JP2004106216A - インクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】インクジェットヘッドにおいて、安定したインク吐出特性を得る。
【解決手段】インク液が充填される複数の圧力室１１と、圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３と、圧力室１１と共通液室１３とを連通するインク供給路２２と、圧力室１１上に形成され、圧力室１１の容積を変化させて当該圧力室１１内のインク液をノズル孔１５から吐出させる複数の第１のアクチュエータ１２と、インク供給路２２上に形成され、インク液を吐出するときにはインク供給路２２の圧力を上昇させるように変位し、インク液を吐出した後にはインク供給路２２の圧力を低下させるように変位する第２のアクチュエータ１４とを有する構成のインクジェットヘッドとする。
【選択図】 図３
【解決手段】インク液が充填される複数の圧力室１１と、圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３と、圧力室１１と共通液室１３とを連通するインク供給路２２と、圧力室１１上に形成され、圧力室１１の容積を変化させて当該圧力室１１内のインク液をノズル孔１５から吐出させる複数の第１のアクチュエータ１２と、インク供給路２２上に形成され、インク液を吐出するときにはインク供給路２２の圧力を上昇させるように変位し、インク液を吐出した後にはインク供給路２２の圧力を低下させるように変位する第２のアクチュエータ１４とを有する構成のインクジェットヘッドとする。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置のインクジェットヘッド特開平９−１７９６号公報の図１に示すようには、インク液を収容する圧力室の容積をアクチュエータの変位により変化させてノズル孔からインク滴を吐出し、これを記録媒体に着弾させることにより印刷を行っている。
【０００３】
以下この点をさらに詳細に説明すると、インクジェットヘッドは、図１５（ａ）に示すように、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応してアクチュエータ１２が設けられている。また、インク滴が吐出されるノズル孔１５、および圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３が、インク供給路２２を介して圧力室１１に連通して形成されている。
【０００４】
アクチュエータ１２は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して収縮・伸張させる上方の個別電極１７および下方の振動板兼共通電極１８とを備えており、圧電体膜１６の圧電効果により圧力室１１の容積を変化させてインク滴をノズル孔１５から吐出させる。
【０００５】
このような構成を有するインクジェットヘッドの電極１７，１８に電圧を印加してアクチュエータ１２を変位させると（図１５（ｂ））、圧力室１１内の圧力が上昇してノズル孔１５から液滴が吐出される。これと同時に、圧力室１１内の圧力上昇により、圧力室１１からインク供給路２２を通って共通液室１３へと向かうインクの流れが発生する。したがって、アクチュエータ１２の変位による圧力室１１の圧力変動量がノズル孔１５からのインク滴吐出と共通液室１３へのインク流とに分散されてしまう。
【０００６】
次に、図１５（ｃ）で示すように、アクチュエータ１２がこれとは反対方向に変位して圧力室１１内の圧力が低下すると、インクが共通液室１３からインク供給路２２を通って圧力室１１へと導入される。
【０００７】
このようなことから、圧力室１１と共通液室１３とを連通するインク供給路２２は、アクチュエータ１２で振動板兼共通電極１８を変形させて圧力室１１内のインクをノズル孔１５から吐出する場合には、インクはノズル孔１５の方向へより多く流れる方が良いため、インク供給路２２の断面積が小さくインクが流れにくい方が望ましい。
【０００８】
逆に、インクの吐出が終わった後、共通液室１３から圧力室１１へのインクの供給をスムーズにするためには、インク供給路２２の断面積が大きくインクが流れやすい方が望ましい。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１７９６号公報（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように、従来の技術では、インク供給路２２における流動制御についての配慮はなされていない。
【００１１】
また、環境温度が変わるとインクの粘度が変化し（高温では低粘度になり、低温では高粘度になる）、断面積の小さいインク供給路２２は粘度変化の影響を非常に受けやすい。そして、環境変化に拘わらず一定の吐出性能を得るためには、インク供給路２２においては、高温時では断面積が小さい方が望ましく、逆に低温時では断面積が大きい方が望ましい。
【００１２】
そこで、本発明は、安定したインク吐出特性を持つインクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置を得ることのできる技術を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、インク液が充填される複数の圧力室と、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室とを連通するインク供給路と、圧力室上に形成され、圧力室の容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、インク供給路上に形成され、インク液を吐出するときにはインク供給路の圧力を上昇させるように変位し、インク液を吐出した後にはインク供給路の圧力を低下させるように変位する第２のアクチュエータとを有する構成としたものである。
