JP2009160731A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に応じてインク流路を適切に変形させるように調整しやすい。
【解決手段】副マニホールド流路１０５ａからアパーチャ１１２を介してノズル１０８側へとインクが再充填される。アパーチャ１１２の内壁面を画定するダイアフラム１５１が設けられている。分岐流路１４１ａはダイアフラム１５１を挟んでアパーチャ１１２に対向している。分岐流路１４１ａ内の空気の圧力を変化させるポンプが設けられており、インク流路内のインク温度に基づいて分岐流路１４１ａ内の圧力を変化させるようにポンプが制御される。これによって、インク温度が高いときにはアパーチャ１１２の流路抵抗が大きく、インク温度が低いときにはアパーチャ１１２の流路抵抗が小さくなるようにダイアフラム１５１を変形させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

インクを吐出する吐出口と、その吐出口にインクを供給するインク流路とが形成されたインクジェットヘッドにおいて、インクの吐出特性がインクの温度によって変化することがある。例えば、インク温度が高くなるとインク粘度が低下し、インクが流れやすくなる。また、インク温度が低くなるとインク粘度が上昇し、インクが流れにくくなるからである。

特許文献１は、インク温度に応じてインク流路を変形させることによって、インクの吐出特性を調整するものである。特許文献１においては、線膨張係数の小さい金属板と線膨張係数の大きい樹脂材料との２層構造によって流路の壁部が構成されている。インクの温度が変化すると、線膨張係数の違いにより壁部が変形し、流路断面積が変化する。特許文献１は、これによって、インクの吐出特性を調整している。

特開２００６−３０６０６６号公報

ところで、インク吐出後にインク流路において吐出口側へとインクを再充填する能力がインク温度に応じて変化することがある。例えば、インク温度が高くなるとインクが流れやすくため、インクが再充填されやすくなる一方で、インク温度が低くなるとインクが流れにくくなるため、インクが再充填されにくくなる。インクの吐出特性の変化は、このようなインクを再充填する能力が変化することによって発生する場合がある。

例えば、インク温度が高いときにちょうどよい量のインクが再充填されるようにインク流路を設計すると、インク温度が低いときに再充填されるインク量が不足する。これによって、吐出口から吐出されるインクの量が不足するおそれがある。一方で、インク温度が低いときにちょうどよい量のインクが再充填されるようにインク流路を設計すると、インク温度が高いときに再充填されるインク量が過剰になる。これによって、吐出口から吐出されるインクの量が過剰になるおそれがある。

そこで、特許文献１を採用することによって、インクを再充填する能力が温度に応じて変化しないようにインク流路を変形させることも考えられる。しかし、特許文献１は、壁部自体の熱膨張を利用してインク流路を変形させている。この場合、インクの温度変化によってどのように壁部が変形するかは、壁部の材料、形状、壁部の支持方法等によって決定される。このため、温度変化に応じて適切に壁部が変形するように調整しにくい。

本発明の目的は、温度変化に応じてインク流路を適切に変形させるように調整しやすいインクジェットヘッドを提供することにある。

本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出する吐出口と、前記吐出口にインクを供給するインク流路と、前記吐出口からインクを噴射させる噴射エネルギーを前記インク流路内のインクに供給する噴射アクチュエータと、前記噴射エネルギーが供給される位置より前記インク流路に沿って前記吐出口から離隔した位置にある前記インク流路の内壁面を画定する壁部と、前記インク流路内のインクの温度を検出する温度センサと、前記温度センサの検出結果が示す温度が高いほど前記インク流路の流れ方向に直交する断面積が小さくなるように前記壁部を変形させる流路変形手段とを備えている。

本発明のインクジェットヘッドによると、インク流路内のインクの温度を温度センサで検出し、インクの温度に応じてインク流路の壁部を変形させる。そして、インクの温度が高いほどインク流路の断面積を小さくする。したがって、インク温度が高くインク粘度が低いときにはインクが流れやすくなる一方で、インク流路の断面積が小さくなるため吐出口へとインクが流れにくくなる。また、インク温度が低くインク粘度が高いときにはインクが流れにくくなる一方で、インク流路の断面積が大きくなるためインクが流れやすくなる。このように、インク流路において噴射エネルギーが付与される箇所へインクを再充填する性能を、温度変化に応じて適切に調整することができる。また、インクの温度の検出結果に基づいて壁部を変形させるように構成されているので、壁部を変形させる構成を決定すれば、後は検出結果に応じた壁部の変形量をどうするかの問題となる。このため、本発明は、壁部の材料、形状、壁部の支持方法等によって変形量を調整する場合と比べて、温度変化に応じて壁部を適切に変形させるように調整しやすい。

また、本発明においては、前記流路変形手段が、内壁面の一部が前記壁部に画定されており前記壁部を挟んで前記インク流路と対向した流体室と、前記壁部が変形するように前記流体室内の圧力を変化させる圧力変化手段とを有しており、前記温度センサの検出結果が示す温度が高いほど前記流体室内の圧力が大きくなるように前記圧力変化手段を制御する圧力制御手段をさらに備えていることが好ましい。これによると、壁部に接する流体室内の圧力を変化させて壁部を変形させているので、例えばポンプなどを利用することによって、簡易な構成で流路変形手段が実現する。

