JP2005125773A - Liquid drop ejection head and ink jet recorder - Google Patents

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和男 眞田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid drop ejection head suitable for fabrication in which high density nozzle arrangement and high viscosity ejection are realized by enhancing pressurization power of a piezoelectric while preventing crosstalk between nozzles, and to provide an ink jet recorder comprising it. <P>SOLUTION: A multilayer piezoelectric 58 is bonded to the pressurizing part on a diaphragm 57 corresponding to each pressure chamber 52, and ink is ejected from a nozzle 51 by pressurizing the pressure chamber 52 through expansion/contraction of the multilayer piezoelectric 58. The multilayer piezoelectric 58 has a free end or is added with a weight member on the side opposite to the diaphragm bonding face, and individual electrodes are wired to the outside collectively through a flexible board 59. With regard to the planar shape of the pressure chamber 52 when viewed from the diaphragm 57 side, aspect ratio of the pressure chamber defined by the minimum value/maximum value of inter-wall distance (line-of-sight distance) in the pressure chamber 52 satisfies a relation 0.45≤ aspect ratio ≤0.89. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置に係り、特に積層型圧電体を用いて圧力室を加圧することでノズルから液滴を吐出させる圧電駆動型の液滴吐出ヘッドの構造及びこれを用いたインクジェット記録装置に関する。   The present invention relates to a droplet discharge head and an ink jet recording apparatus, and more particularly, to a structure of a piezoelectric drive type droplet discharge head that discharges droplets from a nozzle by pressurizing a pressure chamber using a multilayer piezoelectric body and uses the same. The present invention relates to an inkjet recording apparatus.

積層型のピエゾ圧電素子を利用してインクを吐出させるインクジェットヘッドについては、特許文献1において開示されている。この種のピエゾ駆動型インクジェットヘッドの駆動特性を表す代表的な指標は、圧電体による圧力室の排除体積と発生圧力である。発生圧力が高いほど制御性が高まり、高粘度液の吐出が可能になり、或いは、ヘッドの小型化が可能となる。   An ink jet head that ejects ink using a multilayer piezoelectric element is disclosed in Patent Document 1. Typical indexes representing the drive characteristics of this type of piezo drive type ink jet head are the pressure volume excluded by the piezoelectric body and the generated pressure. The higher the generated pressure, the higher the controllability and the higher viscosity liquid can be discharged, or the head can be miniaturized.

すなわち、排除体積向上の原資を高粘度液の吐出に振り向ける態様、また、排除体積を得るために必要な面積が小さくなることを利用して、その原資をヘッド小型化に振り向けて、より高密度で小型のヘッドを実現する態様が可能である。   In other words, by utilizing the aspect in which the source for improving the excluded volume is directed to the discharge of the high-viscosity liquid, and the area required for obtaining the excluded volume is reduced, the source is directed to downsizing the head. A mode of realizing a small-sized head with a density is possible.

記録媒体の紙幅に対応する長さのノズル列を有するフルライン型ヘッドを用いて高速・高画質の両立を目指す場合、視認ムラを低減し、にじみ等の打滴干渉を防止するためには、高粘度の微細な液滴を、例えば、紙面上で2400dpi 程度に敷き詰めることが可能でなければならない。   When aiming to achieve both high speed and high image quality using a full line type head having a nozzle row with a length corresponding to the paper width of the recording medium, in order to reduce visual unevenness and prevent droplet ejection interference such as bleeding, It must be possible to spread fine droplets of high viscosity on paper, for example, at about 2400 dpi.

仮に、従来のピエゾ駆動型のインクジェットヘッドでこれを実現しようとした場合、1色当たり25mm程度の搬送方向長さが必要であり、6色では150mmと計算される。   If this is to be realized with a conventional piezo drive type ink jet head, a length in the transport direction of about 25 mm per color is required, and it is calculated as 150 mm for 6 colors.

ところが、インクジェットシステムにおいては、キャッピングやワイピング等のメンテナンス系の設置が必要であること及び安定に機能させること、用紙搬送精度等を考慮すると、ヘッドの搬送方向長さを従来並みの1インチ幅程度に納めることが要求される。   However, in the inkjet system, considering the necessity of installing a maintenance system such as capping and wiping, functioning stably, paper conveyance accuracy, etc., the length of the head in the conveyance direction is about 1 inch wide as before. Is required to be paid.

機能性インクを使用してにじみ防止を狙うために、例えば、ヘッドの流路構成を変えずに、一般的なインクの10倍の高粘度液を吐出させる場合には、流路抵抗は略10倍となるので、単純計算で色数×10倍の面積密度を実現する必要があるが、従来のピエゾ駆動型インクジェットヘッドの設計範囲でこれを達成することはできない。   In order to prevent bleeding using functional ink, for example, when a high-viscosity liquid 10 times that of general ink is ejected without changing the flow path configuration of the head, the flow path resistance is approximately 10%. Therefore, it is necessary to realize an area density of the number of colors × 10 times by simple calculation, but this cannot be achieved within the design range of the conventional piezo drive type inkjet head.

従来のピエゾ駆動型インクジェットヘッド技術を分類すると、以下の3種類を挙げることができる。第1は、ユニモルフアクチュエータを印刷技術で分散配置したものである(特許文献2)。第2は、積層型圧電体を支持体上に設け、自由端側を用いて圧力室を加圧するものである(特許文献1)。第3は、積層型圧電体を機械的には分離せず、圧力室に対応した電極パターン配線で駆動を分離する方式(電極分離方式)である(特許文献3、4)。
特許第3182831号公報 特許第3302515号公報 特開2002−166543号公報 特開2001−246744号公報
The conventional piezo drive type inkjet head technology can be classified into the following three types. The first is a unimorph actuator distributed by printing technology (Patent Document 2). Second, a laminated piezoelectric body is provided on a support, and a pressure chamber is pressurized using the free end side (Patent Document 1). The third is a method (electrode separation method) in which driving is separated by electrode pattern wiring corresponding to the pressure chamber without mechanically separating the laminated piezoelectric material (Patent Documents 3 and 4).
Japanese Patent No. 3182931 Japanese Patent No. 3302515 JP 2002-166543 A JP 2001-246744 A

上記第1の分類に係る技術は、印刷技術を用いて安価にヘッドを実現できるが、薄い圧電体を高精度に実現すること及び大面積化が困難であり、実用上2cm程度以下に制約される。したがって、フルライン型のヘッドを作成するためには、短いヘッドユニットを複数個繋ぎ合わせる必要があり、この繋ぎ方式以外の手法で単一体のラインヘッドを実現することは困難である。   Although the technique according to the first classification can realize a head at low cost by using a printing technique, it is difficult to realize a thin piezoelectric body with high accuracy and to increase the area, and is practically limited to about 2 cm or less. The Therefore, in order to create a full-line type head, it is necessary to connect a plurality of short head units, and it is difficult to realize a single line head by a method other than this connection method.

上記第2の分類に係る技術は、比較的大きな積層型圧電体の片側を共通の固定端としつつ、他端を切り分ける製法上、ノズル列方向の密度は切り分け刃の加工律速となる。したがって、高密度にノズルを配列する場合は、個々の圧電体を切り分け方向に対して垂直な奥行き方向に長い長方形にして、圧電体による排除体積を稼ぐ必要がある。この方式では実用上の密度限界が200 dpi 程度であり、長方形形状の縦横比は1:10程度となる。   In the technique according to the second classification, the density in the nozzle row direction is the rate-limiting of the cutting blade because of the manufacturing method in which one side of the relatively large laminated piezoelectric material is used as a common fixed end and the other end is cut. Therefore, when the nozzles are arranged at high density, it is necessary to make each piezoelectric body a rectangular shape that is long in the depth direction perpendicular to the dividing direction, thereby increasing the volume excluded by the piezoelectric body. In this method, the practical density limit is about 200 dpi, and the aspect ratio of the rectangular shape is about 1:10.

上記第3の分類に係る技術は、積層型圧電体の製造適性は増すが、隣接アクチュエータ同士が機械的に繋がっているので、クロストーク(隣接するノズル同士の相互干渉)が多いとともに、拘束が強く、大きな変位を得るためには積層数を増やさなければならず、ヘッドサイズの大型化につながる。   Although the technology relating to the third classification increases the suitability for manufacturing the laminated piezoelectric material, the adjacent actuators are mechanically connected to each other, so that there is a lot of crosstalk (mutual interference between adjacent nozzles) and there is a restriction. In order to obtain a strong and large displacement, the number of stacked layers must be increased, leading to an increase in head size.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズル間のクロストークを防止するとともに、圧電体の加圧能力を向上させてノズルの高密度化、高粘度吐出を可能にし、更に、製造にも適した液滴吐出ヘッド及びこれを用いたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, while preventing crosstalk between nozzles, improving the pressurization capacity of the piezoelectric body, enabling high density nozzle discharge and high viscosity discharge, An object of the present invention is to provide a droplet discharge head suitable for manufacturing and an ink jet recording apparatus using the same.

前記目的を達成するために、請求項1記載の発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルに対応して設けられ、各ノズルから吐出させる液体が充填される複数の圧力室と、前記圧力室の一壁面を構成している振動板と、前記振動板上における前記複数の圧力室に対応した各位置にそれぞれ独立して接合固定された複数の積層型圧電体と、を備え、前記積層型圧電体の前記振動板との接合面と反対側の端部を当該積層型圧電体による前記振動板への加圧方向に変位可能な非拘束端の状態とし、前記積層型圧電体の伸縮変位により前記振動板を介して前記圧力室内の液を加圧して前記ノズルから液滴を吐出させるように構成したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a liquid droplet ejection head according to the first aspect of the present invention includes a plurality of nozzles for ejecting liquid droplets, and a liquid ejected from each nozzle provided corresponding to the plurality of nozzles. A plurality of pressure chambers to be filled; a diaphragm that constitutes one wall surface of the pressure chamber; and a plurality of pressure chambers that are independently bonded and fixed to positions corresponding to the plurality of pressure chambers on the diaphragm. A non-constrained end that is displaceable in the pressurizing direction of the multi-layer piezoelectric body on the diaphragm by the multi-layer piezoelectric body. In this state, the liquid in the pressure chamber is pressurized through the diaphragm by the expansion and contraction of the multilayer piezoelectric body, and the liquid droplets are ejected from the nozzle.

