JP2007185879A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッドのすべてのインク吐出口において、インク増粘抑制及び異物除去ができるようにする。
【解決手段】インクジェットヘッド２ａのインク吐出面３０ａに、振動子１１０ａと、発生させた進行波の進行方向に関して、複数のノズル８を挟んで振動子１１０ａの反対側に振動吸収子１２０ａとを備える。進行波によってノズル８付近が攪拌され、且つ進行波は振動吸収子１２０ａによって吸収されるので、進行波と反射波の重なり合いによる定常波の節点の発生を防止でき、すべてのノズル８においてインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ノズルからインクを吐出して画像を形成するインクジェットプリンタに関する。

インクジェットヘッドは、インクの吐出孔である多数のノズルと、各ノズルに連通するインク流路とを有している。インク流路には、インクを吐出するための圧力を発生させる圧力室が含まれている。ノズルから印刷媒体に対して所望の量のインクを吐出することにより、印刷媒体に画像を形成することができる。

このようなインクジェットヘッドにおいて、その出力速度の高速化のために、インクジェットヘッドの液滴吐出周波数が高速化され、さらに記録媒体へ吐出されたインクが瞬時に乾燥するように、乾燥性の高いインクが開発されてきた。しかしインクの乾燥性が高くなった場合に、インクが乾燥・増粘してノズルの目詰まりが発生し、その結果インクの吐出が乱れ、又は全く吐出できなくなるという吐出不良の原因となる。このような吐出不良は、インクジェットプリンタにおいてその出力休止時間が長くなれば、インクの乾燥性に関係なく同様に発生し得る。

このノズル目詰まりへの対策として、プリンタヘッドのインク吐出面にキャップを密着させてカバー内部の気体を排出し、それに伴いノズル内の増粘したインクや異物を吸引除去するといったパージ動作が行われている。しかしこのような方法でノズル内の増粘したインク、異物を確実に除去することは難しい。

また、特許文献１に開示されているノズルクリーナは、ノズル面をワイパーブレードでクリーニングし、且つ付着したインクを回収機構によって除去する。しかしながら、この技術でも、ノズル内のインクや異物の確実な除去はできない。さらに、近年はノズルが精密化しているため、特許文献１の技術ではノズルを損傷させてしまう可能性がある。

また、特許文献２に開示されているインクジェットプリンタヘッドには、それぞれがノズルに連通した各インク流路内に超音波振動子と圧力検出子が取り付けてられており、圧力検出子がノズルの目詰まりを検出すると、検出されたノズルのみに対して、超音波振動子を励振させながらインクの射出を行って、ノズル内の増粘インクの攪拌や異物を除去する構造となっている。その構造により、吐出口付近におけるインク粘度が低下し、さらにインクが吐出されない吐出口の回復が可能となる。

特開２００１−２０５８１６号公報 特開２００３−１４５７８２号公報

しかし、特許文献２の技術では、超音波振動子により励振されて生じた進行波と、その反射波とが重なり合って定常波が発生し、その節の部分では、振動による増粘インクの攪拌及び吐出口へ付着した異物の除去が全く行われず、吐出口付近のインク粘度の低下、及び、インクが吐出されない吐出口の回復というそれぞれの効果が得られないおそれがある。その場合、形成画像の品質が低下し、また、パージ時にインク吐出孔からインクを射出させることにより増粘インク及び異物の除去を行った場合に、大量にインクを消費してしまう。

本発明の目的は、すべてのインク吐出口において、吐出口付近の増粘インクの攪拌による吐出口付近におけるインク粘度の低下、及び、吐出口に付着した異物の除去によるインクが吐出されない吐出口の回復が可能となり、形成画像の品質の向上、及び、パージ時における廃インク量の低減を達成できるインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記目的を達成するために、本発明によるインクジェットヘッドは、インク吐出面に形成された複数の吐出口と、前記吐出口にそれぞれ連通して形成された複数の個別インク流路とを有する流路ユニットと、前記流路ユニットに配置されており、前記流路ユニットを媒体として前記インク吐出面に沿って進行する進行波を発生する振動子と、前記流路ユニットに配置されており、前記進行波の進行方向に関して、前記複数の吐出口を挟んで前記振動子と反対側に形成された前記進行波を吸収する振動吸収子とを備えている。

本発明によると、インク吐出口近傍で流路ユニットが振動するので、個別インク流路の吐出口付近の増粘したインクが攪拌される。そのために吐出口付近におけるインク粘度が低下する。また、吐出口に付着した異物が除去されることによって、インクが吐出されない吐出口の回復が可能となる。これらの結果、形成画像の品質の向上、及び、パージ時における廃インク量の低減が達成できる。

さらに、振動が振動吸収子によって吸収されるので、進行波と逆方向にインク吐出面を進行する反射波が発生しない。そのため、進行波と反射波が重なり合って定常波が発生することがないので、上記のような効果が得られない定常波の節点が生じない。したがって、すべての吐出口において上記のような効果が得られるようになる。

前記流路ユニットは、前記インク吐出面を有するノズルプレートを含む複数のプレートが積層されたものであり、前記振動子及び前記振動吸収子が前記インク吐出面に配置されていることが好ましい。これによると、ノズルプレートの振幅が大きくなるために、より大きなインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られる。

前記振動子及び前記振動吸収子は、圧電体と前記圧電体を挟む一対の電極とを含んでいることが好ましい。これによると、振動子及び振動吸収子の構造を簡単なものとすることができる。

