JP2023041524A - Liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to liquid ejection heads.
所定量の液体を所定の位置に供給する液体吐出ヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えばインクジェットプリンタ、3Dプリンタ、分注装置などに搭載する。インクジェットプリンタは、インクの液滴をインクジェットヘッドから吐出して、記録媒体の表面に画像等を形成する。3Dプリンタは、造形材の液滴を造形材吐出ヘッドから吐出し、硬化させて、三次元造形物を形成する。分注装置は、試料の液滴を吐出して複数の容器等へ所定量供給する。 A liquid ejection head is known that supplies a predetermined amount of liquid to a predetermined position. A liquid ejection head is installed in, for example, an inkjet printer, a 3D printer, a dispensing device, or the like. An inkjet printer ejects ink droplets from an inkjet head to form an image or the like on the surface of a recording medium. A 3D printer ejects droplets of a modeling material from a modeling material ejection head and hardens them to form a three-dimensional model. The pipetting device discharges droplets of a sample to supply a predetermined amount to a plurality of containers or the like.
液体吐出ヘッドは、液体を吐出するチャネルを複数有している。各チャネルは、液体を吐出するノズル、ノズルに連通する圧力室、及び圧力室の容積を変えるアクチュエーターを備える。各チャネルの圧力室は、共通液体室に連通する。液体吐出ヘッドは、複数のチャネルの中から液体を吐出するチャネルを選択し、アクチュエーターに駆動信号を与えて駆動させる。アクチュエーターを駆動すると、液体で満たされている圧力室の容積が変わり、ノズルから液体を吐出する。このような構成の液体吐出ヘッドは、アクチュエーターを駆動したときの圧力変化の影響が、共通液体室を介して周囲に伝搬し、別のチャネルの吐出特性にまで及ぶクロストークの問題がある。 A liquid ejection head has a plurality of channels for ejecting liquid. Each channel includes a nozzle for discharging liquid, a pressure chamber communicating with the nozzle, and an actuator for changing the volume of the pressure chamber. The pressure chamber of each channel communicates with a common liquid chamber. The liquid ejection head selects a channel for ejecting liquid from among a plurality of channels, and applies a drive signal to the actuator to drive it. When the actuator is driven, the volume of the pressure chamber filled with liquid changes and the liquid is ejected from the nozzle. A liquid ejection head having such a configuration has a problem of crosstalk, in which the influence of pressure change when the actuator is driven propagates to the surroundings through the common liquid chamber and affects the ejection characteristics of another channel.
本発明が解決しようとする課題は、液体を吐出する際の影響が別のチャネルの吐出特性に及ぶのを抑えることのできる液体吐出ヘッドを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a liquid ejection head capable of suppressing the ejection characteristics of other channels from being affected by the ejection of liquid.
本発明の実施形態の液体吐出ヘッドは、ノズル部、圧力室、アクチュエーター、及び液体待機室を備える。ノズル部は、液体を吐出する複数のノズルを形成している。複数の圧力室は、前記各ノズルにそれぞれ連通する。アクチュエーターは、前記各圧力室の容積を変化させ、前記各圧力室に、前記圧力室内の長手方向の液柱共鳴による圧力変化を生じさせる。複数の液体待機室は、前記各圧力室の長手方向の各開放端に連通し、さらに互いに分離している。 A liquid ejection head according to an embodiment of the present invention includes a nozzle section, a pressure chamber, an actuator, and a liquid standby chamber. The nozzle section forms a plurality of nozzles for ejecting liquid. A plurality of pressure chambers communicate with each of the nozzles. The actuator changes the volume of each of the pressure chambers, causing pressure changes in each of the pressure chambers due to liquid column resonance in the longitudinal direction of the pressure chambers. A plurality of liquid waiting chambers communicate with the longitudinal open ends of the pressure chambers and are separated from each other.
以下、実施形態に従う液体吐出ヘッドについて、添付図面を参照しながら詳述する。なお、各図において、同一構成は同一の符号を付している。 Hereinafter, liquid ejection heads according to embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same structure is attached with the same code|symbol.
