JP2010221547A - Flow channel unit of liquid ejection head, and liquid ejection head having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットプリンタ装置などの液体吐出装置に備えられる液体吐出ヘッドの流路ユニット及び液体吐出ヘッドに関し、特に、該流路ユニットに形成する複数の圧力室のレイアウトに関する。 The present invention relates to a flow path unit and a liquid discharge head of a liquid discharge head provided in a liquid discharge apparatus such as an ink jet printer apparatus, and more particularly to a layout of a plurality of pressure chambers formed in the flow path unit.
液体吐出装置の一例として、ノズル孔から液体(インク)を被記録体へ吐出する液体吐出ヘッドを備えたインクジェット式のプリンタ装置が知られている(特許文献1参照)。該プリンタ装置が備える液体吐出ヘッドは、圧力室とノズル孔とを結ぶチャンネルが複数形成された流路ユニットと、各圧力室内のインクに吐出圧力を付与するために活性部を有するアクチュエータとが、各圧力室と各活性部とを対応して配置した状態で、接着剤にて接合して構成されている。流路ユニットは、適宜通路孔又は通路溝が形成された複数の薄肉状プレートが積層接合されて成り、これら通路孔又は通路溝が連通することによって、圧力室からノズル孔へ至るチャンネルが形成される。圧力室は、上面側に開口した状態で最上層に形成され、圧電アクチュエータがその上に積層されることで、圧力室が構成されている。圧電アクチュエータは、流路ユニットよりもその平面視外形状が小さく、流路ユニットの上面に開口する複数の圧力室が形成された領域(圧力室形成領域)を覆って接合されている。 As an example of a liquid ejecting apparatus, an ink jet printer apparatus including a liquid ejecting head that ejects liquid (ink) from a nozzle hole to a recording medium is known (see Patent Document 1). The liquid discharge head provided in the printer device includes a flow path unit in which a plurality of channels connecting the pressure chambers and the nozzle holes are formed, and an actuator having an active portion for applying discharge pressure to the ink in each pressure chamber. Each pressure chamber and each active part are arranged corresponding to each other and are joined by an adhesive. The flow path unit is formed by laminating and joining a plurality of thin plates with appropriate passage holes or passage grooves, and a channel from the pressure chamber to the nozzle hole is formed by the passage holes or passage grooves communicating with each other. The The pressure chamber is formed in the uppermost layer in an open state on the upper surface side, and the pressure chamber is configured by stacking the piezoelectric actuator thereon. The piezoelectric actuator has an outer shape in plan view smaller than that of the flow path unit, and is joined so as to cover a region (pressure chamber formation region) where a plurality of pressure chambers opened on the upper surface of the flow channel unit is formed.
このような液体吐出ヘッドは、タンクから供給されたインクを複数の圧力室に分配し、全圧力室のなかから一又は複数の圧力室に対しパルス状の圧力を付与する。これにより、圧力が付与された圧力室と連通しているノズル孔から液体を吐出させ、被記録体に付着させて画像を形成する。またこの際、シリアルヘッドタイプの場合は、液体吐出ヘッドを主走査方向へ移動させつつインクを吐出し、被記録体の一例である被記録紙は、主走査方向に直交する方向(副走査方向)へと搬送される。 Such a liquid discharge head distributes ink supplied from a tank to a plurality of pressure chambers, and applies a pulsed pressure to one or a plurality of pressure chambers from among all the pressure chambers. As a result, the liquid is ejected from the nozzle hole communicating with the pressure chamber to which the pressure is applied, and is adhered to the recording medium to form an image. In this case, in the case of the serial head type, ink is ejected while moving the liquid ejection head in the main scanning direction, and the recording paper, which is an example of the recording material, is in a direction (sub-scanning direction) ).
一方、近年のプリンタ装置では画像の解像度(dpi)の向上のため、図7にも示すように流路ユニット111には、同一色に対し、一列にノズル孔155が配設されて成るノズル孔列が複数列形成されている。例えば、シリアルヘッドタイプの液体吐出ヘッドでは、同一色に属するノズル孔155が副走査方向(X方向)に沿って配設されてノズル孔列を成し、このノズル孔列が主走査方向(Y方向)に複数並設された構成となっている。そして、同一色に属する各ノズル孔155は、副走査方向(X方向)の位置が全て異なるように配設され、いわゆる千鳥状に配設されており、これによって解像度の向上が図られている(図7,特許文献1の図2参照)。
On the other hand, in recent printer apparatuses, in order to improve the resolution (dpi) of an image, as shown in FIG. 7, the
ところで、一般に、ノズル孔155と共に流路ユニット111に形成される圧力室153についても、ノズル孔155と同様に千鳥状に配設されている(図7,特許文献1の段落0041の記載参照)。具体的には、同一色に属する圧力室153が副走査方向(X方向)に沿って配設されて圧力室列を成し、この圧力室列が主走査方向(Y方向)に複数並設された構成になっている。しかしながら、このように圧力室153を千鳥状に配設すると、一の圧力室列の両端部に関する副走査方向の位置と、他の圧力室列の両端部に関する副走査方向の位置とが、互いに異なってしまう。換言すれば、流路ユニット111の副走査方向における端面から、各圧力室列の両端に位置する圧力室153までの距離が、圧力室列毎に異なることになる。このような圧力室153が形成された領域を覆い、対応した位置に活性部154を有する圧電アクチュエータ112は、図7のように圧力室形成領域に対応できるような外形矩形で、圧電アクチュエータ112の副走査方向における端面から、各圧力室列の両端に位置する圧力室153までの距離が圧力室列毎に異なることになる。例えば、図7において左端の列に配置される圧力室列の両端の圧力室153から圧電アクチュエータ112の端部までの距離Laと、右端の列に配置される圧力室列の両端の圧力室153から圧電アクチュエータ112の端部までの距離Lbとでは、La<Lbとなっている。圧電アクチュエータ112において、その両端から圧力室列の両端までの距離は、圧電アクチュエータ112の余肉部であり、圧力室153が形成されるプレートに対して圧電アクチュエータ112を接着するときの接着代となっている。そのため、圧力室153が形成されるプレートに対する圧電アクチュエータ112の接着代の幅が均一ではなくなる。接着代は、圧電アクチュエータ112と流路ユニット111とを接合するための面積が確保される必要があり、それを図7の距離Laであるとすると、それよりも余剰幅の広いLbの部分においては、そこに塗布される接着剤量が多くなって、余剰分の接着剤が他の幅の狭い部分に侵入し、プレートに形成された圧力室153や通路孔などにまで達したり、外側へはみ出したりする可能性があるため好ましくない。また、接着代の余剰幅が広い面積分だけ圧電アクチュエータ112の外形状が大型化していた。