前記振動子及び前記振動吸収子が、３以上の電極と、隣り合う前記電極間に配置された２以上の圧電体とを含んでおり、１つおきの前記電極同士がそれぞれ電気的に接続されていもよい。これによると、発生する進行波の振幅がより大きくなるために、より大きなインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られ、且つ効率的な進行波の吸収が可能となる。

複数の前記電極は、前記振動子と前記振動吸収子とを結ぶ方向に関して互いに対向していることが好ましい。これによると、進行波を確実に所望の方向に進行させることができる。

インクジェットヘッドは、前記振動吸収子の複数の前記電極に接続された抵抗をさらに備えていることが望ましい。これによると、振動吸収子で発生した電力を消費することができる。

前記振動子は、超音波振動を発生することが好ましい。これによると、周波数が大きいために、より大きなインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られる。

本発明のインクジェット記録装置は、上記のインクジェットヘッドと、前記振動子に進行波を発生させるための命令を生成する振動制御手段とを備えている。これによると、進行波を発生するタイミングを調整することができる。

前記振動制御手段は、間欠的に前記命令を生成してもよい。これによると、振動が印字へ与える悪影響を少なくすることができる。

前記振動制御手段は、連続的に前記命令を生成してもよい。印字中においてもインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られる。

別の観点において、本発明のインクジェット記録装置は、上記のインクジェットヘッドと、前記振動吸収子の複数の前記電極に接続された抵抗とを備えている。これによると、振動吸収子で発生した電力を消費することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について説明する。

まず、図１を参照して、本発明に係る第一の実施形態に係るインクジェットプリンタについて説明する。図１に示すプリンタ１は、平面視において図１紙面と直交する方向に細長い矩形である４つの固定されたインクジェットヘッド２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有するラインヘッド型カラーインクジェットプリンタである。プリンタ１には、図中下方に給紙装置１４が、図中上方に紙受け部１６が、図中中央部に搬送ユニット２０がそれぞれ設けられている。さらに、プリンタ１には、これらの動作を制御する制御装置１００が設けられている。

給紙装置１４は、積層された複数の矩形印刷用紙Ｐを収容可能な用紙収容部１５と、用紙収容部１５内において最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ搬送ユニット２０に向けて送り出す給紙ローラ４５とを有している。用紙収容部１５内には、印刷用紙Ｐがその長辺と平行な方向に給紙されるように収容されている。用紙収容部１５と搬送ユニット２０との間には、搬送経路に沿って、二対の送りローラ１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂが配置されている。給紙装置１４から排出された印刷用紙Ｐは、その一方の短辺を先端として、送りローラ１８ａ、１８ｂによって図１中上方へ送られ、その後送りローラ１９ａ、１９ｂによって搬送ユニット２０に向けて左方へと送られる。

給紙ローラ４５の回転軸は、軸線とこの軸線が用紙収容部１５の内側壁と交差する点から搬送方向に延びた線分とが鋭角になるように配置されている。具体的には、給紙ローラ４５は、内側壁から遠いほど搬送ユニットに近づくように３°傾いている。そのため、給紙ローラ４５によってピックアップされた印刷用紙Ｐは、印刷用紙Ｐの一方の長辺が用紙収容部１５の内側壁に強制的に近づけられるように、用紙収容部１５の内側壁からやや傾いた方向に進行する。用紙収容部１５の内側壁は、搬送ユニット２０による印刷用紙Ｐの搬送方向と平行である。そして、印刷用紙Ｐの一方の短辺が送りローラ１８ａ、１８ｂに達する前に、印刷用紙Ｐの一方の長辺が用紙収容部１５の内側壁と当接する。その後、印刷用紙Ｐは、印刷用紙Ｐの一方の長辺と用紙収容部１５の内側壁とが当接した状態のまま、用紙収容部１５の内側壁に沿って送りローラ１８ａ、１８ｂに向けて進行する。このように給紙ローラ４５を用紙収容部１５の内側壁に対して傾けるという簡単な構成によって、印刷用紙Ｐの連続供給を確保しつつ、印刷用紙Ｐの斜行を補正することができるようになっている。そして、送りローラ１８ａ、１８ｂによって狭持された印刷用紙Ｐは、送りローラ１９ａ、１９ｂを経て搬送ユニット２０に向けて送り出される。

搬送ユニット２０は、エンドレスの搬送ベルト１１と、搬送ベルト１１が巻き掛けられた２つのベルトローラ６、７とを有している。搬送ベルト１１の長さは、２つのベルトローラ６、７間に巻き掛けられた搬送ベルト１１に所定の張力が発生するような長さに調整されている。２つのベルトローラ６、７に巻き掛けられることによって、搬送ベルト１１には、ベルトローラ６、７の共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面が形成されている。これら２つの平面のうちインクジェットヘッド２と対向する方が印刷用紙Ｐの搬送面２７となる。給紙装置１４から送り出された印刷用紙Ｐは、その上面（印刷面）にインクジェットヘッド２ａ〜２ｄによって印刷が施されつつ搬送面２７上を搬送されて、紙受け部１６に到達する。紙受け部１６では、印刷が施された複数の印刷用紙Ｐが重なり合うように載置される。

４つのインクジェットヘッド２ａ〜２ｄは、それぞれ、その下端にヘッド本体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを有している。ヘッド本体１３ａ〜１３ｄは、後述するように、ノズル８に連通した圧力室を１０含む個別インク流路３２が多数形成された流路ユニット４（図４参照）と、多数の圧力室１０のうち、所望の圧力室１０内のインクに圧力を与えることができるアクチュエータユニット２１とが貼り合わされたものである。

