JP2005103860A - 液滴噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インク記録ヘッドにおいて簡単な構造でインク供給路を閉じ、インク供給時にはインク供給路を開口する。
【解決手段】インク供給路５７内側壁は、圧力室５４側の絞り部分が急峻でインクタンク側の絞りが緩やかな傾斜形状からなる弾性部材６０で形成されている。吐出時、弾性部材６０の圧力室側部分６０ａがインク供給路５７を塞ぐように変形し、インク供給路５７が閉じられる。インク供給時インクタンク側部分の弾性部材６０はインク供給路を開口する。
【選択図】 図４

Description

本発明は液滴噴射装置に係り、特にインクジェットプリンタなどに用いられる液滴噴射装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の液滴噴射装置として用いるインクジェットプリンタは、記録ヘッドを画像形成データに応じて駆動し、記録ヘッドのノズルからインクを吐出させて用紙に画像を形成する。インク吐出手段としては、たとえばピエゾアクチュエータ方式のものがあり、圧力室の壁を圧電素子によって変形させて圧力室を加圧し、ノズルからインクを吐出させる。このインクの吐出によって減少した容積分のインクは圧力室に連通されたインク供給路から供給される。ノズルからのインク吐出時にはインク供給路側にもインクが逆流するので、圧力室の加圧が有効に吐出に向けられない。これを解決するために、圧力室のインク供給口に逆止弁を設けた記録ヘッドが知られている（特許文献１参照）
特表２００１−５２０１３７号公報

しかし、特許文献１に記載された記録ヘッドでは、インク供給路に逆止弁を取付けなければならず、構造上複雑となり、多数のノズルを配置した記録ヘッドにおいては信頼性、コスト面で問題である。さらに、特許文献１の逆止弁は流路の構造もなめらかでないため、気泡が残留し易く、吐出不良を起こし易い欠点がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で吐出時には液供給路を閉じ、供給時には液供給路を開口する液滴噴射装置を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、液滴を吐出するためのノズルと連通された圧力室と、前記圧力室と液タンクとを連通させる液供給路と、を備え、前記圧力室からノズルを介して前記液滴を記録媒体に吐出させる液滴噴射装置において、前記液供給路の壁面には、前記液タンクから前記圧力室へ液が流れるときには前記液供給路を開口し、前記圧力室から前記液タンクへ液が流れるときには前記液供給路の開口面積を小さくする弾性部材が形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、液タンクから圧力室へ液が流れるときに液供給路を開口し、圧力室から液タンクへ液が流れようとするときには液供給路の開口面積を小さくする弾性部材を圧力室側の液供給路の壁面に形成したので、液滴吐出にともなう液供給路への液の逆流を防止し、圧力室の吐出効率を向上できる。ここで、圧力室の「吐出効率」とは、「圧力室加圧時の圧力室の体積変化量」に対する「液滴の吐出体積」の比を示すものであり、吐出効率が良好であるほど液滴の吐出体積が圧力室の体積変化量に近づく。また、駆動電圧の低電圧化を可能として省電力化できる。さらに、高粘度の液も吐出液として使用できるほか、液供給路の供給路断面積の大小を問わずに適用できる。とくに、逆止弁などのように機構的に複雑な構造を具備していないため、２次元的に多数のノズルが配置された液滴噴射装置にも安価なコストで取り付けできる。

請求項２に記載された本発明によれば、この液供給路の壁面の弾性部材の形状は、圧力室側が急峻な傾斜形状で、液タンク側が緩やかな傾斜形状で形成されているので、開口時の液の流体抵抗を小さくでき、圧力室への液供給が迅速に行なえ、かつ液供給路への液の逆流を防止する流路構造をなし、吐出効率と吐出周波数をさらに向上できる。

請求項３に記載された本発明によれば、液供給路の壁面の弾性部材は、圧力室側の部分が液タンク側の部分に比べて低剛性で形成されているので、低剛性部分の変形容易性を利用して吐出時に液供給路を塞ぐことができる。

