JP2002326352A

JP2002326352A - ヘッドチップユニット及びインクジェット式記録装置

Info

Publication number: JP2002326352A
Application number: JP2001132806A
Authority: JP
Inventors: Yasuto Sekiya; 寧人関谷
Original assignee: SII Printek Inc
Current assignee: SII Printek Inc
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-12

Abstract

(57)【要約】【課題】組立て後に各ノズル間の吐出スピードバラツ
キを均一化することにより歩留まりを向上させ、精細な
画像を描くことができるヘッドチップユニット及びイン
クジェット式記録装置を提供する。【解決手段】駆動回路からの駆動信号によりインク流
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
ジェットヘッドとを具備するヘッドユニットにおいて、
駆動回路内に遅延時間を記憶する手段を少なくとも駆動
ノズルと同じ数以上持ち、前記記憶手段で設定された時
間を基に、入力される基準信号から各ノズル電極へ出力
される駆動信号の間に信号の立ち上がりまたは立ち下が
りが遅延される遅延回路を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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ヘッド
を具備するヘッドチップユニット及びインクジェット式
記録装置に関する。

【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具備するヘッドユニットを搭載し、
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、記録ヘッドが被記録媒体に対向するように、ヘ
ッドチップユニットがヘッドホルダに設けられてインク
ジェットヘッドが構成され、このインクジェットヘッド
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４１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。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の一端が記録ヘッド
を駆動するための駆動ＩＣが搭載された駆動回路（図示
なし）に接続されている。そして、駆動回路からこの配
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。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４１を作用させると、側壁１０
３が変形して所定の溝１０２内の容積が変化し、これに
より、溝１０２内のインクがノズル開口１１７から吐出
する。また、このような記録ヘッドでは、同じように駆
動電圧を印加させても各部品の加工精度や組立て精度に
より、各ノズルからの吐出特性にバラツキを生じさせる
と共に、各ヘッドチップユニット間にも吐出特性のバラ
ツキを生じさせる。特に吐出スピードのバラツキは被記
録媒体へのインクの着弾位置を狂わせ、精細な画像を描
くことができなくなる。

【０００６】このため、各部品の加工と組立てには、各
ノズル間が均一になるよう精度が求められている。そし
て、各ヘッドチップユニット間のバラツキは駆動電圧を
調整することにより吐出スピードを合わせていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加工と
組立てに精度を求めるのには限界があり、組立て後に特
性に均一でない部分があると判明してからは修復するこ
とが不可能である。また、各ヘッドチップユニット間を
駆動電圧で調整することは、ヘッドチップユニットと同
じだけの電圧源を必要とし、コストが高くなってしまう
という問題がある。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑み、組立て後
に各ノズル間の吐出スピードバラツキを均一化すること
により歩留まりを向上させ、精細な画像を描くことがで
きると共に、電圧源を共通化できるので装置としてコス
トを削減することのできるヘッドチップユニット及びイ
ンクジェット式記録装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【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、駆動回路と、該駆動回路からの駆動
信号によりインク流路に充填されたインクを複数のノズ
ル開口から吐出するヘッドチップとを具備するヘッドチ
ップユニットにおいて、各ノズル毎に与える駆動信号の
立ち下がりまたは立ち上がりタイミングを遅延させる手
段を具備することを特徴とするヘッドチップユニットに
ある。

【００１０】本発明の第２の態様は、第1の態様におい
て、前記駆動回路に、各ノズル毎の駆動信号遅延値を記
憶する手段を有し、基準の駆動信号から遅延した駆動信
号を生成することを特徴とするヘッドチップユニットに
ある。

【００１１】本発明の第３の態様は、駆動回路と、該駆
動回路からの駆動信号によりインク流路に充填されたイ
ンクを複数のノズル開口から吐出するヘッドチップとを
具備するヘッドチップユニットにおいて、複数のノズル
から成るブロック毎に、与える駆動信号の立ち下がりま
たは立ち上がりタイミングを遅延させる手段を具備する
ことを特徴とするヘッドチップユニットにある。

【００１２】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記駆動回路に、複数のノズルから成るブロック毎
の駆動信号遅延値を記憶する手段を有し、基準の駆動信
号から遅延した駆動信号を生成することを特徴とするヘ
ッドチップユニットにある。

【００１３】本発明の第５の態様は、駆動回路からの駆
動信号によりインク流路に充填されたインクを複数のノ
ズル開口から吐出するヘッドチップユニットを複数具備
するインクジェット式記録装置において、各ヘッドチッ
プユニットに与える駆動信号の立ち下がりまたは立ち上
がりタイミングを遅延させる手段を具備することを特徴
とするインクジェット式記録装置にある。