【００１４】
このように、インク供給路上に第２のアクチュエータを形成し、インク吐出時にはインク供給路の圧力を上昇させてノズル孔の方向へより多くのインクを流し、インク吐出後にはインク供給路の圧力を低下させてインクが共通液室からインク供給路を通ってスムーズに圧力室へ導入するようにしているので、安定したインク吐出特性を得ることが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、インク液が充填される複数の圧力室と、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室とを連通するインク供給路と、圧力室上に形成され、圧力室の容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、インク供給路上に形成され、インク液を吐出するときにはインク供給路の圧力を上昇させるように変位し、インク液を吐出した後にはインク供給路の圧力を低下させるように変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであり、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第２のアクチュエータは、それぞれの第１のアクチュエータに対向して延びる複数の主部と、これら主部相互間を連結する連結部とから構成されるインクジェットヘッドであり、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第２のアクチュエータは、それぞれの第１のアクチュエータに対向して分割形成され、相互に独立した電圧が印加されるインクジェットヘッドであり、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、環境温度を測定する温度センサが設けられ、第２のアクチュエータは、温度センサにより測定された温度が高い場合よりも低い場合の方が大きな変位量とされているインクジェットヘッドであり、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、安定したインク吐出特性が得られることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという作用を有する。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１４を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図２は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室とインク供給路との圧力変動の状態を示す説明図、図６は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図７は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ、図８は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合におけるインク供給路の圧力変動を示すグラフ、図９は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図１０は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合におけるインク供給路の圧力変動を示すグラフ、図１１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ、図１２は本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図１３は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図１４は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すインクジェット式記録装置４０は、アクチュエータである強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものである。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動する。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
【００２３】
次に、インクジェットヘッド４１の構造の一実施の形態について、図２および図３を用いて説明する。
【００２４】
これらの図面に示すように、インクジェットヘッドは、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応して第１のアクチュエータ（アクチュエータ）１２が設けられている。そして、圧力室１１に連通して、インク滴が吐出するノズル孔１５が形成されている。
【００２５】
また、圧力室１１と隣接する位置には、インク液供給方向に並ぶ圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３が、インク供給路２２を介して圧力室１１に連通して形成されている。そして、インク供給路２２には第２のアクチュエータ１４が形成されている。
【００２６】
ここで、第１のアクチュエータ１２および第２のアクチュエータ１４は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して変位（収縮・伸張）させる上方の個別電極１７及び下方の振動板兼共通電極１８とを備えている。