複数層の圧電体を積層構造で接合して成る積層型圧電体は、単層の圧電体と比較してより大きな排除体積を得ることができるため、かかる積層型圧電体を各圧力室に対応させて個別に配置する構成によって、ノズルの高密度化や高粘度液の吐出が可能となる。また、本発明において積層型圧電体は、圧力室ごとに個別に独立して配置され、隣接する圧力室の積層型圧電体同士は互いに分離されている(独立している)ので吐出駆動時のクロストークが防止される。   Multilayer piezoelectric bodies that are joined in a laminated structure can obtain a larger excluded volume than single-layer piezoelectric bodies. In addition, the configuration in which the nozzles are individually arranged can increase the density of the nozzles and discharge the high-viscosity liquid. Further, in the present invention, the stacked piezoelectric bodies are individually arranged for each pressure chamber, and the stacked piezoelectric bodies in the adjacent pressure chambers are separated from each other (independent), so that at the time of ejection driving Crosstalk is prevented.

更に、本発明によれば、振動板に接合固定される積層型圧電体の振動板側と反対側の一端を拘束しない非拘束端(自由端)としているため、製造時における積層型圧電体の取り付けの自由度が増す。これにより、高度な張力調整等が不要になり、製造が容易で、低コスト化を実現することができる。   Furthermore, according to the present invention, since the one end opposite to the diaphragm side of the multilayer piezoelectric body bonded and fixed to the diaphragm is an unconstrained end (free end), The degree of freedom of installation increases. This eliminates the need for advanced tension adjustment, facilitates production, and realizes cost reduction.

請求項2記載の発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルに対応して設けられ、各ノズルから吐出させる液体が充填される複数の圧力室と、前記圧力室の一壁面を構成している振動板と、前記振動板上における前記複数の圧力室に対応した各位置にそれぞれ独立して接合固定された複数の積層型圧電体と、を備え、前記積層型圧電体の前記振動板との接合面と反対側の端部に、該端部の前記振動板への加圧方向の変位を阻害する重り部材を設け、前記積層型圧電体の伸縮変位により前記振動板を介して前記圧力室内の液を加圧して前記ノズルから液滴を吐出させるように構成したこ
とを特徴とする。
A droplet discharge head according to a second aspect of the invention includes a plurality of nozzles that discharge droplets, and a plurality of pressure chambers that are provided corresponding to the plurality of nozzles and are filled with liquid discharged from each nozzle. A diaphragm that constitutes one wall surface of the pressure chamber, and a plurality of stacked piezoelectric bodies that are independently bonded and fixed to positions corresponding to the plurality of pressure chambers on the diaphragm. A weight member that inhibits displacement of the end portion in the pressurizing direction to the diaphragm is provided at an end portion of the multilayer piezoelectric body opposite to the joint surface with the diaphragm; It is characterized in that the liquid in the pressure chamber is pressurized via the vibration plate by expansion and contraction and the liquid droplets are ejected from the nozzle.

請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明と同様に、ノズルの高密度化、高粘度液の吐出、クロストーク防止及び製造適性の向上等を実現できるとともに、更に、各積層型圧電体の端部に設けた重り部材によって荷重が付加され、積層型圧電体の伸縮変位を接合面側に多く振り向けることができ、より大きな排除体積を得ることができる。これにより、ノズルの一層の高密度化や高粘度液の吐出が可能となる。   According to the invention described in claim 2, as in the invention described in claim 1, it is possible to realize high-density nozzles, high-viscosity liquid discharge, prevention of crosstalk, improvement in manufacturing suitability, etc. A load is applied by the weight member provided at the end of the piezoelectric element, and a large amount of expansion / contraction displacement of the multilayer piezoelectric element can be directed to the bonding surface side, so that a larger excluded volume can be obtained. As a result, it is possible to further increase the density of the nozzle and to discharge a highly viscous liquid.

請求項3記載の発明は請求項1又は2記載の液滴吐出ヘッドに係り、前記振動板側から見た前記圧力室の平面形状について該圧力室内の壁間距離の最小値/最大値で規定される比の値を圧力室のアスペクト比とするとき、前記圧力室は次式、0.45≦アスペクト比≦0.89を満たすことを特徴する。   A third aspect of the present invention relates to the droplet discharge head according to the first or second aspect, wherein the planar shape of the pressure chamber viewed from the diaphragm side is defined by the minimum value / maximum value of the distance between the walls in the pressure chamber. When the ratio value is the aspect ratio of the pressure chamber, the pressure chamber satisfies the following formula: 0.45 ≦ aspect ratio ≦ 0.89.

圧力室内の壁間距離(見通し距離)の最小値と最大値の比(最小値/最大値)で定義される圧力室のアスペクト比が0.45≦アスペクト比≦0.89の条件を満たす場合、積層型圧電体の大きな変位量に当該形状による振動板の変位のしやすさが相乗され、加圧力に対する振動板の変位量を比較的大きくすることができる。つまり、単位占有面積あたりの圧力室の体積変化量(排除体積)を大きくできる。したがって、本発明によれば、従来にない高粘度液吐出能力、或いはヘッドの小型化を実現できる。   When the pressure chamber aspect ratio defined by the ratio (minimum value / maximum value) of the minimum value and the maximum value of the distance between walls (line-of-sight distance) in the pressure chamber satisfies the condition of 0.45 ≦ aspect ratio ≦ 0.89 Thus, the ease of displacement of the diaphragm due to the shape is combined with the large displacement amount of the multilayer piezoelectric body, and the displacement amount of the diaphragm with respect to the applied pressure can be made relatively large. That is, the volume change amount (excluded volume) of the pressure chamber per unit occupation area can be increased. Therefore, according to the present invention, unprecedented high-viscosity liquid discharge capability or downsizing of the head can be realized.

請求項4記載の発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルに対応して設けられ、各ノズルから吐出させる液体が充填される複数の圧力室と、前記圧力室の一壁面を構成している振動板と、前記振動板上における前記複数の圧力室に対応した各位置にそれぞれ独立して接合固定された複数の積層型圧電体と、を備え、前記振動板側から見た前記圧力室の平面形状について該圧力室内の壁間距離の最小値/最大値で規定される圧力室のアスペクト比が次式、0.45≦アスペクト比≦0.89を満たし、前記積層型圧電体の伸縮変位により前記振動板を介して前記圧力室内の液を加圧して前記ノズルから液滴を吐出させるように構成したことを特徴とする。   A droplet discharge head according to a fourth aspect of the invention includes a plurality of nozzles that discharge droplets, and a plurality of pressure chambers that are provided corresponding to the plurality of nozzles and are filled with liquid discharged from each nozzle. A diaphragm that constitutes one wall surface of the pressure chamber, and a plurality of stacked piezoelectric bodies that are independently bonded and fixed to positions corresponding to the plurality of pressure chambers on the diaphragm. The aspect ratio of the pressure chamber defined by the minimum value / maximum value of the distance between the walls in the pressure chamber with respect to the planar shape of the pressure chamber viewed from the diaphragm side is expressed by the following equation: 0.45 ≦ aspect ratio ≦ 0. No. 89 is satisfied, and the liquid in the pressure chamber is pressurized via the diaphragm by the expansion and contraction of the multilayer piezoelectric body, and the liquid droplets are ejected from the nozzle.

請求項4記載の発明によれば、積層型圧電体の分離配置構造によってノズル間のクロストークを防止しつつ、積層型圧電体で圧力室を変形させる能力を向上させたので、ノズル高密度化や高粘度液吐出が可能になる。   According to the fourth aspect of the present invention, the ability to deform the pressure chamber with the multilayer piezoelectric body is improved while preventing the crosstalk between the nozzles by the separated arrangement structure of the multilayer piezoelectric body. And high-viscosity liquid can be discharged.

請求項5記載の発明は、請求項1乃至4の何れか1項記載の液滴吐出ヘッドをインクジェット記録ヘッドとして用い、該インクジェット記録ヘッドに対して記録媒体を相対移動させながら、前記ノズルからインク滴を吐出することにより前記記録媒体上に画像を記録することを特徴とするインクジェット記録装置を提供する。   According to a fifth aspect of the present invention, the liquid droplet ejection head according to any one of the first to fourth aspects is used as an ink jet recording head, and an ink is ejected from the nozzle while moving a recording medium relative to the ink jet recording head. An inkjet recording apparatus is provided that records an image on the recording medium by ejecting droplets.

なお、本発明の実施に際して、記録ヘッドの形態は特に限定されず、記録媒体の送り方向と略直交する方向に記録ヘッドが往復動作しながら印字を行うシャトル方式の記録ヘッドであってもよいし、インクを吐出する複数のノズルが記録媒体の送り方向と略直交する方向に前記記録媒体の全幅に対応する長さにわたって配列されたノズル列を有するフルライン型の記録ヘッドであってもよい。   In the implementation of the present invention, the form of the recording head is not particularly limited, and may be a shuttle type recording head that performs printing while the recording head reciprocates in a direction substantially orthogonal to the feeding direction of the recording medium. A full-line type recording head having a nozzle row in which a plurality of nozzles for ejecting ink are arranged in a direction substantially orthogonal to the feeding direction of the recording medium over a length corresponding to the entire width of the recording medium may be used.

