JP2009233941A - Liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッドに関し、特に、文字や画像の記録に用いるインクジェット式プリンタに好適に用いられる液体吐出ヘッドに関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head, and more particularly to a liquid discharge head suitably used for an ink jet printer used for recording characters and images.
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した記録装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ELディスプレイの製造といった工業用途にも、広く利用されている。 In recent years, recording apparatuses using an inkjet recording method, such as inkjet printers and inkjet plotters, are not only printers for general consumers, but also, for example, formation of electronic circuits, manufacture of color filters for liquid crystal displays, manufacture of organic EL displays It is also widely used for industrial applications.
このようなインクジェット方式の記録装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒーターを備え、ヒーターによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。 In such an ink jet recording apparatus, a liquid discharge head for discharging a liquid is mounted as a print head. This type of print head includes a heater as a pressurizing unit in an ink flow path filled with ink, heats and boiles the ink with the heater, pressurizes the ink with bubbles generated in the ink flow path, A thermal head system that ejects ink as droplets from the ink ejection holes, and a part of the wall of the ink channel filled with ink is bent and displaced by a displacement element, and the ink in the ink channel is mechanically pressurized, and the ink A piezoelectric method for discharging liquid droplets from discharge holes is generally known.
また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)にヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および主走査方向に関して記録媒体より長いヘッドを固定した状態で副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のようにヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。 In addition, such a liquid discharge head includes a serial type that performs recording while moving the head in a direction (main scanning direction) orthogonal to the conveyance direction (sub-scanning direction) of the recording medium, and a recording medium in the main scanning direction. There is a line type in which recording is performed on a recording medium conveyed in the sub-scanning direction with a long head fixed. The line type has the advantage that high-speed recording is possible because there is no need to move the head as in the serial type.
シリアル式、ライン式いずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。 In order to print droplets at a high density regardless of whether the liquid ejection head is of a serial type or a line type, the density of the liquid ejection holes for ejecting the droplets formed in the liquid ejection head is increased. There is a need.
そこで印刷出ヘッドを、マニホールドとマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる液体吐出孔を有した流路部材と、前記液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータ基板とを積層して構成する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この液体吐出ヘッドでは、各液体吐出孔に繋がった液体加圧室を、それを覆うように設けられた変位素子を変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、副走査方向に600dpiの解像度で印刷が可能とされている。
しかしながら、特許文献1に記載の液体吐出ヘッドは、変位素子に与えられる駆動信号の駆動周波数が20kHz程度以下であれば、各液体吐出孔の液体吐出特性にばらつきが小さく、良好な状態で印刷ができるものの、印刷速度を上げるなどのために駆動周波数をさらに高くしていくと、各液体吐出孔の液体吐出特性のばらつきが大きくなり、印刷状態が悪くなるという問題があった。
However, in the liquid discharge head described in
具体的には、液体吐出孔を一端とし、液体加圧室、しぼりおよび個別供給流路をこの順で介してマニホールドに繋がる流路を個別流路としたとき、マニホールドに多数の個別流路が高密度で繋がっている液体吐出装置において、印刷可能範囲全体をベタで印刷する場合など、多くの液体吐出孔から液滴を吐出させた場合、各変位素子の変位が流路内の液体、あるいは流路部材を介してマニホールド内の液体を振動させてしまうことがあった。そして、この振動がマニホールドと重なった位置にある液体加圧室に伝わり、その液体加圧室に繋がった液体吐出孔の液体吐出特性が変動してしまうことがあった。なお、ここで、
この液体吐出特性の変動は、例えば、液体吐出速度の変動であり、液体吐出速度が変動することにより、印刷媒体に着弾する液滴の位置がずれるので、印刷精度が悪くなることがあった。
Specifically, when the liquid discharge hole is one end and the flow path connecting the manifold through the liquid pressurizing chamber, the squeezing, and the individual supply flow path in this order is an individual flow path, the manifold has many individual flow paths. When liquid droplets are ejected from many liquid ejection holes, such as when the entire printable range is printed solidly in a liquid ejection device connected at high density, the displacement of each displacement element is the liquid in the flow path, or The liquid in the manifold may be vibrated through the flow path member. Then, this vibration is transmitted to the liquid pressurizing chamber at the position where it overlaps with the manifold, and the liquid discharge characteristics of the liquid discharge holes connected to the liquid pressurizing chamber may fluctuate. Where
This variation in the liquid ejection characteristics is, for example, a variation in the liquid ejection speed, and the position of the droplets that land on the print medium is shifted due to the variation in the liquid ejection speed.
したがって、本発明の目的は、20kHzより高い駆動周波数で駆動しても良好な、印刷が可能な液体吐出ヘッドを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head that can be printed well even when driven at a driving frequency higher than 20 kHz.
本発明の液体吐出ヘッドは、平板状である本体内の下面側に外部から液体が供給されるマニホールドを備えるとともに、前記本体内の上面に複数の液体加圧室を備え、前記マニホールドと複数の前記液体加圧室とはそれぞれ前記マニホールド側より個別供給流路およびしぼりをこの順に配置して接続されており、前記本体の下面に複数の前記液体加圧室とそれぞれ接続された複数の液体吐出孔を備える流路部材と、複数の前記液体加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の変位素子とを具備する液体吐出ヘッドであって、複数の前記個別供給流路は前記本体の長手方向に沿って前記マニホールドに平均170μm以下のピッチで接続されており、複数の前記液体加圧室のうち一部の液体加圧室は、上面側から見て前記マニホールドと重なっているとともに、前記マニホールドと重なって配置された前記液体加圧室の下面から前記マニホールドの下面までの距離が700〜1000μmであり、かつ前記マニホールドと重なって配置された前記液体加圧室の下面から前記マニホールドの上面までの距離が270〜600μmであることを特徴とする。 The liquid discharge head according to the present invention includes a manifold to which liquid is supplied from the outside on a lower surface side in a flat plate-like main body, and includes a plurality of liquid pressurizing chambers on the upper surface in the main body. The liquid pressurizing chamber is connected to the manifold side by arranging individual supply flow paths and throttles in this order, and a plurality of liquid discharge chambers connected to the lower surface of the main body with the plurality of liquid pressurizing chambers, respectively. A liquid discharge head comprising a flow path member having a hole and a plurality of displacement elements that respectively pressurize a plurality of liquids in the liquid pressurizing chamber, wherein the plurality of individual supply flow paths are arranged in a longitudinal direction of the main body. Are connected to the manifold at an average pitch of 170 μm or less, and some liquid pressurizing chambers of the plurality of liquid pressurizing chambers overlap the manifold as viewed from the upper surface side. And the distance from the lower surface of the liquid pressurizing chamber arranged to overlap the manifold to the lower surface of the manifold is 700 to 1000 μm, and from the lower surface of the liquid pressurizing chamber arranged to overlap the manifold. The distance to the upper surface of the manifold is 270 to 600 μm.
