JP2001146012A - インクジェット式記録ヘッド、及びインクジェット式記録装置、並びにインクジェット式記録装置における気泡除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク冷却を効率よく行えるインクジェット
式記録ヘッドを提供する。 【解決手段】 圧力発生素子２５の作用によって圧力発
生室３３内のインクに圧力変動を与え、ノズル開口部３
１からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッ
ド８であって、圧力発生室３３を有するアクチュエータ
ユニット４１とノズル開口部３１を有する流路ユニット
４２とからヘッド本体２１を構成し、セラミックス部材
により形成されたアクチュエータユニット４１と金属部
材により形成された流路ユニット４２との間に、アクチ
ュエータユニット４１側が吸熱で流路ユニット側４２が
発熱となるように電気接続された熱電素子ユニット４３
を一体的に配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力発生素子によ
って圧力発生室内のインクに圧力変動を与えることによ
りノズル開口部からインク滴を吐出させるインクジェッ
ト式記録ヘッド、及び当該記録ヘッドを備えたインクジ
ェット式記録装置、並びにインクジェット式記録装置に
おける気泡除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット式記録ヘッド（以
下、記録ヘッドという。）、例えば圧電振動子を圧力発
生素子として用いた記録ヘッドは、複数のノズル開口部
を開設したノズルプレートを有する流路ユニット、圧力
発生素子および圧力発生室を有するヘッドチップを備え
たヘッド本体と、このヘッド本体が取り付けられるヘッ
ドケースとから概略構成されている。そして、記録ヘッ
ドは、インクカートリッジに連通したインク供給路から
圧力発生室を経てノズル開口部に至る一連のインク流路
を備えており、圧電振動子により圧力発生室内のインク
を加減圧してノズル開口部からインク滴を吐出させるよ
うになっている。

【０００３】この種の記録ヘッドでは、上記のインク流
路内に気泡が入り込んでしまうことがある。例えば、イ
ンクカートリッジを交換した際に空気が封じ込まれ、こ
の封じ込まれた空気が、インク供給針を通じてインク流
路内に取り込まれてしまうことがある。また、インク吐
出直後にメニスカス（ノズル開口部で露出しているイン
クの自由表面）が過度に振動し、この振動に伴って空気
がインク流路内に取り込まれてしまうこともある。そし
て、インク流路内に入り込んだ気泡が圧力発生室内に存
在すると、インクを加圧する際の圧力損失が大きくなっ
て、インク滴の吐出が不安定になったりインク滴の吐出
が行われなくなる等の不都合を生じる。

【０００４】このため、従来は、一定のプログラムに沿
って自動的に、或いはマニュアル操作によって、記録ヘ
ッドのノズルプレートの外側表面にキャップ部材を当接
し、このキャップ部材に連通させて設けた吸引ポンプの
作動により圧力発生室内に負圧を与え、この負圧により
気泡をノズル開口部から記録ヘッドの外部に吸引除去す
るように構成している。

【０００５】また、記録ヘッドが吐出するインクは、温
度によって粘度等の特性が変化する。例えば、圧力発生
素子の発熱によりインク温度が上昇すると粘度が低くな
る。そして、記録ヘッドの内部が高温になってインク粘
度が過度に低くなってしまうと、インク吐出直後におけ
るメニスカスの振動の減衰特性が悪くなり、これによ
り、次のインク滴の吐出が不安定になって画質の劣化を
招く虞がある。そのため、従来は、記録ヘッドの周辺温
度を測定する等によってインク流路内のインク温度を検
出し、検出したインク温度に応じて圧電振動子の作動条
件、例えば駆動電圧を変えてメニスカスの振動を短時間
で収束させるようにしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した気
泡除去方法によって気泡を吸引除去するためには、気泡
を確実に排出させるため、比較的多くのインクを吸引す
る必要がある。これにより、多くのインクを無駄に消費
してしまうという問題があった。一方、検出したインク
温度に基づいて圧電振動子の作動条件を変化させる駆動
方法では、広範囲の使用温度をカバーすることができる
ように何種類もの作動条件を設定する必要があり、制御
が複雑になってしまうという問題があった。

【０００７】これらの問題を解決すべく、記録ヘッド内
にペルチェ素子等の熱電素子を組み込んでインクを冷却
することが考えられる。つまり、気泡（空気）のインク
内への溶解度は、インク温度に応じて変化し、インク温
度が低くなるほど溶解度が高くなる。このため、インク
温度を下げることによってインク内の気泡が小さくな
り、常温や高温下で行うよりも少量のインクを排出する
ことで気泡が除去できる。また、インクを冷却して所定
温度に調整した状態で記録動作を行うと、周囲の温度が
高くてもインク粘度は所定値となり、一定の条件で記録
を行うことができ、制御を容易にすることができる。