「フルライン型の記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)」は、通常、記録媒体の相対的な送り方向と直交する方向に沿って配置されるが、送り方向と直交する方向に対して、ある所定の角度を持たせた斜め方向に沿って記録ヘッドを配置する態様もあり得る。また、記録ヘッドにおけるノズルの配列形態は、1列のライン状配列に限定されず、複数列からなるマトリックス配列でもよい。更には、記録媒体の全幅に対応する長さに満たないノズル列を有する短尺記録ヘッドユニットを複数個組み合わせることによって、これらユニット全体として記録媒体の全幅に対応するノズル列を構成する形態もあり得る。   The “full-line type recording head (droplet discharge head)” is usually arranged along a direction perpendicular to the relative feeding direction of the recording medium, but is in a predetermined direction with respect to the direction perpendicular to the feeding direction. There may also be a mode in which the recording head is arranged along an oblique direction having the angle. Further, the arrangement form of the nozzles in the recording head is not limited to a single line arrangement, and may be a matrix arrangement composed of a plurality of columns. Furthermore, by combining a plurality of short recording head units having nozzle rows that are less than the length corresponding to the entire width of the recording medium, a nozzle row corresponding to the entire width of the recording medium may be configured as a whole of these units. .

「記録媒体」は、記録ヘッドの作用によって画像の記録を受ける媒体(印字媒体、被画像形成媒体、被記録媒体、受像媒体など呼ばれ得るもの)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、インクジェット記録装置によって配線パターン等が形成されるプリント基板、その他材質や形状を問わず、様々な媒体を含む。なお、本明細書において「印字」という用語は、文字を含む広い意味での画像を形成する概念を表すものとする。   The “recording medium” is a medium (which can be called a print medium, an image forming medium, a recording medium, an image receiving medium, or the like) that receives an image by the action of a recording head, and is a continuous sheet, a cut sheet, a seal sheet, It includes various media regardless of the material and shape, such as a resin sheet such as an OHP sheet, a film, a cloth, a printed board on which a wiring pattern or the like is formed by an inkjet recording apparatus. In this specification, the term “printing” represents the concept of forming an image in a broad sense including characters.

記録媒体と記録ヘッドを相対的に移動させる移動手段(搬送手段)は、停止した(固定された)記録ヘッドに対して記録媒体を搬送する態様、停止した記録媒体に対して記録ヘッドを移動させる態様、或いは、記録ヘッドと記録媒体の両方を移動させる態様の何れをも含む。   The moving means (conveying means) for moving the recording medium and the recording head relatively moves the recording medium relative to the stopped (fixed) recording head, and moves the recording head relative to the stopped recording medium. Either the aspect or the aspect in which both the recording head and the recording medium are moved is included.

本発明によれば、ノズルに連通する圧力室ごとに積層型圧電体を振動板上に個別に独立して配置し、振動板の接合面と反対側の一端を非拘束端又は重り部材を付加した端の構造としたので、ノズル間のクロストークを防止できるとともに、ノズルの高密度化や高粘度液吐出が可能となり、かつ、製造も容易になる。   According to the present invention, the laminated piezoelectric body is individually arranged on the diaphragm for each pressure chamber communicating with the nozzle, and one end on the opposite side to the joint surface of the diaphragm is added with an unconstrained end or a weight member. Since the end structure is used, crosstalk between nozzles can be prevented, the nozzle density can be increased, high-viscosity liquid can be discharged, and manufacturing can be facilitated.

また、本発明の他の態様によれば、ノズルに連通する圧力室についてその平面形状のアスペクト比が0.45以上かつ0.89以下の条件を満たすような形状とし、各圧力室に個別の積層型圧電体を設けたので、積層型圧電体の大きな駆動力と当該形状による振動板の変位のしやすさの相乗効果によって従来にない高粘度液吐出能力、或いはヘッドの小型化を実現できる。   Also, according to another aspect of the present invention, the pressure chambers communicating with the nozzles are shaped so that the aspect ratio of the planar shape satisfies the condition of 0.45 or more and 0.89 or less, and each pressure chamber is individually provided. Since the multilayer piezoelectric body is provided, it is possible to realize unprecedented high-viscosity liquid discharge capacity or downsizing of the head by the synergistic effect of the large driving force of the multilayer piezoelectric body and the ease of displacement of the diaphragm due to the shape .

以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図1は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置10は、インクの色ごとに設けられた複数の印字ヘッド12K,12C,12M,12Yを有する印字部12と、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、記録紙16を供給する給紙部18と、記録紙16のカールを除去するデカール処理部20と、前記印字部12のノズル面(インク吐出面)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を搬送する吸着ベルト搬送部22と、印字部12による印字結果を読み取る印字検出部24と、記録済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部26と、を備えている。
[Overall configuration of inkjet recording apparatus]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the inkjet recording apparatus 10 includes a print unit 12 having a plurality of print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for each ink color, and each print head 12K, 12C, 12M, An ink storage / loading unit 14 for storing ink to be supplied to 12Y, a paper feeding unit 18 for supplying recording paper 16, a decurling unit 20 for removing curling of the recording paper 16, and a nozzle of the printing unit 12 A suction belt transport unit 22 that is disposed to face a surface (ink ejection surface) and transports the recording paper 16 while maintaining the flatness of the recording paper 16, and a print detection unit 24 that reads a printing result by the printing unit 12, A paper discharge unit 26 that discharges recorded recording paper (printed matter) to the outside.

図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。   In FIG. 1, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the paper supply unit 18, but a plurality of magazines having different paper widths, paper quality, and the like may be provided side by side. Further, instead of the roll paper magazine or in combination therewith, the paper may be supplied by a cassette in which cut papers are stacked and loaded.

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。   When multiple types of recording paper are used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records paper type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Therefore, it is preferable to automatically determine the type of paper to be used and perform ink ejection control so as to realize appropriate ink ejection according to the type of paper.

給紙部18から送り出される記録紙16はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム30で記録紙16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。   The recording paper 16 delivered from the paper supply unit 18 retains curl due to having been loaded in the magazine. In order to remove this curl, heat is applied to the recording paper 16 by the heating drum 30 in the direction opposite to the curl direction of the magazine in the decurling unit 20. At this time, it is more preferable to control the heating temperature so that the printed surface is slightly curled outward.

ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター(第1のカッター)28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録紙16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。   In the case of an apparatus configuration that uses roll paper, a cutter (first cutter) 28 is provided as shown in FIG. 1, and the roll paper is cut into a desired size by the cutter 28. The cutter 28 includes a fixed blade 28A having a length equal to or greater than the conveyance path width of the recording paper 16, and a round blade 28B that moves along the fixed blade 28A. The fixed blade 28A is provided on the back side of the print. The round blade 28B is disposed on the printing surface side with the conveyance path interposed therebetween. Note that the cutter 28 is not necessary when cut paper is used.

デカール処理後、カットされた記録紙16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラ31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する部分が水平面(フラット面)をなすように構成されている。   After the decurling process, the cut recording paper 16 is sent to the suction belt conveyance unit 22. The suction belt conveyance unit 22 has a structure in which an endless belt 33 is wound between rollers 31 and 32, and at least portions facing the nozzle surface of the printing unit 12 and the sensor surface of the printing detection unit 24 are horizontal ( Flat surface).

ベルト33は、記録紙16の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴(不図示)が形成されている。図1に示したとおり、ローラ31、32間に掛け渡されたベルト33の内側において印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ34が設けられており、この吸着チャンバ34をファン35で吸引して負圧にすることによってベルト33上の記録紙16が吸着保持される。   The belt 33 has a width that is wider than the width of the recording paper 16, and a plurality of suction holes (not shown) are formed on the belt surface. As shown in FIG. 1, a suction chamber 34 is provided at a position facing the nozzle surface of the print unit 12 and the sensor surface of the print detection unit 24 inside the belt 33 spanned between the rollers 31 and 32. Then, the suction chamber 34 is sucked by the fan 35 to be a negative pressure, whereby the recording paper 16 on the belt 33 is sucked and held.

ベルト33が巻かれているローラ31、32の少なくとも一方にモータ(図1中不図示,図7中符号88として記載)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1上の時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録紙16は図1の左から右へと搬送される。   When the power of a motor (not shown in FIG. 1, described as reference numeral 88 in FIG. 7) is transmitted to at least one of the rollers 31 and 32 around which the belt 33 is wound, the belt 33 rotates in the clockwise direction in FIG. , And the recording paper 16 held on the belt 33 is conveyed from left to right in FIG.

縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。   Since ink adheres to the belt 33 when a borderless print or the like is printed, the belt cleaning unit 36 is provided at a predetermined position outside the belt 33 (an appropriate position other than the print area). Although details of the configuration of the belt cleaning unit 36 are not shown, for example, there are a method of niping a brush roll, a water absorbing roll, etc., an air blow method of blowing clean air, or a combination thereof. In the case where the cleaning roll is nipped, the cleaning effect is great if the belt linear velocity and the roller linear velocity are changed.

なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。   Although a mode using a roller / nip conveyance mechanism instead of the suction belt conveyance unit 22 is also conceivable, if the roller / nip conveyance is performed in the print area, the image easily spreads because the roller contacts the printing surface of the sheet immediately after printing. There is a problem. Therefore, as in this example, suction belt conveyance that does not bring the image surface into contact with each other in the print region is preferable.

吸着ベルト搬送部22により形成される用紙搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録紙16に加熱空気を吹き付け、記録紙16を加熱する。印字直前に記録紙16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。   A heating fan 40 is provided on the upstream side of the printing unit 12 on the paper conveyance path formed by the suction belt conveyance unit 22. The heating fan 40 heats the recording paper 16 by blowing heated air onto the recording paper 16 before printing. Heating the recording paper 16 immediately before printing makes it easier for the ink to dry after landing.