【００２７】
そして、第１のアクチュエータ１２は、電極１７，１８への電圧印加による圧電体膜１６の圧電効果により変位し、圧力室１１の容積を変化させて圧力室１１内のインク液をノズル孔１５から吐出させる。
【００２８】
また、第２のアクチュエータ１４は、電極１７，１８への電圧印加により、インク液を吐出するために第１のアクチュエータ１２が変位して圧力室１１の圧力が上昇した場合にはインク供給路２２の圧力を上昇させるように変位し、インク液の吐出が終了して第１のアクチュエータ１２がこれとは逆方向に変位して圧力室１１の圧力が低下した場合にはインク供給路２２の圧力を低下させるように変位する。
【００２９】
なお、本実施の形態では共通電極と振動板とを一体とした構造（振動板が共通電極を兼ねている）となっているが、両者は別々に形成されていてもよい。その場合には、区画壁１０の上に振動板を形成し、その上に共通電極が形成される。
【００３０】
本実施の形態において、個別電極１７は例えばＰｔ（白金）で、圧電体膜１６は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、振動板兼共通電極１８は例えばＣｕ（銅）で、それぞれ形成されている。また、個別電極１７は例えば厚さ０．２μｍに、圧電体膜１６は例えば厚さ３μｍに、振動板兼共通電極１８は例えば厚さ５．５μｍに、各々成膜されている。すなわち第１のアクチュエータ１２の膜構造と第２のアクチュエータ１４の膜構造とが同一になっている。このような構成とすることにより、両アクチュエータの特性を似たものとすることができ、両アクチュエータの制御を容易に行える。
【００３１】
また、個別電極１７、圧電体膜１６、振動板兼共通電極１８などの形成方法は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用されさらにエッチングによる型抜きによる形状作製も行え得るが、それらに何等限定されるものではない。
【００３２】
そして、第１のアクチュエータ１２と第２のアクチュエータ１４とは同一の工法で作製されていることが、両アクチュエータの制御が容易となるので好ましい。さらに同一の工程で作製されていることにより、両アクチュエータの特性がほぼ同一となるので、経年変化や温度変化等がほぼ同一になり、制御等をより容易に行えるので、さらに好ましい。
【００３３】
なお、本実施の形態に示す振動板兼共通電極１８、圧電体膜１６、個別電極１７のそれぞれの膜間には、例えばそれぞれの膜の接合を良くするなどの目的で、これら以外の層を介在させてもよい。
【００３４】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドの駆動機構について図４を用いて説明する。
【００３５】
図示するように、第１の駆動波形発生回路１９と第２の駆動波形発生回路２０とが設けられている。
【００３６】
第１の駆動波形発生回路１９で生成された第１の駆動波形は選択回路２１に入力され、選択回路２１において制御信号により第１の駆動波形の印加される第１のアクチュエータ１２が選択される。そして、選択された第１のアクチュエータ１２に対して選択回路２１から第１の駆動波形が印加される。
【００３７】
また、第２の駆動波形生成回路２０で生成された第２の駆動波形は第２のアクチュエータ１４に印加される。そして、第２の駆動波形は、第１の駆動波形の印加された第１のアクチュエータ１２の変位による圧力室１１内の圧力変動にリンクしてインク供給路２２が圧力変動するように第２のアクチュエータ１４が変位する波形となっている。
【００３８】
すなわち、図５（ａ）に示すインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータ１２に電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように圧電体膜１６が変形して振動板兼共通電極１８が撓んで圧力室１１の圧力が上昇し、ノズル孔１５からインク滴が吐出する。これと同時に、第２のアクチュエータ１４はインク供給路２２の圧力を上昇させるように変位する。これにより、振動板兼共通電極１８の変位は数十ｎｍ程度でインク供給路２２の断面積はほとんど変わらないものの、インク供給路２２の圧力上昇により圧力室１１から共通液室１３へ向かうインクの流れが阻止されてノズル孔１５の方向へより多く流れる。
【００３９】
次に、図５（ｃ）で示すように、第１のアクチュエータ１２が図５（ｂ）とは反対方向に変位して圧力室１１内の圧力が低下すると、第２のアクチュエータ１４もまたインク供給路２２の圧力を低下させるように変位する。これにより、インクがインク供給路２２を流れやすくなり、共通液室１３から圧力室１１へインクがスムーズに導入される。
【００４０】
ここで、第１のアクチュエータ１２にたとえば図６に示す波形の電圧が印加されたとすると、この第１のアクチュエータ１２の振動板は図７に示すように変位する。すると、図８に示すように、第１のアクチュエータ１２の振動に伴う圧力室１１の圧力変動によりインク供給路２２の圧力が変動していく。このとき、第２のアクチュエータ１４にたとえば図９に示す波形の電圧を印加して図１０に示すようにインク供給路２２の圧力を制御することにより、圧力室１１内の圧力変動にリンクしてインク供給路２２が圧力変動し、ノズル孔１５からのインク吐出と、インク吐出後における共通液室１３から圧力室１１へのインク導入とがスムーズに行われる。なお、この場合における第１のアクチュエータ１２の変位量は図１１に示すようになり、インクの流れの効率化により、第１のアクチュエータ１２の変位が増大しているのがわかる。
