JP2020104365A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置は、媒体に対して液体噴射ヘッドを相対的に主走査方向に往復移動させながら記録動作を行う。これにより、往路と復路とで媒体に対する各色のインクの着弾順序を揃えることでき、高品質な印刷を行うことができる。
図1は、実施形態に係る液体噴射装置IJPの斜視図である。まず、図1を参照し、本実施形態に係る液体噴射装置IJPの概略構成について説明する。
以降の説明では、液体噴射装置IJPの幅方向をX方向とし、液体噴射装置IJPの奥行方向をY方向とし、液体噴射装置IJPの高さ方向をZ方向とする。X方向及びY方向は水平面に沿う方向である。Z方向は、水平面に直交する重力方向である。さらに、方向を示す矢印の先端側を+方向とし、方向を示す矢印の基端側を−方向とする。なお、本実施形態では、各方向(X、Y、Z)の関係を直交とするが、各構成の配置関係が必ずしも直交するものに限定されるものではない。
なお、X方向は「第2方向」の一例であり、Y方向は「第1方向」の一例である。
本実施形態に係る液体噴射装置IJPは、例えば、用紙などの媒体Sに「液体」の一例であるインクを噴射して印刷するインクジェット式のプリンターである。
図1に示すように、液体噴射装置IJPは、液体噴射ヘッド1、キャリッジ3、装置本体4、液体供給源110等から構成される。
液体供給源(インクカートリッジ)110には、液体噴射ヘッド1に供給するインクが貯留されている。液体供給源110は、液体噴射ヘッド1が備える後述のノズル列組23の数に応じて複数設けられる。
本実施形態に係る液体噴射装置IJPでは、シアン(C)のインクを貯留する液体供給源110C、マゼンタ(M)のインクを貯留する液体供給源110M、イエロー(Y)インクを貯留する液体供給源110Y、及びブラック(K)インクを貯留する液体供給源110Kの4色の液体供給源110がキャリッジ3に搭載される。すなわち、4つの液体供給源110には、4種類のインクのいずれかが貯留されている。
なお、液体供給源110Kは「第1の液体供給源」の一例であり、液体供給源110Yは「第2の液体供給源」の一例である。
なお、インクの種類の数は4つに限定されず、4つよりも少なくてもよいし、4つよりも多くてもよい。液体供給源110の数は4つに限定されず、4つよりも少なくてもよいし、4つよりも多くてもよい。
装置本体4は、液体噴射ヘッド1、キャリッジ3、及び液体供給源110などを、内部に収容する筐体である。装置本体4には搬送手段としての搬送ローラー8が設けられており、媒体Sが搬送ローラー8により搬送されるようになっている。なお、媒体Sを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。
図2はヘッド本体2の分解斜視図であり、図3は+Z方向から見たヘッド本体2の平面図であり、図4は+Y方向から見た図3のヘッド本体2のA−A’線断面図である。
本実施形態に係る液体噴射ヘッド1は、ヘッド本体2、流路部材200(図5参照)、ヘッドケース250(図5参照)、ヘッド基板300(図5参照)などから構成される。次に、図2〜図4を参照し、本実施形態に係る液体噴射ヘッド1が備えるヘッド本体2について説明する。
流路形成基板10は、ステンレス鋼などの金属、セラミック材料、ガラスセラミック材料、酸化物などを用いることができる。この流路形成基板10には、複数の隔壁によって区画された圧力室12が、Y方向に沿って並設されている。このような圧力室12は、流路形成基板10の一方面側から異方性エッチングすることにより形成されている。
以下、液体供給源110Yと連通する圧力室12を圧力室12Y(図9参照)と称し、液体供給源110Cと連通する圧力室12を圧力室12C(図9参照)と称し、液体供給源110Mと連通する圧力室12を圧力室12M(図9参照)と称し、液体供給源110Kと連通する圧力室12を圧力室12K(図9参照)と称する。
なお、圧力室12Kは「第1の圧力室」の一例であり、圧力室12Yは「第2の圧力室」の一例である。
以下、圧力室12Yと連通する共通流路100を共通流路100Yと称し、圧力室12Cと連通する共通流路100を共通流路100Cと称し、圧力室12Mと連通する共通流路100を共通流路100Mと称し、圧力室12Kと連通する共通流路100を共通流路100Kと称する。
なお、共通流路100Kは「第1の共通流路」の一例であり、共通流路100Yは「第2の共通流路」の一例である。
さらに、連通板15には、圧力室12のX方向の一端部に連通する個別流路19が、圧力室12毎に独立して設けられている。この個別流路19は、第2マニホールド部18と圧力室12とを連通する。このような連通板15としては、ステンレスなどの金属、またはセラミックス等を用いることができる。
以下、ノズル列22を構成するために複数のノズル21が並ぶ方向をノズル列方向と称する。ノズルプレート20の両面のうちインク滴を噴射する面、すなわち圧力室12とは反対側の面を液体噴射面20aと称する。さらに、圧力室12Yと連通するノズル21をノズル21Yと称し、圧力室12Cと連通するノズル21をノズル21Cと称し、圧力室12Mと連通するノズル21をノズル21Mと称し、圧力室12Kと連通するノズル21をノズル21Kと称する。
なお、圧力調整部は、例えば、供給流路140が所定の圧力になったときに開閉動作を行う圧力調整弁である。圧力調整部は、液体供給源110内に設けられるのではなく、例えば、インクの供給流路140の途中に設けられていても良い。
また、リード電極90の他端部には、圧電アクチュエーター130を駆動するための駆動回路120が設けられた配線基板121が接続されている。配線基板121は、可撓性(フレキシブル)のあるシート状のもの、例えば、COF基板等を用いることができる。