本発明の液体吐出ヘッドによれば、平板状である本体内の下面側に外部から液体が供給されるマニホールドを備えるとともに、前記本体内の上面に複数の液体加圧室を備え、前記マニホールドと複数の前記液体加圧室とはそれぞれ前記マニホールド側より個別供給流路およびしぼりをこの順に配置して接続されており、前記本体の下面に複数の前記液体加圧室とそれぞれ接続された複数の液体吐出孔を備える流路部材と、複数の前記液体加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の変位素子とを具備する液体吐出ヘッドであって、複数の前記個別供給流路は前記本体の長手方向に沿って前記マニホールドに平均170μm以下のピッチで接続されており、複数の前記液体加圧室のうち一部の液体加圧室は、上面側から見て前記マニホールドと重なっているとともに、前記マニホールドと重なって配置された前記液体加圧室の下面から前記マニホールドの下面までの距離が700〜1000μmであり、かつ前記マニホールドと重なって配置された前記液体加圧室の下面から前記マニホールドの上面までの距離が270〜600μmであることにより、多くの変位素子を高速で変位させた場合であっても、前記マニホールドと上面側から見て前記マニホールドと重なっている前記液体加圧室との間の振動の伝播が少なくなるので、周囲の他の液体吐出孔からの液体吐出状態の差により、液体吐出孔からの液体吐出特性の変動が少なくなる。 According to the liquid discharge head of the present invention, a flat plate-like lower surface in the main body is provided with a manifold to which liquid is supplied from the outside, and an upper surface in the main body is provided with a plurality of liquid pressurizing chambers. The plurality of liquid pressurizing chambers are connected by arranging individual supply flow paths and squeezes in this order from the manifold side, and a plurality of liquid pressurizing chambers respectively connected to the lower surface of the main body. A liquid discharge head comprising: a flow path member having a liquid discharge hole; and a plurality of displacement elements that pressurize the liquid in each of the plurality of liquid pressurizing chambers, wherein the plurality of individual supply flow paths are longitudinally of the main body. The liquid pressure chambers are connected to the manifold at an average pitch of 170 μm or less along the direction, and some of the plurality of liquid pressure chambers overlap with the manifold as viewed from the upper surface side. And the distance from the lower surface of the liquid pressurizing chamber disposed so as to overlap the manifold to the lower surface of the manifold is 700 to 1000 μm, and the liquid pressurizing chamber disposed so as to overlap the manifold. Since the distance from the lower surface to the upper surface of the manifold is 270 to 600 μm, even when many displacement elements are displaced at high speed, the liquid overlapping the manifold when viewed from the upper surface side with the manifold. Since the propagation of vibration between the pressurizing chamber is reduced, the fluctuation of the liquid discharge characteristic from the liquid discharge hole is reduced due to the difference in the liquid discharge state from other surrounding liquid discharge holes.
図1は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含むカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ1(以下、プリンタ1とする)は、4つの液体吐出ヘッド2を有している。これらの液体吐出ヘッド2は、印刷用紙Pの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ1に固定されている。液体吐出ヘッド2は、図1の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color inkjet printer including a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention. This color inkjet printer 1 (hereinafter referred to as printer 1) has four liquid ejection heads 2. These liquid discharge heads 2 are arranged along the conveyance direction of the printing paper P and are fixed to the
プリンタ1には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、給紙ユニット114、搬送ユニット120および紙受け部116が順に設けられている。また、プリンタ1には、液体吐出ヘッド2や給紙ユニット114などのプリンタ1の各部における動作を制御するための制御部100が設けられている。
In the
給紙ユニット114は、複数枚の印刷用紙Pを収容することができる用紙収容ケース115と、給紙ローラ145とを有している。給紙ローラ145は、用紙収容ケース115に積層して収容された印刷用紙Pのうち、最も上にある印刷用紙Pを1枚ずつ送り出すことができる。
The
給紙ユニット114と搬送ユニット120との間には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、二対の送りローラ118aおよび118b、ならびに、119aおよび119bが配置されている。給紙ユニット114から送り出された印刷用紙Pは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット120へと送り出される。
Between the
搬送ユニット120は、エンドレスの搬送ベルト111と2つのベルトローラ106および107を有している。搬送ベルト111は、ベルトローラ106および107に巻き掛けられている。搬送ベルト111は、2つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト111は、2つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な2つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら2つの平面のうち、液体吐出ヘッド2に近い方の平面が、印刷用紙Pを搬送する搬送面127である。
The
ベルトローラ106には、図1に示されるように、搬送モータ174が接続されている。搬送モータ174は、ベルトローラ106を矢印Aの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ107は、搬送ベルト111に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ174を駆動してベルトローラ106を回転させることにより、搬送ベルト111は、矢印Aの方向に沿って移動する。
As shown in FIG. 1, a
