JP7389961B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、及び、液体を吐出する装置 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態における液体吐出ヘッドの電気機械変換素子としての圧電素子100の層構成の一例を示す説明図である。
本実施形態における圧電素子100は、図1に示すように、基板101及び振動板を構成する振動板層102の上に、下部電極を構成する下部電極層103、圧電体膜104、上部電極を構成する上部電極層105が形成されている。
本構成例の圧電素子100は、電気的な抵抗が十分得られるような金属層からなる第一下部電極層103A及び第一上部電極層105Aと、連続的に駆動させ続けたときの変位等の低下を抑制するための導電性の酸化物電極層からなる第二下部電極層103B及び第二上部電極層105Bとを備えている。
本実施形態の液体吐出ヘッド110は、上述した圧電素子100が形成される基板101の裏面(圧電素子100とは反対側の面)に、圧力室111を形成するとともに、ノズル112aが形成されるノズル板112が接合されて構成される。液体吐出ヘッド110は、圧電素子100を駆動させて振動板層102を変位させることにより、圧力室111内に充填された液体に圧力を加え、ノズル112aから液体を吐出する。
ρ(hkl) = I(hkl)/ΣI(hkl)
なお、「ρ(hkl)」は、(hkl)面方位の配向度であり、「I(hkl)」は、任意の配向のピーク強度であり、「ΣI(hkl)」は各ピーク強度の総和である。
第一絶縁保護膜113は、コンタクトホール113aを有しており、上部電極層105と個別引き出し配線114とが導通した状態になっている。また、第一絶縁保護膜113は、コンタクトホール113bを有しており、下部電極層103と共通引き出し配線116とが導通した状態になっている。
図7は、液体吐出ヘッド110の要部を拡大した断面説明図である。
図8は、液体吐出ヘッド110のノズル配列方向に沿う要部の断面説明図である。
図9(a)は、本実施形態における液体吐出ヘッド110の流路板である基板101を模式的に示す平面説明図である。
図9(b)は、図9(a)中の符号A-A’における断面を模式的に示す断面説明図である。
図9(a)及び(b)には、2列のノズル列N1,N2が図示されている。同じノズル列を構成するノズル112a1,112a2は、同じ共通液室10からインクが供給される圧力室111-1,111-2に連通している。本実施形態のノズル列N1,N2は、図9(a)に示すように、当該ノズル列を構成する各ノズル112a1,112a2に対応する圧力室111-1,111-2が所定の配列方向すなわち副走査方向(図9(a)中左右方向)に沿って千鳥状に配置されている。ただし、圧力室111-1,111-2の配置は、これに限らず、例えば、直線状に配置されていてもよい。
図13に示す液体吐出ヘッド110は、大滴吐出用ノズル112a1と小滴吐出用ノズル112a2との間で、振動領域30-1,30-2の振動板層102の厚さD1,D2と、圧力室111-1,111-2のサイズとを異ならせるだけでなく、更に、ノズル112a1,112a2の開口面積(ノズル径)も異ならせたものである。本例では、大滴吐出用ノズル112a1の開口面積(ノズル径)を、小滴吐出用ノズル112a2のものよりも大きくしている。本例によれば、大滴吐出用ノズル112a1と小滴吐出用ノズル112a2との間での固有周期を実質的に同じ周期となるように調整することが更に容易である。
図14の例では、第一ノズル列N1及び第三ノズル列N3を構成するノズル112a1,112a3は、大滴の液体(インク)を吐出する大滴吐出用ノズルであり、第二ノズル列N2及び第四ノズル列N4を構成するノズル112a2,112a4は、当該大滴よりも量の少ない小滴の液体(インク)を吐出する小滴吐出用ノズルである。ノズル列の数は適宜設定することができ、2列以上であれば、3列でもよいし、5列以上であってもよい。
図15の例は、ノズル列N1,N2間における圧力室111-1,111-2の副走査方向位置(図15中左右方向の位置)が、図15に示すように、ノズルピッチ(同じノズル列内における副走査方向の隣接ノズルの中心間距離)P1,P2(P1=P2)の半分(半ピッチΔP)だけズレるように、構成されている。
本実施例では、基板101として、SOI(Silicon On Insulator)を用いて構成されている。SOIは、下から基板(Si)、Box層(SiO2)、活性層(Si)、表面層(SiO2)とからなる複数層構成であり、Box層から表面層までの層が振動板層102として機能する。
図17は、本実施形態のインクジェット記録装置を示す斜視説明図である。
図18は、同インクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
図19は、本変形例のインクジェット記録装置の要部平面説明図である。
図20は、本変形例のインクジェット記録装置の要部側面説明図である。
図21は、同液体吐出ユニットの要部平面説明図である。
この液体吐出ユニットは、上述したインクジェット記録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404で構成されている。なお、この液体吐出ユニットの例えば側板491Bに、前述した維持回復機構420、及び供給機構494の少なくともいず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。
