JP2015112838A - 液滴吐出ヘッドと画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体抵抗流路の断面積を変えることのできる液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】インクが充填される液室１０１と、この液室１０１の一部を区画形成するとともにノズル孔１０６Ａを有する基板１０６と、液室１０１内に圧力を発生させる駆動用圧電素子１１０と、記録液を収容した容器からその記録液を液室１０１へ供給するための供給流路１０５とを備え、駆動用圧電素子１１０で発生したエネルギによって、液室１０１内に充填されているインクをノズル孔１０６Ａから吐出させる液滴吐出ヘッドであって、供給流路１０５の断面積を変えて供給流路１０５の流路抵抗値を変える流路抵抗調整用圧電素子１５０を設けた。
【選択図】図５

Description

この発明は、ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置とに関する。

従来から、圧電体素子を用いてノズル孔からインクを吐出させてシート材に画像を形成する液滴吐出ヘッドが知られている（特許文献１参照）。

かかる液滴吐出ヘッドは、ノズル孔を有する液室と、この液室にノズル孔から液滴を吐出させるためのエネルギを発生させる圧電体素子と、液室にインクを供給するための共通液室及び流体抵抗流路等とを有している。

このような液滴吐出ヘッドには、液室と共通液室とを連通した流体抵抗流路が設けられており、この流体抵抗流路の断面積はインクの粘性などのインク特性やノズル孔の径などに合わせて設計されている。

このため、インク特性の異なるインクを使用することができないという問題があった。

この発明の目的は、流体抵抗流路の断面積を変えることのできる液滴吐出ヘッドを提供することにある。

請求項１の発明は、記録液が充填される液室と、
この液室の一部を区画形成するとともにノズル孔を有するノズル板と、
前記液室内に圧力を発生させるエネルギ発生手段と、
容器から送給された記録液を前記液室へ供給するための供給流路とを備え、前記エネルギ発生手段で発生したエネルギによって、前記液室内に充填されている記録液を前記ノズル孔から吐出させる液滴吐出ヘッドであって、
前記供給流路の断面積を変えて該供給流路の流路抵抗を調整する流路抵抗調整手段を設けたことを特徴とする。

この発明によれば、流体抵抗流路の断面積を変えることができる。

この発明に係るインクジェット記録装置の外観図を示した斜視図である。 図１に示すインクジェット記録装置の概略構成を示した断面図である。 図２に示すインクジェット記録装置の液滴吐出ヘッドの要部を示す概略斜視図である。 図３に示す液滴吐出ヘッドの振動板の下面に取り付けられた流路抵抗調整用圧電素子と隔壁部材とを示した斜視図である。 図３に示す液滴吐出ヘッドの要部を示す断面図である。 図３に示す液滴吐出ヘッドの要部を概念的に示した斜視図である。 インクジェット記録装置の制御系の構成を示したブロック図である。 流路抵抗調整用圧電素子が収縮したときの液室を示した横断面である。 流路抵抗調整用圧電素子が膨張したときの液室を示した横断面である。 駆動用圧電素子の制御に対する流路抵抗調整用圧電素子の制御を示したタイムチャートである。

以下、この発明に係る液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

［第１実施例］
図１及び図２に画像形成装置であるインクジェット記録装置１０を示す。このインクジェット記録装置１０は、給紙機構１２と、液滴吐出ヘッド１００を備えたキャリッジ１３と、キャリッジ１３を移動させる駆動機構２０と、搬送機構３０と、排紙機構４０等とを備えている。
［給紙機構、搬送機構、排紙機構］
給紙機構１２は、給紙トレイ１４に載置されているシート材ＳＨを液滴吐出ヘッド１００へ給紙するための給紙ローラ１５などを有している。