請求項４に記載された本発明によれば、液供給路の壁面の弾性部材は薄膜の中に液体を封入してなるので、弾性部材の変形が容易である。

なお、本明細書において「記録」とは、文字を含む広い意味で画像を形成する概念を表すものとする。また、「記録媒体」は、ヘッドによって画像が形成される媒体（被画像形成媒体、被記録媒体、受像媒体、記録紙など呼ばれるもの）であり、連続用紙、カット紙、シール用紙、ＯＨＰシート等の樹脂シート、フイルム、布、その他材質や形状を問わず、様々な媒体を含むものとする。

本発明によれば、簡単な構造で吐出時における液供給路を閉じ、液供給時には液供給路を開口することができる。

以下、添付図面に従って本発明に係る液滴噴射装置の実施の形態について詳説する。図１は第１の実施の形態における液滴噴射装置が適用される液滴噴射装置１０の構成を模式的に示す側面図である。

液滴噴射装置１０は、記録ヘッド１２と、この記録ヘッド１２に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送するベルト搬送部１８と、記録紙１６を供給する給紙部２０と、画像形成済みの記録紙を外部に排出する排紙部２２と、を備えている。

記録ヘッド１２は、記録紙１６の紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向に固定配置した、いわゆるフルライン型ヘッドで構成されている。記録紙１６の搬送方向（矢印Ａ）に沿って上流側からブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。これら各記録ヘッドの下面１４には、搬送方向と直交方向に千鳥状に複数配置されたノズルが形成され、ノズルからそれぞれの色インクを記録紙１６に吐出することにより記録紙１６上にカラー画像などを形成する。

給紙部２０にはロール紙２６が着脱自在にセットされている。給紙部２０近傍には、ロール紙２６から記録紙１６を引き出す引き出しローラ２１、２１が設けられている。引き出しローラ２１の少なくとも一つにはモータ（不図示）の動力が伝達され、引き出された記録紙１６は図１上の右から左へと搬送される。なお、符号２４はローラ２１、２１間に設置された裁断用のカッターであり、このカッター２４によってロール紙２６から引き出された記録紙１６は所望のサイズにカットされる。

ベルト搬送部１８は、ローラ３０、３２、３４、３６間に無端状のベルト３８が巻き掛けられた構造をなし、少なくとも記録ヘッド１２に対向する部分がフラット面をなすように構成されている。このベルト３８は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有し、記録紙１６を吸着搬送する。ベルト３８が巻かれているローラ３０、３２、３４、３６の少なくとも一つにはモータ（不図示）の動力が伝達され、ベルト３８は図１上の反時計回り方向に駆動されて、ベルト３８上に吸着された記録紙１６は図１の右から左へと搬送される。

符号８２は記録紙の位置および大きさなどを読み取る記録紙検出部、符号８４は記録紙１６へのインク吐出タイミング決定用の記録位置検出部、符号８８は記録紙１６の紙詰まりや次紙の供給タイミング決定用の記録紙終端検出部である。さらに、液滴噴射装置１０にはこれら各検出部の検出結果をもとに液滴噴射装置１０を統括して制御する不図示のシステムコントローラが設けられている。このシステムコントローラは中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路などから構成され、たとえば記録紙１６搬送のための各モータの駆動信号や制御信号、記録ヘッド１２の画像形成信号などを生成する。

次に、記録ヘッド１２の構造について説明する。インク色ごとに設けられている各記録ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの構造は共通しているので、これらを代表して符号１２によって各記録ヘッドを示すものとする。図２は記録ヘッド１２の構造例を示す斜視図であり、図３はその一部の拡大断面図である。

記録ヘッド１２は矩形板状に形成されたノズルプレート４２、隔壁４３（図３参照）、インク供給路５７、振動板４４、共通電極４６、圧電素子４８、圧力室５４の位置に対応し、千鳥で２次元的に配置された個別電極５０（図２参照）などから構成されている。図３に示すようにノズルプレート４２、隔壁４３、振動板４４によって囲まれた空間部によって圧力室５４が形成され、圧力室５４は図２の個別電極５０それぞれに対向する位置に配置されている。

