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JP2011110730A - Liquid delivering head, liquid delivering apparatus using the same, and recording apparatus - Google Patents

Liquid delivering head, liquid delivering apparatus using the same, and recording apparatus Download PDF

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JP2011110730A
JP2011110730A JP2009266961A JP2009266961A JP2011110730A JP 2011110730 A JP2011110730 A JP 2011110730A JP 2009266961 A JP2009266961 A JP 2009266961A JP 2009266961 A JP2009266961 A JP 2009266961A JP 2011110730 A JP2011110730 A JP 2011110730A
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2002/14306Flow passage between manifold and chamber

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】共通流路に生じる定在波の影響を受け難い液体吐出ヘッド、およびそれを用いた液体吐出装置、ならびに記録装置を提供する。
【解決手段】一方方向に長い、両端が閉じた共通流路205aと、共通流路205aの両端以外の部分に繋がっている液体供給路205cと、共通流路の途中に、それぞれ複数の液体加圧室210を介して繋がっている複数の液体吐出孔と、複数の液体加圧室210内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを有する液体吐出ヘッドであって、共通流路205aの両端部分の断面積が中央部分の断面積よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッドを用いる。
【選択図】図6
A liquid discharge head that is not easily affected by standing waves generated in a common flow path, a liquid discharge apparatus using the liquid discharge head, and a recording apparatus are provided.
A common flow path 205a that is long in one direction and closed at both ends, a liquid supply path 205c that is connected to a portion other than both ends of the common flow path 205a, and a plurality of liquid additions respectively in the middle of the common flow path. A liquid discharge head having a plurality of liquid discharge holes connected via the pressure chambers 210 and a plurality of pressurization units that pressurize the liquid in the plurality of liquid pressurization chambers 210, respectively, A liquid discharge head is used in which the cross-sectional area of both end portions is smaller than the cross-sectional area of the central portion.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッド、およびそれを用いた液体吐出装置、ならびにそれを用いて画像を印刷する記録装置に関するものである。   The present invention relates to a liquid discharge head that discharges droplets, a liquid discharge apparatus that uses the liquid discharge head, and a recording apparatus that prints an image using the liquid discharge head.

近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ELディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。   In recent years, printing apparatuses using inkjet recording methods such as inkjet printers and inkjet plotters are not only printers for general consumers, but also, for example, formation of electronic circuits, manufacture of color filters for liquid crystal displays, manufacture of organic EL displays It is also widely used for industrial applications.

このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。   In such an ink jet printing apparatus, a liquid discharge head for discharging liquid is mounted as a print head. This type of print head includes a heater as a pressurizing unit in an ink flow path filled with ink, heats and boiles the ink with the heater, pressurizes the ink with bubbles generated in the ink flow path, A thermal head system that ejects ink as droplets from the ink ejection holes, and a part of the wall of the ink channel filled with ink is bent and displaced by a displacement element, and the ink in the ink channel is mechanically pressurized, and the ink A piezoelectric method for discharging liquid droplets from discharge holes is generally known.

また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。   In addition, in such a liquid discharge head, a serial type that performs recording while moving the liquid discharge head in a direction (main scanning direction) orthogonal to the conveyance direction (sub-scanning direction) of the recording medium, and main scanning from the recording medium There is a line type in which recording is performed on a recording medium conveyed in the sub-scanning direction with a liquid discharge head that is long in the direction fixed. The line type has the advantage that high-speed recording is possible because there is no need to move the liquid discharge head as in the serial type.

シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。   In order to print droplets at a high density in any of the serial type and line type liquid discharge heads, the density of the liquid discharge holes for discharging the droplets formed in the liquid discharge head must be increased. There is a need to.

そこで液体吐出ヘッドを、マニホールド(共通流路)およびマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる液体吐出孔を有した流路部材と、前記液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられたアクチュエータユニットの変位素子を変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に600dpiの解像度で印刷が可能とされている。   Therefore, a liquid discharge head is provided so as to cover the liquid pressurization chamber and a flow path member having a liquid discharge hole connecting the manifold (common flow path) and the manifold via a plurality of liquid pressurization chambers, respectively. A structure in which an actuator unit having a plurality of displacement elements is laminated is known (for example, see Patent Document 1). In this liquid ejection head, the liquid pressurizing chambers connected to the plurality of liquid ejection holes are arranged in a matrix, and the displacement elements of the actuator unit provided so as to cover the chambers are displaced so that each liquid ejection chamber Ink is ejected and printing is possible at a resolution of 600 dpi in the main scanning direction.

特開2003−305852号公報JP 2003-305852 A

しかしながら、特許文献1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、例えば、変位素子を駆動する駆動周波数を高くしようとしたり、変位素子の変位量を大きくしたり、解像度をさらに高くするために共通流路に繋がっている液体加圧室の間隔を狭くしたり、小型化するために共通流路の断面積を小さくしようとしたりすると、液体加圧室の中の液体に加えられた圧力が、共通流路に伝わり、共通流路の液体が共振して、共通流路に定在波が起きることがあった。   However, in the liquid ejection head described in Patent Document 1, for example, an attempt is made to increase the driving frequency for driving the displacement element, to increase the displacement amount of the displacement element, or to connect to the common flow path in order to further increase the resolution. If the interval between the liquid pressurizing chambers is narrowed or the cross-sectional area of the common flow path is reduced in order to reduce the size, the pressure applied to the liquid in the liquid pressurizing chamber is applied to the common flow path. In some cases, the liquid in the common flow path resonates and a standing wave is generated in the common flow path.

そして、定在波が起きると、その圧力が液体加圧室に伝わり、吐出特性が変動することがある。特に、定在波の影響で生じる吐出特性の変動は、周期的になることがあり、印刷に使用した際の画像に周期的に影響が出て目立つおそれがあった。   When a standing wave occurs, the pressure is transmitted to the liquid pressurizing chamber, and the discharge characteristics may fluctuate. In particular, fluctuations in the ejection characteristics caused by the influence of standing waves may be periodic, and there is a possibility that the image when used for printing will be periodically affected and noticeable.

したがって、本発明の目的は、共通流路に生じる定在波の影響を受け難い液体吐出ヘッド、およびそれを用いた液体吐出装置、ならびに記録装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head that is not easily affected by standing waves generated in a common flow path, a liquid discharge apparatus using the liquid discharge head, and a recording apparatus.

本発明の液体吐出ヘッドは、一方方向に長い、両端が閉じた共通流路と、該共通流路の両端以外の部分に繋がっている液体供給路と、前記共通流路の途中に、それぞれ複数の液体加圧室を介して繋がっている複数の液体吐出孔と、前記複数の液体加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを有する液体吐出ヘッドであって、前記共通流路の両端部分の断面積が中央部分の断面積よりも小さいことを特徴とする。   The liquid discharge head according to the present invention includes a common channel that is long in one direction and closed at both ends, a liquid supply channel that is connected to a portion other than both ends of the common channel, and a plurality of channels in the middle of the common channel. A liquid discharge head having a plurality of liquid discharge holes connected through the liquid pressurization chambers and a plurality of pressurization units that pressurize the liquid in the plurality of liquid pressurization chambers, respectively, The cross-sectional area of the both end parts is smaller than the cross-sectional area of the center part.

前記共通流路の長さをL(mm)としたとき、前記共通流路のうちの両端から長さL/4の部分までの平均断面積が前記共通流路のうちの中央の長さL/2の部分の平均断面積の半分以下であることが好ましい。   When the length of the common flow path is L (mm), the average cross-sectional area from both ends of the common flow path to the portion of length L / 4 is the central length L of the common flow path. It is preferable that it is not more than half of the average cross-sectional area of the portion of / 2.

前記共通流路の断面積の変化が滑らかであることが好ましい。   It is preferable that the change in the cross-sectional area of the common channel is smooth.

また、本発明の液体吐出装置は、前記液体吐出ヘッドと、前記複数の加圧部の駆動を制御する制御部とを備えている液体吐出装置であって、前記制御部は、前記共通流路内の液体が1次の共振振動する振動周期の0.53倍以下の駆動周期で前記加圧部を駆動するように制御することを特徴とする。   The liquid discharge apparatus of the present invention is a liquid discharge apparatus including the liquid discharge head and a control unit that controls driving of the plurality of pressurizing units, and the control unit includes the common flow path. Control is performed so that the pressurization unit is driven with a driving cycle of 0.53 times or less of a vibration cycle in which the liquid in the primary resonance vibrates.

さらに、本発明の記録装置は、前記液体吐出装置と、記録媒体を前記液体吐出装置に対して搬送する搬送部とを備えていることを特徴とする。   Furthermore, the recording apparatus of the present invention includes the liquid ejecting apparatus and a transport unit that transports a recording medium to the liquid ejecting apparatus.

本発明の液体吐出ヘッドによれば、一方方向に長い、両端が閉じた共通流路と、該共通流路の両端以外の部分に繋がっている液体供給路と、前記共通流路の途中に、それぞれ複数の液体加圧室を介して繋がっている複数の液体吐出孔と、前記複数の液体加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを有する液体吐出ヘッドであって、前記共通流路の両端部分の断面積が中央部分の断面積よりも小さいことにより、共通流路内の液体に生じる定在波の周波数が高くなり、定在波が生じにくくなる。   According to the liquid ejection head of the present invention, a common flow path that is long in one direction and closed at both ends, a liquid supply path that is connected to a portion other than both ends of the common flow path, and in the middle of the common flow path, A liquid discharge head having a plurality of liquid discharge holes connected via a plurality of liquid pressurization chambers, and a plurality of pressurization units that pressurize the liquid in the plurality of liquid pressurization chambers, respectively, When the cross-sectional area of the both end portions of the flow path is smaller than the cross-sectional area of the central part, the frequency of the standing wave generated in the liquid in the common flow path becomes high and the standing wave is hardly generated.

