JP2001246747A

JP2001246747A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2001246747A
Application number: JP2000061016A
Authority: JP
Inventors: Akihito Sakata; 明史坂田; Shinji Saeki; 真治佐伯
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】温度をより正確に検出し、安定した印字品質
を保持できるインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】基板に形成されたインク流路１８に充填
されたインクをノズル開口２５から吐出するインクジェ
ットヘッドにおいて、それぞれ直列に接続されたサーミ
スタ３３を複数個設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、プリン
タ、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録
装置に搭載されるインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複数のノズルからインクを吐
出する記録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、被記録媒体に対向す
る記録ヘッドはヘッドホルダに設けられ、ヘッドホルダ
はキャリッジに搭載されて被記録媒体の搬送方向とは直
交する方向に走査される。

【０００３】このような記録ヘッドの一例の分解概略を
図９に、また、要部断面を図１０に示す。図９及び図１
０に示すように、圧電セラミックプレート１０１には、
複数の溝１０２が並設され、各溝１０２は、側壁１０３
で分離されている。各溝１０２の長手方向一端部は圧電
セラミックプレート１０１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。また、各溝１０２内の両側壁１０３
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１０５が形成されている。

【０００４】圧電セラミックプレート１０１の溝１０２
の開口側には、カバープレート１０７が接着剤１０９を
介して接合されている。カバープレート１０７には、各
溝１０２の浅くなった他端部と連通する凹部となるイン
ク室１１１と、このインク室１１１の底部から溝１０２
とは反対方向に貫通するインク供給口１１２とを有す
る。

【０００５】また、圧電セラミックプレート１０１とカ
バープレート１０７との接合体の溝１０２が開口してい
る端面には、ノズルプレート１１５が接合されており、
ノズルプレート１１５の各溝１０２に対向する位置には
ノズル開口１１７が形成されている。

【０００６】なお、圧電セラミックプレート１０１のノ
ズルプレート１１５とは反対側でカバープレート１０７
とは反対側の面には、配線基板１２０が固着されてい
る。配線基板１２０には、各電極１０５とボンディング
ワイヤ１２１等で接続された配線１２２が形成され、こ
の配線１２２を介して電極１０５に駆動電圧を印加でき
るようになっている。

【０００７】このように構成される記録ヘッドでは、イ
ンク供給口１１２から各溝１０２内にインクを充填し、
所定の溝１０２の両側の側壁１０３に電極１０５を介し
て所定の駆動電界を作用させると、側壁１０３が変形し
て所定の溝１０２内の容積が変化し、これにより、溝１
０２内のインクがノズル開口１１７から吐出する。

【０００８】また、このような記録ヘッドに用いられる
インクは、その温度によって粘度が変化するため、記録
ヘッド近傍にサーミスタを設け、サーミスタが検出した
温度に対応して側壁１０３の駆動電圧を調整することに
より、インクの粘度に適したインク吐出を行っている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サーミ
スタが偏った位置に設けられていると、インク全体の温
度を正確に把握することができず、例えば、サーミスタ
が設けられていない位置のノズル開口からはインクが良
好に吐出されずに、印字ヌケ等の印刷不良が発生すると
いう問題がある。特に、有機溶媒系のインクを用いた場
合に印刷不良が発生しやすいという問題がある。

【００１０】また、サーミスタに電圧が印加されること
により、サーミスタはそれ自体の発熱によって抵抗値が
変化し、正確な温度を測定できないという問題もある。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑み、温度を
より正確に検出し、安定した印字品質を保持できるイン
クジェットヘッドを提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、基板に形成されたインク流路に充填
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、それぞれ直列に接続されたサーミスタ
を複数個有することを特徴とするインクジェットヘッド
にある。

【００１３】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記サーミスタが前記ノズル開口の列の両端部近傍
にそれぞれ設けられていることを特徴とするインクジェ
ットヘッドにある。

【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記インク流路内のインクに圧力を付与する
駆動手段に電圧を印加するための回路基板が前記インク
タンク近傍に設けられ、前記サーミスタが前記回路基板
に設けられていることを特徴とするインクジェットヘッ
ドにある。