また、本発明においては、前記流体室に気体が充填されていてもよい。これによると、流体室内の気体の圧力を変化させることでインク流路を変形させることができる。

また、本発明においては、前記壁部が強磁性を有する材料からなり、前記流路変形手段が、前記壁部を変形させるような磁界を発生させる電磁石と、前記電磁石に電流を供給する電流供給手段とを有しており、前記温度センサの検出結果が示す温度が高いほど前記インク流路の流れ方向に直交する断面積が小さくなるように、前記電流供給手段が前記電磁石に供給する電流を制御する電流制御手段をさらに備えていてもよい。これによると、壁部の変形に電磁石を使用しているので、電磁石に供給する電流を調整することで簡易に壁部の変形量を調整することができる。なお、電流供給手段の制御内容には、電磁石に供給する電流量を変更することが含まれる。そして、電流量の変更には、電磁石に電流を供給するのを停止したり、電流の供給を停止した状態から電流の供給を開始したりすることも含まれる。

また、本発明においては、前記電磁石に電流が供給されていない状態において前記壁部が前記インク流路内に向かう方向とは逆方向に凸に撓んでおり、前記電磁石に電流が供給されると前記壁部が前記インク流路内に向かって凸に撓むような磁界が発生することが好ましい。これによると、磁界が発生していない場合にも壁部が撓んでいるため、磁界を発生させて壁部を逆方向に撓ませた場合の壁部の変形量を大きくすることができる。

また、本発明においては、前記噴射アクチュエータが、前記インク流路内のインクに圧力を印加することによって前記噴射エネルギーを供給するものであり、前記インク流路の一部が、前記噴射アクチュエータが前記インク流路内のインクに圧力を印加した際に発生した圧力波を反射させる絞り部であり、前記壁部が、前記絞り部の少なくとも一部の内壁面を画定していてもよい。これによると、インクの温度変化に応じて絞り部の断面積が変化するようになる。

また、本発明においては、前記壁部が、薄膜状の部材からなることが好ましい。これによると、壁部を撓みやすくすることができる。

以下、本発明の好適な一実施の形態について図を参照しつつ説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１を有するカラーインクジェットプリンタである。このインクジェットプリンタ１０１は、制御装置１６を有しており、制御装置１６はインクジェットプリンタ１０１の各部の動作を制御する。また、インクジェットプリンタ１０１には、図中左方に給紙部１１が、図中右方に排紙部１２がそれぞれ設置されている。

インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙部１１から排紙部１２に向かって用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部１１のすぐ下流側には、用紙を狭持搬送する一対の送りローラ５ａ、５ｂが配置されている。一対の送りローラ５ａ、５ｂは、用紙Ｐを給紙部１１から図中右方に送り出すためのものである。用紙搬送経路の中間部には、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７の間に架け渡されるように巻き回されたエンドレスの搬送ベルト８と、搬送ベルト８によって囲まれた領域内においてインクジェットヘッド１と対向する位置に配置されたプラテン１５とを含むベルト搬送機構１３が設けられている。プラテン１５は、インクジェットヘッド１と対向する領域において搬送ベルト８が下方に撓まないように搬送ベルト８を支持するものである。ベルトローラ７と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙部１１から送りローラ５ａ、５ｂによって送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付けるものである。

図示しない搬送モータがベルトローラ６を回転させることによって、搬送ベルト８が駆動される。これにより、搬送ベルト８が、ニップローラ４によって外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐを粘着保持しつつ排紙部１２に向けて搬送する。なお、搬送ベルト８の表面には弱粘着性のシリコン樹脂層が形成されている。

用紙搬送経路に沿って搬送ベルト８のすぐ下流側には、剥離機構１４が設けられている。剥離機構１４は、搬送ベルト８の外周面８ａに粘着されている用紙Ｐを外周面８ａから剥離して、図中左方の右方の排紙部１２に向けて送るように構成されている。

４つのインクジェットヘッド１は、４色のインク（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）に対応して、搬送方向に沿って４つ並べて固定されている。つまり、このインクジェットプリンタ１０１は、ライン式プリンタである。４つのインクジェットヘッド１は、その下端にヘッド本体２をそれぞれ有している。ヘッド本体２は、搬送方向に直交した方向に長尺な細長い直方体形状となっている。また、ヘッド本体２の底面が外周面８ａに対向するインク吐出面２ａとなっている。搬送ベルト８によって搬送される用紙Ｐが４つのヘッド本体２のすぐ下方側を順に通過する際に、この用紙Ｐの上面すなわち印刷面に向けてインク吐出面２ａから各色のインクが吐出されることで、用紙Ｐの印刷面に所望のカラー画像を形成できるようになっている。

以下、インクジェットヘッド１についてより詳細に説明する。図２は、インクジェットヘッド１の一部縦断面を含む側面図である。

インクジェットヘッド１は、ヘッド本体２にインクを供給するリザーバユニット３を有している。リザーバユニット３内にはインク流路３ａが形成されている。リザーバユニット３の上面にはインク流路３ａの開口３ｂが形成されており、リザーバユニット３の下面にはインク流路３ａの開口３ｃが複数形成されている。開口３ｂはインクチューブ３１と連通しており、開口３ｃはヘッド本体２内に形成された後述のマニホールド流路１０５と連通している。インクチューブ３１はインクタンク（不図示）と連通しており、インク流路３ａ内にはこのインクタンクから、インクチューブ３１及び開口３ｂを通じてインクが供給される。インク流路３ａ内に供給されたインクは、さらにヘッド本体２へと供給される。

