JP2009184245A - ヘッドチップユニット、インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 省電力で効率的に複数のインク室からインクを吐出させることが可能なヘッドチップユニット、インクジェットヘッド、及び、インクジェットプリンタを提供する。
【解決手段】 ヘッドチップユニット３０は、少なくとも一面が弾性変形可能な振動板３５によって形成されて内部にインクＷが供給されるとともに、他面にインクＷを外部へ吐出可能なノズル孔３３ａが開口する複数のインク室３３と、振動板３５の外面に各インク室３３と対応して設けられて、特定の波長の出力光Ａを照射することによりインク室３３側または反対側に向かって変形可能な光歪曲素子３６とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インクを吐出させて印刷を行うためのヘッドチップユニット、該ヘッドチップユニットを備えたインクジェットヘッド及び該インクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタに関する。

従来から、紙などの媒体に文字や画像などを記録する手段として、インクを吐出させて印刷を行うインクジェットプリンタが用いられている。このようなインクジェットプリンタは、インクを吐出させるインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドを媒体の搬送方向と略直交する方向に走査させるキャリッジとを備えている。ここで、インクジェットヘッドは、内部に複数のインク室を有するともに、インク室の一面を構成する振動板に各インク室と対応して圧電素子が取り付けられたヘッドチップユニットと、圧電素子に電圧 を印加するための圧電素子駆動回路とを備えている（例えば、特許文献１参照）。このようなインクジェットヘッドでは、プリンタ本体に搭載される電源によって、圧電素子駆動回路を介して各圧電素子に電圧を印加させて変形させることで振動板を変形させ、これによりインク室の容積を変化させて内部のインクを吐出することが可能となっている。
特開２００５−１６１７００号公報

しかしながら、特許文献１のヘッドチップユニットでは、各インク室からインクを吐出させるには上述のように対応する各圧電素子に電圧を印加する必要があった。各圧電素子を駆動させるためには、最大２０Ｗの電力が必要なものもあり、大型のインクジェットプリンタでは、このような圧電素子を１００個以上搭載する必要があるので大規模な電源を必要としていた。また、電力を直接必要としない方式としては、サーマルジェット方式があるが、インクを加熱するために選択されるインクの自由度が低くなってしまう問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、省電力で効率的に複数のインク室からインクを吐出させることが可能なヘッドチップユニット、インクジェットヘッド、及び、インクジェットプリンタを提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明のヘッドチップユニットは、少なくとも一面が弾性変形可能な振動板によって形成されて内部にインクが供給されるとともに、他面に該インクを外部へ吐出可能なノズル孔が開口する複数のインク室と、前記振動板の外面に各前記インク室と対応して設けられて、特定の波長の出力光を照射することにより前記インク室側または反対側に向かって変形可能な光歪曲素子とを備えることを特徴としている。

この発明に係るヘッドチップユニットによれば、特定の波長の出力光が照射されることによって光歪曲素子が変形し、これに伴って振動板も変形することによってインク室の容積を変化させることができ、これによりインク室内部のインクをノズル孔から吐出させることができる。ここで、インクの吐出は、出力光を照射の切替のみによって行うことができ、各インク室と対応させて電力を供給する必要が無い。このため、消費電力を最小限に抑えて、効率的に各インク室のノズル孔からインクを吐出させることができる。

また、本発明のインクジェットヘッドは、上記のヘッドチップユニットと、該ヘッドチップユニットの各前記光歪曲素子と対応して設けられ、該光歪曲素子の所定箇所に前記出力光を照射可能な光出射部とを備えることを特徴としている。

この発明に係るインクジェットヘッドによれば、光出射部から照射される出力光によってヘッドチップユニットの光歪曲素子を変形させて、対応するインク室内部のインクを吐出させることができる。

上記のインクジェットヘッドにおいて、外部の光源と光学的に接続され、該光源から供給される前記出力光を導光するとともに、先端を前記光出射部として前記出力光を発光させる光ファイバを備えることがより好ましいとされている。

