JP2023041524A - Liquid discharge head - Google Patents

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Noboru Nitta
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Abstract

To provide a liquid discharge head which can suppress that discharge of liquid affects on discharge characteristics of another channel.SOLUTION: A liquid discharge head includes a nozzle part, pressure chambers, an actuator and a liquid standby chamber. The nozzle part forms a plurality of nozzles which discharge liquid. The plurality of pressure chambers are respectively communicated with each nozzle. The actuator changes a volume of each pressure chamber and causes a pressure change due to liquid column resonance of longitudinal direction in the pressure chamber. The plurality of liquid standby chambers are communicated with each open end of the longitudinal direction of the respective pressure chambers and, further, are separated from each other.SELECTED DRAWING: Figure 3

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.

特開平4-156333号公報JP-A-4-156333 特開2011-194675号公報JP 2011-194675 A 特開2003-89203号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-89203 特開平11-147315号公報JP-A-11-147315 特開2003-39665号公報JP-A-2003-39665

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.

第1実施形態に従うインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an inkjet printer provided with an inkjet head according to a first embodiment; FIG. 上記インクジェットヘッドの斜視図である。It is a perspective view of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the head portion of the inkjet head; 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した平面図である。It is the top view which partially expanded the head part of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドの圧力室と空気室を拡大した断面図である。3 is an enlarged sectional view of pressure chambers and air chambers of the inkjet head; FIG. 上記インクジェットヘッドのアクチュエーターに与える駆動波形である。It is a drive waveform given to the actuator of the inkjet head. 上記駆動波形で駆動するアクチュエーターの動作説明図である。FIG. 4 is an operation explanatory diagram of an actuator driven by the drive waveform; 上記インクジェットヘッドの圧力室内に生じる液柱共鳴の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of liquid column resonance occurring in pressure chambers of the inkjet head; 上記インクジェットヘッドのノズルを拡大した断面図である。It is sectional drawing which expanded the nozzle of the said inkjet head. 第2実施形態に従うインクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view of the head portion of the inkjet head according to the second embodiment; 第2実施形態に従うインクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した平面図である。FIG. 8 is a partially enlarged plan view of the head portion of the inkjet head according to the second embodiment; 上記インクジェットヘッドの圧力室内に生じる液柱共鳴の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of liquid column resonance occurring in pressure chambers of the inkjet head; 第3実施形態に従うインクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した平面図である。FIG. 12 is a partially enlarged plan view of the head portion of the inkjet head according to the third embodiment; 上記インクジェットヘッドの圧力緩和ノズルを拡大した断面図である。4 is an enlarged cross-sectional view of a pressure relief nozzle of the inkjet head; FIG. 第4実施形態に従うインクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した平面図である。FIG. 12 is a partially enlarged plan view of the head portion of the inkjet head according to the fourth embodiment;

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 inkjet printer 10 that prints an image on a recording medium will be described as an example of an image forming apparatus equipped with the liquid ejection head of the embodiment. FIG. 1 shows a schematic configuration of an inkjet printer 10. As shown in FIG. The inkjet printer 10 includes a housing 11 that includes a cassette 12 that stores a sheet S, which is an example of a recording medium, an upstream transport path 13 for the sheet S, a transport belt 14 that transports the sheet S taken out from the cassette 12, a transport A plurality of inkjet heads 100 to 103 for ejecting ink droplets toward the sheet S on the belt 14, a downstream transport path 15 for the sheet S, a discharge tray 16, and a control board 17 are arranged. An operation unit 18 as a user interface is arranged on the upper side of the housing 11 .

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 computer 200, which is an externally connected device, for example. Image data generated by computer 200 is sent to control board 17 of inkjet printer 10 through cable 201 and connectors 202 and 203 .