【００１４】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、各ヘッドチップユニット毎の駆動信号遅延値を記憶
する手段を有し、基準の駆動信号から遅延した駆動信号
を生成することを特徴とするインクジェット式記録装置
にある。

【００１５】本発明の第７の態様は、第５または第６の
態様において、複数個のヘッドチップユニットでライン
ヘッドを形成することを特徴とするインクジェット式記
録装置にある。

【００１６】かかる本発明では、バラツキのあるノズル
に対して印加する信号の立ち上がり又は立ち下がりを調
整する事により、吐出スピードが均一になり、被記録媒
体へのインクの着弾位置が正確になるため、精細な画像
を描くことができる。

【００１７】

【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。

【００１８】図１は、一実施形態に係るヘッドチップユ
ニットの分解斜視図であり、図２はヘッドチップの分解
斜視図であり、図３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。

【００１９】図１に示すように、本実施形態のヘッドチ
ップユニット１０は、ヘッドチップ１１と、このヘッド
チップ１１の一方面側に設けられるベースプレート１２
と、ヘッドチップ１１の他方面側に設けられるヘッドカ
バー１３と、ヘッドチップ１１を駆動するための駆動回
路３１が搭載された配線基板３０とを有する。

【００２０】まず、ヘッドチップ１１について詳しく説
明する。図２に示すように、ヘッドチップ１１を構成す
る圧電セラミックプレート１６には、複数の溝１７が並
設され、各溝１７は、側壁１８で分離されている。各溝
１７の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１６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
１７内の両側壁１８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１９が形成されている。

【００２１】ここで、圧電セラミックプレート１６に形
成される各溝１７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
７内に形成される電極１９は、例えば、公知の斜め方向
からの蒸着により形成される。

【００２２】圧電セラミックプレート１６の溝１７の開
口側には、インク室プレート２０が接合されている。イ
ンク室プレート２０には、各溝１７の浅くなった他端部
と連通する凹部となるインク室２１と、このインク室２
１の底部から溝１７とは反対方向に貫通するインク供給
口２２とを有する。

【００２３】ここで、本実施形態では、各溝１７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２１及びインク供給口２２は、それぞれ
４つずつ設けられている。なお、インク室プレート２２
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１６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。

【００２４】また、圧電セラミックプレート１６とイン
ク室プレート２０との接合体の溝１７が開口している端
面には、ノズルプレート２３が接合されており、ノズル
プレート２３の各溝１７に対向する位置にはノズル開口
２４が形成されている。

【００２５】本実施形態では、ノズルプレート２３は、
圧電セラミックプレート１６とインク室プレート２０と
の接合体の溝１７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２３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２４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２３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。

【００２６】なお、本実施形態では、圧電セラミックプ
レート１６とインク室プレート２０との接合体の溝１７
が開口している端部の周囲には、ノズル支持プレート２
５が配置されている。このノズル支持プレート２５は、
ノズルプレート２３の接合体端面の外側と接合されて、
ノズルプレート２３を安定して保持するためのものであ
る。

【００２７】このような構成のヘッドチップ１１は、ま
ず、圧電セラミックプレート１６とインク室プレート２
０とを接合し、その接合体の端面にノズルプレート２３
を接合する。次いで、ノズルプレート２３の外側面、及
び圧電セラミックプレート１６とインク室プレート２０
との接合体にノズル支持プレート２５を嵌合接着するこ
とにより形成される。

【００２８】以下に、このようなヘッドチップ１１を用
いた本実施形態のヘッドチップユニット１０について説
明する。

【００２９】図１及び図３に示すように、本実施形態の
ヘッドチップユニット１０は、ヘッドチップ１１を構成
する圧電セラミックプレート１６のノズル開口２４側と
は反対側の端部には電極１９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２６を介してフレキシブルケーブル２７が接
合される。また、圧電セラミックプレート１６とインク
室プレート２０との接合体のノズル支持プレート２５の
後端側には、圧電セラミックプレート１６側のアルミニ
ウム製のベースプレート１２と、インク室プレート２０
側のヘッドカバー１３とが組み付けられる。ベースプレ
ート１２とヘッドカバー１３とは、ベースプレート１２
の係止孔１２ａにヘッドカバー１３の係止シャフト１３
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１６とインク室プレート２０との接合体を挟
持する。ヘッドカバー１３には、インク室プレート２０
のインク供給口２２のそれぞれに連通するインク導入路
２８が設けられている。

【００３０】また、図３（ａ）に示すように、圧電セラ
ミックプレート１６の後端側に突出したベースプレート
１２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１１を駆動するための駆動Ｉ
Ｃを有する駆動回路３１が搭載され、駆動回路３１とフ
レキシブルケーブル２７とが異方性導電膜３２を介して
接続される。これにより、図３（ｂ）のヘッドチップユ
ニット１０が完成する。

