JP2008105340A

JP2008105340A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2008105340A
Application number: JP2006292351A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Komatsu; 克明小松; Masayasu Makita; 昌泰蒔田
Original assignee: Konica Minolta IJ Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta IJ Technologies Inc
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: JP4946354B2

Abstract

【課題】空気室により、インクの供給圧力の変動を吸収し、吐出安定性を維持することができると共に、空気室からの空気の流出を、簡便な構造で有効に防止することができるインクジェットヘッドを提供すること。
【解決手段】ノズル列を有するインクジェットヘッドチップ４１と、前記インクジェットヘッドチップ４１にインクを導くマニホールド４８と、外部からのインクを前記マニホールド４８に導く第１のインク流路４８１と備えるインクジェットヘッド４であって、空気室と、前記第１のインク流路４８１の途中から分岐し、前記空気室に接続された第２のインク流路５８１とを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
【選択図】図３

Description

本発明は、インクジェットヘッドに関する。

従来、用紙やプラスチック薄板等の記録媒体にインクを吐出して所定の画像を記録するインクジェットプリンタが提案され、実用化されている。インクジェットプリンタは、ノズルを有するインクジェットヘッドを備えており、かかるインクジェットヘッドを所定の方向に移動させながらノズルから記録媒体に向けてインクを吐出することにより、記録媒体に所定の画像を記録している。

ところで、前記インクジェットプリンタに使用するインクは、インク供給容器よりインク供給管を介してキャリッジ上のヘッドに供給される場合がある。

このインク供給機構において、ヘッドが搭載されたキャリッジを走査するため、加減速や振動によりヘッドに供給されるインク圧力が変動する。その場合、ヘッドのノズルのインクメニスカス位置がずれることにより濃度むらを起こしたり、最悪の場合、メニスカスが破れて吐出不能になってしまうという問題がある。

また、従来の、このような現象の解決策として提案されているものに、特許文献１、６，７に示されるようなヘッドの上流にダンパーを配置する構成として、インク供給時の圧力変動を吸収するものがある。しかしながら、ダンパーとヘッドの間に配管があると、機械的な振動や加減速により微少ながらインク供給圧に変動が出てしまうという問題がある。

そのため、従来、このような微少な圧力変動を防ぐためにヘッド内部にダンパー機能を持たせたせたものがある（例えば、特許文献２〜５，８参照）。

特許文献２には、ヘッドの共通インク室に密封構造の空気室を設けてダンパー機能をもたせるものが開示されている。また、特許文献３には、積層ヘッドにおいて薄板を用いてダンパー機能を持たせるものが開示されている。特許文献４には、ヘッドの共通インク室に溝を形成し、フィルムにより空気室と分離してダンパー機能を持たせるものが開示されている。特許文献５には、ヘッドの共通インク室に隣接して気体保持室を形成し、かつ電気分解で気泡を蓄積させてダンパー機能を持たせるものが開示されている。特許文献８には、ヘッドのリザーバーのインクが空気に接することで、小型化した圧力室を構成できるバイオチップ用ヘッドが開示されている。
特開２０００−１５８８６８号公報特開２００１−１３０００４号公報特開２００４−１１４４１５号公報特開平７−１３７２６２号公報特開平７−３２３５４８号公報特開平１０−１９３６４６号公報特開平１１−３４３４９号公報特開２００４−２２６３２１号公報

特許文献２、３、４に開示されているように空気室とインクとの界面にフィルム等の部材を介在させることにより空気室からの空気の流出を確実に防止することができる。しかしながら、このような構成とするには、新たな部品や製造プロセスが必要となり、また構造が複雑になるため特別な設計が必要となり、コストアップや信頼性低下を招く恐れがある。

また、特許文献５、８に開示されているような空気とインクを接触させて気液界面を形成させる構造では、このような場所に空気を安定して留めておくことは簡単ではなく、ノズルの目づまり防止の為の吸引動作により無くなってしまうという問題が生じる。

特に、共通インク室に空気を導入する場合には、空気が共通インク室内に固定されず、自由に動くことができるため、圧力室にも入り込み、インクの吐出を妨げることがしばしば生じたり、せっかく入れた空気が排出されてしまったりする問題が生じる。

また、特許文献５に開示されているような、ヘッドの共通インク室に隣接して気体保持室を形成し、かつ電気分解で気泡を蓄積させて空気を補充する構造では、構造が複雑になると共に、電気分解で気泡を発生させるタイミング等の複雑な制御が必要になる。さらに、電気分解で気体が発生しない油性インク等では機能しないという問題もある。