By the way, in general, the
これに対し、解像度を変えずに各圧力室を格子状に配設することで、圧電アクチュエータの接着代幅を均一化することも考えられるが、このようにすると、格子状に配設された各圧力室と千鳥状に配設された各ノズル孔とを、個別に傾斜をもたせるなどして構成した通路(ディセンダ)により連通させる必要がある。この場合、各ディセンダのインク通流特性の均一化を図りつつ、各圧力室(各活性部)を格子状に配設することで、各圧力室(各活性部)を千鳥状に配設する場合に比べて、各圧力室間(各活性部間)の距離が狭くなり、流路ユニットにも圧電アクチュエータに対しても製造工程上にて不良がでやすい。また、そのような圧力室を配設された液体吐出ヘッドを駆動すると、圧力室間の距離が近いことでクロストークが起こりやすく、インク吐出特性への影響が大きくなってしまう。これを避けるために圧力室間の距離を広くしようとすると、流路ユニットおよび圧電アクチュエータ全体の外形状が大きくなってしまう。 On the other hand, it may be possible to make the bonding margin of the piezoelectric actuator uniform by arranging the pressure chambers in a grid pattern without changing the resolution, but in this way, the pressure chambers are arranged in a grid pattern. It is necessary to communicate each pressure chamber and each nozzle hole arranged in a staggered manner by a passage (decender) configured by, for example, providing an inclination. In this case, each pressure chamber (each active portion) is arranged in a staggered manner by arranging each pressure chamber (each active portion) in a lattice shape while achieving uniform ink flow characteristics of each descender. Compared with the case, the distance between the pressure chambers (between the active parts) becomes narrow, and both the flow path unit and the piezoelectric actuator are likely to be defective in the manufacturing process. Further, when the liquid discharge head provided with such a pressure chamber is driven, the distance between the pressure chambers is short, so that crosstalk is likely to occur, and the influence on the ink discharge characteristics is increased. If an attempt is made to increase the distance between the pressure chambers in order to avoid this, the outer shape of the entire flow path unit and the piezoelectric actuator becomes large.
なお、このような事情は、インクジェット式プリンタ装置が備える液体吐出ヘッドに限らず、同様の構成を備える液体吐出ヘッドの流路ユニット全般においても同様である。 Such a situation is not limited to the liquid discharge head provided in the ink jet printer apparatus, but also applies to the entire flow path unit of the liquid discharge head having the same configuration.
そこで本発明は、インク吐出特性への影響を抑制しつつ、圧力室プレートに対する圧電アクチュエータの接着代幅の均一化を図り、小型化することのできる液体吐出ヘッドの流路ユニット及びこれを備える液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention provides a liquid discharge head channel unit and a liquid equipped with the same, which can reduce the size of the piezoelectric actuator with respect to the pressure chamber plate while suppressing the influence on the ink discharge characteristics. An object is to provide a discharge head.
本発明に係る液体吐出ヘッドの流路ユニットは、複数のノズル孔とこれに対応する複数の圧力室とがそれぞれ液体流路を通じて連通する液体吐出ヘッドの流路ユニットであって、前記ノズル孔を一方向に沿って配設して成るノズル孔列が複数並設されてノズル孔群が形成されており、該ノズル孔群内の各ノズル孔は、前記一方向における位置が互いに異なっており、前記圧力室は、前記一方向に沿って配設されて圧力室列を形成すると共に、該圧力室列は複数並設されて圧力室群を形成しており、該圧力室群の前記一方向の内方に位置する圧力室である第1圧力室は、前記ノズル孔の位置に対応して前記一方向における位置が互いに異なっている一方、前記圧力室群の前記一方向の末端部に位置する圧力室である第2圧力室は、前記ノズル孔に対応する位置から偏倚させて、前記一方向における位置が前記第2圧力室同士で同一になっており、前記圧力室列に直交する方向に沿って直線状に配設されている。 The flow path unit of the liquid discharge head according to the present invention is a flow path unit of a liquid discharge head in which a plurality of nozzle holes and a plurality of corresponding pressure chambers communicate with each other through the liquid flow path. A plurality of nozzle hole rows arranged along one direction are arranged in parallel to form a nozzle hole group, and each nozzle hole in the nozzle hole group is different from each other in the one direction, The pressure chambers are arranged along the one direction to form a pressure chamber row, and a plurality of the pressure chamber rows are arranged in parallel to form a pressure chamber group, and the one direction of the pressure chamber group The first pressure chamber, which is a pressure chamber located inwardly, is different in position in the one direction corresponding to the position of the nozzle hole, and is positioned at the end portion in the one direction of the pressure chamber group. The second pressure chamber, which is a pressure chamber, performs the nozzle hole By biased from the corresponding position, said has become the same position in the second pressure chamber with each other in one direction, they are arranged in a straight line along a direction perpendicular to the pressure chamber row.
