JP2004142333A - インクジェット記録装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な方法でメニスカスを振動させ、ノズル開口の目詰まりを確実に防止することができ、あるいは、目詰まりまでは達していない状態においても発現する、インクの不安定な吐出を防止することができるインクジェット式記録装置を提供すること。
【解決手段】セラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させる手段を備えたインクジェット記録装置とした。
【選択図】 図1
【解決手段】セラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させる手段を備えたインクジェット記録装置とした。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に関し、特にインクジェットヘッドのメニスカスを振動させるインクジェット記録装置、並びに、ノズル開口の目詰まり防止技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
オンデマンド型インクジェット記録ヘッドは、複数のノズル開口と、各ノズル開口に連通する圧力発生室とを備え、印刷信号に対応して圧力発生室を膨張、収縮させてインク滴を発生させるように構成されている。このような記録ヘッドは、印刷動作をおこなっているノズル開口では新しいインクが順次供給されるため、目詰まりがほとんどないものの、例えば上下端等のノズル開口のようにインク滴吐出の機会が極めて低いものや、また休止状態におかれると目詰まりが生じやすい。
【0003】
このため、印刷動作を一定時間継続した場合には、記録ヘッドを非印刷領域のキャッピング手段まで待避させ、ここで圧電振動子に駆動信号を印加してキャップに向かってすべてのノズル開口からインク滴を強制的に噴出させる、いわゆるフラッシング動作を行わせることが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような対策を講じると印刷動作が中断されて印刷速度の低下や、またインクの消費を招くため、印刷動作中にインク滴を発生しないノズル開口に連通する圧力発生室に設けられた圧電振動子に、インク滴を吐出させない程度の微小な駆動信号を印加して、ノズル開口近傍のメニスカスを微小振動させて目詰まりを防止する技術が数多く提案されている(特開昭55−123476号公報、特開昭57−61576号公報、米国特許第4350989号明細書)。
【0005】
これらによればフラッシング動作の回数を減らして印刷速度の低下やインクの消費を防止できるものの、インクに比較的大きな圧力を印可するため、耳障りな騒音が発生する。
【0006】
また、単純に圧力を印可すると、メニスカスの振動が残留して、吐出時のインク滴形成に悪影響を及ぼし、インクの不安定な吐出を引き起こしてしまう。これを防止するためには、圧力の印可に際して、メニスカスの残留振動がインク吐出に影響を及ぼさないように十分に考慮された圧力の印加タイミングと、複雑な圧力の印加シーケンスが必要となるという問題がある。
【0007】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な方法でメニスカスを振動させ、ノズル開口の目詰まりを確実に防止することができ、あるいは、目詰まりまでは達していない状態においても発現する、インクの不安定な吐出を防止することができるインクジェット式記録装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、圧電振動部材を有する第1の蓋部材と、前記第1の蓋部材により一方の面が封止されて圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材と、前記圧力発生室の他方の面を封止する第2の蓋部材とをセラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、前記共通圧力発生室により圧力を発生することによって、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、非印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数で、インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させる手段を備えたインクジェット記録装置とした。
【0009】
(作用)
インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させるための圧力発生源を、各ノズル開口に対応する前記圧力発生室とは別個に、複数のノズル開口に共通な共通圧力発生室を設け、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、非印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数での、メニスカスへの振動の印可、さらには、非常に微少な振動を連続して印可することによって、たとえば、インク滴吐出の機会が低いノズルや、また休止状態におかれた場合などノズル開口の目詰まり状態に進行しているメニスカスに対して、印可した振動が共振状態となり、効果的にメニスカスの振動を発生させ、メニスカス近傍のインクと圧力室のインクを攪拌し、メニスカス近傍をフレッシュなインクに置換することができる。