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 pickup roller 204 supplies the sheets S one by one from the cassette 12 to the upstream transport path 13 . The upstream conveying path 13 is composed of feed roller pairs 131 and 132 and sheet guide plates 133 and 134 . The sheet S is sent to the upper surface of the conveying belt 14 via the upstream conveying path 13 . An arrow 104 in the drawing indicates the conveying path of the sheet S from the cassette 12 to the conveying belt 14 .

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 conveying belt 14 is a net-like endless belt with a large number of through holes formed on its surface. Three rollers, a driving roller 141 and driven rollers 142 and 143, support the conveying belt 14 so as to be rotatable. The motor 205 rotates the transport belt 14 by rotating the drive roller 141 . Motor 205 is an example of a drive device. Reference numeral 105 in the drawing indicates the direction of rotation of the conveyor belt 14 . A negative pressure container 206 is arranged on the back side of the conveying belt 14 . The negative pressure container 206 is connected to a decompression fan 207 . The fan 207 creates a negative pressure in the negative pressure container 206 by the generated air current, and causes the upper surface of the conveying belt 14 to adsorb and hold the sheet S. FIG. Reference numeral 106 in the figure indicates the air flow.

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 inkjet heads 100 to 103, which are examples of liquid ejection heads, are arranged so as to face the sheet S sucked and held on the conveying belt 14 with a slight gap of, for example, 1 mm. The inkjet heads 100 to 103 eject ink droplets toward the sheet S, respectively. The inkjet heads 100-103 print an image when the sheet S passes below. Each of the inkjet heads 100 to 103 has the same structure except that the colors of ink ejected are different. Ink colors are, for example, cyan, magenta, yellow, and black.

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 pressure adjusting devices 321 to 324 keeps the inside of each of the inkjet heads 100 to 103 negative with respect to the atmospheric pressure so that the ink does not leak from the nozzles 3 (see FIG. 2) of the inkjet heads 100 to 103 during standby. The pressure is adjusted to -1.2 kPa, for example. During image formation, the ink in each of the ink tanks 315-318 is supplied to each of the inkjet heads 100-103 by the ink supply pressure adjusting devices 321-324.

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 conveying belt 14 to the downstream conveying path 15 . The downstream conveying path 15 is composed of feed roller pairs 151 , 152 , 153 and 154 and sheet guide plates 155 and 156 that define the conveying path of the sheet S. As shown in FIG. The sheet S is sent to the discharge tray 16 from the discharge port 157 via the downstream conveying path 15 . An arrow 107 in the drawing indicates the conveying path of the sheet S. FIG.

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 inkjet heads 100 to 103 will be described. Although the inkjet head 100 will be described below with reference to FIGS. 2 to 5, the inkjet heads 101 to 103 have the same structure as the inkjet head 100.

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 inkjet head 100 includes a head section 2, which is an example of a liquid ejection section. Head section 2 is connected to flexible printed wiring board 21 . The head section 2 includes a nozzle plate 22, an actuator substrate 23, and an ink supply section 24, which is an example of a liquid supply section. The ink supply unit 24 is connected to the ink supply pressure adjusting device 321 of FIG. 1 via the ink flow path 311 .

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 wiring board 21 is mounted with a driving IC (Integrated Circuit) 25 which is a driver chip (hereinafter referred to as a driving IC). The drive IC 25 temporarily stores print data sent from the control board 17 of the inkjet printer 10, and gives a drive signal to each channel to eject ink at a predetermined timing.

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 nozzle plate 22, which is an example of the nozzle portion, is a rectangular plate made of resin such as polyimide or metal such as stainless steel. The nozzles 3 of each channel for ejecting ink are arranged along the longitudinal direction (X direction) of the nozzle plate 22 . The nozzle density is set within a range of 150 to 1200 dpi, for example. Although the nozzles 3 are arranged in one row in FIG. 2, they may be arranged in two or more rows.