ヘッド本体１３ａ〜１３ｄは、平面視において図１紙面と直交する方向に細長い直方体形状を有している。４つのヘッド本体１３ａ〜１３ｄは、図１紙面における左右方向に沿って互いに近接配置されている。４つのヘッド本体１３ａ〜１３ｄの各底面（インク吐出面）には、微小径を有する多数のノズル８が設けられている（図３参照）。ノズル８から吐出されるインク色は、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれかであって、１つのヘッド本体に属する多数のノズル８から吐出されるインク色は同じである。なおかつ、４つのヘッド本体１３ａ〜１３ｄに属する多数のインク吐出口からは、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの４色から選択された互いに異なる色のインクが吐出される。

ヘッド本体１３ａ〜１３ｄの底面と搬送ベルト１１の搬送面２７との間には、僅かな隙間が形成されている。印刷用紙Ｐは、この隙間を貫通する搬送経路に沿って図１中右から左へと搬送される。４つのヘッド本体１３ａ〜１３ｄの下方を印刷用紙Ｐが順次通過する際、印刷用紙Ｐの上面に向けてノズル８からインクが画像データに応じて吐出されることで、印刷用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。

搬送ベルト１１の外周面１１ａには、粘着性のシリコンゴムによる処理が施されている。したがって、搬送ユニット２０は、一方のベルトローラ６が図中反時計回り（図１中の矢印Ａ方向）に回転することによって、送りローラ１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂによって搬送されてくる印刷用紙Ｐを、搬送ベルト１１の外周面１１ａにその粘着力によって保持しながら紙受け部１６に向けて搬送できる。

２つのベルトローラ６、７は、搬送ベルト１１の内周面１１ｂと接している。搬送ユニット２０の２つのベルトローラ６、７のうち、搬送経路の下流側に位置するベルトローラ６は、搬送モータ７４と接続されている。搬送モータ７４は、制御装置１００の制御に基づいて回転駆動される。他方のベルトローラ７は、ベルトローラ６の回転に伴って搬送ベルト１１から付与される回転力によって回転する従動ローラである。

ベルトローラ７の近傍にはニップローラ３８とニップ受けローラ３９とが、搬送ベルト１１を挟むように配置されている。ニップローラ３８及びニップ受けローラ３９は、ベルトローラ７の軸方向の長さと略同等の長さを有する回転自在の筒体を有している。ニップローラ３８は、搬送ユニット２０に供給された印刷用紙Ｐを搬送面２７に押し付けることができるように、図示しないばねによって下方に付勢されている。そしてニップローラ３８とニップ受けローラ３９とが、搬送ベルト１１と共に印刷用紙Ｐを挟み込むため、印刷用紙Ｐは搬送面２７に確実に粘着させられる。

搬送ユニット２０の図１中左方には剥離プレート４０が設けられている。剥離プレート４０は、その右端が印刷用紙Ｐと搬送ベルト１１との間に入り込むことによって、搬送ベルト１１の搬送面２７に粘着させられているカット紙を搬送面２７から剥離する。

搬送ユニット２０と紙受け部１６との間には、二対の送りローラ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂが配置されている。搬送ユニット２０から排出された印刷用紙Ｐは、その一方の短辺を先端として、送りローラ２１ａ、２１ｂによって図１中上方へ送られ、送りローラ２２ａ、２２ｂによって紙受け部１６へ送られる。

図１に示すように、ニップローラ３８と最も上流側にあるインクジェットヘッド２ａ〜２ｄとの間には、発光素子と受光素子とから構成される光学センサである紙面センサ３３が配置されている。紙面センサ３３は、搬送経路上の検出位置に向けて発光素子から光を照射し、受光素子で反射光を受光する。紙面センサ３３からの出力信号レベルは、検出位置上における印刷用紙Ｐの有無による反射光の強さの違いを反映している。つまり、出力信号レベルが急激に増加した時刻に、印刷用紙Ｐの先端が検出位置に到達したことになる。紙面センサ３３からの出力信号によって印刷用紙Ｐの先端が検出位置に到達したことが分かるので、それに合わせて印刷信号がインクジェットヘッド２ａ〜２ｄに供給される。

次に、図２及び図３を参照して、ヘッド本体１３ａ〜１３ｄの詳細について説明する。図２は、図１に示したヘッド本体の内、一例として１３ａの平面図を示したものである。ここには示していないが、ヘッド本体１３ｂ〜１３ｄもヘッド本体１３ａと同様の構造である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれたブロックの拡大平面図である。図２及び図３に示すように、ヘッド本体１３ａは、圧力室群９を構成する多数の圧力室１０やノズル８が形成された流路ユニット４を有している。流路ユニット４の上面には、千鳥状になって２列に配列された複数の台形のアクチュエータユニット２１が接着されている。より詳細には、各アクチュエータユニット２１は、その平行対向辺（上辺及び下辺）が流路ユニット４の長手方向に沿うように配置されている。また、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士が、流路ユニット４の幅方向にオーバーラップしている。

アクチュエータユニット２１の接着領域に対向した流路ユニット４の下面は、インク吐出領域となっている。図３に示すように、インク吐出領域の表面には、多数のノズル８がマトリクス状に多数配列されている。１つのノズル８に連通された圧力室１０もマトリクス状に配列されており、１つのアクチュエータユニット２１の接着領域に対向した流路ユニット４の下面に存在する複数の圧力室１０が、１つの圧力室群９を構成している。本実施形態では、等間隔に流路ユニット４の長手方向に並ぶ圧力室１０の列が、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。全体として、６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。

