JP2006198948A

JP2006198948A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2006198948A
Application number: JP2005014236A
Authority: JP
Inventors: Keiji Watanabe; 啓司渡辺
Original assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】各ノズルを同一条件で駆動させながら全ノズル吐出時の各ノズルのインク滴速度を均一にして濃度ムラなく印刷できるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】インクを蓄える加圧室２と、電気信号の印加により加圧室２内に圧力変動を発生させる圧電素子４と、加圧室２の壁面の少なくとも一部を形成し、圧電素子４と弾性材料で連結されている振動板３と、加圧室２にインクを供給する流路となるリストリクタ６と、リストリクタ６にインクを供給する共通インク流路７と、インク滴を加圧室２から噴射するノズル開口１からなるノズルを複数備え、圧電素子４が固定板５に接着されているインクジェットヘッドにおいて、圧電素子４と固定板５の接着面積を変える。
【選択図】図１

Description

本発明は、オフィス用並びに産業用インクジェット式印刷装置に搭載されるインクジェットヘッドに関するものである。

インクジェットヘッドは、インクを噴射する方式として、電気ヒータによりインク中に気泡を発生させてインクを噴射するサーマル方式と、圧電素子を用いて圧力室の壁面の一部を変形させてインクを噴射する圧電素子方式とがある。

いずれの場合も、インクジェットヘッドと印刷媒体との相対位置を変更しながら、インクジェットヘッドから微細なインク滴を吐出して印刷媒体上に画像を形成するもので、コンピュータ等からの出力装置として広く使用されている。

ここで、圧電素子方式は、電気ヒータが直接インクに接触する構造のサーマル方式と比較して、インクの種類の選択範囲が広いという利点があり、本発明は圧電素子方式に関するものである。圧電素子方式も構造的に３種類に大別される。第一は圧電素子のブロックに溝を設け、溝の壁に電極を設けて壁をシェアモードで動かしてインクを吐出するものである。第二は圧電素子プレートを振動板に貼り付け、圧電素子の曲げモードで駆動するものである。第三は長い棒状の圧電素子を振動板に直角に貼り付け、圧電素子の伸縮モードで駆動するものである。本発明は第三の方式に関するものである。

この方式のインクジェットヘッドは、次のような方法で製作される。まず、１枚の固定板に圧電素子棒を接着し、この圧電素子棒をダイシングソーあるいはワイヤーカットで切断して、圧電素子片１個がノズル１個に対応するようにする。駆動時は、圧動素子に駆動波形を印加するが、この波形はいずれのノズルに対しても同一である（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、圧電素子棒のピッチ及び幅を一様に製作しても、例えば全ノズル同時吐出時の隣接ノズルの影響等でノズルによってインク滴の速度が変わる問題がある。この場合、特にノズル列の中央のノズルの速度が低下しやすい。また、インク滴の体積は、インク滴の速度が速くなるほどが大きくなる関係がある（例えば、特許文献２参照。）。

その結果、ベタ印刷において、中央付近のノズルで印刷する部分の濃度が相対的に薄く、端部付近のノズルで印刷される部分の濃度が相対的に濃くなる濃度ムラが発生する（例えば、特許文献３参照。）。

一方、各ノズルの圧電素子毎に印加する駆動波形を可変させてインク滴の速度のばらつきを抑える装置が開示されているが、制御システムが複雑になる問題がある。（例えば、特許文献４参照。）。

特開２０００−２３８２６２号公報

特開２００−０８０７４１号公報

特開２００４−１９５９５９号公報

特開平１１−３４２６０８号公報

全ノズル同時吐出時の隣接ノズルの影響で、ノズル位置によってインク滴の速度が変わる問題がある。この場合、特にノズル列の中央のノズルの速度が低下しやすく、インク滴の体積が小さくなり、その結果、中央付近のノズルで印刷される部分の濃度が相対的に薄く、端部付近のノズルで印刷される部分の濃度が相対的に濃くなったように見え、いわゆる濃度ムラが発生する。

本発明は、複数のノズルを有するインクジェットヘッドにおいて、各ノズルを同一条件で駆動させながら、全ノズル吐出時の各ノズルのインク滴速度を均一にして、濃度ムラなく印刷できるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、インクを蓄える加圧室と、電気信号の印加により前記加圧室内に圧力変動を発生させる圧電素子と、前記加圧室の壁面の少なくとも一部を形成し、前記圧電素子と弾性材料で連結されている振動板と、前記加圧室にインクを供給する流路となるリストリクタと、該リストリクタにインクを供給する共通インク流路と、インク滴を加圧室から噴射するノズル開口からなるノズルを複数備え、前記圧電素子が固定板に接着されているインクジェットヘッドにおいて、前記圧電素子と前記固定板の接着面積を変えることを特徴とする。また、前記複数のノズルは１列に並んでおり、前記圧電素子と前記固定板の接着面積は、相対的に中央部のノズルが端部のノズルよりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、複数のノズルに対応したそれぞれの圧電素子と固定板の接着面積について、中央部のノズルを端部のノズルより小さくして組み立てることにより、全ノズルを同じ駆動波形で動かしても、全ノズル吐出時に端のノズルから中央のノズルまで均一なインク滴の速度となるため濃度ムラなく印刷できる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は本発明のインクジェットヘッドの実施例を示すもので、（ａ）はノズル列の端のノズルの構成を示す断面図、（ｂ）は中央のノズルの断面図、（ｃ）は圧電素子と固定板の接着長さを示す。