この発明に係るインクジェットヘッドによれば、光ファイバによって外部の光源から出力光を導光して、先端を光出射部として出力光をヘッドチップユニットの各光歪曲素子に照射させることができ、光源となる構成を内部に搭載する必要がないので、ヘッド全体の小型化を図ることができる。

また、本発明のインクジェットプリンタは、上記のインクジェットヘッドを備えることを特徴としている。
この発明に係るインクジェットプリンタによれば、出力光の照射によりインクを媒体に吐出させることができ、省電力で効率的に印刷を行うことができる。

本発明のヘッドチップユニットによれば、光歪曲素子を備えることで、省電力で効率的に複数のインク室からインクを吐出させることができる。
また、本発明のインクジェットヘッドによれば、上記のヘッドチップユニットを備えることで、省電力で効率的にヘッドチップユニットからインクを吐出させることができる。
また、本発明のインクジェットプリンタによれば、上記のインクジェットヘッドを備えることで、省電力で効率的に媒体に印刷を行うことができる。

（第１の実施形態）
図１から図５は、この発明に係る実施形態を示している。図１及び図２に示すように、本実施形態のインクジェットプリンタ１は、紙などの媒体Ｍを搬送方向Ｘに搬送する一対の搬送手段２、３と、インクＷを媒体Ｍに吐出するインクジェットヘッド２０と、インクジェットヘッド２０にインクＷを供給するインクタンク４と、インクジェットヘッド２０を搬送方向Ｘと略直交する幅方向Ｙに走査する走査手段５と、インクジェットヘッド２０からのインクＷ吐出のための出力光Ａを発生させる光源部６と、各構成の制御を行う制御部７とを備える。一対の搬送手段２、３のそれぞれは、グリッドローラ２ａ、３ａと、ピンチローラ２ｂ、３ｂとで構成されていて、図示しない駆動モータでグリッドローラ２ａ、３ａを回転させることで、ピンチローラ２ｂ、３ｂとで挟み込んだ媒体Ｍを搬送方向Ｘに搬送することができる。また、走査手段５は、幅方向Ｙに配設された一対のガイドレール５ａ、５ｂと、ガイドレール５ａ、５ｂ上で幅方向Ｙに摺動可能で、インクジェットヘッド２０が搭載されたキャリッジ８とを備える。また、一対のガイドレール５ａ、５ｂの間には、キャリッジ８が固定されたタイミングベルト９が幅方向Ｙに配設されていて、両端部において一対のプーリ１０ａ、１０ｂに巻回されている。プーリ１０ａには、キャリッジ駆動モータ１１が連結されていて、キャリッジ駆動モータ１１を駆動してプーリ１０ａを回転させることで、タイミングベルト９を幅方向Ｙに走行させ、これによりキャリッジ８を幅方向Ｙに進退させることができる。

本実施形態では、キャリッジ８には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類のインクＷを吐出可能に、四基のインクジェットヘッド２０が搭載されている。また、インクタンク４も同様に四種類搭載されていて、キャリッジ８の移動に応じて追従可能に可撓性を有する配管４ａよってそれぞれ対応するインクジェットヘッド２０と接続されている。

また、光源部６は、バンドルファイバ１２で各インクジェットヘッド２０と接続されており、発生させた出力光Ａをバンドルファイバ１２によって導光させて各インクジェットヘッド２０に出力することが可能となっている。ここで、各バンドルファイバ１２は、対応するインクジェットヘッド２０の各ノズル孔と対応する本数の図示しないファイバによって構成されている。また、本実施形態では、光源部６は、異なる波長の出力光Ａをそれぞれ発する第一の光源１３及び第二の光源１４と、第一の光源１３と第二の光源１４との出力光Ａを切り替えてバンドルファイバ１２に入力させる光切替部１５とを有する。ここで、第一の光源１３は、出力光Ａとして紫外光Ａ１を発生させることが可能な光源であり、また、第二の光源１４は、出力光Ａとして可視光Ａ２を発生させることが可能な光源である。また、光切替部１５は、より具体的には、各バンドルファイバ１２の各ファイバと対応して設けられた複数の光スイッチ素子であり、制御部７による制御のもと、バンドルファイバ１２を構成する各ファイバそれぞれで、第一の光源１３の紫外光Ａ１または第二の光源１４の可視光Ａ２いずれを入力するか切替可能となっている。光スイッチ素子としては、例えば超音波によって入力される光を偏向させる音響光学素子などが用いられる。すなわち、圧電素子などによって超音波を発生させて音響光学素子に伝播させることで、音響光学素子を透過する出力光を偏向させてバンドルファイバ１２の対応するファイバへの入力の有無を切り替えている。