また、各ノズル８は、先細形状のノズルとなっており、平面形状が略菱形の圧力室１０、及びアパーチャ１２を介してマニホールド流路５の分岐流路である副マニホールド流路５ａと連通している。流路ユニット４の内部では、このように副マニホールド流路５ａの出口から圧力室１０を介して対応するノズル８に至る複数の個別インク流路が形成されている。流路ユニット４の上面に設けられているマニホールド流路５の開口部５ｂは、図示しないインク流出流路と接合されている。そして、図示しないインクタンクからインク流出流路を介して流路ユニット４にインクが供給されるようになっている。尚、図２及び図３において、図面を分かりやすくするために、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１０（圧力室群９）、開口部５ｂ、アパーチャ１２を実線で描いている。

次に、図４を参照して、ヘッド本体１３ａの断面構造について詳細に説明する。図４は、図３のIV−IV線における断面図である。図４に示すように、ヘッド本体１３ａは、流路ユニット４とアクチュエータユニット２１とが貼り合わされたものである（図２参照）。そして、流路ユニット４は、上から、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９及びノズルプレート３０が積層された積層構造を有している。

キャビティプレート２２は、圧力室１０となるほぼ菱形の孔が多数形成された金属プレートである。ベースプレート２３は、各圧力室１０とこれに対応するアパーチャ１２とを連通させるための連通孔及び各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。アパーチャプレート２４は、各アパーチャ１２となる孔及び各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。サプライプレート２５は、各アパーチャ１２と副マニホールド流路５ａとを連通させるための連通孔及び各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。マニホールドプレート２６、２７、２８は、副マニホールド流路５ａとなる孔、及び各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための多数の連通孔が形成された金属プレートである。カバープレート２９は、各圧力室１０とこれに対応するノズル８とを連通させるための連通孔が多数形成された金属プレートである。ノズルプレート３０は、ノズル８が多数形成された金属プレートである。これら９枚の金属プレートは、個別インク流路３２が形成されるように、互いに位置合わせして積層される。

次に、図５を参照して、アクチュエータユニット２１の構成について説明する。図５（ａ）はアクチュエータユニット２１と圧力室１０との部分拡大断面図であり、図５（ｂ）はアクチュエータユニット２１の表面に形成された個別電極の形状を示す平面図である。

図５（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、４枚の圧電シート４１、４２、４３、４４が積層された積層構造を有している。これら圧電シート４１〜４４は、それぞれ厚みが１５μｍ程度で同じになるように形成されている。いずれの圧電シート４１〜４４も、ヘッド本体１３ａ内の１つのインク吐出領域内に形成された多数の圧力室１０に跨って配置されるように連続した層状の平板（連続平板層）となっている。圧電シート４１〜４４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ものである。

最上層の圧電シート４１上には、各圧力室１０に対向する個別電極３５が形成されている。最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間には、シート全面に形成された略２μｍの厚みの共通電極３４が介在している。なお、圧電シート４２と圧電シート４３の間に、電極は配置されていない。これら個別電極３５及び共通電極３４は共に、例えばＡｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる。

個別電極３５は、略１μｍの厚みで、図５（ｂ）に示すように、図３に示した圧力室１０とほぼ相似である略菱形の平面形状を有している。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は延出され、その先端に、個別電極３５と電気的に接続された、略１６０μｍの径を有する円形のランド部３６が設けられている。ランド部３６は、例えばガラスフリットを含む金からなり、図５（ａ）に示すように、個別電極３５における延出部表面上に接着されている。

共通電極３４は接地されている。これにより、共通電極３４は、すべての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。また、個別電極３５は、各圧力室１０に対応して選択的に電位を制御することができるように、各個別電極３５ごとに、制御装置１００の一部である図示しないドライバＩＣに電気的に接続されている。なお、本実施形態では、図示しないが、アクチュエータユニット２１の四隅部に表面電極が形成され、共通電極３４が圧電シート４１に貫通形成されたスルーホールを介して各表面電極と電気的に接続されている。つまり、共通電極３４は、表面電極を介して設置されている。

次に、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。アクチュエータユニット２１における圧電シート４１の分極方向はその厚み方向である。つまり、アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、圧力室１０とは離れた）１枚の圧電シート４１を活性部が存在する層とし且つ下側（つまり、圧力室１０に近い）３枚の圧電シート４２〜４４を非活性部とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。従って、個別電極３５を共通電極に対して正又は負の所定電位とすると、例えば電界と分極とが同方向であれば圧電シート４１中の電極に挟まれた電界印加部分が活性部として働き、圧電横効果により分極方向と直角方向に縮む。一方、圧電シート４２〜４４は、電界の影響を受けないため自発的には縮まない。そのため、上層の圧電シート４１と下層の圧電シート４２〜４４との間で、分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じることとなり、圧電シート４１〜４４全体が非活性側に凸となるように変形しようとする（ユニモルフ変形）。このとき、図５（ａ）に示したように、圧電シート４１〜４４の下面は圧力室を区画するキャビティプレート２２の上面に固定されているので、結果的に圧電シート４１〜４４は圧力室側へ凸になるように変形する。さらに、圧力室１０の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の形状になって圧力室１０の容積が元の容積に戻るので、インクをマニホールド流路５側から吸い込む。