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 nozzle plate 22 having the nozzles 3 formed thereon is attached to the actuator substrate 23 with, for example, a frame member 26 interposed therebetween. The actuator substrate 23 is a substrate made of insulating ceramics, for example. The frame member 26 is made of resin, for example. The ink pressure chambers 4 of each channel are arranged alternately with the air chambers 40 in the space surrounded by the nozzle plate 22, the frame member 26 and the actuator substrate 23, for example, in the longitudinal direction (X direction) of the nozzle plate 22. . The pressure chamber 4 of each channel for ejecting ink communicates with the nozzle 3 of each channel.

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 pressure chamber 4 is formed on the surface of the actuator substrate 23 by, for example, cutting two piezoelectric members 41 laminated in opposite polarization directions (opposing directions as an example) into a rectangular groove shape (FIG. 5). That is, the piezoelectric member 41 is formed so that its longitudinal direction extends in the lateral direction (Y direction) of the actuator substrate 23 . The piezoelectric member 41 is formed at a height that contacts the surface of the nozzle plate 22 . Therefore, the pressure chamber 4 has side walls of the piezoelectric member 41 standing on both sides in the short direction thereof, and is, for example, an elongated space with both ends in the longitudinal direction opened. Although the piezoelectric member 41 is formed to have a trapezoidal shape when viewed from the side, the shape of the piezoelectric member 41 when viewed from the side is not limited to the trapezoidal shape.

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 air chambers 40 are arranged on both sides of the pressure chamber 4 with the piezoelectric member 41 interposed therebetween. The air chamber 40 is formed by cutting the piezoelectric member 41 into, for example, a rectangular groove like the pressure chamber 4 , and closing the openings at both ends in the longitudinal direction with, for example, convex wall members 27 extending inward from the frame member 26 . A closed space where ink is not introduced. The wall member 27 is, for example, a resin wall.

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 pressure chamber 4 in the longitudinal direction communicate with the ink standby chambers 42 respectively. The ink standby chamber 42 is an example of a liquid standby chamber. Each ink waiting chamber 42 is separated from the ink waiting chamber 42 of the adjacent channel by, for example, a convex wall member 27 extending from the frame member 26 . That is, the ink standby chamber 42 is separated for each channel for ejecting ink. When the pressure chamber 4 has openings at both ends, an ink standby chamber 42 is provided at each end. The ink standby chamber 42 is laterally wider than the width of the opening of the pressure chamber 4 by the width of the piezoelectric members 41 on both sides in plan view. Further, when viewed in a vertical section, the space is extended in the vertical direction along the extension of the inclined surface of the piezoelectric member 41, for example. By making the space of the ink standby chamber 42 larger than the opening at the end of the pressure chamber 4 in this manner, both ends of the pressure chamber 4 are made open ends where pressure changes due to liquid column resonance, which will be described later, are small. However, the space of the ink waiting chamber 42 need not necessarily be expanded in both the horizontal direction and the vertical direction, but may be in either direction. Further, although the wall member 27 that partitions the ink standby chamber 42 of the adjacent channel is shared with the wall member 27 that blocks the opening of the air chamber 40, it may be formed separately. Furthermore, the wall member 27 may be formed of other members such as plates.