【0010】
一方、メニスカス近傍にフレッシュなインクが満たされているノズルでは、共振状態とならないため、メニスカスは大きく振動せず安定している。
【0011】
この様にして、印刷を安定して行うことができる。
【0012】
また、この共通圧力発生室を、各ノズル開口に対応する前記圧力発生室と同じ工程で形成することによって、大きなコストアップを無くすることが出来る。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を、実施例に基づいて説明する。
【0014】
図1は、本発明のプリンタの印刷機構周辺の構造を示すものであって、図中符号1は、キャリッジで、タイミングベルト2を介してパルスモータ3に接続されていて、ガイド部材4に案内されて記録用紙5の紙幅方向に往復動するように構成されている。
【0015】
キャリッジ1には記録用紙5と対向する面、この実施例では下面に後述するインクジェット式記録ヘッド6が取り付けられている。インクジェット式記録ヘッド6は、キャリッジ1の上部に載置されているインクカートリッジ7からインクの補給を受けてキャリッジ1の移動に合わせて記録用紙5にインク滴を吐出してドットを形成して、記録用紙に画像や文字を印刷する。
【0016】
8は、キャッピング装置で、非印刷領域に設けられていて、休止中に記録ヘッド6のノズル開口を封止する一方、印刷動作中に行なわれるフラッシング動作による記録ヘッド6からのインク滴を受けるものである。なお、図中符号9は、クリーニング手段を示す。
【0017】
図2は、記録ヘッド6の一実施例を示すものであって、図中符号10は第1の蓋板で、厚さ10μm程度のジルコニアの薄板から構成され、その表面に、後述する圧力発生室11に対向するように駆動電極12が形成されている。この駆動電極12の表面にPZT等からなる圧電振動子13a,13bが形成されている。
【0018】
圧力発生室11は、吐出用圧電振動子13aのたわみ振動を受けて収縮、膨張して、直径30μm前後のノズル開口14から5〜10plのインク滴を吐出し、また吐出したインクを圧力発生室11に供給するためインク供給口15を介して共通液室16aのインクを吸引する。
【0019】
共通液室16aは、共通液室加圧連通口16b,共通加圧室16cを介してメニスカス微少振動用圧電振動子13bのたわみ振動を受けて収縮、膨張して、15μm前後の変位でノズル開口14からインク滴を吐出しない程度のメニスカス振動をさせる。
【0020】
17は、スペーサで、圧力発生室11を形成するのに適した厚さ、例えば150μmのジルコニア(ZrO2)などのセラミックス板に通孔を穿設して構成されていて、後述する第2の蓋体18と第1の蓋体10とにより両面を封止されて前述の圧力発生室4を形成している。
【0021】
18は、第2の蓋体で、やはりジルコニア等のセラミック板に後述するインク供給口15と圧力発生室11とを接続する連通孔19と、圧力発生室11のインクをノズル開口14に向けて吐出するインク吐出口20を穿設して構成され、スペーサ17の他面に固定されている。
【0022】
これら各部材10、17、18は、粘土状のセラミックス材料を所定の形状に成形し、これを積層して焼成することにより接着剤を使用することなくアクチュエータユニット21に纏められている。
【0023】
22は、インク供給口形成基板で、アクチュエータユニット21の固定基板を兼ねるとともに、インクカートリッジとの接続部材も設けることができるように、耐インク性を備えた不錆鋼等の金属やセラミックスにより構成されている。
【0024】
このインク供給口形成基板22には、圧力発生室11側の一端側に後述する共通液室16aと圧力発生室11とを接続するインク供給口15が設けられ、また圧力発生室11の他端側にはノズル開口14とアクチュエータユニット21のインク吐出口20とを接続する連通孔23が設けられている。
【0025】
24は、共通液室形成基板で、共通液室16aを形成するに適した厚み、例えば150μmのステンレス鋼などの耐蝕性を備えた板材に、共通液室16aの形状に対応する通孔と、ノズルプレート25のノズル開口14とインク吐出口20とを接続する連通孔26を穿設して構成されている。
【0026】
これらインク供給口形成基板22、共通液室形成基板24、及びノズルプレート25は、それぞれの間に熱溶着フィルムや接着剤等からなる接着層S,Sにより流路ユニット27に纏められている。
【0027】
この流路ユニット27のインク供給口形成基板22の表面に、接着剤によりアクチュエータユニット1を固定することにより記録ヘッドが構成されている。
【0028】
この記録ヘッドは図2の紙面奥行き方向にノズル開口14から圧力発生室11および吐出用圧電振動子13aを経由してインク供給口15までのセットが48セット120dpiの間隔で設けられたマルチノズルヘッドとなっている。
【0029】
このような構成により、吐出用圧電振動子13aへの充電が行われて、吐出用圧電振動子13aがたわむと、圧力発生室11が収縮する。これにより圧力発生室11のインクが加圧されてノズル開口14からインク滴として吐出し、記録用紙にドットを形成できる。
【0030】