ベルトローラ107の近傍には、ニップローラ138とニップ受けローラ139とが、搬送ベルト111を挟むように配置されている。ニップローラ138は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ138の下方のニップ受けローラ139は、下方に付勢されたニップローラ138を、搬送ベルト111を介して受け止めている。2つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト111に連動して回転する。
In the vicinity of the
給紙ユニット114から搬送ユニット120へと送り出された印刷用紙Pは、ニップローラ138と搬送ベルト111との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の搬送面127に押し付けられ、搬送面127上に固着する。そして、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の回転に従って、液体吐出ヘッド2が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト111の外周面113に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Pを搬送面127に確実に固着させることができる。
The printing paper P sent out from the
4つの液体吐出ヘッド2は、搬送ベルト111による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド2は、下端にヘッド本体13を有している。ヘッド本体13の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出口8が設けられている(図3参照)。
The four liquid discharge heads 2 are arranged close to each other along the conveyance direction by the
1つの液体吐出ヘッド2に設けられた液体吐出口8からは、同じ色の液体(インク)が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド2から吐出される液体の色は、それぞれ、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。各液体吐出ヘッド2は、ヘッド本体13の下面と搬送ベルト111の搬送面127との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
A liquid (ink) of the same color is ejected from a
搬送ベルト111によって搬送された印刷用紙Pは、液体吐出ヘッド2と搬送ベルト111との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド2を構成するヘッド本体13から印刷用紙Pの上面に向けて液体が吐出される。これによって、印刷用紙Pの上面には、制御部100によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
The printing paper P transported by the
搬送ユニット120と紙受け部116との間には、剥離プレート140と二対の送りローラ121aおよび121bならびに122aおよび122bとが配置されている。
カラー画像が印刷された印刷用紙Pは、搬送ベルト111によって剥離プレート140へと搬送される。このとき、印刷用紙Pは、剥離プレート140の右端によって、搬送面127から剥離される。そして、印刷用紙Pは、送りローラ121a〜122bによって、紙受け部116に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Pが順次紙受け部116に送られ、紙受け部116に重ねられる。
A
The printing paper P on which the color image is printed is conveyed to the
なお、印刷用紙Pの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド2とニップローラ138との間には、紙面センサ133が設置されている。紙面センサ133は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Pの先端位置を検出することができる。紙面センサ133による検出結果は制御部100に送られる。制御部100は、紙面センサ133から送られた検出結果により、印刷用紙Pの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド2や搬送モータ174等を制御することができる。
Note that a
次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体13について説明する。図2は、図1に示されたヘッド本体13を示す上面図である。図3は、図2の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図であり、ヘッド本体13の一部である。なお、説明の都合上、図3には圧電アクチュエータ基板21が二点鎖線で示している。また、本来破線で示されるべき流路部材4の内部や下面に形成されているしぼり12や液体吐出口8などは実線で示している。図4は図3のIV−IV線に沿った縦断面図である。
Next, the head
ヘッド本体13は、平板状の流路部材4と、流路部材4上に積層された圧電アクチュエータ基板21とを有している。圧電アクチュエータ基板21は台形形状を有しており、その台形の1対の平行対向辺が流路部材4の長手方向に平行になるように流路部材4の上面に配置されている。また、流路部材4の長手方向に平行な2本の仮想直線のそれぞれに沿って2つずつ、つまり合計4つの圧電アクチュエータ基板21が、全体として千鳥状に流路部材4上に配列されている。流路部材4上で隣接し合う圧電アクチュエータ基板21の斜辺同士は、流路部材4の幅方向について部分的にオーバーラップしている。
The
流路部材4の内部には液体流路の一部であるマニホールド5が形成されている。マニホールド5は流路部材4の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材4の上面にはマニホールド5の開口5bが形成されている。開口5bは、流路部材4の長手方向に平行な2本の直線(仮想線)のそれぞれに沿って5個ずつ、合計10個形成されている。開口5bは、4つの圧電アクチュエータ基板21が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド5には開口5bを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。
A
流路部材4内に形成されたマニホールド5は、複数本分岐している(分岐した部分のマニホールド5を副マニホールド5aということがある)。開口5bに繋がるマニホールド5は、圧電アクチュエータ基板21の斜辺に沿うように延在しており、流路部材4の長手方向と交差して配置されている。2つの圧電アクチュエータ基板21に挟まれた領域では、1つのマニホールド5が、隣接する圧電アクチュエータ基板21に共有されており、副マニホールド5aがマニホールド5の両側から分岐している。これらの副マニホールド5aは、流路部材4の内部であって各圧電アクチュエータ基板21に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体13の長手方向に延在している。
A plurality of
流路部材4は、複数の液体加圧室10がマトリクス状(すなわち、2次元的かつ規則的)に形成されている液体加圧室群9を有している。液体加圧室10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。液体加圧室10は流路部材4の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室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に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室10によって形成された各液体加圧室群9は圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室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が接着されることで閉塞されている。
The
本実施形態では、図3に示されているように、マニホールド5は、流路部材4の短手方向に互いに平行に並んだ4列の副マニホールド5aに分岐し、各副マニホールド5aに繋がった液体加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ液体加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に4列配列されている。副マニホールド5aに繋がった液体加圧室10の並ぶ列は副マニホールド5aの両側に2列ずつ配列されている。副マニホールド5aに近い液体加圧室10の並ぶ2列の液体加圧室10は、上面側から見て、副マニホールド5aと重なっている(つまり、その列の液体加圧室10は、液体加圧室10aである)。副マニホールド5aに遠い液体加圧室10の並ぶ2列の液体加圧室10は、上面側から見て、副マニホールド5aと重なっていない(つまり、その列の液体加圧室10は、液体加圧室10bである)。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the manifold 5 branches into four rows of sub-manifolds 5a arranged in parallel to each other in the short direction of the