【００３１】このようなヘッドチップユニット１０で
は、インク導入路２８を介してインク供給口２２から各
溝１７内にインクを充填し、駆動回路３１によって所定
の溝１７の両側の側壁１８に電極１９を介して所定の駆
動電界４１を作用させることにより、側壁１８が変形し
て所定の溝１７の内の容積が変化し、溝１７内のインク
がノズル開口２４から吐出する。

【００３２】ここで、吐出するノズルの両側の側壁に作
用する駆動電界４１を与えるために、吐出するノズル電
極とその両側ノズルの電極にはそれぞれ図４に示すよう
に電圧パルスを加える。側壁への駆動電界４１をプラス
側とマイナス側に加える事により、容積が膨張する側と
縮小する側に側壁を変形する事ができる。

【００３３】この時、図４において吐出するノズルの電
極に加える電圧パルス幅ｔ１を可変すると、図５に示す
ようにある中心の電圧パルス幅で吐出スピードが最大で
あり、それよりも電圧パルス幅が長くても短くても吐出
スピードが徐々に遅くなるような特性が得られる事が、
実験より分かっている。（図５（ａ））また、吐出する
ノズルの電極に加える電圧パルスの立ち下がりから、そ
の両端のノズル電極に加える電圧パルスの立ち上がりま
での時間ｔ２を設けると、０で吐出スピードが最大であ
り、時間ｔ２の間隔を長くしていくと徐々に吐出スピー
ドが遅くなるような特性が実験より分かっている。（図
５（ｂ））そこで、本実施形態では入力される基準信号
パルスの立ち上がり、立ち下がりタイミングを遅延する
事により、時間ｔ１またはｔ２を可変する事で吐出スピ
ードを調整できるようにした。具体的には図６に示すよ
うに、立ち上がりの遅延値を記憶するレジスタ４４と、
基準信号の立ち上がりでレジスタ４４の値をセットし遅
延時間後にキャリーを出力するカウンタ４５と、基準信
号の立ち上がりでカウンタ４５のセット信号を発しカウ
ンタ４５からのキャリー信号で駆動信号出力の立ち上が
りを生成する遅延制御回路４６で構成され、立ち下がり
の遅延についても同様に構成される。レジスタ４４とカ
ウンタ４５のビット数とカウンタ４５へ入力するクロッ
クの周波数は、各ノズルの吐出スピードが十分に均一に
なるように設ける。また、この回路構成では信号の遅延
のみ行う事ができるので、基準信号は遅延を見込んで時
間的に早くパルスを入力する必要がある。また、図６の
回路構成を各ノズル分について設ける。

【００３４】以上説明したように、本実施形態では、遅
延値を記憶したレジスタ４４の値によって基準信号の立
ち上がりと立ち下がりを自由に遅延させると共に、その
遅延回路を各ノズル毎に設けた。

【００３５】これにより、各ノズルの吐出スピードが異
なっていても、図５に示した特性合わせて、各ノズルの
駆動信号を生成する事により均一な吐出スピードを得る
事ができる。

【００３６】なお、本実施形態では、信号の遅延をレジ
スタ４４とカウンタ４５にて実現したが、信号の立ち上
がりまたは立ち下がりが時間的に遅延するのであれば、
他の構成としてもよい。

【００３７】また、本実施形態では遅延回路を各ノズル
毎に設けたが、複数ノズルのブロック単位や、駆動ＩＣ
単位、ヘッドチップユニット単位で設けても良い。この
ような構成にする事で全体の遅延回路の規模を小さくで
き、コストを削減する事ができる。

【００３８】さらに、本実施形態では遅延回路をヘッド
チップユニット上に設けたが、ヘッドチップユニットと
は別に設けてもよい。ヘッドチップユニットが複数で構
成される装置では、各ヘッドチップユニットへ入力され
る基準信号を個々に遅延させ、ヘッドチップユニット間
の吐出スピードを均一にする事ができる。複数個のヘッ
ドチップユニットでラインヘッドを構成する場合にも有
効である。