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、インク供給路２２上に第２のアクチュエータ１４を形成し、インク吐出時にはインク供給路２２の圧力を上昇させてノズル孔１５の方向へより多くのインクを流し、インク吐出後にはインク供給路２２の圧力を低下させてインクが共通液室１３からインク供給路２２を通ってスムーズに圧力室１１へ導入できるようにしているので、安定したインク吐出特性を得ることが可能になる。
【００４２】
また、第２のアクチュエータ１４は第１のアクチュエータ１２と同じ工程で、且つ同一の部材で形成できるので、コストが上昇することがない。
【００４３】
さらに、第２のアクチュエータ１４は個別制御の必要がなく、一体電極で同一波形で制御できるため、コスト上昇が抑制される。
【００４４】
そして、このようなインクジェットヘッド４１を備えたインクジェット式記録装置によれば、安定したインク吐出特性が得られることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になる。
【００４５】
次に、インクジェットヘッド４１の構造の他の実施の形態について説明する。
【００４６】
前述の説明では、第２のアクチュエータ１４はインク供給路２２上の全面に形成されているが（図２参照）、図１２に示すように、それぞれの第１のアクチュエータ１２に対向して延びる複数の主部１４ａと、これら主部１４ａ相互間を連結する連結部１４ｂとから構成される形状に形成してもよい。
【００４７】
また、図１３に示すように、第２のアクチュエータ１４を、それぞれの第１のアクチュエータ１２に対向して分割形成し、相互に独立した電圧を印加するようにしてもよい。このようにすれば、変位した第１のアクチュエータ１２に対応した第２のアクチュエータ１４のみを駆動することができる。
【００４８】
なお、環境温度を測定する温度センサ２３を設け、温度変化により変動するインクの粘度により第１のアクチュエータ１２および第２のアクチュエータ１４の変位量を制御するようにしてもよい（図９、図１４参照）。
【００４９】
すなわち、インクは高温では低粘度になり、低温では高粘度になることから、第２のアクチュエータ１４に関しては、温度センサ２３により測定された温度が高い場合よりも低い場合の方が大きな変位量となる電圧を印加することで、環境変化の影響を最小限に抑えることができる。なお、第１のアクチュエータ１２も同様に、温度センサ２３により測定された温度が高い場合よりも低い場合の方が大きな変位量となる電圧を印加する。
【００５０】
なお、このような温度センサ２３による環境温度に応じた第２のアクチュエータ１４の制御をする場合、第２のアクチュエータ１４は、図２に示すように上面を四角形としてもよく、図１２に示すように主部１４ａと連結部１４ｂとで形成してもよく、図１３に示すように第１のアクチュエータ１２に対向して分割形成してもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インク供給路上に第２のアクチュエータを形成し、インク吐出時にはインク供給路の圧力を上昇させてノズル孔の方向へより多くのインクを流し、インク吐出後にはインク供給路の圧力を低下させてインクが共通液室からインク供給路を通ってスムーズに圧力室へ導入するようにしているので、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【００５２】
そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安定したインク吐出特性が得られることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図４】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室とインク供給路との圧力変動の状態を示す説明図
【図６】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図７】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ
【図８】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合におけるインク供給路の圧力変動を示すグラフ
【図９】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図１０】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合におけるインク供給路の圧力変動を示すグラフ
【図１１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ
【図１２】本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図
【図１５】従来のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの変位に伴うヘッドの振動状態を示す説明図
【符号の説明】
１０ 区画壁
１１ 圧力室
１２ 第１のアクチュエータ（アクチュエータ）
１３ 共通液室
１４ 第２のアクチュエータ
１４ａ 主部
１４ｂ 連結部
１５ ノズル孔
１６ 圧電体膜
１７ 個別電極
１８ 振動板兼共通電極
１９ 第１の駆動波形発生回路
２０ 第２の駆動波形発生回路
２１ 選択回路
２２ インク供給路
２３ 温度センサ
４０ インクジェット式記録装置
４１ インクジェットヘッド
４２ 記録媒体
４３ キャリッジ軸
４４ キャリッジ
４５ ローラ（移動手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置のインクジェットヘッド特開平９−１７９６号公報の図１に示すようには、インク液を収容する圧力室の容積をアクチュエータの変位により変化させてノズル孔からインク滴を吐出し、これを記録媒体に着弾させることにより印刷を行っている。