全体では、マニホールド5から繋がる液体加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ液体加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に16列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室10の数は、変位素子50の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔8もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に600dpiの解像度で画像形成が可能となっている。すなわち、各副マニホールド5aには平均すれば150dpiに相当するピッチで個別流路32が接続されている。これは、600dpi分の液体吐出孔8を4つ列の副マニホールド5aに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド5aに繋がる個別流路32が等ピッチに繋がるとは限らないため、マニホールド5aの延在方向、すなわち副走査方向に平均170μm(150dpiならば25.4mm/150=169μmピッチである)以下のピッチで個別流路32が形成されているということである。
As a whole, the
液体加圧室10には、流路部材4の上面側から見て、副マニホールド5aと重なっている液体加圧室10aと、副マニホールド5aと重なっていない液体加圧室10bとがある。このような構造にすることにより、副マニホールド5aの液体の移動方向に垂直な断面積を広くして、液体を多量に供給できるようになるとともに、液体加圧室10の密度を高く配置することができる。
The
圧電アクチュエータ基板21の上面における各液体加圧室10に対向する位置には後述のような個別電極35がそれぞれ形成されている。個別電極35は液体加圧室10より一回り小さく、液体加圧室10とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータ基板21の上面における液体加圧室10と対向する領域内に収まるように配置されている。
流路部材4の下面には多数の液体吐出口8が形成されている。これらの液体吐出口8は、流路部材4の下面側に配置された副マニホールド5aと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出口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。そして、それぞれの領域内の液体吐出口8は、流路部材4の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
A large number of
なお、これらの液体吐出口8は、流路部材4の長手方向に平行な仮想直線上に、この仮想直線と垂直な方向から各液体吐出口8の形成位置を射影した射影点が、印字の解像度に対応した間隔で等間隔に途切れずに並ぶような位置に形成されている。これによって、液体吐出ヘッド2は、流路部材4における液体吐出口8が形成された領域の長手方向についてのほぼ全領域にわたって、印字の解像度に対応した間隔で途切れずに印字できるようになっている。
These
流路部材4の内部には、多数のしぼり12が形成されている。これらのしぼり12は、液体加圧室群9と対向する領域内に配置されている。本実施形態のしぼり12は、水平面に平行な1方向に沿って延在している。しぼり12の一方の端は、後述の個別供給流路6を介して副マニホールド5aに繋がっている。また、しぼり12の他方の端は、液体加圧室10に繋がっている。
A large number of
ヘッド本体13に含まれる流路部材4は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。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22、ベースプレート23、アパーチャ(しぼり)プレート24、サプライプレート25、26、マニホールドプレート27、28、29、カバープレート30およびノズルプレート31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。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路32および副マニホールド5a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13は、図4に示されているように、液体加圧室10aは流路部材4の上面に、副マニホールド5aは内部の下面側に、液体吐出口8は下面にと、個別流路32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、液体加圧室10aを介して副マニホールド5aと液体吐出口8とが繋がる構成を有している。
The
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22に形成された液体加圧室10である。第2に、液体加圧室10の一端から副マニホールド5aへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート23(詳細には液体加圧室10の入り口)からサプライプレート25(詳細には副マニホールド5aの出口)までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート24に形成されたしぼり12と、サプライプレート25、26に形成された個別供給流路6とが含まれている。
The holes formed in each plate will be described. These holes include the following. First, the
第3に、液体加圧室10の他端から液体吐出口8へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ(部分流路)と呼称される。ディセンダ、ベースプレート23(詳細には液体加圧室10の出口)からノズルプレート31(詳細には液体吐出口8)までの各プレートに形成されている。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27〜30に形成されている。
Third, there is a communication hole that constitutes a flow channel that communicates from the other end of the
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド5aからの液体の流入口(副マニホールド5aの出口)から液体吐出口8に至る個別流路32を構成している。副マニホールド5aに供給された液体は、以下の経路で液体吐出口8から吐出される。まず、副マニホールド5aから上方向に向かって、個別供給流路6を通り、しぼり12の一端部に至る。次に、しぼり12の延在方向に沿って水平に進み、しぼり12の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室10の一端部に至る。さらに、液体加圧室10の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室10の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出口8へと進む。
Such communication holes are connected to each other to form an
このような断面構造の液体吐出ヘッドにおいて、印刷可能範囲全体をベタで印刷するような場合、すなわちほとんどの液体吐出孔8から可能な範囲で多量の液滴を吐出させる場合(以下で、単に全液体吐出孔から吐出させた場合という)、変位素子50が液体加圧室10内の液体に与えた圧力波の多くの部分は、しぼり12により反射されるが、圧力波の一部はしぼり12を越え、個別供給流路6を通り、副マニホールド5aに達する。前述のように、副マニホールド5aには多数の個別流路32が高密度に接続されているため、副マニホールド5a内の液体は、多数の個別流路32から伝わってくる圧力波により複雑に振動することになる。
In the liquid discharge head having such a cross-sectional structure, when the entire printable range is printed solid, that is, when a large amount of liquid droplets are discharged from the most liquid discharge holes 8 as much as possible (hereinafter, all Most of the pressure wave applied to the liquid in the
駆動周波数が低い場合は、駆動されない間に振動が減衰するため、この振動が各液体吐出孔8からの吐出特性に与える影響は比較的少ない。駆動周波数が高くなり、20kHzを越えるようになると、副マニホールド5aに近い液体吐出孔8、すなわち上面側から見て副マニホールド5aと重なる液体加圧室10aに繋がった液体吐出孔8からの液体吐出速度が速くなるという現象が現れる。図7(a)は、上面側かれ見て一部の液体加圧室10が副マニホールド5aと重なって配置された構造を持った液体吐出ヘッドにおいて、副マニホールド5aに近い液体吐出孔8の液体吐出速度を、駆動周波数を変えて測定したものである。駆動周波数20kHzまでは駆動周波数によらず、ほぼ一定の吐出速度となるが、20kHzを越えると吐出速度が速くなっていく。これは副マニホールド5aの振動が副マニホールド5aと液体加圧室10aの間の流路部材を介して、液体加圧室10aに伝わること、あるいは、副マニホールド5aの振動が個別供給流路6およびしぼり12内部の液体を介して、液体加圧室10aに伝わることが原因と考えられる。