このような構成とすることにより、圧力室群の内方に位置する第1圧力室においては、例えば千鳥状にするなどしてノズル孔に対応したレイアウトとしているため、これらの圧力室とノズル孔とを連通するディセンダの液体通流特性を均一化することができる。これに加えて、各圧力室列の末端部に位置する第2圧力室は互いに直線状にレイアウトしているため、圧力室を形成するプレートに対する圧電アクチュエータの接着代幅を均一化することができ、接着剤の通路孔への侵入も防止することができる。また、必要最小限の接着代幅に均一化することができるため、圧電アクチュエータの小型化に寄与することができる。あるいは、圧電アクチュエータの外形状が従来と同じであっても、接着代幅が必要最小限に均一化されることで、圧力室形成領域が広くなるため、圧力室間同士の距離が広くなり、クロストークの影響を少なくすることができる。 By adopting such a configuration, the first pressure chamber located inside the pressure chamber group has a layout corresponding to the nozzle holes, for example, in a zigzag shape. The fluid flow characteristics of the descender communicating with can be made uniform. In addition, since the second pressure chambers located at the end of each pressure chamber row are laid out in a straight line with each other, it is possible to equalize the bonding margin of the piezoelectric actuator to the plate forming the pressure chambers. Intrusion of the adhesive into the passage hole can also be prevented. In addition, since it is possible to equalize to the minimum necessary bonding margin width, it is possible to contribute to miniaturization of the piezoelectric actuator. Alternatively, even if the outer shape of the piezoelectric actuator is the same as the conventional one, the bonding margin width is made uniform to the minimum necessary, so that the pressure chamber forming region is widened, so the distance between the pressure chambers is widened, The influence of crosstalk can be reduced.
本発明によれば、インク吐出特性への影響を少なくしつつ、圧力室プレートに対する圧電アクチュエータの接着代幅の均一化を図り、小型化することのできる液体吐出ヘッドの流路ユニット及びこれを備える液体吐出ヘッドを提供することができる。 According to the present invention, there is provided a liquid discharge head channel unit and a liquid discharge head channel unit that can reduce the size of the piezoelectric actuator with respect to the pressure chamber plate while reducing the influence on the ink discharge characteristics. A liquid discharge head can be provided.
以下、本発明の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの流路ユニット及びこれを備える液体吐出ヘッドについて、液体吐出装置の一例であるインクジェットプリンタ装置(以下、「プリンタ装置」と称する)に適用したとき場合を例にとり、図面を参照しつつ説明する。但し、本発明はプリンタ装置が備える液体吐出ヘッドの流路ユニットへの適用に限定されるものではなく、インク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッドの流路ユニット全般に対しても適用できることを付言しておく。 Hereinafter, when the flow path unit of the liquid discharge head according to the embodiment of the present invention and the liquid discharge head including the same are applied to an ink jet printer apparatus (hereinafter referred to as “printer apparatus”) which is an example of a liquid discharge apparatus. A case will be described as an example with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the application to the flow path unit of the liquid ejection head provided in the printer device, but can be applied to the entire flow path unit of the liquid ejection head that ejects liquid other than ink. Keep it.
[プリンタ装置の全体構成]
図1は、液体吐出装置たるプリンタ装置100の要部を示す模式的平面図である。図1に示すように、プリンタ装置100は、左右方向へ延びる一対のガイドレール102,103が略平行に配設されており、このガイドレール102,103に液体供給ユニット104が走査方向にスライド可能に支持されている。ガイドレール103の左右の端部付近には一対のプーリ105,106が設けられ、液体供給ユニット104は、このプーリ105,106に巻き掛けられたタイミングベルト107に接合されている。一方のプーリ106には正逆回転駆動するモータ(図示せず)が設けられており、そのプーリ106が正逆回転駆動することでタイミングベルト107が左方向及び右方向へと往復移動可能になっており、これに伴って液体供給ユニット104がガイドレール102,103に沿って左右方向(走査方向)へ往復走査される。