配線基板121の一方面には、後述するヘッド基板300の第1端子311に電気的に接続される第2端子122が形成されている。なお、配線基板121には、駆動回路120を設けなくてもよい。つまり、配線基板121は、COF基板に限定されず、FFC、FPC等であってもよい。
また、ケース部材40には、保護基板30の貫通孔32に連通して配線基板121が挿通される接続口43が設けられている。そして、配線基板121の他端部は、貫通孔32及び接続口43の貫通方向、すなわち、インク滴の噴射方向とは反対方向(−Z方向)に沿って延びている。なお、このようなケース部材40の材料としては、例えば、樹脂や金属等を用いることができる。
以下、共通流路100Yに連通した導入口44を導入口44Yと称し、共通流路100Cに連通した導入口44を導入口44Cと称し、共通流路100Mに連通した導入口44を導入口44Mと称し、共通流路100Kに連通した導入口44を導入口44Kと称する。
コンプライアンス基板45は、可撓性を有する封止膜46と、固定基板47とを具備する。封止膜46は、可撓性を有するフィルム状の薄膜(例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等により形成された厚さが20μm以下の薄膜)からなる。なお、封止膜46は、SUS等の金属やシリコン等の硬質の材料を、可撓性を有する程まで薄くすることで形成してもよい。
供給流路140の一部をなす共通流路100に設けられたコンプライアンス部49は、ノズル21からインクが噴射される際に発生する供給流路140内のインクの圧力変動や、キャリッジ3の移動時に発生する供給流路140内のインクの圧力変動などによって撓み変形し、当該圧力変動を緩和し、ノズル21からインクが安定して噴射されるようにする。
供給流路140のコンプライアンス容量が大きい場合、コンプライアンス部は、供給流路140内における大きいインクの圧力変動を緩和することができる。供給流路140のコンプライアンス容量が小さい場合、コンプライアンス部は、供給流路140内における小さいインクの圧力変動を緩和できるが、供給流路140内における大きいインクの圧力変動を緩和することが難しくなる。
このように、本願におけるコンプライアンス容量は、コンプライアンス部が緩和できる圧力変動の程度を表す。
例えば、第2開口部48が同じ大きさでありコンプライアンス部49の面積が同じである場合、封止膜46が薄くなり封止膜46が大きく撓み変形しやすくなると、大きい封止膜46の撓み変形によって生じる共通流路100の容積変化が大きくなるので、大きな圧力変動を緩和することができる。
このように、コンプライアンス容量は、可撓性部材が変形可能な領域の面積及び可撓性部材の変形量に依存し、可撓性部材が変形可能な領域の面積が広くなるとコンプライアンス容量が大きくなり、可撓性部材の変形しやすくなり可撓性部材の変位量が大きくなるとコンプライアンス容量が大きくなり、それぞれ、大きな圧力変動を緩和することができる。
以下、共通流路100Yに対応したコンプライアンス部49をコンプライアンス部49Yと称し、共通流路100Cに対応したコンプライアンス部49をコンプライアンス部49Cと称し、共通流路100Mに対応したコンプライアンス部49をコンプライアンス部49Mと称し、共通流路100Kに対応したコンプライアンス部49をコンプライアンス部49Kと称する。
なお、コンプライアンス部49Kは「第1コンプライアンス部」の一例であり、コンプライアンス部49Yは「第2コンプライアンス部」の一例である。
流路部材200は、4色のインクに対応する4つの液体流路500を備えている。図6には、4つの液体流路500のうちの一つが、模式的に図示されている。また、4色のインクに対応する4つの液体流路500は、それぞれ同じ構成を有している。
さらに、図8では、図7の状態からヘッドケース250及びカバーヘッド400の図示が省略され、液体噴射ヘッド1におけるヘッド本体2の配置状態が図示されている。
次に、図5〜図8を参照し、ヘッド本体2を有する液体噴射ヘッド1について説明する。
なお、これらの部材を積層して固定する手段は特に限定されず、ネジやクランプ等で固定してもよい。また、液体流路500は、供給流路140の一部を構成する。
以下、液体供給源110Yに接続される接続部211を接続部211Yと称し、液体供給源110Cに接続される接続部211を接続部211Cと称し、液体供給源110Mに接続される接続部211を接続部211Mと称し、液体供給源110Kに接続される接続部211を接続部211Kと称する。
なお、接続部211には、インクカートリッジなどの液体供給源110が直接接続されてもよく、また、インクタンクなどの他の液体供給源がチューブ等の供給管などを介して接続されてもよい。
具体的には、第2流路部材220の第1流路部材210側(−Z方向側)の表面に、溝225が形成されている。第2流路部材220が第1流路部材210に接合されることで、第1流路部材210で封止された溝225によって、水平に沿う流路である分岐流路531が形成される。
フィルター245は、インクに含まれる気泡や異物を除去する。分岐流路531から供給されたインクは、インクに含まれる異物や気泡がフィルター245に捕捉されて第3鉛直流路241に流入する。
なお、4色のインクは、イエロー(Y)のインクと、シアン(C)のインクと、マゼンタ(M)のインクと、ブラック(K)のインクとで構成される。ブラック(K)のインクは「第1の液体」の一例であり、イエロー(Y)のインクは「第2の液体」の一例である。そして、「第1の液体」の一例であるブラック(K)のインクと、「第2の液体」の一例であるイエロー(Y)のインクとは、色が異なる。
さらに、イエロー(Y)のインクを供給する流路を供給流路140Yと称し、シアン(C)のインクを供給する流路を供給流路140Cと称し、マゼンタ(M)のインクを供給する流路を供給流路140Mと称し、ブラック(K)のインクを供給する流路を供給流路140Kと称する。供給流路140Kは「第1の供給流路」の一例であり、供給流路140Yは「第2の供給流路」の一例である。