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 ink standby chambers 42 on both sides of the pressure chamber 4 communicate with the ink supply manifold 44 through the constricted portions 43 respectively. That is, the constricted portion 43 is provided for each ink standby chamber 42 of each channel. The narrowed portion 43 is, for example, a rectangular ink passage. As an example, the narrowed portion 43 is formed so as to penetrate the actuator substrate 23 in the height direction from the bottom surface of the outwardly convex portion of the ink waiting chamber 42 . As an example, the ink supply manifold 44 is formed in a groove shape on the surface of the ink supply section 24 along the arrangement direction (X direction) of the constriction sections 43 . By stacking the actuator substrate 23 and the ink supply section 24 , the constricted section 43 of each channel communicates with the ink supply manifold 44 . The opening area of the constricted portion 43 is at least smaller than the cross-sectional area of the ink standby chamber 42 . Further, the opening area of the pressure chamber 4 is normally further reduced. That is, it is preferable that the cross-sectional area through which the ink passes through the constricted portion 43 is smaller than the cross-sectional area through which the ink passes through the ink standby chamber 42 and the cross-sectional area through which the ink passes through the pressure chamber 4 . The length of the narrowed portion 43 is the thickness of the actuator substrate 23 . The resistance when the ink passes through the constricted portion 43 is determined by the opening area and length of the constricted portion 43. The smaller the opening area and the longer the length, the greater the resistance. In FIGS. 3 and 4, ink is supplied from both ink supply manifolds 44, but one of them may be used as an ink discharge manifold to circulate and supply ink to the pressure chambers 4. FIG. The ink supply manifold 44 and the ink discharge manifold are examples of manifolds that communicate with the narrowed portion 43 .

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 electrodes 45 are integrally formed on the bottom surface and both side surfaces of the pressure chamber 4, for example. The electrodes 45 of each pressure chamber 4 are connected to wiring electrodes 46 as individual electrodes. The electrodes 47 are integrally formed, for example, on the bottom surface and both side surfaces of the air chamber 40 . An electrode 47 of each air chamber 40 is connected to a wiring electrode 48 as a common electrode. The piezoelectric member 41 and the electrodes 45 and 47 sandwiching the piezoelectric member 41 constitute an actuator 5 that changes the volume of the pressure chamber 4 by shear mode deformation. The electrodes 45 and 47 and the wiring electrodes 46 and 48 are formed of a nickel thin film or the like by electroless plating, for example. In particular, the electrode 45 of the pressure chamber 4 may be covered with a protective film (not shown) so as not to come into contact with ink. The wiring electrode 46 from the pressure chamber 4 is connected to the flexible printed wiring board 21 at the end of the actuator substrate 23 , for example, and is connected to the drive driver (that is, drive circuit) of the drive IC 25 . A drive driver for each channel supplies, for example, a drive voltage as a drive signal to the actuator 5 for each channel. On the other hand, the wiring electrode 48 from the air chamber 40 is connected to the ground (GND), for example. With such a configuration, the actuator 5 to which the driving voltage is applied is applied with an electric field in a direction intersecting (preferably, perpendicularly) the polarization axis of the piezoelectric member 41, and the piezoelectric members 41 forming the side walls on both sides of the pressure chamber 4 are Transforms in shear mode.

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 actuator 5 . FIG. 6 also shows changes in the pressure of the ink in the pressure chamber 4 and the flow velocity of the ink during driving. The driving waveforms are a negative potential voltage (-V) during the period t1, a ground potential (GND) during the period t2, and a positive potential voltage (+V) during the period t3. The period t1 is set to, for example, half the period of the pressure vibration of the head section 2 . When the pressure oscillation period is, for example, 4.8 [μs], the period t1 is set to 2.4 [μs]. For example, the period t2 is 3.25 [μs], and the period t3 is 0.7 [μs], which is shorter than the period t2. At this time, the center interval between period t1 and period t3 is t1/2+t2+t3/2=(pressure vibration period).

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 electrodes 45 and 47 of the pressure chamber 4 and the air chamber 40 adjacent to each other are both ground potential (GND). In this state, the piezoelectric members 41 on both sides of the pressure chamber 4 are not distorted. FIG. 7B shows a state in which a negative potential voltage (-V) is applied to the electrode 45 of the pressure chamber 4 during the period t1 of the driving waveform of FIG. In this state, an electric field acts on the piezoelectric members 41 on both sides of the pressure chamber 4 in a direction orthogonal to the polarization direction, and the piezoelectric members 41 deform outward in a shear mode, thereby expanding the volume of the pressure chamber 4. do.

