JP2009107164A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録液吐出時に発生する圧力波による圧力変動を吸収できる液体噴射記録ヘッドおよびこれを搭載する液体噴射記録装置の提供。
【解決手段】圧電セラミックプレートにノズル開口に連通し且つインクの充填されたチャンバを複数並設し、各チャンバの両側の側壁に電極が設けられ、各チャンバへインクを供給する流路形成部材２３が設置され、チャンバの容積を変化させることでその内部に充填されたインクをノズル開口から吐出するインクジェットヘッドにおいて、流路形成部材のチャンバ側の端部にインク安定室３６を設けた。
【選択図】図７

Description

本発明は、インクジェットヘッドを有し、例えば、プリンタ、ファックスなどに適用される記録ユニット及びこれを用いたインクジェット記録装置に関し、特に、チャンバ内で発生する圧力変動を吸収して安定したインク吐出特性が得られるインクジェットヘッドに関するものである。

従来、インクを吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。かかるインクジェット式記録装置では、インクジェットヘッドのノズルが被記録媒体に対向するようにヘッドホルダに設けられ、このヘッドホルダはキャリッジに搭載され被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査されるようになっている。

このようなインクジェットヘッドの要部断面を図８に示す。

図８に示すように、圧電セラミックプレート２６には、複数のチャンバ２８が並設され、各チャンバ２８は、側壁２９で分離されている。各チャンバ２８の長手方向一端部は圧電セラミックプレート２６の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。このような各チャンバ２８内の両側壁２９の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極３０が形成されている。

また、圧電セラミックプレート２６のチャンバ２８の開口側には、カバープレート３１が接着剤１０９を介して接合されている。このカバープレート３１には、各チャンバ２８の浅くなった他端部と連通する凹部となる共通インク室３２と、この共通インク室３２の底部からチャンバ２８とは反対方向に貫通するインク供給口３３とを有する。

さらに、圧電セラミックプレート２６とカバープレート３１との接合体のチャンバ２８が開口している端面には、ノズルプレート３４が接合されており、ノズルプレート３４の各チャンバ２８に対向する位置にはノズル開口２７が形成されている。

なお、圧電セラミックプレート２６のノズルプレート３４とは反対側でカバープレート３１とは反対側の面には、配線基板が固着されている。配線基板には、各電極３０とボンディングワイヤ１２１等で接続された配線が形成され、この配線を介して電極３０に駆動電圧を印加できるようになっている。

このように構成されるヘッドチップ２１では、インク供給口３３から各チャンバ２８内にインクを充填し、所定のチャンバ２８の両側の側壁２９に電極３０を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁２９が撓み変形してチャンバ２８内の容積が一時的に変化し、これにより、チャンバ２８内のインクがノズル開口２７から吐出する。

例えば、図９に示すように、チャンバ２８ａに対応するノズル開口２７からインクを吐出する場合には、そのチャンバ２８ａ内の電極３０ａ、３０ｂに正の駆動電圧を印加すると共にそれぞれに対向する電極３０ｃ、３０ｄを接地するようにする。これにより、側壁２９ａ、２９ｂにはチャンバ２８ａに向かう方向の駆動電界が作用し、これが圧電セラミックプレート２６の分極方向と直交すれば、圧電厚みすべり効果により側壁２９ａ、２９ｂがチャンバ２８ａ方向に撓み変形し、チャンバ２８ａ内の容積が減少してインクに対する圧力が増加し、ノズル開口２７からインクが吐出する。

また図２と図８を用いて説明すると、このようなインクジェットヘッドにおいてインクを各チャンバに供給する際には、流路形成部材２３を用いる。流路形成部材２３の内部では、インク供給口３３と各チャンバ２８に連通するインク流出口１９へインク流入口１８からインクを流すことによって各チャンバ２８へインクを供給する。図３には流路形成部材２３の側面図、図４には流路形成部材２３の正面図を示し、図５には図３に示す流路形成部材２３のＢ−Ｂ断面図を示す。
特開２００２−３３１６６１号公報