所定時間の経過後に吐出用圧電振動子13aの電荷が放電されると、吐出用圧電振動子13aが元の状態に戻る。これにより、圧力発生室11が膨張して、共通液室16aのインクがインク供給口15を経由して圧力発生室11に流れ込み、次の印字のためのインクが圧力発生室11に補給される。
【0031】
一方、メニスカス微少振動用圧電振動子13bに微小な電圧で圧電振動子13を充電してメニスカス微少振動用圧電振動子13bを微小量たわませると、共通液室16aと連通している共通加圧室16cも少し収縮する。これにより、ノズル開口14近傍のメニスカスがノズル開口14側に微小量押し出される。
【0032】
ついでメニスカス微少振動用圧電振動子13bの電荷を放電させて元の状態に復帰させると、共通液室16aが微小量膨張してノズル開口14側に押し出されていたメニスカスが圧力発生室11側に引き戻される。
【0033】
このようにメニスカス微少振動用圧電振動子13bを一回振動した場合には、ノズル開口14のメニスカスの変位量はごくわずかである、しかしこの振動を連続して発生させその周波数がノズル開口14のメニスカスの共振周波数と一致すると、ノズル開口近傍のメニスカスは吐出まではしないが、ノズル開口近傍のインクが圧力発生室11のインクと置換されて目詰まりを防止するのに役立つに十分な変位量で振動を与えることができる。
【0034】
通常状態のメニスカスの共振周波数は、この実施例の場合およそ70kHzであった。一方、ある程度印刷休止が続いた後、ノズル開口14インク中の溶媒の乾燥が進行した状態のメニスカスの共振周波数は、通常状態のメニスカスの共振周波数に比べ増大している。
【0035】
そこで振動を連続して発生させる周波数を通常状態のメニスカスの共振周波数よりも、10〜20kHz高い値に設定することによって、通常の状態のメニスカスにはこの振動はほとんど影響を与えず、ある程度印刷休止が続いた後、ノズル開口14インク中の溶媒の乾燥が進行した状態のメニスカスにのみ大きな振動を与えることができ、効果的にノズル開口14近傍のインクが圧力発生室11のインクと置換されて、目詰まりを防止する事ができる。
【0036】
図3に、この時間経過におけるメニスカス振動の共振周波数の変化を示す。この図に示されるように、通常状態のメニスカスの共振周波数f0に対して周波数fcの振動を印可することによって、ノズル開口14付近のインクは通常状態から大きく変化する事を防ぐことができる。
【0037】
図4は、上述の記録ヘッド6を駆動する制御装置の一実施例を示すもので、図中符号30は、制御手段で、ホストからの印刷指令信号や印刷データを受けて後述する駆動信号発生回路31、ヘッド駆動回路32、及びキャリッジ駆動回路33を制御して印刷動作を実行させるとともに、後述する印刷タイマ36の計時データにより、キャッピング位置でフラッシングを行わせる、あるいはニスカスを微小振動させるための駆動信号を制御するものである。
【0038】
駆動信号発生回路31は、ノズル開口11からインク滴を吐出させるのに必要な電圧値VH(およそ25V)の駆動信号(図5)及びメニスカス微少振動に必要な電圧値Vc(5V以下)の駆動信号(図6)を発生するように構成されている。
【0039】
駆動回路32は、印刷データに対応する圧電振動子13aに駆動信号発生回路31の吐出の駆動信号(図5)を印加し、またメニスカス微少振動用圧電振動子13bには駆動信号発生回路31のメニスカス微少振動の駆動信号(図6)を印加するように構成されている。
【0040】
36は、印刷動作の継続時間を計時する印刷タイマで、印刷動作の開始により起動し、フラッシング動作によりリセットされるものである。
【0041】
37は印刷量カウンタで、印刷時に印刷されたドット数を計数してインク消費量を検出するものである。
【0042】
このように構成された装置の動作を説明する。
【0043】
休止状態では記録ヘッド6がキャッピング装置8で封止されおり、この待機状態に、印刷信号が入力されると、制御手段30は駆動電圧発生回路31、駆動回路32を用いて、キャッピング装置8上で記録ヘッド6からインクを吐出させ、このフラッシング動作によりノズル開口近傍にフレッシュなインクを充填する。これにより、ノズル開口近傍のインクが、粘度上昇していない圧力発生室11のインクに置換されて、印刷時に確実に吐出可能となる。次にキャリッジ1が移動を開始すると、制御手段30は、キャリッジ1を印刷可能速度に向けて加速しつつ、同時に印刷タイマ36をスタートさせる。さらに制御手段30は圧電振動子13bに図5の駆動信号を印可し、共通液室16aと連通している共通加圧室16cを膨張・収縮させる。これにより、ノズル開口14近傍のメニスカスに周波数fcの圧力振動を引加し続ける。
【0044】
キャリッジ1が印刷速度に到達して印刷データが入力すると、キャリッジ1により記録ヘッド6を記録用紙5の幅方向に走査しながら、印刷を行うべき圧電振動子13aを図4の駆動信号の上昇電圧でたわませ、圧力発生室11を収縮させてノズル開口14からインク滴を吐出させる。そして所定時間が経過した時点で吐出の駆動信号の降下電圧で圧電振動子13aを元の状態に復帰させ、圧力発生室13aを膨張させて共通液室16aのインクを圧力発生室11に流入させる。
【0045】
この際、すべてのノズルで吐出がされているわけではなく、あるノズルでは、しばらく印刷を行わない場合がある。そういったノズルでは、ノズル開口14のインク粘度の上昇がはじまるが、ノズル開口14近傍のメニスカスに周波数fcの圧力振動が引加されているため、ある程度粘度が上昇すると、メニスカスが共振振動を起こしノズル開口近傍のインクが圧力発生室83のインクと置換されてノズル開口の目詰まりが防止できる。