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 electrode 45 of the pressure chamber 4 is set to the ground potential (GND), so that the expanded volume of the pressure chamber 4 returns to the state shown in FIG. 7(a). By restoring the volume of the pressure chamber 4 at the end point of the period t1 set to 1/2 of the pressure vibration cycle, the pressure of the ink in the pressure chamber 4 increases as shown in FIG. A droplet of ink is ejected from the nozzle 3 . This pressure change utilizes liquid column resonance in the longitudinal direction of the pressure chamber, which will be described later in detail.

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 electrode 45 of the pressure chamber 4 in the subsequent period t3. In this state, as shown in FIG. 7(c), an electric field acts on the piezoelectric members 41 on both sides of the pressure chamber 4 in a direction opposite to that in FIG. The inward deformation causes the volume of the pressure chamber 4 to shrink. After the period t3 has passed, the potential of the electrode 45 of the pressure chamber 4 is set to the ground potential (GND), so that the contracted volume of the pressure chamber 4 returns to the state shown in FIG. 7(a). This contraction and return attenuate residual vibration.

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 actuator 5 and controlling the pressure in the pressure chamber 4 . When the longitudinal ends of the pressure chambers 4 are open ends, liquid column resonance in the longitudinal direction of the pressure chambers that occurs when the actuator 5 is driven is used for ejecting ink. In other words, it differs from an inkjet head that uses Helmholtz resonance. The wavelength of the liquid column resonance is the value obtained by multiplying the above-mentioned pressure vibration period by the speed of sound of the ink in the pressure chamber 4 . If both ends of the pressure chamber 4 in the longitudinal direction are open, it becomes a 1/2 wavelength resonance tube of this wavelength.

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 nozzle 3 is arranged in the central portion in the longitudinal direction where the pressure amplitude is the largest. Strictly speaking, the position is not limited to the position where the pressure amplitude is the largest, and it may be in the vicinity thereof. An example of its vicinity is within 1/10 wavelength. The nozzle 3 preferably has a tapered shape in which the diameter becomes smaller toward the tip side. The diameter of the proximal end of the nozzle 3 is, for example, 40-55 μm. The diameter of the nozzle 3 on the tip side is, for example, 20 to 30 μm.

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 nozzle 3 forms an ink meniscus M near its opening (see FIG. 9), introduces a pressure change due to liquid column resonance that occurs when the actuator 5 is driven into the nozzle 3, and ejects ink. The tapered nozzle 3 has a narrow opening on the tip end side to increase the ink flow rate, and a wide opening on the base end side applies a load to the pressure chamber 4 . When the ink is not ejected, the meniscus M is kept concave by applying a negative pressure to the pressure chamber 4 . That is, as described above, the ink supply pressure adjusting device 321 adjusts the inside of the inkjet head 100 to a negative pressure with respect to the atmospheric pressure.

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 pressure chamber 4 . For this reason, the ink standby chamber 42 is provided and both ends of the pressure chamber 4 are open ends. Pressure changes may also occur across the pressure chamber 4 . If the pressure vibration due to this pressure change propagates to the surrounding channels, a crosstalk problem may occur. ing. Furthermore, since the ink waiting chamber 42 of each channel communicates with each other through the ink supply manifold 44, a constricted portion 43 is provided between the ink waiting chamber 42 and the ink supply manifold 44 to prevent pressure vibration through the ink supply manifold 44. suppresses propagation.

