JP2008254198A

JP2008254198A - 液体吐出装置

Info

Publication number: JP2008254198A
Application number: JP2007095509A
Authority: JP
Inventors: Teppei Yamamoto; 哲平山本
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】ノズルの高密度化に適し、装置の小型化を図ること。
【解決手段】液体を吐出する複数のノズル５１と、複数のノズル５１にそれぞれ連通し、互いに異なる共振周期を有する複数の圧力室５２と、複数の圧力室５２に対して共通に設けられた単一の圧力発生素子５８と、を備え、圧力室５２毎の共振周期にそれぞれ対応した波形を有する複数の駆動信号を用いて圧力発生素子５８を駆動するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出装置に関する。

特許文献１には、一つのアクチュエータで複数ノズルから液体を吐出するようにした液体吐出ヘッドが記載されている。全ノズル同時吐出となり、ノズルを選択しての吐出はできない。

特許文献２には、長いアレイの連続的な液体吐出ヘッドで同期励振するようにしたものが記載されている。水平方向にスロットに分け、その両面が振動して液体を吐出する。ノズルと同数の駆動部が必要になる。

特許文献３には、先行例として、１圧力室多ノズルの液体吐出ヘッドが紹介されている。吐出した液滴を静電力で偏向させている。

また、特許文献３には、実施例として、ノズルと同数の駆動部を用いた液体吐出ヘッドが紹介されている。圧力室同士は連通しており、圧力発生素子（ピエゾ）も単一だが、電極分離なので、ノズル数だけ配線を必要とする。
特表２００３―５０４２４２号公報特表平４−５０４８２８号公報特開昭５５―７３５６７号公報

従来は、一つの圧力室に一つのノズルがついていた。しかし、その構造では圧力室およびその配線の占める割合が大きく、装置の小型化は困難であった。このような課題を解決するために、一つの圧力室に複数のノズルを備えた構造が提案されている（特許文献１を参照）。しかし、特定のノズルからのみ液滴を吐出したい場合においては、ピエゾなどの圧力発生素子がノズルの数だけ必要となる（特許文献２および特許文献３を参照）。結局、配線や圧力発生素子はノズルに対して１対１で必要となり、根本的に装置の小型化は困難のままである。

また、全ノズルから吐出した液滴のうち、特定の液滴のみを偏向させることで選択的に印字する方法もあるが（特許文献３を参照）、偏向のための動力手段(静電力など)が別途必要となる上、ガターなどのインク回収装置が必要となり、ヘッド周辺構造が煩雑になる。結局、小型化は困難なままである。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズルの高密度化に適し、装置の小型化を図ることができる液体吐出装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出する複数のノズルと、複数の前記ノズルにそれぞれ連通し、互いに異なる共振周期を有する複数の圧力室と、複数の前記圧力室に対して共通に設けられた単一の圧力発生素子と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧力室間の前記共振周期の違いを、前記圧力室の大きさの違いにより設定したことを特徴とする液体吐出装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記圧力室毎の共振周期にそれぞれ対応した波形を有する複数の駆動信号を用いて前記圧力発生素子を駆動する駆動部を備え、複数の前記駆動信号の中から前記圧力発生素子に与える駆動信号が選択されることにより、複数の前記ノズルの中から液体を吐出させるノズルが選択されることを特徴とする液体吐出装置を提供する。

本発明によれば、ノズルの高密度化に適し、装置の小型化を図ることができる。

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

図１は、実施形態における液体吐出装置の要部としての液体吐出ヘッドの一例の概略を示す平面透視図である。

図１において、液体吐出ヘッド５０は、複数の圧力室５２に対して複数のノズル５１を備え、なおかつ、単一の圧力発生素子５８で、特定のノズル５１のみから選択的に液体を吐出する。

液体吐出ヘッド５０は、具体的には、液体を吐出する複数のノズル５１と、複数のノズル５１にそれぞれ連通し、互いに異なる共振周期を有する複数の圧力室５２と、複数の圧力室５２に対して共通に設けられた単一の圧力発生素子５８と、複数の圧力室５２に対して絞り５３（液体供給口）を介して液体を供給する共通流路５５を備える。