図22は、同液体吐出ユニットの正面説明図である。
この液体吐出ユニットは、液体供給部材である流路部品444が取付けられた液体吐出ヘッド404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404と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。
[第1態様]
第1態様は、液体(例えばインク)を吐出する複数のノズル112a1,112a2と、前記複数のノズルの各々に連通する複数の圧力室111-1,111-2と、前記複数の圧力室の各々の壁の一部を構成する複数の振動板(例えば振動板層102の振動領域30-1,30-2)と、前記複数の振動板上にそれぞれ形成される複数の電気機械変換素子(例えば圧電素子100-1,100-2)とを備えた液体吐出ヘッド110であって、所定の配列方向(例えば副走査方向)に沿って2以上のノズルが並べて配置されたノズル列を複数有し、互いに隣接するノズル列N1,N2のそれぞれに属し、かつ、互いに近接して配置されたノズル112a1,112a2間で、吐出液体量(例えば滴サイズ)が異なるように、ノズル開口面積(例えばノズル径)、対応する圧力室のサイズ(例えば、幅W1,W2、長さL1,L2)、対応する振動板の厚さD1,D2、対応する電気機械変換素子の厚さのうちの少なくとも1つが異なっていることを特徴とするものである。
吐出液体量の少ないノズル(小滴吐出用ノズル)がノズル詰まり等により不吐出状態になったときに、近接配置された他のノズル(大滴吐出用ノズル)から大滴を吐出させて、当該小滴吐出用ノズル(不吐出ノズル)によって形成すべきドットの補完を行うことがある。このとき、大滴吐出用ノズルについて印加する駆動信号を、小滴吐出用ノズルのものと異ならせるだけでも、大滴吐出用ノズルから大滴を吐出させることができる。しかしながら、この場合、大滴吐出用ノズルについての駆動信号は、小滴吐出用ノズルと比べて、周期が長いものとなるため、大滴によって補完制御するときの吐出頻度を下げざるを得ず、その結果、液体吐出ヘッドの生産性が低下する。
一方、従来、同じノズル列内で隣接するノズル間で振動板の厚みを異ならせることにより、各ノズルから吐出される液体の吐出量を異ならせた液体吐出ヘッドがある(特許文献1)。振動板の厚みを異ならせることでノズル間の吐出特性を異ならせることができるため、駆動信号のみを異ならせることで大滴を吐出する上述した方法と比較して、大滴を吐出させるときに用いる駆動信号の周期を短くすることが可能である。よって、液体吐出ヘッドの生産性の低下を抑制することができる。
上述した従来の液体吐出ヘッドでは、大滴を吐出させるときに用いる駆動信号の周期を短くすることは可能であるが、小滴を吐出させるときに用いる駆動信号の周期と同程度までの短い周期とすることはできない。そのため、従来の液体吐出ヘッドでは、同じノズル列内のノズルに対して、周期の異なる2種類の駆動信号を個別に印加することが必要となる。このように、同じノズル列内のノズルに対して周期の異なる2種類の駆動信号を個別に印加することは、配線構成や駆動制御などの複雑化を招くという問題が発生する。
そこで、本態様においては、互いに隣接するノズル列のそれぞれに属し、かつ、互いに近接して配置されたノズル間で、ノズル開口面積、対応する圧力室のサイズ、対応する振動板の厚さ、対応する電気機械変換素子の厚さのうちの少なくとも1つが異なるようにして、これらのノズル間で吐出液体量が異なるように構成している。これにより、配線構成や駆動制御などの複雑化を招くことなく、大滴を吐出させるときに用いる駆動信号の周期を短くすることが可能となる。よって、小滴吐出用ノズル(不吐出ノズル)によって形成すべきドットの補完を大滴吐出用ノズルから大滴を吐出することで行う場合に、配線構成や駆動制御などの複雑化を招くことなく、液体吐出ヘッドの生産性の低下を抑制することができる。
第2態様は、第1態様において、前記ノズル間で、前記電気機械変換素子に印加される駆動波形の周期が略同一であることを特徴とするものである。
本態様によれば、小滴吐出用ノズル(不吐出ノズル)によって形成すべきドットの補完を大滴吐出用ノズルから大滴を吐出することで行う場合にも、液体吐出ヘッドの生産性の低下を招くことがない。
第3態様は、第1又は第2態様において、前記ノズル間で、少なくとも、対応する圧力室のサイズ及び対応する振動板の厚さが異なることを特徴とするものである。
このように、インクを吐出させるのに適した駆動信号の周期(固有周期)を変化させることのできる構成変更として、対応する圧力室のサイズと対応する振動板の厚さという2つを組み合わせることにより、大滴吐出用ノズルと小滴吐出用ノズルとの間での固有周期を互いに近い周期又は実質的に同じ周期となるように調整することが容易になる。よって、小滴吐出用ノズル(不吐出ノズル)によって形成すべきドットの補完を大滴吐出用ノズルから大滴を吐出することで行う場合における液体吐出ヘッドの生産性の低下抑制の実現が容易になる。
第4態様は、第3態様において、前記ノズル間で、少なくとも、前記ノズル開口面積も更に異なることを特徴とするものである。