前記共通流路の長さをL(mm)としたとき、前記共通流路のうちの両端から長さL/4の部分までの平均断面積が前記共通流路のうちの中央の長さL/2の部分の平均断面積の半分以下である場合、共通流路内の液体に生じる定在波の周波数がより高くなり、定在波がより生じにくくなる。   When the length of the common flow path is L (mm), the average cross-sectional area from both ends of the common flow path to the portion of length L / 4 is the central length L of the common flow path. When the ratio is less than half of the average cross-sectional area of the / 2 portion, the frequency of the standing wave generated in the liquid in the common flow path becomes higher, and the standing wave is less likely to be generated.

前記共通流路の断面積の変化が滑らかである場合、断面積が急激に変わる部分の前後で繋がっている液体吐出素子の吐出特性に大きな変動が生じにくくなる。   When the change in the cross-sectional area of the common flow path is smooth, it is difficult for large fluctuations to occur in the discharge characteristics of the liquid discharge elements connected before and after the portion where the cross-sectional area changes rapidly.

また、本発明の液体吐出装置は、前記液体吐出ヘッドと、前記複数の加圧部の駆動を制御する制御部とを備えている液体吐出装置であって、前記制御部は、前記共通流路内の液体が1次の共振振動する振動周期の0.53倍以下の駆動周期で前記加圧部を駆動するように制御することにより、駆動周期が、前記共通流路の両端が腹同士となる中でもっとも周波数の低い定在波であって、もっとも生じやすい1次の共振振動の振動周期よりも十分低くなり、定在波が励起されにくくなる。   The liquid discharge apparatus of the present invention is a liquid discharge apparatus including the liquid discharge head and a control unit that controls driving of the plurality of pressurizing units, and the control unit includes the common flow path. By controlling so that the pressurizing unit is driven at a driving cycle of 0.53 times or less of the vibration cycle in which the liquid in the primary resonance vibrates, the driving cycle is such that both ends of the common channel are antinodes. Thus, the standing wave has the lowest frequency and is sufficiently lower than the vibration period of the primary resonance vibration that is most likely to occur, and the standing wave is difficult to be excited.

さらに、本発明の記録装置は、前記液体吐出装置と、記録媒体を前記液体吐出装置に対して搬送する搬送部とを備えていることにより、共通流路に励起される定在波の影響が少なくなり、記録精度を高くすることができる。   Furthermore, the recording apparatus of the present invention includes the liquid ejecting apparatus and a transport unit that transports the recording medium to the liquid ejecting apparatus. As a result, the recording accuracy can be increased.

本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a printer that is a recording apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a head body that constitutes the liquid ejection head of FIG. 1. 図2の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 図3のV−V線に沿った縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view along the VV line of FIG. (a)および(b)は、試料No.1および2の液体吐出ヘッドにおける、1つの副マニホールドに繋がっているノズルからの吐出速度を示したグラフである。(A) and (b) are samples No. 6 is a graph showing a discharge speed from a nozzle connected to one sub-manifold in the liquid discharge heads 1 and 2; (a)は、共通流路の周辺の形態を示した模式図である。(b)および(c)は、(a)に示した共通流路に生じる定在波を示した模式図である。(A) is the schematic diagram which showed the form of the periphery of a common flow path. (B) And (c) is the schematic diagram which showed the standing wave which arises in the common flow path shown to (a). (a)〜(f)は、液体吐出ヘッドの共通流路の形状を示した模式図である。(A)-(f) is the schematic diagram which showed the shape of the common flow path of a liquid discharge head. (a)〜(e)は、液体吐出ヘッドの共通流路の形状を示した模式図である。(A)-(e) is the schematic diagram which showed the shape of the common flow path of a liquid discharge head.

図1は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ1(以下、プリンタ1とする)は、4つの液体吐出ヘッド2を有している。これらの液体吐出ヘッド2は、印刷用紙Pの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ1に固定されている。液体吐出ヘッド2は、図1の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color ink jet printer which is a recording apparatus including a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention. This color inkjet printer 1 (hereinafter referred to as printer 1) has four liquid ejection heads 2. These liquid discharge heads 2 are arranged along the conveyance direction of the printing paper P and are fixed to the printer 1. The liquid discharge head 2 has an elongated shape in a direction from the front to the back in FIG.

プリンタ1には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、給紙ユニット114、搬送ユニット120および紙受け部116が順に設けられている。また、プリンタ1には、液体吐出ヘッド2や給紙ユニット114などのプリンタ1の各部における動作を制御するための制御部100が設けられている。   In the printer 1, a paper feed unit 114, a transport unit 120, and a paper receiver 116 are sequentially provided along the transport path of the printing paper P. In addition, the printer 1 is provided with a control unit 100 for controlling the operation of each unit of the printer 1 such as the liquid discharge head 2 and the paper feeding unit 114.

給紙ユニット114は、複数枚の印刷用紙Pを収容することができる用紙収容ケース115と、給紙ローラ145とを有している。給紙ローラ145は、用紙収容ケース115に積層して収容された印刷用紙Pのうち、最も上にある印刷用紙Pを1枚ずつ送り出すことができる。   The paper supply unit 114 includes a paper storage case 115 that can store a plurality of printing papers P, and a paper supply roller 145. The paper feed roller 145 can send out the uppermost print paper P among the print papers P stacked and stored in the paper storage case 115 one by one.

給紙ユニット114と搬送ユニット120との間には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、二対の送りローラ118aおよび118b、ならびに、119aおよび119bが配置されている。給紙ユニット114から送り出された印刷用紙Pは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット120へと送り出される。   Between the paper feed unit 114 and the transport unit 120, two pairs of feed rollers 118a and 118b and 119a and 119b are arranged along the transport path of the printing paper P. The printing paper P sent out from the paper supply unit 114 is guided by these feed rollers and further sent out to the transport unit 120.

搬送ユニット120は、エンドレスの搬送ベルト111と2つのベルトローラ106および107を有している。搬送ベルト111は、ベルトローラ106および107に巻き掛けられている。搬送ベルト111は、2つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト111は、2つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な2つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら2つの平面のうち、液体吐出ヘッド2に近い方の平面が、印刷用紙Pを搬送する搬送面127である。   The transport unit 120 includes an endless transport belt 111 and two belt rollers 106 and 107. The conveyor belt 111 is wound around belt rollers 106 and 107. The conveyor belt 111 is adjusted to such a length that it is stretched with a predetermined tension when it is wound around two belt rollers. Thus, the conveyor belt 111 is stretched without slack along two parallel planes each including a common tangent line of the two belt rollers. Of these two planes, the plane closer to the liquid ejection head 2 is a transport surface 127 that transports the printing paper P.

ベルトローラ106には、図1に示されるように、搬送モータ174が接続されている。搬送モータ174は、ベルトローラ106を矢印Aの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ107は、搬送ベルト111に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ174を駆動してベルトローラ106を回転させることにより、搬送ベルト111は、矢印Aの方向に沿って移動する。   As shown in FIG. 1, a conveyance motor 174 is connected to the belt roller 106. The transport motor 174 can rotate the belt roller 106 in the direction of arrow A. The belt roller 107 can rotate in conjunction with the transport belt 111. Therefore, the conveyance belt 111 moves along the direction of arrow A by driving the conveyance motor 174 and rotating the belt roller 106.

ベルトローラ107の近傍には、ニップローラ138とニップ受けローラ139とが、搬送ベルト111を挟むように配置されている。ニップローラ138は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ138の下方のニップ受けローラ139は、下方に付勢されたニップローラ138を、搬送ベルト111を介して受け止めている。2つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト111に連動して回転する。   In the vicinity of the belt roller 107, a nip roller 138 and a nip receiving roller 139 are arranged so as to sandwich the conveyance belt 111. The nip roller 138 is urged downward by a spring (not shown). A nip receiving roller 139 below the nip roller 138 receives the nip roller 138 biased downward via the conveying belt 111. The two nip rollers are rotatably installed and rotate in conjunction with the conveyance belt 111.

給紙ユニット114から搬送ユニット120へと送り出された印刷用紙Pは、ニップローラ138と搬送ベルト111との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の搬送面127に押し付けられ、搬送面127上に固着する。そして、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の回転に従って、液体吐出ヘッド2が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト111の外周面113に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Pを搬送面127に確実に固着させることができる。   The printing paper P sent out from the paper supply unit 114 to the transport unit 120 is sandwiched between the nip roller 138 and the transport belt 111. As a result, the printing paper P is pressed against the transport surface 127 of the transport belt 111 and is fixed on the transport surface 127. The printing paper P is transported in the direction in which the liquid ejection head 2 is installed according to the rotation of the transport belt 111. The outer peripheral surface 113 of the conveyor belt 111 may be treated with adhesive silicon rubber. Thereby, the printing paper P can be securely fixed to the transport surface 127.

4つの液体吐出ヘッド2は、搬送ベルト111による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド2は、下端にヘッド本体13を有している。ヘッド本体13の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔8が設けられている(図4参照)。   The four liquid discharge heads 2 are arranged close to each other along the conveyance direction by the conveyance belt 111. Each liquid discharge head 2 has a head body 13 at the lower end. A number of liquid ejection holes 8 for ejecting liquid are provided on the lower surface of the head body 13 (see FIG. 4).