しかしながら、近年、特にこのような構造のインクジェットヘッドは、印字速度の高速化が進み、駆動周波数と共にノズル数も増加する傾向がある。多ノズル化に伴い、供給インク量も増加し、チャンバ内の圧力変動によるインク滴吐出特性への悪影響による吐出不良が問題視されている。
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、記録液吐出時にチャンバ内で発生する圧力波による圧力変動を吸収できる液体噴射記録ヘッドおよびこれを搭載する液体噴射記録装置を実現することを目的とするものである。

上記問題を解決する本発明の第１の態様は、圧電セラミックプレートにノズル開口に連通し且つインクの充填されたチャンバを複数並設し、各チャンバの両側の側壁に電極が設けられ、各チャンバに連通するインク流出口へインク流入口からインクを流すことによって各チャンバへインクを供給する流路形成部材が設置され、該チャンバの容積を変化させることでその内部に充填されたインクをノズル開口から吐出するインクジェットヘッドにおいて、該流路形成部材のインク流出口にインク安定室を設けることで、前記チャンバの内部に発生する圧力変動を抑制するインクジェットヘッドにある。

かかる第１の態様では、各チャンバに連通するインク流出口にインク安定室を設けることによって記録液吐出時にチャンバ内で発生する圧力波による圧力変動を吸収することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において前記インク安定室の高さＴが０．３×流路幅Ｘ≦Ｔ≦７×流路幅Ｘの範囲であることを特徴とするインクジェットヘッドにある。

かかる第２の態様では、インク安定室の高さＴを上記の範囲に設けることによって、各チャンバに発生する圧力変動を抑制するのに十分なインク安定室の高さを持つことができる。

本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様において、前記インク安定室の幅Ｗが、吐出ノズル長Ｎに対してＮ≦Ｗ≦（Ｎ＋１０ｍｍ）の関係が成り立つことを特徴とするインクジェットヘッドにある。

かかる第３の態様では、インク安定室の幅Ｗを上記の範囲に設けることによって、各チャンバに発生する圧力変動を抑制するのに十分なインク安定室の幅を持つことができる。

本発明の第４の態様は、第１の態様から第３の態様の何れかの態様において、前記インク安定室の傾斜部の角度θが、２度≦θ≦４５度の間であることを特徴とするインクジェットヘッドにある。

かかる第４の態様では、インク安定室の傾斜部の角度θを上記の範囲に設けることによって、各チャンバに発生する圧力変動を抑制するのに十分なインク安定室の傾斜部の角度θを持つことができる。

本発明の第５の態様は、第１の態様から第４の態様の何れかの態様において、前記インク安定室の幅Ｌが、流路幅Ｘ≦Ｌ≦１０×流路幅Ｘの範囲であることを特徴とするインクジェットヘッドにある。

かかる第５の態様では、インク安定室の幅Ｌを上記の範囲に設けることによって、各チャンバに発生する圧力変動を抑制するのに十分なインク安定室の幅Ｌを持つことができる。

本発明の第６の態様は、第１の態様から第５の態様の何れかの態様において、インク安定室にフィルタを設置することを特徴とするインクジェットヘッドにある。

かかる第６の態様では、インク安定室にフィルタを設けることによって、各チャンバに発生する圧力変動を効果的に抑制することができる。

本発明の第７の態様は、第１の態様から第６の態様の何れかの態様において、インク安定室内に吸収体を設置することを特徴とするインクジェットヘッドにある。

かかる第７の態様では、インク安定室内に吸収体を設けることによって、各チャンバに発生する圧力変動を効果的に抑制することができる。

本発明の第８の態様は、第１の態様から第７の態様の何れかの態様のインクジェットヘッドを具備したことを特徴とするインクジェット式記録装置にある。

以上説明したように本発明では、インク液室内の圧力変動を吸収・低減することで安定的吐出を可能にし、多数ノズル同時駆動による高速高品質印字を可能とするインクジェット記録装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に基づいて本発明を説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略図である。図１に示すように、本実施形態のインクジェット式記録装置１０は、ヘッドが走査されるシリアル方式のインクジェット式記録装置であり、インクを吐出させるインクジェットヘッド２０が設けられたヘッドユニット１００を具備する。このヘッドユニット１００はキャリッジ１１上に固定されており、キャリッジ１１は一対のガイドレール１２ａ、１２ｂ上に軸方向に移動自在に搭載されている。