When the drive frequency is low, the vibration is attenuated while not being driven. Therefore, the influence of the vibration on the discharge characteristics from each
駆動周波数を高くした場合の影響は、副マニホールド5aから遠い液体吐出孔8、すなわち上面側から見て副マニホールド5aと重ならない液体加圧室10bに繋がった液体吐出孔8からの液体吐出速度へは少なく。液体吐出孔8によって液体吐出速度に差が出るため、印刷する画像などの画質が悪くなるおそれがあった。
The effect of increasing the drive frequency is the liquid discharge speed from the
そこで、上面側から見てマニホールド5aと重なっている液体加圧室10aの下面から副マニホールド5aの下面までの距離aを700〜1000μmとし、液体加圧室10aの下面から副マニホールド5aの上面までの距離bを270〜600μmとすることにより、駆動周波数が30kHzと高くなった場合でも液体吐出速度のバラツキを少なくすることができる。距離aを1000μm以下とすることにより、ディセンダの長さを短くすることができ、しぼり、液体加圧室、変位素子、およびディセンダ流路形状に伴って発生する個別流路内の複雑な共振を抑えることできるので、液体吐出孔8付近に形成されているメニスカスの形成状態への影響を少なくなり、吐出される液滴の形状安定性が増し、安定した吐出が得られる。距離aが700μm以上であることにより、距離bを大きくでき、液体加圧室10aと副マニホールド5aとの間の流路部材を介しての振動の伝達を抑制できる。距離bが270μm以上であることにより、液体加圧室10aと副マニホールド5aとの間の流路部材を介しての振動の伝達を抑制できる。液体加圧室10aと副マニホールド5aとの距離bが600μm以下であることにより、副マニホールド5aの下面側の内面との距離aを小さくすることができる。
Therefore, the distance a from the lower surface of the
副マニホールド5aの厚さc(=a−b)は、150〜500μmであることが好ましい。厚さcが150μm以上であることにより、全液体吐出孔8から吐出させた場合でも、液体の供給を十分に行なうことができ、かつ副マニホールド5aの中の液体が少なすぎることにより各変位素子50の発する圧力波により、副マニホールド5aの中の液体の振動が大きくなることが抑制できる。厚さcが500μm以下であることにより、液体加圧室10aの下面から副マニホールド5aの下面までの距離aを小さくすることができる。
The thickness c (= a−b) of the sub-manifold 5a is preferably 150 to 500 μm. When the thickness c is 150 μm or more, even when the liquid is discharged from all the liquid discharge holes 8, the liquid can be sufficiently supplied, and the amount of liquid in the
圧電アクチュエータ基板21は、図4に示されるように、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全体の厚さは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液体加圧室10を跨ぐように延在している(図3参照)。これらの圧電セラミック層21a、21bは、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からなる。
As shown in FIG. 4, the
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34およびとAu系などの金属材料からなる個別電極35を有している。個別電極35は上述のように圧電アクチュエータ基板21の上面における液体加圧室10と対向する位置に配置されている。個別電極35の一端は、液体加圧室10と対向する領域外に引き出されて接続電極36が形成されている。この接続電極36は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが15μm程度で凸状に形成されている。また、接続電極36は、図示されていないFPC(Flexible Printed Circuit)に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極35には、制御部100からFPCを通じて電圧パルスが供給される。
The
共通電極34は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21b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34は、圧電アクチュエータ基板21に対向する領域内の全ての液体加圧室10を覆うように延在している。共通電極34の厚さは2μm程度である。共通電極34は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層21b上において、個別電極35からなる電極群を避ける位置に個別電極35とは異なる表面電極(不図示)が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層21bの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極34と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極35と同様に、FPC上の別の電極と接続されている。
The
図4に示されるように、共通電極34と個別電極35とは、最上層の圧電セラミック層21bのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層における個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータ基板21においては、最上層の圧電セラミック層21bのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック21aは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータ基板21はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
As shown in FIG. 4, the
なお、後述のように、個別電極35に選択的に所定の電圧パルスが供給されることにより、この個別電極35に対応する液体加圧室10内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路32を通じて、対応する液体吐出口8から液体が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板21における各液体加圧室10に対向する部分は、各液体加圧室10および液体吐出口8に対応する個別の変位素子50(アクチュエータ)に相当する。つまり、2枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図4に示されているような構造を単位構造とする変位素子50が液体加圧室10ごとに、液体加圧室10の直上に位置する振動板21a、共通電極34、圧電セラミック層21b、個別電極35により作り込まれており、圧電アクチュエータ基板21には変位素子50が複数含まれている。なお、本実施形態において1回の吐出動作によって液体吐出口8から吐出される液体の量は5〜7pL(ピコリットル)程度である。
As will be described later, when a predetermined voltage pulse is selectively supplied to the
続いて、圧電アクチュエータ基板21の制御についての説明である。圧電アクチュエータ基板21の制御のために、プリンタ1は制御部100およびドライバIC80(図5参照)を有している。なお、プリンタ1は、演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)、CPUが実行するプログラムおよびプログラムに使用されるデータが記憶されているROM(Read Only Memory)、および、プログラム実行時にデータを一時記憶するためのRAM(Random Access Memory)を有しており、これらおよびその他のハードウェアによって以下に説明する機能を有する制御部100が構築されている。
Next, the control of the
制御部100は、図5に示されているように、印刷制御部101および動作制御部105を有している。印刷制御部101は、画像データ記憶部102、波形パターン記憶部103および印刷信号生成部104を有している。画像データ記憶部102は、PC133などから送信された印刷に係る画像データを記憶している。