さらに、液体流路500は供給流路140の一部を構成するので、供給流路140Yはイエロー(Y)のインクが流動する液体流路500Yを有し、供給流路140Cはシアン(C)のインクが流動する液体流路500Cを有し、供給流路140Mはマゼンタ(M)のインクが流動する液体流路500Mを有し、供給流路140Kはブラック(K)のインクが流動する液体流路500Kを有する。ブラック(K)のインクが流動する液体流路500Kは、「第1の液体流路」の一例であり、イエロー(Y)のインクが流動する液体流路500Yは、「第2の液体流路」の一例である。
さらに、供給流路140Yに設けられるフィルター245をフィルター245Yと称し、供給流路140Cに設けられるフィルター245をフィルター245Cと称し、供給流路140Mに設けられるフィルター245をフィルター245Mと称し、供給流路140Kに設けられるフィルター245をフィルター245Kと称する。フィルター245Kは「第1のフィルター」の一例であり、フィルター245Yは「第2のフィルター」の一例である。
各突起部251には、ヘッドケース250をZ方向に貫通する連通流路253が設けられている。各突起部251の頂面(流路部材200に対向する面)には、連通流路253が開口している。各連通流路253の突起部251側が第3鉛直流路241に連通している。また、各連通流路253の+Z方向側が、ヘッド本体2のケース部材40の導入口44に連通している。
以下、導入口44Yと連通する連通流路253を連通流路253Yと称し、導入口44Cと連通する連通流路253を連通流路253Cと称し、導入口44Mと連通する連通流路253を連通流路253Mと称し、導入口44Kと連通する連通流路253を連通流路253Kと称する。
ヘッドケース250には、流路部材200側(−Z方向側)に突出した壁部256を一部切り欠いたコネクター接続口257が設けられている。
ヘッド基板300の流路部材200側の面には、配線基板121の第2端子122が電気的に接続される第1端子311が形成されている。また、ヘッド基板300には、ヘッド本体2に電気的に接続された配線基板121が挿通される第2挿通孔302が複数個形成されている。具体的には、各第2挿通孔302は、Z方向に貫通し、ヘッドケース250の第1挿通孔252に連通するように形成されている。本実施形態では4つのヘッド本体2の各配線基板121に対応して4つの第2挿通孔302が設けられている。
ヘッド基板300には、X方向の両端部側にコネクター320が設けられている。このコネクター320は、ヘッドケース250に設けられたコネクター接続口257から外部に露出している。コネクター320は、ヘッド基板300に設けられた回路等に接続されており、不図示の外部配線が接続される。この外部配線を介して制御信号や電源等がヘッド基板300の回路等に供給される。
なお、ヘッド基板300に形成する各貫通孔301の形状は上述したような態様に限定されず、例えば、ヘッド基板300には、突起部251が第3鉛直流路241に接続する際の妨げとならないように挿通孔や切り欠き等が形成されていればよい。
流路部材200の液体流路500は、ヘッドケース250の連通流路253を介して、ヘッド本体2の導入口44に連通している。
図7及び図8に示すように、ヘッド本体2は2列のノズル列22を有しており、Y方向に延びたノズル列22がX方向に並設するように、4つのヘッド本体2が、ヘッドケース250及びカバーヘッド400に固定されている。
以下、イエロー(Y)のインクを噴射するノズル列組23をノズル列組23Yと称し、シアン(C)のインクを噴射するノズル列組23をノズル列組23Cと称し、マゼンタ(M)のインクを噴射するノズル列組23をノズル列組23Mと称し、ブラック(K)のインクを噴射するノズル列組23をノズル列組23Kと称する。
なお、ノズル列組23Kは「第1ノズル列組」の一例でありノズル列組23Yは「第2ノズル列組」の一例である。
本実施形態では、ノズル群Rを構成するノズル列22の並びは、−X方向から+X方向に向けて、ブラック(K)のインクを噴射するノズル列22RK、マゼンタ(M)のインクを噴射するノズル列22RM、シアン(C)のインクを噴射するノズル列22RC、イエロー(Y)のインクを噴射するノズル列22RYとなっている。ノズル群Lを構成するノズル列22の並びは、−X方向から+X方向に向けて、イエロー(Y)のインクを噴射するノズル列22LY、シアン(C)のインクを噴射するノズル列22LC、マゼンタ(M)のインクを噴射するノズル列22LM、ブラック(K)のインクを噴射するノズル列22LKとなっている。
このように、基準線Cの一方側に配置されるノズル群Rにおけるノズル列22から噴射されるインクの種類の並びが、基準線Cの他方側に配置されるノズル群Lにおけるノズル列22から噴射されるインクの種類の並びと逆になっている。
以下、このようなノズル列22の配列を対称配列と称す。
さらに、本実施形態では、2つのノズル列22が1つのヘッド本体2に設けられていたが、ヘッド本体2とノズル列22との関係は、このような態様に限定されない。1つのヘッド本体2に全てのノズル列22が設けられていてもよいし、1つのヘッド本体2に1つのノズル列22を設けた態様であってもよい。
ここで、図8及び図9を参照し、各ノズル列組23の供給流路140のコンプライアンス容量及び流路抵抗について説明する。
上述したように、可撓性部材が変形可能な領域の面積(コンプライアンス部49の面積)が広くなるとコンプライアンス容量が大きくなるので、本実施形態では、供給流路140Yのコンプライアンス容量は、供給流路140Kのコンプライアンス容量よりも大きくなっている。