本発明の目的は、以上の問題点の解決を図り、空気室により、インクの供給圧力の変動を吸収し、吐出安定性を維持することができると共に、空気室からの空気の流出を、簡便な構造で有効に防止することができるインクジェットヘッドを提供することにある。

本発明の課題は、以下のような構成により解決される。
１．
ノズル列を有するインクジェットヘッドチップと、
前記インクジェットヘッドチップにインクを導くマニホールドと、
外部からのインクを前記マニホールドに導く第１のインク流路とを備えるインクジェットヘッドであって、
空気室と、
前記第１のインク流路の途中から分岐し、前記空気室に接続された第２のインク流路とを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
２．
前記１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記マニホールドは、前記インクジェットヘッドチップの一方の側部に配設され、
前記空気室は、前記インクジェットヘッドチップの他方の側部に配設されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
３．
前記２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記インクジェットヘッドチップの側面が前記空気室を形成する壁面の一部を形成していることを特徴とするインクジェットヘッド。
４．
前記１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記マニホールドは、インクジェットヘッドチップの両側部に配設され、前記マニホールドの側部に前記空気室が配設されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
５．
前記１乃至４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第１のインク流路は、インク供給室を備え、前記第２のインク流路は、前記インク供給室から分岐していることを特徴とするインクジェットヘッド。
６．
前記１乃至５の何れか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第２のインク流路と前記空気室の接続部は、前記空気室を形成する壁面において、前記インクジェットヘッドチップのインク入口側よりもノズル側により近い位置に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
７．
前記１乃至６の何れか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第２のインク流路の抵抗は、前記第１のインク流路の一部を構成し分岐部分と前記マニホールドを連結するインク流路の抵抗よりも小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。

本発明によれば、外部からのインクをマニホールドに導く第１のインク流路の途中から分岐し、空気室に接続された第２のインク流路を備えるので、空気室に気液界面を形成しておくことにより空気を保持させ、インク吐出時にマニホールドに伝達されるインクの圧力変動を空気に吸収させることができると共に、ノズルからのインク吸引動作によるメンテナンス動作時などに空気室に空気を安定に保持することができるので、空気室により、インクの供給圧力の変動を吸収し、吐出安定性を維持することができると共に、空気室からの空気の流出を、簡便な構造で有効に防止することができるインクジェットヘッドを提供することができる。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。ただし、以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

まず図１を参照して、本発明の一実施形態のインクジェットプリンタの全体構成について説明する。図１は本発明の一実施形態のインクジェットプリンタの全体構成図である。

インクジェットプリンタ１は、記録媒体Ｐに対してインクを吐出し、記録媒体Ｐ上に画像を記録するものである。インクジェットプリンタ１には、図示しない搬送手段が備わっており、この搬送手段が記録媒体Ｐを、図１における記録領域Ｃを通過させながら主走査方向Ａと直交した副走査方向に搬送するようになっている。

記録領域Ｃの上方には、主走査方向Ａに沿って延在するキャリッジレール２が配置されていて、このキャリッジレール２には、キャリッジレール２によって案内されるキャリッジ３が移動自在に設けられている。

キャリッジ３は、記録媒体Ｐに対してインクを吐出するインクジェットヘッド４を搭載し、キャリッジレール２に沿ってホームポジション領域Ｂからメンテナンス領域Ｄにかけて矢印Ａ方向に移動するようになっている。

この主走査中にインクジェットヘッド４が、記録媒体Ｐに向けてインクｄを吐出することで記録媒体Ｐに画像を形成する。ノズルからのインク吐出方向が垂直下向きとなるようにインクジェットヘッド４が垂直置きされて設置される。

本実施形態に係るインクジェットプリンタ１では、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の４色のインクを吐出できるよう、合計で４個のインクジェットヘッド４がキャリッジ３に設置されている。図１においては、３個のインクジェットヘッド４，４、４が矢印Ａ方向に１列に配置されていて、この矢印Ａ方向に並んだインクジェットヘッド４，４、４の中央のインクジェットヘッド４の奥側（紙面垂直方向の奥側）にその他の１個のインクジェットヘッド４（不図示）が配置されている。