As illustrated in FIG. 5, the
波形パターン記憶部103は複数の吐出パルス列波形に対応する波形データを記憶している。各吐出パルス列波形は画像の階調等に応じた基本の波形に相当する。このような波形に対応した電圧パルス信号がドライバIC80を介して個別電極35に供給されることにより、それぞれの階調等に対応した量の液体が液体吐出ヘッド2から吐出される。
The waveform
印刷信号生成部104は、画像データ記憶部102に記憶された画像データに基づき、シリアルの印刷データを生成する。このような印刷データは、波形パターン記憶部103に記憶された複数の吐出パルス列波形のいずれかを順次個別電極35に供給するためのものであって、各個別電極35に所定のタイミングで各吐出パルス列波形が供給されるよう指示するデータである。印刷信号生成部104は、画像データ記憶部102が記憶している画像データに基づき、画像データに対応するタイミング、波形および個別電極に応じた印刷データを作成する。そして、印刷信号生成部104は、生成した印刷データをドライバIC80に出力する。
The print
ドライバIC80は圧電アクチュエータ基板21ごとに設けられており、シフトレジスタ、マルチプレクサおよびドライブバッファ(共に図示されず)を有している。
The
シフトレジスタは、印刷信号生成部104から出力されたシリアルの印刷データをパラレルデータに変換する。つまり、シフトレジスタは印刷データの指示に従って、各液体加圧室10および液体吐出口8に対応する変位素子50に対する個別のデータを出力する。
The shift register converts serial print data output from the print
マルチプレクサは、シフトレジスタから出力された各データに基づいて、波形パターン記憶部103からドライバIC80に供給された波形データに係る複数の吐出パルス列波形の中から適切なものを選択する。そして、マルチプレクサは選択した吐出パルス列波形をドライブバッファに出力する。
The multiplexer selects an appropriate one from a plurality of ejection pulse train waveforms related to the waveform data supplied from the waveform
ドライブバッファは、マルチプレクサから出力された吐出パルス列波形を増幅することによって、所定のレベルを有する吐出電圧パルス列信号を生成する。そして、ドライブバッファは、変位素子50に対応する個別電極35に上記の吐出電圧パルス列信号を、FPCを介して供給する。
The drive buffer generates an ejection voltage pulse train signal having a predetermined level by amplifying the ejection pulse train waveform output from the multiplexer. The drive buffer supplies the ejection voltage pulse train signal to the
吐出電圧パルス列信号およびこの信号の供給を受けた個別電極35における電位の変化について説明する。
The discharge voltage pulse train signal and the change in potential at the
吐出電圧パルス列信号に含まれる各時刻の電圧について説明する。図6は、吐出電圧パルス列信号が供給された個別電極35における電位の変化の一例を示している。なお、図6に示す吐出電圧パルス列信号の波形61は、1滴の液体を液体吐出口8から吐出させるための波形の一例である。
The voltage at each time included in the ejection voltage pulse train signal will be described. FIG. 6 shows an example of potential change in the
時刻t1は、個別電極35に吐出電圧パルス列信号が供給され始める時刻である。時刻t1は、この個別電極35に対応する液体吐出口8から液体を吐出させるタイミングに合わせて調節される。吐出電圧パルス列信号の波形61において、時刻t1までの期間および時刻t4以降の期間には、電圧はU0(>0)に保持されている。そして、時刻t2から時刻t3までの期間には電圧はグランド電位に保持されている。時刻t1から時刻t2までの期間は、個別電極35の電位がU0からグランド電位になるまでの過渡期間である。また、時刻t3から時刻t4までの期間は、個別電極35の電位がグランド電位からU0になるまでの過渡期間である。図5に示されている通り、変位素子50はコンデンサと同様の構成を有しているため、個別電極35の電位が変化する際には、電荷の充放電に対応して上記のような過渡期間が生じる。
Time t 1 is the time when the ejection voltage pulse train signal starts to be supplied to the
以下は、上記のような吐出電圧パルス列信号が個別電極35に供給されることにより、変位素子50がどのように駆動されるかについての説明である。
The following is a description of how the
本実施形態における圧電アクチュエータ基板21においては、最上層の圧電セラミック層21bだけが個別電極35から共通電極34に向かう方向に分極されている。したがって、個別電極35を共通電極34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と同じ方向に、具体的には個別電極35から共通電極34に向かう方向に電界を印加すると、この電界が印加された部分、すなわち活性部が、厚さ方向、すなわち積層方向に伸長しようとする。また、このとき、活性部は積層方向と垂直な方向、すなわち面方向には収縮しようとする。これに対し、振動板21aは分極されておらず、電界を印加したとしても自発的には変形しない。
In the
このように、圧電セラミック層21bと振動板21aとの間で歪み方に差が生じるので、全体として変位素子50は液体加圧室10側(振動板21a側)へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。
As described above, since a difference in distortion occurs between the piezoelectric
個別電極35に波形61に対応する電圧パルス信号を供給したとき、変位素子50は以下のように動作する。時刻t1までの期間、個別電極35の電位はU0であるので、変位素子50は、上述したユニモルフ変形により、液体加圧室10内に突出している。つまり、この時の液体加圧室10の容積V1は個別電極35の電位がグランド電位であるときと比べて小さくなっている。この時の変位素子50の状態を第1の状態と呼ぶ。
When the voltage pulse signal corresponding to the
時刻t2から時刻t3の期間、個別電極35の電位はグランド電位であるので、圧電セラミック層21bにおける活性部に印加されていた電界が解除され、変位素子50のユニモルフ変形も解除されている。この時の液体加圧室10の容積V2は、上記容積V1より大きい。この時の変位素子50の状態を第2の状態と呼ぶ。このように液体加圧室10の容積が増大した結果、液体が副マニホールド5aから液体加圧室10に吸い込まれる。
During the period from time t2 to time t3, since the potential of the
時刻t4からの期間、個別電極35の電位はU0であるので、変位素子50は再び第1の状態に戻っている。このように、変位素子50が液体加圧室10を第2の状態から第1の状態に変化させることで、液体加圧室10内の液体に圧力が加えられる。これによって、液体吐出口8から液滴が吐出される。液滴は印刷用紙Pの印刷面に着弾し、ドットを形成する。
Since the potential of the
このように、本実施形態の変位素子50の駆動においては、まず、一旦液体加圧室10の容積を増大させて、液体加圧室10内の液体に負の圧力波を発生させると、この圧力波が流路部材4内の液体流路端部で反射して、液体吐出口8に向かって進行する正の圧力波として帰ってくる。この正の圧力波が液体加圧室10内に到達したタイミングを見計らって、再び液体加圧室10の容積を減少させている。これはいわゆる「引き打ち(fill before fire)」と呼ばれる手法である。
Thus, in driving the
上記のような引き打ちによる液体吐出が行われるように、液体吐出に係る波形61を有する電圧パルスのパルス幅To(図6参照)は、AL(Acoustic Length)に調節されている。本実施形態では、個別流路32の全長のほぼ中央近傍に液体加圧室10が配設されており、ALとは液体加圧室10内で発生した圧力波がしぼり12から液体吐出口8まで伝播する時間の長さである。これによると、上記のようにして反射してきた正の圧力波と、変位素子50の変形により生じた正の圧力波とを重畳させ、より大きい圧力が液体に付与される。そのため、単に液体加圧室10の容積を1回減少させるだけで液体を押し出す場合より、同じ量の液体を吐出する際の変位素子50の駆動電圧が低く抑えられる。したがって、引き打ち方式は液体加圧室10の高集積化、液体吐出ヘッド2のコンパクト化、および、液体吐出ヘッド2を駆動する際のランニングコストの点で有利である。