【０００８】しかし、上記の熱電素子では、熱の吸収と
熱の発生が同時に起こるため、単に記録ヘッド内に組み
込んだだけでは発生する熱の影響を受けてインク冷却が
有効に行えないという問題があった。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、インク冷却を効率よく行えるインクジェ
ット式記録ヘッド、及び当該記録ヘッドを備えたインク
ジェット式記録装置、並びにインクジェット式記録装置
における気泡除去方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために提案されたものであり、請求項１に記載の
発明は、共通インク室から圧力発生室を経てノズル開口
部に至る一連のインク流路を備え、圧力発生素子の作用
によって圧力発生室内のインクに圧力変動を与えること
により、ノズル開口部からインク滴を吐出させるインク
ジェット式記録ヘッドにおいて、上記圧力発生室を有す
るアクチュエータユニットと、上記ノズル開口部を有す
る流路ユニットとからヘッド本体を構成し、セラミック
ス部材により形成されたアクチュエータユニットと、良
熱伝導性部材を用いて構成した流路ユニットとの間に、
アクチュエータユニット側が吸熱で流路ユニット側が発
熱となるように電気接続された熱電素子ユニットを配設
し、熱電素子ユニットの吸熱作用によってアクチュエー
タユニット内のインクを冷却し、熱電素子ユニットが発
生した熱を流路ユニット側から放熱させるように構成し
たことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドであ
る。

【００１１】なお、アクチュエータユニット側が吸熱で
流路ユニット側が発熱となるようにとは、熱電素子ユニ
ットの吸熱する方の部位がアクチュエータユニット側
に、発熱する方の部位が流路ユニット側に位置する状態
にするという意味である。

【００１２】請求項２に記載の発明は、前記流路ユニッ
トが金属部材を介在させて構成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式記録ヘッドであ
る。

【００１３】請求項３に記載の発明は、前記熱電素子ユ
ニットが複数のペルチェ素子によって構成されているこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジ
ェット式記録ヘッドである。

【００１４】請求項４に記載の発明は、前記流路ユニッ
トを複数のプレート材を積層して構成し、プレート材同
士の間に良熱伝導性のスペーサを配設したことを特徴と
する請求項１から請求項３の何れかに記載のインクジェ
ット式記録ヘッドである。

【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項１から請
求項４の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド
と、インク流路内のインク温度を検出可能な温度検出手
段と、ノズル開口部を通じてインク流路内のインクをヘ
ッド外部に吸引する吸引手段と、温度検出手段からのイ
ンク温度情報に基づいて熱電素子ユニットの駆動を制御
するインク温度制御手段と、吸引手段の作動を制御可能
な吸引制御手段とを備え、インク温度制御手段は、吸引
手段による気泡除去動作に先立って熱電素子ユニットを
駆動して圧力発生室内のインクを冷却し、吸引制御手段
は、インク流路内のインクが所定温度以下になったこと
を条件に吸引手段を作動させて、インク流路内に残留す
る気泡をインクとともにヘッド外部に吸引除去すること
を特徴とするインクジェット式記録装置である。

【００１６】請求項６に記載の発明は、前記吸引手段
が、ノズル開口部を囲繞した状態でノズル開口面をヘッ
ド外部から封止可能なキャップ部材と、該キャップ部材
に連通してキャップ部材内及びインク流路内を減圧する
吸引ポンプとから構成されていることを特徴とする請求
項５に記載のインクジェット式記録装置である。

【００１７】請求項７に記載の発明は、請求項１から請
求項４の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド
と、インク流路内のインク温度を検出可能な温度検出手
段と、温度検出手段からのインク温度情報に基づいて熱
電素子ユニットの駆動を制御するインク温度制御手段
と、記録ヘッドを作動させて記録動作を行わせる記録制
御手段とを備え、インク温度制御手段は、熱電素子ユニ
ットを駆動させて圧力発生室内のインクを冷却し、記録
制御手段は、インク流路内のインクが所定温度に冷却さ
れていることを条件に記録動作を実行させることを特徴
とするインクジェット式記録装置である。

【００１８】請求項８に記載の発明は、請求項１から請
求項４の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド
と、インク流路内のインク温度を検出可能な温度検出手
段と、ノズル開口部を通じてインク流路内のインクをヘ
ッド外部に吸引する吸引手段と、温度検出手段からのイ
ンク温度情報に基づいて熱電素子ユニットの駆動を制御
するインク温度制御手段と、吸引手段の作動を制御可能
な吸引制御手段とを備えたインクジェット式記録装置に
おける気泡除去方法であって、クリーニング動作の実行
時に、インク温度制御手段が熱電素子を駆動し、圧力発
生室内のインクを冷却し、インク流路内のインク温度が
所定温度以下になったことを条件に、吸引制御手段が吸
引手段を作動させて、インク流路内に残留する気泡をイ
ンクとともにヘッド外部に吸引除去することを特徴とす
るインクジェット式記録装置における気泡除去方法であ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図３は、本発明を適用するインク
ジェット式記録装置の機能的構成を示す説明図である。

【００２０】例示したインクジェット式記録装置は、プ
リンタコントローラ１とプリントエンジン２とから概略
構成されている。

【００２１】プリンタコントローラ１は、ホストコンピ
ュータ（図示せず）等からの印刷データを受信する外部
インターフェース（以下、外部Ｉ／Ｆという。）３と、
各種データを一時的に記憶するＲＡＭ４と、制御プログ
ラム等を記憶したＲＯＭ５と、ＣＰＵ等を含んで構成し
た制御部６と、クロック信号を発生する発振回路７と、
記録ヘッド８へ供給するための駆動信号を発生する駆動
信号発生回路９と、駆動信号や印刷データに基づいて展
開されたドットパターンデータ（ビットマップデータ）
等をプリントエンジン２に送信する内部インターフェー
ス（以下、内部Ｉ／Ｆという。）１０とを備えている。