圧力発生素子５８は、圧力室５２内の容積を変化させることにより、圧力室５２内の液体に圧力を与えて（すなわち圧力を発生して）、圧力室５２に連通しているノズル５１から液体を吐出させる。圧力発生素子５８は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの圧電素子からなる。なお、本発明において、圧力発生素子５８は、圧電素子である場合に特に限定されない。例えば、ヒータ（電気熱変換素子）などによって圧力発生素子が構成されていてもよい。

図２は、図１の２−２線に沿った断面を見た様子を示す分解斜視図である。

図２に示す例では、圧力室５２の天面に、圧力発生素子５８が配置されている。なお、圧力発生素子５８が圧力室５２内の液体に接液しないようにするため、圧力室５２の天面を振動板（図示を省略）で構成し、その振動板上に圧力発生素子５８を配置してもよい。また、図２では、圧力発生素子５８の上部電極５９のみを示しているが、圧力発生素子５８は下部電極を有している。

圧力発生素子５８を、特定のノズル５１に対応した駆動信号を用いて駆動することにより、特定のノズル５１のみから液体を吐出させることができる。すなわち、圧力室５２毎の共振周期にそれぞれ対応した波形を有する複数の駆動信号の中から圧力発生素子５８に与える駆動信号が選択されることにより、複数のノズル５１の中から液体を吐出させるノズル５１が選択される。

本例では、圧力室５２の長さ（図１のＬ）を圧力室５２間で互いに異ならせることにより、圧力室５２間で共振周期に差を設けている。本発明はこのような場合に特に限定されず、例えば、圧力室５２の幅（図１のＷ）または高さ（図２のＨ）を圧力室５２間で互いに異ならせることにより、複数の圧力室５２に共振周期の差を与えてもよい。また、長さＬ、幅Ｗ、および、高さＨの組み合わせにより、圧力室５２間で共振周期に差を設けてもよい。ここで、長さＬは、圧力室５２の長手方向の距離であり、幅Ｗは、圧力室５２の単手方向の距離であり、高さＨは、底面から天面までの距離である。

複数のノズル５１にそれぞれ連通している複数の圧力室５２の一群によって、バンドパスフィルタが構成されており、周波数を選択して圧力を与えることができる。ノズル５１の識別番号をｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ、Ｎはノズル個数）で表し、各ノズル５１に連通している各圧力室５２の共振周期をＴｃｉで表し、各ノズル５１に対応する駆動信号をＶｔｉで表すとき、各駆動信号Ｖｔｉは各圧力室５２の共振周期Ｔｃｉに対応する波形を有する。複数の駆動信号Ｖｔ１〜ＶｔＮの中から、ｉ番目のノズル５１に対応する駆動信号Ｖｔｉを選択して、圧力発生素子５８を駆動することにより、所望のｉ番目のノズル５１から液体を吐出させることができる。

図３は、圧力発生素子５８に対して与える駆動信号の一例を示す。この駆動信号８０は、いわゆるプル―プッシュ波形である。本例は、高電圧状態で圧力発生素子５８としての圧電素子が歪み、圧力室５２が収縮した状態(プッシュ状態)となる系である。

ｉ番目のノズル５１から液体を吐出させるための駆動信号８０は、パルス幅を、ｉ番目の圧力室５２の共振周期Ｔｃｉの１／２としている。ここで、パルス幅は、駆動電圧Ｖが振幅Ａの中間となる時間ｔの間隔である。

図４は、図１に示した液体吐出ヘッド５０にインクが充填されて構成される系を音響回路モデルとしてモデル化した等価回路を示す回路図である。なお、ノズル５１の識別番号を前述のように「ｉ」で表している。