【００１５】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記サーミスタによって検出された温
度に基づいて、インクを吐出する際の前記インク流路内
の容積の変化量を調整する調整手段をさらに有すること
を特徴とするインクジェットヘッドにある。

【００１６】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記インク流路が圧電セラミックプレ
ートに形成され、前記インク流路の側壁に設けられた電
極に駆動電圧を印加することにより、前記インク流路内
の容積を変化させることを特徴とするインクジェットヘ
ッドにある。

【００１７】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記調整手段が前記サーミスタによって検出された
温度に基づいて、前記電極に印加する駆動電圧を調整す
ることを特徴とするインクジェットヘッドにある。

【００１８】かかる本発明では、サーミスタによってヘ
ッドの複数箇所の温度を検出するようにしたので、より
正確な温度を検出することができる。また、この検出し
た温度に応じて駆動電圧を調整するようにしたので、ド
ット抜け等の印刷不良をより確実に防止することができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に基づ
いて本発明を詳細に説明する。

【００２０】図１は、一実施形態に係るインクジェット
ヘッドの組立斜視図であり、図２はヘッドチップユニッ
トの分解斜視図であり、図３はヘッドチップの分解斜視
図であり、図４は、ヘッドチップユニットの製造工程の
一例を示す斜視図である。

【００２１】図１に示すように、本実施形態のインクジ
ェットヘッド１０は、複数色のインクを収容したインク
カートリッジ１１と、このインクカートリッジ１１を着
脱自在に保持するタンクホルダ１２と、このタンクホル
ダ１２の側面に固定されてインクを吐出するヘッドチッ
プユニット１３とを有する。

【００２２】また、ヘッドチップユニット１３は、図２
に示すように、ヘッドチップ１４と、このヘッドチップ
１４の一方面側に設けられるベースプレート１５と、ヘ
ッドチップ１４の他方面側に設けられるヘッドカバー１
６とを有する。

【００２３】ここで、ヘッドチップ１４について詳しく
説明する。図３に示すように、ヘッドチップ１４を構成
する圧電セラミックプレート１７には、複数の溝１８が
並設され、各溝１８は、側壁１９で分離されている。各
溝１８の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１７
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。また、各
溝１８内の両側壁１９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２０が形成されている。

【００２４】ここで、圧電セラミックプレート１７に形
成される各溝１８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、各溝１
８内に形成される電極２０は、例えば、公知の斜め方向
からの蒸着により形成される。

【００２５】圧電セラミックプレート１７の溝１８の開
口側には、インク室プレート２１が接合されている。イ
ンク室プレート２１には、各溝１８の浅くなった他端部
と連通する凹部となるインク室２２と、このインク室２
２の底部から溝１８とは反対方向に貫通するインク供給
口２３とを有する。

【００２６】ここで、本実施形態では、各溝１８は、ブ
ラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シア
ン（Ｃ）の各色のインクに対応したグループに分かれて
おり、インク室２２及びインク供給口２３は、それぞれ
４つずつ設けられている。

【００２７】なお、インク室プレート２１は、セラミッ
クプレート、金属プレートなどで形成することができる
が、圧電セラミックプレート１７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。

【００２８】また、圧電セラミックプレート１７とイン
ク室プレート２１との接合体の溝１８が開口している端
面には、ノズルプレート２４が接合されており、ノズル
プレート２４の各溝１８に対向する位置にはノズル開口
２５が形成されている。

【００２９】本実施形態では、ノズルプレート２４は、
圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２１と
の接合体の溝１８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２４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２５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２４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。

【００３０】なお、本実施形態では、圧電セラミックプ
レート１７とインク室プレート２１との接合体の溝１８
が開口している端部の周囲には、ノズル支持プレート２
６が配置されている。このノズル支持プレート２６は、
ノズルプレート２４の接合体端面の外側と接合されて、
ノズルプレート２４を安定して保持するためのものであ
る。勿論、このノズル支持プレート２６は設けなくても
よい。

【００３１】このような構成のヘッドチップ１４は、ま
ず、圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２
１とを接合し、その接合体の端面にノズルプレート２４
を接合する。次いで、ノズルプレート２４の外側面、及
び圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２１
との接合体にヘッド支持プレート２６を嵌合接着するこ
とにより形成される。