[Overall configuration of printer device]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a main part of a
プリンタ装置100には、4つのインクカートリッジ108が交換のために挿脱可能にして装着されている。そして、液体供給ユニット104には、これらのインクカートリッジ108から4色の有色インク(例えば、ブラック、シアン、マゼンダ、イエロー)を夫々供給すべく、可撓性を有する4本のインク供給チューブ109が接続されている。液体供給ユニット104の下部には液体吐出ヘッド2(図2参照)が搭載されており、その下方で走査方向と直角する方向(用紙搬送方向)に搬送される被記録体(例えば、記録用紙)に向けて液体吐出ヘッド2からインク(液体)を吐出し、この被記録体に画像を形成することができるようになっている。
Four
[液体吐出ヘッドの概略構成]
図2はプリンタ装置100が備える液体吐出ヘッド2の構成を示す分解斜視図である。この図2に示すように、液体吐出ヘッド2は、圧電アクチュエータ12を上方から流路ユニット11に接合して成るヘッド本体15と、このヘッド本体15の上部にて圧電アクチュエータ12に接合されて駆動回路66を有するフレキシブル基板13とが接合されて構成されている。流路ユニット11及び圧電アクチュエータ12は、用紙搬送方向に長い平面視矩形状を成し、流路ユニット11は複数のプレート部材が積層された構成となっている。
[Schematic configuration of liquid discharge head]
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the
また、これらヘッド本体15及び圧電アクチュエータ12は、用紙搬送方向に長い平面視矩形状の支持フレーム16を介してケース(図示せず)に支持されている。即ち、支持フレーム16は、外形寸法が流路ユニット11より大きく構成され、且つ、その中央部には、圧電アクチュエータ12の外形より若干大きな開口16aを有している。そして、圧電アクチュエータ12が上面に接合された流路ユニット11に対し、開口16a内に圧電アクチュエータ12が位置するようにして上方から設けられ、流路ユニット11において圧電アクチュエータ12が位置する外側の周縁部に接着接合されている。これにより、開口16aを通じて圧電アクチュエータ12の上面が露出し、この露出した上面に接合されているフレキシブル基板13は、開口16aからその端部が引き出されている。そして、この状態で支持フレーム16の周縁部がケースに接続されるようになっている。
The
図3は、流路ユニット11と圧電アクチュエータ12とが接合された状態でのヘッド本体15を、図2のIII-III線(後述するノズル行方向に沿った線)で切断したときの構成を示す断面図である。図3に示すように、流路ユニット11はその下面にて開口する複数のノズル孔55を有しており、該ノズル孔55は、或一方向に延びる一又は複数の列を成すようにして複数配設されている。1つのノズル列に並ぶノズル孔55は、互いに所定間隔をおいて配置されて同色の液体(インク)が吐出されるようになっている。このノズル列は、該ノズル列と略直交する方向に適宜間隔で配置され、本実施の形態では、吐出される液体の色ごとに6列ずつ設けられている(図5参照)。
3 shows a configuration when the head
以下、ノズル列の延びる方向を「ノズル列方向X」といい、このノズル列方向Xに対するノズル行方向を「ノズル行方向Y」という。なお、液体吐出ヘッド2は、ノズル行方向Yに往復走査される(図1参照)。
Hereinafter, the extending direction of the nozzle row is referred to as “nozzle row direction X”, and the nozzle row direction with respect to the nozzle row direction X is referred to as “nozzle row direction Y”. The
流路ユニット11の内部には、液体を一時的に貯留する共通貯留室であるマニホールド51と、マニホールド51と各ノズル55とを個別に連通する複数のチャンネルとが形成されている。マニホールド51は、各チャンネルに共通でX方向に延びて形成され、各チャンネルは、各ノズル55に対応して設けられて液体を貯留する圧力室53、マニホールド51と各圧力室53の一端部53aとを連通する絞り部52、及び各ノズル55と各圧力室53の他端部53bとを連通するディセンダ孔54などの各空間で構成されている。圧力室53は、上側に開口されて形成されていて、流路ユニット11に接合される圧電アクチュエータの下面(ここではベース層24)がこの開口を覆うことで構成されている。
Inside the
図2に示すように、流路ユニット11の上面には液体タンク(図示せず)に接続されている液体供給口17が液体の色別に設けられている。液体タンクから各液体供給口17に供給された液体は、流路ユニット11内のマニホールド51に流入し、絞り部52を介して圧力室53に至る。そして、圧力室53内の液体が、圧電アクチュエータ12の駆動により吐出圧を受けると、その圧力波はディセンダ孔54を通じてノズル孔55近傍の液体にも伝搬し、該ノズル孔55から液体が吐出されるようになっている。
As shown in FIG. 2, a
[圧電アクチュエータ]
図4は、流路ユニット11と圧電アクチュエータ12とが接合された状態でのヘッド本体15を、図2のIV-IV線(即ち、ノズル列方向に沿った線)で切断したときの構成を示す断面図であり、図5は、圧電アクチュエータ12の平面図である。
[Piezoelectric actuator]
4 shows a configuration when the head
図3及び図4に示すように、圧電アクチュエータ12は、流路ユニット11の上面に積層接合され、流路ユニット11の上面に開口している圧力室53を閉塞している。圧電アクチュエータ12は、流路ユニット11の平面視外形状よりも小さい矩形状になっていて、流路ユニット11の液体供給口17を露出した状態で、圧力室53が形成された領域を覆う大きさとなっている。この圧電アクチュエータ12は、圧電材料(例えば、PZT)で構成される圧電層23と、該圧電層23が上面に積層されると共に流路ユニット11の上面に接合されるベース層24(20μm)とを備えており、圧電層23は更に、上側圧電層21及び下側圧電層22の上下二層で構成されている。また、上側圧電層21の上面には、各圧力室53に対応して個別電極42が設けられ、上側圧電層21と下側圧電層22との間には、各個別電極42に対応して(即ち、各圧力室53に対応して)上側定電位電極46が設けられている。更に、下側圧電層22とボトム層24との間には下側定電位電極47が設けられている。なお、以下では、圧電アクチュエータ12を構成する圧電層23の積層方向を「積層方向Z」という。また、ベース層は圧電材料に限られず、薄厚のステンレス等で形成されていてもよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
