以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
以下では、液体吐出ヘッドのノズルが配列する方向をノズル配列方向といい、液体吐出ヘッドが液体を吐出する方向を液体吐出方向という。また、ノズル配列方向と交差する方向は、液体吐出ヘッドにおける液室の長手方向に該当するため、ノズル配列方向と交差する方向を液室長手方向という。また図面では、ノズル配列方向に沿う方向をX方向、液室長手方向に沿う方向をY方向、液体吐出方向に沿う方向をZ方向とそれぞれ表記する。
実施形態において、クロストークとは、所定のノズルから液体を吐出する場合に、他のノズルからも液体を吐出させる場合と、他のノズルから液体を吐出させない場合とで、所定のノズルから吐出される液体の吐出速度等に違いが出る現象をいう。
また、マルチクロストークとは、他のノズルが複数のノズルである場合に生じるクロストークをいい、より詳しくは、複数のノズルから液体を吐出させる場合に、圧力発生部により加圧された振動板が、液室を隔てる隔壁部を通じてノズル板に液体吐出方向への力を加えることで生じるクロストークをいう。なお、マルチクロストークにおける複数のノズルには、隣接するノズルを含まれる場合と、隣接するノズルが含まれない場合の何れの場合もある。
さらに、隣接クロストークとは、上記の他のノズルが所定のノズルに隣接するノズルである場合に生じるクロストークをいう。
実施形態では、液体を吐出する複数のノズルが配列して設けられたノズル板と、該ノズルに連通する複数の液室と、該液室内の液体に振動板を介して圧力を付与する複数の圧力発生部とを備える。
そして、ノズル板は、液室間を隔てる隔壁部と対向する位置に設けられた複数の空隙部を内部に備え、空隙部は、ノズル配列方向において隔壁部の幅以上の幅で形成されている。
隔壁部に対向するノズル板の領域は、空隙部を形成することで薄肉化され、他の部分と比較して変形しやすくなる。そのため、複数のノズルから液体を吐出させる場合に、圧力発生部により加圧された振動板が隔壁部を通じてノズル板に加える液体吐出方向への力を、変形(弾性)により吸収する(弱める)ことができる。これにより、ノズル板の液体吐出方向への変位を抑え、該変位に起因するマルチクロストークを抑制する。
[第1実施形態]
<液体吐出ヘッド100の構成例>
第1実施形態に係る液体吐出ヘッド100の構成について図1及び図2を参照して説明する。図1は液体吐出ヘッド100の液室長手方向に沿う断面図である。図2は、図1のA-A矢視断面図であり、液体吐出ヘッド100のノズル配列方向に沿う断面図である。
液体吐出ヘッド100は、ノズル板1と、個別流路部材である流路板2と、壁面部材としての振動板部材3とを積層接合している。そして、振動板部材3の振動領域30を変位させる圧電アクチュエータ11と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通流路部材20とを備えている。
ノズル板1は、液体を吐出する複数のノズル4を備えている。
流路板2には、複数のノズル4のそれぞれに1対1で対応して通じる複数の液室(個別液室)6と、各液室6のそれぞれに通じる個別流路である個別供給流路7と、1又は複数(本実施形態では1つ)の個別供給流路7に通じる液導入部となる中間供給流路8とが形成されている。
振動板部材3は、流路板2における液室6の壁面を形成する、変位可能な複数の振動領域30を有する。ここでは、振動板部材3は2層構造(限定されない)とし、流路板2側から薄肉部を形成する第1層3Aと、厚肉部を形成する第2層3Bで構成されている。ここで、振動板部材3は振動板の一例である。
そして、薄肉部である第1層3Aで液室6に対応する領域に変形可能な振動領域30を形成している。振動領域30内には、第2層3Bで圧電アクチュエータ11と接合する島状の厚肉部である凸部30aを形成している。なお、凸部30aは第2層3Bの一部の領域である。
そして、振動板部材3の液室6とは反対側に、振動板部材3の振動領域30を変形させる駆動部としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ11を配置している。
この圧電アクチュエータ11は、ベース部材13上に接合した圧電部材にハーフカットダイシングによって溝加工をして、ノズル配列方向において、所要数の柱状の圧電素子12を所定の間隔で櫛歯状に形成している。そして、圧電素子12は、振動板部材3の振動領域30に形成した厚肉部である凸部30aに接合している。
圧電素子12は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極(端面電極)に接続され、外部電極にフレキシブル配線部材15が接続されている。
共通流路部材20は複数の液室6に通じる共通供給流路10を形成している。共通供給流路10は、振動板部材3に設けた開口部9を介して液導入部となる中間供給流路8に連通し、中間供給流路8を介して個別供給流路7に通じている。