【００３２】以下に、このようなヘッドチップ１４を有
するヘッドチップユニット１３について説明する。

【００３３】図２及び図４に示すように、本実施形態の
ヘッドチップユニット１３は、ヘッドチップ１４を構成
する圧電セラミックプレート１７のノズル開口２５側と
は反対側の端部には電極２０に接続される図示しない配
線パターンが形成されており、この配線パターンには異
方性導電膜２７を介してフレキシブルケーブル２８が接
合される。また、圧電セラミックプレート１７とインク
室プレート２１との接合体のヘッド支持プレート２６の
後端側には、圧電セラミックプレート１７側のアルミニ
ウム製のベースプレート１５と、インク室プレート２１
側のヘッドカバー１６とが組み付けられる。ベースプレ
ート１５とヘッドカバー１６とは、ベースプレート１５
の係止孔１５ａにヘッドカバー１６の係止シャフト１６
ａを係合することにより固定され、両者で圧電セラミッ
クプレート１７とインク室プレート２１との接合体を挟
持する。ヘッドカバー１６には、インク室プレート２１
のインク供給口２３のそれぞれに連通するインク導入路
２９が設けられている。

【００３４】また、図４（ａ）に示すように、圧電セラ
ミックプレート１７の後端側に突出したベースプレート
１５上には配線基板３０が固着される。ここで、配線基
板３０上にはヘッドチップ１４を駆動するための集積回
路などの駆動回路３１が搭載され、駆動回路３１とフレ
キシブルケーブル２８とが異方性導電膜３２を介して接
続される。これにより、図４（ｂ）のヘッドチップユニ
ット１３が完成する。

【００３５】このようなヘッドチップユニット１３で
は、インク導入路２９を介してインク供給口２３から各
溝１８内にインクを充填し、駆動回路３１によって所定
の溝１８の両側の側壁１９に電極２０を介して所定の駆
動電界を作用させることにより、側壁１９が変形して所
定の溝１８の内の容積が変化し、溝１８内のインクがノ
ズル開口２５から吐出する。

【００３６】ここで、インクは、その温度変化に伴って
粘度が変化する。特に、本実施形態では、有機溶媒系の
インクを用いているため、図５に示すように、インクの
温度変化に伴って粘度が著しく変化する。例えば、イン
クの温度が５℃のときの粘度は２５ｃＰであるのに対
し、２５℃のときの粘度は１０ｃＰと５℃の時の粘度の
半分以下まで低下してしまう。このため、インクの温度
に応じて駆動電圧を調整する必要がある。

【００３７】そのため、駆動回路３１にサーミスタ３３
を設け、このサーミスタ３３によってインクカートリッ
ジ１１近傍の温度を検出し、検出した温度に対応して、
例えば、図５に示すようなテーブル等を参照することに
より、駆動電圧の調整を行っている。

【００３８】このようなサーミスタ３３は、本実施形態
では、回路基板３０の幅方向両端部近傍に位置するよう
にそれぞれ設けられ、且つこれらのサーミスタ３３はそ
れぞれ直列に接続されている。詳しくは、図６（ａ）の
機能ブロック図に示すように、駆動回路３１は、ヘッド
チップ１４の各側壁１９に電極２０を介して選択的に駆
動電圧を印加するためのドライバＩＣ３４と、駆動電圧
を制御する電圧制御部３５と、実際に印加されている電
圧を検出する電圧検出部３６とを有し、この電圧検出部
３６内に２つのサーミスタ３３が直列に接続されてい
る。

【００３９】このような駆動回路３１では、図６（ｂ）
の回路図に示すように、ヘッドチップ３３に実際に印加
される駆動電圧はＶ_Ref2であり、Ｖ_Ref2が所定温度で、
Ｖ_Re _fと一致するように、Ｖ_Ref2／Ｖ_a2が調整されてい
る。おり、この駆動回路３１では、ヘッドチップ３３に
実際に印加される駆動電圧はＶ_Ref2であり、所定温度で
は、駆動電圧がＶ_refとなるように調整されている。