1つの液体吐出ヘッド2に設けられた液体吐出孔8からは、同じ色の液滴(インク)が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド2の液体吐出孔8は一方方向(印刷用紙Pと平行で印刷用紙P搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド2の長手方向)に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド2から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)およびブラック(K)である。各液体吐出ヘッド2は、ヘッド本体13の下面と搬送ベルト111の搬送面127との間にわずかな隙間をおいて配置されている。   Liquid droplets (ink) of the same color are ejected from the liquid ejection holes 8 provided in one liquid ejection head 2. Since the liquid ejection holes 8 of each liquid ejection head 2 are arranged at equal intervals in one direction (a direction parallel to the printing paper P and perpendicular to the conveyance direction of the printing paper P and the longitudinal direction of the liquid ejection head 2), Printing can be performed without gaps in one direction. The colors of the liquid ejected from each liquid ejection head 2 are magenta (M), yellow (Y), cyan (C), and black (K), respectively. Each liquid ejection head 2 is disposed with a slight gap between the lower surface of the head body 13 and the transport surface 127 of the transport belt 111.

搬送ベルト111によって搬送された印刷用紙Pは、液体吐出ヘッド2と搬送ベルト111との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド2を構成するヘッド本体13から印刷用紙Pの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Pの上面には、制御部100によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。   The printing paper P transported by the transport belt 111 passes through the gap between the liquid ejection head 2 and the transport belt 111. At that time, droplets are ejected from the head main body 13 constituting the liquid ejection head 2 toward the upper surface of the printing paper P. As a result, a color image based on the image data stored by the control unit 100 is formed on the upper surface of the printing paper P.

搬送ユニット120と紙受け部116との間には、剥離プレート140と二対の送りローラ121aおよび121bならびに122aおよび122bとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Pは、搬送ベルト111によって剥離プレート140へと搬送される。このとき、印刷用紙Pは、剥離プレート140の右端によって、搬送面127から剥離される。そして、印刷用紙Pは、送りローラ121a〜122bによって、紙受け部116に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Pが順次紙受け部116に送られ、紙受け部116に重ねられる。   A separation plate 140 and two pairs of feed rollers 121a and 121b and 122a and 122b are arranged between the transport unit 120 and the paper receiver 116. The printing paper P on which the color image is printed is conveyed to the peeling plate 140 by the conveying belt 111. At this time, the printing paper P is peeled from the transport surface 127 by the right end of the peeling plate 140. Then, the printing paper P is sent out to the paper receiving unit 116 by the feed rollers 121a to 122b. In this way, the printed printing paper P is sequentially sent to the paper receiving unit 116 and stacked on the paper receiving unit 116.

なお、印刷用紙Pの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド2とニップローラ138との間には、紙面センサ133が設置されている。紙面センサ133は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Pの先端位置を検出することができる。紙面センサ133による検出結果は制御部100に送られる。制御部100は、紙面センサ133から送られた検出結果により、印刷用紙Pの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド2や搬送モータ174等を制御することができる。   Note that a paper surface sensor 133 is installed between the liquid ejection head 2 and the nip roller 138 that are the most upstream in the transport direction of the printing paper P. The paper surface sensor 133 includes a light emitting element and a light receiving element, and can detect the leading end position of the printing paper P on the transport path. The detection result by the paper surface sensor 133 is sent to the control unit 100. The control unit 100 can control the liquid ejection head 2, the conveyance motor 174, and the like so that the conveyance of the printing paper P and the printing of the image are synchronized based on the detection result sent from the paper surface sensor 133.

次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体13について説明する。図2は、図1に示されたヘッド本体13を示す平面図である。図3は、図2の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体13の一部である。いずれも一部の流路を省略して描いている。なお、図2および図3において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータユニット21の下方に位置したり、流路部材4の内部構造であるために破線で描くべきマニホールド5、液体加圧室10、しぼり12および液体吐出孔8などを実線で描いている。図4は図3のV−V線に沿った縦断面図である。   Next, the head main body 13 constituting the liquid discharge head of the present invention will be described. FIG. 2 is a plan view showing the head main body 13 shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view of a region surrounded by a one-dot chain line in FIG. 2 and is a part of the head main body 13. In both cases, some of the flow paths are omitted. 2 and 3, in order to make the drawings easier to understand, the manifold 5 and the liquid pressurizing chamber which are located below the piezoelectric actuator unit 21 and which should be drawn with a broken line because of the internal structure of the flow path member 4. 10, the squeeze 12 and the liquid discharge hole 8 are drawn by solid lines. 4 is a longitudinal sectional view taken along the line VV in FIG.

ヘッド本体13は、平板状の流路部材4と、流路部材4上に、アクチュエータユニットである圧電アクチュエータユニット21を有している。圧電アクチュエータユニット21は長方形状を有しており、その長方形の1対の平行な対向する辺が流路部材4の長手方向に平行になるように流路部材4の上面に配置されている。   The head body 13 includes a flat plate-like flow path member 4 and a piezoelectric actuator unit 21 that is an actuator unit on the flow path member 4. The piezoelectric actuator unit 21 has a rectangular shape, and is disposed on the upper surface of the flow path member 4 so that a pair of parallel opposing sides of the rectangle are parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4.

流路部材4の内部には液体流路の一部であるマニホールド5が形成されている。4本のマニホールド5は流路部材4の長手方向に沿って延び、細長い形状を有する副マニホールド5aと、副マニホールド5aから流路部材4の上面のマニホールド5の開口5bとを繋ぐ液体供給路5cとを含む。マニホールド5には開口5bを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。   A manifold 5 that is a part of the liquid flow path is formed inside the flow path member 4. The four manifolds 5 extend along the longitudinal direction of the flow path member 4, and a liquid supply path 5 c that connects the sub-manifold 5 a having an elongated shape and the opening 5 b of the manifold 5 on the upper surface of the flow path member 4 from the sub-manifold 5 a. Including. The manifold 5 is supplied with liquid from a liquid tank (not shown) through the opening 5b.

また、詳細は後述するが、副マニホールド(共通流路)5aは両端が閉じており、液体供給路5cは副マニホールド(共通流路)5aの両端以外の部分に繋がっており、副マニホールド(共通流路)5aの両端部分の断面積が中央部分の断面積よりも小さくなっている。断面積は、副マニホールド(共通流路)5aの深さを変えることにより変えられている。また、液体供給路5cの断面積は、副マニホールド(共通流路)5aの端の断面積より小さくなっている。   Although details will be described later, both ends of the sub-manifold (common flow path) 5a are closed, and the liquid supply path 5c is connected to portions other than both ends of the sub-manifold (common flow path) 5a. The cross-sectional area of both ends of the flow path) 5a is smaller than the cross-sectional area of the central part. The cross-sectional area is changed by changing the depth of the sub-manifold (common flow path) 5a. The cross-sectional area of the liquid supply path 5c is smaller than the cross-sectional area of the end of the sub-manifold (common flow path) 5a.

流路部材4は、複数の液体加圧室10がマトリクス状(すなわち、2次元的かつ規則的)に形成されている。液体加圧室10は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室10は流路部材4の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室10は、流路部材4の上面における圧電アクチュエータユニット21に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室10によって形成された各液体加圧室群は圧電アクチュエータユニット21とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室10の開口は、流路部材4の上面に圧電アクチュエータユニット21が接着されることで閉塞されている。   The flow path member 4 has a plurality of liquid pressurizing chambers 10 formed in a matrix (that is, two-dimensionally and regularly). The liquid pressurizing chamber 10 is a hollow region having a substantially rhombic planar shape with rounded corners. The liquid pressurizing chamber 10 is formed so as to open on the upper surface of the flow path member 4. These liquid pressurizing chambers 10 are arranged over almost the entire surface of the upper surface of the flow path member 4 facing the piezoelectric actuator unit 21. Therefore, each liquid pressurizing chamber group formed by these liquid pressurizing chambers 10 occupies an area having almost the same size and shape as the piezoelectric actuator unit 21. Further, the opening of each liquid pressurizing chamber 10 is closed by adhering the piezoelectric actuator unit 21 to the upper surface of the flow path member 4.

本実施形態では、図2に示されているように、副マニホールド5aは、流路部材4の短手方向に互いに平行に並んだ4列並んでいる。各副マニホールド5aにしぼり12を介して繋がっている液体加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ液体加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に4列に配列されている。副マニホールド5aにしぼり12を介して繋がっている液体加圧室10の並ぶ列は副マニホールド5aの両側に2列ずつ配列されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the sub-manifolds 5 a are arranged in four rows arranged in parallel to each other in the short direction of the flow path member 4. The liquid pressurizing chambers 10 connected to the sub-manifolds 5a through the squeezing 12 constitute a row of liquid pressurizing chambers 10 arranged in the longitudinal direction of the flow path member 4 at equal intervals, and the row is a short direction. Are arranged in four rows parallel to each other. Two rows of liquid pressurizing chambers 10 connected to the sub-manifold 5a through the squeezing 12 are arranged on both sides of the sub-manifold 5a.

全体では、副マニホールド5aに繋がる液体加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ液体加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に16列配列されている。液体吐出孔8もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に600dpiの解像度で画像形成が可能となっている。これは、図3に示した長手方向に平行な仮想直線に直交するように投影した場合、仮想直線のRの範囲に、各副マニホールド5a繋がっている4つの液体吐出孔8、つまり全部で16個の液体吐出孔8が600dpiの等間隔になっているということである。これは、1つの副マニホールド5aには、しぼり12を介して液体加圧室10が長手方向に平均150dpiの間隔で繋がっているということである。なお、図3においては、仮想直線のRの範囲に投影されない範囲の液体吐出孔8と液体吐出孔8から液体加圧室に繋がっている流路とは省略してある。   As a whole, the liquid pressurizing chambers 10 connected to the sub-manifold 5a constitute a row of liquid pressurizing chambers 10 arranged at equal intervals in the longitudinal direction of the flow path member 4, and the rows are parallel to each other in the short direction. It is arranged in a column. The liquid discharge holes 8 are also arranged in the same manner. As a result, it is possible to form an image with a resolution of 600 dpi in the longitudinal direction as a whole. This is because, when projected so as to be orthogonal to a virtual straight line parallel to the longitudinal direction shown in FIG. 3, four liquid discharge holes 8 connected to each sub-manifold 5a in the range of R of the virtual straight line, that is, a total of 16 That is, the liquid discharge holes 8 are equally spaced at 600 dpi. This means that the liquid pressurizing chamber 10 is connected to one sub-manifold 5a at an interval of 150 dpi on the average in the longitudinal direction via the throttle 12. In FIG. 3, the liquid ejection holes 8 that are not projected onto the range R of the imaginary straight line and the flow paths that connect the liquid ejection holes 8 to the liquid pressurizing chamber are omitted.