図３において、各圧力室５４の底部に相当する位置のノズルプレート４２には、ノズル５６が形成されている。また、各圧力室５４の天面に圧力室５４を塞ぐように取り付けられた振動板４４は、その上面に共通電極４６を備えている。

共通電極４６の上面には、圧電素子４８が取り付けられ、前記したように圧電素子４８の上面の圧力室５４に対応する位置に個別電極５０が配置されている。個別電極５０と共通電極４６間に電圧を印加すると、圧電素子４８が変形し、振動板４４が撓み、圧力室５４が加圧される。これによりノズル５６からインクが吐出される。

図３において、圧力室５４は隔壁４３に形成された供給口５５を介してインク供給路５７と連通されている。インク供給路５７は不図示のインクタンクと連通され、インク供給路５７を介して圧力室５４内にインクが供給される。なお、インク供給路５７のインク供給方向と直行する断面形状は、矩形状、円形状等に適宜構成される。

供給口５５近傍のインク供給路５７内側壁の一部はシリコーン樹脂等で構成される弾性部材６０で形成される。この弾性部材６０は、図３に示すように非対称に形成され、圧力室５４側の部分６０ａの傾斜が急峻で、インクタンク側の傾斜が緩やかになっている。弾性部材６０の剛性は、圧力室５４まわりのノズルプレート４２、隔壁４３、振動板４４などの剛性と比して、たとえば１０倍以上、剛性を低下させたものが用いられる。具体的には金属の隔壁４３に対し、シリコーンなどの樹脂を用いて弾性部材６０を形成する。これにより、低剛性部分へのインクの流れを利用してインク供給路５７を塞ぐことができる。なお、「塞ぐ」とは、完全にインク供給路５７を閉じることや、インク供給路５７の断面積が小さくなることも含む。

つぎに、上記の如く構成された液滴噴射装置の作用を説明する。

画像形成パターンに基づいて画像形成を行なうため、システムコントローラにより、図示しない配線を介して個別電極５０に駆動回路から駆動電圧を印加する。図４（ａ）に示したように圧電素子４８と振動板４４が圧力室５４方向に向けて撓み、圧力室５４が加圧され、ノズル５６を介して圧力室５４からインクが吐出される。この圧力に伴って、インク供給路５７内のインクにはインクタンクに向けた流れが発生する。この時図４（ｂ）に示すように弾性部材６０の圧力室側部分６０ａの傾斜が急峻であるのでより大きな抵抗を受けてインク供給路５７を塞ぐように変形し、インク供給路５７を閉じる。これにより圧力室５４の圧力は低下せず、ノズル５６からインクを吐出する。

圧電素子４８への電圧の印加が終了すると、圧電素子４８と振動板４４が変形前の状態に復帰する。なお、このとき圧力室５４内のインクは負圧となり、インク供給路５７内のインクには圧力室５４に向けた流れが発生するとともに、弾性部材６０は元の形状に復帰しようとする（図５（ａ））。

図５（ｂ）に示すように弾性部材６０はインクタンク側の傾斜が緩やかになっているのでインクの流れによって元の形状への復帰が助長され、インク供給路５７が開口され、新しいインクがインク供給路５７から圧力室５４に供給される。

上述したインク吐出動作が繰り返し行われ、搬送される記録紙１６上に画像形成パターンに基づいた画像が形成される。弾性部材６０の形状はインクタンク側の傾斜が緩やかな傾斜とされており、圧力室５４へのインクの供給を速やかに行なえるので、たとえば高粘度インクの高速繰り返し吐出にも好適である。