As liquid ejection by pulling ejection as described above is performed, the voltage pulse having a
以上の説明では、1つのドットを形成する液滴の吐出電圧パルス列信号の波形61は、U0からグランド電位に変わりU0に戻る波形であったが、1つのドットを形成するための波形は、複数の液滴を吐出するように、U0からグランド電位に変わりU0に戻る波形が複数含まれた波形であってもよい。この場合、例えば、最初に吐出される液滴の吐出速度より、後から吐出される液滴の吐出速度を速くすることにより、複数の液滴が飛翔中に合わさったり、印刷用紙Pの近接した部分に着弾させたりすることにより、1つのドットを形成する。また、1つの液滴を吐出するために、U0からグランド電位に変わりU0に戻る波形が複数含まれた波形であってもよい。
In the above description, the
波形61の電圧パルスにより1つのドットを形成した後、次のドットを形成するには、所定時間TA経過した後、次のドットを形成するために波形62の電圧パルスを与え、液滴を吐出させる。もしくは、印刷する画像等の次のドットに相当する部分が空白であり、液滴を着弾させる必要がなければ、電圧パルスを与えないことにより、液滴を吐出させない。そして、この所定時間TAを短くするとともに、印刷用紙Pと液体吐出ヘッド2との相対移動速度を速くすることにより、単位時間当たりに形成できるドットの量を増やす、すなわち単位時間当たりに印刷できる印刷用紙Pの面積を増やすことができる。この所定時間TAの逆数が、駆動周波数である。
After forming one dot by a voltage pulse of
以上は、本発明の好適な実施の形態についての説明であるが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された内容の限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、アクチュエータの構造や個別流路3の形状などは適宜変更が可能である。 The above is a description of a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made as long as the contents are described in the means for solving the problem. It can be changed. For example, the structure of the actuator and the shape of the individual flow path 3 can be changed as appropriate.
以上のような液体吐出ヘッド2は、例えば、以下のようにして作製する。 The liquid discharge head 2 as described above is manufactured as follows, for example.
ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層21a、21bとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極34となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を挿入する。
A tape composed of a piezoelectric ceramic powder and an organic composition is formed by a general tape forming method such as a roll coater method or a slit coater method, and a plurality of green sheets that become piezoelectric
ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、その後有機金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極25を印刷して、焼成した後、Agペーストを用いて接続電極36を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータ基板21を作製する。
Next, each green sheet is laminated to produce a laminate, and pressure adhesion is performed. The laminated body after pressure contact is fired in a high-concentration oxygen atmosphere, and then the
次に、流路部材4を、圧延法等により得られプレート22〜31を積層して作製する。プレート22〜31に、マニホールド5、個別供給流路6、液体加圧室10およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。
Next, the
これらプレート22〜31は、Fe―Cr系、Fe−Ni系、WC−TiC系の群から選ばれる少なくとも1種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Fe−Cr系がより好ましい。
These
圧電アクチュエータ21と流路部材4とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ21や流路部材4への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が100〜150℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ21と流路部材4とを加熱接合することができる。
The
この後必要に応じて圧電アクチュエータ上21と外部回路とを電気的に接続するために、接続電極63にFPCなどの電極を接合し、液体吐出ヘッド2得る。 Thereafter, in order to electrically connect the piezoelectric actuator upper 21 and an external circuit as necessary, an electrode such as FPC is joined to the connection electrode 63 to obtain the liquid ejection head 2.
図2〜4に示した流路部材4の中の流路の寸法を変えた液体吐出ヘッド2を作製し、その液体吐出ヘッド2を、駆動周期を変更して駆動して、液滴の吐出速度に与える影響を調べた。
A liquid discharge head 2 having a changed flow path dimension in the
作製した流路の寸法は次の通りである。副マニホールド5aは、上面から見た幅を1.25mmとした。個別供給流路6は、上面から見た直径が180μmの円形のものとした。副マニホールド5aには、流路部材の長手方向である副走査方向に平均して169μm(=25.4mm/150)のピッチで個別供給流路6が繋がっており、これに繋がっている液体吐出孔8も副走査方向に平均して169μmのピッチで形成されており、液体吐出ヘッド2全体で、副走査方向に600dpiの解像度の画像が印刷可能であった。
The dimensions of the produced flow path are as follows. The sub-manifold 5a was 1.25 mm wide when viewed from the top. The
しぼり12は、上面から見た幅が43μm、長さが302μmの長方形とし、アパーチャプレート24の厚さを30μmとした。しぼり12の一端と液体加圧室10の一端を繋ぐベースプレート23の孔は、上面から見た直径が200μmの円形のものとし、ベースプレート23の厚さを100μmとした。液体加圧室10は、上面から見た面積が0.31mm2の角部にアールが施されたほぼ菱形の形状とし、キャビティプレート22の厚さを50μmとした。ディセンダは上面から見た直径が180μmの円形のものとし、長さは、後述の上面側から見てマニホールド5aと重なっている液体加圧室10aの下面から副マニホールド5aの下面までの距離a+カバープレート30の厚さ(30μm)とした。
The squeezing 12 is a rectangle having a width of 43 μm and a length of 302 μm as viewed from above, and the thickness of the
液体吐出孔8は、縦断面形状を図10に示したものにした。ノズルプレート31の厚さL1を50μmとし、下面での開口を直径D=20μmの円形とし、下面から直径の変わらないストレート部をL2=5μmの長さで設け、そこから流路部材4の内側に向かってθ=15°で孔径が大きくなっていく形状とした
副マニホールド5aの下面側の内面との距離a、液体加圧室10aの下面から副マニホールド5aの上面までの距離bは、表1に示した。印刷画像は、目視および印刷したバーコードを読みとることで行なった。
The
表1に見られるように、本発明の範囲内の試料No.2〜4、6および7では、30kHz駆動時においても良好な印刷結果を得られた。 As can be seen in Table 1, sample no. For 2-4, 6 and 7, good printing results were obtained even when driven at 30 kHz.
