着剤の一部は、流路の中に流れこむことになる。よって、接着剤の流入を防止するために、流路となる孔や溝の周囲に接着剤の逃がし溝を配置することが行われている。
【0064】
プレート4eの吐出孔面4−1側の表面における供給流路6bの周囲は、マニホールド5の内壁面であり他のプレートと接合される部分ではない。しかしならがら、接着剤の塗布にけるパターンニングは、接着不良の原因となると共に、製造工程および工数の大幅な増加をともなうため、現実的ではなく行われない。よって、プレート4eの吐出孔面4−1側の表面における供給流路6bの周囲も接着剤の塗布領域となる。さらに、プレート4eの吐出孔面4−1側の表面における供給流路6bの周囲は、マニホールド5の内壁面であり他のプレートと接合される部分ではないため、プレート同士が押し当てられることによる接着剤の移動は生じないが、接着剤を硬化させるために加熱したときに、硬化前に接着剤の粘度が低下して接着剤の流動が生じ、接着剤が供給流路6bに流入することがあることが、発明者らの検討により明らかになった。
【0065】
前述したように、しぼり本体6aの流路抵抗は吐出特性に大きな影響を与えるため、接着剤のしぼり本体6aへの流入は吐出特性を大きく悪化させる。また、しぼり本体6aは、他の部分よりも横断面の面積が小さいため、しぼり本体6aへの接着剤の流入は、流路の遮断を生じやすく、致命的な不具合につながる恐れがある。
【0066】
供給流路6bへの接着剤の流入を防止する方法の1つとして、プレート4eの吐出孔面4−1側の表面における供給流路6bの周囲に、接着剤の逃がし溝を設けることが考えられる。しかしながら、この方法では、逃がし溝にエアーがトラップされて、エアーの排出の妨げになるという問題があることが発明者らの検討により明らかになった。また、複数の個別流路12から漏洩した圧力波が逃がし溝で反射されて吐出特性に悪影響を及ぼすという問題もあった。
【0067】
上述した構成を有する本実施形態の液体吐出ヘッド用の流路部材は、マニホールド5から第1供給流路6b1へ流入した接着剤を、段差6d(正確には、段差6dにおけるマニホールド5(副マニホールド5b)面した内壁面(吐出孔面4−1と平行な内壁面)であり、特にその端部)でトラップすることができるので、しぼり本体6aへの接着剤の流入を防止し、吐出特性の悪化を防止することができる。このため、プレート4eの吐出孔面4−1側の表面における供給流路6bの周囲に接着剤の逃がし溝を設ける必要が無く、マニホールド5の内壁面における供給流路6bの周囲を逃がし溝の非形成領域とすることができる。これにより、マニホールド5の内壁面における供給流路6bの周囲に逃がし溝を形成することによる前述した不具合の発生を防止することが出来る。
【0068】
また、本実施形態では、第2供給流路6b2の横断面の面積が、第1供給流路6b1の横断面の面積よりも小さく、供給流路6bは、マニホールド5(共通流路)側からしぼり本体6a側へ向かうときに、段差6dを境にして横断面の面積が小さくなる。このため、マニホールド5から供給流路6bへの液体の流入をスムーズにできるとともに、段差6dによって接着剤を確実にトラップすることが出来る。
【0069】
なお、プレートの積層方向から平面視したときに、第2供給流路6b2の周囲を囲むように段差6dが形成されているのが望ましく、これにより接着剤を確実にトラップすることが出来る。また、段差の高さは、50μm以上であることが望ましく、100μm以上であることが更に望ましい。
【0070】
また、本実施形態では、第1供給流路6b1はプレート4eに設けられており、第2供給流路6b2はプレート4dに設けられている。すなわち、供給流路6bにおける段差6dよりもマニホールド5(共通流路)側は、1つのプレートに設けられた貫通孔によって構成されており、供給流路6bにおける段差6dよりもしぼり本体6a側は、他のプレートに設けられた貫通孔によって構成されている。これにより、供給流路6bの内壁面に段
差6dを容易に形成することが出来る。但し、この構成に限定されるものではなく、供給流路6bを1つのプレート内に設けても構わない。この場合には、例えば、1つのプレートにハーフエッチングによって凹部を形成した後に、この凹部内に貫通孔を形成することにより、供給流路6bの横断面を変化させる段差を、供給流路6bの内壁面に形成することができる。
【0071】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る液体吐出ヘッド用の流路部材について、
図9および
図10を用いて説明する。なお、本実施形態においては、前述した第1実施形態の流路部材4と異なる点について説明し、重複する説明を省略する(同様の構成要素には同様の参照符号を付す)。
図9は、本発明の第2実施形態に係る液体吐出ヘッド用の流路部材4における供給流路6bの構造を模式的に示す
図7と同様の平面図である。
図10は、
図9のX−X線に沿った模式的な縦断面図である。
【0072】
本実施形態の流路部材4は、
図9および
図10に示すように、凹部6fを更に有している。それ以外の構成は第1実施形態の流路部材4と同じである。凹部6fは、段差6dにおけるマニホールド5(共通流路)に面した内壁面(吐出孔面4−1と平行な内壁面)に設けられている。本実施形態の流路部材4は、凹部6fを有していることから、段差6dの高さを低く抑えつつ、凹部6fによって接着剤を確実にトラップすることができる。
【0073】
また、本実施形態では、供給流路6bをマニホールド5側(吐出孔面4−1側)から見たときに、段差6dよりもしぼり本体6a側における流路(第2供給流路6b2)の周囲を、間隔を開けて取り囲むように、凹部6fが設けられている。これにより、接着剤が、どの方向から第2供給流路6b2へ向けて流れてきても、凹部6fによって確実に接着剤をトラップすることが出来る。なお、凹部6fの幅は、50μm以上であることが望ましい。また、凹部6fの深さは、プレート4eの深さの40%以上60%以下とするのが望ましい。