これら各インクジェットヘッド４には、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクを貯蔵するインクタンク５が、それぞれインク供給管６を介して連結されている。つまり、インクタンク５内のインクは、インク供給管６によって各インクジェットヘッド４に供給されるようになっている。

メンテナンス領域Ｄには、インクジェットヘッド４に対してメンテナンスを行うメンテナンスユニット７が設けられている。このメンテナンスユニット７には、インクジェットヘッド４の吐出面４１ａを覆って、ノズル内のインクを吸引するための複数の吸引キャップ８と、吐出面４１ａに付着したインクを拭き取る清掃ブレード９と、インクジェットヘッド４から空吐出されたインクを受けるインク受器１０と、吸引ポンプ１１と、廃インクタンク１２とが設けられている。

吸引キャップ８は吸引ポンプ１１を介して廃インクタンク１２と連通しており、メンテナンス動作時には上昇してインクジェットヘッド４の吐出面４１ａを覆うようになっている。吸引キャップ８，８，…は、上述のように上昇した時に全てのインクジェットヘッド４の吐出面４１ａを覆うことができるよう、各インクジェットヘッド４に対応するように４個配列されている。

吸引ポンプ１１はシリンダーポンプやチューブポンプを有して構成されていて、吸引キャップ８が吐出面４１ａを覆った状態で作動することにより、ノズル４２（後述）からインクジェットヘッド４内部のインクを異物とともに吸引するための吸引力を発生するようになっている。

本実施形態では吸引ポンプ１１として図５に示すチューブ式ポンプを用いる。図５に示すように吸引ポンプ１１は、チューブ３０と、加圧ローラ３２と、２つの加圧コロ３３，３４と、チューブホルダー３１とを備える。チューブ３０の上端の吸入側開口部は吸引キャップ８に接続される。チューブ３０の下端の排出側開口部は廃インクタンク１２に挿入されている。チューブ３０の中間部はチューブホルダー３１と加圧ローラ３２とにより挟み込まれるようにして加圧ローラ３２の外周に沿った円弧形状に曲げられた形に矯正されて保持される。

２つの加圧コロ３３，３４は、加圧ローラ３２の外周に付設される。２つの加圧コロ３３，３４は加圧ローラ３２の外周面から加圧ローラ３２の半径方向に突出して回転自在に取り付けられている。２つの加圧コロ３３，３４は互いに加圧ローラ３２の中心軸回りに１８０度を成す位置に取り付けられる。一方、チューブホルダー３１は、加圧ローラ３２の中心軸回りに１８０度より大きな角度、例えば２１０度程度の角度範囲に亘ってチューブ３０を矯正するように形成される。以上の角度は一例であって、２つの加圧コロ３３，３４により同時にチューブ３０を潰す期間を設けることが吸引力を発揮するために有効である。また、加圧コロを３以上設けても良い。加圧コロを３以上設ける場合には、そのうち２つの加圧コロで加圧ローラ３２の回転中常に同時にチューブを潰しているように構成することが吸引力を発揮するために有効である。

さて、２つの加圧コロ３３，３４は、加圧ローラ３２の回転に伴って公転運動する。２つの加圧コロ３３，３４は、チューブ３０の円弧状に矯正されている部分を通過するときには、チューブ３０を潰しながら移動する。チューブ３０は加圧コロ３３，３４が通過した後はその弾性により元の形状に回復する。

加圧ローラ３２は図示しないモータにより駆動され、その中心軸回りに回転する。すなわち、加圧ローラ３２は自転運動し、回転中チューブホルダー３１との距離は一定である。

吸引力を発揮させるためには、加圧ローラ３２を矢印Ｅ方向に回転させる。加圧ローラ３２を矢印Ｅ方向に回転させると、同じく矢印Ｅ方向に加圧コロ３３，３４が公転して加圧コロ３３，３４がチューブ３０を潰す位置が移動する。本実施形態では加圧ローラ３２の回転数を調節することにより吸引ポンプ１１の出力を制御する。

ホームポジション領域Ｂには、インクジェットヘッド４を保湿する保湿ユニット１３が設けられている。保湿ユニット１３には、インクジェットヘッド４が待機状態にあるとき、吐出面４１ａを覆うことでインクジェットヘッド４のインクを保湿する４個の保湿キャップ１４が設けられている。これら４個の保湿キャップ１４，１４，…は、４個のインクジェットヘッド４の吐出面４１ａを同時に覆うことができるよう、インクジェットヘッド４の配列に対応して配列される。