【００３９】なお、このようなヘッドチップユニット１
０は、インクカートリッジを保持するタンクホルダに組
み付けられてヘッドユニット７０が形成される。

【００４０】このタンクホルダの一例を図７に示す。図
７に示すタンクホルダ６０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６１が設けられている。連結部６１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６１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６１の先端には、フィルタ６
２が設けられている。また、連結部６１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６０の裏面側に設けられた流
路基板６３内の図示しないインク流路を介して流路基板
６３の側壁に開口するヘッド連結口６４に連通する。こ
のヘッド連結口６４はタンクホルダ６０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１０を保持するヘッドチップユニット保持部６５が設
けられている。ヘッドチップユニット保持部６５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６６と、包囲壁６６内にあって
ヘッドチップユニット１０のベースプレート１２及び配
線基板３０に設けられた係止孔２９と係合する係合シャ
フト６７が立設されている。従って、このヘッドチッ
プユニット保持部６５にヘッドチップユニット１０を搭
載してヘッドユニット７０が完成する。このとき、ヘッ
ドカバー１３に形成されたインク導入路２８が流路基板
６３のヘッド連結口６４に連結される。これにより、タ
ンクホルダ６０の連結部６１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６４内のインク流
路を通ってヘッドチップユニット１０のインク導入路２
８に導入され、インク室２１及び溝１７内に充填され
る。

【００４１】また、このように形成されたヘッドユニッ
ト７０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。

【００４２】図８に示すように、キャリッジ７１は、一
対のガイドレール７２ａ及び７２ｂ上に軸方向に移動自
在に搭載されており、ガイドレール７２の一端側に設け
られてキャリッジ駆動モータ７３に連結されたプーリ７
４ａと、他端側に設けられたプーリ７４ｂとに掛け渡さ
れたタイミングベルト７５を介して搬送される。キャリ
ッジ７１の搬送方向と直交する方向の両側には、ガイド
レール７２ａ及び７２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ロ
ーラ７６及び７７が設けられている。これらの搬送ロー
ラ７６及び７７は、キャリッジ７１の下方に当該キャリ
ッジ７１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。

【００４３】キャリッジ７１上には、上述したヘッドユ
ニット７０が搭載され、このヘッドユニット７０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。

【００４４】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７１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。

【００４５】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。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本実施形態では、
遅延値を記憶したレジスタの値によって基準信号の立ち
上がりと立ち下がりを自由に遅延させると共に、その遅
延回路を各ノズル毎に設けた。これにより、組立て後の
各ノズルの吐出スピードが異なっていても、与える駆動
パルスを調整する事で、均一な吐出スピードを得る事が
できるため、歩留まりが向上し、精細な画像を描く事が
できる。また、ヘッドチップユニット間の吐出スピード
も均一にできるため、電圧源を共通化できコストを削減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドチップユニッ
トの分解斜視図である。

【図２】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３】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４】本発明の一実施形態に係る駆動電圧波形を示す
図である。

【図５】本発明の一実施形態に係る吐出スピード特性を
示す図である。

【図６】本発明の一実施形態に係る遅延回路ブロック図
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ヘッドチップユニット１１ヘッドチップ１２ベースプレート１３ヘッドカバー２３ノズルプレート３０配線基板３１駆動回路４２吐出ノズルに与える駆動電圧４３吐出する隣りのノズルに与える駆動電圧４４レジスタ４５カウンタ４６遅延制御回路６０ヘッドホルダ７０ヘッドユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動回路と、該駆動回路からの駆動信号
によりインク流路に充填されたインクを複数のノズル開
口から吐出するヘッドチップとを具備するヘッドチップ
ユニットにおいて、各ノズル毎に与える駆動信号の立ち下がりまたは立ち上
がりタイミングを遅延させる手段を具備することを特徴
とするヘッドチップユニット。
【請求項２】前記駆動回路に、各ノズル毎の駆動信号
遅延値を記憶する手段を有し、基準の駆動信号から遅延
した駆動信号を生成することを特徴とする請求項１に記
載のヘッドチップユニット。
【請求項３】駆動回路と、該駆動回路からの駆動信号
によりインク流路に充填されたインクを複数のノズル開
口から吐出するヘッドチップとを具備するヘッドチップ
ユニットにおいて、複数のノズルから成るブロック毎に、与える駆動信号の
立ち下がりまたは立ち上がりタイミングを遅延させる手
段を具備することを特徴とするヘッドチップユニット。
【請求項４】前記駆動回路に、複数のノズルから成る
ブロック毎の駆動信号遅延値を記憶する手段を有し、基
準の駆動信号から遅延した駆動信号を生成することを特
徴とする請求項３に記載のヘッドチップユニット。
【請求項５】駆動回路からの駆動信号によりインク流
路に充填されたインクを複数のノズル開口から吐出する
ヘッドチップユニットを複数具備するインクジェット式
記録装置において、各ヘッドチップユニットに与える駆動信号の立ち下がり
または立ち上がりタイミングを遅延させる手段を具備す
ることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項６】各ヘッドチップユニット毎の駆動信号遅
延値を記憶する手段を有し、基準の駆動信号から遅延し
た駆動信号を生成す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。
【請求項７】複数個のヘッドチップユニットでライン
ヘッドを形成することを特徴とする請求項５又は６に記
載のインクジェット式記録装置。