また、測定結果から、上面側から見て副マニホールド5aと重なっている液体加圧室10aに繋がっている液体吐出孔8からなる液体吐出孔群について、30kHz駆動時と20kHz駆動時の液体吐出速度の比として、(駆動周波数30kHzで駆動した時の液体吐出孔の液体吐出速度の平均)/(駆動周波数20kHzで駆動した時の液体吐出孔の液体吐出速度の平均)を算出したところ、上記の体吐出ヘッドでは0.9〜1.1の範囲内であった。同様に、上面側から見て副マニホールド5aと重なっている液体加圧室10aに繋がっている液体吐出孔8からなる液体吐出孔群について、30kHz駆動時と20kHz駆動時の液体吐出速度比を算出したところ、上記の体吐出ヘッドでは0.9〜1.1の範囲内であった。
Further, from the measurement results, the liquid discharge speed at the time of 30 kHz driving and at the time of 20 kHz driving of the liquid discharge hole group including the liquid discharge holes 8 connected to the
本発明の範囲外の試料No.1、5および8の液体吐出ヘッドでは、20kHz駆動時においては良好な印刷結果を得られたが、30kHz駆動時においては良好な印刷結果を得られなかった。 Sample No. outside the scope of the present invention. With the liquid discharge heads 1, 5, and 8, good printing results were obtained when driven at 20 kHz, but good printing results were not obtained when driven at 30 kHz.
図7(a)は試料No.1の液体吐出ヘッドにおける副マニホールド5aと重なっている液体加圧室10aに繋がっている液体吐出孔8のうちの1つの液体吐出孔の液体吐出速度の測定結果である。駆動周波数が20kHz程度まででは、ほぼ一定の液体吐出速度であったが、20kHzを越えると、液体吐出速度が速くなり、30kHz駆動時と20kHz駆動時の液体吐出速度比は1.13であった。図7(b)は試料No.3の液体吐出ヘッドにおいて、同様の測定を行なった結果である。30kHz駆動時と20kHz駆動時の液体吐出速度との比は1.06であった。
FIG. 6 is a measurement result of the liquid discharge speed of one liquid discharge hole among the liquid discharge holes 8 connected to the
図8(a)は試料No.1の液体吐出ヘッドにおける30kHz駆動時と20kHz駆動時の液体吐出速度の比の測定結果である。主走査方向に16行並んだ液体吐出孔8の列のうち、2、3、6、7、10、11、14および15行が、副マニホールド5aと重なっている液体加圧室10aに繋がっている液体吐出孔8の列であり、図8(a)には、2および3行の列における液体吐出速度比を示した。副マニホールド5a内の液体が振動しているため、副走査方向の位置による液体吐出速度比の差が大きくなった。図8(b)は試料No.3の液体吐出ヘッドにおいて、同様の測定を行なった結果である。副走査方向の位置による差は試料No.1の液体吐出ヘッドより少なくなった。
FIG. 2 is a measurement result of a ratio of a liquid discharge speed at the time of 30 kHz driving and 20 kHz driving in one liquid discharge head. Of the rows of liquid discharge holes 8 arranged in 16 rows in the main scanning direction, 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, and 15 rows are connected to the
図9(a)は試料No.1の液体吐出ヘッドを30kHzで駆動した時の液体吐出速度の測定結果であり、主走査方向に16行並んだ液体吐出孔8の列について、各列の液体吐出速度の平均を示したものである。主走査方向に16行並んだ列のうち、2、3、6、7、10、11、14および15行が、副マニホールド5aと重なっている液体加圧室10aに繋がっている液体吐出孔8の列であり、これらの行の液体吐出速度は、副マニホールド5aと重なっていない液体加圧室10bに繋がっている液体吐出孔8の列の液体吐出速度よりも速くなえる傾向があった。図9(b)は試料No.3の液体吐出ヘッドにおいて、同様の測定を行なった結果である。行による差は試料No.1の液体吐出ヘッドよりも少なくなった。
FIG. FIG. 6 is a measurement result of a liquid discharge speed when one liquid discharge head is driven at 30 kHz, and shows an average of the liquid discharge speed of each column for 16 columns of liquid discharge holes 8 arranged in the main scanning direction. is there. Of the rows arranged in 16 rows in the main scanning direction, the liquid ejection holes 8 in which 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14 and 15 rows are connected to the
1・・・プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
4・・・流路部材
5・・・マニホールド
5a・・・副マニホールド
5b・・・開口
6・・・個別供給流路
8・・・液体吐出孔
10・・・液体加圧室
10a・・・マニホールドと重なっている液体加圧室
10b・・・マニホールドと重なっていない液体加圧室
12 しぼり
21 圧電アクチュエータ基板
21a・・・圧電セラミック層(振動板)
21b・・・圧電セラミック層
22〜31・・・プレート
32・・・個別流路
34・・・共通電極
35・・・個別電極
36・・・接続電極
50・・・変位素子
DESCRIPTION OF
21b ... Piezoelectric ceramic layer 22-31 ...
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