印字部12は、最大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配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている(図2参照)。詳細な構造例は後述するが(図3乃至図5)、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yは、図2に示したように、本インクジェット記録装置10が対象とする最大サイズの記録紙16の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口(ノズル)が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。   The printing unit 12 is a so-called full line type head in which line type heads having a length corresponding to the maximum paper width are arranged in a direction orthogonal to the paper feed direction (see FIG. 2). Although a detailed structural example will be described later (FIGS. 3 to 5), each of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y is a recording paper of the maximum size targeted by the inkjet recording apparatus 10 as shown in FIG. The line head includes a plurality of ink discharge ports (nozzles) arranged over a length exceeding at least one side of 16.

記録紙16の送り方向(以下、紙搬送方向という。)に沿って上流側から黒(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印字ヘッド12K,12C,12M,12Yが配置されており、記録紙16を搬送しつつ各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙16上にカラー画像を形成し得る。   A print head 12K corresponding to each color ink in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side along the feeding direction of the recording paper 16 (hereinafter referred to as the paper transport direction). , 12C, 12M, and 12Y are arranged, and color images can be formed on the recording paper 16 by ejecting the color inks from the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y while conveying the recording paper 16, respectively.

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドが各インク色ごとに設けられてなる印字部12によれば、副走査方向について記録紙16と印字部12を相対的に移動させる動作を一回行うだけで(すなわち1回の副走査で)、記録紙16の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが主走査方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。   As described above, according to the printing unit 12 in which the full line head that covers the entire paper width is provided for each ink color, the operation of relatively moving the recording paper 16 and the printing unit 12 in the sub-scanning direction is performed. The image can be recorded on the entire surface of the recording paper 16 only by performing it once (that is, by one sub-scan). Thereby, it is possible to perform high-speed printing as compared with a shuttle type head in which the print head reciprocates in the main scanning direction, and productivity can be improved.

本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。   In this example, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink colors and the number of colors is not limited to this embodiment, and light ink and dark ink may be added as necessary. Good. For example, it is possible to add a print head that discharges light ink such as light cyan and light magenta.

図1に示したように、インク貯蔵/装填部14は、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yに対応する色のインクを貯蔵するタンク(インクタンク)を有し、各インクタンクは不図示の管路を介して各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。   As shown in FIG. 1, the ink storage / loading unit 14 includes tanks (ink tanks) that store inks of colors corresponding to the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y, and each ink tank is not shown. The print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y communicate with each other through the pipe line. Further, the ink storage / loading unit 14 includes notifying means (display means, warning sound generating means) for notifying when the ink remaining amount is low, and has a mechanism for preventing erroneous loading between colors. ing.

印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサを含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。印字検出部24は、少なくとも各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサ又はエリアセンサで構成される。   The print detection unit 24 includes an image sensor for imaging the droplet ejection result of the print unit 12, and functions as a means for checking nozzle clogging and other ejection defects from the droplet ejection image read by the image sensor. The print detection unit 24 is configured by a line sensor or an area sensor having a light receiving element array that is wider than at least the ink ejection width (image recording width) by the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y.

印字検出部24の後段には、後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。   A post-drying unit 42 is provided following the print detection unit 24. The post-drying unit 42 is means for drying the printed image surface, and for example, a heating fan is used. Since it is preferable to avoid contact with the printing surface until the ink after printing is dried, a method of blowing hot air is preferred.

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。   When printing on porous paper with dye-based ink, the weather resistance of the image is improved by preventing contact with ozone or other things that cause dye molecules to break by blocking the paper holes by pressurization. There is an effect to.

後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ45で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。   A heating / pressurizing unit 44 is provided following the post-drying unit 42. The heating / pressurizing unit 44 is a means for controlling the glossiness of the image surface, and pressurizes with a pressure roller 45 having a predetermined surface uneven shape while heating the image surface to transfer the uneven shape to the image surface. To do.

こうして生成されたプリント物は排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に
形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成される。
The printed matter generated in this manner is outputted from the paper output unit 26. It is preferable that the original image to be printed (printed target image) and the test print are discharged separately. The ink jet recording apparatus 10 is provided with a sorting means (not shown) that switches the paper discharge path so as to select the print product of the main image and the print product of the test print and send them to the discharge units 26A and 26B. Yes. Note that when the main image and the test print are simultaneously formed in parallel on a large sheet, the test print portion is separated by a cutter (second cutter) 48. The cutter 48 is provided immediately before the paper discharge unit 26, and cuts the main image and the test print unit when the test print is performed on the image margin. The structure of the cutter 48 is the same as that of the first cutter 28 described above, and includes a fixed blade 48A and a round blade 48B.

また、図1には示さないが、本画像の排出部26Aには、オーダ別に画像を集積するソーターが設けられる。   Although not shown in FIG. 1, the paper output unit 26A for the target prints is provided with a sorter for collecting prints according to print orders.

次に、印字ヘッド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印字ヘッド12K,12C,12M,12Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号50によって印字ヘッドを示すものとする。   Next, the structure of the print head will be described. Since the structures of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for the respective ink colors are common, the print heads are represented by reference numeral 50 in the following.

図3(a) は印字ヘッド50の構造例を示す平面透視図であり、図3(b) はその一部の拡大図である。また、図3(c) は印字ヘッド50の他の構造例を示す平面透視図、図4はインク室ユニットの立体的構成を示す断面図(図3(a) 中の4−4線に沿う断面図)である。   FIG. 3 (a) is a plan perspective view showing an example of the structure of the print head 50, and FIG. 3 (b) is an enlarged view of a part thereof. 3C is a perspective plan view showing another example of the structure of the print head 50, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing the three-dimensional configuration of the ink chamber unit (along line 4-4 in FIG. 3A). FIG.

記録紙面上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、印字ヘッド50におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の印字ヘッド50は、図3(a) 〜(c) 及び図4に示したように、インク滴が吐出するノズル51と、各ノズル51に対応する圧力室52等からなる複数のインク室ユニット53を千鳥でマトリックス状(2次元的)に配置させた構造を有し、これにより見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。   In order to increase the dot pitch printed on the recording paper surface, it is necessary to increase the nozzle pitch in the print head 50. As shown in FIGS. 3A to 3C and FIG. 4, the print head 50 of this example includes a plurality of inks including nozzles 51 from which ink droplets are ejected and pressure chambers 52 corresponding to the nozzles 51. The chamber units 53 have a structure in which the chamber units 53 are arranged in a staggered matrix (two-dimensional), thereby achieving an increase in the apparent nozzle pitch density.

すなわち、本実施形態における印字ヘッド50は、図3(a) ,(b) に示すように、インクを吐出する複数のノズル51が印字媒体送り方向と略直交する方向に印字媒体の全幅に対応する長さにわたって配列された1列以上のノズル列を有するフルラインヘッドである。   That is, in the print head 50 according to the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the plurality of nozzles 51 that eject ink correspond to the entire width of the print medium in a direction substantially orthogonal to the print medium feed direction. This is a full line head having one or more nozzle rows arranged over a length of the same.

ただし、本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されない。また、図3(c) に示すように、複数のノズル51が2次元に配列された短尺のヘッドユニット50’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙16の全幅に対応する長さのノズル列を有するフルラインヘッドを構成してもよい。   However, the arrangement structure of the nozzles is not limited to the illustrated example in carrying out the present invention. Further, as shown in FIG. 3C, a length corresponding to the full width of the recording paper 16 is obtained by arranging short head units 50 'in which a plurality of nozzles 51 are arranged two-dimensionally in a staggered manner. You may comprise the full line head which has the nozzle row of.

図3(a) 〜(c) に示したように、各ノズル51に対応して設けられている圧力室52は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル51と供給口54が設けられている。   As shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c), the pressure chamber 52 provided corresponding to each nozzle 51 has a substantially square planar shape, and nozzles are formed at both corners on the diagonal line. 51 and a supply port 54 are provided.

また、図4に示したように、各圧力室52は供給口54を介して共通流路55と連通されている。共通流路55はインク供給源たるインクタンク(図4中不図示、図6中符号60として記載)と連通しており、インクタンク60から供給されるインクは共通流路55を介して各圧力室52に分配供給される。なお、インクタンク60とは別に、印字ヘッド50の近傍又は印字ヘッド50と一体にサブタンク(不図示)等を設けてもよい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。   Further, as shown in FIG. 4, each pressure chamber 52 communicates with a common channel 55 through a supply port 54. The common channel 55 communicates with an ink tank (not shown in FIG. 4, described as reference numeral 60 in FIG. 6) serving as an ink supply source, and the ink supplied from the ink tank 60 passes through each common pressure 55 via each pressure. It is distributed and supplied to the chamber 52. In addition to the ink tank 60, a sub tank (not shown) or the like may be provided near the print head 50 or integrally with the print head 50. The sub-tank has a function of improving a damper effect and refill that prevents fluctuations in the internal pressure of the head.

図4に示すように、ノズル51はノズル流路56を介して圧力室52と連通されている。圧力室52の天面を構成している振動板57の上には各圧力室52に対応する位置に積層型圧電体58が個々に分割された独立構造として接合されている。積層型圧電体58は、圧電体の薄板と内部電極とが交互に重ねられた構造を有している。本例の振動板57は積層型圧電体58のコモン電極を兼ねている。   As shown in FIG. 4, the nozzle 51 communicates with the pressure chamber 52 via the nozzle flow path 56. On the vibration plate 57 constituting the top surface of the pressure chamber 52, the laminated piezoelectric body 58 is joined at a position corresponding to each pressure chamber 52 as an independent structure. The laminated piezoelectric body 58 has a structure in which thin piezoelectric plates and internal electrodes are alternately stacked. The diaphragm 57 of this example also serves as a common electrode for the laminated piezoelectric body 58.