この液体吐出ヘッド100においては、例えば圧電素子12に与える電圧を基準電位(中間電位)から下げることによって圧電素子12が収縮し、振動板部材3の振動領域30が引かれて液室6の容積が膨張することで、液室6内に液体が流入する。
その後、圧電素子12に印加する電圧を上げて圧電素子12を積層方向に伸長させ、振動板部材3の振動領域30をノズル4に向かう方向に変形させて液室6の容積を収縮させる。これにより、液室6内の液体が加圧され、ノズル4から液体が正のZ方向に向けて吐出される。
図2において、液体吐出ヘッド100は、圧電アクチュエータ11に含まれる圧電素子12の正のZ方向側に振動板部材3を配置し、振動板部材3の正のZ方向側に液室6と隔壁部21とを配置している。
圧電素子12のうちの圧電素子12Aは、液室6の負のZ方向側に配置され、圧電素子12Bは隔壁部21の負のZ方向側に配置されている。圧電素子12Aは、吐出の際に、振動板部材3を介して液室6内の液体に圧力を付与する。ここで、圧電素子12Aは圧力発生部の一例である。
隔壁部21は、流路板2における液室6間を隔てる領域に対応する。また、流路板2は、リストリクタプレートとチャンバプレートとが接合されて構成されている。第1隔壁部21Aはチャンバプレートにおける液室6間を隔てる領域に対応し、第2隔壁部21Bはリストリクタプレートにおける液室6間を隔てる領域に対応する。
また、液体吐出ヘッド100は、液室6の正のZ方向側にノズル板1を配置している。ノズル板1は、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bの平面部同士が接合されて構成されている。ここで、第1ノズルプレート1A及び第2ノズルプレート1Bのそれぞれは、平板の一例である。ノズル板1は、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bとの平板対を含んで構成されている。
ノズル板1には、液室6に1対1で対応してノズル4が設けられている。また、ノズル板1の内部には、隔壁部21の正のZ方向側で、隔壁部21と対向する位置に、隔壁部21に1対1で対応して空隙部14が形成されている。
空隙部14は、第2ノズルプレート1Bにおける第1ノズルプレート1Aとの接合面にハーフエッチング加工等により形成された複数の凹部の正のZ方向側を、第1ノズルプレート1Aで塞ぐことで形成された空隙(空間)である。
ここで、空隙部14は、ノズル配列方向において、隔壁部21の幅以上の幅で形成されている。図2の例では、空隙部14のノズル配列方向における幅は隔壁部21の同方向における幅より大きく、空隙部14は、ノズル配列方向で隔壁部を挟んで隣接する液室6間に跨がるように形成されている。
空隙部14が形成されることで、隔壁部21が接触するノズル板1の領域には、厚みが薄くなった薄肉領域141ができ、薄肉領域141は、ノズル配列方向で隔壁部を挟んで隣接する液室6間に跨がるように配置される。
<液体吐出ヘッド100のプレート構成例>
次に、複数のプレートが積層接合された液体吐出ヘッド100の各プレートの構成について、図3を参照して説明する。図3は、液体吐出ヘッド100のプレート構成の一例を説明する図であり、各プレートを分解して並べた図である。
図3は、図の上から下に向けて順に、振動板部材3、流路板2を構成するリストリクタプレート2B、同じく流路板2を構成するチャンバプレート2A、第2ノズルプレート1B、及び第1ノズルプレート1Aを示している。
振動板部材3は、第1層3Aと第2層3Bが接合された状態で示されている。振動板部材3における正のY方向側には、凸部30aが形成されている。凸部30aは、第2層3Bに、厚み方向に貫通する溝を長円に沿って加工することで形成された島状の部分である。図3では、長円の溝を通して第1層3Aが見えている。振動板部材3における負のY方向側には、液体吐出方向に貫通する矩形状の貫通孔101が形成されている。貫通孔101は、共通供給流路10の一部を構成する。なお、貫通孔101に重なるように、異物等を取り除くフィルタを設けてもよい。
次に、リストリクタプレート2Bにおける正のY方向側には、液室6の一部を構成する長孔6Bが形成されている。図3の例は4個の長孔6Bを示している。
ノズル配列方向(X方向)において、リストリクタプレート2Bにおける各長孔6B間を隔てる領域が第2隔壁部21Bに該当する。長孔6Bの負のY方向側には、長孔6Bに連通して流体抵抗部23が形成され、流体抵抗部23のさらに負のY方向側には、流体抵抗部23に連通する個別供給流路7が形成されている。個別供給流路7のさらに負のY方向側には、Z方向に貫通する矩形状の貫通孔102が形成されている。貫通孔102は、共通供給流路10の一部を構成する。
次に、チャンバプレート2Aにおける正のY方向側には、液室6の一部を構成する長孔6Aが形成されている。図3の例は4つの長孔6Aを示している。X方向において、チャンバプレート2Aにおける各長孔6A間を隔てる領域が第1隔壁部21Aに該当する。長孔6Aの右方には、中間供給流路8が形成されている。