【００４０】したがって、温度の変化に伴って各サーミ
スタ３３の抵抗値が変化すると、サーミスタ３３に印加
される電圧Ｖ_a2が変化し、これに伴ってＶ_Ref2、すなわ
ち、駆動電圧が変化する。例えば、本実施形態では、図
５に示すように、各サーミスタ３３の検出温度の上昇に
伴って、駆動電圧は所定の勾配で低下する。

【００４１】また、本実施形態では、２つのサーミスタ
３３を設けているので、これら２つのサーミスタ３３の
それぞれの抵抗値が変化することによって、駆動電圧の
変化量が決定する。すなわち、２つのサーミスタ３３に
よって検出された温度の平均値に対応して駆動電圧が調
整される。

【００４２】このように、複数のサーミスタ３３によっ
て温度を検出することにより、インク全体の温度をより
正確に把握することができる。例えば、場所による温度
のばらつきがあった場合でも、複数箇所の温度を平均す
るため、各場所の温度の誤差を小さく抑えることができ
る。したがって、インクの温度変化に対応して常に最適
な駆動電圧を印加してインクを吐出することができ、ド
ット抜け、インクのしぶき等の印刷不良を防止すること
ができ、印刷品質を良好に保持することができる。

【００４３】また、本実施形態では、複数のサーミスタ
３３を直列に接続するようにしたので、サーミスタ３３
に電圧をかけた際の発熱が抑えられるため、この発熱に
伴うサーミスタ３３の検出温度の誤差を抑えることがで
きる。詳しくは、ヘッドチップ１４の側壁１９に印加す
る駆動電圧は、１５Ｖ〜３５Ｖ程度であり、サーミスタ
３３にも同程度の電圧が印加される。例えば、１つのサ
ーミスタに２０Ｖ程度の電圧が印加されると、サーミス
タ自体が発熱してしまい、その発熱に伴ってサーミスタ
の抵抗値が低下して検出温度に誤差が生じてしまう。し
かしながら、本実施形態のように、複数のサーミスタ３
３を設けこれらを直列に接続することにより、個々のサ
ーミスタ３３にかかる電圧が抑えられる。したがって、
サーミスタ３３自体の発熱が抑えられ、この発熱によっ
て検出温度に誤差が生じるのを防止することができる。

【００４４】なお、本実施形態では、２つのサーミスタ
を設けるようにしたが、勿論、その数は限定されず、３
つ以上であってもよいことは言うまでもない。

【００４５】また、このようなヘッドチップユニット１
３は、インクカートリッジ１１を保持するタンクホルダ
１２に組み付けられてインクジェットヘッド１０が形成
される。

【００４６】このタンクホルダ１２の一例を図７に示
す。図７に示すタンクホルダ１２は、一方面が開口した
略箱形形状をなし、インクカートリッジが着脱自在に保
持可能なものである。また、底壁上面には、インクカー
トリッジの底部に形成された開口部であるインク供給口
と連結する連結部３４が設けられている。連結部３４
は、例えば、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼン
ダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインク毎に設けられて
いる。連通部３４内には図示しないインク流路が形成さ
れ、その開口となる連結部３４の先端には、フィルタ３
５が設けられている。また、連結部３４内に形成された
インク流路は底壁の裏面側まで連通して形成され、各イ
ンク流路は、タンクホルダ１２の裏面側に設けられた流
路基板３６内の図示しないインク流路を介して流路基板
３６の側壁に開口するヘッド連結口３７に連通する。こ
のヘッド連結口３７はタンクホルダ１２の側面側に開口
し、当該側壁の底部には、上述したヘッドチップユニッ
ト１３を保持するヘッドチップユニット保持部３８が設
けられている。ヘッドチップユニット保持部３８は、配
線基板３０上に設けられた駆動回路３１を包囲する略コ
字状に立設された包囲壁３９と、包囲壁３９内にあって
ヘッドチップユニット１３のベースプレート１５及び配
線基板３０に設けられた係止孔１３ａと係合する係合シ
ャフト４０が立設されている。