(第1実施形態)
実施形態の液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置の一例として、記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタ10を説明する。図1は、インクジェットプリンタ10の概略構成を示す。インクジェットプリンタ10は、筐体11の内部に、記録媒体の一例であるシートSを収納するカセット12、シートSの上流搬送路13、カセット12内から取り出したシートSを搬送する搬送ベルト14、搬送ベルト14上のシートSに向けてインクの液滴を吐出する複数のインクジェットヘッド100~103、シートSの下流搬送路15、排出トレイ16、及び制御基板17を配置する。ユーザーインターフェイスである操作部18は、筐体11の上部側に配置する。
(First embodiment)
An
シートSに印刷する画像データは、例えば外部接続機器であるコンピュータ200で生成する。コンピュータ200で生成した画像データは、ケーブル201、コネクタ202,203を通してインクジェットプリンタ10の制御基板17に送る。
Image data to be printed on the sheet S is generated by the
ピックアップローラ204は、カセット12からシートSを一枚ずつ上流搬送路13へ供給する。上流搬送路13は、送りローラ対131、132と、シート案内板133、134で構成する。シートSは、上流搬送路13を経由して、搬送ベルト14の上面に送る。図中の矢印104は、カセット12から搬送ベルト14へのシートSの搬送経路を示す。
The
搬送ベルト14は、表面に多数の貫通孔を形成した網状の無端ベルトである。駆動ローラ141、従動ローラ142,143の3本のローラは、搬送ベルト14を回転自在に支持する。モータ205は、駆動ローラ141を回転することによって搬送ベルト14を回転させる。モータ205は、駆動装置の一例である。図中105は、搬送ベルト14の回転方向を示す。搬送ベルト14の裏面側に、負圧容器206を配置する。負圧容器206は、減圧用のファン207と連結する。ファン207は、形成する気流によって負圧容器206内を負圧にし、搬送ベルト14の上面にシートSを吸着保持させる。図中106は、気流の流れを示す。
The
液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド100~103は、搬送ベルト14上に吸着保持したシートSに対して、例えば1mmの僅かな隙間を介して対向するように配置する。インクジェットヘッド100~103は、シートSに向けてインクの液滴を夫々吐出する。インクジェットヘッド100~103は、下方をシートSが通過する際に画像を印刷する。各インクジェットヘッド100~103は、吐出するインクの色が異なることを除けば、同じ構造である。インクの色は、例えば、シアン,マゼンタ,イエロー,ブラックである。
The
インクジェットヘッド100~103は、夫々、インク流路311~314を介してインクタンク315~318及びインク供給圧力調整装置321~324と連結する。各インクタンク315~318は、各インクジェットヘッド100~103の上方に配置する。待機時に、インクジェットヘッド100~103のノズル3(図2参照)からインクが漏れ出ないように、各インク供給圧力調整装置321~324は、各インクジェットヘッド100~103内を大気圧に対して負圧、例えば-1.2kPaに調整している。画像形成時、各インクタンク315~318のインクは、インク供給圧力調整装置321~324によって各インクジェットヘッド100~103に供給する。
The inkjet heads 100-103 are connected to ink tanks 315-318 and ink supply pressure adjusting devices 321-324 via ink flow paths 311-314, respectively. Each ink tank 315-318 is arranged above each inkjet head 100-103. Each of the ink supply
画像形成後、搬送ベルト14から下流搬送路15へシートSを送る。下流搬送路15は、送りローラ対151,152,153,154と、シートSの搬送経路を規定するシート案内板155,156で構成する。シートSは、下流搬送路15を経由し、排出口157から排出トレイ16へ送る。図中矢印107は、シートSの搬送経路を示す。
After image formation, the sheet S is fed from the
続いて、インクジェットヘッド100~103の構成について説明する。以下は、図2~図5を参照しながら、インクジェットヘッド100について説明しているが、インクジェットヘッド101~103もインクジェットヘッド100と同じ構造である。
Next, configurations of the
図2に示すように、インクジェットヘッド100は、液体吐出部の一例であるヘッド部2を備える。ヘッド部2は、フレキシブルプリント配線板21と接続する。ヘッド部2は、ノズルプレート22、アクチュエーター基板23、液体供給部の一例であるインク供給部24を備える。インク供給部24は、インク流路311を介して図1のインク供給圧力調整装置321に接続する。