次に、第2ノズルプレート1Bにおける正のY方向側には、ノズル4の一部を構成するテーパ孔4Bが形成されている。図3の例は、4つのテーパ孔4Bを示している。
また、第2ノズルプレート1Bには、X方向における各テーパ孔4Bの間であって、正のZ方向側の面に、凹部142が形成されている。凹部142は、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bの接合により空隙部14を構成する部分である。
凹部142が形成された位置は、流路板2とノズル板1が接合された場合に隔壁部21に対向する位置である。また、凹部142は、Y方向における液室6の長さと等しい長さで形成されている。従って、空隙部14は、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bが接合されると、隔壁部21に対向する位置に、液室6の長さと等しい長さで配置される。なお、この「等しい」は、厳密な一致を要求するものではなく、一般に製造誤差と認められる程度の差はあってもよい。この点は、以下で用いる「等しい」の用語においても同様である。
次に、第1ノズルプレート1Aにおける正のY方向側には、ノズル4の一部を構成するテーパ孔4Aが形成されている。図3の例は、4つのテーパ孔4Aを示している。第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bの材料は同じでも異なっていてもよいが、同じ材料にしたほうが製造しやすいため、好適である。
液体吐出ヘッド100の製作時には、振動板部材3の正のZ方向側にリストリクタプレート2Bが接合され、リストリクタプレート2Bの正のZ方向側にチャンバプレート2Aが接合される。また、チャンバプレート2Aの正のZ方向側に第2ノズルプレート1Bが接合され、第2ノズルプレート1Bの正のZ方向側に第1ノズルプレート1Aが接合される。
各プレートを積層接合して液体吐出ヘッド100を製作することができる。液体吐出ヘッド100に供給される液体は、貫通孔101及び102で構成される共通供給流路10、中間供給流路8、個別供給流路7、及び流体抵抗部23のそれぞれを通って、長孔6B及び6Aで構成される液室6に供給される。そして、圧電素子12Aが液室6内の液体に圧力を付与すると、テーパ孔4A及び4Bで構成されるノズル4から液体が吐出する。
<液体吐出ヘッド100の作用効果>
次に、液体吐出ヘッド100の作用効果について説明する。
(マルチクロストークに対する作用効果)
まず、液体吐出ヘッド100のマルチクロストークに対する作用効果について説明する。図4は、液体吐出ヘッド100のマルチクロストークに対する作用を説明する図であり、(a)は比較例としてノズル板内に空隙部を設けていない場合を示す図、(b)はノズル板内に空隙部を設けた場合を示す図である。
図4(a)に示すように、比較例に係る液体吐出ヘッド100Xは、ノズル板1Xを備え、ノズル板1X内には空隙部が設けられていない。
複数のノズル4から並行して液体を吐出させる場合、吐出対象となる複数のノズル4に1対1で対応する複数の圧電素子12Aは、振動板部材3に正のZ方向への力F1を並行して付与する。この際に、力F1が隔壁部21を通じてノズル板1Xに伝達され、力F2によりノズル板1Xが正のZ方向に変位する場合がある。
図4(a)は、力F2によりノズル板1Xが正のZ方向にΔMだけ変位した場合を示し、図4(a)における一点鎖線で示したノズル板1X'は、変位後のノズル板を示している。
ノズル板1Xの変位により、吐出の際に液室6内の液体に付与される圧力が変化することで、マルチクロストークが生じる。ここで、ノズル板の変位には、ノズル板1X全体が正のZ方向に向けて移動する変位と、ノズル板の変形によりノズル板1Xの一部が正のZ方向に向けて移動する変位の両方が含まれる。
これに対し、本実施形態では、図4(b)に示すように、液体吐出ヘッド100のノズル板1は、隔壁部21に対向する位置に空隙部14を備えている。また、X方向において空隙部14の幅W1は隔壁部21の幅W0より大きい。
ノズル板1の内部に空隙部14が形成されることで、ノズル板1における薄肉領域141は、ノズル板1の他の部分より変形しやすくなっている。そのため、薄肉領域141は、隔壁部21から加えられた力F2に応じて正のZ方向に変形することで、力F2を吸収することができる。その結果、ノズル板1の正のZ方向への変位を抑え、マルチクロストークを抑制できる。
ここで、図4では、空隙部14の幅W1が隔壁部の幅W0より大きい例を示したが、幅W1と幅W0が等しくても、薄肉領域141は力F2に応じて変形して力F2を吸収できるため、上述した作用効果が得られる。従って、空隙部14の幅W1は、隔壁部の幅W0以上であれば、マルチクロストークを抑制可能である。