なお、コンプライアンス部49Kの面積A1は「第1コンプライアンス部の面積」の一例であり、コンプライアンス部49Yの面積A2は「第2コンプライアンス部の面積」の一例である。
このため、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yの共通流路100Yの流路抵抗は、ノズル列間距離Nが短いノズル列組23Kの共通流路100Kの流路抵抗よりも小さく、供給流路140Yの流路抵抗は、供給流路140Kの流路抵抗よりも小さい。このように、本実施形態は、液体供給源110Yから圧力室12Yにイエロー(Y)のインクを供給する供給流路140Yの流路抵抗は、液体供給源110Kから圧力室12Kにブラック(K)のインクを供給する供給流路140Kよりも小さい構成を有する。
なお、共通流路100Kの断面積A3は「第1の共通流路の断面積」の一例であり、共通流路100Yの断面積A4は「第2の共通流路の断面積」の一例である。
流路抵抗は、流路の断面積が大きい程、すなわち、流路の中を流動する液体の流動方向に垂直な面の面積が大きい程小さくなる。また、流路の圧力損失は流路抵抗の大きさに比例し、流路抵抗が大きい程流路の圧力損失は大きくなり、流路抵抗が小さい程流路の圧力損失は小さくなる。
なお、Y方向から見た場合の共通流路100Yの断面積A4と、Y方向から見た場合の共通流路100Kの断面積A3とは、共通流路100Y、100KのZ方向における寸法を異ならせることによって変えてもよい。
つまり、−X方向側に設けられた非印刷領域から+X方向側に設けられた非印刷領域へ+X方向に移動しながら、液体噴射ヘッド1がインクを噴射する場合、媒体Sの印刷領域に対して先にZ方向に重なるノズル列22から順番にインクの噴射を開始する。すなわち、+X方向へ移動しながら液体噴射ヘッド1が印刷動作を行う場合には、+X方向側に設けられたノズル列22からインクの噴射が開始される。詳しくは、+X方向へ移動しながら液体噴射ヘッド1が印刷動作を行う場合、ノズル列22RY、ノズル列22RC、ノズル列22RM、ノズル列22RK、ノズル列22LK、ノズル列22LM、ノズル列22LC、ノズル列22LYの順番にインクの噴射が開始される。
以下、ノズル列組23において、先にインクの噴射を開始するノズル群Rのノズル列22がインクの噴射を開始するタイミングと、後にインクの噴射を開始するノズル群Lのノズル列22がインクの噴射を開始するタイミングとの差を、タイミングの差と略す。
ノズル列組23におけるタイミングの差は、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23の方が、ノズル列間距離Nが短いノズル列組23に対して相対的に長くなる。詳しくは、液体噴射ヘッド1が+X方向へ移動しながら印刷動作を行う場合、ノズル列組23におけるタイミングの差は、ノズル列組23Y、ノズル列組23C、ノズル列組23M、ノズル列組23Kの順番で長くなる。
さらに、ノズル列組23におけるタイミングの差が長くなると、ノズル列組23におけるタイミングの差が短い場合と比べて、ノズル群Rのノズル列22のインクの噴射によって生じる負圧がノズル群L側の供給流路140に作用する期間が長くなり、ノズル群L側の供給流路140の負圧がより高められる。このように、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Y(タイミングの差が長いノズル列組23Y)は、ノズル列間距離Nが短いノズル列組23K(タイミングの差が短いノズル列組23K)と比べて、ノズル群L側の供給流路140の負圧(圧力変動)が甚大になる。
すなわち、先にインクの噴射を開始するノズル群Rのノズル列22から噴射されるインクの量が少ない場合、ノズル列組23におけるタイミングの差が短い場合及び長い場合の両方で、ノズル群L側の供給流路140の負圧(圧力変動)が軽微になり、後にインクの噴射を開始するノズル群Lのノズル列22は適正にインクを噴射する。
詳しくは、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yにおいて、先にインクの噴射を開始するノズル群Rのノズル列22RYから噴射されるインクの量が多い場合、例えば、ノズル群Rのノズル列22RYの全てからインクが噴射されるベタ印刷の場合、先にインクの噴射を開始するノズル群Rのノズル列22RYからの影響が大きくなり、ノズル群L側の供給流路140Yの負圧が甚大になり、後にインクの噴射を開始するノズル列22LYのノズル21Yのメニスカスが内部に引き込まれ、メニスカスが破壊され、インクの吐出が不安定になり、印字不良等の不具合が生じるおそれがある。
従って、ノズル列間距離Nが相対的に長いノズル列組23Yにおいて、先に噴射を開始するノズル群R側の供給流路140Yに大きな負圧(圧力変動)が生じても、ノズル列間距離Nが相対的に長いノズル列組23Yの供給流路140Yのコンプライアンス容量が大きいため、ノズル群R側の供給流路140Yで生じる負圧(圧力変動)が適正に緩和され、後に噴射を開始するノズル群L側の供給流路140Yの負圧(圧力変動)が軽微になり、後にインクの噴射を開始するノズル列組23Yのノズル列22LYは適正にインクを吐出し、印字不良等の不具合が抑制される。
このように、ノズル列間距離Nが相対的に長いノズル列組23Yの供給流路140Yのコンプライアンス容量だけを大きくしたため、ノズル列組23の全ての供給流路140のコンプライアンス容量を大きくする場合と比べて、液体噴射ヘッド1が小型化になり、液体噴射ヘッド1を備える液体噴射装置IJPを小型化することができる。
なお、メニスカス耐圧P1とは、ノズル21のメニスカスをノズル21の内部に引き込む圧力がノズル21のメニスカスに対して作用する場合、メニスカスをノズル21の内部に引き込まれないように耐え得る圧力である。例えば、ノズル21内のインクに作用する圧力が、メニスカス耐圧P1よりも小さい場合、ノズル21のメニスカスは内部に引き込まれず、メニスカスの破壊は生じない。ノズル21内のインクに作用する圧力が、メニスカス耐圧P1よりも大きい場合、ノズル21のメニスカスは内部に引き込まれ、メニスカスの破壊が生じる。