As shown in FIG. 2, the
フレキシブルプリント配線板21は、ドライバチップである駆動用のIC(Integrated Circuit)25を搭載している(以下、駆動ICと称す)。駆動IC25は、インクジェットプリンタ10の制御基板17から送られてくるプリントデータを一時的に格納し、所定のタイミングでインクを吐出するよう各チャネルに駆動信号を与える。
The flexible printed
ノズル部の一例であるノズルプレート22は、例えばポリイミドなどの樹脂又はステンレスなどの金属で形成した矩形状のプレートである。インクを吐出する各チャネルのノズル3は、ノズルプレート22の長手方向(X方向)に沿って配列する。ノズル密度は、例えば150~1200dpiの範囲内に設定する。なお、図2では、ノズル3を1列に配列しているが、2列以上に配列してもよい。
The
特に図3~図5に示すように、ノズル3を形成したノズルプレート22は、例えば枠状部材26を介在してアクチュエーター基板23に取り付ける。アクチュエーター基板23は、例えば絶縁性のセラミックスで形成した基板である。枠状部材26は、例えば樹脂で形成する。各チャネルのインクの圧力室4は、ノズルプレート22、枠状部材26及びアクチュエーター基板23によって囲われた空間内に、例えばノズルプレート22の長手方向(X方向)に空気室40と交互に配列する。インクを吐出する各チャネルの圧力室4は、各チャネルのノズル3と夫々連通する。
Particularly, as shown in FIGS. 3 to 5, the
圧力室4は、アクチュエーター基板23の表面に、例えば分極方向が相反する方向(一例として対向方向)に積層した2枚の圧電部材41を、例えば矩形の溝状に切り欠くことによって形成する(図5参照)。すなわち、圧電部材41は、その長手方向がアクチェーター基板23の短手方向(Y方向)に延びるように形成する。圧電部材41は、ノズルプレート22の表面と接する高さに形成する。従って圧力室4は、その短手方向の両側に立設する圧電部材41の側壁を有し、その長手方向の両端が開口した、例えば細長い空間となっている。なお、圧電部材41は、例えば側面視が台形となるように形成しているが、側面視の形状は台形に限らない。
The
空気室40は、圧電部材41を介在して圧力室4の両隣りに配置する。空気室40は、圧力室4と同様に圧電部材41を例えば矩形の溝状に切り欠き、さらに長手方向の両端の開口を、例えば枠状部材26から内側に延びる凸状の壁部材27で塞いで、インクを導入しない密閉空間とする。壁部材27は、例えば樹脂壁である。
The
圧力室4の長手方向の両端の開口は、インク待機室42と夫々連通する。インク待機室42は、液体待機室の一例である。各インク待機室42は、例えば枠状部材26から延びる凸状の壁部材27によって隣のチャネルのインク待機室42と仕切っている。すなわち、インク待機室42は、インクを吐出するチャネル毎に分離している。圧力室4の開口が両端にある場合は、インク待機室42を端部毎に設ける。インク待機室42は、平面視において両側にある圧電部材41の幅の分、圧力室4の開口の幅よりも横方向に空間を拡げている。さらに縦断面でみると、例えば圧電部材41の傾斜面の延長線に沿って縦方向に空間を拡げている。このように、圧力室4の端部の開口に比してインク待機室42の空間を大きくしたことで、圧力室4の両端を、後述する液柱共鳴による圧力変化が小さい開放端とする。但し、インク待機室42の空間を拡げるのは必ずしも横方向と縦方向の両方でなくともよく、いずれか一方でもよい。また、隣のチャネルのインク待機室42と仕切る壁部材27を、空気室40の開口を塞ぐ壁部材27と共用する構成を一例に挙げているが、別々に形成してもよい。さらに、壁部材27は、例えばプレートなどの他の部材で形成してもよい。
Openings at both ends of the
圧力室4の両側のインク待機室42は、狭窄部43を介してインク供給マニホールド44と夫々連通する。すなわち、狭窄部43は、各チャネルのインク待機室42毎に設ける。狭窄部43は、例えば矩形状のインクの通路である。狭窄部43は、一例として、インク待機室42の外方側に凸状にした部分の底面からアクチュエーター基板23を高さ方向に貫通するように形成する。インク供給マニホールド44は、一例として、インク供給部24の表面に、狭窄部43の配列方向(X方向)に沿って溝状に形成する。そしてアクチュエーター基板23とインク供給部24を積層することで、各チャネルの狭窄部43がインク供給マニホールド44と連通する。狭窄部43の開口面積は少なくともインク待機室42の断面積よりも小さくする。また通常は更に圧力室4の開口面積より小さくする。すなわち、狭窄部43をインクが通過する断面積は、インク待機室42をインクが通過する断面積よりも小さく、また圧力室4をインクが通過する断面積よりも小さいのが好ましい。狭窄部43の長さはアクチュエーター基板23の厚さである。狭窄部43をインクが通過する際の抵抗は、狭窄部43の開口面積と長さで決まり、開口面積が小さく長さが長い程抵抗は大きい。なお、図3~図4は、インク供給マニホールド44の両方からインクを供給する構成としているが、いずれか一方をインク排出マニホールドにして、圧力室4にインクを循環供給してもよい。インク供給マニホールド44及びインク排出マニホールドは、狭窄部43と連通するマニホールドの一例である。