次に、インクジェットヘッド２０の詳細について説明する。図３に示すように、各インクジェットヘッド２０は、周囲を覆う外筐２１と、外筐２１に収容されたヘッドチップユニット３０と、バンドルファイバ１２の各光ファイバと図示しない光接続部材によって接続される複数の光ファイバ２２とを備える。光ファイバ２２は、先端を光出射部２２ａとして、導光した紫外光Ａ１または可視光Ａ２である出力光Ａを後述する光歪曲素子３６に照射することが可能となっている。ヘッドチップユニット３０は、インクタンク４と配管４ａで接続されているとともに、吐出面３０ａを外筐２１から露出させている。そして、ヘッドチップユニット３０は、バンドルファイバ１２から光ファイバ２２を介して入力された出力光Ａに基づいて、インクタンク４から供給されるインクＷを吐出面３０ａから吐出させることが可能である。以下に、ヘッドチップユニット３０の詳細について説明する。

図３から図４に示すように、ヘッドチップユニット３０は、ユニット本体３１と、吐出面３０ａを構成しインクＷが吐出される複数のノズル３２ａを有するノズルプレート３２とを備える。なお、ユニット本体３１及びノズルプレート３２は、例えば、ニッケルや銅などの金属材料で形成されており、ユニット本体３１は、例えば、このような金属材料をスパッタ法や蒸着法によって成膜し、パターニングすることを繰り返すことで形成することができる。また、ユニット本体３１には、溝状に開口する複数のインク室３３と、各インク室３３と連通孔３４ａによって連通するとともに、インクＷを供給可能に配管４ａと接続（不図示）された共通インク室３４とが形成されている。複数のインク室３３が配列されるピッチとしては、例えば０．１ｍｍ程度である。

また、ユニット本体３１のインク室３３が開口する面には、弾性変形可能な振動板３５が固着されていて、これによりインク室３３の内面の一面を構成し、閉塞している。なお、振動板３５を形成する材質としては、ユニット本体３１と同じ材質でも異なる材質でも良いが、後述するように光歪曲素子３６の変形に追従して弾性変形可能な材質であることが好ましい。また、インク室３３の一端側内面において、振動板３５と対向する底面にはノズル孔３３ａが形成されている。ノズル孔３３ａのそれぞれは、インク室３３内部のインクＷを吐出可能にノズルプレート３２に形成されたノズル３２ａと連通している。

また、ヘッドチップユニット３０は、振動板３５の外面において、インク室３３と対応して延設された複数の光歪曲素子３６を備えている。光歪曲素子３６は、基端側の固定部３６ａで外筐２１及び振動板３５に接合されて一体となっているとともに、インク室３３にノズル孔３３ａが形成されている先端側の変形部３６ｂでは振動板３５に接触するのみで接合されていない状態となっている。ここで、光歪曲素子３６は、特定の波長に変形することが可能な素子である。より具体的には、光歪曲素子３６は、例えばジアリールエテンで形成されていて、紫外光が照射されることによって照射された範囲が伸張するとともに、可視光が照射されることによって伸張した状態から元の状態に戻ることが可能なものである。そして、各光歪曲素子３６には、インク室３３のノズル孔３３ａの近傍において、対応する光ファイバ２２の光出射部２２ａから発せられた出力光Ａを照射することが可能となっている。