【００２２】外部Ｉ／Ｆ３は、例えばキャラクタコー
ド、グラフィック関数、イメージデータのいずれか１つ
のデータまたは複数のデータからなる印刷データをホス
トコンピュータ等から受信する。また、外部Ｉ／Ｆ３
は、ホストコンピュータに対してビジー（ＢＵＳＹ）信
号やアクノレッジ（ＡＣＫ）信号等を出力することがで
きる。

【００２３】ＲＡＭ４は、受信バッファ４ａ、中間バッ
ファ４ｂ、出力バッファ４ｃ、及びワークメモリ（図示
せず）等として利用されるものである。受信バッファ４
ａには、外部Ｉ／Ｆ３が受信したホストコンピュータか
らの印刷データが一時的に記憶される。中間バッファ４
ｂには、制御部６によって中間コードに変換された中間
コードデータが記憶される。出力バッファ４ｃには、階
調データをデコードした後のドットパターンデータが展
開される。

【００２４】ＲＯＭ５は、制御部６によって実行される
各種制御ルーチン、フォントデータ、及びグラフィック
関数等を記憶している。

【００２５】制御部６は、本発明の記録制御手段として
機能し、ホストコンピュータからの印刷データからドッ
トパターンデータを生成してＲＡＭ４に記憶させたり、
記録ヘッド８にラッチ信号（ＬＡＴ）を出力してインク
滴の吐出を行わせる。すなわち、制御部６は、受信バッ
ファ４ａ内の印刷データを読み出して中間コードに変換
し、変換した中間コードデータを中間バッファ４ｂに記
憶する。また、中間バッファ４ｂから読み出した中間コ
ードデータを、ＲＯＭ５内のフォントデータおよびグラ
フィック関数等を参照してドットパターンに展開して出
力バッファ４ｃに記憶する。記録ヘッド８の１行分に相
当するドットパターンが得られると、この１行分のドッ
トパターンデータは、内部Ｉ／Ｆ１０を介して記録ヘッ
ド８にシリアル伝送される。そして、出力バッファ４ｃ
から１行分のドットパターンデータが出力されると、制
御部６は、次の中間コードに対する変換を実行する。ま
た、制御部６は、所定のタイミングで記録ヘッド８へラ
ッチ信号を出力する。

【００２６】また、制御部６は、本発明のインク温度制
御手段としても機能し、Ａ／Ｄ変換器２４によってデジ
タル変換された温度センサ２３からの検出信号に基づい
て、記録ヘッド８内に設けた熱電素子ユニット４３の作
動を制御する。さらに、制御部６は、本発明の吸引制御
手段としても機能し、後述する気泡除去時において、キ
ャッピングユニット１３の吸引ポンプ２６（図５参照）
の作動を制御する。

【００２７】プリントエンジン２は、紙送り機構１１
と、キャリッジ機構１２と、キャッピングユニット１３
と、記録ヘッド８等から構成されている。

【００２８】図４（ａ）に示すように、紙送り機構１１
は、紙送りモータ１４及び紙送りローラ１５等からな
り、記録紙１６等の記録媒体を順次送り出して副走査を
行うものである。

【００２９】キャリッジ機構１２は、記録ヘッド８を搭
載するキャリッジ１７と、このキャリッジ１７をタイミ
ングベルト１８を介してガイド部材１９に沿って走行さ
せるパルスモータ２０等からなり、記録ヘッド８を主走
査させるものである。ここで主走査とは、記録紙１６の
幅方向に沿って記録ヘッド８を移動させる動作のことで
ある。

【００３０】キャッピングユニット１３は、記録領域か
ら外れたホームポジションに設けられている。このキャ
ッピングユニット１３は、図５に示すように、上部が開
放したトレー状のキャップ部材２４と、このキャップ部
材２４を上下方向に移動させるキャップ昇降機構（図示
せず）と、キャップ部材２４のカップ状部分に連通した
吸引チューブ２５と、吸引チューブ２５の途中に設けた
吸引ポンプ２６とを有する。

【００３１】キャップ部材２４は、ノズルプレート２２
に開口された複数のノズル開口部３１…（図１参照）を
囲繞した状態でノズルプレート２２の表面をヘッド外側
から封止可能な部材である。本実施形態では、このキャ
ップ部材２４を、上向きに開放した開口部の開口縁部に
ゴムパッキン等の封止部材を配設した略トレー状の部材
によって構成している。このキャップ部材２４の凹部に
は、スポンジ等の保湿材が取り付けられている。

【００３２】このキャップ部材２４には、図示しない昇
降機構を設けてあり、キャリッジ１７がホームポジショ
ンに位置することでキャップ部材２４は上方に移動さ
れ、封止部材がノズルプレート２２の下面に下側から当
接し、キャップ部材２４によってノズルプレート２２が
封止される。この封止状態では、封止部材がノズル開口
部３１…を囲んでおり、ノズル開口部３１…はキャップ
部材２４の開口範囲内に収まっている。このため、ノズ
ル開口部３１…がキャップ部材２４のカップ状部分で覆
われた状態となり、ノズル開口部３１…からのインク溶
媒の蒸発が抑えられる。そして、ホームポジションから
記録領域へのキャリッジ１７の移動に連動してキャップ
部材２４は下方に移動されて封止状態が解除される。