The
図3~図4では図示を省略しているが、図5に示すように、電極45は、例えば圧力室4の底面及び両側面に一体的に形成する。各圧力室4の電極45は、個別電極としての配線電極46と夫々接続する。電極47は、例えば空気室40の底面及び両側面に一体的に形成する。各空気室40の電極47は、共通電極としての配線電極48と接続する。圧電部材41、及び圧電部材41を挟む電極45,47は、シアモード変形によって圧力室4の容積を変えるアクチュエーター5を構成する。電極45,47及び配線電極46,48は、例えば無電解メッキなどによるニッケル薄膜などで形成する。特に圧力室4の電極45は、インクと接液しないように保護膜(不図示)で被覆してもよい。圧力室4からの配線電極46は、例えばアクチュエーター基板23端部でフレキシブルプリント配線板21と接続し、駆動IC25の駆動ドライバ(すなわち、駆動回路)に接続する。各チャネルの駆動ドライバは、各チャネルのアクチュエーター5に対し、駆動信号として例えば駆動電圧を夫々与える。一方、空気室40からの配線電極48は、例えばグランド(GND)に接続する。かかる構成により、駆動電圧を与えたアクチュエーター5は、圧電部材41の分極軸と交差(望ましくは、直交)する方向に電界が印加され、圧力室4の両側の側壁となっている圧電部材41がシアモードで変形する。
Although not shown in FIGS. 3 and 4, as shown in FIG. 5, the
図6は、アクチュエーター5を駆動する駆動波形の一例として、駆動波形(DRP波形)を示す。図6には、駆動時における圧力室4内のインクの圧力及びインクの流速の変化を併せて示している。駆動波形は、期間t1で負電位の電圧(-V)、期間t2でグランド電位(GND)、期間t3で正電位の電圧(+V)をアクチュエーター5に順に与える。期間t1は、例えばヘッド部2の圧力振動周期の1/2の時間に設定する。圧力振動周期が例えば4.8[μs]のとき、期間t1は、2.4[μs]とする。期間t2は、例えば3.25[μs]、期間t3は、期間t2よりも短い0.7[μs]とする。このとき期間t1と期間t3の中心間隔は、t1/2+t2+t3/2=(圧力振動周期)である。
FIG. 6 shows a drive waveform (DRP waveform) as an example of drive waveforms for driving the
図7(a)は、隣接する圧力室4と空気室40の電極45,47の電位がいずれもグランド電位(GND)である状態を示している。この状態では、圧力室4の両側にある圧電部材41は何ら歪み作用を受けない。図7(b)は、図6の駆動波形の期間t1に、圧力室4の電極45に負電位の電圧(-V)を印加した状態を示している。この状態では、圧力室4の両側にある圧電部材41に、その分極方向と直交する方向に電界が作用し、圧電部材41がそれぞれ外側にシアモードで変形することで、圧力室4の容積が拡張する。
FIG. 7A shows a state in which the potentials of the
続く期間t2に、圧力室4の電極45の電位をグランド電位(GND)にすることで、拡張していた圧力室4の容積が図7(a)の状態まで復帰する。このように圧力振動周期の1/2の時間に設定した期間t1の終点で圧力室4の容積を復帰させることによって、図6に示したように圧力室4内のインクの圧力が高まって、インクの液滴がノズル3から吐出する。この圧力変化は、詳しくは後述する圧力室長手方向の液柱共鳴を利用している。
In the subsequent period t2, the potential of the
さらに続く期間t3に、圧力室4の電極45に正電位の電圧(+V)を印加する。この状態では、図7(c)に示すように、圧力室4の両側にある圧電部材41に対し、図7(b)のときとは逆の方向に電界が作用し、圧電部材41がそれぞれ内側に変形することで、圧力室4の容積が収縮する。期間t3の経過後、圧力室4の電極45の電位をグランド電位(GND)にすることで、収縮していた圧力室4の容積が図7(a)の状態まで復帰する。この収縮と復帰によって残量振動を減衰させる。
A positive voltage (+V) is applied to the
このようにインクの吐出は、アクチュエーター5を駆動して圧力室4内の圧力を制御することによって行う。圧力室4の長手方向の端部が開放端になっている場合、アクチュエーター5を駆動させた際に生じる圧力室長手方向の液柱共鳴を、インクの吐出に利用している。すなわち、ヘルムホルツ共鳴を利用する構成のインクジェットヘッドとは異なる。液柱共鳴は、上述の圧力振動周期に圧力室4内のインクの音速を乗じた値が波長となる。圧力室4の長手方向の両端が開口している場合は、この波長の1/2波長共鳴管となる。
In this manner, the ink is ejected by driving the