上記各電極のうち、個別電極42は、後に詳述するように配設された圧力室53と対向するように、上側圧電層21の上面に配置されている。各個別電極42の一部はノズル行方向Yに突出しており、この突出部がフレキシブル基板13の個別電極接続ランド(図示せず)に接続される接続端子となっている。また、個別電極42は、駆動回路からの駆動パルスにより、高電位(28V)と低電位(0V)とが切替可能となっている。
Among the electrodes, the
上側定電位電極46は、下側圧電層22の上面にてノズル列方向Xに沿って並んでおり、そうして形成された上側定電位電極46の列は、ノズル行方向Yに複数並設されている。そのため、上側定電位電極46と個別電極42とは積層方向Zに重複して設けられている。また、圧電アクチュエータ12に具備される全ての上側定電位電極46は電気的に接続されており、全ての上側定電位電極46に対して共通電位(たとえば、28V)が付与されるようになっている。
The upper constant
下側定電位電極47は、ノズル列方向Xに沿って並ぶ圧力室53に共通の電極となるように、ノズル列方向Xに沿って延びる帯状に形成されており、下側定電位電極47と上側定電位電極46と個別電極42とは積層方向Zに重複している。圧電アクチュエータ12に具備される全ての下側定電位電極47は電気的に接続されており、全ての下側定電位電極47に対して共通電位(たとえば、0V)が付与されるようになっている。
The lower constant
ここで、図4の断面図に示すように、上側定電位電極46のノズル列方向Xの寸法は、個別電極42のノズル列方向Xの寸法よりも小さく、且つ、積層方向Zに沿って見ると、上側定電位電極46は個別電極42のノズル列方向Xの略中央に配置されている。従って、個別電極42のノズル列方向Xの略中央部分では、個別電極42と上側定電位電極46と下側定電位電極47とが積層方向Zに重複している。このように圧電アクチュエータ12において個別電極42と上側定電位電極46との間に上側圧電層21が挟まれている部分を、以下、「第一活性部36」という。一方、個別電極42のノズル列方向Xの両端部分では、個別電極42と下側定電位電極47とが積層方向Zに重複しており、これらの電極の間には上側定電位電極46が存在しない。このように圧電アクチュエータ12において個別電極42のノズル列方向Xの両端部分と下側定電位電極47との間に上側圧電層21及び下側圧電層22が挟まれている部分を、以下、「第二活性部37,37」という。
Here, as shown in the sectional view of FIG. 4, the dimension of the upper constant
図3及び図4に示すように、上記構成の圧電アクチュエータ12において、個別電極42、上側定電位電極46、下側定電位電極47、及び個別電極42と下側定電位電極47とで挟まれた圧電層23の部分は、圧力室53内に液体吐出圧を加えるために各圧力室53に対応して設けられたエネルギー発生部40を成し、3種の電極42、46、47によって構成される2種の活性部36,37を、液体吐出がなされるとともに、クロストークが抑制されるようにして変位駆動させることができる。このエネルギー発生部40に駆動信号(駆動電圧)を入力するために、各エネルギー発生部40に対応して上述した接続端子が設けられている。そして、該接続端子は、ノズル列方向Xに延びる一又は複数の列を成して圧電アクチュエータ12の上面に配置され、該圧電アクチュエータ12に接合されるフレキシブル基板13の接続端子に接続され、駆動信号が入力されるようになっている。なお、圧電アクチュエータは、上述の形態に限られることはない。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the
[圧力室のレイアウト(1)]
次に、流路ユニット11が有する圧力室53の配置について詳述する。図5は、流路ユニット11に圧電アクチュエータ12が接合された状態の平面図であり、流路ユニット11に形成された同一色に属する圧力室53の配置を示している。また図5では、流路ユニット11の下面に配設されたノズル孔55及び、流路ユニット11上に接合される圧電アクチュエータ12についても、説明の便宜から実線で図示している。
[Pressure chamber layout (1)]
Next, the arrangement of the
図5に示すように、流路ユニット11の下面には複数のノズル孔55が配設されており、これらのノズル孔55は、既に説明したように一方向(ノズル列方向X)に沿って配設されてノズル孔列55a(図5中の二点鎖線で囲んだノズル孔55の列)を形成しており、更にこのノズル孔列55aがノズル行方向Yに6列設けられてノズル孔群55bを形成している。そして、各ノズル孔55は、ノズル列方向Xの位置が全て互いに異なっており、隣接する2つのノズル孔列55aに着目すると、ノズル孔55はいわゆる千鳥状にレイアウトされている。
As shown in FIG. 5, a plurality of nozzle holes 55 are provided on the lower surface of the
流路ユニット11の上面には、上記各ノズル孔55に連通する圧力室53が配設されている。即ち、圧力室53は、ノズル列方向Xに沿って配設されて圧力室列53a(図5中の二点鎖線で囲んだ圧力室53の列)を形成しており、更にこの圧力室列53aがノズル行方向Yに6列設けられて圧力室群53bを形成している。そして、この圧力室群53bのうち、ノズル列方向Xの内方(本実施の形態ではノズル列方向Xの中央部)に位置する圧力室53は第1圧力室81を成しており、該第1圧力室81は、ノズル列方向Xにおける位置が、対応するノズル孔55と一致するようにして設けられている(偏倚量ゼロ)。換言すれば、第1圧力室81は、対応するノズル孔55と同様にノズル列方向Xの位置が互いに全て異なるようにしてレイアウトされていて、ディセンダ54は、第1圧力室81の端部53bから積層方向Zに垂直下方に延びてノズル孔55に連通している(偏倚量ゼロ)。
A
また、圧力室群53bのうち、ノズル列方向Xの一方の末端部に位置する圧力室53は第2圧力室82を成している。この第2圧力室82は、対応するノズル孔55の位置から偏倚して、ノズル列方向Xにおける位置が第2圧力室82同士で同一になっており、ノズル行方向Yに沿って直線状にレイアウトされている。同様に、ノズル列方向Xの他方の末端部に位置する圧力室53も第2圧力室82を成しており、ノズル行方向Yに沿って直線状にレイアウトされている。これらの第2圧力室82の端部53bと対応するノズル孔55とを連通するディセンダ孔54は、対応するノズル孔55と第2圧力室82との位置に合わせて、個別に適宜の斜度を有して構成されている。なお、複数のディセンダ54は、全体として流路抵抗が合うように流路径などを調整されている。