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、吐出要求があるごとに個別電極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にて再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電シート４１〜４４が元の形状に戻り、圧力室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、圧力室１０内に負圧が与えられ、インクがマニホールド流路５側から圧力室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を所定のタイミングで高電位にすると、圧電シート４１〜４４が圧力室１０側へ凸となるように変形し、圧力室１０の容積低下により圧力室１０内圧力が正圧となりインクへの圧力が上昇し、インク滴が吐出される。つまり、インク滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、圧力室１０内において圧力波がマニホールド流路５からノズル８まで片道伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的である。圧力室１０が個別インク流路３２のほぼ中央に配置されている本実施形態では、圧力室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、より強い圧力でインク滴を吐出させることができる。

また、階調印刷においては、ノズル８から吐出されるインク滴の数、つまりインク吐出回数で調整されるインク量（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インク吐出を、指定されたドット領域に対応するノズル８から連続して行う。一般に、インク吐出を連続して行う場合は、インク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、先に吐出されたインク滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させるインク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、これらが重畳してインク滴を吐出するため圧力を増幅させることができる。

次に、図６を参照して、超音波振動を発生させるための振動子、及び、発生した超音波振動を吸収するための振動吸収子の構成について説明する。図６（ａ）はインクジェットヘッド２ａ〜２ｄが並べて設けられた状態を示す底面図である。また、図６（ｂ）は、インクジェットヘッド２ａのノズルプレート３０部分の側面図である。

インクジェットヘッド２ａ〜２ｄは、それらをインク吐出面（底面）側から見た図である図６（ａ）に示すように、用紙搬送方向に垂直な長手方向を有する細長い長方形状であり、その下面に取り付けられるノズルプレート３０には、インクを下方に向けて吐出するための微小径のノズル８が多数並べて形成されている。これらのノズル８は、圧力室１０と同様にマトリクス状に配置されている。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、インクジェットヘッド２ａ〜２ｄそれぞれについて、ノズルプレート３０のインク吐出面３０ａの長手方向についての一端近傍には、超音波振動を発生させるための振動子１１０ａ〜１１０ｄが、他端近傍には超音波振動を吸収するための振動吸収子１２０ａ〜１２０ｄが設けられており、振動子１１０ａ〜１１０ｄと、振動吸収子１２０ａ〜１２０ｄとは、ノズルプレート３０に多数形成されたノズル８を挟んで、互いに対向するように配置されている。

図７（ａ）、図７（ｂ）は、それぞれ、インクジェットヘッド２ａのノズルプレート３０に設置した振動子１１０ａ、振動吸収子１２０ａ及びその周辺の等価回路図である。１１０ｂ〜１１０ｄ、１２０ｂ〜１２０ｄについても同様の構造となっている。

まず図７（ａ）を参照して振動子１１０ａの構造について説明する。ノズルプレート３０のインク吐出面３０ａの長手方向についての一端近傍には、２本の電極１１３ａ、１１３ｂが設けられており、これらのそれぞれから電極１１１ａ〜１１１ｃ、１１２ａ〜１１２ｃの各３本ずつの電極が分岐しており、電極１１３ａ、１１３ｂのそれぞれで櫛歯状の電極を形成している。そして、電極１１１ａ〜１１１ｃと電極１１２ａ〜１１２ｃとが、互いに直接接触することなく、ノズルプレート３０の長手方向について互いに対向するようにそれぞれが配置される。より詳細には、端から１１１ａ、１１２ａ、１１１ｂ、１１２ｂ、１１１ｃ、１１２ｃの順序で並べられる。

また、これらの隣り合う電極は圧電体１１４上に配置されている。具体的には、図中斜線で示した圧電体１１４上に、一定の間隔で電極１１１ａ、１１２ａ〜１１１ｃ、１１２ｃが配置されている。仮に、電極間隔をｄ、駆動周波数をｆとすると、速度ｖ＝２ｄｆの表面波が発生される。圧電体の材料としては圧電セラミクスを用いる。ここで、圧電体１１４の、電極に挟まれている部分を圧電体部分１１４ａ〜１１４ｅとする。これらは、図７（ａ）の電極と破線とに囲まれた部分に相当する。

交流電源１５０ａ及び１５０ｂは、ヘッド本体１３ａの外側であって、制御装置１００の内部に位置している。また電極１１３ａ、１１３ｂには、交流電源１５０ａ及び１５０ｂよりそれぞれに対して、同周期で且つ９０度の位相差がある交流電圧が導線を通して印加される。また交流電源１５０ａ及び１５０ｂは、それぞれが安定した電位基準を得るために接地されている（１６０ａ及び１６０ｂ）。

次に、図７（ｂ）を参照して振動吸収子１２０ａの構造について説明する。ノズルプレート３０のインク吐出面３０ａの、長手方向について振動子１１０ａに対する他端近傍には２本の電極１２３ａ、１２３ｂが設けられており、これらのそれぞれから電極１２１ａ〜１２１ｃ、１２２ａ〜１２２ｃの各３本ずつの電極が分岐しており、電極１２３ａ、１２３ｂのそれぞれで櫛歯状の電極を形成している。そして、電極１２１ａ〜１２１ｃと電極１２２ａ〜１２２ｃとが、互いに直接接触することなく、ノズルプレート３０の長手方向について互いに対向するようにそれぞれが配置される。より詳細には、端から１２１ａ、１２２ａ、１２１ｂ、１２２ｂ、１２１ｃ、１２２ｃの順序で並べられる。

また、これらの隣り合う電極-は圧電体１２４上に配置されている。具体的には、図中斜線で示した圧電体１２４上に、一定の間隔で電極１２１ａ、１２２ａ〜１２１ｃ、１２２ｃが配置されている。ここで、圧電体１２４の、電極に挟まれている部分を圧電体部分１２４ａ〜１２４ｅとする。これらは、図７（ｂ）の電極と破線とに囲まれた部分に相当する。