(隣接クロストークに対する作用効果)
次に、液体吐出ヘッド100の隣接クロストークに対する作用効果について説明する。図5は、液体吐出ヘッド100の隣接クロストークに対する作用を説明する図であり、(a)は比較例としてノズル板内に空隙部を設けていない場合を示す図、(b)はノズル板内に空隙部を設けた場合を示す図である。
図5において、左側のノズル4aから吐出させるために、圧電素子12Aは振動板部材3を介して液室6a内の液体に力F1を付与する。この際に、付与された力F1が液室6a内の液体を通じて伝達され、隔壁部21にX方向への力F3が加えられることで、隔壁部21がX方向に変位(変形)する場合がある。
図5(a)は、力F3により隔壁部21がX方向にΔNだけ変形した例を示し、図5(a)における二点鎖線で示した隔壁部21'は変形後の隔壁部を示している。
隔壁部21'の変形により、液室6aに隣接する液室6bの体積が変化する。そして、液室6b内の液体に圧電素子12Aから振動板部材3を介して付与される圧力が変化することで、ノズル4bからの吐出で隣接クロストークが生じる。
これに対し、本実施形態では、図5(b)に示すように、空隙部14の幅W1が隔壁部21の幅W0より大きい幅で形成されることで、液室6aを構成するノズル板1の一部が、薄肉領域141で構成される。
薄肉領域141は、変形により隔壁部21に加えられる力F3を、正のZ方向への力F4として逃がすことができる。そして、薄肉領域141は、力F4に応じて正のZ方向に変形することで力F4を吸収する。その結果、隔壁部21の力F3の方向への変位(変形)を抑え、ノズル4bからの吐出における隣接クロストークを抑制することができる。
また、本実施形態では、液室6bを構成するノズル板1の一部も薄肉領域141で構成され、変形しやすくなっている。そのため、液室6bに連通するノズル4bから吐出させるために液室6b内の液体に力F1が付与された場合に、薄肉領域141は、液室6bから液室6aに向けて隔壁部21に加えられる力を、変形により吸収することができる。その結果、液室6bから液室6aに向けての隔壁部21の変位(変形)を抑え、ノズル4aからの吐出における隣接クロストークを抑制できる。
つまり、隔壁部21を挟んで液室6aと液室6bの両方に跨るように薄肉領域141を配置することで、ノズル4aと4bの何れの吐出においても、隣接クロストークを抑制できる。
なお、空隙部14の幅W1が隔壁部21の幅W0と等しい場合、薄肉領域141は、X方向に隔壁部21に加わる力を正のZ方向に逃がせないため、隣接クロストークを抑制できない。従って、空隙部14の幅W1と隔壁部21の幅W0が等しい場合は、マルチクロストークと隣接クロストークのうちのマルチクロストークのみが抑制される。
マルチクロストーク及び隣接クロストークの抑制効果の程度は、薄肉領域141の変形のしやすさによって決定される。また、薄肉領域141の変形のしやすさは、ノズル板1の材料、薄肉領域141の厚み等により決定される。そのため、ノズル板1の材料や、圧電素子12の力学特性、隔壁部21を構成する流路板2の材料等に基づき、マルチクロストーク及び隣接クロストークを抑制するために十分な薄肉領域141の厚みをシミュレーション等により予め定めておくことが好ましい。薄肉領域141の厚みに応じて、空隙部14の液体吐出方向における長さ(高さ)を決定できる。
ここで、空隙部14は、ノズル板1の外部に連通するように形成されてもよい。例えば、第1ノズルプレート1Aにおいて、第2ノズルプレート1Bと接合した場合に凹部142と正のZ方向側で対向する位置に、複数の凹部142に1対1で対応して、正のZ方向側に貫通する貫通孔を設ける。第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bが接合されると、空隙部14は、この貫通孔を介してノズル板1の外部に連通する。
空隙部14を外部に連通させることで、空隙部14c内の空気を外部に流通させることができ、これにより、空隙部14c内の空気圧を低減できる。空気圧の低減によって薄肉領域141をより変形しやすくし、力の吸収効果を高めることができる。
なお、ノズル板1において空隙部14が形成される部分や、Y方向における空隙部14の長さ、形状等は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。以下に種々の変形例について、上述した実施形態との相違点を中心に説明する。
<第1変形例>
図6は、第1変形例に係る第2ノズルプレート1Baの構成の一例を説明する図である。
図6に示すように、第2ノズルプレート1Baには、X方向における各テーパ孔4Bの間であって、ノズル板側の面に、凹部142aが形成されている。凹部142aは、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Baの接合により空隙部14aを構成する部分である。