制御部は、ＣＰＵ（中央演算装置）と、メモリとを有して構成され、インクジェットプリンタ１の各構成要素を制御するようになっている。メモリには、記録媒体Ｐに形成する画像のデータや、インクジェットプリンタ１の各構成要素を制御するためのプログラムが記憶されており、このメモリ内の画像データやプログラムに基づいて各構成要素に制御信号を送信するようになっている。

次に、図２〜図４を参照して本発明に係るインクジェットヘッド４について説明する。

図２は本実施形態のインクジェットヘッド４の分解斜視図であり、図３は本実施形態のインクジェットヘッド４の側面図である。また、図４は本実施形態のインクジェットヘッド４の空気室及びマニホールドとインク供給室との接続状態を示す模式図である。

本実施形態のインクジェットヘッド４には、インクを吐出するインクジェットヘッドチップ（以下「ヘッドチップ」と称す。）４１が設けられている。ヘッドチップ４１は矢印Ｘ方向に長尺な外形をしていて、その吐出面（先端面）４１ａには多数のノズル４２が矢印Ｘ方向に配列されている。この矢印Ｘ方向に連続して設けられたノズル４２の列をノズル列４２ａということとする。本実施の形態のインクジェットヘッド４は、ノズル列４２ａが１列設けられている。インクジェットヘッド４は矢印Ｘ方向（ノズル列方向）と図１に図示された主走査方向Ａとが直交するようにキャリッジ３に搭載される。

図３に示すように、ヘッドチップ４１の一方の側面にはインク供給口４３が設けられていて、ヘッドチップ４１の内部に形成されたインク流路４４を介して、インク供給口４３とノズル４２とが連続するようになっている。インク流路４４の一部は圧力室を形成しており、図示しない圧電素子の作用により圧力を変動させて、インク滴をノズル４２から吐出させる構造になっている。

ヘッドチップ４１の一方の側部には、インク供給口４３に連結されて、外部からのインクをヘッドチップ４１に導く１つのマニホールド４８が接着固定されている。マニホールド４８は、耐インク性に優れた材料からなり、共通インク室４８０を形成するための凹みが形成されている。マニホールド４８の一端部には、共通インク室４８０にインクを流入させるインク流路４８１が一体的に設けられている。

また、前記マニホールド４８と前記筐体フレーム５３の間における、前記マニホールド４８の側部には、図３に示すように、インクヒータ４９がマニホールド４８に接触するように設けられている。このインクヒータ４９は、マニホールド４８の共通インク室４８０に導入されたインクを所定の温度に加熱するために設けられるものである。

さらに、前記マニホールド４８と前記筐体フレーム５３の間に、少なくともインクヒータ４９を包含するように接着剤が充填されており、これにより筐体フレーム５３とインクヒータ４９及びマニホールド４８が接着固定されている。

このようなインクジェットヘッド４にかかるインク圧を安定させるために、ヘッドチップを挟んでマニホールド４８の反対側に空気室形成部材５８が設置されている。空気室形成部材５８は、耐インク性に優れた材料からなり、空気室５８０を形成するための凹みが形成されている。空気室形成部材５８の一端部には、空気室５８０にインクを流入させるインク流路５８１（本実施形態における第２のインク流路に相当）が一体的に設けられている。

また、ヘッドチップ４１の下部には、吐出面４１ａが露出するように、マニホールド４８、空気室形成部材５８及びヘッドチップ４１を保持する保持板５１が取り付けられている。この保持板５１の一端部には、マニホールド４８のインク流路４８１及び空気室形成部材５８のインク流路５８１を保持して、インク流路４８１及びインク流路５８１にインクを流すインク供給室５２が形成されている。インク供給室５２は、ヘッドチップ４１のノズル列方向の一端側に配置され、インク流路４８１及びインク流路５８１に接続されている。インク流路５８１と空気室５８０の接続部は、空気室５８０を形成する壁面においてヘッドチップ４１のインク入口側よりもノズル４２側により近い位置に形成されている。

インク供給管６からのインクはフレームインク流路５５からインク供給室５２に入り、インク供給室５２とマニホールド４８を連結するインク流路４８１とインク供給室５２と空気室５８０を連結するインク流路５８１とに分岐する。インク流路４８１を通過したインクは、共通インク室４８０を通ってインク供給口４３からヘッドチップ４１へ供給される。インク流路５８１を通過したインクは、空気室５８０へ供給される。フレームインク流路５５からインク５００を充填すると空気室５８０には、空気５０１が封じ込められる。実使用状態においては、図４に示すように、ノズル４２を下側とした場合、空気室５８０の所定高さまでインク５００が充填され、その上部には空気５０１が閉じ込められている。