また、電極１２３ａと１２３ｂとは、抵抗１２５を介して電気的に接続されている。抵抗１２５は、本実施形態においてはヘッド本体１３ａの上に位置している。しかしこの形態に限られるものではなく、ヘッド本体１３ａの外に位置していてもよい（このようにした実施形態については、第二の実施形態として後述する）。振動子１１０ａから伝播してきた表面波（機械エネルギー）は、振動吸収子１２０ａで再び電気エネルギーに変換され、さらに抵抗１２５によって消費される。

次に、上記のように構成したヘッド本体１３ａの動作を説明する。

制御装置１００内の交流電源１５０ａ、１５０ｂによって、振動子１１０ａの電極１１３ａ、１１３ｂに電圧が印加されると、電極１１１ａ〜１１１ｃ及び１１２ａ〜１１２ｃに挟まれた圧電体部分１１４ａ〜１１４ｅに逆圧電効果が生じる。具体的には、電極１１１ａと電極１１２ａにより電界を加えられた圧電体部分１１４ａ、また、１１２ａと１１１ｂにより電界を加えられた圧電体部分１１４ｂ、以下同様にそれぞれ電界を与えられた圧電体部分１１４ｃ、１１４ｄ、１１４ｅに、ノズルプレート３０の長手方向の歪み変形が発生し、交流電源１５０ａ及び１５０ｂの周波数に相関する振動が励起される。本実施形態においては、１５０ａ及び１５０ｂを高周波交流電源とすることにより、振動子１１０ａにより超音波振動を発生させる。

また振動子１１０ａは、弾性部材であるノズルプレート３０のインク吐出面３０ａ上に配置されているために、インク吐出面３０ａ上において、励起された超音波振動が、振動子１１０ａより伝達される。

また前述のように、圧電体部分１１４ａ〜１１４ｅの歪み変形はノズルプレート３０の長手方向に生じる。そのため、励起される超音波振動の進行波の進行方向は、ノズルプレート３０の長手方向について振動子１１０ａ側に対する他端の方向（図６（ａ）、図７（ａ）の矢印Ａ方向）となるため、超音波振動の進行波がノズルプレート３０上に多数形成されたノズル８に伝達されることになる。

上記より得られる作用を、図８を用いて以下に説明する。図８は図４の一点鎖線で囲まれた部分の拡大断面図である。励振されてノズルプレート３０上を進行波として伝達される超音波振動は図８のようにそれぞれのノズル８に到達し、インク１３０に対して矢印Ｃ方向へ攪拌力を与える。そのため、ノズル８付近においてインクのメニスカスに微振動が生じ、インク増粘を抑制する。また、ノズル８に付着している異物に対する異物除去効果を有するため、インクが吐出されない状態になっているノズル８の回復が可能となる。これらの結果、形成画像の品質の向上、及び、インクのパージ時における廃インク量の低減が達成できる。

また、振動子１１０ａをノズルプレート３０の吐出面３０ａに設置していることで、ノズルプレート３０ａ上を伝わる進行波の振幅が大きくなり、より大きなインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られる。さらに、振動子１１０ａが超音波振動を発生させるので、振動の周波数が大きいことにより、より大きなインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られる。

一方、振動吸収子１２０ａについては、電極１２１ａ〜１２１ｃ及び１２２ａ〜１２２ｃに挟まれた圧電体部分１２４ａ〜１２４ｅに歪み変形が加わることで、正圧電効果が生じる。具体的には、上記のように振動子１１０ａで発生した超音波振動の進行波がノズルプレート３０上を伝達して振動吸収子１２０ａに到達し（図６（ａ）、図７（ｂ）の矢印Ｂ）、伝達された超音波振動により圧電体部分１２４ａ〜１２４ｅに歪み変形が生じることで起電力が発生する。その起電力は、圧電体部分１２４ａについては電極１２１ａ及び１２２ａ間に、圧電体部分１２４ｂについては電極１２２ａ及び１２１ｂ間に、以下同様に圧電体部分１２４ｃ〜１２４ｅについては、各電極１２１ｂ、１２１ｃ、１２２ｂ、１２２ｃ間へ電位差として伝えられる。つまり、振動子１１０ａから伝播してきた表面波（機械エネルギー）は、振動吸収子１２０ａで再び電気エネルギーに変換され、電極１２３ａ、１２３ｂを通して電気抵抗１２５において消費される。この結果、振動子１１０ａで発生した進行波を振動吸収子１２０ａにおいて吸収することができるので、進行波と逆方向に吐出面３０ａを進行する反射波の発生を防止できる。もし進行波と反射波が重なり合って定常波が発生した場合、生じた定常波の節点において上記のインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られなくなるが、上記のような振動吸収子１２０ａの作用により、全ての吐出口においてインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られる。

また、振動子１１０ａ及び振動吸収子１２０ａは、圧電体と、その圧電体部分を間に挟む６本の電極とを含んだ構成となっている。圧電体の材料として用いる圧電セラミクスは、電気機械変換効率が高く、また比較的自由な形状を作ることができるために、振動子１１０ａ及び振動吸収子１２０ａの構造を簡単なものとすることが可能である。また、その６本の電極が、ノズルプレート３０の長手方向について互いに対向しているために、振動子１１０ａで発生させた進行波を、インク吐出面３０ａにおいて確実に多数のノズル８付近を振動させる方向へ進行させることができる。