図４において、第１の回路要素８１は、図１の圧力発生素子５８に相当し、コンプライアンスＣｐとイナータンスＭｐとレジスタンスＲｐとを直列接続してなる。第２の回路要素８２は、図１の圧力室５２に相当し、コンプライアンスＣｃｉからなる。第３の回路要素８３は、図１の絞り５３に相当し、レジスタンスＲｓｉとイナータンスＭｓｉとコンプライアンスＣｓｉを直列接続してなる。第４の回路要素８４は、図１のノズル５１に相当し、レジスタンスＲｎｉとイナータンスＭｎｉとコンプライアンスＣｎｉとを直列接続してなる。

入力端子８５は、圧力発生素子５８の電極に相当し、図４の等価回路では、圧力発生素子５８相当の第１の回路要素８１の一端に配置されており、後述するヘッドドライバ（図９の１５４）から駆動信号Ｖ（ｔ）が入力される。

数１は、各圧力室５２の共振周期Ｔｃｉを示す。

なお、図４に示す素子（数１では素子の値に相当する）のうちで、Ｍｐ，Ｒｐ，ＣＳｉ，Ｃｎｉは、他の素子と比較して値が十分に小さいので、無視した。

図５は、圧力室５２の長さと、圧力室５２の共振周期Ｔｃｉとの対応関係の一例を示す。また、液体吐出ヘッド５０の寸法などの設計値の一例を、図６に示す。図６において、圧力室の長さを異ならせることにより、共振周期Ｔｃｉを異ならせることができる。

本実施形態の液体吐出ヘッド５０は、ひとつの圧力発生素子５８を駆動するのみで、複数のノズル５１から一つを選択して、液体を吐出させることができるので、複数のノズル５１に対して複数の圧力発生素子を設ける場合と比較して、配線が少なくなり、ノズル５１の高密度化が容易になる。また、ノズル５１からの余分な吐出がないので、いわゆるガターなどの回収装置が不要である。

図７および図８は、それぞれ、他の例の液体吐出ヘッド５００ａ、５００ｂを示す。

図７に示すように、圧力室５２同士が、その側面で連通路６１を介して互いに連通している場合でも、本発明を適用し、図１に示した基本形の液体吐出ヘッド５０と同様の効果を得ることができる。

また、図８に示すように、液体吐出ヘッドの製造の便宜上、空間６２を設けるようにしてもよい。

図９は、本発明に係る液体吐出装置の一例としての画像形成装置１０の全体構成を示すブロック図である。

図９において、画像形成装置１０は、主として、液体吐出ヘッド５０、通信インターフェース１１０、システムコントローラ１１２、メモリ１１４、１５２、搬送部１１６、搬送ドライバ１１８、給液部１４２、給液制御部１４４、インク識別情報取得部１４６、プリント制御部１５０、および、ヘッドドライバ１５４（駆動部）、を含んで構成されている。

液体吐出ヘッド５０は、２次元配列された多数のノズルを有し、インク滴を吐出する。本例の画像形成装置１０は、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）の各インク色ごとにひとつずつ、合計で４つの液体吐出ヘッドを備えている。

通信インターフェース１１０は、ホストコンピュータ３００から送信される画像データを受信する。通信インターフェース１１０には、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４などの有線、又は、無線のインターフェースを適用することができる。この通信インターフェース１１０によって画像形成装置１０に取り込まれた画像データは、この画像データ記憶用の第１のメモリ１１４に一旦記憶される。

システムコントローラ１１２は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等から構成されており、所定のプログラムに従って画像形成装置１０の全体を制御する。すなわち、システムコントローラ１１２は、通信インターフェース１１０、搬送ドライバ１１８、プリント制御部１５０等の各部を制御する。

搬送部１１６は、紙などの被吐出媒体を搬送するためのローラ（図示を省略）と、このローラに動力を与えるモータ（図示を省略）を含んで構成されている。搬送部１１６によって、被吐出媒体と液体吐出ヘッド５０とが相対的に移動される。搬送ドライバ１１８は、システムコントローラ１１２からの指示に従って搬送部１１６を駆動する回路を含んで構成されている。