本態様によれば、大滴吐出用ノズルと小滴吐出用ノズルとの間での固有周期を互いに近い周期又は実質的に同じ周期となるように調整することが更に容易になるので、小滴吐出用ノズル(不吐出ノズル)によって形成すべきドットの補完を大滴吐出用ノズルから大滴を吐出することで行う場合における液体吐出ヘッドの生産性の低下抑制の実現が更に容易になる。
第5態様は、第1乃至第4態様のいずれかにおいて、前記ノズル列は、対応する圧力室が前記所定の配列方向に沿って千鳥状に配置されていることを特徴とするものである。
本態様によれば、小型の液体吐出ヘッドを実現することができる。
第6態様は、第1乃至第5態様のいずれかにおいて、前記ノズル間における吐出液体量の差が4pl以上であることを特徴とするものである。
本態様によれば、4plを超える大滴を吐出することができる。
第7態様は、液体吐出ユニットであって、第1乃至第6態様のいずれかの液体吐出ヘッドを含むことを特徴とするものである。
本態様によれば、小滴吐出用ノズルがノズル詰まり等により不吐出状態になったときに、当該小滴吐出用ノズル(不吐出ノズル)に近接配置された大滴吐出用ノズルから大滴の液体を吐出して、不吐出ノズルによって形成すべきドットを補完することの実現が容易な液体吐出ユニットを提供できる。
第8態様は、第7態様において、前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか1つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とするものである。
本態様によれば、小滴吐出用ノズルがノズル詰まり等により不吐出状態になったときに、当該小滴吐出用ノズル(不吐出ノズル)に近接配置された大滴吐出用ノズルから大滴の液体を吐出して、不吐出ノズルによって形成すべきドットを補完することの実現が容易な種々の液体吐出ユニットを提供できる。
第9態様は、液体を吐出する装置(例えばインクジェット記録装置)であって、第1乃至第6態様のいずれかの液体吐出ヘッド、又は、第7若しくは第8態様のいずれかの液体吐出ユニットの少なくともいずれかを備えていることを特徴とするものである。
本態様によれば、小滴吐出用ノズルがノズル詰まり等により不吐出状態になったときに、当該小滴吐出用ノズル(不吐出ノズル)に近接配置された大滴吐出用ノズルから大滴の液体を吐出して、不吐出ノズルによって形成すべきドットを補完することの実現が容易な液体を吐出する装置を提供できる。
20 :アクチュエータ基板
30 :振動領域
94 :記録ヘッド
100 :圧電素子
101 :基板
102 :振動板層
103 :下部電極層
103A :第一下部電極層
103B :第二下部電極層
104 :圧電体膜
105 :上部電極層
105A :第一上部電極層
105B :第二上部電極層
110 :液体吐出ヘッド
111 :圧力室
112 :ノズル板
112a :ノズル
112a1 :大滴吐出用ノズル
112a2 :小滴吐出用ノズル
112a3 :大滴吐出用ノズル
112a4 :小滴吐出用ノズル
Claims (7)
- 液体を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルの各々に連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室の各々の壁の一部を構成する複数の振動板と、前記複数の振動板上にそれぞれ形成される複数の電気機械変換素子とを備えた液体吐出ヘッドであって、
所定の配列方向に沿って2以上のノズルが並べて配置された1又は2以上のノズル列からなる複数のノズル群を有し、
前記複数のノズル群は、互いに同じ液体を吐出するノズルによって構成され、
前記複数のノズル群における互いに隣接するノズル群のそれぞれに属し、かつ、互いに近接して配置されたノズル間で、ノズル開口面積が同じであり、かつ、吐出液体量が異なるように、対応する圧力室のサイズ及び対応する振動板の厚さが異なっていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記ノズル間で、前記電気機械変換素子に印加される駆動波形の周期が略同一であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記ノズル群は、対応する圧力室が前記所定の配列方向に沿って千鳥状に配置された2つのノズル列からなることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記ノズル間における吐出液体量の差が4pl以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを含むことを特徴とする液体吐出ユニット。
- 請求項5に記載の液体吐出ユニットにおいて、
前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか1つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とする液体吐出ユニット。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項5若しくは6に記載の液体吐出ユニットの少なくともいずれかを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
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