【００３３】吸引ポンプ２６は、キャップ部材２４の内
部空間に連通させた状態で接続されている。この吸引ポ
ンプ２６は、制御部６によって作動状態が制御されるも
のであり、作動状態ではキャップ部材２４の内部を負圧
にする。したがって、キャップ部材２４がノズルプレー
ト２２を封止した状態で吸引ポンプ２６を作動させるこ
とにより、キャップ部材２４の内部が減圧されて、記録
ヘッド８内のインクをノズル開口部３１…から強制的に
排出させることができる。なお、キャッピングユニット
１３の近傍には、クリーニングユニット２９が配置され
ている。

【００３４】次に、記録ヘッド８について説明する。ま
ず、電気的構成について説明する。この記録ヘッド８
は、図３に示すように、印字データがセットされるシフ
トレジスタ３４と、シフトレジスタ３４にセットされた
印字データをラッチするラッチ回路３５と、電圧増幅器
としてのレベルシフタ３６と、圧電振動子３２への駆動
信号の供給を制御するスイッチ回路３７と、圧電振動子
３２とを備える。さらに、この記録ヘッド８には、イン
ク温度を検出するための温度センサ２３（本発明の温度
検出手段の一種）が取り付けられており、この温度セン
サ２３からの検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２４を通じて制
御部６に入力されている。

【００３５】そして、ドットパターンデータに展開され
た印字データは、発振回路７からのクロック信号（Ｃ
Ｋ）に同期して、内部Ｉ／Ｆ１０を通じてシフトレジス
タ３４にシリアル伝送される。このシリアル転送された
印字データ（ＳＩ）は、制御部６からのＬＡＴ信号に基
づき、ラッチ回路３５でラッチされる。ラッチされた印
字データは、レベルシフタ３６によってスイッチ回路３
７を駆動可能な電圧まで昇圧される。昇圧された印字デ
ータは、スイッチ回路３７に供給される。このスイッチ
回路３７の入力側には、駆動信号発生回路９からの駆動
信号（ＣＯＭ）が入力されており、スイッチ回路３７の
出力側には、圧電振動子３２が接続されている。

【００３６】この印字データは、スイッチ回路３７の作
動を制御する。例えば、スイッチ回路３７に加わる印字
データが「１」である期間中は、駆動信号が圧電振動子
３２に供給され、この駆動信号に応じて圧電振動子３２
は変形する。なお、スイッチ回路３７に加わる印字デー
タが「０」の期間中は、レベルシフタ３６による印字デ
ータの昇圧がなされないので、圧電振動子３２への駆動
信号の供給が遮断される。そして、圧電振動子３２の変
形に伴って、ノズル開口部３１からはインク滴が吐出す
る。

【００３７】次に、記録ヘッド８の構造について説明す
る。記録ヘッド８は、図４（ｂ）に示すように、ヘッド
本体２１とこのヘッド本体２１を取り付けるヘッドケー
ス２８とから概略構成されており、ヘッド本体２１の先
端に設けたノズルプレート２２を記録紙１６に対向させ
た状態で、ヘッドケース２８がキャリッジ１７の下面に
固定されている。

【００３８】図１及び図２に示すように、記録ヘッド８
のヘッド本体２１は、本発明のアクチュエータユニット
として機能するヘッドチップ４１と、流路ユニット４２
と、熱電素子ユニット４３とに分けて構成されており、
ヘッドチップ４１と流路ユニット４２との間に、ヘッド
チップ４１側が吸熱で流路ユニット４２側が発熱となる
ように電気接続された熱電素子ユニット４３を配設して
一体化してある。なお、このヘッド本体２１の説明にお
いて、便宜上、図１の下側を前方側、上側を後方側とい
うことにする。

【００３９】まず、ヘッドチップ４１について説明す
る。このヘッドチップ４１は、振動板４４、圧電振動子
３２、圧力発生室板４５、圧力発生室底板４６等から構
成され、セラミックス材料を所定の形状に成型し、それ
を積層して一体化されている。

【００４０】上記の振動板４４は、厚さが６マイクロメ
ートル程度の弾性を有するセラミックス部材の薄板であ
り、本実施形態ではアルミナやジルコニア等の薄板によ
って構成されている。この振動板４４の後面には、圧電
振動子３２が配設される。

【００４１】圧電振動子３２は、撓み振動モードの圧電
振動子３２であり、個別電極４７、圧電体層４８、及び
共通電極４９から構成され、振動板４４の後面にはノズ
ル開口部３１…に対応させて個別電極４７が形成され、
この個別電極４７上に積層した状態で圧電体層４８が設
けられる。個別電極４７と反対側になる圧電体層４８の
後面には、圧電振動子３２の他方の電極を構成する共通
電極４９が設けられる。これらの個別電極４７および共
通電極４９は、金等の比較的柔らかい導電性金属層によ
って構成されており、図２に示すフレキシブル配線ケー
ブル５０に電気的に接続されている。そして、この圧電
振動子３２は、充電すると電界とは直交する方向に縮ん
で圧力発生室３３を収縮させ、放電すると電界とは直交
する方向に伸長して圧力発生室３３を膨張させる。