給液部１４２は、インクを貯留するインクタンク（図示を省略）、このタンクから液体吐出ヘッド５０へ至る管路（図示を省略）、この管路を通じてタンク内のインクを液体吐出ヘッド５０へ送液するポンプ（図示を省略）を含んで構成されている。インクタンクは、例えば交換自在なカートリッジ式のものが用いられる。

給液制御部１４４は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等から構成されており、所定のプログラムに従い、給液部１４２を用いて、液体吐出ヘッド５０に対してインクを供給する制御を行う。

インク識別情報取得部１４６は、液体吐出ヘッド５０へ供給されるインクの種別を識別するインク識別情報を取得する。インク識別情報の取得態様には、各種あり、例えば、給液部１４２のインクタンクにバーコードとして印刷されているインク識別情報を読み取る態様、給液部１４２のインクタンクに付着させたＩＣタグ（「ＲＦＩＤ：Radio Frequency Identification」ともいう）に予め記憶されているインク識別情報を無線で受信する態様などがある。通信インターフェース１１０を用いてホストコンピュータ３００からインク識別情報を受信するようにしてもよい。

プリント制御部１５０は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従って、給液制御部１４４、インク識別情報取得部１４６、および、ヘッドドライバ１５４を制御する。プリント制御部１５０は、画像形成装置１０に入力される画像データに基づいて、液体吐出ヘッド５０が被吐出媒体に向けて吐出（打滴）を行って被吐出媒体上にドットを形成するために必要なデータ（ドットデータ）を生成する。すなわち、プリント制御部１５０は、システムコントローラ１１２の制御に従い、第１のメモリ１１４内の画像データから打滴用のドットデータを生成し、生成したドットデータをヘッドドライバ１５４に供給する。プリント制御部１５０には第２のメモリ１５２が付随しており、プリント制御部１５０における画像処理時にドットデータ等が第２のメモリ１５２に一時的に格納される。

ヘッドドライバ１５４は、プリント制御部１５０から与えられるドットデータ（実際には第２のメモリ１５２に記憶されたドットデータである）に基づき、液体吐出ヘッド５０に対して吐出用の駆動信号を生成する。このヘッドドライバ１５４から出力された駆動信号が液体吐出ヘッド５０（具体的には図１の圧力発生素子５８）へ与えられることによって、液体吐出ヘッド５０から被吐出媒体に向けてインク滴が吐出される。

図９では、システムコントローラ１１２、給液制御部１４４、プリント制御部１５０を分けて表したが、１つのマイクロコンピュータによって構成されていてもよい。

なお、液体がインクである場合を例に説明したが、本発明は液体がインクである場合に限定されず、他の液体を吐出する際に適用してもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。

液体吐出ヘッドの一例を示す平面透視図液体吐出ヘッドの一例を示す分解斜視図駆動信号の一例の波形図液体吐出ヘッドの等価回路圧力室の長さと圧力室の共振周期との対応関係を示す図液体吐出ヘッドの設計値の一例を示す図液体吐出ヘッドの他の第１例を示す平面透視図液体吐出ヘッドの他の第２例を示す平面透視図液体吐出装置の一例としての画像形成装置のブロック図

符号の説明

１０…液体吐出装置、５０…液体吐出ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…絞り、５５…共通流路、５８…圧力発生素子（圧電素子）、１５４…ヘッドドライバ（駆動部）

Claims

液体を吐出する複数のノズルと、
複数の前記ノズルにそれぞれ連通し、互いに異なる共振周期を有する複数の圧力室と、
複数の前記圧力室に対して共通に設けられた単一の圧力発生素子と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
前記圧力室間の前記共振周期の違いを、前記圧力室の大きさの違いにより設定したことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記圧力室毎の共振周期にそれぞれ対応した波形を有する複数の駆動信号を用いて前記圧力発生素子を駆動する駆動部を備え、
複数の前記駆動信号の中から前記圧力発生素子に与える駆動信号が選択されることにより、複数の前記ノズルの中から液体を吐出させるノズルが選択されることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。