また、積層型圧電体58の自由端側の端部(図4において上端)にはフレキシブル基板59が接続されている。フレキシブル基板59には、積層型圧電体58の個別電極に対応する配線パターンが形成されており、該フレキシブル基板59を介して個々の積層型圧電体58に駆動電圧が印加される。積層型圧電体58に駆動電圧が印加されることにより、積層型圧電体58が積層方向に伸縮変形し、その変位に伴って圧力室52内のインクが加圧され、ノズル51からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路55から供給口54を通って新しいインクが圧力室52に供給される。   Further, a flexible substrate 59 is connected to the end (the upper end in FIG. 4) on the free end side of the laminated piezoelectric body 58. A wiring pattern corresponding to the individual electrodes of the multilayer piezoelectric body 58 is formed on the flexible substrate 59, and a driving voltage is applied to each multilayer piezoelectric body 58 via the flexible substrate 59. When the driving voltage is applied to the multilayer piezoelectric body 58, the multilayer piezoelectric body 58 expands and contracts in the stacking direction, and the ink in the pressure chamber 52 is pressurized along with the displacement, and the ink is ejected from the nozzle 51. Is done. When ink is ejected, new ink is supplied from the common channel 55 to the pressure chamber 52 through the supply port 54.

なお、フレキシブル基板59は柔軟性のある樹脂素材からなり、複数の積層型圧電体58に架け渡されて接続されているものの、個々の積層型圧電体58の上端部を拘束していない。したがって、各積層型圧電体58の上端部(振動板57の接合面と反対側の端部)は振動板57の加圧方向について変位可能な自由端の状態になっている。   Note that the flexible substrate 59 is made of a flexible resin material and is connected across a plurality of laminated piezoelectric bodies 58, but does not constrain the upper ends of the individual laminated piezoelectric bodies 58. Therefore, the upper end portion (the end portion on the opposite side of the bonding surface of the vibration plate 57) of each laminated piezoelectric body 58 is in a free end state that can be displaced in the pressurizing direction of the vibration plate 57.

上記した構造を有する多数のインク室ユニット53を図5に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に配列させた構造によって本例の印字ヘッド50が実現されている。   As shown in FIG. 5, a large number of ink chamber units 53 having the above-described structure are fixed along the row direction along the main scanning direction and the oblique column direction having a constant angle θ that is not orthogonal to the main scanning direction. The print head 50 of this example is realized by a structure arranged in a grid pattern with an arrangement pattern.

図5に示したとおり、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット53を一定のピッチdで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチPはd× cosθとなる。   As shown in FIG. 5, the pitch of the nozzles projected so as to be aligned in the main scanning direction by a structure in which a plurality of ink chamber units 53 are arranged at a constant pitch d along the direction of an angle θ with respect to the main scanning direction. P is d × cos θ.

すなわち、主走査方向については、各ノズル51が一定のピッチPで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が1インチ当たり2400個(2400ノズル/インチ)におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。   That is, in the main scanning direction, each nozzle 51 can be handled equivalently as a linear arrangement with a constant pitch P. With such a configuration, it is possible to realize a high-density nozzle configuration in which 2400 nozzle rows are projected per inch (2400 nozzles / inch) so as to be aligned in the main scanning direction.

なお、用紙(記録紙16)の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドでノズルを駆動する時には、(1)全ノズルを同時に駆動する、(2)ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、(3)ノズルをブロックに分割してブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動する等が行われ、用紙の幅方向(用紙の搬送方向と直交する方向)に1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。   When the nozzles are driven by a full line head having a nozzle row corresponding to the entire width of the paper (recording paper 16), (1) all the nozzles are driven simultaneously, (2) the nozzles are sequentially driven from one side to the other. (3) The nozzles are divided into blocks and sequentially driven from one side to the other for each block, etc., and one line (one row) in the width direction of the paper (direction perpendicular to the paper conveyance direction). Driving a nozzle that prints a dot line or a line composed of a plurality of rows of dots) is defined as main scanning.

特に、図5に示すようなマトリクス状に配置されたノズル51を駆動する場合は、上記(3)のような主走査が好ましい。すなわち、ノズル51-11 、51-12 、51-13 、51-14 、51-15 、51-16 を1つのブロックとし(他にはノズル51-21 、…、51-26 を1つのブロック、ノズル51-31 、…、51-36 を1つのブロック、…として)、記録紙16の搬送速度に応じてノズル51-11 、51-12 、…、51-16 を順次駆動することで記録紙16の幅方向に1ラインを印字する。   In particular, when driving the nozzles 51 arranged in a matrix as shown in FIG. 5, the main scanning as described in (3) above is preferable. That is, nozzles 51-11, 51-12, 51-13, 51-14, 51-15, 51-16 are made into one block (other nozzles 51-21,..., 51-26 are made into one block, Nozzles 51-31,..., 51-36 as one block,...), And the nozzles 51-11, 51-12,. One line is printed in 16 width directions.

一方、上述したフルラインヘッドと用紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。   On the other hand, by relatively moving the above-mentioned full line head and the paper, printing of one line (a line formed by one line of dots or a line composed of a plurality of lines) formed by the above-described main scanning is repeatedly performed. This is defined as sub-scanning.

図6はインクジェット記録装置10におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク60はインクを供給するための基タンクであり、図1で説明したインク貯蔵/装填部14に設置される。インクタンク60の形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。なお、図6のインクタンク60は、先に記載した図1のインク貯蔵/装填部14と等価のものである。   FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the ink supply system in the inkjet recording apparatus 10. The ink tank 60 is a base tank for supplying ink, and is installed in the ink storage / loading unit 14 described with reference to FIG. In the form of the ink tank 60, there are a system that replenishes ink from a replenishing port (not shown) and a cartridge system that replaces the entire tank when the remaining amount of ink is low. A cartridge system is suitable for changing the ink type according to the intended use. In this case, it is preferable that the ink type information is identified by a barcode or the like, and ejection control is performed according to the ink type. The ink tank 60 in FIG. 6 is equivalent to the ink storage / loading unit 14 in FIG. 1 described above.

図6に示したように、インクタンク60と印字ヘッド50を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ62が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下(一般的には、20μm程度)とすることが好ましい。   As shown in FIG. 6, a filter 62 is provided in the middle of the conduit connecting the ink tank 60 and the print head 50 in order to remove foreign matter and bubbles. The filter mesh size is preferably equal to or smaller than the nozzle diameter (generally about 20 μm).

なお、図6には示さないが、印字ヘッド50の近傍又は印字ヘッド50と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。   Although not shown in FIG. 6, a configuration in which a sub tank is provided in the vicinity of the print head 50 or integrally with the print head 50 is also preferable. The sub-tank has a function of improving a damper effect and refill that prevents fluctuations in the internal pressure of the head.

また、インクジェット記録装置10には、ノズル51の乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ64と、ノズル面の清掃手段としてのクリーニングブレード66とが設けられている。   Further, the inkjet recording apparatus 10 is provided with a cap 64 as a means for preventing the nozzle 51 from drying or preventing an increase in ink viscosity near the nozzle, and a cleaning blade 66 as a nozzle surface cleaning means.

これらキャップ64及びクリーニングブレード66を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によって印字ヘッド50に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド50下方のメンテナンス位置に移動される。   The maintenance unit including the cap 64 and the cleaning blade 66 can be moved relative to the print head 50 by a moving mechanism (not shown), and is moved from a predetermined retracted position to a maintenance position below the print head 50 as necessary. The

キャップ64は、図示せぬ昇降機構によって印字ヘッド50に対して相対的に昇降変位される。電源OFF時や印刷待機時にキャップ64を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド50に密着させることにより、ノズル面をキャップ64で覆う。   The cap 64 is displaced up and down relatively with respect to the print head 50 by an elevator mechanism (not shown). The cap 64 is raised to a predetermined raised position when the power is turned off or during printing standby, and is brought into close contact with the print head 50, thereby covering the nozzle surface with the cap 64.

クリーニングブレード66は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬブレード移動機構により印字ヘッド50のインク吐出面(ノズル板表面)に摺動可能である。ノズル板にインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード66をノズル板に摺動させることでノズル板表面を拭き取り、ノズル板表面を清浄する。   The cleaning blade 66 is made of an elastic member such as rubber, and can slide on the ink discharge surface (surface of the nozzle plate) of the print head 50 by a blade moving mechanism (not shown). When ink droplets or foreign substances adhere to the nozzle plate, the nozzle plate surface is wiped by sliding the cleaning blade 66 on the nozzle plate to clean the nozzle plate surface.

印字中又は待機中において、特定のノズルの使用頻度が低くなり、ノズル近傍のインク粘度が上昇した場合、その劣化インクを排出すべくキャップ64に向かって予備吐出が行われる。   During printing or standby, when a specific nozzle is used less frequently and the ink viscosity in the vicinity of the nozzle increases, preliminary discharge is performed toward the cap 64 to discharge the deteriorated ink.

また、印字ヘッド50内のインク(圧力室内)に気泡が混入した場合、印字ヘッド50にキャップ64を当て、吸引ポンプ67で圧力室内のインク(気泡が混入したインク)を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク68へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇(固化)した劣化インクの吸い出しが行われる。   Further, when air bubbles are mixed into the ink (pressure chamber) in the print head 50, the cap 64 is applied to the print head 50, and the ink in the pressure chamber (ink mixed with air bubbles) is removed by suction with the suction pump 67, and suction is performed. The removed ink is sent to the collection tank 68. In this suction operation, the deteriorated ink with increased viscosity (solidified) is sucked out when the ink is initially loaded into the head or when the ink is used after being stopped for a long time.