また、凹部142aは、Y方向における液室6(図3参照)の長さより短い長さで形成されている。従って、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Baが接合されると、空隙部14aのY方向における長さは、液室6に対して短くなる。X方向における空隙部14aの幅は、第2ノズルプレート1Bにおける空隙部14と同様である。
本変形例に係る第2ノズルプレート1Baを用いた場合にも、液体吐出ヘッドは、吐出時に、正のZ方向にノズル板に加えられる力、及びX方向に隔壁部21に加えられる力を、ノズル板における薄肉領域で吸収できる。そして、マルチクロストーク及び隣接クロストークを抑制できる。
なお、これ以外の効果は上述した実施形態で説明したものと同様である。
<第2変形例>
次に、図7は第2変形例に係る第2ノズルプレート1Bbの構成の一例を説明する図である。
図7に示すように、第2ノズルプレート1Bbには、X方向における各テーパ孔4Bの間であって、正のZ方向側の面に、凹部142bが形成されている。また、凹部142bは、Y方向に沿って分離して形成された第1凹部142b1及び第2凹部142b2を含んで構成されている。
第1凹部142b1は、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bbの接合により、第1空隙部を構成する部分である。第2凹部142b2は、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bbの接合により、第2空隙部を構成する部分である。
第1凹部142b1及び第2凹部142b2のそれぞれは、Y方向における液室6(図3参照)の長さより短い長さで形成されている。従って、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bbが接合されると、第1空隙部及び第2空隙部のそれぞれのY方向における長さは、液室6に対して短くなる。
第1凹部142b1及び第2凹部142b2のそれぞれが形成されるY方向の位置は、Y方向に沿って両者が分離し、Y方向における液室6の長さの範囲内に両者が形成されていれば、任意の位置であってよい。また、3以上の凹部が分離して形成されていてもよい。X方向における空隙部の幅は、第2ノズルプレート1Bと同様である。
本変形例に係る第2ノズルプレート1Bbを用いた場合にも、液体吐出ヘッドは、吐出時に、液体吐出方向にノズル板に加えられる力、及びノズル配列方向に隔壁部に加えられる力を、ノズル板における薄肉領域で吸収して弱めることができる。そして、マルチクロストーク及び隣接クロストークを抑制できる。
なお、これ以外の効果は上述した実施形態で説明したものと同様である。
<第3変形例>
次に、第3変形例に係る液体吐出ヘッド100cについて、図8A及び図8Bを参照して説明する。図8Aは第3変形例に係る第2ノズルプレート1Bcの構成の一例を説明する図であり、図8Bは液体吐出ヘッド100cの液室長手方向に沿う断面図である。
図8Aに示すように、第2ノズルプレート1Bcは、X方向における各テーパ孔4Bの間であって、正のZ方向側の面に、凹部142cを備えている。凹部142cは、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bcの接合により空隙部14cを構成する部分である。凹部142cは、Y方向における液室6(図3参照)の長さより長い長さで形成されている。従って、第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bcが接合されると、空隙部14cのY方向における長さは、液室6に対して長くなる。
また、Y方向において、テーパ孔4Bが設けられた側における第2ノズルプレート1Bcの端部とテーパ孔4Bとの間には、ノズル列方向に貫通する貫通溝143が形成されている。図8Aに示すように、3つの凹部142cのそれぞれの一端は、3つの凹部142cと貫通溝143が交差するようにして、貫通溝143に連通している。
第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bcが接合され、貫通溝143の正のZ方向とは反対側が塞がれることで、ノズル板1をX方向に貫通する開放部16(図8B参照)を形成できる。
本変形例に係る第2ノズルプレート1Bcを用いることで、空隙部14c内の空気を、開放部16を通じて外部に流通させることができ、空隙部14c内の空気圧を低減させることができる。空気圧の低減によって、内部に空隙部14cを設けて形成される第2ノズルプレート1Bcの薄肉領域がより変形しやすくなる。
これにより、液体吐出ヘッド100cは、吐出時に、正のZ方向にノズル板1cに加えられる力、及びノズル配列方向に隔壁部に加えられる力を、ノズル板1cにおける薄肉領域で、好適に吸収できる。そして、マルチクロストーク及び隣接クロストークを好適に抑制できる。