【0046】
ホストからの印刷データが無くなるまで、この走査印字サイクルを繰り返し、印刷を行う。
【0047】
印刷中に印刷タイマ36の計時が所定時間、例えば20秒になると、制御手段30は、記録ヘッド6をフラッシング位置、つまりキャッピング装置8に対向する位置に移動させ、所定数、例えば数千ドット分のインク滴を吐出させる、定期フラッシング動作を実行させる。フラッシング動作が終了した時点で、印刷タイマ36をリセットして再び計時動作を実行させ、上述の工程により再び印刷動作を開始する。
【0048】
以後、印刷タイマ36が所定時間を計時するごとに定期フラッシング動作を実行して、全てのノズル開口14から強制的にインクを吐出させて目詰まりを防止する。
【0049】
上述の実施例においては常時メニスカスを微小振動させるための圧力が印加されているために、従来数秒の間隔でこのフラッシング動作を行っていたものが、本実施例では数10秒の間隔にまで、延長することができた。
【0050】
図7は、図2で説明したヘッドの斜視図である。
【0051】
図8は、本発明を適用した別の実施形態のヘッドの斜視図である。
【0052】
共通加圧室16cをこのように加圧室列の外側に平行に配置することにより、共通加圧室16cを加圧室11と全く区別することなく形成できる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、圧電振動部材を有する第1の蓋部材と、前記第1の蓋部材により一方の面が封止されて圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材と、前記圧力発生室の他方の面を封止する第2の蓋部材とをセラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、前記共通圧力発生室により圧力を発生することによって、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、非印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数で、インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させる手段を備えたインクジェット記録装置とした事によって、インク滴吐出の機会が低いノズルや、また休止状態におかれた場合などノズル開口の目詰まり状態に進行しているメニスカスに対して、印可した振動が共振状態となり、効果的にメニスカスの振動を発生させ、メニスカス近傍のインクと圧力室のインクを攪拌し、メニスカス近傍をフレッシュなインクに置換することができる。
【0054】
一方、メニスカス近傍にフレッシュなインクが満たされているノズルでは、共振状態とならないため、メニスカスは大きく振動せず安定している。
【0055】
この様にして、印刷を安定して行うことができる。
【0056】
また、この共通圧力発生室を、各ノズル開口に対応する前記圧力発生室と同じ工程で形成することによって、大きなコストアップを無くすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるインクジェット記録装置の一実施例を示す図である。
【図2】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断面図である。
【図3】時間経過におけるメニスカス振動の共振周波数の変化。
【図4】本発明の一実施例を示す装置のブロック図である。
【図5】各吐出用インク加圧手段に対する駆動波形。
【図6】メニスカス微少振動用加圧手段に対する駆動波形。
【図7】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す斜視図である。
【図8】本発明を適用した別の実施形態のヘッドの斜視図である。
【符号の説明】
6 インクジェット式記録ヘッド
8 キャッピング装置
9 クリーニング装置
11 圧力発生室
13a 圧電振動子
14 ノズル開口
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に関し、特にインクジェットヘッドのメニスカスを振動させるインクジェット記録装置、並びに、ノズル開口の目詰まり防止技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
オンデマンド型インクジェット記録ヘッドは、複数のノズル開口と、各ノズル開口に連通する圧力発生室とを備え、印刷信号に対応して圧力発生室を膨張、収縮させてインク滴を発生させるように構成されている。このような記録ヘッドは、印刷動作をおこなっているノズル開口では新しいインクが順次供給されるため、目詰まりがほとんどないものの、例えば上下端等のノズル開口のようにインク滴吐出の機会が極めて低いものや、また休止状態におかれると目詰まりが生じやすい。
【0003】