インク流路３ａ内には、温度センサ１８が設置されている。温度センサ１８は、インク流路３ａ内のインクの温度を検出し、検出結果を制御装置１６へと送信する。制御装置１６は、圧力制御部１７（圧力制御手段）を有している。圧力制御部１７は、温度センサ１８からの検出結果に基づいて、ポンプ３３の動作を制御する。なお、圧力制御部１７の詳細な制御内容については後述する。

また、リザーバユニット３には、インク流路３ａが形成されていない箇所に、空気流路３ｄが形成されている。リザーバユニット３の上面には空気流路３ｄの開口３ｅが、リザーバユニット３の下面には空気流路３ｄの開口３ｆがそれぞれ形成されている。開口３ｅにはエアチューブ３２が連通しており、エアチューブ３２にはポンプ３３（圧力変化手段）が接続されている。開口３ｆは、ヘッド本体２内に形成された後述の空気流路１４１に連通している。ポンプ３３は、エアチューブ３２、空気流路３ｄを通じて、ヘッド本体２の空気流路１４１内の圧力を変化させる。ポンプ３３として、シリンダポンプやチューブポンプ、ローラポンプなどの各種のポンプを用いることができる。

次に、図３〜図５を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図３は、ヘッド本体２の平面図である。図４は、図３の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図４では説明の都合上、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１１０、アパーチャ１１２及びノズル１０８を実線で描いている。図５は、図４に示すIV−IV線に沿った部分断面図である。

図３に示すように、ヘッド本体２は、流路ユニット９とアクチュエータユニット２１とを含んでいる。インクジェットヘッド１は、アクチュエータユニット２１を駆動させる駆動信号を生成するドライバＩＣ（不図示）をさらに有している。かかるドライバＩＣからの信号は、信号線が配線されたフレキシブルプリントケーブルを通じてアクチュエータユニット２１に供給される。なお、第１の実施形態に関する図面においてはフレキシブルプリントケーブルを図示していないが、第２の実施形態に関する図７においてフレキシブルプリントケーブル４１として図示している。

ヘッド本体２は、流路ユニット９、及び、流路ユニット９の上面９ａに固定された４つのアクチュエータユニット２１を含んでいる。図４に示すように、流路ユニット９には、圧力室１１０等を含むインク流路と、空気が充填される空気流路とが内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、圧力室１１０内のインクに選択的に噴射エネルギーを付与する機能を有する。以下、流路ユニット９内に形成されたインク流路について説明する。

流路ユニット９は、直方体形状となっている。流路ユニット９の上面９ａには、リザーバユニット３側の開口３ｃに対応して、計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。流路ユニット９の内部には、図３及び図４に示すように、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５及びマニホールド流路１０５から分岐した複数の副マニホールド流路１０５ａが形成されている。副マニホールド流路１０５ａは、いずれもアクチュエータユニット２１の下方において流路ユニット９の長手方向に平行に延びている。流路ユニット９の下面には、多数のノズル１０８の開口がマトリクス状に配置されたインク吐出面２ａが形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９におけるアクチュエータユニット２１の固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。

本実施形態では、等間隔に流路ユニット９の長手方向に並ぶ圧力室１１０の列が、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各圧力室列に含まれる圧力室１１０の数は、後述のアクチュエータユニット２１の外形形状（台形形状）に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。ノズル１０８も、これと同様の配置がされている。

また、流路ユニット９内には、副マニホールド流路１０５ａから各圧力室１１０までのインク流路の一部を構成する複数のアパーチャ１１２が形成されている。アパーチャ１１２は、図４に示されるように、流路ユニット９の長手方向に平行に配列されたアパーチャ列１２１ａ〜１２１ｐを構成している。これらのうち、アパーチャ列１２１ａ〜１２１ｄは、平面視において副マニホールド流路１０５ａが形成されている領域に互いに密集するように形成されている。また、アパーチャ列１２１ｅ〜１２１ｈ、アパーチャ列１２１ｉ〜１２１ｌ、アパーチャ列１２１ｍ〜１２１ｐも、それぞれ平面視において副マニホールド流路１０５ａが形成されている領域に密集するように形成されている。

流路ユニット９は、図５（ａ）に示すように、上から順に、キャビティプレート１２２、ベースプレート１２３、アパーチャプレート１２４、サプライプレート１２５、マニホールドプレート１２６、１２７、１２８、カバープレート１２９、及び、ノズルプレート１３０、という９枚のステンレス鋼等の金属プレートから構成されている。これらプレート１２２〜１３０は、主走査方向に長尺な矩形状の平面形状を有する。

キャビティプレート１２２には、インク供給口１０５ｂに対応する貫通孔、及び、圧力室１１０に対応する略菱形の貫通孔が多数形成されている。ベースプレート１２３には、各圧力室１１０について圧力室１１０とアパーチャ１１２との連絡孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口１０５ｂとマニホールド流路１０５との連絡孔（図示せず）が形成されている。アパーチャプレート１２４には、各圧力室１１０についてアパーチャ１１２となる貫通孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口１０５ｂとマニホールド流路１０５との連絡孔（図示せず）が形成されている。サプライプレート１２５には、各圧力室１１０についてアパーチャ１１２と副マニホールド流路１０５ａとの連絡孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口１０５ｂとマニホールド流路１０５との連絡孔（図示せず）が形成されている。マニホールドプレート１２６、１２７、１２８には、各圧力室１１０について圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔、及び、積層時に互いに連結してマニホールド流路１０５及び副マニホールド流路１０５ａとなる貫通孔が形成されている。カバープレート１２９には、各圧力室１１０について圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されている。ノズルプレート１３０には、各圧力室１１０に対応するノズル１０８が形成されている。ノズルプレート１３０の下面には、ノズル１０８の開口１０８ａ（吐出口）が形成されている。

これらプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、流路ユニット９内に、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａ、そして副マニホールド流路１０５ａの出口からアパーチャ１１２及び圧力室１１０を経てノズル１０８に至る多数の個別インク流路１３２が形成される。このうち、アパーチャ１１２は、図５に示されているように、インクの流れ方向（個別インク流路１３２の延びる方向）に直交する方向に関する断面積が、個別インク流路１３２においてノズル１０８以外で最も小さい部分である。

次に、流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。リザーバユニットからインク供給口１０５ｂを介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａに分岐される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、各個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズル１０８に至る。

アクチュエータユニット２１について説明する。図３に示すように、４つのアクチュエータユニット２１は、それぞれ台形の平面形状を有しており、インク供給口１０５ｂを避けるよう千鳥状に配置されている。さらに、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は流路ユニット９の幅方向（副走査方向）に関して互いにオーバーラップしている。

アクチュエータユニット２１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複数の圧電シートが積層された積層構造を有している。圧電シートは、いずれも複数の圧力室１１０に跨るサイズを有した連続平板である。最上層の圧電シート上面における圧力室１１０に対向する位置には、個別電極（不図示）が配置されている。また、最上層の圧電シートの下面にはシート全面に形成された共通電極（不図示）が配置されている。

共通電極はすべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位が付与されている。一方、個別電極は、ドライバＩＣからの駆動信号が選択的に入力されるようになっている。つまり、アクチュエータユニット２１において、個別電極と圧力室１１０とで挟まれた部分が、個別のアクチュエータ（噴射アクチュエータ）として働き、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれている。

ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。圧電シートはその厚み方向に分極されており、個別電極が配置された部分が活性層として働く。この活性層は、個別電極を共通電極と異なる電位にして、圧電シートに対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シートの電界印加部分が圧電効果により歪む。例えば、分極方向と電界の印加方向とが同じであれば、活性部は分極方向に直交する方向（平面方向）に縮む。つまり、アクチュエータユニット２１は、最上層の圧電シートを活性部を含む層とし、その下方の圧電シートを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプのアクチュエータである。圧電シートは圧力室１１０を区画するキャビティプレート１２２の上面に固定されているため、最上層の圧電シートにおける電界印加部分とその下方の圧電シートとの間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート全体が圧力室１１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室１１０内のインクに圧力が付与され、ノズル１０８からインク滴が吐出される。つまり、圧力室１１０は、個別インク流路１３２の中で、開口１０８ａからインクを噴射させるための噴射エネルギーがアクチュエータユニット２１からインクへと供給される領域に相当する。

ここで、圧力室１１０と副マニホールド流路１０５ａとの間にアパーチャ１１２が配置されていることによって個別インク流路１３２が絞られている。つまり、アパーチャ１１２は個別インク流路１３２の絞り部に相当する。したがって、圧力室１１０に圧力が付与された際に、個別インク流路１３２内のインクが副マニホールド流路１０５ａへと逆流することなく、ノズル１０８に向かって流れやすくなっている。また、いわゆる引き打ち（fill before fire）方式によってインク滴が吐出される場合には、圧力室１１０内のインクに負圧が付与されることによって発生した圧力波がアパーチャ１１２において反射する。そして、その反射波が圧力室１１０に到達するタイミングに合わせて圧力室１１０内のインクに正圧が付与される。このように、アパーチャ１１２は圧力室１１０からの圧力波を反射させる機能も担っている。なお、ノズル１０８からインク滴が吐出された後は、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へと、アパーチャ１１２を通じて、インクが再充填される。

次に、流路ユニット９内に形成された空気流路について説明する。図３に一部示されているように、流路ユニット９内には空気流路１４１が形成されている。空気流路１４１には空気が充填されている。流路ユニット９の上面には、空気流路１４１の開口１４１ｂが形成されている。開口１４１ｂは、リザーバユニット３側の開口３ｆに連通している。空気流路１４１は、流路ユニット９内の図示しない領域において複数の分岐流路１４１ａ（流体室）に分岐している。図４には、分岐流路１４１ａの一部が示されている。分岐流路１４１ａは、流路ユニット９の長手方向に平行に延びており、隣り合う２本のアパーチャ列に平面視において重なるように配置されている。例えば、図４に示されているように、アパーチャ列１２１ｉ及び１２１ｊには一本の分岐流路１４１ａが重なっており、アパーチャ列１２１ｋ及び１２１ｌにも別の分岐流路１４１ａが重なっている。これらの分岐流路１４１ａ同士は、複数の連通流路１４１ｃによって連通している。なお、図４には、図を見やすくするため、その他の分岐流路１４１ａを図示していないが、アパーチャ列１２１ａ〜１２１ｄ、アパーチャ列１２１ｅ〜１２１ｈ、及び、アパーチャ列１２１ｍ〜１２１ｐに対しても同様の位置関係で分岐流路１４１ａが形成されている。