なお、これ以外の効果は、上述した実施形態及び変形例における効果と同様である。
また、図8A及び図8Bでは、Y方向において、テーパ孔4Bが設けられた側における第2ノズルプレート1Bcの端部とテーパ孔4Bとの間に、貫通溝143を形成した例を示したが、これに限定されるものではない。
図9に示すように、Y方向において、テーパ孔4Bが設けられた側とは反対側における第2ノズルプレート1Bcの端部と液室6(図3参照)との間に貫通溝144を形成してもよい。図9の例では、3つの凹部142cのそれぞれの一端は、3つの凹部142cと貫通溝144が交差するようにして、貫通溝144に連通している。
第1ノズルプレート1Aと第2ノズルプレート1Bcが接合され、貫通溝144の負のZ方向側が塞がれることで、ノズル板1cをX方向に貫通する開放部16を形成できる。このような構成でも、図8A及び図8Bを用いて説明したものと同様の効果を得ることができる。
また、第2ノズルプレート1Bcに上記の貫通溝143と貫通溝144の両方を形成し、凹部142cの一端を貫通溝143に連通させ、同じく他端を貫通溝144に連通させてもよい。
<第4変形例>
次に、第4変形例に係る液体吐出ヘッド100eについて、図10及び図11を参照して説明する。図10は液体吐出ヘッド100eのノズル配列方向に沿う断面図であり、図11は、液体吐出ヘッド100eのプレート構成の一例を説明する図である。
図10に示すように、液体吐出ヘッド100eはノズル板1eを備えている。ノズル板1eは、第1ノズルプレート1Aeと第2ノズルプレート1Beとが接合されて構成されている。ノズル板1eの内部には、隔壁部21の正のZ方向側で隔壁部21と対向する位置に、隔壁部21に1対1で対応して複数の空隙部14eが形成されている。
空隙部14eは、第1ノズルプレート1Aeにおける第2ノズルプレート1Beとの接合面にハーフエッチング加工等により形成された複数の凹部の負のZ方向側を、第2ノズルプレート1Beで塞ぐことで形成された空隙(空間)である。
空隙部14eのX方向における幅については、上述した実施形態における空隙部14と同様であるため、重複した説明を省略する。
次に、図11において、第2ノズルプレート1Beにおける正のY方向側には、ノズル4の一部を構成するテーパ孔4Bが形成されている。図11の例は、4つのテーパ孔4Bを示している。
第1ノズルプレート1Aeにおける正のY方向側には、ノズル4の一部を構成するテーパ孔4Aが形成されている。図11の例は、4つのテーパ孔4Aを示している。
また、第1ノズルプレート1Aeには、ノズル配列方向における各テーパ孔4Aの間であって、負のZ方向側の面に、凹部142eが形成されている。凹部142eは、第1ノズルプレート1Aeと第2ノズルプレート1Beの接合により空隙部14eを構成する部分である。凹部142eが形成された位置は、流路板2とノズル板1が接合された場合に、隔壁部21に対向する位置である。
また、凹部142eは、Y方向における液室6の長さと等しい長さで形成されている。従って、第1ノズルプレート1Aeと第2ノズルプレート1Beが接合されると、空隙部14eはY方向において液室6の長さと等しい長さになる。X方向における空隙部14eの幅は、第2ノズルプレート1Bにおける空隙部14と同様である。
本変形例の作用効果は、液体吐出ヘッド100と同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。但し、第2ノズルプレート1Beが、変形(弾性)で力を吸収する薄肉領域として作用するため、該作用を得るために、第2ノズルプレート1Beを十分に薄くすることが好ましい。ノズル板1eを構成する材料や、圧電素子12の力学特性、隔壁部21を構成する流路板2の材料等に基づき、マルチクロストーク及び隣接クロストークを抑制するために十分な第2ノズルプレート1Beの厚みをシミュレーション等により予め定めておくことが好ましい。
また、上述した第1変形例、第2変形例、又は第3変形例の何れか1つを、液体吐出ヘッド100eに適用してもよい。具体的には、第1変形例に係る凹部142a、第2変形例に係る凹部142b、又は第3変形例に係る凹部142cの何れか1つに対応する凹部を、第1ノズルプレート1Ae側に形成して、液体吐出ヘッド100eを構成してもよい。
また、図12Aに示すように、ノズル板1と隔壁部21との間に接合部22を設け、接合部22の内部に空隙部14fを形成してもよい。このような構成でも、接合部22における薄肉領域145の作用により液体吐出ヘッド100と同様の効果を得ることができる。
さらに、上述した実施形態及び変形例のそれぞれは、フロースルーヘッド(循環型ヘッド)にも適用可能である。図12Bは、フロースルーヘッド200における空隙部14の配置の一例を示す液室長手方向に沿う断面図である。
流路板2は、Yに沿って、各液室(個別液室)6に通じる回収側流体抵抗部57と、回収側個別流路56と、回収側導出部58とを形成している。回収側導出部58は、振動板部材3に形成した回収側フィルタ部59を介して、共通流路部材20で形成した回収側共通液室50に通じている。