圧電アクチュエータユニット21の上面における各液体加圧室10に対向する位置には後述する個別電極35がそれぞれ形成されている。個別電極35は液体加圧室10より一回り小さく、液体加圧室10とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット21の上面における液体加圧室10と対向する領域内に収まるように配置されている。   Individual electrodes 35 to be described later are formed at positions facing the liquid pressurizing chambers 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator unit 21. The individual electrode 35 is slightly smaller than the liquid pressurizing chamber 10, has a shape substantially similar to the liquid pressurizing chamber 10, and fits in a region facing the liquid pressurizing chamber 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator unit 21. Is arranged.

流路部材4の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔8が形成されている。これらの液体吐出孔8は、流路部材4の下面側に配置された副マニホールド5aと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔8は、流路部材4の下面側における圧電アクチュエータユニット21と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔は、1つの群として圧電アクチュエータユニット21とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット21の変位素子50を変位させることにより液体吐出孔8から液滴が吐出できる。液体吐出孔8の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔8は、流路部材4の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。   A large number of liquid discharge holes 8 are formed in the liquid discharge surface on the lower surface of the flow path member 4. These liquid discharge holes 8 are arranged at a position avoiding a region facing the sub-manifold 5 a arranged on the lower surface side of the flow path member 4. Further, these liquid discharge holes 8 are arranged in a region facing the piezoelectric actuator unit 21 on the lower surface side of the flow path member 4. These liquid discharge holes occupy an area having almost the same size and shape as the piezoelectric actuator unit 21 as one group, and the liquid discharge holes 8 are displaced by displacing the displacement elements 50 of the corresponding piezoelectric actuator units 21. Droplets can be discharged from The arrangement of the liquid discharge holes 8 will be described in detail later. The liquid discharge holes 8 in each region are arranged at equal intervals along a plurality of straight lines parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4.

ヘッド本体13に含まれる流路部材4は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材4の上面から順に、キャビティプレート22、ベースプレート23、アパーチャ(しぼり)プレート24、サプライプレート25、26、マニホールドプレート27、28、29、カバープレート30およびノズルプレート31である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路32および副マニホールド5aを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体13は、図5に示されているように、液体加圧室10は流路部材4の上面に、副マニホールド5aは内部の下面側に、液体吐出孔8は下面にと、個別流路32を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室10を介して副マニホールド5aと液体吐出孔8とが繋がる構成を有している。   The flow path member 4 included in the head body 13 has a stacked structure in which a plurality of plates are stacked. These plates are a cavity plate 22, a base plate 23, an aperture (squeezing) plate 24, supply plates 25 and 26, manifold plates 27, 28 and 29, a cover plate 30 and a nozzle plate 31 in order from the upper surface of the flow path member 4. is there. A number of holes are formed in these plates. Each plate is aligned and laminated so that these holes communicate with each other to form the individual flow path 32 and the sub-manifold 5a. As shown in FIG. 5, the head main body 13 has a liquid pressurizing chamber 10 on the upper surface of the flow path member 4, the sub-manifold 5a on the inner lower surface side, and the liquid discharge holes 8 on the lower surface. Each portion constituting the path 32 is disposed close to each other at different positions, and the sub manifold 5 a and the liquid discharge hole 8 are connected via the liquid pressurizing chamber 10.

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第1に、キャビティプレート22に形成された液体加圧室10である。第2に、液体加圧室10の一端から副マニホールド5aへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート23(詳細には液体加圧室10の入り口)からサプライプレート25(詳細には副マニホールド5aの出口)までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート24に形成されたしぼり12と、サプライプレート25、26に形成された個別供給流路6とが含まれている。   The holes formed in each plate will be described. These holes include the following. First, the liquid pressurizing chamber 10 formed in the cavity plate 22. Second, there is a communication hole that forms a flow path that connects from one end of the liquid pressurizing chamber 10 to the sub-manifold 5a. This communication hole is formed in each plate from the base plate 23 (specifically, the inlet of the liquid pressurizing chamber 10) to the supply plate 25 (specifically, the outlet of the sub manifold 5a). The communication hole includes the aperture 12 formed in the aperture plate 24 and the individual supply flow path 6 formed in the supply plates 25 and 26.

第3に、液体加圧室10の他端から液体吐出孔8へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ(部分流路)と呼称される。ディセンダは、ベースプレート23(詳細には液体加圧室10の出口)からノズルプレート31(詳細には液体吐出孔8)までの各プレートに形成されている。   Third, there is a communication hole that constitutes a flow channel that communicates from the other end of the liquid pressurizing chamber 10 to the liquid discharge hole 8, and this communication hole is referred to as a descender (partial flow channel) in the following description. . The descender is formed on each plate from the base plate 23 (specifically, the outlet of the liquid pressurizing chamber 10) to the nozzle plate 31 (specifically, the liquid discharge hole 8).

第4に、副マニホールド5aを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート27〜29に形成されている。なお、副マニホールド5aの位置によっては、マニホールドプレート29には孔が形成されていない部分があり、これにより、副マニホールド5aの断面積が変えられている。   Fourthly, there is a communication hole constituting the sub-manifold 5a. The communication holes are formed in the manifold plates 27 to 29. Depending on the position of the sub-manifold 5a, the manifold plate 29 may have a portion where no hole is formed, whereby the cross-sectional area of the sub-manifold 5a is changed.

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド5aからの液体の流入口(副マニホールド5aの出口)から液体吐出孔8に至る個別流路32を構成している。副マニホールド5aに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔8から吐出される。まず、副マニホールド5aから上方向に向かって、個別供給流路6を通り、しぼり12の一端部に至る。次に、しぼり12の延在方向に沿って水平に進み、しぼり12の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室10の一端部に至る。さらに、液体加圧室10の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室10の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔8へと進む。   Such communication holes are connected to each other to form an individual flow path 32 from the liquid inflow port (the outlet of the submanifold 5a) from the submanifold 5a to the liquid discharge hole 8. The liquid supplied to the sub manifold 5a is discharged from the liquid discharge hole 8 through the following path. First, from the sub-manifold 5a, it passes through the individual supply flow path 6 and reaches one end of the aperture 12. Next, it proceeds horizontally along the extending direction of the aperture 12 and reaches the other end of the aperture 12. From there, it reaches one end of the liquid pressurizing chamber 10 upward. Further, the liquid pressurizing chamber 10 proceeds horizontally along the extending direction of the liquid pressurizing chamber 10 and reaches the other end of the liquid pressurizing chamber 10. While moving little by little in the horizontal direction from there, it proceeds mainly downward and proceeds to the liquid discharge hole 8 opened on the lower surface.

圧電アクチュエータユニット21は、図5に示されるように、2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層21a、21bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット21全体の厚さは40μm程度である。圧電セラミック層21a、21bのいずれの層も複数の液体加圧室10を跨ぐように延在している(図3参照)。これらの圧電セラミック層21a、21bは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなる。   As shown in FIG. 5, the piezoelectric actuator unit 21 has a laminated structure including two piezoelectric ceramic layers 21a and 21b. Each of these piezoelectric ceramic layers 21a and 21b has a thickness of about 20 μm. The total thickness of the piezoelectric actuator unit 21 is about 40 μm. Each of the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b extends so as to straddle the plurality of liquid pressurizing chambers 10 (see FIG. 3). The piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are made of a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material having ferroelectricity.

圧電アクチュエータユニット21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極34およびとAu系などの金属材料からなる個別電極35を有している。個別電極35は上述のように圧電アクチュエータユニット21の上面における液体加圧室10と対向する位置に配置されている。個別電極35の一端は、液体加圧室10と対向する領域外に引き出されて接続電極36が形成されている。この接続電極36は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが15μm程度で凸状に形成されている。また、接続電極36は、図示されていないFPC(Flexible Printed Circuit)に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極35には、制御部100からFPCを通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。   The piezoelectric actuator unit 21 includes a common electrode 34 made of a metal material such as Ag—Pd and an individual electrode 35 made of a metal material such as Au. As described above, the individual electrode 35 is disposed at a position facing the liquid pressurizing chamber 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator unit 21. One end of the individual electrode 35 is drawn out of a region facing the liquid pressurizing chamber 10 to form a connection electrode 36. The connection electrode 36 is made of, for example, silver-palladium containing glass frit, and has a convex shape with a thickness of about 15 μm. The connection electrode 36 is electrically joined to an electrode provided in an FPC (Flexible Printed Circuit) (not shown). Although details will be described later, a drive signal is supplied to the individual electrode 35 from the control unit 100 through the FPC. The drive signal is supplied in a constant cycle in synchronization with the conveyance speed of the print medium P.