【０００３】
以下この点をさらに詳細に説明すると、インクジェットヘッドは、図１５（ａ）に示すように、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応してアクチュエータ１２が設けられている。また、インク滴が吐出されるノズル孔１５、および圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３が、インク供給路２２を介して圧力室１１に連通して形成されている。
【０００４】
アクチュエータ１２は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して収縮・伸張させる上方の個別電極１７および下方の振動板兼共通電極１８とを備えており、圧電体膜１６の圧電効果により圧力室１１の容積を変化させてインク滴をノズル孔１５から吐出させる。
【０００５】
このような構成を有するインクジェットヘッドの電極１７，１８に電圧を印加してアクチュエータ１２を変位させると（図１５（ｂ））、圧力室１１内の圧力が上昇してノズル孔１５から液滴が吐出される。これと同時に、圧力室１１内の圧力上昇により、圧力室１１からインク供給路２２を通って共通液室１３へと向かうインクの流れが発生する。したがって、アクチュエータ１２の変位による圧力室１１の圧力変動量がノズル孔１５からのインク滴吐出と共通液室１３へのインク流とに分散されてしまう。
【０００６】
次に、図１５（ｃ）で示すように、アクチュエータ１２がこれとは反対方向に変位して圧力室１１内の圧力が低下すると、インクが共通液室１３からインク供給路２２を通って圧力室１１へと導入される。
【０００７】
このようなことから、圧力室１１と共通液室１３とを連通するインク供給路２２は、アクチュエータ１２で振動板兼共通電極１８を変形させて圧力室１１内のインクをノズル孔１５から吐出する場合には、インクはノズル孔１５の方向へより多く流れる方が良いため、インク供給路２２の断面積が小さくインクが流れにくい方が望ましい。
【０００８】
逆に、インクの吐出が終わった後、共通液室１３から圧力室１１へのインクの供給をスムーズにするためには、インク供給路２２の断面積が大きくインクが流れやすい方が望ましい。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１７９６号公報（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように、従来の技術では、インク供給路２２における流動制御についての配慮はなされていない。
【００１１】
また、環境温度が変わるとインクの粘度が変化し（高温では低粘度になり、低温では高粘度になる）、断面積の小さいインク供給路２２は粘度変化の影響を非常に受けやすい。そして、環境変化に拘わらず一定の吐出性能を得るためには、インク供給路２２においては、高温時では断面積が小さい方が望ましく、逆に低温時では断面積が大きい方が望ましい。
【００１２】
そこで、本発明は、安定したインク吐出特性を持つインクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置を得ることのできる技術を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、インク液が充填される複数の圧力室と、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室とを連通するインク供給路と、圧力室上に形成され、圧力室の容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、インク供給路上に形成され、インク液を吐出するときにはインク供給路の圧力を上昇させるように変位し、インク液を吐出した後にはインク供給路の圧力を低下させるように変位する第２のアクチュエータとを有する構成としたものである。
【００１４】
このように、インク供給路上に第２のアクチュエータを形成し、インク吐出時にはインク供給路の圧力を上昇させてノズル孔の方向へより多くのインクを流し、インク吐出後にはインク供給路の圧力を低下させてインクが共通液室からインク供給路を通ってスムーズに圧力室へ導入するようにしているので、安定したインク吐出特性を得ることが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、インク液が充填される複数の圧力室と、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室とを連通するインク供給路と、圧力室上に形成され、圧力室の容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、インク供給路上に形成され、インク液を吐出するときにはインク供給路の圧力を上昇させるように変位し、インク液を吐出した後にはインク供給路の圧力を低下させるように変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであり、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第２のアクチュエータは、それぞれの第１のアクチュエータに対向して延びる複数の主部と、これら主部相互間を連結する連結部とから構成されるインクジェットヘッドであり、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第２のアクチュエータは、それぞれの第１のアクチュエータに対向して分割形成され、相互に独立した電圧が印加されるインクジェットヘッドであり、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、環境温度を測定する温度センサが設けられ、第２のアクチュエータは、温度センサにより測定された温度が高い場合よりも低い場合の方が大きな変位量とされているインクジェットヘッドであり、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、安定したインク吐出特性が得られることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという作用を有する。