共通流路部材20は、供給側共通液室10aと回収側共通液室50を形成し、供給側共通液室10aには、外部の循環経路から液体を供給する供給口(供給ポート。図示を省略)と、外部の循環経路に液体が回収される回収口(回収ポート。図示を省略)が設けられている。
図12Bに示すように、空隙部14は、フロースルーヘッド200におけるノズル板1の内部に形成されている。フロースルーヘッド200においても、空隙部14は液室6間を隔てる隔壁部の正のZ方向側で、該隔壁部に対向する位置に形成されている(図2参照)。そして、液体吐出ヘッド100と同様の効果を得ることができる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る印刷装置500について、図13及び図14を参照して説明する。図13は同装置の構成の一例を説明する図、図14は同装置のヘッドユニットの一例を説明する平面図である。ここで、印刷装置500は、液体吐出装置の一例である。
図13に示すように、印刷装置500は、連続体510を搬入する搬入手段501と、搬入手段501から搬入された連帳紙、シート材等の連続体510を印刷手段505に案内搬送する案内搬送手段503と、連続体510に対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う印刷手段505と、連続体510を乾燥する乾燥手段507と、連続体510を搬出する搬出手段509等を備えている。
連続体510は搬入手段501の元巻きローラ511から送り出され、搬入手段501、案内搬送手段503、乾燥手段507、搬出手段509の各ローラによって案内、搬送されて、搬出手段509の巻取りローラ591にて巻き取られる。
この連続体510は、印刷手段505において、搬送ガイド部材559上をヘッドユニット550及びヘッドユニット555に対向して搬送され、ヘッドユニット550から吐出される液体によって画像が形成され、ヘッドユニット555から吐出される処理液で後処理が行われる。
ここで、ヘッドユニット550には、例えば、搬送方向上流側から、4色分のフルライン型ヘッドアレイ551A、551B、551C、551D(以下、色の区別しないときは「ヘッドアレイ551」という。)が配置されている。
各ヘッドアレイ551は、それぞれ、搬送される連続体510に対してブラックK,シアンC、マゼンタM、イエローYの液体を吐出する。なお、色の種類及び数はこれに限るものではない。
ヘッドアレイ551は、実施形態に係る液体吐出ヘッド(これを、単に「ヘッド」ともいう。)100を、色毎に4個ずつ備え、ベース部材552上に千鳥状に並べて配置している(図14参照)。但し、これに限定されるものではなく、液体吐出ヘッド100の個数の増減等があってもよい。
このように、印刷装置500では、実施形態に係る液体吐出ヘッド100を備えているため、マルチクロストーク、及び/又は隣接クロストークを抑制し、高画質画像を安定して形成することができる。
次に、液体吐出装置の他の例として、印刷装置400について図15及び図16を参照して説明する。図15は同装置の要部を説明する平面図、図16は同装置の要部を説明する側面図である。
この印刷装置400は、シリアル型装置であり、主走査移動機構493によって、キャリッジ403は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構493は、ガイド部材401、主走査モータ405、タイミングベルト408等を含む。ガイド部材401は、左右の側板491A、491Bに架け渡されてキャリッジ403を移動可能に保持している。そして、主走査モータ405によって、駆動プーリ406と従動プーリ407間に架け渡したタイミングベルト408を介して、キャリッジ403は主走査方向に往復移動される。
このキャリッジ403には、実施形態に係る液体吐出ヘッド100及びヘッドタンク441を一体にした液体吐出ユニット440を搭載している。液体吐出ユニット440に色毎に設けられた液体吐出ヘッド100のそれぞれは、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド100は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
この印刷装置400は、用紙410を搬送するための搬送機構495を備えている。搬送機構495は、搬送手段である搬送ベルト412、搬送ベルト412を駆動するための副走査モータ416を含む。
搬送ベルト412は用紙410を吸着して液体吐出ヘッド100に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト412は、無端状ベルトであり、搬送ローラ413と、テンションローラ414との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