Further, in the
なお、本実施の形態においては、ノズル列方向Xの一方(図5の上方)の末端部に位置する6つの第2圧力室82のうち、ノズル行方向Yの一方(図5の左側)の末端部に位置する第2圧力室82のみ、対応するノズル孔55の位置に一致させており、ノズル列方向Xの位置がこの位置に一致するように、その他の5つの第2圧力室82が配設されている。以下、これら6つの第2圧力室82のノズル孔55に対する偏倚量(ノズル列方向Xに位置をずらした量)を平均した値を、「偏倚量L2」とする。
In the present embodiment, one of the six
また同様に、ノズル列方向Xの他方(図5の下方)の末端部に位置する6つの第2圧力室82のうち、ノズル行方向Yの他方(図5の右側)の末端部に位置する第2圧力室82のみ、対応するノズル孔55の位置に一致させており、ノズル列方向Xの位置がこの位置に一致するように、その他の5つの第2圧力室82が配設されている。そして、これら6つの第2圧力室82のノズル孔55に対する偏倚量の平均値も偏倚量L2を有するようになっている。
Similarly, among the six
一方、上述した第1圧力室81と第2圧力室82との間には、第3圧力室83が配設されている。この第3圧力室83は、ノズル列方向Xにおける位置が互いに異なると共に、対応するノズル孔55の位置からも偏倚して設けられている。これらの第3圧力室83と対応するノズル孔55とを連通するディセンダ孔54も、上記第2圧力室82の場合と同様に、個別に適宜の斜度を有して構成されている。
On the other hand, a
また、本実施の形態では、第1圧力室81に対してノズル列方向Xの一方(図5の上方)に位置する第3圧力室83は、ノズル行方向Yの一方(図5の左側)の末端部に位置する第3圧力室83のみ、対応するノズル孔55の位置に一致させており、その他の第3圧力室83は、対応するノズル孔55の位置から偏倚させている。以下では、これら一群の第3圧力室83のうち、各圧力室列53bにおいてノズル列方向Xの一方(図5の上方)からN番目(N=1〜n)に位置する第3圧力室83のノズル孔55に対する偏倚量を平均した値を「偏倚量L3N」とする。
In the present embodiment, the
同様に、第1圧力室81に対してノズル列方向Xの他方(図5の下方)に位置する第3圧力室83は、ノズル行方向の他方(図5の右側)の末端部に位置する第3圧力室83のみ、対応するノズル孔55の位置に一致させており、その他の第3圧力室83は、対応するノズル孔55の位置から偏倚させている。そして、これらの一群の第3圧力室83についても、各圧力室列53bにおいてノズル列方向Xの他方(図5の下方)からN番目(N=1〜n)に位置する第3圧力室83のノズル孔55に対する偏倚量の平均値は、偏倚量L3Nを有するようになっている。
Similarly, the
ここで、上述したような圧力室53において、第3圧力室83の偏倚量L3Nは、第2圧力室82の偏倚量L2よりも小さくなっている。更に、一群の第3圧力室83について言えば、その偏倚量L3Nは、第2圧力室82側から第1圧力室81側へ向かうに従って小さくなっている。換言すれば、第3圧力室83は、第1圧力室81に近接するほど、その偏倚量L3Nは第1圧力室81の偏倚量(ゼロ)に近い小さい値となり、第2圧力室82に近接するほど、その偏倚量L3Nは第2圧力室82の偏倚量L2に近い大きい値となり、L3N<L3N-1という関係になっている。一方、圧電アクチュエータ12が有するエネルギー発生部40は、上述した圧力室53(第1圧力室81,第2圧力室82,第3圧力室83)に対応してこれと同一レイアウトで配設されている。
Here, in the
以上に説明したような液体吐出ヘッド2の流路ユニット11によると、圧力室群53bの周縁部に位置する圧力室53、即ち、ノズル行方向Yの両端に位置する圧力室53がノズル行方向Yに沿った直線状に配設され、ノズル列方向Xの両端に位置する圧力室53(第2圧力室82)はノズル列方向Xに沿った直線状に配設されている。従って、圧力室群53bの外周囲に、均一の幅寸法を有する接着代を設けることができる。
According to the
また、このように形成された流路ユニット11の上には各圧力室53に対応した位置に第一活性部36及び第二活性部37を有する圧電アクチュエータ12が接着接合される。そのため、圧力室プレートに対して圧電アクチュエータ12のノズル列方向Xの両端に位置する接着代Laを、ノズル行方向Yに沿って直線状で均一の幅寸法を有するようにすることができる。このとき、接着代Laが、圧電アクチュエータ12と流路ユニット11との接着に必要最小限の接着代寸法となっているため、そこに塗布される接着剤量を必要最小限の量で均一にさせることができる。よって、他の通路や外側に漏れ出すことを抑制することができる。
In addition, the
また、圧電アクチュエータ12の外形状が図7に示す従来の構成のものと同じであった場合、ノズル列方向Xの両端側の接着代を必要最小限のLaとして均一化することで、圧電アクチュエータ12の表面全体面積のうち、圧力室53(又は活性部36,37)を設けることのできる領域が、図7の構成の場合と比べて広くなる。従って、各圧力室間(各活性部間)の距離を広くすることができるため、クロストークを抑制する効果が得られる。また、圧電アクチュエータ12の大きさを変えることができる場合においては、接着代を最小限のLaとすることで、図7に示す従来構成の圧電アクチュエータを例にすれば、ノズル列方向Xの片側外形寸法を(Lb−La)寸法分だけ短くすることができ、両側ではその2倍分の外形寸法を小さくすることができ、小型化に寄与することができる。
Further, when the outer shape of the
また、ノズル列方向Xの端部に位置する複数行の圧力室53に対して偏倚量をL2として各行の圧力室53をノズル行方向Yに沿った直線状に設けるのではなく、接着代の幅を均一化するためにノズル行方向Xの両端に位置する一行分の圧力室53のみを偏倚量L2の第2圧力室82とし、その他の圧力室53は、偏倚量が徐々に小さくなる第3圧力室83及び偏倚量ゼロの第1圧力室81としている。これにより、単に全圧力室53を格子状に配設した場合のように、各圧力室間(各活性部間)の距離が狭くなって、流路ユニット及び圧電アクチュエータの製造において不良が生じやすくなったり、クロストークが起こりやすくインク吐出特性への影響が大きくなったりするといった事態が、本実施の形態に係る構成では改善されるようになっている。また、このような事態を回避するために圧力室間の距離を広くして、流路ユニットおよび圧電アクチュエータ全体の寸法を大型化させることもない。また、偏倚量L2から徐々に小さくした偏倚量L3を介して偏倚量ゼロとしていることで、圧力室53,53間距離が部分的に広くなるところがないため、部分的にクロストークの影響が大きくなるところがない