圧力損失P2は、インクが供給流路140を流動することによって生じる。供給流路140の流路抵抗が小さくなると、供給流路140の圧力損失P2が小さくなる。供給流路140の流路抵抗が大きくなると、供給流路140の圧力損失P2が大きくなる。
さらに、液体供給源110の圧力調整部が供給流路140に発生させる負圧をP3とし、先にインクの噴射を開始するノズル群Rのノズル列22がベタ印刷を行う場合にノズル群L側の供給流路140に作用する負圧をP4とすると、メニスカス耐圧P1が以下に示す式(1)を満足すると、後にインクの噴射を開始するノズル群Lのノズル列22では、ノズル21Yのメニスカスが破壊されず、印字不良等の不具合が抑制される。
|P1|>|P2+P3+P4|・・・(1)
このため、ノズル列間距離Nが相対的に長いノズル列組23Yにおける圧力損失P2は、ノズル列間距離Nが相対的に短いノズル列組23Kにおける圧力損失P2よりも小さい。
すなわち、供給流路140Yの流路抵抗が供給流路140Kの流路抵抗よりも小さい構成を有すると、式(1)を満足することが可能になり、後にインクの噴射を開始するノズル群Lのノズル列22LYでは、ノズル21Yのメニスカスが破壊されず、ノズル21Yから適正にインクが吐出され、印字不良等の不具合が抑制される。
図10は、図9に対応する図であり、変形例1のヘッド本体2の要部断面図である。
実施形態では、各共通流路100に1つのコンプライアンス部49が設けられていた。本変形例では、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yの共通流路100Yに、コンプライアンス部49Yに加えて、新たなコンプライアンス部62が共通流路100Yの頂面に設けられている。
この点が、本変形例と実施形態との主な相違点である。
以下、図10を参照し、本変形例に係るヘッド本体2について、実施形態との相違点を中心に説明する。また、実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
そして、凹部63において撓み変形可能な封止膜61、すなわち、共通流路100Yの頂面において封止膜61の撓み変形可能な部分が、コンプライアンス部62である。
図11は、図9に対応する図であり、変形例2のヘッド本体2の要部断面図である。
上述した実施形態では、各共通流路100に1つのコンプライアンス部49が設けられていた。本変形例では、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yの共通流路100Yに、コンプライアンス部49Yに加えて、新たなコンプライアンス部66が共通流路100Yの側面に設けられている。
この点が、本変形例と実施形態との主な相違点である。
以下、図11を参照し、本変形例に係るヘッド本体2について、実施形態との相違点を中心に説明する。また、実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
開口部65において撓み変形可能な封止膜64、すなわち共通流路100Yの側面において封止膜64の撓み変形可能な部分が、コンプライアンス部66である。
さらに、他の共通流路100C,100M,100Kも、共通流路100C,100M,100Kの底面にコンプライアンス部49C,49M,49Kに加えて、共通流路100C,100M,100Kの頂面や共通流路100C,100M,100Kの側面に新たなコンプライアンス部を設けてもよい。例えば、共通流路100C,100M,100Kの頂面や共通流路100C,100M,100Kの側面に新たなコンプライアンス部を設けることによって、共通流路100C,100M,100Kの底面に設けるコンプライアンス部49C,49M,49Kを相対的に小さくし、液体噴射ヘッド1を小型化することができる。
実施形態では、コンプライアンス部49がヘッド本体2の内部に設けられていた。コンプライアンス部は、ヘッド本体2の外部に設けてもよい。詳しくは、ヘッド本体2のケース部材40に設けられる導入口44よりも上流側(液体供給源110側)、且つ、流路部材200の第1流路部材210に設けられる第1鉛直流路511よりも下流側(ノズル21側)の任意の場所に、コンプライアンス部を設けてもよい。
以下、図12を参照し、流路部材200の中にコンプライアンス部を設ける場合の一例について説明する。
以下、封止膜83における分岐流路531Yの壁面となる部分を、分岐流路531Yの封止膜83と称す。
凹部85を設けることによって、分岐流路531Yの封止膜83が撓み変形可能になる。その結果、液体供給源110Yから圧力室12Yにイエロー(Y)のインクを供給する液体流路500Yの分岐流路531Yに撓み変形可能なコンプライアンス部84が形成される。すなわち、封止膜83と凹部85とによって形成される分岐流路531Yにおける撓み変形可能な領域が、コンプライアンス部84である。
なお、封止膜83と凹部85とで形成される空間は、貫通孔(図示省略)によって、大気に連通されている。
連通流路253Yを形成する突起部251を可撓性部材で構成し、連通流路253Yに撓み変形可能な領域を設けてもよい。
さらに、フィルター保持部材240の第3鉛直流路241Yと、ヘッドケース250の突起部251の連通流路253Yとを、弾性チューブ等で連通し、第3鉛直流路241Yと連通流路253Yとの間の流路に撓み変形可能な領域を設けてもよい。
連通流路253Yに設けられる撓み変形可能な領域、及び第3鉛直流路241Yと連通流路253Yとの間の流路に設けられる撓み変形可能な領域は、供給流路140Yにおける圧力変動を緩和する新たなコンプライアンス部となる。