すなわち、印字ヘッド50は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用のアクチュエータ(積層型圧電体58)が動作してもノズル51からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で(アクチュエータの動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で)、インク受けに向かってアクチュエータを動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面の清掃手段として設けられているクリーニングブレード66等のワイパーによってノズル板表面の汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル51内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。   That is, if the print head 50 is not ejected for a certain period of time, the ink solvent near the nozzles evaporates and the viscosity of the ink near the nozzles increases, and the ejection drive actuator (laminated piezoelectric body 58) Ink does not discharge from the nozzle 51 even when the operation is performed. Therefore, before this state is reached (within the range of viscosity that allows ink to be ejected by the operation of the actuator), the actuator is operated toward the ink receiver to eject ink in the vicinity of the nozzle whose viscosity has increased. Discharge "is performed. In order to prevent foreign matter from entering the nozzle 51 by the wiper rubbing operation after the dirt on the nozzle plate surface is cleaned by a wiper such as a cleaning blade 66 provided as a nozzle surface cleaning means. Preliminary discharge is performed. Note that the preliminary discharge may be referred to as “empty discharge”, “purge”, “spitting”, or the like.

また、ノズル51や圧力室52に気泡が混入したり、ノズル51内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、以下に述べる吸引動作を行う。   In addition, if bubbles are mixed into the nozzle 51 or the pressure chamber 52 or if the viscosity increase of the ink in the nozzle 51 exceeds a certain level, ink cannot be ejected by the preliminary ejection, and the suction operation described below is performed.

すなわち、ノズル51や圧力室52のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル51内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、アクチュエータを動作させてもノズル51からインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド50のノズル面に、圧力室52内のインクをポンプ等で吸い込む吸引手段を当接させて、気泡が混入したインク又は増粘インクを吸引する動作が行われる。   That is, when bubbles are mixed in the ink in the nozzle 51 or the pressure chamber 52, or when the ink viscosity in the nozzle 51 rises to a certain level or more, ink cannot be ejected from the nozzle 51 even if the actuator is operated. . In such a case, a suction means for sucking the ink in the pressure chamber 52 with a pump or the like is brought into contact with the nozzle surface of the print head 50, and an operation of sucking ink mixed with bubbles or thickened ink is performed.

ただし、上記の吸引動作は、圧力室52内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。   However, since the above suction operation is performed on the entire ink in the pressure chamber 52, the amount of ink consumption is large. Therefore, when the increase in viscosity is small, it is preferable to perform preliminary discharge as much as possible.

なお、図6で説明したキャップ64は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。   The cap 64 described with reference to FIG. 6 functions as a suction unit and can also function as a preliminary discharge ink receiver.

〔制御系の説明〕
次に、インクジェット記録装置10の制御系について説明する。
[Explanation of control system]
Next, the control system of the inkjet recording apparatus 10 will be described.

図7はインクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置10は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、画像メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、プリント制御部80、画像バッファメモリ82、ヘッドドライバ84等を備えている。   FIG. 7 is a principal block diagram showing the system configuration of the inkjet recording apparatus 10. The inkjet recording apparatus 10 includes a communication interface 70, a system controller 72, an image memory 74, a motor driver 76, a heater driver 78, a print control unit 80, an image buffer memory 82, a head driver 84, and the like.

通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース70にはUSB、IEEE1394、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(不図示)を搭載してもよい。ホストコンピュータ86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置10に取り込まれ、一旦画像メモリ74に記憶される。画像メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。   The communication interface 70 is an interface unit that receives image data sent from the host computer 86. As the communication interface 70, a serial interface such as USB, IEEE 1394, Ethernet, and wireless network, or a parallel interface such as Centronics can be applied. In this part, a buffer memory (not shown) for speeding up communication may be mounted. Image data sent from the host computer 86 is taken into the inkjet recording apparatus 10 via the communication interface 70 and temporarily stored in the image memory 74. The image memory 74 is a storage unit that temporarily stores an image input via the communication interface 70, and data is read and written through the system controller 72. The image memory 74 is not limited to a memory made of a semiconductor element, and a magnetic medium such as a hard disk may be used.

システムコントローラ72は、通信インターフェース70、画像メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ72は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ86との間の通信制御、画像メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ88やヒータ89を制御する制御信号を生成する。   The system controller 72 is a control unit that controls each unit such as the communication interface 70, the image memory 74, the motor driver 76, and the heater driver 78. The system controller 72 includes a central processing unit (CPU) and its peripheral circuits, and performs communication control with the host computer 86, read / write control of the image memory 74, and the like, as well as a transport system motor 88 and heater 89. A control signal for controlling is generated.

モータドライバ76は、システムコントローラ72からの指示に従ってモータ88を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ78は、システムコントローラ72からの指示に従って後乾燥部42その他各部のヒータ89を駆動するドライバである。   The motor driver 76 is a driver (drive circuit) that drives the motor 88 in accordance with an instruction from the system controller 72. The heater driver 78 is a driver that drives the heaters 89 of the post-drying unit 42 and other units in accordance with instructions from the system controller 72.

プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、画像メモリ74内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号(印字データ)をヘッドドライバ84に供給する制御部である。プリント制御部80において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ84を介して印字ヘッド50のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。   The print control unit 80 has a signal processing function for performing various processing and correction processing for generating a print control signal from the image data in the image memory 74 according to the control of the system controller 72, and the generated print A control unit that supplies a control signal (print data) to the head driver 84. Necessary signal processing is performed in the print controller 80, and the ejection amount and ejection timing of the ink droplets of the print head 50 are controlled via the head driver 84 based on the image data. Thereby, a desired dot size and dot arrangement are realized.

プリント制御部80には画像バッファメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ82に一時的に格納される。なお、図7において画像バッファメモリ82はプリント制御部80に付随する態様で示されているが、画像メモリ74と兼用することも可能である。また、プリント制御部80とシステムコントローラ72とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。   The print control unit 80 includes an image buffer memory 82, and image data, parameters, and other data are temporarily stored in the image buffer memory 82 when image data is processed in the print control unit 80. In FIG. 7, the image buffer memory 82 is shown in a mode associated with the print control unit 80, but it can also be used as the image memory 74. Also possible is an aspect in which the print controller 80 and the system controller 72 are integrated and configured with a single processor.

ヘッドドライバ84はプリント制御部80から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド12K,12C,12M,12Yの積層型圧電体58を駆動する。ヘッドドライバ84にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。   The head driver 84 drives the stacked piezoelectric bodies 58 of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y for each color based on the print data given from the print control unit 80. The head driver 84 may include a feedback control system for keeping the head driving conditions constant.

印字検出部24は、図1で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙16に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況(吐出の有無、打滴のばらつきなど)を検出し、その検出結果をプリント制御部80に提供する。   As described with reference to FIG. 1, the print detection unit 24 is a block including a line sensor, reads an image printed on the recording paper 16, performs necessary signal processing, and the like to perform a print status (whether ejection is performed, droplet ejection And the detection result is provided to the print control unit 80.

プリント制御部80は、必要に応じて印字検出部24から得られる情報に基づいて印字ヘッド50に対する各種補正を行う。   The print control unit 80 performs various corrections on the print head 50 based on information obtained from the print detection unit 24 as necessary.

〔ヘッドの製造方法〕
ここで、印字ヘッド50の製造方法について説明する。
[Head manufacturing method]
Here, a method for manufacturing the print head 50 will be described.

近年の表面実装技術は、回路基板上にサブミリサイズの素子を10μm程度の高精度に配置し、接着する技術である。この種の実装装置を用いることにより、サブミリ角の積層型ピエゾ圧電素子をインクジェットヘッドの個々の圧力室の位置に高精度に配置することは十分可能である。   In recent years, surface mounting technology is a technology in which sub-millimeter-sized elements are arranged on a circuit board with a high accuracy of about 10 μm and adhered. By using this type of mounting apparatus, it is possible to accurately arrange sub-millimeter-square stacked piezoelectric elements at the positions of the individual pressure chambers of the inkjet head.

本例の印字ヘッド50の作製に際しては、積層型圧電体58又は更にその一端(振動板接合面と反対側の端)に重り部材(図8において符号92として記載)を付けた物を上記の実装装置を用いて振動板57の加圧部分に位置決めし、個々に仮止めして、その後一括でUV接着又は加熱接着する。   In the production of the print head 50 of this example, the laminated piezoelectric body 58 or a further one having a weight member (denoted by reference numeral 92 in FIG. 8) attached to one end thereof (the end opposite to the diaphragm bonding surface) is used as described above. The mounting device is used to position the pressure plate of the vibration plate 57, temporarily fix each of them, and then UV bond or heat bond all at once.

図8のように、積層型圧電体58の振動板57との接合面と反対側の非拘束端側に重り部材92を設けることにより、積層型圧電体58の伸縮変位が圧力室52側(図8の下方)に効率よく伝達される。なお、図8において、符号94は圧力室52の側壁面を構成する圧力室プレート、符号95は圧力室52の下面を構成するとともに、ノズル流路56を形成する流路プレートである。   As shown in FIG. 8, by providing a weight member 92 on the non-restraining end side opposite to the joint surface of the multilayer piezoelectric body 58 with the vibration plate 57, the expansion and contraction displacement of the multilayer piezoelectric body 58 is reduced to the pressure chamber 52 side ( Efficiently transmitted to the lower part of FIG. In FIG. 8, reference numeral 94 denotes a pressure chamber plate that forms the side wall surface of the pressure chamber 52, and reference numeral 95 denotes a flow path plate that forms the lower surface of the pressure chamber 52 and forms the nozzle flow path 56.