分岐流路１４１ａは、図５（ａ）に示すように、ベースプレート１２３の下面に開口するようにベースプレート１２３に形成されている。分岐流路１４１ａとアパーチャ１１２との間には、ダイヤフラム１５１（壁部）が設置されている。ダイヤフラム１５１は、樹脂材料や金属材料等からなる薄膜状の部材であり、流路ユニット９を構成する他のプレートと比べて変形しやすいように構成されている。ダイヤフラム１５１は、平面視において分岐流路１４１ａとアパーチャ１１２とが重なり合っている領域を含むような形状を有している。そして、ベースプレート１２３とアパーチャプレート１２４との間において、分岐流路１４１ａ内の空間とアパーチャ１１２内の空間とを完全に分離するように配置されている。これによって、ダイヤフラム１５１は、アパーチャ１１２の内壁面の一部を画定していると共に、分岐流路１４１ａの内壁面の一部も画定している。また、分岐流路１４１ａは、ダイヤフラム１５１を挟んでアパーチャ１１２に対向している。ダイヤフラム１５１の周縁は、ベースプレート１２３及びアパーチャプレート１２４のいずれか、又は両方に確実に接着されている。これによって、ダイヤフラム１５１が変形してもアパーチャ１１２から分岐流路１４１ａへとインクが流出したり、分岐流路１４１ａからアパーチャ１１２へと空気が流出したりすることがないように構成されている。

ダイヤフラム１５１は、分岐流路１４１ａ内の圧力とアパーチャ１１２内の圧力との差に応じて変形するように構成されている。例えば、分岐流路１４１ａ内の圧力とアパーチャ１１２内の圧力とが等しい場合には、ダイヤフラム１５１は図５（ａ）のように水平に延びた状態を取っている。一方、分岐流路１４１ａ内の圧力がアパーチャ１１２内の圧力より大きくなると、図５（ｂ）のようにアパーチャ１１２内に向かって凸に撓んだ状態を取る。したがって、図５（ｂ）の状態においては、インクの流れ方向（個別インク流路１３２に沿った方向）に直交する方向に関してアパーチャ１１２の断面積が、図５（ａ）の状態より小さくなる。つまり、図５（ｂ）の状態におけるアパーチャ１１２の流路抵抗は、図５（ａ）の状態におけるアパーチャ１１２の流路抵抗より大きくなる。

ところで、上記のように、ノズル１０８からインクが吐出された後は、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へと、アパーチャ１１２を通じてインクが再充填される。しかし、個別インク流路１３２を流れるインクの温度が変化すると、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へとインクを再充填する能力に変化が生じるおそれがある。これは、インク温度が変化すると、これに応じてインクの粘度が変化するためである。つまり、インク温度が高くなるにつれてインク粘度が低下する。これによってインクが流れやすくなるため、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へとインクが再充填されやすくなる。一方で、インク温度が低くなるにつれてインク粘度が上昇する。これによってインクが流れにくくなるため、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へとインクが再充填されにくくなる。

また、インクを再充填する能力は、アパーチャ１１２の流路抵抗によっても変化する。流路抵抗が大きいとインクが流れにくくなり、流路抵抗が小さいとインクが流れやすくなるからである。そこで、例えば、アパーチャ１１２の流路抵抗がある一定の値になるようにアパーチャ１１２の形状や大きさを決定したとする。ここで、この流路抵抗の値は、インクがある温度になるときにちょうどよい量のインクが再充填されるように調整されているとする。この場合、インクが上記のある温度より高くなると、インク粘度が低下してインクが流れやすくなるため、再充填される量が過剰になってしまう。逆に、インクが上記のある温度より低くなると、インク粘度が上昇してインクが流れにくくなるため、再充填される量が不足してしまう。

そこで、本実施形態においては、圧力制御部１７が以下のようにポンプ３３を制御する（図２参照）。圧力制御部１７は、ポンプ３３の制御量をインク温度の値と関連付けた制御データを保持している。そして、温度センサ１８からの検出結果に基づいて、インク温度に対応するポンプ３３の制御量を制御データから取得する。圧力制御部１７は、取得した制御量に基づいてポンプ３３を制御し、空気流路１４１内の圧力を変化させる。一方で、ポンプ３３が空気流路１４１内の圧力を変化させると、分岐流路１４１ａ内の圧力も変化する。これによって、ダイヤフラム１５１が図５（ｂ）のように変形するため、アパーチャ１１２が変形し、アパーチャ１１２の流路抵抗が変化する。つまり、本実施形態のポンプ３３、及び、空気流路１４１は、アパーチャ１１２（インク流路）の断面積が変化するようにダイヤフラム１５１（壁部）を変形させる本発明の流路変形手段を構成している。

ここで、上記の制御データは、インク温度が高くなればなるほどポンプ３３によって空気流路１４１内の圧力が大きくなるように調整されている。つまり、インク温度が高いほど、分岐流路１４１ａ内の圧力によってダイヤフラム１５１が変形し、アパーチャ１１２の流路抵抗が大きくなるように調整されている。なお、アパーチャ１１２の流路抵抗は、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へインクを再充填する能力がインク温度の変化に関わらず一定になるように変化することが好ましい。

したがって、インク温度が高くインク粘度が低いときには、インクが流れやすくなる一方で、アパーチャ１１２の流路抵抗が大きくなるように圧力制御部１７がポンプ３３を制御する。また、インク温度が低くインク粘度が高いときには、インクが流れにくくなる一方で、アパーチャ１１２の流路抵抗が小さくなるように圧力制御部１７がポンプ３３を制御する。このように、本実施形態によると、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へインクを再充填する能力がインク温度に応じて変化しにくくなるような制御が実行される。