1/2波長共鳴管の場合、図8のように圧力振幅と流速振幅を定在波で表すと、圧力室長手方向の中央部が圧力振幅最大であって流速振幅最小となる。一方、定在波の解放端では圧力振幅最小であって流速振幅最大となる。そこで、ノズル3は、圧力振幅が最も大きくなる長手方向の中央部に配置している。厳密に圧力振幅が最も大きくなる位置に限らず、その付近であってもよい。その付近の一例は1/10波長の範囲内である。ノズル3は、先端側に向かうにつれて径が小さくなるテーパー形状とするのが好ましい。ノズル3の基端側の直径は、例えば40~55μmである。ノズル3の先端側の直径は、例えば例えば20~30μmである。
In the case of a half-wave resonance tube, if the pressure amplitude and the flow velocity amplitude are represented by standing waves as shown in FIG. 8, the pressure amplitude is maximum and the flow velocity amplitude is minimum at the central portion in the longitudinal direction of the pressure chamber. On the other hand, at the release end of the standing wave, the pressure amplitude is minimum and the flow velocity amplitude is maximum. Therefore, the
ノズル3は、その開口付近にインクのメニスカスMを形成し(図9参照)、アクチュエーター5を駆動した際に生じる液柱共鳴による圧力変化をノズル3に導入して、インクを吐出する。テーパー形状としたノズル3は、先端側を狭い開口に絞ることでインクの流速を上げ、基端側の広い開口によって圧力室4に負荷を与えている。なお、インクを吐出しない静止時においては、圧力室4に負圧を与えてメニスカスMを凹型に保つ。すなわち、既述したように、インク供給圧力調整装置321によってインクジェットヘッド100内を大気圧に対して負圧に調整している。
The
液柱共鳴管の動作原理上、圧力室4の開放端位置では圧力変化が無いことが望ましい。そのためにインク待機室42を設けて圧力室4の両端を開放端としているが、現実にはアクチュエーター5を駆動したときの圧力室4とインク待機室42との間を出入りするインクの流れによって、圧力室4の両端にも圧力変化が生じることがある。この圧力変化に因る圧力振動が周囲のチャネルに伝搬するとクロストークの問題が起こり得るが、チャネル毎に分離したインク待機室42としたことで、周囲のチャネルへ圧力振動が伝搬するのを抑えている。さらに、各チャネルのインク待機室42はインク供給マニホールド44で連通するので、インク待機室42とインク供給マニホールド44との間に狭窄部43を設けて、インク供給マニホールド44を介しての圧力振動の伝搬を抑えている。
From the operating principle of the liquid column resonance tube, it is desirable that the pressure does not change at the open end position of the
また、例えばマルチドロップなどインクを高速で連続吐出する場合、インクの液滴を吐出した後、ノズル3内のインクのメニスカスMの状態が安定してから次のインクの液滴を吐出するのが好ましい。インクの吐出量など吐出状態を安定させるためである。仮に狭窄部43を設けなかった場合、吐出後にメニスカスMが元の状態に戻ろうとする復帰力と、これに抗するヘッド内のインクの質量によって、上述の液柱共鳴とは別の共振によるメニスカスMの振動が生じ、メニスカスMの状態が不安定になる。インク吐出直後はメニスカスMがノズル3外側に向かって凸に盛り上がるため、その次のインク吐出の速度が遅くなり駆動周波数が高い場合の印字品質を低下させる問題が起きることがある。インク待機室42とインク供給マニホールド44との間に配置した狭窄部43は、上述のチャネル間のクロストークの一因となる圧力伝搬を抑える。また狭窄部43の断面積と長さの調整によりインクが通過する際の抵抗を適切に設定することによって、メニスカスMの不要な振動を抑制し、メニスカスMの盛り上がりを抑え、メニスカスMを早く安定させて高品質の高速印字を可能にする。従って、例えば周波数50kHzで高速連続吐出を行ってもインクの吐出状態が安定化する。
Further, when ink is ejected continuously at high speed such as multi-drop, it is preferable to eject the next ink droplet after the state of the ink meniscus M in the
(第2実施形態)
続いて、第2実施形態に従うインクジェットヘッド100について説明する。第2実施形態に従うインクジェットヘッド100は、圧力室4の開放端を片側だけにして1/4波長共鳴管にしたことを除けば、第1実施形態のインクジェットヘッド100と同様の構成である。従って、第1実施形態のインクジェットヘッド100と同様の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明は省略する。