また、図8及び図9に示したように、振動板57の圧電体接合面側に突起97を設けておき、この突起97による振動板57の凹凸形状を利用して積層型圧電体58を粗く配置しても、その配置のばらつきによらず圧力室52の加圧状態が略一定に揃う態様も好ましい。   Further, as shown in FIGS. 8 and 9, a protrusion 97 is provided on the piezoelectric material bonding surface side of the vibration plate 57, and the laminated piezoelectric material 58 is formed using the uneven shape of the vibration plate 57 by the protrusion 97. Even if it arranges roughly, the aspect in which the pressurization state of the pressure chamber 52 aligns substantially constant irrespective of the dispersion | variation in the arrangement | positioning is also preferable.

積層型圧電体58からの電極の取り出し方は、図4でも説明したとおり、個別電極については積層型圧電体58の自由端側に引き出し、フレキシブル基板59等を介して一括で外部に配線する。   As described with reference to FIG. 4, how to take out the electrodes from the multilayer piezoelectric body 58 is drawn out to the free end side of the multilayer piezoelectric body 58 and individually wired to the outside via the flexible substrate 59 and the like.

また、共通電極(コモン電極)については、接着剤を介して金属製の振動板57に電気接続する。なお、接着剤による導通は、表面粗さの効果で導通させてもよいし、導電性接着剤を使用してもよい。   Further, the common electrode (common electrode) is electrically connected to the metal diaphragm 57 through an adhesive. In addition, conduction | electrical_connection by an adhesive agent may be conducted by the effect of surface roughness, and a conductive adhesive agent may be used.

本例の印字ヘッド50では、約10層程度の積層数からなる積層型圧電体58を用いるため、圧電体は伸縮モード(d33方向の変位を利用するモード) で動作させる。なお、圧電体の積層方向については、図9で示したように、振動板57の接合面に対して縦方向(法線方向)に圧電体を重ねた構造であってもよいし、図10に示す積層型圧電体58’の如く、振動板57の接合面に対して横方向(法線に直交する方向)に圧電体を重ねた構造であってもよい。この場合、圧電体はd31方向の変位を利用するモードで使用される。   In the print head 50 of this example, since the stacked piezoelectric body 58 having about 10 layers is used, the piezoelectric body is operated in an expansion / contraction mode (a mode using displacement in the d33 direction). As shown in FIG. 9, the piezoelectric material may be stacked in a structure in which piezoelectric materials are stacked in the vertical direction (normal direction) with respect to the joint surface of the diaphragm 57. A laminated piezoelectric body 58 ′ shown in FIG. 5 may have a structure in which piezoelectric bodies are stacked in a lateral direction (a direction perpendicular to the normal line) with respect to the joint surface of the diaphragm 57. In this case, the piezoelectric body is used in a mode that utilizes displacement in the d31 direction.

〔圧力室の形状と積層型圧電体の相乗効果〕
図3(a) 〜(c) で説明したとおり、本実施形態に係る印字ヘッド50の圧力室52は、アクチュエータ側から見た(透視した)ときの平面形状が略正方形状となっている。
[Synergy of the shape of the pressure chamber and the laminated piezoelectric material]
As described with reference to FIGS. 3A to 3C, the pressure chamber 52 of the print head 50 according to the present embodiment has a substantially square planar shape when viewed from the actuator side (see through).

正方形に代表されるように、縦横比が約1となる形状の圧力室52は、積層型圧電体58の大きな駆動力に振動板57の変位のしやすさが相乗され、発生圧力の一層の向上が実現される。これにより、従来にない高粘度液吐出が可能となり、或いは、ヘッドの小型化が可能になる。   As represented by a square, the pressure chamber 52 having an aspect ratio of about 1 is combined with the ease of displacement of the diaphragm 57 by the large driving force of the laminated piezoelectric body 58, and the generated pressure is further increased. Improvement is realized. As a result, unprecedented high-viscosity liquid can be discharged, or the head can be miniaturized.

ここで、振動板57の変位のしやすさと圧力室52の形状の関係について説明する。   Here, the relationship between the ease of displacement of the diaphragm 57 and the shape of the pressure chamber 52 will be described.

四角形に限らず、様々な形状の圧力室についても同様に適用するために、圧力室の平面形状について、次のようにアスペクト比を定義する。   In order to apply not only to the square but also to various pressure chambers, the aspect ratio is defined as follows for the planar shape of the pressure chamber.

すなわち、圧力室のアスペクト比を、圧力室内の面内の壁間距離(見通し距離)の最小値/最大値の比で規定する。   That is, the aspect ratio of the pressure chamber is defined by the ratio of the minimum value / maximum value of the in-plane distance between walls (line-of-sight distance).

図11(a) に示したように、圧力室100の平面形状が正方形の場合は、壁間距離の最小値は内接円102の直径と一致し、壁間距離の最大値は外接円104の直径と一致する。したがって、この圧力室100のアスペクト比は1/√2≒0 .707である。   As shown in FIG. 11 (a), when the planar shape of the pressure chamber 100 is a square, the minimum value of the inter-wall distance matches the diameter of the inscribed circle 102, and the maximum value of the inter-wall distance is the circumscribed circle 104. It matches the diameter. Therefore, the aspect ratio of the pressure chamber 100 is 1 / √2≈0.707.

また、図11(b) に示したように、圧力室110の平面形状が長方形であり、縦横の辺がa:b(a≧b)の場合、そのアスペクト比はb/√(a2 +b2 ) となる。 Further, as shown in FIG. 11B, when the planar shape of the pressure chamber 110 is a rectangle, and the vertical and horizontal sides are a: b (a ≧ b), the aspect ratio is b / √ (a 2 + b 2 )

4辺を拘束された等面積の圧力室(a×b=一定)で比率a:b=1:kとしたとき、その圧力室の振動板に等圧加重を仮定すると、振動板の最大変位量(相対値)は、図12に示す表のごとくなる。ピエゾ圧電体を用いて加振した場合も、図12の表とほぼ同じ特性と考えることができる。   When a pressure chamber of equal area with restrained four sides (a × b = constant) and a ratio a: b = 1: k, assuming that isobaric load is applied to the diaphragm of the pressure chamber, the maximum displacement of the diaphragm The amount (relative value) is as shown in the table of FIG. Even when vibration is applied using a piezoelectric body, it can be considered that the characteristics are almost the same as those in the table of FIG.

図13(a) 〜図13(c)は、等面積の振動板に均一の圧力をかけた場合の振動板の変位特性を示すグラフである。図13(a) は圧力室の縦寸法aと変位の関係を示しおり、横軸は縦寸法a、縦軸は規格化された変位量を示す。図13(b) は横軸を比率k(=b/a)としたものであり、比率kと変位の関係を示している。図13(c) は横軸にアスペクト比b/√(a2 +b2 ) をとったものであり、アスペクト比と変位の関係を示している。 FIG. 13A to FIG. 13C are graphs showing the displacement characteristics of the diaphragm when a uniform pressure is applied to the diaphragm having the same area. FIG. 13A shows the relationship between the vertical dimension a of the pressure chamber and the displacement, the horizontal axis indicates the vertical dimension a, and the vertical axis indicates the standardized displacement. FIG. 13B shows the relationship between the ratio k and displacement, where the horizontal axis is the ratio k (= b / a). FIG. 13C shows the aspect ratio b / √ (a 2 + b 2 ) on the horizontal axis, and shows the relationship between the aspect ratio and displacement.

また、図14は比率kとアスペクト比の対応関係を示したデータ表である。   FIG. 14 is a data table showing the correspondence between the ratio k and the aspect ratio.

図13(b) に示したように、k=1のときに変位は最大となる。この最大変位に対して、図13(b) のグラフの振幅が4割減の範囲(最大値に対して−40%以内の範囲)となる0.5≦k≦2、より好ましくは振幅が2割減の範囲(最大値に対して−20%以内の範囲)となる2/3≦k≦1.5が効率のよい圧力室形状である。   As shown in FIG. 13B, the displacement becomes maximum when k = 1. With respect to this maximum displacement, 0.5 ≦ k ≦ 2, more preferably, the amplitude of the graph of FIG. 13 (b) falls within a 40% reduction range (within −40% of the maximum value), more preferably 2/3 ≦ k ≦ 1.5, which is a 20% reduction range (within −20% of the maximum value), is an efficient pressure chamber shape.

圧力室の形状は、長方形に限定されるものではないので、菱形や六角形その他の多角形を含む任意の形状にも適用可能なように、上記したアスペクト比で規定すると、0.45≦アスペクト比≦0.89、より好ましくは0.55≦アスペクト比≦0.83となる(図13(c)、図14参照)。   Since the shape of the pressure chamber is not limited to a rectangle, it can be applied to any shape including a rhombus, a hexagon, and other polygons. Ratio ≦ 0.89, more preferably 0.55 ≦ aspect ratio ≦ 0.83 (see FIG. 13C and FIG. 14).

上記実施形態では、記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッドを用いたインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、短尺の記録ヘッドを往復移動させながら画像記録を行うシャトルヘッドを用いるインクジェット記録装置についても本発明を適用可能である。   In the above embodiment, an inkjet recording apparatus using a page-wide full-line head having a nozzle row having a length corresponding to the entire width of the recording medium has been described. However, the scope of application of the present invention is not limited to this, and the short length The present invention can also be applied to an ink jet recording apparatus using a shuttle head that records an image while reciprocating the recording head.