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１４を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図２は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室とインク供給路との圧力変動の状態を示す説明図、図６は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図７は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ、図８は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合におけるインク供給路の圧力変動を示すグラフ、図９は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図１０は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合におけるインク供給路の圧力変動を示すグラフ、図１１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ、図１２は本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図１３は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図１４は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すインクジェット式記録装置４０は、アクチュエータである強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものである。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動する。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
【００２３】
次に、インクジェットヘッド４１の構造の一実施の形態について、図２および図３を用いて説明する。
【００２４】
これらの図面に示すように、インクジェットヘッドは、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応して第１のアクチュエータ（アクチュエータ）１２が設けられている。そして、圧力室１１に連通して、インク滴が吐出するノズル孔１５が形成されている。
【００２５】
また、圧力室１１と隣接する位置には、インク液供給方向に並ぶ圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３が、インク供給路２２を介して圧力室１１に連通して形成されている。そして、インク供給路２２には第２のアクチュエータ１４が形成されている。
【００２６】
ここで、第１のアクチュエータ１２および第２のアクチュエータ１４は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して変位（収縮・伸張）させる上方の個別電極１７及び下方の振動板兼共通電極１８とを備えている。
【００２７】
そして、第１のアクチュエータ１２は、電極１７，１８への電圧印加による圧電体膜１６の圧電効果により変位し、圧力室１１の容積を変化させて圧力室１１内のインク液をノズル孔１５から吐出させる。
【００２８】
また、第２のアクチュエータ１４は、電極１７，１８への電圧印加により、インク液を吐出するために第１のアクチュエータ１２が変位して圧力室１１の圧力が上昇した場合にはインク供給路２２の圧力を上昇させるように変位し、インク液の吐出が終了して第１のアクチュエータ１２がこれとは逆方向に変位して圧力室１１の圧力が低下した場合にはインク供給路２２の圧力を低下させるように変位する。
【００２９】
なお、本実施の形態では共通電極と振動板とを一体とした構造（振動板が共通電極を兼ねている）となっているが、両者は別々に形成されていてもよい。その場合には、区画壁１０の上に振動板を形成し、その上に共通電極が形成される。
【００３０】
本実施の形態において、個別電極１７は例えばＰｔ（白金）で、圧電体膜１６は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、振動板兼共通電極１８は例えばＣｕ（銅）で、それぞれ形成されている。また、個別電極１７は例えば厚さ０．２μｍに、圧電体膜１６は例えば厚さ３μｍに、振動板兼共通電極１８は例えば厚さ５．５μｍに、各々成膜されている。すなわち第１のアクチュエータ１２の膜構造と第２のアクチュエータ１４の膜構造とが同一になっている。このような構成とすることにより、両アクチュエータの特性を似たものとすることができ、両アクチュエータの制御を容易に行える。
【００３１】