また、中央部分に設けられた第1圧力室81は、対応するノズル孔55の位置に一致してレイアウトされているため、これらの圧力室53ではディセンダ孔54(図3参照)の形状を共通化でき、その液体通流特性の均一化を図ることができる。
In addition, instead of providing the
なお、図5では第2圧力室53として、ノズル行方向Yに沿って一行のみを設けた構成を例示したが、これに限られず、2行以上の複数行を設けるようにしてもよい。また、ノズル列方向Xの一方側の第2圧力室53と他方側の第2圧力室53とで、行数を互いに異ならせてもよい。第3圧力室83についても、第1圧力室81に対してノズル列方向Xの一方側に位置するものの個数と他方側に位置するものの個数とを互いに異ならせてもよい。
5 illustrates the configuration in which only one row is provided along the nozzle row direction Y as the
更に、図5では、各圧力室列53bにおいてノズル列方向Xの一方又は他方からN番目に位置する第3圧力室83のノズル孔55に対する偏倚量を平均した値を「偏倚量L3N」とし、且つ「L3N<L3N-1」という関係が成立するように構成したが、これについてもこの構成に限定されない。例えば、Nの値に関わらないで、第3圧力室83の偏倚量L3が、0<L3<L2の関係を有するように構成してもよい。
Further, in FIG. 5, a value obtained by averaging the deviation amounts with respect to the nozzle holes 55 of the
[圧力室のレイアウト(2)]
図6は、流路ユニット11の平面図であり、流路ユニット11に形成された同一色に属する圧力室53の他の配置を示している。図6に示す圧力室53は、図5に示したものから第3圧力室83を除外した構成となっており、第1圧力室81と第2圧力室82とが隣接して配設されている。そして、この流路ユニット11に接合接着される圧電アクチュエータ12が有するエネルギー発生部40は、上述した圧力室53(第1圧力室81,第2圧力室82)に対応してこれと同一レイアウトで配設されている。なお、その他の構成については、図5を用いて既に説明した内容と同じであるため、ここでの詳説は省略する。
[Pressure chamber layout (2)]
FIG. 6 is a plan view of the
このような液体吐出ヘッド2の流路ユニット11においても、容易に理解されるように、圧力室群53bの外周囲に均一の幅寸法を有する接着代を設けることができる。また、第1圧力室81に対応するディセンダ孔54(図3参照)の形状を共通化でき、液体通流特性の均一化を図ることができる。また、このような第1圧力室81の個数が圧力室53全体に占める割合が多いため、流路ユニット11全体を見ても、各ディセンダ孔54での液体通流特性のより一層の均一化を図ることができる。更に、ノズル孔55に対して偏倚させる圧力室53が第2圧力室82のみであるため、個別に傾斜させたディセンダ孔54を形成する工程を簡略化することができる。
Also in the
また、図5及び図6に示した流路ユニット11では、同一色に属する圧力室53の対応するノズル孔55からの偏倚量が、ノズル列方向Xの中央部を基準にして対称的になるようにレイアウトされている。そして、流路ユニット11に接合される圧電アクチュエータ12は、このような圧力室53のレイアウトに整合するように、各電極42,46,47がノズル列方向Xの中央部を基準にして対称的になるようにレイアウトされる。一方、図1に示すように、本実施の形態に係るフレキシブル基板13は、圧電アクチュエータ12との接合領域を挟むようにしてノズル列方向Xの両端部に駆動回路66,66が設けられ、この2つの駆動回路66から個別電極42へ駆動信号が入力される。また、フレキシブル基板13の両端部から高電位バイアス線及び低電位バイアス線が延設され、圧電アクチュエータ12の上側定電位電極46及び下側定電位電極47の夫々に一定の電位をバイアスする。
Further, in the
このように、流路ユニット11,圧電アクチュエータ12,フレキシブル基板13の何れもが、ノズル列方向Xの中央部を基準にして対称的な構成となっている。従って、フレキシブル基板13を流れる信号の電圧降下の影響を低減することができ、圧電アクチュエータ12の各活性部40の動作を均一化することができ、最終的に流路ユニット11の各ノズル孔55からの液体の吐出特性の均一化を図ることができる。
Thus, all of the
なお、図5及び図6に示した流路ユニット11に接合される圧電アクチュエータは、何れも図3及び図4を用いて説明した圧電アクチュエータ12のみに限定されるものではない。例えば、圧力室53に個別に対応して変位する駆動電位が付与される個別電極と、全ての圧力室53に対して共通の低電位が付与される共通電極とを、交互に複数積層させ、且つ、隣接する個別電極及び共通電極の間に圧電層を挟んで構成された圧電アクチュエータと接合するようにしてもよい。このような圧電アクチュエータとしては、例えば特開2008−195047号公報(図4)などに開示され、公知となっているため、ここではその構成についての詳細な説明は省略する。
Note that the piezoelectric actuator joined to the
本発明は、インク吐出特性への影響を少なくしつつ、圧力室プレートに対する接着代幅の均一化を図り、小型化することのできる液体吐出ヘッドの流路ユニット及びこれを備える液体吐出ヘッドに適用することができる。 The present invention is applied to a liquid discharge head channel unit and a liquid discharge head including the same, which can reduce the size of the pressure chamber plate while reducing the influence on the ink discharge characteristics and uniformizing the margin of adhesion to the pressure chamber plate. can do.
2 液体吐出ヘッド
11 流路ユニット
12 圧電アクチュエータ
13 フレキシブル基板
53 圧力室
53a 圧力室列
53b 圧力室群
55 ノズル孔
55a ノズル孔列
55b ノズル孔群
81 第1圧力室
82 第2圧力室
83 第3圧力室
100 液体吐出装置
2
Claims (4)
前記ノズル孔を一方向に沿って配設して成るノズル孔列が複数並設されてノズル孔群が形成されており、該ノズル孔群内の各ノズル孔は、前記一方向における位置が互いに異なっており、