次に、この実施形態のインクジェットプリンタ１の作用について説明する。図１及び図２において、例えば、図示しない外部端末から印刷データが入力されると制御部７は、光源部６において、第一の光源１３及び第二の光源１４を駆動させ、第一の光源１３から出力光Ａとして紫外光Ａ１を、第二の光源１４から出力光Ａとして可視光Ａ２を、それぞれ発光させる。次に、制御部７は、入力された印刷データに基づいて、光切替部１５を駆動させて、各バンドルファイバ１２の各ファイバに入力される出力光Ａを紫外光Ａ１と可視光Ａ２とで切り替える。ここで、制御部７による制御のもと、光切替部１５において出力光Ａとして紫外光Ａ１が選択された場合、紫外光Ａ１は、バンドルファイバ１２を介して対応するインクジェットヘッド２０に入力される。さらに、図４に示すように、インクジェットヘッド２０の内部において、対応する光ファイバ２２に導光された紫外光Ａ１は、先端の光出射部２２ａから発せられて対応する光歪曲素子３６の変形部３６ｂに照射されることとなる。ここで、本実施形態では、光歪曲素子３６は、紫外光によって伸張することから、照射された範囲において伸張し、特に、振動板３５と接触する面と比較して光ファイバ２２の光出射部２２ａと対向する面で顕著に伸張することとなる。また、光歪曲素子３６は、基端側の固定部３６ａで固定されていることから、図５に示すように、光歪曲素子３６は、紫外光が照射された変形部３６ｂにおいて、振動板３５側に湾曲することとなる。このため、振動板３５は、追従してインク室３３側に変形することとなる。これにより対応するインク室３３は、収縮し容積が小さくなることから、インク室３３の内部に供給されているインクＷは、ノズル孔３３ａを介してノズル３２ａから吐出されることとなる。

一方、制御部７による制御のもと、光切替部１５において出力光Ａとして可視光Ａ２が選択された場合、可視光Ａ２は、同様に先端の光出射部２２ａから発せられて対応する光歪曲素子３６の変形部３６ｂに照射されることとなる。ここで、本実施形態では、光歪曲素子３６は、可視光によって伸張した状態から元に戻ることが可能であることから、図４に示すように直線状となり、これにより振動板３５が弾性的に復元し、インク室３３の容積も元の大きさとなる。このため、インク室３３の内部には、先に吐出したインクＷと略等しい量のインクＷが、共通インク室３４から連通孔３４ａを介して供給されることとなる。

以上のようにして、制御部７による制御のもと、光源部６から各バンドルファイバ１２の各ファイバに入力される出力光を切り替えることで、対応する各インクジェットヘッド２０の各ノズル３２ａからのインクＷの吐出を切り替えることができる。このため、所望の色のインクＷを、所望の範囲に吐出させて印刷することができる。そして、インクＷの吐出を出力光Ａの切替のみで行うことができ、圧電式のように、各インク室と対応させて配線を行い、電力を供給する必要がない。このため、ヘッドチップユニット３０の構造を簡略化することができるとともに、インクＷ吐出のために使用する電力を最小限に抑えて効率的にノズルからインクＷを吐出させて印刷を行うことができる。特に、光源部をインクジェットヘッド２０の外部に搭載し、光ファイバ２２によって導光して光歪曲素子３６に照射させることで、ヘッド全体の小型化を図ることができる。

なお、ヘッドチップユニット３０の構造は上記構造に限ることはなく、他のタイプの構造を有するものとしても良い。図６から図９は、変形例として、他のタイプの適用例を示したものである。

図６及び図７は、第１の変形例として、サイロニクスタイプのヘッドチップユニットを示している。図６及び図７に示すように、この変形例のヘッドチップユニット５０において、ユニット本体５１は、上部に開口するインク室５２と、インク室５２の側面に形成されて内部にインクＷを供給する供給孔５３と、供給孔５３の対向する位置に形成されて、インク室５２の内部から外部へインクＷを吐出させるノズル５４とを備えている。インク室５２の開口は、弾性変形可能な振動板５５によって閉塞されている。また、振動板５５の外面には、光歪曲素子５６が取り付けられている。