(Second embodiment)
Next, an
インクジェットヘッド100の圧力室4は、図10~図11に示すように、圧力室4の長手方向の片方の端部が開口し他方の端部を例えば枠状部材26で塞いでいる。開口している端部は、インク待機室42と連通する。このように長手方向の片方だけ開放端となっている圧力室4の場合、1/4波長共鳴管となる。1/4波長共鳴管の場合、図12のように圧力振幅と流速振幅を定在波で表すと、枠状部材26で塞がれている圧力室長手方向の最奥が固定端となって圧力振幅最大、流速振幅最小となる。一方、定在波の解放端では圧力振幅最小であって流速振幅最大となる。ノズル3は、圧力振幅が大きくなる長手方向の奥のところに配置する。勿論、その付近であってもよい。その付近の一例は1/10波長の範囲内である。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
本実施形態のインクジェットヘッド100も、第1実施形態と同様に、圧力室4の端部がインク待機室42に連通して開放端となっており、インク待機室42がチャネル毎に分離しており、狭窄部43を介してインク供給マニホールド44に連通している。従って、チャネル毎に分離したインク待機室42としたことによって、チャネル間での圧力振動の伝搬を抑えることができる。さらに、狭窄部43によって、インク供給マニホールド44を介しての圧力振動の伝搬を抑えることができる。
In the
さらに、インク待機室42とインク供給マニホールド44の間に狭窄部43を配置したことによって、チャネル間のクロストークの一因となる圧力の伝搬のみならず、吐出後のノズル3内のメニスカスMを不安定にする一因となる圧力振動も抑えることができる。
Furthermore, by arranging the
(第3実施形態)
続いて、第3実施形態に従うインクジェットヘッド100について説明する。第3実施形態に従うインクジェットヘッド100は、圧力緩和ノズルを設けたことを除けば、第1実施形態のインクジェットヘッド100と同様の構成である。従って、第1実施形態のインクジェットヘッド100と同様の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明は省略する。
(Third embodiment)
Next, an
図13に示すように、インクジェットヘッド100は、インク待機室42と連通する圧力緩和ノズル31をノズルプレート22に形成している。液柱共鳴に起因する圧力変化は、圧力室4の端部を開放端にしたことで抑えられるので、アクチュエーター5を駆動しても、圧力緩和ノズル31からインクは吐出しない。すなわち、圧力緩和ノズル31は、インクを吐出しないノズルである。インクを吐出するノズル3は、図14(a)に示すように、ノズル3外側に向かって断面積が小さくなるテーパー状とする必要がある。但し、テーパー状のノズル3は、圧力室4の負圧が増大しメニスカスMが図中破線のように圧力室4側へ後退すると、メニスカス力が弱まってノズル3から空気が入り易くなるので圧力緩和の能力は低い。そこで圧力緩和ノズル31は、図14(b)に示すように、寸胴状にするのが好ましい。寸胴状にするとメニスカスMが図中破線のようにインク待機室42側へ後退してもメニスカス力は変わらない。さらに圧力緩和ノズル31を複数設けてもよい。他の好ましい形状として、圧力緩和ノズル31は、図14(c)に示すように逆テーパー状にしてもよい。
As shown in FIG. 13 , the
圧力緩和ノズル31は、インクを吐出しないまでもノズル内のメニスカスMの位置や形状が変化するので、これにより圧力変化を抑えることができる。圧力緩和ノズル31は、その位置が圧力室4の端部から遠すぎると、その場所から圧力室4の端部までの間に圧力差が生じてしまうので、圧力室4の端部近傍が望ましい。さらに、圧力緩和ノズル31は、1個に限らない。図13の例では、3個の圧力緩和ノズル31を例えば狭窄部43側に向けて直列に配置している。このように、ノズルプレート22上のインク待機室42にあたる部分に穴を設けると、その穴に作られるメニスカスMによってインク待機室42の圧力変化を抑え、インク待機室42の圧力を更に安定化することができる。圧力緩和ノズル31はそのノズル内のメニスカスMの位置の変化によって圧力変化を吸収するが、圧力緩和ノズル31の個数が多いほどメニスカスMの位置が変化したときの体積変化量が大きいので個数が多いほど圧力変化を吸収する圧力緩和の能力が高い。図14(c)に示したような逆テーパー状の圧力緩和ノズル31はメニスカスMの位置が後退するほどメニスカスMの曲率が大きくなってメニスカス力が強くなるため圧力緩和ノズル31から空気が混入し難い利点がある。
Since the
(第4実施形態)
続いて、第4実施形態に従うインクジェットヘッド100について説明する。第4実施形態に従うインクジェットヘッド100は、圧力緩和ノズルを設けたことを除けば、第2実施形態のインクジェットヘッド100の構成と同様である。さらに、圧力緩和ノズルの形状等は、第3実施形態と同様である。従って、第2実施形態及び第3実施形態のインクジェットヘッド100と同様の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明は省略する。
(Fourth embodiment)
Next, an