［第２の実施形態］
以下、本発明の他の実施形態の一例である第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態において第１の実施形態と同様の構成については、その説明を適宜省略する。また、以下において第１の実施形態の説明の際に用いたものと同じ符号は、第１の実施形態の構成と同じ構成を示すものとする。

第２の実施形態のインクジェットヘッド２０１は、図６に示すように、リザーバユニット２０３及びヘッド本体２０２を有している。リザーバユニット２０３には、リザーバユニット３と同様にインク流路３ａが形成されているが、空気流路は設けられていない。また、インク流路３ａ内には温度センサ１８が設けられており、その検出結果は制御部２１６へと送信される。インクジェットヘッド２０１は、電磁石２３３と電磁石２３３に電流を供給する電源部２１８（電流供給手段）とを有している。電磁石２３３は、ヘッド本体２０２の上面に設置されている。電源部２１８は、電磁石２３３に電流を流したり、電流を流すのを停止したりすることができる。また、電磁石２３３に流す電流量を調整することができる。制御部２１６は、電源部２１８が電磁石２３３に流す電流を制御する電流制御部２１７（電流制御手段）を有している。電流制御部２１７は、温度センサ１８からの検出結果に基づいて電源部２１８から電磁石２３３への電流供給を制御する。

図７は、電磁石２３３及びヘッド本体２０２の平面図である。インクジェットヘッド２０１は、４つの電磁石２３３を有している。電磁石２３３は、磁心２３３ｂと磁心２３３ｂの周囲に巻かれた巻き線２３３ａとを有している。磁心２３３ｂは、上面及び下面が水平に沿った角柱の形状を有している。磁心２３３ｂの上面及び下面は、いずれもアクチュエータユニット２１の平面形状と同じ形状を有している。電磁石２３３は、平面視においてアクチュエータユニット２１とほぼ重なり合うように、ヘッド本体２０２の上方に設置されている。なお、アクチュエータユニット２１の上面には、アクチュエータユニット２１を駆動する駆動信号を供給するフレキシブルプリントケーブル４１が接続されている。電磁石２３３は、フレキシブルプリントケーブル４１のさらに上方に配置されている。巻き線２３３ａに電流が流れると、磁心２３３ｂを鉛直方向に貫通するような磁界が発生する。

図８は、第１の実施形態の図５に対応する図である。第２の実施形態の流路ユニット２０９において、ベースプレート１２３には、第１の実施形態と同様に空気流路１４１及びその分岐流路１４１ａが形成されている。ただし、第２の実施形態においては空気流路１４１がポンプ等に連通しておらず、大気へと開放されている。分岐流路１４１ａとアパーチャ１１２との間には、ダイヤフラム２５１が設置されている。ダイヤフラム２５１の形状や大きさ、配置はダイヤフラム１５１と同様である。ただし、ダイヤフラム２５１は、強磁性を有する材料、例えば、４００系ＳＵＳから形成されている。一方で、流路ユニット２０９において、キャビティプレート１２２やベースプレート１２３等のその他の部分は、強磁性を有さない材料、例えば、３００系ＳＵＳから形成されている。

したがって、電磁石２３３に電流を流すことによって磁界が発生した場合、キャビティプレート１２２は磁化されないが、ダイヤフラム２５１は磁化されることとなる。これによって、ダイヤフラム２５１は上方の電磁石２３３へと引き寄せられ、その結果、図８（ｂ）のように分岐流路１４１ａ内に向かって凸に撓んだ状態を取る。電磁石２３３から磁界が発生していない場合、ダイヤフラム２５１は、図８（ａ）のように水平に延びた状態を取る。

電流制御部２１７は、電磁石２３３に流す電流値をインク温度の値と関連付けた制御データを保持している。そして、温度センサ１８からの検出結果に基づいて、インク温度に対応する電流値を制御データから取得する。電流制御部２１７は、電源部２１８を制御し、取得した電流値の電流を電磁石２３３に供給させる。これによって、ダイヤフラム２５１が図８（ｂ）のように変形し、アパーチャ１１２が変形してアパーチャ１１２の流路抵抗が変化する。つまり、本実施形態の電源部２１８、及び、電磁石２３３は、アパーチャ１１２（インク流路）の断面積が変化するようにダイヤフラム２５１（壁部）を変形させる本発明の流路変形手段を構成している。

ここで、上記の制御データは、インク温度が低くなればなるほど電磁石２３３に流れる電流が大きくなるように調整されている。つまり、インク温度が低いほど、電磁石２３３からの磁界が強くなってダイヤフラム２５１が大きく変形し、アパーチャ１１２の流路抵抗が小さくなるように調整されている。なお、アパーチャ１１２の流路抵抗は、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へインクを再充填する能力がインク温度が変化しても一定になるように変化することが好ましい。

したがって、インク温度が高くインク粘度が低いときには、インクが流れやすくなる一方で、アパーチャ１１２の流路抵抗が大きくなるように電流制御部２１７が電磁石２３３に流れる電流を小さくしたり、電流供給を停止したりする。また、インク温度が低くインク粘度が高いときには、インクが流れにくくなる一方で、アパーチャ１１２の流路抵抗が小さくなるように電流制御部２１７が電磁石２３３に流れる電流を大きくしたり、停止していた電流供給を再開したりする。このように、第２の実施形態によると、第１の実施形態と同様に、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へインクを再充填する能力がインク温度に応じて変化しにくくなるような制御が実行される。