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 nozzle 3 is stabilized after the ink droplet is ejected. preferable. This is for stabilizing the ejection state such as the ejection amount of the ink. If the constricted portion 43 were not provided, the meniscus would be formed by resonance other than the liquid column resonance described above, due to the restoring force that tends to return the meniscus M to its original state after ejection and the mass of the ink in the head that resists this force. An oscillation of M occurs and the state of the meniscus M becomes unstable. Since the meniscus M protrudes toward the outside of the nozzle 3 immediately after the ink is discharged, the speed of the next ink discharge becomes slow, which may cause a problem of degraded print quality when the drive frequency is high. A constriction 43 located between the ink waiting chamber 42 and the ink supply manifold 44 reduces pressure propagation that contributes to crosstalk between the channels discussed above. By adjusting the cross-sectional area and length of the constricted portion 43 to appropriately set the resistance when the ink passes, unnecessary vibration of the meniscus M is suppressed, swelling of the meniscus M is suppressed, and the meniscus M is quickly stabilized. to enable high-quality, high-speed printing. Therefore, even if high-speed continuous ejection is performed at a frequency of 50 kHz, for example, the ink ejection state is stabilized.

(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 inkjet head 100 according to the second embodiment will be described. The ink jet head 100 according to the second embodiment has the same configuration as the ink jet head 100 of the first embodiment, except that the open end of the pressure chamber 4 is only on one side to form a 1/4 wavelength resonator tube. Therefore, the same components as those of the inkjet head 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

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 pressure chambers 4 of the inkjet head 100 are open at one end in the longitudinal direction and closed at the other end by a frame member 26, for example. The open end communicates with the ink standby chamber 42 . In the case of the pressure chamber 4 having an open end on only one side in the longitudinal direction, it becomes a 1/4 wavelength resonance tube. In the case of a 1/4 wavelength resonance tube, if the pressure amplitude and the flow velocity amplitude are represented by standing waves as shown in FIG. Maximum pressure amplitude and minimum flow velocity amplitude. On the other hand, at the release end of the standing wave, the pressure amplitude is minimum and the flow velocity amplitude is maximum. The nozzle 3 is arranged at the depth in the longitudinal direction where the pressure amplitude is large. Of course, it may be in the vicinity thereof. An example of its vicinity is within 1/10 wavelength.

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 inkjet head 100 of this embodiment, as in the first embodiment, the end of the pressure chamber 4 is an open end communicating with the ink waiting chamber 42, and the ink waiting chamber 42 is separated for each channel. It communicates with the ink supply manifold 44 via the constricted portion 43 . Therefore, by providing the ink standby chamber 42 separated for each channel, it is possible to suppress the propagation of pressure vibration between the channels. Furthermore, the constricted portion 43 can suppress propagation of pressure vibration through the ink supply manifold 44 .

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 constricted portion 43 between the ink standby chamber 42 and the ink supply manifold 44, not only pressure propagation that causes crosstalk between channels but also the meniscus M in the nozzle 3 after ejection is suppressed. Pressure oscillations that contribute to instability can also be suppressed.

(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 inkjet head 100 according to the third embodiment will be described. The inkjet head 100 according to the third embodiment has the same configuration as the inkjet head 100 of the first embodiment, except that pressure relief nozzles are provided. Accordingly, the same components as those of the inkjet head 100 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

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 inkjet head 100 has pressure relief nozzles 31 in the nozzle plate 22 that communicate with the ink waiting chamber 42 . Since pressure changes caused by liquid column resonance are suppressed by opening the ends of the pressure chambers 4 , even if the actuator 5 is driven, ink is not ejected from the pressure relief nozzles 31 . That is, the pressure relaxation nozzles 31 are nozzles that do not eject ink. As shown in FIG. 14A, the nozzle 3 for ejecting ink must be tapered so that the cross-sectional area of the nozzle 3 decreases toward the outside. However, in the case of the tapered nozzle 3, when the negative pressure in the pressure chamber 4 increases and the meniscus M retreats toward the pressure chamber 4 as indicated by the dashed line in the figure, the meniscus force weakens, making it easier for air to enter from the nozzle 3. Mitigation capacity is low. Therefore, it is preferable that the pressure relief nozzle 31 has a cylindrical shape as shown in FIG. 14(b). In the case of the cylindrical shape, the meniscus force does not change even if the meniscus M retreats toward the ink standby chamber 42 as indicated by the dashed line in the figure. Furthermore, a plurality of pressure relief nozzles 31 may be provided. As another preferred shape, the pressure relieving nozzle 31 may have a reverse tapered shape as shown in FIG. 14(c).