上述した実施形態及び変形例において、コンプライアンス部を形成する部材(封止膜46、封止膜61、封止膜83など)の厚さや材質などを異ならせ、コンプライアンス部を構成する可撓性を有する部材が大きく変形するようにしてもよい。
例えば、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yのコンプライアンス部を形成する封止膜(封止膜46、封止膜61、封止膜83など)の厚さを薄くし、ノズル列間距離の短いノズル列組23Kのコンプライアンス部の封止膜(封止膜46、封止膜61、封止膜83など)の厚さを厚くし、ノズル列組23Yのコンプライアンス部を形成する封止膜が大きく撓み変形するようにし、ノズル列組23Yのコンプライアンス容量を大きくしてもよい。
さらに、コンプライアンス部を構成する部材(封止膜46、封止膜61、封止膜83など)を弾性部材で構成し、イエロー(Y)のインクが流動する供給流路140Yのコンプライアンス部が、ブラック(K)のインクが流動する供給流路140Kのコンプライアンス部よりも大きく弾性変形するようにし、供給流路140Yのコンプライアンス容量を大きくしてもよい。
さらに、ノズル列組23毎に剛性の異なる可撓性の部材を封止膜に採用することで、コンプライアンス部のコンプライアンス容量を変更するようにしてもよい。
実施形態では、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yの共通流路100の流路抵抗を、ノズル列間距離Nの短いノズル列組23Kの共通流路100Kの流路抵抗よりも小さくし、供給流路140Yの流路抵抗を供給流路140Kの流路抵抗よりも小さくした。
共通流路100Y以外の供給流路140Yの流路抵抗を、共通流路100K以外の供給流路140Kの流路の流路抵抗よりも小さくし、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yの供給流路140Yの流路抵抗を、ノズル列間距離Nの短いノズル列組23Kの供給流路140Kの流路抵抗よりも小さくしてもよい。
図13を参照し、共通流路100Y以外の供給流路140Yの流路抵抗を、共通流路100K以外の供給流路140Kの流路抵抗をよりも小さくし、供給流路140Yの流路抵抗を供給流路140Kの流路抵抗よりも小さくする一例について説明する。
このように、液体流路500Yにおけるイエロー(Y)の流動方向に垂直な面の面積A6,A8は、液体流路500Kにおけるブラック(K)の流動方向に垂直な面の面積A5,A7よりも大きくなる。
なお、上述した第1鉛直流路511の流路抵抗や分岐流路531の流路抵抗を変化させる構成に限定されず、他の流路の流路抵抗を変化させてもよい。すなわち、共通流路100以外の供給流路140の任意の部分において、インクの流動方向に垂直な面の面積を変更し、共通流路100以外の供給流路140の流路抵抗を変化せてもよい。
図14は、図6に対応する図であり、変形例6に係る流路部材200の要部断面図である。図14では、液体流路500Yの要部断面図が左側に図示され、液体流路500Kの要部断面図が右側に図示されている。
かかる構成によっても、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yの供給流路140Yの流路抵抗を、ノズル列間距離Nの短いノズル列組23Kの供給流路140Kの流路抵抗よりも小さくすることができるので、ノズル21Yのメニスカスが内部に引き込まれ、ノズル21Yのメニスカスが破壊され、印字不良が生じるという不具合が生じにくくなる。
ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yに対応するフィルター245Yの目の粗さを、ノズル列間距離Nの短いノズル列組23Kに対応するフィルター245Kの目の粗さよりも粗くすることで、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yの供給流路140の流路抵抗を、ノズル列間距離Nの短いノズル列組23Kの流路抵抗よりも小さくしてもよい。
なお、染料や顔料などの粒子の大きさが大きい種類のインクを、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yのフィルター245Yを通過させることが好ましい。本変形例では、ノズル列間距離Nが長いノズル列組23Yのフィルター245Yの目が粗いため、フィルター245Yに粒子の大きな液体を通過させたとしても、フィルター245Yの目を詰まらせる虞を抑制することができる。
キャリッジ3に搭載された複数の液体供給源110の大きさ、すなわち、液体供給源110が貯留可能なインクの量は、全て同じでなくてもよい。例えば、一般的に使用頻度の高いブラックの液体供給源110の大きさを、他の色の液体供給源110よりも大きくしても良い。
さらに、液体供給源110と流路部材200との間に圧力調整弁等が設けられていない場合、容量の大きな液体供給源110の内部のインクは、容量の小さい液体供給源110の内部のインクよりも、キャリッジ3のX方向(主走査方向)への往復移動による圧力変動を受けやすい。この場合、後に噴射するノズル列22側の供給流路140に作用する負圧P4の大きさが小さいノズル列間距離Nの短いノズル列組23に供給されるインクは、貯留可能なインクの量が大きい液体供給源110から供給されることが好ましい。
かかる構成によって、液体供給源110の内部からの圧力変動のノズル21への悪影響を小さくすることができる。
実施形態では、コンプライアンス容量及び流路抵抗を、ノズル列間距離Nが最も長いノズル列組23に対応する供給流路140Yと、ノズル列間距離Nが最も短いノズル列組23に対応する供給流路140Kと、で異なるようにしていたが、この態様に限定されない。つまり、「ノズル列間距離Nの最も長いノズル列組23の供給流路140のコンプライアンス容量が、ノズル列間距離Nの最も短いノズル列組23の供給流路140のコンプライアンス容量よりも大きい」、または、「ノズル列間距離Nの最も長いノズル列組23の供給流路140の流路抵抗が、ノズル列間距離Nの最も短いノズル列組23の供給流路140の流路抵抗よりも小さい」、の少なくとも一方を満たす構成であればよい。