このため、印刷動作を一定時間継続した場合には、記録ヘッドを非印刷領域のキャッピング手段まで待避させ、ここで圧電振動子に駆動信号を印加してキャップに向かってすべてのノズル開口からインク滴を強制的に噴出させる、いわゆるフラッシング動作を行わせることが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような対策を講じると印刷動作が中断されて印刷速度の低下や、またインクの消費を招くため、印刷動作中にインク滴を発生しないノズル開口に連通する圧力発生室に設けられた圧電振動子に、インク滴を吐出させない程度の微小な駆動信号を印加して、ノズル開口近傍のメニスカスを微小振動させて目詰まりを防止する技術が数多く提案されている(特開昭55−123476号公報、特開昭57−61576号公報、米国特許第4350989号明細書)。
【0005】
これらによればフラッシング動作の回数を減らして印刷速度の低下やインクの消費を防止できるものの、インクに比較的大きな圧力を印可するため、耳障りな騒音が発生する。
【0006】
また、単純に圧力を印可すると、メニスカスの振動が残留して、吐出時のインク滴形成に悪影響を及ぼし、インクの不安定な吐出を引き起こしてしまう。これを防止するためには、圧力の印可に際して、メニスカスの残留振動がインク吐出に影響を及ぼさないように十分に考慮された圧力の印加タイミングと、複雑な圧力の印加シーケンスが必要となるという問題がある。
【0007】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な方法でメニスカスを振動させ、ノズル開口の目詰まりを確実に防止することができ、あるいは、目詰まりまでは達していない状態においても発現する、インクの不安定な吐出を防止することができるインクジェット式記録装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、圧電振動部材を有する第1の蓋部材と、前記第1の蓋部材により一方の面が封止されて圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材と、前記圧力発生室の他方の面を封止する第2の蓋部材とをセラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、前記共通圧力発生室により圧力を発生することによって、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、非印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数で、インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させる手段を備えたインクジェット記録装置とした。
【0009】
(作用)
インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させるための圧力発生源を、各ノズル開口に対応する前記圧力発生室とは別個に、複数のノズル開口に共通な共通圧力発生室を設け、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、非印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数での、メニスカスへの振動の印可、さらには、非常に微少な振動を連続して印可することによって、たとえば、インク滴吐出の機会が低いノズルや、また休止状態におかれた場合などノズル開口の目詰まり状態に進行しているメニスカスに対して、印可した振動が共振状態となり、効果的にメニスカスの振動を発生させ、メニスカス近傍のインクと圧力室のインクを攪拌し、メニスカス近傍をフレッシュなインクに置換することができる。
【0010】
一方、メニスカス近傍にフレッシュなインクが満たされているノズルでは、共振状態とならないため、メニスカスは大きく振動せず安定している。
【0011】
この様にして、印刷を安定して行うことができる。
【0012】
また、この共通圧力発生室を、各ノズル開口に対応する前記圧力発生室と同じ工程で形成することによって、大きなコストアップを無くすることが出来る。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を、実施例に基づいて説明する。
【0014】
図1は、本発明のプリンタの印刷機構周辺の構造を示すものであって、図中符号1は、キャリッジで、タイミングベルト2を介してパルスモータ3に接続されていて、ガイド部材4に案内されて記録用紙5の紙幅方向に往復動するように構成されている。
【0015】
キャリッジ1には記録用紙5と対向する面、この実施例では下面に後述するインクジェット式記録ヘッド6が取り付けられている。インクジェット式記録ヘッド6は、キャリッジ1の上部に載置されているインクカートリッジ7からインクの補給を受けてキャリッジ1の移動に合わせて記録用紙5にインク滴を吐出してドットを形成して、記録用紙に画像や文字を印刷する。
【0016】
8は、キャッピング装置で、非印刷領域に設けられていて、休止中に記録ヘッド6のノズル開口を封止する一方、印刷動作中に行なわれるフラッシング動作による記録ヘッド6からのインク滴を受けるものである。なお、図中符号9は、クリーニング手段を示す。
【0017】
図2は、記録ヘッド6の一実施例を示すものであって、図中符号10は第1の蓋板で、厚さ10μm程度のジルコニアの薄板から構成され、その表面に、後述する圧力発生室11に対向するように駆動電極12が形成されている。この駆動電極12の表面にPZT等からなる圧電振動子13a,13bが形成されている。