また、ガイドレール１２ａ、１２ｂの一端側には駆動モータ１３が設けられており、この駆動モータ１３による駆動力が、当該駆動モータ１３に連結されたプーリ１４ａと、ガイドレール１２ａ、１２ｂの他端側に設けられたプーリ１４ｂとの間に掛け渡されたタイミングベルト１５に沿って移動されるようになっている。

さらに、キャリッジ１１の搬送方向と直交する方向の両端部側には、ガイドレール１２ａ、１２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ１６、１７が設けられている。これらの搬送ローラ１６、１７は、キャリッジ１１の下方に当該キャリッジ１１の搬送方向とは直交する方向に被記録媒体Ｓを搬送するものである。

そして、これら搬送ローラ１６、１７によって被記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ１１をその送り方向とは直交方向に走査することにより、インクジェットヘッド２０によって被記録媒体Ｓ上に文字及び画像等が記録される。

ここで、インクを吐出させるインクジェットヘッドの一例について図８を用いて説明する。なお、図８で示す構造は従来と同様である。

まず、ヘッドチップ２１について詳しく説明する。ヘッドチップ２１を構成する圧電セラミックプレート２６には、ノズル開口２７に連通してインクを吐出させるチャンバ２８が複数並設され、各チャンバ２８は、側壁２９で分離されている。

各チャンバ２８の長手方向一端部は、圧電セラミックプレート２６の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。なお、各チャンバ２８は、例えば、円盤状のダイスカッターにより形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイスカッターの形状を利用して形成される。

また、各チャンバ２８内の両側の側壁２８の開口側表面には、長手方向に亘って、チャンバ２８毎に独立した駆動信号が出力される一対の個別電極３０がそれぞれ形成されている。この一対の個別電極３０は、例えば、公知の斜め方向からの蒸着によって各チャンバ２８内の各側壁２９にそれぞれ形成される。

さらに、圧電セラミックプレート２６のチャンバ２８の開口側には、カバープレート３１が接合されている。このカバープレート３１には、各チャンバ２８の浅くなった他端部のみと連通する凹部となる共通インク室３２と、この共通インク室３２の底部からチャンバ２８とは反対方向に貫通するインク供給口３３とが設けられている。

なお、カバープレート３１は、例えば、セラミックプレート、金属プレート等で形成することができるが、圧電セラミックプレート２６との接合後の変形等を考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用いるのが好ましい。

また、圧電セラミックプレート２６とカバープレート３１の接合体とのチャンバ２８が開口している端面には、ノズルプレート３４が接合されている。このノズルプレート３４の各チャンバ２８に対向する位置にはノズル開口２７が形成されている。

さらに、ノズルプレート３４は、圧電セラミックプレート２６とカバープレート３１との接合体のチャンバ２８が開口している端面の面積よりも大きくなっている。このノズルプレート３４は、ポリイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル開口２７を形成したものである。また、図示しないが、ノズルプレート３４の被印刷物に対向する面には、インクの付着等を防止するために撥水性を有する撥水膜が設けられている。

なお、本実施形態では、圧電セラミックプレート２６とカバープレート３１との接合体のチャンバ２８が開口している端部の周囲には、図示しないノズル支持プレートが配置されている。この図示しないノズル支持プレートは、ノズルプレート３４の接合体端面の外側と接合されて、ノズルプレート３４を安定して保持するためのものである。

ここで、このような図示しないヘッドチップを具備するインクジェットヘッド２０について図２と図８を用いて詳細に説明する。なお、図２で示す構造は従来と同様である。

図２と図８に示すように、インクジェットヘッド２０は、図示しないヘッドチップを構成する圧電セラミックプレート２６のノズル開口２７側とは反対側の端部に、例えば、ボンディングワイヤ等を介して一対の個別電極３０に接続される図示しない配線パターンが形成されている。

また、圧電セラミックプレート２６とカバープレート３１との接合体のノズル支持プレートの後端側には、圧電セラミックプレート２６側のアルミニウム製のベースプレート２２と、カバープレート３１側の流路形成部材２３とが組み付けられる。この流路形成部材２３には、カバープレート３１のインク供給口３３のそれぞれに連通するインク導入路が設けられている。