共通電極34は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極34は、圧電アクチュエータユニット21に対向する領域内の全ての液体加圧室10を覆うように延在している。共通電極34の厚さは2μm程度である。共通電極34は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層21b上において、個別電極35からなる電極群を避ける位置に個別電極35とは異なる表面電極(不図示)が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層21bの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極34と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極35と同様に、FPC上の別の電極と接続されている。   The common electrode 34 is formed over almost the entire surface in the area between the piezoelectric ceramic layer 21a and the piezoelectric ceramic layer 21b. That is, the common electrode 34 extends so as to cover all the liquid pressurizing chambers 10 in the region facing the piezoelectric actuator unit 21. The thickness of the common electrode 34 is about 2 μm. The common electrode 34 is grounded in a region not shown, and is held at the ground potential. In the present embodiment, a surface electrode (not shown) different from the individual electrode 35 is formed on the piezoelectric ceramic layer 21b at a position avoiding the electrode group composed of the individual electrodes 35. The surface electrode is electrically connected to the common electrode 34 through a through-hole formed in the piezoelectric ceramic layer 21b, and is connected to another electrode on the FPC in the same manner as many individual electrodes 35. ing.

図5に示されるように、共通電極34と個別電極35とは、最上層の圧電セラミック層21bのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層21bにおける個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット21においては、最上層の圧電セラミック層21bのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック21aは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット21はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。   As shown in FIG. 5, the common electrode 34 and the individual electrode 35 are disposed so as to sandwich only the uppermost piezoelectric ceramic layer 21b. A region sandwiched between the individual electrode 35 and the common electrode 34 in the piezoelectric ceramic layer 21b is referred to as an active portion, and the piezoelectric ceramic in that portion is polarized. In the piezoelectric actuator unit 21 of the present embodiment, only the uppermost piezoelectric ceramic layer 21b includes an active portion, and the piezoelectric ceramic 21a does not include an active portion and functions as a diaphragm. The piezoelectric actuator unit 21 has a so-called unimorph type configuration.

なお、後述のように、個別電極35に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極35に対応する液体加圧室10内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路32を通じて、対応する液体吐出口8から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット21における各液体加圧室10に対向する部分は、各液体加圧室10および液体吐出口8に対応する個別の変位素子50(アクチュエータ)に相当する。つまり、2枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図5に示されているような構造を単位構造とする変位素子50が液体加圧室10毎に、液体加圧室10の直上に位置する振動板21a、共通電極34、圧電セラミック層21b、個別電極35により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット21には加圧部である変位素子50が複数含まれている。なお、本実施形態において1回の吐出動作によって液体吐出口8から吐出される液体の量は5〜7pl(ピコリットル)程度である。   As will be described later, when a predetermined drive signal is selectively supplied to the individual electrode 35, pressure is applied to the liquid in the liquid pressurizing chamber 10 corresponding to the individual electrode 35. As a result, droplets are discharged from the corresponding liquid discharge ports 8 through the individual flow paths 32. That is, the portion of the piezoelectric actuator unit 21 that faces each liquid pressurizing chamber 10 corresponds to an individual displacement element 50 (actuator) corresponding to each liquid pressurizing chamber 10 and the liquid discharge port 8. That is, in the laminate composed of two piezoelectric ceramic layers, the displacement element 50 having a unit structure as shown in FIG. 5 is provided immediately above the liquid pressurizing chamber 10 for each liquid pressurizing chamber 10. Are formed by a diaphragm 21a, a common electrode 34, a piezoelectric ceramic layer 21b, and individual electrodes 35, and the piezoelectric actuator unit 21 includes a plurality of displacement elements 50 as pressurizing portions. In the present embodiment, the amount of liquid ejected from the liquid ejection port 8 by one ejection operation is about 5 to 7 pl (picoliter).

多数の個別電極35は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがFPC上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御手段に電気的に接続されている。   A large number of individual electrodes 35 are individually electrically connected to the actuator control means via contacts and wirings on the FPC so that potentials can be individually controlled.

本実施形態における圧電アクチュエータユニット21においては、個別電極35を共通電極34と異なる電位にして圧電セラミック層21bに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層21bは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層21aは、個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット21は、上側(つまり、液体加圧室10とは離れた側)の圧電セラミック層21bを、活性部を含む層とし、かつ下側(つまり、液体加圧室10に近い側)の圧電セラミック層21aを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。   In the piezoelectric actuator unit 21 in the present embodiment, when an electric field is applied in the polarization direction to the piezoelectric ceramic layer 21b by setting the individual electrode 35 to a potential different from that of the common electrode 34, the portion to which this electric field is applied is piezoelectric. It works as an active part that is distorted by the effect. At this time, the piezoelectric ceramic layer 21b expands or contracts in the thickness direction, that is, the stacking direction, and tends to contract or extend in the direction perpendicular to the stacking direction, that is, the surface direction, due to the piezoelectric lateral effect. On the other hand, since the remaining piezoelectric ceramic layer 21a is an inactive layer that does not have a region sandwiched between the individual electrode 35 and the common electrode 34, it does not spontaneously deform. In other words, the piezoelectric actuator unit 21 uses the upper piezoelectric ceramic layer 21b (that is, the side away from the liquid pressurizing chamber 10) as a layer including the active portion and the lower side (that is, close to the liquid pressurizing chamber 10). This is a so-called unimorph type configuration in which the piezoelectric ceramic layer 21a on the side) is an inactive layer.

この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極35を共通電極34に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層21bの電極に挟まれた部分(活性部)が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層21aは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層21bと圧電セラミック層21aとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層21bは液体加圧室10側へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。   In this configuration, when the individual electrode 35 is set to a predetermined positive or negative potential with respect to the common electrode 34 by the actuator controller so that the electric field and the polarization are in the same direction, a portion sandwiched between the electrodes of the piezoelectric ceramic layer 21b. (Active part) contracts in the surface direction. On the other hand, the piezoelectric ceramic layer 21a, which is an inactive layer, is not affected by an electric field, so that it does not spontaneously shrink and tries to restrict deformation of the active portion. As a result, there is a difference in strain in the polarization direction between the piezoelectric ceramic layer 21b and the piezoelectric ceramic layer 21a, and the piezoelectric ceramic layer 21b is deformed so as to protrude toward the liquid pressurizing chamber 10 (unimorph deformation). .

本実施の形態における実際の駆動手順は、予め個別電極35を共通電極34より高い電位(以下高電位と称す)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極35を共通電極34と一旦同じ電位(以下低電位と称す)とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極35が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層21a、bが元の形状に戻り、液体加圧室10の容積が初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加する。このとき、液体加圧室10内に負圧が与えられ、液体がマニホールド5側から液体加圧室10内に吸い込まれる。その後再び個別電極35を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層21a、bが液体加圧室10側へ凸となるように変形し、液体加圧室10の容積減少により液体加圧室10内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極35に供給することになる。このパルス幅は、液体加圧室10内において圧力波がマニホールド5から液体吐出孔8まで伝播する時間長さであるAL(Acoustic Length)が理想的である。これによると、液体加圧室10内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。   In the actual driving procedure in this embodiment, the individual electrode 35 is set to a potential higher than the common electrode 34 (hereinafter referred to as a high potential) in advance, and the individual electrode 35 is temporarily set to the same potential as the common electrode 34 every time there is a discharge request. (Hereinafter referred to as a low potential), and then set to a high potential again at a predetermined timing. As a result, the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b return to the original shape at the timing when the individual electrode 35 becomes low potential, and the volume of the liquid pressurizing chamber 10 is compared with the initial state (the state where the potentials of both electrodes are different). To increase. At this time, a negative pressure is applied to the liquid pressurizing chamber 10 and the liquid is sucked into the liquid pressurizing chamber 10 from the manifold 5 side. Thereafter, at the timing when the individual electrode 35 is set to a high potential again, the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are deformed so as to protrude toward the liquid pressurizing chamber 10, and the volume of the liquid pressurizing chamber 10 is reduced so that the inside of the liquid pressurizing chamber 10 Becomes a positive pressure, the pressure on the liquid rises, and droplets are ejected. That is, a drive signal including a pulse based on a high potential is supplied to the individual electrode 35 in order to eject a droplet. The ideal pulse width is AL (Acoustic Length), which is the length of time during which the pressure wave propagates from the manifold 5 to the liquid discharge hole 8 in the liquid pressurizing chamber 10. According to this, when the inside of the liquid pressurizing chamber 10 is reversed from the negative pressure state to the positive pressure state, both pressures are combined, and the liquid droplet can be ejected with a stronger pressure.

また、階調印刷においては、液体吐出孔8から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量(体積)で階調表現が行われる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する液体吐出孔8から連続して行なう。一般に、液体吐出を連続して行なう場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をALとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。   In gradation printing, gradation expression is performed by the number of droplets ejected continuously from the liquid ejection holes 8, that is, the droplet amount (volume) adjusted by the number of droplet ejections. For this reason, the number of droplet discharges corresponding to the specified gradation expression is continuously performed from the liquid discharge hole 8 corresponding to the specified dot region. In general, when liquid ejection is performed continuously, it is preferable that the interval between pulses supplied to eject liquid droplets is AL. As a result, the period of the residual pressure wave of the pressure generated when discharging the previously discharged liquid droplet coincides with the pressure wave of the pressure generated when discharging the liquid droplet discharged later, and these are superimposed. Thus, the pressure for discharging the droplet can be amplified.