【００４２】圧力発生室板４５は、圧力発生室３３を形
成するのに適した厚さのセラミックス部材の薄板、例え
ば厚さが１００マイクロメートル程度の板状のアルミナ
やジルコニア等によって構成されており、圧力発生室３
３となる通孔５１が開設されている。

【００４３】圧力発生室底板４６は、図１における左側
（以下、同図の説明において同様）にインク供給口と圧
力発生室３３とを連通する供給連通口となる通孔５２を
開設し、右側に圧力発生室３３とノズル開口部３１…と
を連通するノズル連通口となる通孔５３を開設したセラ
ミックス部材であり、例えば板状のアルミナやジルコニ
ア等によって構成される。

【００４４】そして、圧力発生室板４５の後面に振動板
４４を、前面に圧力発生室底板４６をそれぞれ配置して
振動板４４と圧力発生室底板４６とで圧力発生室板４５
を挟んで一体化することにより、ヘッドチップ４１が構
成される。このように構成されたヘッドチップ４１で
は、圧力発生室３３の後面が振動板４４によって区画さ
れ、前面が圧力発生室底板４６によって区画されてい
る。また、この圧力発生室３３には、供給連通口５２お
よびノズル連通口５３が連通されている。

【００４５】次に、流路ユニット４２について説明す
る。この流路ユニット４２は、インク供給口形成基板６
１、インク室形成基板６２、及びノズルプレート２２等
の金属製プレート材を積層して構成されている。

【００４６】インク供給口形成基板６１は、左側にイン
ク供給口となる通孔６３を開設し、右側にノズル連通口
となる通孔６４を開設した板状部材であり、本実施形態
では熱伝導性の良いステンレス板等の金属部材によって
構成されている。また、このインク供給口形成基板６１
には、図２に示すように、ヘッドケース２８に設けたイ
ンク導入路６５（図４（ｂ）参照）の出口に連通するイ
ンク導入口６６が開設されている。

【００４７】インク室形成基板６２は、共通インク室６
７を形成する通孔６８を開設するとともに、右側にノズ
ル連通口となる通孔６９を開設した板状部材であり、例
えばステンレス板等の金属部材によって構成されてい
る。

【００４８】ノズルプレート２２は、多数（例えば、４
８個）のノズル開口部３１…を副走査方向に並べて開設
した薄い板状部材であり、例えばステンレス板等の金属
部材によって構成されている。このノズル開口部３１
は、副走査方向に沿ってドット形成密度に対応した所定
ピッチで開設されている。

【００４９】そして、インク室形成基板６２の前面側に
ノズルプレート２２を、後面側にインク供給口形成基板
６１をそれぞれ配置するとともに、インク室形成基板６
２とノズルプレート２２との間、及びインク室形成基板
６２とインク供給口形成基板６１との間に接着層７０を
挟んで、インク供給口形成基板６１、インク室形成基板
６２、及びノズルプレート２２を一体化することによ
り、流路ユニット４２が構成される。

【００５０】上記の接着層７０は、図２に示すように、
接着部分を残すようにして複数の開口７０ａ…を設けた
薄手のシート状接着部材である。そして、本実施形態で
は、接着層７０の開口７０ａ内に、良熱伝導性材、例え
ば、ステンレス材や銅等の金属部材によって構成された
薄板状のスペーサ８０を配置してある。

【００５１】このスペーサ８０は、流路ユニット４２を
構成するプレート材同士の間、例えば、インク室形成基
板６２とノズルプレート２２との間や、インク室形成基
板６２とインク供給口形成基板６１との間における熱伝
導を補助する。すなわち、このスペーサ８０は、積層配
置されたプレート材（インク室形成基板６２とノズルプ
レート２２、インク室形成基板６２とインク供給口形成
基板６１）同士の間に、両方のプレート材に接触した状
態で配置されており、両プレート材の間に、熱が伝導し
易い良熱伝導部を形成する。これにより、プレート材同
士の間に接着層７０が存在したとしても、このスペーサ
８０を通じて熱伝導が行われ、流路ユニット４２におけ
る熱伝導性を良好に維持することができる。

【００５２】このようにして構成された流路ユニット４
２では、インク供給口形成基板６１とノズルプレート２
２とにより共通インク室６７が区画されている。この共
通インク室６７は、インク供給口６３を介してヘッドケ
ース２８のインク導入路６５に連通される。

【００５３】次に、熱電素子ユニット４３について説明
する。この熱電素子ユニット４３は、電流を流すことに
より吸熱並びに発熱がなされる熱電素子を平板状に一体
形成した部材である。

【００５４】本実施形態では、熱電素子としてペルチェ
素子７１を用いている。このペルチェ素子７１は、図１
に示すようにＰ型半導体７３とＮ型半導体７４とを銅板
等の電極で接合した素子であり、このペルチェ素子７１
で閉回路を構成して直流電流を流すと、半導体の接合面
の一方、例えばＰＮ接合面で吸熱し、他方の接合面で発
熱する。そして、吸熱面と発熱面とを同じ向きに揃えた
状態で複数のペルチェ素子７１を配置して熱電素子ユニ
ット４３を構成する。なお、この熱電素子ユニット４３
でも、ペルチェ素子７１の左側には供給連通口となる通
孔７５が開設されており、ペルチェ素子７１の右側には
ノズル連通口となる通孔７６が開設されている。