【0018】
圧力発生室11は、吐出用圧電振動子13aのたわみ振動を受けて収縮、膨張して、直径30μm前後のノズル開口14から5〜10plのインク滴を吐出し、また吐出したインクを圧力発生室11に供給するためインク供給口15を介して共通液室16aのインクを吸引する。
【0019】
共通液室16aは、共通液室加圧連通口16b,共通加圧室16cを介してメニスカス微少振動用圧電振動子13bのたわみ振動を受けて収縮、膨張して、15μm前後の変位でノズル開口14からインク滴を吐出しない程度のメニスカス振動をさせる。
【0020】
17は、スペーサで、圧力発生室11を形成するのに適した厚さ、例えば150μmのジルコニア(ZrO2)などのセラミックス板に通孔を穿設して構成されていて、後述する第2の蓋体18と第1の蓋体10とにより両面を封止されて前述の圧力発生室4を形成している。
【0021】
18は、第2の蓋体で、やはりジルコニア等のセラミック板に後述するインク供給口15と圧力発生室11とを接続する連通孔19と、圧力発生室11のインクをノズル開口14に向けて吐出するインク吐出口20を穿設して構成され、スペーサ17の他面に固定されている。
【0022】
これら各部材10、17、18は、粘土状のセラミックス材料を所定の形状に成形し、これを積層して焼成することにより接着剤を使用することなくアクチュエータユニット21に纏められている。
【0023】
22は、インク供給口形成基板で、アクチュエータユニット21の固定基板を兼ねるとともに、インクカートリッジとの接続部材も設けることができるように、耐インク性を備えた不錆鋼等の金属やセラミックスにより構成されている。
【0024】
このインク供給口形成基板22には、圧力発生室11側の一端側に後述する共通液室16aと圧力発生室11とを接続するインク供給口15が設けられ、また圧力発生室11の他端側にはノズル開口14とアクチュエータユニット21のインク吐出口20とを接続する連通孔23が設けられている。
【0025】
24は、共通液室形成基板で、共通液室16aを形成するに適した厚み、例えば150μmのステンレス鋼などの耐蝕性を備えた板材に、共通液室16aの形状に対応する通孔と、ノズルプレート25のノズル開口14とインク吐出口20とを接続する連通孔26を穿設して構成されている。
【0026】
これらインク供給口形成基板22、共通液室形成基板24、及びノズルプレート25は、それぞれの間に熱溶着フィルムや接着剤等からなる接着層S,Sにより流路ユニット27に纏められている。
【0027】
この流路ユニット27のインク供給口形成基板22の表面に、接着剤によりアクチュエータユニット1を固定することにより記録ヘッドが構成されている。
【0028】
この記録ヘッドは図2の紙面奥行き方向にノズル開口14から圧力発生室11および吐出用圧電振動子13aを経由してインク供給口15までのセットが48セット120dpiの間隔で設けられたマルチノズルヘッドとなっている。
【0029】
このような構成により、吐出用圧電振動子13aへの充電が行われて、吐出用圧電振動子13aがたわむと、圧力発生室11が収縮する。これにより圧力発生室11のインクが加圧されてノズル開口14からインク滴として吐出し、記録用紙にドットを形成できる。
【0030】
所定時間の経過後に吐出用圧電振動子13aの電荷が放電されると、吐出用圧電振動子13aが元の状態に戻る。これにより、圧力発生室11が膨張して、共通液室16aのインクがインク供給口15を経由して圧力発生室11に流れ込み、次の印字のためのインクが圧力発生室11に補給される。
【0031】
一方、メニスカス微少振動用圧電振動子13bに微小な電圧で圧電振動子13を充電してメニスカス微少振動用圧電振動子13bを微小量たわませると、共通液室16aと連通している共通加圧室16cも少し収縮する。これにより、ノズル開口14近傍のメニスカスがノズル開口14側に微小量押し出される。
【0032】
ついでメニスカス微少振動用圧電振動子13bの電荷を放電させて元の状態に復帰させると、共通液室16aが微小量膨張してノズル開口14側に押し出されていたメニスカスが圧力発生室11側に引き戻される。
【0033】
このようにメニスカス微少振動用圧電振動子13bを一回振動した場合には、ノズル開口14のメニスカスの変位量はごくわずかである、しかしこの振動を連続して発生させその周波数がノズル開口14のメニスカスの共振周波数と一致すると、ノズル開口近傍のメニスカスは吐出まではしないが、ノズル開口近傍のインクが圧力発生室11のインクと置換されて目詰まりを防止するのに役立つに十分な変位量で振動を与えることができる。
【0034】
通常状態のメニスカスの共振周波数は、この実施例の場合およそ70kHzであった。一方、ある程度印刷休止が続いた後、ノズル開口14インク中の溶媒の乾燥が進行した状態のメニスカスの共振周波数は、通常状態のメニスカスの共振周波数に比べ増大している。
【0035】
そこで振動を連続して発生させる周波数を通常状態のメニスカスの共振周波数よりも、10〜20kHz高い値に設定することによって、通常の状態のメニスカスにはこの振動はほとんど影響を与えず、ある程度印刷休止が続いた後、ノズル開口14インク中の溶媒の乾燥が進行した状態のメニスカスにのみ大きな振動を与えることができ、効果的にノズル開口14近傍のインクが圧力発生室11のインクと置換されて、目詰まりを防止する事ができる。