そして、搬送ベルト412は、副走査モータ416によってタイミングベルト417及びタイミングプーリ418を介して搬送ローラ413が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
さらに、キャリッジ403の主走査方向の一方側には搬送ベルト412の側方に液体吐出ヘッド100の維持回復を行う維持回復機構420が配置されている。
維持回復機構420は、液体吐出ヘッド100のノズル面(ノズルが形成された面)をキャッピングするキャップ部材421、ノズル面を払拭するワイパ部材422等で構成されている。
主走査移動機構493、維持回復機構420、搬送機構495は、側板491A,491B、背板491Cを含む筐体に取り付けられている。
このように構成した印刷装置400では、用紙410が搬送ベルト412上に給紙されて吸着され、搬送ベルト412の周回移動によって用紙410が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ403を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド100を駆動することにより、停止している用紙410に液体を吐出して画像を形成する。
このように、印刷装置400では、実施形態に係る液体吐出ヘッド100を備えているため、マルチクロストーク、及び/又は隣接クロストークを抑制し、高画質画像を安定して形成することができる。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態に係る液体吐出ユニットの一例について図17を参照して説明する。図17は同ユニットの要部を説明する平面図である。
液体吐出ユニット440は、液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板491A、491B及び背板491Cで構成される筐体部分と、主走査移動機構493と、キャリッジ403と、液体吐出ヘッド100で構成されている。
なお、液体吐出ユニット440の例えば側板491Bに、前述した維持回復機構420、及び供給機構494の少なくとも何れかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
次に、第3実施形態に係る液体吐出ユニットの他の例について、図18を参照して説明する。図18は同ユニットを説明する正面図である。
液体吐出ユニット440は、流路部品444が取付けられた液体吐出ヘッド100と、流路部品444に接続されたチューブ456で構成されている。
なお、流路部品444はカバー442の内部に配置されている。流路部品444に代えてヘッドタンク441を含むこともできる。また、流路部品444の上部には液体吐出ヘッド100と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。
このように、液体吐出ユニット440では、実施形態に係る液体吐出ヘッド100を備えているため、クロストークを抑制し、高画質画像を安定して形成することができる。
実施形態において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が30mPa・s以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、DNA、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、3次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ(積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子)、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。
「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構、液体循環装置の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。
「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物(三次元造形物)を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置(三次元造形装置)がある。
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。
また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳述したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。