そして、ベースプレート２２及び流路形成部材２３は、接着剤等の手段により固着され、両者で圧電セラミックプレート２６とカバープレート３１との接合体を挟持する。

また、圧電セラミックプレート２６の後端側に突出したベースプレート２２上には配線基板２５が固着されている。この配線基板２５上には、図示しないヘッドチップを駆動するための駆動ＩＣを有する駆動回路が搭載され、後述する駆動回路とフレキシブルケーブルとが異方性導電膜を介して接続される。これにより、インクジェットヘッド２０が完成する。

図６は本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドのインク安定室を含む流路形成部材の構成図である。また図７Ａに図６の流路形成部材のＡ−Ａ断面図を示し、図７Ｂに図６の流路形成部材のＢ‐Ｂ断面図をそれぞれ示す。また図７Ｂの流路形成部材内の破線の矢印は、インクが流れる方向を示す。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドは、図７Ａ、図７Ｂに示すように、インクを各チャンバに供給する際に、図示しない各チャンバに連通するインク流出口１９へインク流入口１８からインクを流すことによって各チャンバへインクを供給する流路形成部材２３において、インクがチャンバへ流入する直前のインク流出口１９にインク安定室３６を設けている。

本発明では、チャンバ内で発生する圧力変動をチャンバに比べて大きな体積を持つインク安定室３６が抑制するため、インク吐出に際して生ずるインク流量の変動に起因する近接チャンバ間でのクロストーク、偏向やドット抜け等の吐出不良を防ぐことができ、吐出安定性と高印字品質を確保することができる。また、インク安定室３６は、大量のインクをチャンバの近くで蓄えることができるため低温環境下等のインク粘度が増加した状況下においてもインク供給不足によるドット抜け、偏向等の吐出不良を防ぐことができ安定的な連続印字を可能にすることができる。

以下、インク安定室３６の最良の形態について、図７Ｂを用いて詳細に説明する。

インク安定室３６の高さＴが、０．３×流路幅Ｘ＞Ｔであるとインク安定室３６が小さすぎるため図示しないチャンバで発生する圧力変動を抑えることができない。そのため、この範囲は好ましくない。また、ＴがＴ＞７×流路幅Ｘであるとインク安定室３６のインク量が多いため図示しないインクジェットヘッドが左右に移動する際にインク安定室３６のインクが大きな慣性力を受けることにより、インク安定室３６と連通する図示しないチャンバに圧力変動を与えてしまうので好ましくない。以上のことから、インク安定室の高さＴは、０．３×流路幅Ｘ≦Ｔ≦７×流路幅Ｘであることが最も望ましい。

インク安定室３６の幅Ｗが、吐出ノズル長Ｎに対してＮ＞Ｗであるとインク安定室３６が図示しないチャンバで発生する全ての圧力変動をとらえ、圧力変動を抑制することができないので望ましくない。また、ＷがＷ＞（Ｎ＋１０ｍｍ）であるとインク安定室３６の内部のインクの慣性力の影響により図示しないチャンバに圧力変動を与えてしまうので好ましくない。そのため、インク安定室の幅Ｗは、Ｎ≦Ｗ≦（Ｎ＋１０ｍｍ）の関係にあることが最も望ましい。

インク安定室３６の傾斜部の角度θが、２度＞θであるとインク充填する際に気泡がインク安定室３６の内部に溜まりインク安定室３６と図示しないチャンバとの接触面積を減少させるため圧力抑制の効果が小さくなってしまう。そのため、２度＞θは、好ましくない。また、θ＞４５度であるとインク安定室３６のスペースが大きくなりインク安定室３６の内部のインクの慣性力の影響により図示しないチャンバに圧力変動を与えてしまうので好ましくない。以上のことから、傾斜部の角度θは、２度≦θ≦４５度の範囲にあることが望ましい。

インク安定室３６の幅Ｌが、流路幅Ｘ＞Ｌであるとインク安定室が小さすぎるため図示しないチャンバで発生する圧力変動を抑えることができない。そのため、この範囲は、好ましくない。また、ＬがＬ＞１０×流路幅Ｘであるとインク安定室３６の内部のインクの慣性力の影響により図示しないチャンバに圧力変動を与えてしまうので好ましくない。以上のことから、インク安定室３６の幅Ｌは、流路幅Ｘ≦Ｌ≦１０×流路幅Ｘであることが最も望ましい。