【００５５】そして、この熱電素子ユニット４３の吸熱
面をヘッドチップ４１（圧力発生室底板４６）側に、発
熱面を流路ユニット４２（インク供給口形成基板６１）
側にそれぞれ向けて配置して、これらのヘッドチップ４
１、熱電素子ユニット４３、及び流路ユニット４２を熱
溶着フィルムや接着剤等の接着層７０によって順次接着
して一体化することにより、ヘッド本体２１が構成され
る。

【００５６】ここで、図２に示すように、熱電素子ユニ
ット４３と流路ユニット４２の間には、流路ユニット４
２の各プレート部材６１，６２，２２同士の接合部と同
様に、スペーサ８０を配置している。このスペーサ８０
により、熱電素子ユニット４３の発熱面と流路ユニット
４２のインク供給口形成基板６１との間にも、熱が伝導
し易い良熱伝導部が形成される。このスペーサ８０によ
り、熱電素子ユニット４３と流路ユニット４２との間の
熱伝導性を良好に維持することができ、熱電素子ユニッ
ト４３からの熱を効率よく流路ユニット４２側に伝達す
ることができる。

【００５７】上記構成のヘッド本体２１では、ヘッドチ
ップ４１の左側の通孔５２と熱電素子ユニット４３の左
側の通孔７５とが連通して供給連通口が形成され、この
供給連通口がインク供給口６３を通じて流路ユニット４
２の共通インク室６７と連通している。また、ヘッドチ
ップ４１の右側の通孔４６と、熱電素子ユニット４３の
右側の通孔７６と、インク供給口形成基板６１の右側の
通孔６４と、インク室形成基板６２の右側の通孔６９と
が連通して、ノズル連通口が形成される。これにより、
圧力発生室３３から共通インク室６７を通ってノズル開
口部３１…に至る一連のインク流路が形成される。そし
て、圧電振動子３２を作動させて圧力発生室３３の容積
を変化させることにより、ノズル開口部３１…からイン
ク滴が吐出される。

【００５８】さらに、圧力発生室底板４６を挟んで圧力
発生室３３と対向する部位には、複数のペルチェ素子７
１…を備えた熱電素子ユニット４３が配置されているの
で、この熱電素子ユニット４３を作動させると、圧力発
生室底板４６が冷却され、この圧力発生室底板４６の冷
却に伴って圧力発生室３３内のインクが冷却される。

【００５９】ところで、熱電素子ユニット４３を駆動す
ると、熱電素子ユニット４３における流路ユニット４２
側の部分で発熱が生じる。しかし、本実施形態では、イ
ンク供給口形成基板６１、インク室形成基板６２、及び
ノズルプレート２２を、ステンレス板等の金属部材によ
って構成してあり、熱電素子ユニット４３とインク供給
口形成基板６１との間、インク供給口形成基板６１とイ
ンク室形成基板６２との間、インク室形成基板６２とノ
ズルプレート２２との間に、それぞれ良熱伝導性を有す
るスペーサ８０が介設されている。

【００６０】このため、熱電素子ユニット４３が発生し
た熱は、セラミックス部材よりも熱伝導性に優れた金属
部材により形成されたインク供給口形成基板６１、イン
ク室形成基板６２、及びノズルプレート２２を順に伝導
して、ノズルプレート２２から放熱されることになる。
従って、熱電素子ユニット４３が発生した熱は記録ヘッ
ド８から速やかに放出され、記録ヘッド８を適正な温度
に保つことができる。

【００６１】次に、上記のように構成された本発明のイ
ンクジェット式記録装置を用いて、本発明における気泡
除去方法について説明する。

【００６２】この気泡除去方法が適用されるインクジェ
ット式記録装置は、上記の記録ヘッド８と、インク流路
内のインク温度を検出可能な温度検出手段（温度センサ
２３，Ａ／Ｄ変換器２４）と、ノズル開口部３１…を通
じてインク流路内のインクをヘッド外部に吸引する吸引
手段（キャッピングユニット１３）と、温度検出手段か
らのインク温度情報に基づいて熱電素子２７の駆動を制
御するインク温度制御手段（制御部６）と、吸引手段の
作動を制御可能な吸引制御手段（制御部６）とを備え
る。

【００６３】そして、この気泡除去方法では、クリーニ
ング動作の実行時に、まず、吸引制御手段および吸引手
段による気泡除去動作に先立って、温度検出手段が温度
センサ２３によりインク流路内のインク温度を検出する
（インク温度検出段階）。

【００６４】ここで、インク温度が所定温度（例えば、
２５度）を超えている場合には、インク温度制御手段が
熱電素子ユニット４３の複数のペルチェ素子７１を駆動
して、圧力発生室３３内のインクを冷却する（インク冷
却段階）。そして、インク温度制御手段は、温度検出手
段からの検出情報に基づいてインク流路内のインクが所
定温度以下（例えば、摂氏１５度以下）になったこと確
認する。