例えば、ノズル列組23が3つ以上あるとき、ノズル列間距離Nが最も長いノズル列組23及びノズル列間距離Nが最も短いノズル列組23以外のノズル列組23に対応する供給流路140の流路抵抗は、ノズル列間距離Nの最も長いノズル列組23の供給流路140の流路抵抗以上、または、ノズル列間距離Nの最も短いノズル列組23の供給流路140の流路抵抗以下であればよい。
実施形態の液体噴射装置IJPは、液体供給源110の一例であるインクカートリッジが液体噴射ヘッド1(キャリッジ3)に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体供給源を装置本体4に固定して、液体供給源と液体噴射ヘッド1とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体供給源が液体噴射装置IJPの外に配置されてもよい。
実施形態に係る液体噴射ヘッド1は、ヘッド本体2を保持するヘッドケース250を有し、流路部材200はヘッドケース250を介してインクをヘッド本体2に供給する構成であったが、これに限定されない。例えば、流路部材200にヘッド本体2を保持させ、流路部材200から直接的にヘッド本体2にインクを供給してもよい。
実施形態では、液体流路500の第1鉛直流路511、第2鉛直流路512、第3鉛直流路241は、液体噴射面20aに直交するZ方向に沿うように形成されていたが、このような態様に限定されない。これらの流路は水平方向に対して交差していればよく、Z方向に対して傾斜していてもよい。同様に、分岐流路531も水平方向に対して交差した方向に沿う流路であってもよい。
ノズル列22は、媒体Sの搬送方向(Y方向)に対して傾斜した方向に沿って複数のノズル21が並ぶ構成であってもよい。また、ノズル列22は、媒体Sの搬送方向(Y方向)及びキャリッジ3の主走査方向(X方向)の双方に交差する方向に沿って複数のノズル21が並ぶ構成であってもよい。
実施形態では、共通流路100(ケース部材40)の底面にコンプライアンス部49が設けられていたが、ケース部材40の底面の全面がノズルプレート20によって覆われている構成としても良い。さらに、ノズルプレート20において、Z方向において共通流路100と重なる部分の厚さを、可撓性を有するほどに薄くし、可撓性を有するほど薄くなったノズルプレート20によって、共通流路100にコンプライアンス部49を形成してもよい。このような構成においても、実施形態と同様の効果が得られる。
ノズル列間距離Nが異なる複数のヘッド本体2の内部における供給流路140が、全て同じコンプライアンス容量、または全て同じ流路抵抗であっても構わない。即ち、ヘッド本体2の外部に設けられた供給流路140において、ノズル列間距離Nごとにコンプライアンス容量または流路抵抗の少なくとも一方が異なっていればよい。
ノズル21にメニスカスを形成するための負圧発生源は、本実施形態のような液体供給源110の内部に設けられた弁機構である圧力調整部には限定されない。このような、ノズル21にメニスカスを形成するための負圧発生源は、鉛直方向において、ノズル21が設けられた液体噴射面20aを、液体供給源110内部の液面よりも高い位置に配置することで生じる水頭差によって代替してもよい。さらに、液体供給源110内にスポンジの様な多孔質部材を設け、その多孔質部材の毛細管力によってノズル21にメニスカスを形成するような構成にしてもよい。
圧力室12に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター130を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズルから液滴を噴射するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズルから液滴を噴射させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。
先に液体の噴射を開始する一方の第1ノズル列が液体を噴射することによって生じる負圧は、後に液体の噴射を開始する他方の第1ノズル列が液体の噴射を開始するまで、第1の圧力室及び第1の供給流路に蓄積される。同様に、先に液体の噴射を開始する一方の第2ノズル列が液体を噴射することによって生じる負圧は、後に液体の噴射を開始する他方の第2ノズル列が液体の噴射を開始するまで、第2の圧力室及び第2の供給流路に蓄積される。
第2ノズル列組におけるタイミングの差は、第1ノズル列組におけるタイミングの差よりも長いので、一方の第2ノズル列が液体を噴射することによって生じる負圧の蓄積は、一方の第1ノズル列が液体を噴射することによって生じる負圧の蓄積よりも甚大になる。このため、他方の第2ノズル列は、他方の第1ノズル列と比べて、大きな負圧が作用した状態で液体の噴射が開始される。
第2の供給流路のコンプライアンス容量は、第1の供給流路のコンプライアンス容量よりも大きいので、一方の第2ノズル列が液体を噴射することによって生じる負圧が小さくなる。すると、一方の第2ノズル列が液体を噴射することによって生じる負圧の蓄積が軽微になり、他方の第2ノズル列は、軽微な負圧が作用した状態で液体の噴射が開始されことになるので、後に液体の噴射を開始する他方の第2ノズル列において、当該負圧によって液体がノズルの内部に引き込まれ、ノズル内における液体のメニスカスが破壊されないので、液体の吐出が安定し、印字不良等の不具合が抑制される。