インクジェットヘッド100の圧力室は、図15に示すように、圧力室4の長手方向の片方の端部が開口し他方の端部を例えば枠状部材26で塞いでいる。すなわち、第2実施形態と同様に1/4波長共鳴管となる。圧力緩和ノズル31は、インク待機室42と連通するようにノズルプレート22に形成している。このように、ノズルプレート22上のインク待機室42にあたる部分にノズルと同様の穴を設けたことにより、インク待機室42の圧力を更に安定化することができる。
As shown in FIG. 15, the pressure chambers of the
上述のいずれかの実施形態によれば、インクを吐出する際の影響が別のチャネルの吐出特性に及ぶのを抑えることのできるインクジェットヘッド100を提供することが可能である。
According to any of the above-described embodiments, it is possible to provide the
インクジェットヘッド100は、圧力室4を複数配置したシアモード型のアクチュエーター5に限らない。ドロップオンデマンド・ピエゾ方式のアクチュエーターなどであってもよい。
The
上述の実施形態では、インクジェットプリンタ10のインクジェットヘッド100を液体吐出ヘッドの一例として説明したが、液体吐出ヘッドは、3Dプリンタの造形材吐出ヘッド、分注装置の試料吐出ヘッドであってもよい。
In the above-described embodiment, the
上述の実施形態によれば、以下のような液体吐出ヘッドを提供することができる。
(1)液体を吐出する複数のノズルを形成したノズル部と、
前記各ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、
前記各圧力室の容積を変化させ、前記各圧力室に、前記圧力室内の長手方向の液柱共鳴による圧力変化を生じさせるアクチュエーターと、
前記各圧力室の長手方向の各開放端にそれぞれ連通し、互いに分離した複数の液体待機室と、を備えたことを特徴とする。
(2)前記各液体待機室にそれぞれ連通する複数の狭窄部と、
前記各狭窄部を介して前記各液体待機室と連通するマニホールドと、をさらに備える。
(3)前記狭窄部を液体が通過する断面積は、前記各液体待機室を液体が通過する断面積よりも小さい。
(4)前記狭窄部を液体が通過する断面積は、前記各圧力室を液体が通過する断面積よりも小さい。
(5)隣接する2つの前記各液体待機室をそれぞれに分離する壁部材を有する。
(6)前記圧力室に隣接して液体を導入しない複数の空気室があり、前記壁部材は前記隣接する2つの各液体待機室と空気室とを更に分離する。
(7)前記液体待機室は、インクを吐出しないノズルと連通している。
(8)隣接する2つの前記各液体待機室をそれぞれに分離する前記壁部材は、前記空気室の開口を塞ぐ壁部材を兼ねている。
According to the above-described embodiments, it is possible to provide the following liquid ejection head.
(1) a nozzle section having a plurality of nozzles for ejecting liquid;
a plurality of pressure chambers respectively communicating with the nozzles;
an actuator that changes the volume of each of the pressure chambers and causes pressure changes in each of the pressure chambers due to liquid column resonance in the longitudinal direction of the pressure chamber;
and a plurality of liquid standby chambers separated from each other and communicating with the longitudinal open ends of the pressure chambers.
(2) a plurality of constricted portions respectively communicating with the respective liquid waiting chambers;
a manifold that communicates with each of the liquid standby chambers through each of the constrictions.
(3) The cross-sectional area through which the liquid passes through the constricted portion is smaller than the cross-sectional area through which the liquid passes through each of the liquid standby chambers.