また、振動子１１０ａ、振動吸収子１２０ａのそれぞれについて、対向して配置された一対の櫛歯状電極の、隣り合う電極間に複数（５つ）の圧電体部分が配置されていることにより、振動子１１０ａにおいて発生する超音波振動の振幅を、圧電体部分が一つの場合に比べてより大きくすることができ、より大きなインク増粘抑制効果及び異物除去効果が得られる。且つ、発生した超音波振動の進行波を振動吸収子１２０ａにおいて効率的に吸収できる。

また、振動吸収子１２０ａの各電極と、ノズルプレート３０の吐出面３０ａに置かれた抵抗１２５とが電気的に接続されていることにより、圧電体部分１２４ａ〜１２４ｅで発生した電力を消費することができる。

本実施形態においては、１５０ａ及び１５０ｂを高周波交流電源とすることにより、振動子１１０ａにより超音波振動を発生させる。ここで振動子１１０ａは、弾性部材であるノズルプレート３０のインク吐出面３０ａ上に配置されているため、インク吐出面３０ａ上において、励起された超音波振動が、振動子１１０ａより伝達される。

また前述のように、圧電体部分１１４ａ〜１１４ｅの歪み変形は、ノズルプレート３０の長手方向に生じる。そのため、励起される超音波振動の進行波の進行方向は、ノズルプレート３０長手方向について振動子１１０ａ側一端に対向する他端の方向（図６（ａ）、図７（ａ）の矢印Ａ方向）となるため、超音波振動の進行波がノズルプレート３０上に多数形成されたノズル８に伝達されることになる。

抵抗１２５においては、振動吸収子１２０ａの正圧電効果により発生した電力が消費されて熱が発生する。そのためプリンタ１は、発生した熱によるヘッド本体１３ａその他の機器に対する悪影響を排除するため、冷却ファンなどの冷却機構、及び、排気口などの熱放出機構を、抵抗１２５周辺に有していることが望ましい。

さらにプリンタ１の制御装置１００は、内部に交流電源１５０ａ及び１５０ｂを有し、振動子１１０ａに対して進行波を発生させるための命令を生成する。このような構成とすることで、振動子１１０ａが進行波を発生するタイミングを調整することができる。

そして、上記の制御装置１００は、振動子１１０ａが印字中には動作せず、例えば、印刷用紙補充動作などの印字動作が行われていない場合のみに動作するように、交流電源１５０ａ、１５０ｂに命令を出す。この動作を示すタイムチャートを図９に示した。図９の（ａ）はプリンタ１の印字タイミングを示し、（ｂ）は上記のように制御装置１００により間欠的振動をするように命令された振動子１１０ａの振動タイミングを示している。図９の横軸は図９に共通の時間を表し、Ｓはプリンタ１が印刷用紙一枚について印字動作をするのに要する時間である。図９の（ａ）、（ｂ）から分かるように、プリンタ１が印字中には振動子１００は動作せず、印字中でないときに動作している。このような構成にすることにより、印字中に振動子１１０ａが振動を発生させることがないので、振動が印字へ与える悪影響を少なくすることができる。

制御装置１００については、振動子１１０ａに対して間欠的に進行波の発生命令を生成する上記のような構成には限定されず、制御装置１００の設定を変えることにより、振動子１１０ａに対して連続的に進行波の発生命令を生成するようにすることも可能である。このような構成にした場合のタイムチャートは図９の（ｃ）で示される。このような構成により、振動子１１０ａは印字中でも進行波を発生させるため、印字中においてもインク増粘抑制効果、異物除去効果が得られる。

次に、図１０に基づき、本発明の第二の実施形態に係るインクジェットプリンタについて説明する。図１０には、振動吸収子と接続される抵抗をインクジェットヘッド本体の外部に配置した、本実施形態に係るインクジェットヘッド本体３１３ａにおける振動吸収子の等価回路図を示した。なお、本実施形態においては、上記の第一の実施形態の構成部材と同様の部分（２００、２２０ａ、２２１ａ〜２２１ｃ、２２２ａ〜２２２ｃ、２２３ａ、２２３ｂ、２２４、２２４ａ〜２２４ｅ、２３０、２３０ａ、３１３ａ、３２５）については、第一実施形態の符号（１００、１２０ａ、１２１ａ〜１２１ｃ、１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ、１２３ｂ、１２４、１２４ａ〜１２４ｅ、３０、３０ａ、１３ａ、１２５）の部分にそれぞれ順に合致させて示しており、かかる同様の部分の説明が省略されることがある。

第二の実施形態に係るインクジェットヘッド本体３１３ａにおいては、振動吸収子２２０ａと電気的に接続された抵抗３２５は、ヘッド本体３１３ａの外部である制御装置２００内部に設けられている。このように、振動吸収子２２０ａの各電極と、制御装置２００の内部に設置された抵抗３２５とが電気的に接続されていることにより、圧電体部分２２４ａ〜２２４ｅで発生した電力を消費することができる。また、第一の実施形態と違い、抵抗３２５をヘッド本体３１３ａの外部に設置していることにより、ヘッド本体３１３ａの構造を単純なものとすることができ、且つヘッド本体の過度な温度上昇を抑制してインク吐出特性の変化を防止できる。