インク安定室３６に図示しないフィルタを設置すると図示しないチャンバ内の圧力変動をフィルタがない場合に比べより効果的に抑制することができる。そのため、インク安定室３６にフィルタを設置することが望ましい。

インク安定室３６に図示しない吸収体を設置すると図示しないチャンバ内の圧力変動を吸収体がない場合に比べより効果的に抑制することができる。そのため、インク安定室３６に吸収体を設置することが望ましい。

このようなインク安定室３６を備えた流路形成部材を図１及び図２に示すようなインクジェットヘッド２０に設置することにより、チャンバ内で発生する圧力変動をチャンバに比べて大きな体積を有するインク安定室が抑制するためクロストーク、偏向、ドット抜け等の吐出不良を防ぐことができ、吐出安定性と高印字品質を確保することができる。また、インク安定室は、大量のインクをチャンバの近くで蓄えることができるため低温環境下等のインク粘度が増加した状況下においてもインク供給不足によるドット抜け、偏向等の吐出不良を抑えることができ安定的な連続印字を可能にすることができる。

本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略図である。 本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。 従来技術に係る流路形成部材の側面図である。 従来技術に係る流路形成部材の正面図である。 従来技術に係る流路形成部材の断面図である。 本発明の実施形態１に係る流路形成部材の側面図である。 本発明の実施形態１に係る流路形成部材の断面図である。 従来技術に係るインクジェットヘッドのヘッドチップの概要を示す断面図である。 従来技術に係るインクジェットヘッドのヘッドチップの概要を示す断面図である。

符号の説明

１０ インクジェット式記録装置
１１ キャリッジ
１２ ガイドレール
１４ プーリ
１８ インク流入口
１９ インク流出口
２０ インクジェットヘッド
２１ ヘッドチップ
２２ ベースプレート
２３ 流路形成部材
２５ 配線基板
２６ 圧電セラミックプレート
２７ ノズル開口
２８ チャンバ
２９ 側壁
３０ 一対の個別電極
３１ カバープレート
３２ 共通インク室
３３ インク供給口
３４ ノズルプレート
３６ インク安定室
１００ ヘッドユニット
１０５ 電極
１０９ 接着剤

Claims (8)

1. 圧電セラミックプレートにノズル開口に連通し且つインクの充填されたチャンバを複数並設し、前記チャンバの各々の両側の側壁に電極が設けられ、各チャンバに連通するインク流出口へインク流入口からインクを流すことによって各チャンバへインクを供給する流路形成部材が設置され、前記チャンバの容積を変化させることでその内部に充填されたインクをノズル開口から吐出するインクジェットヘッドにおいて、
   前記流路形成部材の前記インク流出口にインク安定室を設けることで、前記チャンバの内部に発生する圧力変動を抑制することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 請求項１の前記インクジェットヘッドにおいて、前記インク安定室の高さＴが０．３×流路幅Ｘ≦Ｔ≦７×流路幅Ｘの範囲であることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 請求項１乃至２の前記インクジェットヘッドにおいて、前記インク安定室の幅Ｗが、吐出ノズル長Ｎに対してＮ≦Ｗ≦（Ｎ＋１０ｍｍ）の関係が成り立つことを特徴とするインクジェットヘッド。
4. 請求項１乃至３の前記インクジェットヘッドにおいて、前記インク安定室の傾斜部の角度θが、２度≦θ≦４５度の間であることを特徴とするインクジェットヘッド。
5. 請求項１乃至４の前記インクジェットヘッドにおいて、前記インク安定室の幅Ｌが、流路幅Ｘ≦Ｌ≦１０×流路幅Ｘの範囲であることを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 請求項１乃至５の前記インクジェットヘッドにおいて、前記インク安定室にフィルタを設置することを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 請求項１乃至６の前記インクジェットヘッドにおいて、前記インク安定室内に吸収体を設置することを特徴とするインクジェットヘッド。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載のインクジェットヘッドを具備したことを特徴とするインクジェット式記録装置。

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