【００６５】このインク流路内のインクが所定温度以下
になったことを条件に、吸引制御手段が吸引手段を作動
させてインクを記録ヘッド８の外部に排出する（インク
排出段階）。すなわち、吸引手段は、ノズルプレート２
２をキャップ部材２４で封止している状態で吸引ポンプ
２６を作動させ、キャップ部材２４の内部を負圧にし
て、インク流路内に残留する気泡をインクとともにノズ
ル開口部３１…から強制的に排出させる。

【００６６】このように、本発明の気泡除去方法では、
記録ヘッド８からのインクの強制的な吸引に先立って、
熱電素子ユニットを作動させてインク流路内のインクを
所定温度以下に冷却した後に、インクの吸引排出動作を
行っている。このため、インク中における気泡成分の溶
解度を増大させた状態でインクを記録ヘッド８の外部に
排出することができ、少ないインク排出量であっても、
気泡を確実に排出することができる。

【００６７】さらに、熱電素子ユニット４３の発熱側を
金属部材によって構成した流路ユニット４２に接合して
あるので、熱電素子ユニット４３が発生した熱を、記録
ヘッド８の外部に効率よく放出することができ、インク
の冷却を効率よく行うことができる。特に、流路ユニッ
ト４２の先端部分に設けたノズルプレート２２は、外気
に曝されているので、放熱を確実に行わせることができ
る。

【００６８】ところで、この熱電素子ユニット４３によ
るインクの冷却は、記録動作時においても有用である。
すなわち、常温を超える環境下（例えば、摂氏２５度以
上）において制御部６は、記録動作時においても熱電素
子ユニット４３を作動させてヘッドチップ４１、つま
り、圧力発生室３３内のインクを冷却し、インクの温度
を所定温度（例えば、摂氏１５度）に保った状態で記録
を行う。このように、インク温度を一定温度に保つこと
により、粘度等のインク物性が一定の状態になるので、
駆動信号の波形を環境温度に応じて変えなくてもよくな
り、制御を簡素化することができる。

【００６９】なお、本発明は、上記の実施形態に限定さ
れるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲内で、
種々の変形が可能である。例えば、圧力発生素子として
発熱素子を使用したインクジェット式記録ヘッドにも本
発明を適用することができる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
効果を奏する。すなわち、圧力発生室を有するアクチュ
エータユニットとノズル開口部を有する流路ユニットと
の間に、アクチュエータユニット側が吸熱で流路ユニッ
ト側が発熱となるように電気接続された熱電素子ユニッ
トを一体的に配設してヘッド本体が構成されているの
で、熱電素子ユニットの駆動により圧力発生室内のイン
クを冷却することができ、インク中における気泡成分の
溶解度を増大させて、インク流路内に発生した気泡を減
少させることができる。これにより、少量のインクを排
出することで、気泡を確実に排出することができる。

【００７１】さらに、流路ユニット側が発熱となるよう
に熱電素子ユニットが電気接続され、アクチュエータユ
ニットがセラミックス部材により形成されるとともに、
流路ユニットが熱伝導性に優れる良熱伝導性部材により
形成されているので、熱電素子ユニットで発生した熱
が、流路ユニット側へと伝わり易く、この流路ユニット
から放熱される。したがって、記録ヘッド内に熱がこも
り難く、インク冷却を効率よく行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドのヘッド
本体における構成を示す断面図である。

【図２】本発明のインクジェット式記録ヘッドのヘッド
本体における部材構成を示す概略分解斜視図である。

【図３】本発明を適用するインクジェット式記録装置の
機能的構成を示す説明図である。

【図４】（ａ）は本発明を適用する一般的なインクジェ
ット式記録装置を示す斜視図であり、（ｂ）はインクジ
ェット式記録ヘッドのヘッド本体を模式的に示す概略図
である。

【図５】本発明のインクジェット式記録装置におけるキ
ャッピングユニットを示す概略図である。

【符号の説明】

１ プリンタコントローラ ２ プリントエンジン ３ 外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ） ４ ＲＡＭ ４ａ 受信バッファ ４ｂ 中間バッファ ４ｃ 出力バッファ ５ ＲＯＭ ６ 制御部 ７ 発振回路 ８ 記録ヘッド ９ 駆動信号発生回路 １０ 内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ） １１ 紙送り機構 １２ キャリッジ機構 １３ キャッピングユニット １５ 紙送りローラ １６ 記録紙 １７ キャリッジ １８ タイミングベルト １９ ガイド部材 ２０ パルスモータ ２１ ヘッド本体 ２３ 温度センサ ２４ Ａ／Ｄ変換器 ２５ 吸引チューブ ２６ 吸引ポンプ ２７ 熱電素子 ２８ ヘッドケース ２９ クリーニングユニット ３１ ノズル開口部 ３２ 圧電振動子 ３３ 圧力発生室 ３４ シフトレジスタ ３５ ラッチ回路 ３６ レベルシフタ ３７ スイッチ回路 ４１ ヘッドチップ ４２ 流路ユニット ４３ 熱電素子ユニット ４４ 振動板 ４５ 圧力発生室板 ４６ 圧力発生室底板 ４７ 個別電極 ４８ 圧電振動子 ４９ 共通電極 ５０ フレキシブル配線ケーブル ５１ 圧力発生室となる通孔 ５２ 供給連通口となる通孔 ５３ ノズル連通口となる通孔 ６１ インク供給口形成基板 ６２ インク室形成基板 ６３ インク供給口となる通孔 ６４ ノズル連通口となる通孔 ６５ インク導入路 ６６ インク導入口 ６７ 共通インク室 ６８ 共通インク室を形成する通孔 ６９ ノズル連通口となる通孔 ７０ 接着層 ７１ ペルチェ素子 ７３ Ｐ型半導体 ７４ Ｎ型半導体 ７５ 供給連通口となる通孔 ７６ ノズル連通口となる通孔 ８０ スペーサ部材