図において、１はノズル開口、２は加圧室、３は振動板、４は圧電素子、５は固定板、６はリストリクタ、７は共通インク流路、８はリストリクタプレート、９は加圧室プレート、１０はノズルプレート、１１は共通インク流路プレート、１２はフィルタ、１３は固定板において追加工で削り落とした部分、Ｌ１は圧電素子の接着面の長手方向の幅、Ｌ２は固定板の接着面の幅、Ｌ３は圧電素子の接着面の短手方向の幅である。振動板３、リストリクタプレート８、加圧室プレート９は、例えばステンレス材から作られ、ノズルプレート１０は電鋳法で作製可能なニッケル材から作られている。また、圧電素子固定板５はセラミックスなどから作られている。このヘッドは、入力信号に応じてインクを噴射することにより記録を行うことができる。駆動時は、駆動する圧動素子に駆動波形を印加するが、この波形はいずれのノズルに対しても同一である。インクは上流から下流へ向かって、図示しないインクタンクから共通インク流路７、リストリクタ６、加圧室２、ノズル開口１の順に流れる。圧電素子４は電位差が生じると伸長するように取り付けられている。このため、圧電素子４の収縮時においては、振動板３は図中下方へ縮み、これによって加圧室２内にインクが充填され、次いで再び電位差が生じると圧電素子４は復元し、振動板３もこれに追従して変形する。そのため、インク滴がノズル開口１から噴射される。

図４は、従来のインクジェットヘッドの構成を示すもので、（ａ）はノズル部の断面図で、構成は本発明と同じである。（ｂ）は，圧電素子と固定板の接着長さを示すもので、図に示すとおり、いずれの圧電素子も接着長さは均一である。

一方、本発明の図１の（ｃ）において、Ｌ１は圧電素子の接着面の長手方向の幅で、これは全てのノズルの圧電素子で同一であるが、固定板の接着面の幅であるＬ２は、１３の部分を砥石による追加工で削り落として、寸法を変えている。（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すとおり、圧電素子と固定板の設着面積について、中央部のノズルは端部のノズルよりも相対的に小さくした。

図２は、本発明によるインクジェットヘッドのインク滴の速度に対する圧電素子と固定板の接着面積比の関係を示したものである。面積比は図１（ｃ）の（Ｌ２×Ｌ３）が追加工で削り落とした１３を除く接着面積、（Ｌ１×Ｌ３）が追加工を行わない部分の接着面積として、（Ｌ２×Ｌ３）／（Ｌ１×Ｌ３）と定義した。このようにして、圧電素子と固定板を組み立てても、使用中に圧電素子が破損する問題はなく、特に使用上問題はない。

図３は、従来品と本発明品の全ノズル吐出時の各ノズルのインク滴の速度を示すものである。インク滴の速度は、インク滴がノズルから噴射され、ノズルから１ｍｍ離れた地点を通過するまでの平均速度で示す。図に示すように、従来品は、他ノズルの駆動の影響を受けて中央付近のノズルの速度が約２０％低下しており、印刷結果として中央付近で印刷する部分の濃度が薄い濃度ムラとなる。それに対し、本発明品は、図２の関係から中央部のノズルの接着面積比（Ｌ２×Ｌ３）／（Ｌ１×Ｌ３）を０．５として、単ノズル駆動で中央付近のノズルが約２０％速度が速くなるように組み立てた。この結果、他ノズルの駆動の影響と接着面積の効果が相殺されて図３に示すように全ノズル吐出時にほぼ均一のインク滴速度が得られる。

ここで、図１（ｂ）（ｃ）は、固定板の一部を削り落とす追加工を図において左右対称に行っているが、追加工を片側のみとしても構わない。

インク滴の速度は圧電素子と固定板の接着面積に関係するので、追加工で固定板を削り落とす部分を図１（ｂ）（ｃ）において、図に示す両側としてもあるいは図示しない片側のみとしても、通常特に差はない。ただし、追加工を片側のみとした場合、圧電素子駆動時に、圧電素子自体あるいは接着部の剛性の関係で、追加工で固定板を削除した側に圧電素子が傾く現象を生じると、図２に示す接着面積比と速度の関係を示すグラフから外れる場合がある。

本発明で用いたインクジェットヘッドの構造である。圧電素子と固定板の接着面積比とインク滴の速度の関係を示すグラフである。従来品と本発明品の各ノズルの全ノズル吐出時の速度を示したグラフである。従来品のインクジェットヘッドの構造である。

符号の説明

１ノズル開口
２加圧室
３振動板
４圧電素子
５固定板
６リストリクタ
７共通インク流路
８リストリクタプレート
９加圧室プレート
１０ノズルプレート
１１共通インク流路プレート
１２フィルタ
１３固定板において追加工で削り落とした部分

Claims

インクを蓄える加圧室と、電気信号の印加により前記加圧室内に圧力変動を発生させる圧電素子と、前記加圧室の壁面の少なくとも一部を形成し、前記圧電素子と弾性材料で連結されている振動板と、前記加圧室にインクを供給する流路となるリストリクタと、該リストリクタにインクを供給する共通インク流路と、インク滴を加圧室から噴射するノズル開口からなるノズルを複数備え、前記圧電素子が固定板に接着されているインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電素子と前記固定板の接着面積を変えることを特徴とするインクジェットヘッド。
前記複数のノズルは１列に並んでおり、前記圧電素子と前記固定板の接着面積は、相対的に中央部のノズルが端部のノズルよりも小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。