また、個別電極１７、圧電体膜１６、振動板兼共通電極１８などの形成方法は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用されさらにエッチングによる型抜きによる形状作製も行え得るが、それらに何等限定されるものではない。
【００３２】
そして、第１のアクチュエータ１２と第２のアクチュエータ１４とは同一の工法で作製されていることが、両アクチュエータの制御が容易となるので好ましい。さらに同一の工程で作製されていることにより、両アクチュエータの特性がほぼ同一となるので、経年変化や温度変化等がほぼ同一になり、制御等をより容易に行えるので、さらに好ましい。
【００３３】
なお、本実施の形態に示す振動板兼共通電極１８、圧電体膜１６、個別電極１７のそれぞれの膜間には、例えばそれぞれの膜の接合を良くするなどの目的で、これら以外の層を介在させてもよい。
【００３４】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドの駆動機構について図４を用いて説明する。
【００３５】
図示するように、第１の駆動波形発生回路１９と第２の駆動波形発生回路２０とが設けられている。
【００３６】
第１の駆動波形発生回路１９で生成された第１の駆動波形は選択回路２１に入力され、選択回路２１において制御信号により第１の駆動波形の印加される第１のアクチュエータ１２が選択される。そして、選択された第１のアクチュエータ１２に対して選択回路２１から第１の駆動波形が印加される。
【００３７】
また、第２の駆動波形生成回路２０で生成された第２の駆動波形は第２のアクチュエータ１４に印加される。そして、第２の駆動波形は、第１の駆動波形の印加された第１のアクチュエータ１２の変位による圧力室１１内の圧力変動にリンクしてインク供給路２２が圧力変動するように第２のアクチュエータ１４が変位する波形となっている。
【００３８】
すなわち、図５（ａ）に示すインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータ１２に電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように圧電体膜１６が変形して振動板兼共通電極１８が撓んで圧力室１１の圧力が上昇し、ノズル孔１５からインク滴が吐出する。これと同時に、第２のアクチュエータ１４はインク供給路２２の圧力を上昇させるように変位する。これにより、振動板兼共通電極１８の変位は数十ｎｍ程度でインク供給路２２の断面積はほとんど変わらないものの、インク供給路２２の圧力上昇により圧力室１１から共通液室１３へ向かうインクの流れが阻止されてノズル孔１５の方向へより多く流れる。
【００３９】
次に、図５（ｃ）で示すように、第１のアクチュエータ１２が図５（ｂ）とは反対方向に変位して圧力室１１内の圧力が低下すると、第２のアクチュエータ１４もまたインク供給路２２の圧力を低下させるように変位する。これにより、インクがインク供給路２２を流れやすくなり、共通液室１３から圧力室１１へインクがスムーズに導入される。
【００４０】
ここで、第１のアクチュエータ１２にたとえば図６に示す波形の電圧が印加されたとすると、この第１のアクチュエータ１２の振動板は図７に示すように変位する。すると、図８に示すように、第１のアクチュエータ１２の振動に伴う圧力室１１の圧力変動によりインク供給路２２の圧力が変動していく。このとき、第２のアクチュエータ１４にたとえば図９に示す波形の電圧を印加して図１０に示すようにインク供給路２２の圧力を制御することにより、圧力室１１内の圧力変動にリンクしてインク供給路２２が圧力変動し、ノズル孔１５からのインク吐出と、インク吐出後における共通液室１３から圧力室１１へのインク導入とがスムーズに行われる。なお、この場合における第１のアクチュエータ１２の変位量は図１１に示すようになり、インクの流れの効率化により、第１のアクチュエータ１２の変位が増大しているのがわかる。
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、インク供給路２２上に第２のアクチュエータ１４を形成し、インク吐出時にはインク供給路２２の圧力を上昇させてノズル孔１５の方向へより多くのインクを流し、インク吐出後にはインク供給路２２の圧力を低下させてインクが共通液室１３からインク供給路２２を通ってスムーズに圧力室１１へ導入できるようにしているので、安定したインク吐出特性を得ることが可能になる。
【００４２】
また、第２のアクチュエータ１４は第１のアクチュエータ１２と同じ工程で、且つ同一の部材で形成できるので、コストが上昇することがない。
【００４３】
さらに、第２のアクチュエータ１４は個別制御の必要がなく、一体電極で同一波形で制御できるため、コスト上昇が抑制される。
【００４４】
そして、このようなインクジェットヘッド４１を備えたインクジェット式記録装置によれば、安定したインク吐出特性が得られることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になる。
【００４５】
次に、インクジェットヘッド４１の構造の他の実施の形態について説明する。
【００４６】
前述の説明では、第２のアクチュエータ１４はインク供給路２２上の全面に形成されているが（図２参照）、図１２に示すように、それぞれの第１のアクチュエータ１２に対向して延びる複数の主部１４ａと、これら主部１４ａ相互間を連結する連結部１４ｂとから構成される形状に形成してもよい。
【００４７】
また、図１３に示すように、第２のアクチュエータ１４を、それぞれの第１のアクチュエータ１２に対向して分割形成し、相互に独立した電圧を印加するようにしてもよい。このようにすれば、変位した第１のアクチュエータ１２に対応した第２のアクチュエータ１４のみを駆動することができる。
【００４８】