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ４１Ｊ 2/12 Ｆターム(参考） 2C056 EA15 EA25 EB03 EB07 EB30 EC03 EC21 EC24 EC28 EC29 EC57 FA04 FA10 HA05 HA15 JA10 JA13 JA17 2C057 AF80 AG52 AG55 AK20 AL03 AL25 AM03 AM31 AM40 AN01 AP02 AP25 AQ06 AQ10 BA03 BA14

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通インク室から圧力発生室を経てノズ
   ル開口部に至る一連のインク流路を備え、圧力発生素子
   の作用によって圧力発生室内のインクに圧力変動を与え
   ることにより、ノズル開口部からインク滴を吐出させる
   インクジェット式記録ヘッドにおいて、 上記圧力発生室を有するアクチュエータユニットと、上
   記ノズル開口部を有する流路ユニットとからヘッド本体
   を構成し、 セラミックス部材により形成されたアクチュエータユニ
   ットと、良熱伝導性部材を用いて構成した流路ユニット
   との間に、アクチュエータユニット側が吸熱で流路ユニ
   ット側が発熱となるように電気接続された熱電素子ユニ
   ットを配設し、 熱電素子ユニットの吸熱作用によってアクチュエータユ
   ニット内のインクを冷却し、熱電素子ユニットが発生し
   た熱を流路ユニット側から放熱させるように構成したこ
   とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記流路ユニットが金属部材を介在させ
   て構成されていることを特徴とする請求項１に記載のイ
   ンクジェット式記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記熱電素子ユニットが複数のペルチェ
   素子によって構成されていることを特徴とする請求項１
   又は請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記流路ユニットを複数のプレート材を
   積層して構成し、プレート材同士の間に良熱伝導性のス
   ペーサを配設したことを特徴とする請求項１から請求項
   ３の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４の何れかに記載の
   インクジェット式記録ヘッドと、インク流路内のインク
   温度を検出可能な温度検出手段と、ノズル開口部を通じ
   てインク流路内のインクをヘッド外部に吸引する吸引手
   段と、温度検出手段からのインク温度情報に基づいて熱
   電素子ユニットの駆動を制御するインク温度制御手段
   と、吸引手段の作動を制御可能な吸引制御手段とを備
   え、 インク温度制御手段は、吸引手段による気泡除去動作に
   先立って熱電素子ユニットを駆動して圧力発生室内のイ
   ンクを冷却し、 吸引制御手段は、インク流路内のインクが所定温度以下
   になったことを条件に吸引手段を作動させて、インク流
   路内に残留する気泡をインクとともにヘッド外部に吸引
   除去することを特徴とするインクジェット式記録装置。
6. 【請求項６】 前記吸引手段が、ノズル開口部を囲繞し
   た状態でノズル開口面をヘッド外部から封止可能なキャ
   ップ部材と、該キャップ部材に連通してキャップ部材内
   及びインク流路内を減圧する吸引ポンプとから構成され
   ていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェッ
   ト式記録装置。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項４の何れかに記載の
   インクジェット式記録ヘッドと、インク流路内のインク
   温度を検出可能な温度検出手段と、温度検出手段からの
   インク温度情報に基づいて熱電素子ユニットの駆動を制
   御するインク温度制御手段と、記録ヘッドを作動させて
   記録動作を行わせる記録制御手段とを備え、 インク温度制御手段は、熱電素子ユニットを駆動させて
   圧力発生室内のインクを冷却し、 記録制御手段は、インク流路内のインクが所定温度に冷
   却されていることを条件に記録動作を実行させることを
   特徴とするインクジェット式記録装置。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項４の何れかに記載の
   インクジェット式記録ヘッドと、インク流路内のインク
   温度を検出可能な温度検出手段と、ノズル開口部を通じ
   てインク流路内のインクをヘッド外部に吸引する吸引手
   段と、温度検出手段からのインク温度情報に基づいて熱
   電素子ユニットの駆動を制御するインク温度制御手段
   と、吸引手段の作動を制御可能な吸引制御手段とを備え
   たインクジェット式記録装置における気泡除去方法であ
   って、 クリーニング動作の実行時に、インク温度制御手段が熱
   電素子を駆動し、圧力発生室内のインクを冷却し、 インク流路内のインク温度が所定温度以下になったこと
   を条件に、吸引制御手段が吸引手段を作動させて、イン
   ク流路内に残留する気泡をインクとともにヘッド外部に
   吸引除去することを特徴とするインクジェット式記録装
   置における気泡除去方法。