以上、本発明の好適な各実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

例えば、上記の実施形態においては、本発明のラインヘッド型インクジェットプリンタへの適用について述べているが、シリアルヘッド型プリンタにも同様に適用できる。

また、上記の実施形態においては、振動子と振動吸収子について、５つの圧電体部分と、二本の電極が対向配置され、圧電体を挟むようにそれぞれの電極から３本ずつ分岐した合計６本の電極とが配置されていたが、圧電体部分とそれを挟む電極の構造はこれに限られたものではなく、圧電体部分の数は幾つあってもよいし、それに合わせて、本発明の効果が得られる構成の範囲内で、適当な数の電極を配置すればよい。

さらに、上述の振動子１１０ａには、振動子１１０ａの、振動吸収子１２０ａと反対側に反射器を設けても良い。これにより、振動子１１０ａで発生した表面波の伝播方向を振動吸収子１２０ａ側に規制することができる。なお、反射器は、振動子１１０ａと同じ圧電体上に形成された反射電極により構成されている。反射電極は、振動子１１０ａ用の電極１１１ａ、１１２ａ等と平行に配置された電極群と各電極を全て接続する短絡電極とからなる。

また、上記の実施形態においては、振動子と振動吸収子をノズルプレートのインク吐出面（流路ユニットの下面）に設置したが、これには限られず、本発明の効果が得られる構成の範囲内で、例えば流路ユニットの内部や上面に設置してもよい。

また、図１０（ｂ）に示す間欠的振動のタイミングは、このようなタイミングに限定されるものではなく、これより頻度が少なくてもよい。例えば、印字前のみ、又はパージ時のみに振動していてもよい。

また、交流電源１５０ａ、１５０ｂは、どちらか片方だけを設置していてもよい。

また、上記の実施形態においては、振動子、振動吸収子を一つのヘッドにつきそれぞれ一つずつ、長手方向の両端近傍に配置しているが、これには限らず、それぞれ２つ以上あってもよいし、その配置もノズルを挟んで互いに対向していれば、長手方向の両端近傍位置には限定されない。

本発明に係る第一実施形態に係るプリンタの概略構成図。 図１に示すヘッドの本体の平面図。 図２に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図。 図３のIV-IV線に沿った断面図。 （ａ）はアクチュエータユニット２１と圧力室１０との部分拡大断面図。（ｂ）はアクチュエータユニット２１の表面に形成された個別電極の形状を示す平面図。 （ａ）は図１に示すヘッドの底面図。（ｂ）は図１に示すヘッドのノズルプレート部分の側面図。 本発明の第一実施形態に係る振動子及びその周辺の等価回路図。 本発明の第一実施形態に係る振動吸収子及びその周辺の等価回路図。 本発明によるノズル部分でのインクの攪拌状態を表す、図４に描かれた一点鎖線で囲まれた領域の拡大図。 （ａ）はプリンタの印字タイミングを表すタイムチャート。（ｂ）は間欠的に振動する振動子の振動タイミングを表すタイムチャート。（ｃ）は連続的に振動する振動子の振動タイミングを表すタイムチャート。 本発明の第二実施形態に係る振動吸収子及びその周辺の等価回路図。

符号の説明

１ プリンタ
４ 流路ユニット
５ マニホールド流路
５ａ 副マニホールド流路
８ ノズル
１０ 圧力室
１３、３１３ａ ヘッド本体
２１ アクチュエータユニット
３０、２３０ ノズルプレート
３０ａ、２３０ａ インク吐出面
１００、２００ 制御装置
１１０ａ 振動子
１２０ａ、２２０ａ 振動吸収子
１１１ａ〜１１１ｃ、１１２ａ〜１１２ｃ、１２１ａ〜１２１ｃ、１２２ａ〜１２２ｃ、２２１ａ〜２２１ｃ、２２２ａ〜２２２ｃ、１１３ａ、１１３ｂ、１２３ａ、１２３ｂ、２２３ａ、２２３ｂ 電極
１１４、１２４、２２４ 圧電体
１１４ａ〜１１４ｅ、１２４ａ〜１２４ｅ、２２４ａ〜２２４ｅ 圧電体部分
１２５、３２５ 抵抗
１５０ａ、１５０ｂ 交流電源

Claims (11)

1. インク吐出面に形成された複数の吐出口と、前記吐出口にそれぞれ連通して形成された複数の個別インク流路とを有する流路ユニットと、
   前記流路ユニットに配置されており、前記流路ユニットを媒体として前記インク吐出面に沿って進行する進行波を発生する振動子と、
   前記流路ユニットに配置されており、前記進行波の進行方向に関して、前記複数の吐出口を挟んで前記振動子と反対側に形成された前記進行波を吸収する振動吸収子とを備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記流路ユニットは、前記インク吐出面を有するノズルプレートを含む複数のプレートが積層されたものであり、
   前記振動子及び前記振動吸収子が前記インク吐出面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記振動子及び前記振動吸収子が、圧電体と前記圧電体を挟む一対の電極とを含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記振動子及び前記振動吸収子が、３以上の電極と、隣り合う前記電極間に配置された２以上の圧電体とを含んでおり、１つおきの前記電極同士がそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
5. 複数の前記電極が、前記振動子と前記振動吸収子とを結ぶ方向に関して互いに対向していることを特徴とする請求項３又は４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記振動吸収子の複数の前記電極に接続された抵抗をさらに備えていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記振動子が超音波振動を発生することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドと、
   前記振動子に進行波を発生させるための命令を生成する振動制御手段とを備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。
9. 前記振動制御手段が間欠的に前記命令を生成することを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録装置。
10. 前記振動制御手段が連続的に前記命令を生成することを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッド記録装置。
11. 請求項３〜５のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドと、
    前記振動吸収子の複数の前記電極に接続された抵抗とを備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。

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