また、上述の説明では、画像形成装置の一例としてインクジェット記録装置を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。例えば、印画紙に非接触で現像液を塗布する写真画像形成装置についても本発明を適用できる。すなわち、インクに限らず、処理液や機能液その他の液体を媒体に塗布する液滴吐出工程が含まれる他の画像形成装置について本発明を広く適用できる。インクジェット方式以外では、光学式の写真プリント作製装置、ラインヘッドを有する熱転写記録装置、LED電子写真プリンタ、LEDライン露光ヘッドを有する銀塩写真方式プリンタなど各種方式の画像形成装置について本発明を適用することが可能である。   In the above description, an ink jet recording apparatus is illustrated as an example of an image forming apparatus, but the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a photographic image forming apparatus that applies a developing solution to a photographic paper in a non-contact manner. That is, the present invention can be widely applied not only to ink but also to other image forming apparatuses including a droplet discharge process in which a processing liquid, a functional liquid, or other liquid is applied to a medium. Other than the inkjet method, the present invention is applied to various types of image forming apparatuses such as an optical photographic print production apparatus, a thermal transfer recording apparatus having a line head, an LED electrophotographic printer, and a silver salt photographic printer having an LED line exposure head. It is possible.

また、本発明の適用範囲は画像形成装置に限定されず、液滴吐出ヘッドを用いて処理液その他の液体を媒体に塗布する塗布装置など各種の液体吐出装置について適用することができる。   The scope of application of the present invention is not limited to the image forming apparatus, and can be applied to various liquid ejection apparatuses such as a coating apparatus that applies a treatment liquid and other liquids to a medium using a droplet ejection head.

本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図1 is an overall configuration diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図FIG. 1 is a plan view of a main part around a printing unit of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図Plane perspective view showing structural example of print head 図3(a) の要部拡大図Enlarged view of the main part of Fig. 3 (a) 印字ヘッドの他の構造例を示す平面透視図Plane perspective view showing another structural example of the print head 図3(a) 中の4−4線に沿う断面図Sectional view along line 4-4 in Fig. 3 (a) 図3(a) に示した印字ヘッドのノズル配列を示す拡大図Enlarged view showing the nozzle arrangement of the print head shown in FIG. 本実施形態に係るインクジェット記録装置におけるインク供給系の構成を示した概要図Schematic diagram showing the configuration of an ink supply system in the inkjet recording apparatus according to the present embodiment 本例のインクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図Main block diagram showing the system configuration of the inkjet recording apparatus 10 of this example 積層型圧電体の片側端部に重り部材を設けた例を示す断面図Sectional drawing which shows the example which provided the weight member in the one side edge part of a laminated piezoelectric material 振動板の圧電体接合面に突起を設けた例を示す断面図Sectional drawing which shows the example which provided the protrusion in the piezoelectric material joining surface of a diaphragm 積層型圧電体の積層方向の例を示した断面図Sectional view showing an example of the stacking direction of a stacked piezoelectric body 圧力室のアスペクト比を説明するために用いた図Diagram used to explain the aspect ratio of the pressure chamber 圧力室の形状と振動板の変位量の関係を示した図表Chart showing the relationship between the shape of the pressure chamber and the displacement of the diaphragm 圧力室の形状(縦寸法a)と振動板の変位量の関係を示したグラフA graph showing the relationship between the pressure chamber shape (vertical dimension a) and the displacement of the diaphragm 圧力室の形状(縦横比率k)と振動板の変位量の関係を示したグラフA graph showing the relationship between the pressure chamber shape (aspect ratio k) and the displacement of the diaphragm 圧力室の形状(アスペクト比)と振動板の変位量の関係を示したグラフGraph showing the relationship between pressure chamber shape (aspect ratio) and diaphragm displacement 圧力室の形状(縦横比率k)とアスペクト比の対応関係を示した図表Chart showing correspondence between shape of pressure chamber (aspect ratio k) and aspect ratio

符号の説明Explanation of symbols

10…インクジェット記録装置、12…印字部、12K,12C,12M,12Y…印字ヘッド、14…インク貯蔵/装填部、16…記録紙、50…印字ヘッド、51…ノズル、52…圧力室、54…供給口、56…ノズル流路、57…振動板、58…積層型圧電体、59…フレキシブル基板、92…重り部材、97…突起
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Inkjet recording device 12 ... Printing part, 12K, 12C, 12M, 12Y ... Print head, 14 ... Ink storage / loading part, 16 ... Recording paper, 50 ... Print head, 51 ... Nozzle, 52 ... Pressure chamber, 54 DESCRIPTION OF SYMBOLS Supply port 56 ... Nozzle flow path 57 ... Diaphragm 58 ... Multilayer piezoelectric body 59 ... Flexible substrate 92 ... Weight member 97 ... Protrusion

Claims (5)

液滴を吐出する複数のノズルと、
前記複数のノズルに対応して設けられ、各ノズルから吐出させる液体が充填される複数の圧力室と、
前記圧力室の一壁面を構成している振動板と、
前記振動板上における前記複数の圧力室に対応した各位置にそれぞれ独立して接合固定された複数の積層型圧電体と、を備え、
前記積層型圧電体の前記振動板との接合面と反対側の端部を当該積層型圧電体による前記振動板への加圧方向に変位可能な非拘束端の状態とし、前記積層型圧電体の伸縮変位により前記振動板を介して前記圧力室内の液を加圧して前記ノズルから液滴を吐出させるように構成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A plurality of nozzles for discharging droplets;
A plurality of pressure chambers provided corresponding to the plurality of nozzles and filled with liquid discharged from each nozzle;
A diaphragm constituting one wall surface of the pressure chamber;
A plurality of stacked piezoelectric bodies that are independently bonded and fixed at respective positions corresponding to the plurality of pressure chambers on the diaphragm;
An end of the laminated piezoelectric body opposite to the joint surface with the diaphragm is in a non-constrained end state that is displaceable in the pressurizing direction to the diaphragm by the laminated piezoelectric body, and the laminated piezoelectric body A liquid droplet ejection head configured to pressurize the liquid in the pressure chamber through the vibration plate by the expansion and contraction displacement of the liquid and discharge the liquid droplets from the nozzle.
液滴を吐出する複数のノズルと、
前記複数のノズルに対応して設けられ、各ノズルから吐出させる液体が充填される複数の圧力室と、
前記圧力室の一壁面を構成している振動板と、
前記振動板上における前記複数の圧力室に対応した各位置にそれぞれ独立して接合固定された複数の積層型圧電体と、を備え、
前記積層型圧電体の前記振動板との接合面と反対側の端部に、該端部の前記振動板への加圧方向の変位を阻害する重り部材を設け、前記積層型圧電体の伸縮変位により前記振動板を介して前記圧力室内の液を加圧して前記ノズルから液滴を吐出させるように構成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A plurality of nozzles for discharging droplets;
A plurality of pressure chambers provided corresponding to the plurality of nozzles and filled with liquid discharged from each nozzle;
A diaphragm constituting one wall surface of the pressure chamber;
A plurality of stacked piezoelectric bodies that are independently bonded and fixed at respective positions corresponding to the plurality of pressure chambers on the diaphragm;
A weight member that inhibits displacement of the end portion in the pressurizing direction to the diaphragm is provided at an end of the multilayer piezoelectric body opposite to the joint surface with the diaphragm, and the expansion and contraction of the multilayer piezoelectric body is provided. A droplet discharge head configured to pressurize a liquid in the pressure chamber through the vibration plate by displacement and discharge a droplet from the nozzle.
前記振動板側から見た前記圧力室の平面形状について該圧力室内の壁間距離の最小値/最大値で規定される比の値を圧力室のアスペクト比とするとき、前記圧力室は次式、
0.45≦アスペクト比≦0.89
を満たすことを特徴する請求項1又は2記載の液滴吐出ヘッド。
When the aspect ratio of the pressure chamber is a ratio value defined by the minimum value / maximum value of the distance between the walls in the pressure chamber with respect to the planar shape of the pressure chamber viewed from the diaphragm side, the pressure chamber is expressed by the following equation: ,
0.45 ≦ aspect ratio ≦ 0.89
The droplet discharge head according to claim 1, wherein:
液滴を吐出する複数のノズルと、
前記複数のノズルに対応して設けられ、各ノズルから吐出させる液体が充填される複数の圧力室と、
前記圧力室の一壁面を構成している振動板と、
前記振動板上における前記複数の圧力室に対応した各位置にそれぞれ独立して接合固定された複数の積層型圧電体と、を備え、
前記振動板側から見た前記圧力室の平面形状について該圧力室内の壁間距離の最小値/最大値で規定される圧力室のアスペクト比が次式、
0.45≦アスペクト比≦0.89
を満たし、前記積層型圧電体の伸縮変位により前記振動板を介して前記圧力室内の液を加圧して前記ノズルから液滴を吐出させるように構成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
A plurality of nozzles for discharging droplets;
A plurality of pressure chambers provided corresponding to the plurality of nozzles and filled with liquid discharged from each nozzle;
A diaphragm constituting one wall surface of the pressure chamber;
A plurality of stacked piezoelectric bodies that are independently bonded and fixed at respective positions corresponding to the plurality of pressure chambers on the diaphragm;
The aspect ratio of the pressure chamber defined by the minimum / maximum value of the distance between the walls in the pressure chamber with respect to the planar shape of the pressure chamber viewed from the diaphragm side is expressed by the following equation:
0.45 ≦ aspect ratio ≦ 0.89
And a liquid droplet ejection head configured to eject liquid droplets from the nozzles by pressurizing the liquid in the pressure chamber through the diaphragm by expansion and contraction displacement of the multilayer piezoelectric body.
請求項1乃至4の何れか1項記載の液滴吐出ヘッドをインクジェット記録ヘッドとして用い、該インクジェット記録ヘッドに対して記録媒体を相対移動させながら、前記ノズルからインク滴を吐出することにより前記記録媒体上に画像を記録することを特徴とするインクジェット記録装置。
5. The recording is performed by using the droplet discharge head according to claim 1 as an ink jet recording head and discharging ink droplets from the nozzle while moving a recording medium relative to the ink jet recording head. An ink jet recording apparatus for recording an image on a medium.
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