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 pressure relief nozzle 31 changes the position and shape of the meniscus M in the nozzle even when ink is not ejected, it is possible to suppress the pressure change. If the position of the pressure relief nozzle 31 is too far from the end of the pressure chamber 4, a pressure difference will occur between that position and the end of the pressure chamber 4. Therefore, it is desirable that the pressure relief nozzle 31 is located near the end of the pressure chamber 4. . Furthermore, the number of pressure relief nozzles 31 is not limited to one. In the example of FIG. 13, three pressure relief nozzles 31 are arranged in series toward, for example, the narrowed portion 43 side. In this way, when the nozzle plate 22 is provided with a hole corresponding to the ink standby chamber 42, the pressure change in the ink standby chamber 42 is suppressed by the meniscus M formed in the hole, and the pressure in the ink standby chamber 42 is further stabilized. be able to. The pressure relaxation nozzles 31 absorb pressure changes due to changes in the position of the meniscus M within the nozzles. The higher the capacity of pressure relaxation to absorb pressure changes. 14(c), the curvature of the meniscus M increases as the position of the meniscus M recedes, and the meniscus force becomes stronger. It has a difficult advantage.

(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 inkjet head 100 according to the fourth embodiment will be described. The inkjet head 100 according to the fourth embodiment has the same configuration as the inkjet head 100 of the second embodiment, except that the pressure relief nozzle is provided. Furthermore, the shape and the like of the pressure relief nozzle are the same as in the third embodiment. Accordingly, the same components as those of the inkjet heads 100 of the second and third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

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 inkjet head 100 are opened at one end in the longitudinal direction of the pressure chamber 4 and closed at the other end by a frame member 26, for example. That is, it becomes a 1/4 wavelength resonance tube as in the second embodiment. The pressure relief nozzles 31 are formed in the nozzle plate 22 so as to communicate with the ink standby chamber 42 . By providing holes similar to the nozzles in the nozzle plate 22 corresponding to the ink standby chamber 42 in this manner, the pressure in the ink standby chamber 42 can be further stabilized.

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 inkjet head 100 that can suppress the influence of ink ejection on the ejection characteristics of another channel.

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 inkjet head 100 is not limited to the shear mode type actuator 5 in which a plurality of pressure chambers 4 are arranged. A drop-on-demand piezo type actuator or the like may also be used.

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 inkjet head 100 of the inkjet printer 10 has been described as an example of a liquid ejection head, but the liquid ejection head may be a modeling material ejection head of a 3D printer or a sample ejection head of a dispensing device.

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 LIST 10 inkjet printer 100 to 103 inkjet head 2 head section 22 nozzle plate 23 actuator substrate 3 nozzle 31 pressure relief nozzle 4 pressure chamber 41 piezoelectric member 42 ink waiting chamber 43 constricted section 44 ink supply manifold 5 actuator

Claims (6)

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.
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、請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。 3. The liquid ejection head according to claim 1, wherein a cross-sectional area through which liquid passes through said constricted portion is smaller than a cross-sectional area through which liquid passes through each of said liquid standby chambers. 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、請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。 3. The liquid ejection head according to claim 1, wherein a cross-sectional area through which liquid passes through said constricted portion is smaller than a cross-sectional area through which liquid passes through each of said pressure chambers. 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請求項1~4に記載の液体吐出ヘッド。 5. The liquid ejection head according to claim 1, further comprising a wall member separating each of the two adjacent liquid waiting chambers. 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請求項5に記載の液体吐出ヘッド。 6. A liquid ejection head according to claim 5, wherein there are a plurality of air chambers adjacent to said pressure chambers to which no liquid is introduced, said wall member further separating each of said two adjacent liquid standby chambers from said air chambers.
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