［第３の実施形態］
以下、本発明のさらに他の実施形態の一例である第３の実施形態について図９を参照しつつ説明する。第３の実施形態は第２の実施形態と同様、電磁石２３３を用いてダイヤフラムを変形させるものである。第３の実施形態において第１、第２の実施形態と同様の構成については、その説明を適宜省略する。また、以下において第１、第２の実施形態の説明の際に用いたものと同じ符号は、第１、第２の実施形態の構成と同じ構成を示すものとする。

第３の実施形態のヘッド本体３０２は、流路ユニット３０９を有している。流路ユニット３０９において、ベースプレート３２３は、第１、第２の実施形態の空気流路１４１や分岐流路１４１ａに相当する構造を有していない。一方で、第３の実施形態におけるサプライプレート３２５には、空気室３４１が形成されている。空気室３４１は、第１、第２の実施形態と異なり、流路ユニット３０９外に連通しておらず、密閉された空間を構成している。空気室３４１は、平面視において各アパーチャ１１２に重なるように形成されている。また、平面視において互いに隣り合う２つのアパーチャ１１２の間には、リブ部３２５ａが形成されている。

空気室３４１とアパーチャ１１２との間には、ダイヤフラム３５１が設置されている。ダイヤフラム３５１は、強磁性を有する材料からなる薄膜状の部材である。ダイヤフラム３５１は、図９に示すように、複数のアパーチャ１１２に跨るように配置されている。ダイヤフラム３５１は、アパーチャ１１２の内壁面の一部を画定すると共に、空気室３４１の内壁面の一部も画定しており、空気室３４１内の空間とアパーチャ１１２内の空間とを完全に分離している。

流路ユニット３０９は、電磁石２３３から磁界が発生していない状態においてダイヤフラム３５１が空気室３４１内に向かって凸に撓んでいるように、以下のように構成されている。流路ユニット３０９のアパーチャプレート３２４は、サプライプレート３２５を形成する材料より膨張率が小さい材料から形成されている。これによって、ダイヤフラム３５１を挟んでリブ部３２５ａと対向するリブ部３２４ａは、リブ部３２５ａより、図９の左右方向に関する線膨張率が小さくなるように構成されている。また、リブ部３２４ａとリブ部３２５ａとは、本実施形態の想定される使用環境より十分に高いある温度において図９の左右方向に関する幅が互いに等しくなるように設計されており、かかる温度において互いに接着されている。

したがって、実際の使用環境においては、リブ部３２５ａは、図９の左右方向に関してリブ部３２４ａより大きく収縮している。これによって、リブ部３２５ａとリブ部３２４ａとの間には撓みモーメントが発生する。この撓みモーメントは、ダイアフラム３５１においてリブ部３２５ａとリブ部３２４ａとに挟まれた領域を上方に向かって凸に撓ませるようなモーメントである。かかる撓みモーメントは、ダイヤフラム３５１においてリブ部３２４ａ及び３２５ａの両端に隣接した領域に対しては、下方に向かって凸に撓ませるように作用する。これによって、ダイアフラム３５１は、図９（ａ）に示すように、空気室３４１内に向かって凸に撓んだ状態を取る。

また、空気室３４１内の圧力は、かかる撓んだ状態においてアパーチャ１１２側の圧力と等しいか、アパーチャ１１２側の圧力より小さくなるように調整されている。例えば、図９（ａ）のようにダイアフラム３５１が撓んだ状態において、アパーチャ１１２内と空気室３４１内とが大気圧になるように密閉されている。したがって、ダイアフラム３５１がアパーチャ１１２内に向かって撓もうとすると、空気室３４１内の圧力が低下し、これによって、空気室３４１内に向かって凸に撓んだ状態に引き戻す力がダイアフラム３５１に作用する。

流路ユニット３０９は、以上のように、電磁石２３３から磁界が発生していない状態において、ダイヤフラム３５１が確実に下方に向かって凸に撓むように構成されている。

そして、第３の実施形態にも第２の実施形態と同様の電流制御部２１７及び電源部２１８が設けられている。電流制御部２１７は、温度センサ１８からの検出結果に基づいて電源部２１８を制御し、インク温度が高くなると電磁石２３３に流す電流を大きくする。これによって、図９（ｂ）に示すように、ダイヤフラム３５１をアパーチャ１１２内に向かって凸に撓ませ、アパーチャ１１２の流路抵抗を大きくすることができる。したがって、第３の実施形態においても、副マニホールド流路１０５ａから圧力室１１０へインクを再充填する能力がインク温度に応じて変化しにくくなるような制御を実行することが可能である。

また、第３の実施形態によると、電磁石２３３によって磁界が発生していない状態において、図９（ａ）のようにダイヤフラム３５１が空気室３４１内に向かって凸に撓んでいる。そして、電磁石２３３によって磁界を発生させると、ダイヤフラム３５１をアパーチャ１１２内に向かって凸に撓ませることができる。したがって、第２の実施形態と比べてダイヤフラム３５１を大きく変形させることができ、アパーチャ１１２の流路抵抗をより大きく変化させることが可能である。

＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、上述の各実施形態においては、個別インク流路１３２を変形させるためのダイヤフラムがアパーチャ１１２の内壁面を確定するように設置されている。しかし、圧力室１１０と副マニホールド流路１０５ａとの間であれば、いずれの場所にダイヤフラムを設置してもよい。