(4) The cross-sectional area through which the liquid passes through the constricted portion is smaller than the cross-sectional area through which the liquid passes through the pressure chambers.
(5) It has a wall member that separates each of the two adjacent liquid waiting chambers.
(6) Adjacent to said pressure chamber, there are a plurality of air chambers which do not introduce liquid, said wall members further separating each of said two adjacent liquid waiting chambers and air chambers.
(7) The liquid standby chamber communicates with nozzles that do not eject ink.
(8) The wall member that separates each of the two adjacent liquid standby chambers also serves as a wall member that closes the opening of the air chamber.
本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Embodiments of the invention are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
10 インクジェットプリンタ
100~103 インクジェットヘッド
2 ヘッド部
22 ノズルプレート
23 アクチュエーター基板
3 ノズル
31 圧力緩和ノズル
4 圧力室
41 圧電部材
42 インク待機室
43 狭窄部
44 インク供給マニホールド
5 アクチュエーター
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記各ノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、
前記各圧力室の容積を変化させ、前記各圧力室に、前記圧力室内の長手方向の液柱共鳴による圧力変化を生じさせるアクチュエーターと、
前記各圧力室の長手方向の各開放端にそれぞれ連通し、互いに分離した複数の液体待機室と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。 a nozzle section having a plurality of nozzles for ejecting liquid;
a plurality of pressure chambers respectively communicating with the nozzles;
an actuator that changes the volume of each of the pressure chambers and causes pressure changes in each of the pressure chambers due to liquid column resonance in the longitudinal direction of the pressure chamber;
A liquid ejection head comprising a plurality of liquid waiting chambers separated from each other and communicating with the longitudinal open ends of the pressure chambers.
前記各狭窄部を介して前記各液体待機室と連通するマニホールドと、をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 a plurality of constricted portions respectively communicating with the respective liquid waiting chambers;
2. The liquid ejection head according to claim 1, further comprising a manifold that communicates with each of the liquid standby chambers through each of the constricted portions.
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2021
- 2021-09-13 JP JP2021148945A patent/JP2023041524A/en active Pending
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