本実施形態においては、フレームインク流路５５と、インク供給室５２と、インク供給室５２とマニホールド４８を連結するインク流路４８１とにより第１のインク流路が構成されている。なお、インク溜めとなるインク供給室５２を設けない構成としても良い。

空気室５８０は、インク流路５８１により、外部からのインクをマニホールド４８に導く第１のインク流路と分岐されており、空気室５８０からインクジェットヘッドチップ４１への空気５０１の流出が抑制される。

また、インク流路５８１と空気室５８０の接続部は、空気室５８０を形成する壁面においてヘッドチップ４１のインク入口側よりもノズル４２側により近い位置に形成されていることにより、インク吐出方向を垂直下向きになるように垂直置きした場合、容易に空気室５８０の上部に空気５０１を保持させるようにすることができ、特に、前述のメンテナンスプロセスにおけるノズルからのインクの吸引時に空気５０１を維持しやすく好ましい。

インクジェットヘッド４が移動する際に発生するインクの圧力変化は、空気室形成部材５８のインク流路５８１から空気室５８０に伝えられ、空気５０１の体積変化によって吸収され、インクジェットヘッド４内のインク圧力がインクの吐出特性に影響しない程度の小さな変化に抑制される。このような圧力吸収の性能をより高めるために、インク供給室５２と空気室５８０を連結するインク流路５８１の抵抗は、インク供給室５２とマニホールド４８を連結するインク流路４８１の抵抗よりも小さくすることが好ましい。流路の抵抗を下げるには流路断面積を大きくすればよい。

また、本実施形態においては、マニホールド４８がヘッドチップ４１の一方の側部に配設された構成において、空気室５８０がヘッドチップ４１の他方の側部に配設され、ヘッドチップ４１の側面が空気室５８０を形成する壁面の一部を形成しているので、インクジェットヘッドの小型化が可能になると共に、インク吐出時のヘッドチップ４１の圧電素子の振動を空気室５８０の液体（インク５００）が吸収することが可能になり、振動が外部に伝わるのを抑制でき好ましい態様である。

そして、ヘッドチップ４１の図示しない各圧電素子に対して制御部からの制御信号を送信するヘッド駆動基板４６が、フレキシブル配線板４７を介して接続されている。このヘッド駆動基板４６には、インクヒータ４９に対して電力供給を行うヒータ用回路が形成されていて、このヒータ用回路には、インクヒータ４９の電熱線が電線５０を介して電気的に接続されている。また、温度を検知するための温度センサ４５も同様に、図示しない電線によりヒータ用回路に電気的に接続されている。この温度センサ４５は、インクヒータ４９よりもヘッドチップ４１に近接して配置されている。

ヘッド駆動基板４６には、コネクタ４６１が設けられており、コネクタ４６１には、入力端子６１と出力端子６２とを有するフレキシブル配線板６０の出力端子６２がそれぞれ接続されている。そして、フレキシブル配線板６０の入力端子６１には、図示しない電源及び制御部が電気的に接続されていて、このフレキシブル配線板６０を介して、制御信号及び電力がヘッド駆動基板４６に供給されるようになっている。

そして、図２に示すようにインクジェットヘッド４には、上記したヘッドチップ４１、マニホールド４８、空気室形成部材５８、ヘッド駆動基板４６、保持板５１などのインクジェットヘッド４の構成要素が取り付けられ、収納、固定される筐体フレーム５３と、筐体フレーム５３を覆うカバー５４が設けられている。この筐体フレーム５３には、保持板５１のインク供給室５２に連結してインクを供給するフレームインク流路５５が設けられていて、このフレームインク流路５５には、インク供給管６が連結されるようになっている。また、筐体フレーム５３の内部には、ヘッド駆動基板４６を支持する支持梁５６が設けられている。

カバー５４の上部には開口５７が設けられていて、インクジェットヘッド４の組立後においては、この開口５７からフレキシブル配線板６０の入力端子６１が外部に露出するようになっている。