また、第１の実施形態において、空気流路１４１や分岐流路１４１ａには空気が充填されていることとしたが、空気以外の気体やその他の流体が充填されてもよい。例えば、気体のみを充填するのではなく、液体を注入してもよい。

また、上述の各実施形態において、温度センサ１８がリザーバユニット３のインク流路３ａ内に設置されているが、流路ユニット内のインク流路に設置されてもよい。

また、第１の実施形態において、インク温度に応じて分岐流路１４１ａ内の圧力を大きくすることが想定されている。この場合、インク温度に応じて連続的に圧力を変化させてもよいし、段階的に変化させてもよい。段階的に変化させる場合は、２段階であってもよいし３段階以上であってもよい。

また、第１の実施形態において、空気流路１４１内の圧力を大きくすることにより、ダイヤフラム１５１をアパーチャ１１２内に向かって凸に撓ませることが想定されている。しかし、空気流路１４１内の圧力を小さくすることにより、ダイヤフラム１５１を分岐流路１４１ａ内に向かって凸に撓ませてもよい。この場合には、インク温度が低いほどダイヤフラム１５１が大きく撓むようにポンプ３３が制御されればよい。

また、第２、第３の実施形態において、インク温度に応じて電磁石２３３に供給する電流を変化させることが想定されている。この場合、インク温度に応じて連続的に電流を変化させてもよいし、段階的に変化させてもよい。段階的に変化させる場合は、２段階であってもよいし３段階以上であってもよい。例えば、電磁石２３３に電流を供給していない状態と電磁石２３３に一定の電流を供給する状態との２つの状態を、インク温度がある温度を超えたか否かに基づいて切り換えるといった制御が実行されてもよい。

本発明の一実施形態に係る第１の実施形態のインクジェットプリンタの概略構成図である。 図１のインクジェットヘッドの一部縦断面を含む側面図である。 図１のヘッド本体の平面図である。 図３の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図４に示すIV−IV線に沿った部分断面図である。 第２の実施形態のインクジェットヘッドの一部縦断面を含む側面図である。 第２の実施形態の電磁石及びヘッド本体の平面図である。 第２の実施形態の流路ユニットの部分断面図であり、第１の実施形態の図５に対応する図である。 第３の実施形態の流路ユニットの部分断面図であり、第１の実施形態の図５に対応する図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ ヘッド本体
３ リザーバユニット
９ 流路ユニット
１６ 制御装置
１７ 圧力制御部
１８ 温度センサ
３３ ポンプ
１０１ インクジェットプリンタ
１０８ ノズル
１０８ａ 開口
１１０ 圧力室
１１２ アパーチャ
１１２ 各アパーチャ
１１２ アパーチャ
１３２ 個別インク流路
１４１ 空気流路
１４１ａ 分岐流路
１５１ ダイヤフラム
２０１ インクジェットヘッド
２０２ ヘッド本体
２０３ リザーバユニット
２０９ 流路ユニット
２１６ 制御部
２１７ 電流制御部
２１８ 電源部
２３３ 電磁石
２５１ ダイヤフラム
３０２ ヘッド本体
３０９ 流路ユニット
３４１ 空気室
３５１ ダイヤフラム

Claims (7)

1. インクを吐出する吐出口と、
   前記吐出口にインクを供給するインク流路と、
   前記吐出口からインクを噴射させる噴射エネルギーを前記インク流路内のインクに供給する噴射アクチュエータと、
   前記噴射エネルギーが供給される位置より前記インク流路に沿って前記吐出口から離隔した位置にある前記インク流路の内壁面を画定する壁部と、
   前記インク流路内のインクの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの検出結果が示す温度が高いほど前記インク流路の流れ方向に直交する断面積が小さくなるように前記壁部を変形させる流路変形手段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. 前記流路変形手段が、内壁面の一部が前記壁部に画定されており前記壁部を挟んで前記インク流路と対向した流体室と、前記壁部が変形するように前記流体室内の圧力を変化させる圧力変化手段とを有しており、
   前記温度センサの検出結果が示す温度が高いほど前記流体室内の圧力が大きくなるように前記圧力変化手段を制御する圧力制御手段をさらに備え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. 前記流体室に気体が充填されていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記壁部が強磁性を有する材料からなり、
   前記流路変形手段が、前記壁部を変形させるような磁界を発生させる電磁石と、前記電磁石に電流を供給する電流供給手段とを有しており、
   前記温度センサの検出結果が示す温度が高いほど前記インク流路の流れ方向に直交する断面積が小さくなるように、前記電流供給手段が前記電磁石に供給する電流を制御する電流制御手段をさらに備え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。
5. 前記電磁石に電流が供給されていない状態において前記壁部が前記インク流路内に向かう方向とは逆方向に凸に撓んでおり、前記電磁石に電流が供給されると前記壁部が前記インク流路内に向かって凸に撓むような磁界が発生することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記噴射アクチュエータが、前記インク流路内のインクに圧力を印加することによって前記噴射エネルギーを供給するものであり、
   前記インク流路の一部が、前記噴射アクチュエータが前記インク流路内のインクに圧力を印加した際に発生した圧力波を反射させる絞り部であり、
   前記壁部が、前記絞り部の少なくとも一部の内壁面を画定していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記壁部が、薄膜状の部材からな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。

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