そして、制御部100は、このような駆動信号を液体吐出ヘッド2の各変位素子50に繰り返し送ることにより、画像を印刷することができる。液滴を吐出する際の駆動信号、および液滴を吐出しない際の不吐出の駆動信号(単に信号が送られない場合も含む)は、各変位素子50は一定の周期で送られ、その周期を駆動周期、その周波数を駆動周波数と呼ぶ。全面を同一色で印刷する場合などは、各液体吐出素子50が駆動周期毎に駆動されることになる。なお、実際の駆動信号は、上述の1つの引き打ちの信号により1滴の液滴を吐出信号以外に、引き打ちの信号の後に個別流路32内の液体に残っている残留振動を少なくするようにキャンセル信号を加えたり、階調表現をするために1ヵ所に複数の液滴が着弾するように複数の引き打ちの信号が含まれていたりする場合もある。また、当然押し打ちによる吐出を行なってもよい。いずれにしても、液体吐出素子50から連続して吐出が行なわれる際には、駆動周期毎に駆動信号が加えられることになる。   The control unit 100 can print an image by repeatedly sending such a drive signal to each displacement element 50 of the liquid ejection head 2. Each displacement element 50 is sent at a constant cycle, and a drive signal when ejecting a droplet and a non-ejection drive signal when not ejecting a droplet (including a case where no signal is sent) are sent. Is called a drive cycle, and its frequency is called a drive frequency. For example, when the entire surface is printed with the same color, each liquid ejection element 50 is driven every driving cycle. Note that the actual drive signal reduces the residual vibration remaining in the liquid in the individual flow channel 32 after the strike signal, in addition to the ejection signal of one droplet by the one strike signal described above. In some cases, a cancel signal is added, or a plurality of strike signals are included so that a plurality of liquid droplets are landed at one place for gradation expression. Of course, ejection by pushing may be performed. In any case, when discharge is continuously performed from the liquid discharge element 50, a drive signal is applied every drive cycle.

このようなプリンタ1では、加圧部である変位素子50が駆動されると、液体吐出孔8から液滴が吐出されるが、その際に、液体の圧力が液体加圧室10からしぼり12を通って、共通流路である副マニホールド5aにも伝わる。つまり、共通流路には、それに繋がっている複数の加圧部から駆動周期毎に圧力が伝わってくるため、その圧力により定在波が生じることがある。   In such a printer 1, when the displacement element 50, which is a pressurizing unit, is driven, a droplet is ejected from the liquid ejection hole 8. At this time, the pressure of the liquid is reduced from the liquid pressurizing chamber 10. Then, it is also transmitted to the sub-manifold 5a which is a common flow path. That is, in the common flow path, pressure is transmitted from the plurality of pressurization units connected to the common flow path for each driving cycle, and thus standing waves may be generated by the pressure.

図5(a)には、停止状態から1および10回目に吐出された液滴の速度が示されている。駆動を繰り返すうちに、それぞれの液体吐出孔から吐出される液滴の吐出速度は、変動し、1回目の吐出と10回目の吐出では、吐出速度の傾向が異なっている。これは、共通流路に生じた定在波の圧力がしぼりを通じて影響したものである。10回目以降は、ほぼ同様の吐出速度の傾向が続くようになり、この分布は共通流路内での位置に関係した、周期的なものになっている。なお、図5(a)の10回目の吐出速度の分布は、1ヶ所で極小値、2ヶ所で極大値をとなっているが、液体の吐出速度は、共通流路から受ける圧力が大きければ、速くなるという単純なものではなく、この分布は、後述の1次(基本)共振の定在波が生じたことによる結果と考えられる。   FIG. 5A shows the velocity of the droplets ejected at the first and tenth times from the stopped state. As the driving is repeated, the ejection speed of the liquid droplets ejected from the respective liquid ejection holes varies, and the tendency of the ejection speed differs between the first ejection and the tenth ejection. This is due to the influence of the standing wave pressure generated in the common channel through the squeezing. From the 10th time onward, almost the same tendency of the discharge speed continues, and this distribution is periodic in relation to the position in the common flow path. The distribution of the discharge speed at the tenth time in FIG. 5 (a) has a minimum value at one place and a maximum value at two places, but the discharge speed of the liquid is high if the pressure received from the common flow path is large. This distribution is not a simple one, and this distribution is considered to be a result of the occurrence of a standing wave of the first-order (fundamental) resonance described later.

ここで共通流路に生じる定在波について説明する。図6(a)は共通流路205aおよびその周辺の構造の模式図である。   Here, standing waves generated in the common flow path will be described. FIG. 6A is a schematic diagram of the common channel 205a and the surrounding structure.

共通流路205aの両端は閉じており、中央で液体供給路205cに繋がっている。液体供給路205cの断面積は、共通流路205aの断面積よりも小さくなっている。液体供給路205cの断面積が小さくなっていることにより、共通流路205a内の液体の圧力は、液体供給路205に伝わりやすくなっており、液体供給路205cが繋がる位置は共通流路205a内の定在波にあまり影響を与えない。また、共通流路205aの両端は閉じているため圧力振動の変動が最大になる定在波の腹の部分になる。両端が腹になる状態に影響を与えないように、液体供給路205cは両端には設けず、共通流路205aの中央のL/2の範囲に設けるのが好ましい。   Both ends of the common flow path 205a are closed and connected to the liquid supply path 205c at the center. The cross-sectional area of the liquid supply path 205c is smaller than the cross-sectional area of the common flow path 205a. Since the cross-sectional area of the liquid supply path 205c is small, the pressure of the liquid in the common flow path 205a is easily transmitted to the liquid supply path 205, and the position where the liquid supply path 205c is connected is within the common flow path 205a. Does not affect the standing wave of Further, since both ends of the common flow path 205a are closed, it becomes an antinode of the standing wave where the fluctuation of the pressure vibration is maximized. The liquid supply path 205c is preferably not provided at both ends so as not to affect the state where both ends become abdomen, and is preferably provided in the range of L / 2 in the center of the common flow path 205a.

以下、共通流路205aの長さをLmm(以下で単位であるmmを省略することがある)として説明する。なお、共通流路205aは直線状である必要はなく、曲線状であってもよく、途中で折れ曲がる角部があってもよい。それらの場合、共通流路205aの長さLは断面の面積中心を結んできる線分の合計の長さである。共通流路205aの断面積は一定でありBmm(以下で単位であるmmを省略することがある)である。 Hereinafter, the length of the common flow path 205a will be described as Lmm (hereinafter, the unit mm may be omitted). The common flow path 205a does not need to be linear, may be curved, and may have a corner that bends in the middle. In these cases, the length L of the common flow path 205a is the total length of the line segments that can connect the area centers of the cross sections. The cross-sectional area of the common flow path 205a is constant and is Bmm 2 (hereinafter, the unit mm 2 may be omitted).

共通流路205aは長さ方向にわたって、複数の液体加圧室10がしぼり212を介して繋がっている。特に限定されるわけではないが、しぼり212の繋がっている間隔は、等間隔になるか、0.1mmおよび0.2mmの間隔が交互になるなど、一定のパターンを繰り返す間隔となる。図示していないが、液体加圧室10には、その体積を変える加圧部が隣接しており、液体加圧室10から液体吐出孔に繋がる流路が形成されている。   A plurality of liquid pressurizing chambers 10 are connected to each other through a squeezing 212 in the common flow path 205a over the length direction. Although not particularly limited, the intervals at which the apertures 212 are connected are equal intervals or intervals at which a constant pattern is repeated, such as alternating intervals of 0.1 mm and 0.2 mm. Although not shown, the liquid pressurizing chamber 10 is adjacent to a pressurizing unit that changes its volume, and a flow path that connects the liquid pressurizing chamber 10 to the liquid discharge hole is formed.

共通流路205aの長さLの全体にわたってしぼり212が繋がっているものに限定されるわけではないが、本発明の定在波を抑制する構造は、しぼり212が繋がっている範囲が共通流路205aの長さLの半分以上である場合により有用であり、特に長さLの全体に繋がっている場合に有用である。   Although not limited to the structure in which the aperture 212 is connected over the entire length L of the common flow path 205a, the structure for suppressing standing waves of the present invention has a range in which the aperture 212 is connected in the common flow path. It is more useful when it is more than half the length L of 205a, and particularly useful when it is connected to the entire length L.

このような共通流路205aを有する液体吐出ヘッドを駆動すると、上述のように加圧部から生じる圧力が共通流路205aに伝わり、定在波を起こすことがある。図6(b)は、定在波のうちで1次(基本)共振により生じている定在波280aの圧力変動を模式的に共通流路205aに重ね合わせた図である。定在波280aは、共通流路205aの閉じた両端で圧力変動が最大になる腹になっており、共通流路205aの中央に向かうにつれて、圧力変動がしだいに小さくなり、共通流路205aの中央で圧力変動が0の節になっている。   When the liquid discharge head having such a common flow path 205a is driven, the pressure generated from the pressurizing unit as described above is transmitted to the common flow path 205a, and a standing wave may be generated. FIG. 6B is a diagram in which the pressure fluctuation of the standing wave 280a generated by the primary (basic) resonance among the standing waves is schematically superimposed on the common channel 205a. The standing wave 280a has an antinode where the pressure fluctuation becomes maximum at both closed ends of the common flow path 205a, and the pressure fluctuation gradually decreases toward the center of the common flow path 205a. In the center, the pressure fluctuation is zero.

図6(c)は定在波のうちで2次共振により生じている定在波280bの圧力変動を模式的に共通流路205aに重ね合わせた図である。定在波280bは、共通流路205aの閉じた両端および中央で圧力変動が最大になる腹になっており、共通流路205aの一端からL/4および3L/4の所で圧力変動が0の節になっている。   FIG. 6C is a diagram in which the pressure fluctuation of the standing wave 280b generated by the secondary resonance among the standing waves is schematically superimposed on the common channel 205a. The standing wave 280b has an antinode where the pressure fluctuation becomes maximum at both closed ends and the center of the common flow path 205a, and the pressure fluctuation is 0 at L / 4 and 3L / 4 from one end of the common flow path 205a. It has become a clause.