次に、インクジェットプリンタ１による画像形成時における動作について説明する。

インクジェットプリンタ１の電源がＯＮとなると、インクジェットプリンタ１の各部に対して給電が行われる。

その後、画像記録の開始指示が入力されると、キャリッジ３の往復走査が開始されると共に、制御部は、画像データを基とした制御信号をヘッド駆動基板４６及びその他の駆動部に送信し、画像記録を開始する。搬送手段に搬送される記録媒体Ｐ上には、インクジェットヘッド４からインクが吐出されて画像が形成される。

そして、インクジェットヘッド４の吐出状態を回復するためのメンテナンスタイミングになると、制御部は、各部を制御してインクジェットヘッド４のメンテナンスを行わせる。詳細に説明すると、制御部は、メンテナンスタイミングに伴って走査用モータを制御し、インクジェットヘッド４と吸引キャップ８とが対峙する位置までキャリッジ３を移動させる。インクジェットヘッド４と吸引キャップ８とが対峙すると、制御部は、昇降用モータを制御して、インクジェットヘッド４の吐出面４１ａと吸引キャップ８とが密着するまでメンテナンスユニット７を上昇させる。

メンテナンスユニット７の上昇完了後、制御部は、所定時間だけ吸引キャップ８内部が吸引されるように吸引ポンプ１１を制御する。

ここで、図５を参照して、本実施形態のインクジェットヘッドの吸引によるメンテナンスプロセスにおけるインクと空気の移動形態を説明する。

吸引ポンプ１１の作動により、インクジェットヘッド４内部が負圧になる。空気室５８０の上流側のインク流路５８１も負圧になり、空気室５８０に貯まったインクは、インク流路５８１から流れ出るようになっている。

このとき、空気室５８０における空気５０１が膨張し、インク５００と空気５０１の気液界面Ｍがインク流路５８１側に引き寄せられることになる。

従来技術のインクジェットヘッドにおいては、通常の使用状態で共通インク室にインクが充填されていると共に空気が保持されており、ノズルからインクを吸引するメンテナンス動作時には、マニホールドに保持されている空気までが排出されてインクに置換されることがあり、かかる場合、先にも述べたように圧力変動を吸収できなくなり、安定吐出に支障を斉らす虞がある。

本実施形態のインクジェットヘッドでは、外部からのインクをマニホールド４８に導く第１のインク流路の途中から分岐し、空気室５８０に接続されたインク流路５８１を備えるので、ノズルからのインク吸引動作によるメンテナンス動作時に空気室５８０に空気５０１を安定に保持することができるので、空気室５８０からの空気５０１の流出を、簡便な構造で有効に防止することができる。

また、インク流路５８１と空気室５８０の接続部は、空気室５８０を形成する壁面においてヘッドチップ４１のインク入口側よりもノズル４２側により近い位置に形成されていることにより、インク吐出方向を垂直下向きになるように垂直置きした場合、容易に空気室５８０の上部に空気５０１を保持させるようにすることができ、メンテナンスプロセスにおけるノズルからのインクの吸引時に空気５０１を維持しやすい。

また、図５において、吸引前の気液界面Ｍと空気室上壁面との距離をＨ１、吸引時の気液界面Ｍと空気室上壁面との最大距離をＨ２、インク流路５８１の接続部の上端と空気室上壁面との距離をＨ３としたとき、このＨ２がＨ３よりも小さくなるように吸引圧力やＨ３を設定しておけば、吸引時の空気室５８０内部の空気５０１の流出防止がより確実となるために好ましい。

吸引時に、空気室５８０のインク５００に作用する負圧をＰ１（気圧）としたとき、空気５０１の圧力は１（気圧）であるので、１／Ｐ１＝Ｈ２／Ｈ１の関係が成り立つ。従って、設定の目安としては、例えば、Ｐ１が０．５（気圧）であれば、Ｈ２はＨ１の２倍になるので、これよりＨ３が大きくなるように設定すればよい。

例えば、空気室形成部材５８を、空気室内部の気液界面Ｍを目視確認できるように、透光性の部材で構成し、実験的に、Ｈ２がＨ３よりも小さくなるように吸引圧力やＨ３を設定しておけばよい。

次に、画像記録時の圧力変動の吸収効果について説明する。

まず、インクジェットヘッド４を用いて記録を行う前に、以下の実験を行った。

図２〜４に示す空気室形成部材５８により空気室５８０を設けたインクジェットヘッド４と、空気室５８０のないマニホールド４８だけの場合のインクジェットヘッドとを、図１に示すインクジェットプリンタ１に装着し、ヘッドを実使用状態と同じように往復運動させてヘッドのノズル部分で発生した圧力変動を測定すると図６に示す通りであった。