上述したように、本実施の形態の液滴噴射装置によれば、インク吐出時にはインク供給路５７が弾性部材６０によって完全あるいは部分的に閉じられ、圧電素子４８による圧縮力を効率的にインク吐出に使用でき、吐出効率を向上できる。なお、「吐出効率」とは、「圧力室加圧時の圧力室の体積変化量」に対する「インク（液滴）の吐出体積」の比を示すものであり、吐出効率をρ、圧力室の体積変化量をΔＰ、インクの吐出体積をΔＶとした場合に

［数１］
ρ＝ΔＶ／ΔＰ …（１）
にて求められる。

インクの吐出体積ΔＶが圧力室の体積変化量ΔＰに近づくほど吐出効率ρが１に近づ
き、良好な吐出効率であることが言える。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る液滴噴射装置について図６を用いて説明する。なお、図３に示した第１の実施の形態と同一、類似の部材には同様の符号を付し、その詳細説明は省略する。

本実施の形態にかかる記録ヘッド１３の弾性部材８０は、圧力室側部分８０ａと、インクタンク側部分８０ｂとの剛性が変えてあり、圧力室側部分８０ａを低剛性とし、インクタンク側部分８０ｂが圧力室側部分８０ａと比較して高剛性となっている。

上記の如く構成された記録ヘッド１３によれば、圧力室５４内に圧力が付与されると圧力室側部分８０ａは低剛性であるので、供給路５７を閉じるように変形し、インク供給時は供給路５７を開口する。

上述したような実施の形態に示した弾性部材の構成は、前記実施の形態に限定されるものではない。たとえば、図７に示すように弾性部材８０の圧力室側部分８０ａを薄膜で構成し、この内部に気体や液体を圧入した構成としてもよい。このような袋状の弾性部材を用いれば、弾性部材の変形がさらに容易となる。

また、図３においては弾性部材６０はインク供給路５７に対して下側の側壁のみに形成しているが、これに限らず、インク供給路５７の上側の側壁や、側面側（同図の紙面手前側や奥側）インク供給路内壁全面など、どの部分に形成しても構わない。また、弾性部材６０は説明上インク供給路５７に対して１つのみ形成されているが、複数形成しても良い。

本発明の実施の形態に係る液滴噴射装置が適用される液滴噴射装置を示す側面図 本発明の実施の形態に係る液滴噴射装置としての記録ヘッドを示す斜視図 本発明の実施の形態に係る液滴噴射装置としての記録ヘッドの詳細構造を示す拡大断面図 本発明の実施の形態に係る液滴噴射装置としての記録ヘッドの作用を示す拡大断面図 本発明の実施の形態に係る液滴噴射装置としての記録ヘッドの作用を示す拡大断面図 本発明の他の実施の形態に係る液滴噴射装置の記録ヘッドの構成を示す拡大断面図 本発明の他の実施の形態に係る液滴噴射装置の弾性部材の構成を示す拡大断面図

符号の説明

１０…液滴噴射装置、１２…記録ヘッド、１６…記録紙、４４…振動板、４６…共通電極、４８…圧電素子、５０…個別電極、５４…圧力室、５６…ノズル、５７…インク供給路、６０、８０…弾性部材

Claims (4)

1. 液滴を吐出するためのノズルと連通された圧力室と、
   前記圧力室と液タンクとを連通させる液供給路と、を備え、
   前記圧力室からノズルを介して前記液滴を記録媒体に吐出させる液滴噴射装置において、
   前記液供給路の壁面には、前記液タンクから前記圧力室へ液が流れるときには前記液供給路を開口し、前記圧力室から前記液タンクへ液が流れるときには前記液供給路の開口面積を小さくする弾性部材が形成されていることを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記液供給路の壁面の弾性部材の形状は、前記圧力室側が急峻な傾斜形状で、前記液タンク側が緩やかな傾斜形状で形成されていることを特徴とする請求項１に記載された液滴噴射装置。
3. 前記液供給路の壁面の弾性部材は、前記圧力室側の部分が前記液タンク側の部分に比べて低剛性で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された液滴噴射装置。
4. 前記液供給路の壁面の弾性部材は薄膜の中に気体または液体を封入してなることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴噴射装置。
   

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