【0036】
図3に、この時間経過におけるメニスカス振動の共振周波数の変化を示す。この図に示されるように、通常状態のメニスカスの共振周波数f0に対して周波数fcの振動を印可することによって、ノズル開口14付近のインクは通常状態から大きく変化する事を防ぐことができる。
【0037】
図4は、上述の記録ヘッド6を駆動する制御装置の一実施例を示すもので、図中符号30は、制御手段で、ホストからの印刷指令信号や印刷データを受けて後述する駆動信号発生回路31、ヘッド駆動回路32、及びキャリッジ駆動回路33を制御して印刷動作を実行させるとともに、後述する印刷タイマ36の計時データにより、キャッピング位置でフラッシングを行わせる、あるいはニスカスを微小振動させるための駆動信号を制御するものである。
【0038】
駆動信号発生回路31は、ノズル開口11からインク滴を吐出させるのに必要な電圧値VH(およそ25V)の駆動信号(図5)及びメニスカス微少振動に必要な電圧値Vc(5V以下)の駆動信号(図6)を発生するように構成されている。
【0039】
駆動回路32は、印刷データに対応する圧電振動子13aに駆動信号発生回路31の吐出の駆動信号(図5)を印加し、またメニスカス微少振動用圧電振動子13bには駆動信号発生回路31のメニスカス微少振動の駆動信号(図6)を印加するように構成されている。
【0040】
36は、印刷動作の継続時間を計時する印刷タイマで、印刷動作の開始により起動し、フラッシング動作によりリセットされるものである。
【0041】
37は印刷量カウンタで、印刷時に印刷されたドット数を計数してインク消費量を検出するものである。
【0042】
このように構成された装置の動作を説明する。
【0043】
休止状態では記録ヘッド6がキャッピング装置8で封止されおり、この待機状態に、印刷信号が入力されると、制御手段30は駆動電圧発生回路31、駆動回路32を用いて、キャッピング装置8上で記録ヘッド6からインクを吐出させ、このフラッシング動作によりノズル開口近傍にフレッシュなインクを充填する。これにより、ノズル開口近傍のインクが、粘度上昇していない圧力発生室11のインクに置換されて、印刷時に確実に吐出可能となる。次にキャリッジ1が移動を開始すると、制御手段30は、キャリッジ1を印刷可能速度に向けて加速しつつ、同時に印刷タイマ36をスタートさせる。さらに制御手段30は圧電振動子13bに図5の駆動信号を印可し、共通液室16aと連通している共通加圧室16cを膨張・収縮させる。これにより、ノズル開口14近傍のメニスカスに周波数fcの圧力振動を引加し続ける。
【0044】
キャリッジ1が印刷速度に到達して印刷データが入力すると、キャリッジ1により記録ヘッド6を記録用紙5の幅方向に走査しながら、印刷を行うべき圧電振動子13aを図4の駆動信号の上昇電圧でたわませ、圧力発生室11を収縮させてノズル開口14からインク滴を吐出させる。そして所定時間が経過した時点で吐出の駆動信号の降下電圧で圧電振動子13aを元の状態に復帰させ、圧力発生室13aを膨張させて共通液室16aのインクを圧力発生室11に流入させる。
【0045】
この際、すべてのノズルで吐出がされているわけではなく、あるノズルでは、しばらく印刷を行わない場合がある。そういったノズルでは、ノズル開口14のインク粘度の上昇がはじまるが、ノズル開口14近傍のメニスカスに周波数fcの圧力振動が引加されているため、ある程度粘度が上昇すると、メニスカスが共振振動を起こしノズル開口近傍のインクが圧力発生室83のインクと置換されてノズル開口の目詰まりが防止できる。
【0046】
ホストからの印刷データが無くなるまで、この走査印字サイクルを繰り返し、印刷を行う。
【0047】
印刷中に印刷タイマ36の計時が所定時間、例えば20秒になると、制御手段30は、記録ヘッド6をフラッシング位置、つまりキャッピング装置8に対向する位置に移動させ、所定数、例えば数千ドット分のインク滴を吐出させる、定期フラッシング動作を実行させる。フラッシング動作が終了した時点で、印刷タイマ36をリセットして再び計時動作を実行させ、上述の工程により再び印刷動作を開始する。
【0048】
以後、印刷タイマ36が所定時間を計時するごとに定期フラッシング動作を実行して、全てのノズル開口14から強制的にインクを吐出させて目詰まりを防止する。
【0049】
上述の実施例においては常時メニスカスを微小振動させるための圧力が印加されているために、従来数秒の間隔でこのフラッシング動作を行っていたものが、本実施例では数10秒の間隔にまで、延長することができた。
【0050】
図7は、図2で説明したヘッドの斜視図である。
【0051】
図8は、本発明を適用した別の実施形態のヘッドの斜視図である。
【0052】