図６において、走査時のノズル内の圧力の変化を表す。横軸は時間であり、縦軸はノズル内の圧力Ｐである。また、点線は空気室５８０なしのヘッド、実線は空気室５８０有りのヘッドについて測定データを示している。

通常、キャリッジの往復走査時の加速度により圧力変動が生じるが、（ａ）キャリッジの往復走査時にインクジェットヘッドがインク供給管を引く関係となる方向では、ノズル内の負圧が生じる。また、（ｂ）キャリッジの往復走査時にインクジェットヘッドがインク供給管を押す関係となる方向では、正圧が生じる。

空気室５８０のない場合には、上記（ａ）、（ｂ）に対応して、負圧側と正圧側に２ｋＰａ程度の圧力変化を示したのに対し、空気室５８０を設けた場合には、圧力変化がほとんどなく、実用上問題のない圧力変化になった。

実際の画像記録においても、本実施形態のインクジェットヘッド４は、安定吐出が可能であり、良好な記録状態を保つことができた。一方、空気室５８０のないマニホールド４８だけの場合のインクジェットヘッドは、圧力変動による吐出の不安定性により良好な記録状態を保つことができなかった。

続いて図７により本発明の他の実施形態例を示す。本例は、上述の実施形態例とは以下の点が異なる。本実施の形態のインクジェットヘッド４００は、ノズル列４２ａが２列設けられている。

図７に示すように、ヘッドチップ４１の両側面にはインク供給口４３が設けられていて、ヘッドチップ４１の内部に形成されたインク流路４４を介して、インク供給口４３とノズル４２とが連続するようになっている。インク流路４４の一部は圧力室を形成しており、図示しない圧電素子の作用により圧力を変動させて、インク滴をノズル４２から吐出させる構造になっている。

ヘッドチップ４１の両側部には、インク供給口４３に連結されて、外部からのインクをヘッドチップ４１に導く２つのマニホールド４８が接着固定されている。マニホールド４８の一端部には、共通インク室４８０にインクを流入させるインク流路４８１が一体的に設けられている。

このようなインクジェットヘッド４００にかかるインク圧を安定させるために、２つのマニホールド４８の側部に２つの空気室形成部材５８が設置されている。

インク供給管６からのインクはフレームインク流路５５からインク供給室５２に入り、インク供給室５２と２つのマニホールド４８を連結する２つのインク流路４８１とインク供給室５２と２つの空気室５８０を連結する２つのインク流路５８１とに分岐する。インク流路４８１を通過したインクは、共通インク室４８０を経由してインク供給口４３からヘッドチップ４１へ供給される。インク流路５８１を通過したインクは、空気室５８０へ供給される。フレームインク流路５５からインク５００を充填すると空気室５８０には、空気５０１が封じ込められる。実使用状態においては、図７に示すように、空気室５８０の所定高さまでインク５００が充填され、その上部には空気５０１が閉じ込められている。

空気室５８０は、インク流路５８１により、外部からのインクをマニホールド４８に導く第１のインク流路から分岐されており、空気室５８０からインクジェットヘッドチップ４１への空気５０１の流出が抑制される。

インクジェットヘッド４００が移動する際に発生するインクの圧力変化は、空気室形成部材５８のインク流路５８１から空気室５８０に伝えられ、空気５０１の体積変化によって吸収され、インクジェットヘッド４００内のインク圧力がインクの吐出特性に影響しない程度の小さな変化に抑制される。このような圧力吸収の性能をより高めるために、インク供給室５２と空気室５８０を連結するインク流路５８１の抵抗は、インク供給室５２とマニホールド４８を連結するインク流路４８１の抵抗よりも小さくすることが好ましい。流路の抵抗を下げるには流路断面を大きくすればよい。

そして、ヘッドチップ４１の図示しない各圧電素子に対して制御部からの制御信号を送信する２つのヘッド駆動基板４６のそれぞれが、フレキシブル配線板４７を介して接続されている。このヘッド駆動基板４６には、インクヒータ４９に対して電力供給を行うヒータ用回路が形成されていて、このヒータ用回路には、インクヒータ４９の電熱線が電線５０を介して電気的に接続されている。また、温度を検知するための温度センサ４５も同様に、図示しない電線によりヒータ用回路に電気的に接続されている。この温度センサ４５は、インクヒータ４９よりもヘッドチップ４１に近接して配置されている。