このようなヘッドチップユニット５０では、例えば、紫外光Ａ１を出力光Ａとして光歪曲素子５６の外面５６ａに照射することで、図７に示すように、光歪曲素子５６は、外面５６ａ側で顕著に伸張し、これにより外部に向かって凸となるように湾曲する。このため、振動板５５も追従して外部に向かって凸となるように湾曲し、これによりインク室５２の容積が増大して、供給孔５３からインク室５２内部にインクＷが供給されることとなる。次に、可視光Ａ２を出力光Ａとして光歪曲素子５６の外面５６ａに照射することで、図６に示すように、光歪曲素子５６は、元に戻ることとなり、これによりインク室５２の容積が減少してインクＷをノズル５４から外部へ吐出することができる。

図８は、第２の変形例として、ステムメタイプのヘッドチップユニットを示している。図８に示すように、この変形例のヘッドチップユニット６０でも、出力光Ａを照射して光歪曲素子６１を変形させることで、光歪曲素子６１が固定された振動板６２も追従して湾曲し、これによりユニット本体６３のインク室６４の容積を変化させることができる。そして、このインク室６４の容積の変化により側方の供給孔６５から供給されるインクＷを、振動板６２の湾曲する方向に形成されたノズル６６から吐出させることができる。

図９は、第３の変形例として、グールドタイプのヘッドチップユニットを示している。図９に示すように、この変形例のヘッドチップユニット７０は、チューブ状で、内部をインク室７１として、一端からインクＷを供給可能とするとともに、他端をノズル７２とするユニット本体７３と、ユニット本体７３に外装されるチューブ状の光歪曲素子７４とを備えている。このようなヘッドチップユニット７０においても、光歪曲素子７４に出力光Ａを照射させることで、光歪曲素子７４とともに内周側のユニット本体７３も径方向に変形させて、インク室７１の容積を変化させることができ、これによりインク室７１内部のインクＷをノズル７２から吐出させることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の実施形態のインクジェットプリンタの概要を示す斜視図である。 この発明の実施形態のインクジェットプリンタの概要を示すブロック図である。 この発明の実施形態のインクジェットヘッドの一部を破断した斜視図である。 この発明の実施形態のインクジェットヘッドの断面図である。 この発明の実施形態のインクジェットヘッドでインクを吐出させる際の説明図である。 この発明の実施形態の第１の変形例のヘッドチップユニットの断面図である。 この発明の実施形態の第１の変形例のヘッドチップユニットの断面図である。 この発明の実施形態の第２の変形例のヘッドチップユニットの断面図である。 この発明の実施形態の第３の変形例のヘッドチップユニットの斜視図である。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ
２２ 光ファイバ
２２ａ 光出射部
２０ インクジェットヘッド
３０、５０、６０、７０ ヘッドチップユニット
３３、５２、６４、７１ インク室
３５ 振動板
３６ 光歪曲素子
Ａ 出力光
Ｗ インク

Claims (4)

1. 少なくとも一面が弾性変形可能な振動板によって形成されて内部にインクが供給されるとともに、他面に該インクを外部へ吐出可能なノズル孔が開口する複数のインク室と、
   前記振動板の外面に各前記インク室と対応して設けられて、特定の波長の出力光を照射することにより前記インク室側または反対側に向かって変形可能な光歪曲素子とを備えることを特徴とするヘッドチップユニット。
2. 請求項１に記載のヘッドチップユニットと、
   該ヘッドチップユニットの各前記光歪曲素子と対応して設けられ、該光歪曲素子の所定箇所に前記出力光を照射可能な光出射部とを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
   外部の光源と光学的に接続され、該光源から供給される前記出力光を導光するとともに、先端を前記光出射部として前記出力光を発光させる光ファイバを備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
4. 請求項２または請求項３に記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
   

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