定在波は、駆動周期にもよるが、励起されるのに必要なエネルギーのもっとも低い1次共振の定在波が生じやすい。また、駆動信号の周期に近い共振周期や駆動信号の周期の整数倍に近い共振周期の定在波がある場合、その定在波が生じやすい。そして、定在波が生じ、その影響が大きい場合、図5(a)に示したような周期的な吐出速度の変動が生じるおそれがある。   Although the standing wave depends on the driving period, a standing wave having a primary resonance with the lowest energy required for excitation is likely to be generated. Further, when there is a standing wave having a resonance period close to the period of the drive signal or a resonance period close to an integral multiple of the period of the drive signal, the standing wave is likely to be generated. And when a standing wave arises and the influence is large, there exists a possibility that the fluctuation | variation of the periodic discharge speed as shown to Fig.5 (a) may arise.

定在波を生じさせ難くするには、1次の定在波の周波数を駆動周波数よりも高くすることが好ましい。これにより、通常最も生じやすい1次の定在波が駆動周波数よりも高くなることで生じ難くなるとともに、高次の定在波の周波数も駆動周波数と比較してより高くなるので、高次の定在波も生じ難くなる。これにより、高次の定在波の周期に起因する周期的な吐出速度の変動が生じにくくなる。   In order to make it difficult to generate a standing wave, it is preferable to set the frequency of the primary standing wave higher than the drive frequency. As a result, the first-order standing wave, which is most likely to be generated, is less likely to be generated when the driving frequency is higher than the driving frequency, and the higher-order standing wave is also higher than the driving frequency. Standing waves are less likely to occur. This makes it difficult for periodic discharge speed fluctuations to occur due to the period of higher-order standing waves.

このような定在波は、共通流路205aの断面積が小さい場合に生じやすく、1次の定在波の周波数を上げることは、平均断面積が0.5mm以下の共通流路の場合により有用で、0.3mm以下の場合に特に有用である。また、定在波は、共通流路205aに繋がるしぼり212の密度が高いほど生じやすく、1次の定在波の周波数を上げることは、しぼり212が1mmあたり5本以上繋がっている場合により有用で、しぼり212が1mmあたり10本以上繋がっている場合に特に有用である。さらに、断面積が一定の共通流路205aを用いた場合に、共通流路205a内の液体の一次の共振周波数で振動する際の共振周期が、駆動周期の1/0.53倍より短い周期となってしまう際に、断面形状を変更して、共通流路205a内の液体の一次の共振周波数で振動する際の共振周期が、駆動周期の1/0.53倍以上の周期とすることが有用である。 Such standing waves are likely to occur when the cross-sectional area of the common flow path 205a is small. Increasing the frequency of the primary standing wave is the case of a common flow path with an average cross-sectional area of 0.5 mm 2 or less. It is more useful when it is 0.3 mm 2 or less. In addition, standing waves are more likely to occur as the density of the squeezing 212 connected to the common flow path 205a is higher. Increasing the frequency of the primary standing wave is more useful when five or more squeezing 212 are connected per 1 mm. Thus, it is particularly useful when ten or more squeezed 212 are connected per 1 mm. Further, when the common flow path 205a having a constant cross-sectional area is used, the resonance period when the liquid in the common flow path 205a vibrates at the primary resonance frequency is shorter than 1 / 0.53 times the drive period. In this case, the cross-sectional shape is changed so that the resonance period when the liquid in the common flow path 205a vibrates at the primary resonance frequency is 1 / 0.53 times the drive period or more. Is useful.

1次の定在波の共振周波数を高くするには、1次の定在波の腹の部分の共通流路205aの断面積を小さくするか、あるいは1次の定在波の節の部分の共通流路205aの断面積を大きくすればよい。すなわち、共通流路205aの閉じた両端の断面積を、中央の断面積よりも小さくすればよい。より具体的には、1次の定在波の共振周波数をより高くするためには、共通流路205aのうちの1次の定在波の腹の部分にあたる共通流路205aのうちの両端から長さL/4の部分までの平均断面積を、共通流路205aのうちの中央の長さL/2の部分の平均断面積よりも小さくすればよい。断面積の比は大きい方が効果が高く、3/4以下であることが好ましく、特に半分以下であることが好ましい。   In order to increase the resonance frequency of the primary standing wave, the cross-sectional area of the common flow path 205a at the antinode of the primary standing wave is reduced, or the node of the primary standing wave node is reduced. What is necessary is just to enlarge the cross-sectional area of the common flow path 205a. That is, the cross-sectional area of the closed both ends of the common channel 205a may be made smaller than the central cross-sectional area. More specifically, in order to further increase the resonance frequency of the primary standing wave, from both ends of the common channel 205a corresponding to the antinodes of the primary standing wave of the common channel 205a. What is necessary is just to make the average cross-sectional area to the part of length L / 4 smaller than the average cross-sectional area of the part of the center length L / 2 in the common flow path 205a. A larger cross-sectional area ratio is more effective and is preferably 3/4 or less, particularly preferably half or less.

ここで平均断面積とは、平均断面積を算出する部分の平均の断面積である。つまり、算出する部分の管の断面積を長さ方向に積分した値を、算出する部分の管の長さで割った値であり、算出する部分の管の体積を、算出する部分の管の長さで割った値である。   Here, the average cross-sectional area is an average cross-sectional area of a portion for calculating the average cross-sectional area. That is, the value obtained by integrating the cross-sectional area of the pipe of the part to be calculated in the length direction divided by the length of the pipe of the part to be calculated, and the volume of the pipe of the part to be calculated is the value of the pipe of the part to be calculated. It is the value divided by the length.

また、共通流路205aの長さ方向における断面積の変化を滑らかにすれは、不連続な段差があった場合と比較して、滑らかでない部分の付近で液体吐出特性の変動が生じ難いので好ましい。なお、滑らかであるとは、共通流路205aの断面積が急激に変化しないということであり、典型的には、共通流路205aの長さ方向に対して直交するような平面により断面積が変わらないということである。また、液体加圧室10から共通流路205aにつながっている流路のうち、共通流路205aの長さ方向に隣接する流路の繋がっている位置の間での共通流路205aの平均断面積の変化は、1つの流路の前後で5%以下であることが好ましい。   In addition, it is preferable to smoothly change the cross-sectional area in the length direction of the common flow path 205a because the liquid ejection characteristics hardly change near the non-smooth portion as compared with the case where there are discontinuous steps. . The term “smooth” means that the cross-sectional area of the common flow path 205a does not change abruptly. Typically, the cross-sectional area is determined by a plane orthogonal to the length direction of the common flow path 205a. It does not change. Further, among the channels connected from the liquid pressurizing chamber 10 to the common channel 205a, the average interruption of the common channel 205a between the positions where the channels adjacent to each other in the length direction of the common channel 205a are connected. The change in area is preferably 5% or less before and after one flow path.

以上のような液体吐出ヘッド2は、例えば、以下のようにして作製する。   The liquid discharge head 2 as described above is manufactured as follows, for example.

ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層21a、21bとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極34となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を挿入する。   A tape composed of a piezoelectric ceramic powder and an organic composition is formed by a general tape forming method such as a roll coater method or a slit coater method, and a plurality of green sheets that become piezoelectric ceramic layers 21a and 21b after firing are produced. . An electrode paste to be the common electrode 34 is formed on a part of the green sheet by a printing method or the like. Further, if necessary, a via hole is formed in a part of the green sheet, and a via conductor is inserted into the via hole.

ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、その後有機金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極35を印刷して、焼成した後、Agペーストを用いて接続電極36を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータユニット21を作製する。   Next, each green sheet is laminated to produce a laminate, and pressure adhesion is performed. The laminated body after pressure contact is fired in a high-concentration oxygen atmosphere, and then the individual electrode 35 is printed on the surface of the fired body using an organic gold paste. After firing, the connection electrode 36 is printed using an Ag paste. And the piezoelectric actuator unit 21 is produced by baking.

次に、流路部材4を、圧延法等により得られプレート22〜31を積層して作製する。プレート22〜31に、マニホールド5、個別供給流路6、液体加圧室10およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。   Next, the flow path member 4 is produced by laminating plates 22 to 31 obtained by a rolling method or the like. Holes to be the manifold 5, the individual supply flow path 6, the liquid pressurizing chamber 10, the descender, and the like are processed in the plates 22 to 31 into a predetermined shape by etching.

これらプレート22〜31は、Fe―Cr系、Fe−Ni系、WC−TiC系の群から選ばれる少なくとも1種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Fe−Cr系がより好ましい。   These plates 22 to 31 are preferably formed of at least one metal selected from the group consisting of Fe—Cr, Fe—Ni, and WC—TiC, particularly when ink is used as a liquid. Since it is desired to be made of a material having excellent corrosion resistance against ink, Fe-Cr is more preferable.

圧電アクチュエータ21と流路部材4とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ21や流路部材4への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が100〜150℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ21と流路部材4とを加熱接合することができる。液体吐出ヘッド2を得る。   The piezoelectric actuator 21 and the flow path member 4 can be laminated and bonded via an adhesive layer, for example. A well-known adhesive layer can be used as the adhesive layer. However, in order not to affect the piezoelectric actuator 21 and the flow path member 4, an epoxy resin, a phenol resin, or a polyphenylene ether having a thermosetting temperature of 100 to 150 ° C. It is preferable to use at least one thermosetting resin adhesive selected from the group of resins. By heating to the thermosetting temperature using such an adhesive layer, the piezoelectric actuator 21 and the flow path member 4 can be heat-bonded. A liquid discharge head 2 is obtained.

この後、圧電アクチュエータ上21の接続電極36にFPCなどの一端の電極を接合し、そのFPCの他端を制御回路100に接続し、液体吐出装置を得る。   Thereafter, one end electrode such as FPC is joined to the connection electrode 36 on the piezoelectric actuator 21 and the other end of the FPC is connected to the control circuit 100 to obtain a liquid ejection device.