【００４７】従って、このヘッドチップユニット保持部
３８にヘッドチップユニット１３を搭載してインクジェ
ットヘッド１０が完成する。このとき、ヘッドカバー１
６に形成されたインク導入路２９が流路基板３６のヘッ
ド連結口３７に連結される。これにより、タンクホルダ
１２の連結部３４を介してインクカートリッジから導入
されたインクは、流路基板３６内のインク流路を通って
ヘッドチップユニット１３のインク導入路２９に導入さ
れ、インク室２２及び溝１８内に充填される。

【００４８】このように形成されたインクジェットヘッ
ド１０は、例えば、インクジェット式記録装置のキャリ
ッジに搭載されて使用される。この使用態様の一例の概
略を図８に示す。

【００４９】図８に示すように、キャリッジ５１は、一
対のガイドレール５２ａ及び５２ｂ上に軸方向に移動自
在に搭載されており、カイドレール５２の一端側に設け
られてキャリッジ駆動モータ５３に連結されたプーリ５
４ａと、他端側に設けられたプーリ５４ｂとに掛け渡さ
れたタイミングベルト５５を介して搬送される。キャリ
ッジ５１の搬送方向と直交する方向の両側には、ガイド
レール５２ａ及び５２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ロ
ーラ５６及び５７が設けられている。これらの搬送ロー
ラ５６及び５７は、キャリッジ５１の下方に当該キャリ
ッジ５１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。

【００５０】キャリッジ５１上には、上述したインクジ
ェットヘッド１０が搭載され、このインクジェットヘッ
ド１０には上述したインクカートリッジを着脱自在に取
付可能である。

【００５１】このようなインクジェット式記録装置によ
ると、被記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ５１をその送
り方向とは直交方向に走査することにより、ヘッドチッ
プによって被記録媒体Ｓ上に文字及び画像を記録するこ
とができる。

【００５２】以上、一実施形態について説明したが、本
発明はこのような構成に限定されるものではない。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、複数の
サーミスタを設けて温度を検出するようにしたので、イ
ンク全体の温度をより正確に把握することができ、安定
した印字品質を保持することができる。また、複数のサ
ーミスタを直列に接続するようにしたので、電圧を印加
した際のサーミスタ自体の発熱を抑えることができ、サ
ーミスタの抵抗値の変化によって検出温度に誤差が生じ
るのを防止することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッ
ドの組立斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態のヘッドチップユニットの
分解斜視図である。

【図３】本発明の一実施形態に係るヘッドチップの分解
斜視図である。

【図４】本発明の一実施形態に係るヘッドチップユニッ
トの組立工程を示す斜視図である。

【図５】センシング温度と駆動電圧及びインクの粘度と
の関係を示すグラフである。

【図６】駆動回路の概略を示す図であり、（ａ）はブロ
ック図であり、（ｂ）は回路図である。

【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッ
ドの組立工程を示す概略斜視図である。

【図８】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッ
ドの使用態様を示す斜視図である。

【図９】従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す分解斜
視図である。

【図１０】従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す断面
図である。

【符号の説明】

１０インクジェットヘッド１１インクカートリッジ１２タンクホルダ１３ヘッドチップユニット１４ヘッドチップ１７圧電セラミックプレート１８溝１９側壁２０電極２５ノズル開口３０配線基板３１駆動回路３３サーミスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に形成されたインク流路に充填され
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、それぞれ直列に接続されたサーミスタを複数個有するこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１において、前記サーミスタが前
記ノズル開口の列の両端部近傍にそれぞれ設けられてい
ることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】請求項１又は２において、前記インク流
路内のインクに圧力を付与する駆動手段に電圧を印加す
るための回路基板が前記インクタンク近傍に設けられ、
前記サーミスタが前記回路基板に設けられていることを
特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記サ
ーミスタによって検出された温度に基づいて、インクを
吐出する際の前記インク流路内の容積の変化量を調整す
る調整手段をさらに有することを特徴とするインクジェ
ットヘッド。
【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記イ
ンク流路が圧電セラミックプレートに形成され、前記イ
ンク流路の側壁に設けられた電極に駆動電圧を印加する
ことにより、前記インク流路内の容積を変化させること
を特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】請求項５において、前記調整手段が前記
サーミスタによって検出された温度に基づいて、前記電
極に印加する駆動電圧を調整することを特徴とするイン
クジェットヘッド。