共通加圧室16cをこのように加圧室列の外側に平行に配置することにより、共通加圧室16cを加圧室11と全く区別することなく形成できる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、圧電振動部材を有する第1の蓋部材と、前記第1の蓋部材により一方の面が封止されて圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材と、前記圧力発生室の他方の面を封止する第2の蓋部材とをセラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、前記共通圧力発生室により圧力を発生することによって、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、非印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数で、インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させる手段を備えたインクジェット記録装置とした事によって、インク滴吐出の機会が低いノズルや、また休止状態におかれた場合などノズル開口の目詰まり状態に進行しているメニスカスに対して、印可した振動が共振状態となり、効果的にメニスカスの振動を発生させ、メニスカス近傍のインクと圧力室のインクを攪拌し、メニスカス近傍をフレッシュなインクに置換することができる。
【0054】
一方、メニスカス近傍にフレッシュなインクが満たされているノズルでは、共振状態とならないため、メニスカスは大きく振動せず安定している。
【0055】
この様にして、印刷を安定して行うことができる。
【0056】
また、この共通圧力発生室を、各ノズル開口に対応する前記圧力発生室と同じ工程で形成することによって、大きなコストアップを無くすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されるインクジェット記録装置の一実施例を示す図である。
【図2】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断面図である。
【図3】時間経過におけるメニスカス振動の共振周波数の変化。
【図4】本発明の一実施例を示す装置のブロック図である。
【図5】各吐出用インク加圧手段に対する駆動波形。
【図6】メニスカス微少振動用加圧手段に対する駆動波形。
【図7】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す斜視図である。
【図8】本発明を適用した別の実施形態のヘッドの斜視図である。
【符号の説明】
6 インクジェット式記録ヘッド
8 キャッピング装置
9 クリーニング装置
11 圧力発生室
13a 圧電振動子
14 ノズル開口
Claims (5)
- 圧電振動部材を有する第1の蓋部材と、前記第1の蓋部材により一方の面が封止されて圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材と、前記圧力発生室の他方の面を封止する第2の蓋部材とをセラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、
前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、
共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。 - 前記共通圧力発生室が、前記各ノズル開口に対応する前記圧力発生室の両側または片側の外側に平行に備えたことを特徴とする特許請求項1のインクジェット記録装置。
- 前記共通圧力発生室が、前記各ノズル開口に対応する前記圧力発生室の列外に、列方向と平行に備えたことを特徴とする特許請求項1のインクジェット記録装置。
- 前記共通圧力発生室により圧力を発生することによって、
ノズル開口部のメニスカスを、インクが吐出しない程度に、振動させることを特徴とする特許請求項1のインクジェット記録装置。 - 前記共通圧力発生室により発生する前記振動が、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、印刷休止時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数で、であることを特徴とする特許請求項4のインクジェット記録装置。
Priority Applications (1)
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JP2002311324A JP2004142333A (ja) | 2002-10-25 | 2002-10-25 | インクジェット記録装置 |
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JP2002311324A JP2004142333A (ja) | 2002-10-25 | 2002-10-25 | インクジェット記録装置 |
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Cited By (2)
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WO2019163706A1 (ja) * | 2018-02-23 | 2019-08-29 | 日本電産株式会社 | 液剤塗布装置 |
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2002
- 2002-10-25 JP JP2002311324A patent/JP2004142333A/ja not_active Withdrawn
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