【0074】
(第3実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る液体吐出ヘッド用の流路部材について、
図11を用いて説明する。なお、本実施形態においては、前述した第1実施形態の流路部材4と異なる点について説明し、重複する説明を省略する(同様の構成要素には同様の参照符号を付す)。
図11は、本発明の第3実施形態に係る液体吐出ヘッド用の流路部材6における供給流路6bの構造を模式的に示す
図8と同様の縦断面図である。
【0075】
本実施形態では、
図11に示すように、第2供給流路6b2の横断面の面積が第1供給流路6b1の横断面の面積よりも大きい。すなわち、供給流路6bは、マニホールド5(共通流路)側からしぼり本体6a側へ向かうときに、段差6dを境にして横断面の面積が大きくなる。このような構成を有する流路部材4においても、段差6d(正確には、段差6dにおけるしぼり本体6aに面した内壁面(加圧室面4−2と平行な内壁面)であり、特にその端部)に接着剤がトラップされるため、しぼり本体6aへの接着剤の流入を防止することが出来る。
【0076】
また、供給流路6bのマニホールド5側(第1供給流路6b1)の横断面の面積が小さいため、他の個別流路12で発生してマニホールド5内へ伝達された圧力波を第1供給流路6b1との境界部で反射することが出来るので、クロストークによる吐出特性の悪化を低減することが出来る。
【0077】
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係る液体吐出ヘッド用の流路部材について、
図12を用
いて説明する。なお、本実施形態においては、前述した第1実施形態の流路部材4と異なる点について説明し、重複する説明を省略する(同様の構成要素には同様の参照符号を付す)。
図12は、本発明の第4実施形態に係る液体吐出ヘッド用の流路部材6における供給流路6bの構造を模式的に示す平面図であり、プレート4a〜4mの積層方向から平面視した状態を示している。
【0078】
本実施形態では、
図12に示すように、第1供給流路6b1の横断面の面積と、第2供給流路6b2の横断面の面積とが等しいが、第1供給流路6b1の横断面は、7つの角を有する星形のような形状を有しており、第2供給流路6b2の横断面は、円形状の形状を有している。それにより、供給流路6bの内壁面における第1供給流路6b1と第2供給流路6b2との境界に段差が形成されている。すなわち、供給流路6bは、マニホールド5(共通流路)側からしぼり本体6a側へ向かうときに、段差6dを境にして横断面の形状が変化する。このような構成を有する流路部材4においても、段差(正確には、
図12の第1供給流路6b1が第2供給流路6b2からはみ出した部分におけるマニホールド5側の表面と、
図12の第2供給流路6b2が第1供給流路6b1からはみ出した部分におけるしぼり本体6a側の表面であり、特にそれらの表面の端部)に接着剤がトラップされるので、しぼり本体6aへの接着剤の流入を防止することが出来る。
【0079】
また、本実施形態では、第1供給流路6b1の横断面が多くの角を有する形状であるため、第1供給流路6b1の横断面の角にもある程度の接着剤がトラップされるため、しぼり本体6aへの接着剤の流入を防止する効果を高めることが出来る。
【0080】
なお、
図12においては、第1供給流路6b1の横断面の断面積と、第2供給流路6b2の横断面の断面積と、が等しい場合を示したがこれに限定されるものではない。第1供給流路6b1の横断面の面積と第2供給流路6b2の横断面の面積とを異ならせ、それにより段差の高さを高くすることにより、しぼり本体6aへの接着剤の流入を防止する効果を更に高めることが出来る。
【0081】
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態に係る液体吐出ヘッド用の流路部材について、
図13および
図14を用いて説明する。なお、本実施形態においては、前述した第1実施形態の流路部材4と異なる点について説明し、重複する説明を省略する(同様の構成要素には同様の参照符号を付す)。
図13は、本発明の第2実施形態に係る液体吐出ヘッド用の流路部材4における供給流路6bの構造を模式的に示す平面図であり、プレート4a〜4mの積層方向から平面視した状態を示している。
図14は、
図13のY−Y線に沿った模式的な縦断面図である。
【0082】
本実施形態では、
図13および
図14に示すように、第1供給流路6b1の横断面および第2供給流路6b2の横断面は、ともに円形状であり、横断面の面積も等しいが、プレート4a〜4mの積層方向から平面視したときに、第1供給流路6b1の横断面の面積重心c1の位置と、第2供給流路6b2の横断面の面積重心c2の位置と、が異なっている。そして、これにより、供給流路6bの内壁面における第1供給流路6b1と第2供給流路6b2との境界に段差6dが形成されている。すなわち、供給流路6bは、マニホールド5(共通流路)側からしぼり本体6a側へ向かうときに、段差6dを境にして横断面の面積重心の位置が変化する。このような構成を有する流路部材4においても、段差(正確には、
図13の第1供給流路6b1が第2供給流路6b2からはみ出した部分におけるマニホールド5側の表面と、
図13の第2供給流路6b2が第1供給流路6b1からはみ出した部分におけるしぼり本体6a側の表面であり、特にそれらの表面の端部)に接着剤がトラップされるので、しぼり本体6aへの接着剤の流入を防止することが出来る。
【0083】
なお、実際に作製された流路部材4において、段差6dを境にして横断面の面積重心の位置が変化することを、確認するのは困難である。そこで、実際の流路部材4において確認する場合には、
図14に示すような1つの縦断面を観察し、その断面において、段差6dを境にして流路の中央の位置が変化することを確認すれば良い。