共通流路205aの形状を変えた液体吐出ヘッド2を作製し、1次の定在波の共振周波数と吐出速度の変動の関係を評価した。   The liquid discharge head 2 having a different shape of the common flow path 205a was produced, and the relationship between the resonance frequency of the primary standing wave and the fluctuation of the discharge speed was evaluated.

図7(a)〜(f)および図8(a)〜(e)は、試験を行なった、液体吐出ヘッドNo.1〜11の共通流路の模式図である。これらの共通流路はいずれも、図2〜4に示した基本構造の液体吐出ヘッドと同じ液体吐出ヘッドにおける共通流路である。ただし、共通流路の断面積の調整は、幅方向の寸法を変えることにより行なっている。   7 (a) to 7 (f) and FIGS. 8 (a) to 8 (e) show the liquid ejection head No. 1 in which the test was performed. It is a schematic diagram of 1-11 common flow paths. These common flow paths are common flow paths in the same liquid discharge head as the liquid discharge head having the basic structure shown in FIGS. However, the adjustment of the cross-sectional area of the common flow path is performed by changing the dimension in the width direction.

Lは24mm、断面積Aは幅0.6mm×厚さ0.3mm、断面積Bは幅1.3mm×厚さ0.3mm、断面積Cは幅2.0mm×厚さ0.3mmである。以下の結果は、定在波の共振周波数については後述のシミュレーションにより算出し、液体吐出速度の変動については、実際の液体吐出ヘッドを20kHzで駆動し、ベタ印刷に相当する印刷を行なった際の10回目の吐出の際の吐出速度を測定した。   L is 24 mm, sectional area A is width 0.6 mm × thickness 0.3 mm, sectional area B is width 1.3 mm × thickness 0.3 mm, and sectional area C is width 2.0 mm × thickness 0.3 mm. . The following results are obtained by calculating the resonance frequency of the standing wave by a simulation to be described later. Regarding the fluctuation of the liquid discharge speed, the actual liquid discharge head is driven at 20 kHz and printing corresponding to solid printing is performed. The discharge speed during the tenth discharge was measured.

共振周波数は、液体の密度および液体における音速を、実際に使用する液体の1.04kg/mおよび1500m/秒として、有限要素法を用いた音響解析ソフト「ANSYS」を使用して算出した。具体的には、上述の寸法でモデルを作製し、周波数を変えた圧力を入力して、周波数解析を行ない、圧力が極大になる周波数を、周波数が低い側から順に1次、2次、3次の共振周波数とした。 The resonance frequency was calculated using acoustic analysis software “ANSYS” using a finite element method, assuming that the density of the liquid and the speed of sound in the liquid were 1.04 kg / m 3 and 1500 m / sec of the liquid actually used. Specifically, a model is produced with the above-mentioned dimensions, a pressure at which the frequency is changed is input, a frequency analysis is performed, and the frequencies at which the pressure becomes maximum are first, second, third, in order from the lowest frequency. The resonance frequency was as follows.

Figure 2011110730
Figure 2011110730

断面寸法が一定の試料No.1の液体吐出ヘッドでは、1次の共振周波数が31.2kHzと駆動周波数20kHzに対して、あまり高くなく、吐出速度のばらつきは20%と大きくなっている。この液体吐出ヘッドの吐出速度の分布は図5(a)に示したものであり、吐出速度が周期的な分布をしているのは前述の通りである。   Sample No. with a constant cross-sectional dimension. In one liquid discharge head, the primary resonance frequency is 31.2 kHz, which is not so high as compared with the driving frequency of 20 kHz, and the variation in the discharge speed is as large as 20%. The distribution of the discharge speed of the liquid discharge head is as shown in FIG. 5A, and the discharge speed has a periodic distribution as described above.

これに対して、試料No.2の液体吐出ヘッドでは、1次の共振周波数が51.2kHzと駆動周波数に対して高くなっており、吐出速度のばらつきは8%と非常に少なくなっている。この液体吐出ヘッドの吐出速度の分布は図5(b)に示すように、10回目の吐出においても速度の周期的な分布が抑制されている。   In contrast, sample no. In the liquid discharge head of No. 2, the primary resonance frequency is 51.2 kHz, which is higher than the drive frequency, and the variation in the discharge speed is as very low as 8%. As shown in FIG. 5B, the distribution of the discharge speed of the liquid discharge head is suppressed even in the tenth discharge.

このように、本発明の液体吐出ヘッドNo.2〜7は、1次の共振周波数を高くすることにより吐出速度の変動を小さくすることができた。そして、1次の共振周波数が高くなるに従って、吐出速度の変動は、小さくなっていくことが分かる。この結果から、駆動周波数を、共振周波数を、共振周波数を38.4kHzに対する駆動周波数20kHzの割合、即ち、0.53倍以下にすれば、吐出速度のバラツキを10%以下にできる。   Thus, the liquid discharge head No. In Nos. 2 to 7, it was possible to reduce the fluctuation of the discharge speed by increasing the primary resonance frequency. And it turns out that the fluctuation | variation of discharge speed becomes small as a primary resonant frequency becomes high. From this result, if the drive frequency is set to the resonance frequency and the resonance frequency is set to a ratio of the drive frequency of 20 kHz to 38.4 kHz, that is, 0.53 times or less, the variation in the discharge speed can be reduced to 10% or less.

なお、試料No.8および試料No.9の共通流路は、2次および3次の共振周波数が高くなるように設計されているが、1次の共振周波数が低くなることで、吐出速度のばらつきは大きくなっており、高次の共振周波数よりの1次の共振周波数の影響が大きいことが分かる。   Sample No. 8 and sample no. The common flow channel 9 is designed so that the secondary and tertiary resonance frequencies are increased. However, since the primary resonance frequency is decreased, the variation in the discharge speed is increased, and the higher-order resonance frequency is increased. It can be seen that the influence of the primary resonance frequency is greater than the resonance frequency.

1・・・プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
4・・・流路部材
5、205・・・マニホールド(共通流路および液体供給路)
5a、205a・・・副マニホールド(共通流路)
5b・・・開口
5c・・・液体供給路
6・・・個別供給流路
8・・・液体吐出孔
10、210・・・液体加圧室
12、212・・・しぼり
21・・・圧電アクチュエータユニット
21a・・・圧電セラミック層(振動板)
21b・・・圧電セラミック層
22〜31・・・プレート
32・・・個別流路
34・・・共通電極
35・・・個別電極
36・・・接続電極
50・・・変位素子(加圧部)
L・・・副マニホールド(共通流路)の長さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Printer 2 ... Liquid discharge head 4 ... Channel member 5, 205 ... Manifold (common channel and liquid supply channel)
5a, 205a ... Sub manifold (common flow path)
5b ... Open 5c ... Liquid supply path 6 ... Individual supply path 8 ... Liquid discharge hole 10, 210 ... Liquid pressurizing chamber 12, 212 ... Squeezed 21 ... Piezoelectric actuator Unit 21a: Piezoelectric ceramic layer (diaphragm)
21b ... Piezoelectric ceramic layer 22-31 ... Plate 32 ... Individual flow path 34 ... Common electrode 35 ... Individual electrode 36 ... Connection electrode 50 ... Displacement element (pressure part)
L: Length of sub-manifold (common flow path)

Claims (5)

一方方向に長い、両端が閉じた共通流路と、該共通流路の両端以外の部分に繋がっている液体供給路と、前記共通流路の途中に、それぞれ複数の液体加圧室を介して繋がっている複数の液体吐出孔と、前記複数の液体加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを有する液体吐出ヘッドであって、前記共通流路の両端部分の断面積が中央部分の断面積よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。   A common channel long in one direction and closed at both ends, a liquid supply channel connected to a portion other than both ends of the common channel, and a plurality of liquid pressurizing chambers in the middle of the common channel. A liquid discharge head having a plurality of connected liquid discharge holes and a plurality of pressurization units that pressurize the liquid in the plurality of liquid pressurization chambers, respectively, wherein the cross-sectional area of both end portions of the common flow path is the center A liquid discharge head having a smaller cross-sectional area than a portion thereof. 前記共通流路の長さをL(mm)としたとき、前記共通流路のうちの両端から長さL/4の部分までの平均断面積が前記共通流路のうちの中央の長さL/2の部分の平均断面積の半分以下であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。   When the length of the common flow path is L (mm), the average cross-sectional area from both ends of the common flow path to the portion of length L / 4 is the central length L of the common flow path. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is equal to or less than a half of an average cross-sectional area of a portion of / 2. 前記共通流路の断面積の変化が滑らかであることを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 1, wherein a change in a cross-sectional area of the common flow path is smooth. 請求項1から3のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、前記複数の加圧部の駆動を制御する制御部とを備えている液体吐出装置であって、前記制御部は、前記共通流路内の液体が1次の共振振動する振動周期の0.53倍以下の駆動周期で前記加圧部を駆動するように制御することを特徴とする液体吐出装置。   4. A liquid ejection apparatus comprising: the liquid ejection head according to claim 1; and a control unit that controls driving of the plurality of pressurizing units, wherein the control unit includes the common flow path. A liquid ejecting apparatus, wherein the pressurizing unit is controlled to be driven with a driving cycle of 0.53 times or less of a vibration cycle in which the liquid in the first resonance vibration occurs. 請求項4に記載の液体吐出装置と、記録媒体を前記液体吐出装置に対して搬送する搬送部とを備えていることを特徴とする記録装置。   A recording apparatus comprising: the liquid ejection apparatus according to claim 4; and a transport unit that transports a recording medium to the liquid ejection apparatus.
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