前記圧力室は、前記一方向に沿って配設されて圧力室列を形成すると共に、該圧力室列は複数並設されて圧力室群を形成しており、
該圧力室群の前記一方向の内方に位置する圧力室である第1圧力室は、前記ノズル孔の位置に対応して前記一方向における位置が互いに異なっている一方、
前記圧力室群の前記一方向の末端部に位置する圧力室である第2圧力室は、前記ノズル孔に対応する位置から偏倚させて、前記一方向における位置が前記第2圧力室同士で同一になっており、前記圧力室列に直交する方向に沿って直線状に配設されていることを特徴とする液体吐出ヘッドの流路ユニット。 A plurality of nozzle holes and a plurality of pressure chambers corresponding to the plurality of nozzle holes, each of which is a flow path unit of a liquid discharge head that communicates through a liquid flow path;
A plurality of nozzle hole arrays formed by arranging the nozzle holes along one direction are arranged side by side to form a nozzle hole group, and the positions of the nozzle holes in the nozzle hole group are mutually in the one direction. Is different,
The pressure chambers are arranged along the one direction to form a pressure chamber row, and a plurality of the pressure chamber rows are arranged in parallel to form a pressure chamber group.
The first pressure chamber, which is a pressure chamber located inward in the one direction of the pressure chamber group, is different from each other in the one direction corresponding to the position of the nozzle hole,
The second pressure chamber, which is a pressure chamber located at the end in one direction of the pressure chamber group, is deviated from the position corresponding to the nozzle hole, and the position in the one direction is the same between the second pressure chambers. The flow path unit of the liquid ejection head is arranged in a straight line along a direction orthogonal to the pressure chamber row.
該第3圧力室とこれに対応する前記ノズル孔との偏倚量は、前記第2圧力室とこれに対応する前記ノズル孔との偏倚量よりも小さく、且つ前記第2圧力室側から前記第1圧力室側へ向かうに従って小さくなっ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の流路ユニット。 A third pressure chamber which is a pressure chamber provided between the first pressure chamber and the second pressure chamber so that positions in the one direction are different from each other and also from positions corresponding to the nozzle holes. Is arranged,
The amount of deviation between the third pressure chamber and the nozzle hole corresponding thereto is smaller than the amount of deviation between the second pressure chamber and the nozzle hole corresponding thereto, and the second pressure chamber side from the second pressure chamber side. The flow path unit of the liquid discharge head according to claim 1, wherein the flow path unit becomes smaller toward the one pressure chamber side.
前記圧電アクチュエータは、前記流路ユニットが有する圧力室内の液体に吐出圧力を付与すべく変位駆動する活性部を、各圧力室に対して個別に有しており、該活性部は、前記各圧力室に対応して該圧力室と同一レイアウトで配設されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A liquid discharge head comprising the flow path unit according to claim 1 and a piezoelectric actuator bonded and bonded to the flow path unit,
Each of the piezoelectric actuators has an active part for each pressure chamber that is displaced to apply a discharge pressure to the liquid in the pressure chamber of the flow path unit. A liquid ejection head, wherein the liquid ejection head is disposed in the same layout as the pressure chamber corresponding to the chamber.
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