第2の供給流路の流路抵抗は第1の供給流路の流路抵抗よりも小さくなると、第2の供給流路における圧力損失が軽微になるので、第2の供給流路における圧力損失が甚大になる場合と比べて、後に液体の噴射を開始する他方の第2ノズル列において、ノズル内における液体のメニスカスが破壊されるという現象が生じにくくなり、液体の吐出が不安定になりにくく、印字不良等の不具合が生じにくくなる。
Claims (10)
- 第1の液体を噴射するノズルに連通される第1の圧力室と、
第2の液体を噴射するノズルに連通される第2の圧力室と、
前記ノズルが第1方向に複数配置されるノズル列と、
第1の液体供給源から前記第1の圧力室に前記第1の液体を供給する第1の供給流路と、
第2の液体供給源から前記第2の圧力室に前記第2の液体を供給する第2の供給流路と、
前記第1方向に延びる基準線を中心に対称となるように、一対の前記ノズル列が前記第1方向と交差する第2方向に配置される第1ノズル列組と、
前記基準線を中心に対称となるように、一対の前記ノズル列が前記第2方向に配置され、一対の前記ノズル列の間隔が前記第1ノズル列組よりも長い第2ノズル列組と、
を備え、
前記第1ノズル列組を構成する複数の前記ノズルは、前記第1の供給流路を介して前記第1の液体供給源と連通し、
前記第2ノズル列組を構成する複数の前記ノズルは、前記第2の供給流路を介して前記第2の液体供給源と連通し、
前記第2の供給流路のコンプライアンス容量は、前記第1の供給流路のコンプライアンス容量よりも大きいことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 第1の液体を噴射するノズルに連通される第1の圧力室と、
第2の液体を噴射するノズルに連通される第2の圧力室と、
前記ノズルが第1方向に複数配置されるノズル列と、
第1の液体供給源から前記第1の圧力室に前記第1の液体を供給する第1の供給流路と、
第2の液体供給源から前記第2の圧力室に前記第2の液体を供給する第2の供給流路と、
前記第1方向に延びる基準線を中心に対称となるように、一対の前記ノズル列が前記第1方向と交差する第2方向に配置される第1ノズル列組と、
前記基準線を中心に対称となるように、一対の前記ノズル列が前記第2方向に配置され、一対の前記ノズル列の間隔が前記第1ノズル列組よりも長い第2ノズル列組と、
を備え、
前記第1ノズル列組を構成する複数の前記ノズルは、前記第1の供給流路を介して前記第1の液体供給源と連通し、
前記第2ノズル列組を構成する複数の前記ノズルは、前記第2の供給流路を介して前記第2の液体供給源と連通し、
前記第2の供給流路の流路抵抗は、前記第1の供給流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記第2の供給流路のコンプライアンス容量は、前記第1の供給流路のコンプライアンス容量よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記ノズルが設けられたヘッド本体と、前記ヘッド本体よりも上流に配置される流路部材と、を含み、
前記第1の供給流路は複数の前記第1の圧力室に連通される第1の共通流路を前記ヘッド本体内に有し、前記第2の供給流路は複数の前記第2の圧力室に連通される第2の共通流路を前記ヘッド本体内に有し、
前記第1の共通流路は、可撓性部材からなる第1コンプライアンス部を有し、
前記第2の共通流路は、可撓性部材からなる第2コンプライアンス部を有し、
前記第2コンプライアンス部の面積は、前記第1コンプライアンス部の面積よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記ノズルが設けられたヘッド本体と、前記ヘッド本体よりも上流に配置される流路部材と、を含み、
前記第1の供給流路は複数の前記第1の圧力室に連通される第1の共通流路を前記ヘッド本体内に有し、前記第2の供給流路は複数の前記第2の圧力室に連通される第2の共通流路を前記ヘッド本体内に有し、
前記第1方向から見て、前記第2の共通流路の断面積は、前記第1の共通流路の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記ノズルが設けられたヘッド本体と、前記ヘッド本体よりも上流に配置される流路部材と、を含み、
前記第2の供給流路は、可撓性部材からなる第3コンプライアンス部を、前記ヘッド本体外に有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記ノズルが設けられたヘッド本体と、前記ヘッド本体よりも上流に配置される流路部材と、を含み、
前記第1の供給流路は、前記流路部材内に設けられた第1の液体流路を含み、
前記第2の供給流路は、前記流路部材内に設けられた第2の液体流路を含み、
前記第2の液体流路における前記第2の液体の流動方向に垂直な面の面積は、前記第1の液体流路における前記第1の液体の流動方向に垂直な面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記第1の供給流路は、第1のフィルターを有し、
前記第2の供給流路は、第2のフィルターを有し、
前記第2のフィルターの面積は、前記第1のフィルターの面積よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記第1の液体と、前記第2の液体とは、色が異なることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1乃至9の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドを搭載し、前記第2方向に往復移動するキャリッジと、
前記第1の液体が貯留される第1の液体供給源と、
前記第2の液体が貯留される第2の液体供給源と、
を備えることを特徴とする液体噴射装置。
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