なお、環境温度を測定する温度センサ２３を設け、温度変化により変動するインクの粘度により第１のアクチュエータ１２および第２のアクチュエータ１４の変位量を制御するようにしてもよい（図９、図１４参照）。
【００４９】
すなわち、インクは高温では低粘度になり、低温では高粘度になることから、第２のアクチュエータ１４に関しては、温度センサ２３により測定された温度が高い場合よりも低い場合の方が大きな変位量となる電圧を印加することで、環境変化の影響を最小限に抑えることができる。なお、第１のアクチュエータ１２も同様に、温度センサ２３により測定された温度が高い場合よりも低い場合の方が大きな変位量となる電圧を印加する。
【００５０】
なお、このような温度センサ２３による環境温度に応じた第２のアクチュエータ１４の制御をする場合、第２のアクチュエータ１４は、図２に示すように上面を四角形としてもよく、図１２に示すように主部１４ａと連結部１４ｂとで形成してもよく、図１３に示すように第１のアクチュエータ１２に対向して分割形成してもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インク供給路上に第２のアクチュエータを形成し、インク吐出時にはインク供給路の圧力を上昇させてノズル孔の方向へより多くのインクを流し、インク吐出後にはインク供給路の圧力を低下させてインクが共通液室からインク供給路を通ってスムーズに圧力室へ導入するようにしているので、安定したインク吐出特性を得ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【００５２】
そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安定したインク吐出特性が得られることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図４】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室とインク供給路との圧力変動の状態を示す説明図
【図６】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図７】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ
【図８】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合におけるインク供給路の圧力変動を示すグラフ
【図９】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図１０】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合におけるインク供給路の圧力変動を示すグラフ
【図１１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ
【図１２】本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図
【図１５】従来のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの変位に伴うヘッドの振動状態を示す説明図
【符号の説明】
１０ 区画壁
１１ 圧力室
１２ 第１のアクチュエータ（アクチュエータ）
１３ 共通液室
１４ 第２のアクチュエータ
１４ａ 主部
１４ｂ 連結部
１５ ノズル孔
１６ 圧電体膜
１７ 個別電極
１８ 振動板兼共通電極
１９ 第１の駆動波形発生回路
２０ 第２の駆動波形発生回路
２１ 選択回路
２２ インク供給路
２３ 温度センサ
４０ インクジェット式記録装置
４１ インクジェットヘッド
４２ 記録媒体
４３ キャリッジ軸
４４ キャリッジ
４５ ローラ（移動手段）
Claims (5)
- インク液が充填される複数の圧力室と、
前記圧力室内へ前記インク液を供給する共通液室と、
前記圧力室と前記共通液室とを連通するインク供給路と、
前記圧力室上に形成され、前記圧力室の容積を変化させて当該圧力室内の前記インク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、
前記インク供給路上に形成され、インク液を吐出するときには前記インク供給路の圧力を上昇させるように変位し、インク液を吐出した後には前記インク供給路の圧力を低下させるように変位する第２のアクチュエータとを有することを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記第２のアクチュエータは、それぞれの前記第１のアクチュエータに対向して延びる複数の主部と、これら主部相互間を連結する連結部とから構成されることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
- 前記第２のアクチュエータは、それぞれの前記第１のアクチュエータに対向して分割形成され、相互に独立した電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
- 環境温度を測定する温度センサが設けられ、
前記第２のアクチュエータは、前記温度センサにより測定された温度が高い場合よりも低い場合の方が大きな変位量とされていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。 - 請求項１〜４の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備え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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