２つのヘッド駆動基板４６には、それぞれコネクタ４６１が設けられており、これらのコネクタ４６１には、１つの入力端子６１と２つの出力端子６２とを有するフレキシブル配線板６０の出力端子６２がそれぞれ接続されている。そして、フレキシブル配線板６０の入力端子６１には、図示しない電源及び制御部が電気的に接続されていて、このフレキシブル配線板６０を介して、制御信号及び電力がヘッド駆動基板４６に供給されるようになっている。

以上のように、本実施形態のインクジェットヘッドによれば、外部からのインクをマニホールドに導く第１のインク流路の途中から分岐し、空気室に接続された第２のインク流路を備えるので、空気室に気液界面を形成しておくことにより空気を保持させ、インク吐出時にマニホールドに伝達されるインクの圧力変動を空気に吸収させることができると共に、ノズルからのインク吸引動作によるメンテナンス動作時などに空気室に空気を安定に保持することができるので、空気室により、インクの供給圧力の変動を吸収し、吐出安定性を維持することができると共に、空気室からの空気の流出を、簡便な構造で有効に防止することができるインクジェットヘッドを提供することができる。

なお、本発明に係るインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタとしては、前記した実施形態に限るものではなく、他の構成のものにも適用可能である。

本発明のインクジェットヘッドは、上記説明のヘッドが移動する、所謂シリアルプリント方式のインクジェットプリンタのみならず、ノズルを並列に多数並べたラインプリント方式のインクジェットプリンタにも適用可能であり、有効である。

また、インクジェットヘッドは、ヘッドチップに圧電素子を備える構成とは限らず、例えばヒータを備える構成としてもよい。

また、マニホールドや空気室の形状や位置関係等も適宜変更して実施可能である。

例えば、図７の他の実施形態ではマニホールド４８を２つ有するインクジェットヘッド４００において、２つのマニホールドの側部のそれぞれに空気室５８０を設けた構成を例示して説明したが、空気室５８０は２つでなくともよく、１つの空気室５８０がいずれかのマニホールド４８に備えられていてもよい。

さらには、図２の実施形態において、空気室５８０をマニホールド４８の側部に設けるようにしても良い。

本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの概略を示す平面図である。本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの側面図である。本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの空気室及びマニホールドとインク供給室との接続状態を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの吸引によるメンテナンスプロセスにおけるインクと空気の移動形態を説明するための模式図である。本発明のインクジェットヘッド及び従来のインクジェットヘッドにおけるノズル位置での圧力変動を示すグラフである。本発明の他の実施形態に係るインクジェットヘッドの側面図である。

符号の説明

１インクジェットプリンタ
４、４００インクジェットヘッド
４１ヘッドチップ（インクジェットヘッドチップ）
４１ａ吐出面（先端面）
４２ノズル
４２ａノズル列
４８マニホールド
４９インクヒータ
５３筐体フレーム
Ｐ記録媒体
Ｘノズル列方向

Claims

ノズル列を有するインクジェットヘッドチップと、
前記インクジェットヘッドチップにインクを導くマニホールドと、
外部からのインクを前記マニホールドに導く第１のインク流路とを備えるインクジェットヘッドであって、
空気室と、
前記第１のインク流路の途中から分岐し、前記空気室に接続された第２のインク流路とを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記マニホールドは、前記インクジェットヘッドチップの一方の側部に配設され、
前記空気室は、前記インクジェットヘッドチップの他方の側部に配設されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記インクジェットヘッドチップの側面が前記空気室を形成する壁面の一部を形成していることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記マニホールドは、インクジェットヘッドチップの両側部に配設され、前記マニホールドの側部に前記空気室が配設されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１乃至４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第１のインク流路は、インク供給室を備え、前記第２のインク流路は、前記インク供給室から分岐していることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１乃至５の何れか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第２のインク流路と前記空気室の接続部は、前記空気室を形成する壁面において、前記インクジェットヘッドチップのインク入口側よりもノズル側により近い位置に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項１乃至６の何れか１項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記第２のインク流路の抵抗は、前記第１のインク流路の一部を構成し分岐部分と前記マニホールドを連結するインク流路の抵抗よりも小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。