搬送機構３０は、給紙機構１２によって給紙されたシート材ＳＨを液滴吐出ヘッド１００へ搬送する搬送ローラ３１〜３３などを有している。

排紙機構４０は、画像形成されたシート材ＳＨを排紙トレイ１６へ排紙する排紙ローラ４１,４２などを有している。
［キャリッジ］
キャリッジ１３は、シート材ＳＨの排紙方向と直交する方向（図２の紙面と直交する方向）に沿って設けたメインシャフト１７に沿って移動可能に設けられている。キャリッジ１３にはインクカートリッジ１８が着脱可能に取り付けられており、インクカートリッジ１８は、例えばシアン,マゼンタ,イエロー及びブラックの４色のインク（記録液）が充填された４つのカートリッジを備えている。
［駆動機構］
駆動機構２０は、駆動モータ２１と、駆動プーリ２２及び従動プーリ２３に巻回されたタイミングベルト２４等とを有している。タイミングベルト２４は、駆動モータ２１によって回転移動されることによって、キャリッジ１３をメインシャフト１７に沿って移動させていく構成となっている。
［液滴吐出ヘッド］
液滴吐出ヘッド１００は、図３に示すように、並設された複数の液室１０１と、複数の駆動用圧電素子１１０と、各液室１０１にインク（記録液）を供給するための共通液室１０２と、複数の流路抵抗調整用圧電素子１５０などとを有している。

液室１０１の並設方向は、キャリッジ１３の移動方向と直交する方向に設定されている。図３において、液室１０１は１つだけ表示されているが左右方向に複数形成されている。

各液室１０１は、振動板１０３と隔壁部材１０４と基板１０６と区画部材１０７とで区画形成されており、液室１０１と共通液室１０２とが供給流路１０５で連通されている。供給流路１０５は、振動板１０３と隔壁部材１０４と基板１０６とで形成され、共通液室１０２のインクを液室１０１へ供給するための流路となっている。１０９は区画部材である。

振動板１０３の上には基板１０８が載置され、この基板１０８に設けた液体供給穴１０８Ａを介してインクカートリッジ１８のインクが共通液室１０２へ送給されるようになっている。

供給流路１０５内には、図４及び図５に示すように流路抵抗調整用圧電素子（流路抵抗調整手段）１５０が配置されており、流路抵抗調整用圧電素子１５０は振動板１０３の下面に取り付けられている。

流路抵抗調整用圧電素子１５０は、例えばチタン酸ジルコ酸鉛などからなる圧電体１５１と、この圧電体１５１を上下から挟み込んだ電極１５２,１５３とを有する圧電素子からなる。

流路抵抗調整用圧電素子１５０は、電極１５２,１５３間に印加される電圧によって膨縮し、図５に示す実線の状態から鎖線の状態に膨張したり、逆に鎖線の状態から実線の状態へ収縮したりする。これにより、供給流路１０５の断面積を調整することができるようになっている。すなわち、供給流路１０５の流路抵抗を調整することができるようになっている。

液室１０１の底部（一部）を形成（区画）する基板（ノズル板）１０６には、各液室１０１に対応してノズル孔１０６Ａがそれぞれ形成されている。また、液室１０１の上部を形成する振動板１０３の上面には、各液室１０１に対応して駆動用圧電素子（エネルギ発生手段）１１０が設けられている。

駆動用圧電素子１１０の駆動により、液室１０１に加圧エネルギが発生し、この加圧エネルギによって液室１０１のノズル孔１０６Ａからインクが吐出されてシート材ＳＨ上に画像を形成していく。駆動用圧電素子１１０は、従来と同様な構成なのでその説明は省略する。

液滴吐出ヘッド１００は、４つのインクカートリッジ１８に対応してキャリッジ１３に４つ設けられている。
［制御系］
図７はインクジェット記録装置１０の制御系の構成を示すブロック図である。図７において、２００は画像データＤなどに基づいて駆動モータ２１や、４つの液滴吐出ヘッド１００のそれぞれの複数の駆動用圧電素子１１０を制御する制御装置である。また、制御装置２００は、メモリＭに記憶された液特性であるインク特性データとインクの温度を検出する温度センサＳの検出信号とに基づいて、各液滴吐出ヘッド１００の複数の流路抵抗調整用圧電素子１５０を制御するようになっている。

なお、インク特性データは粘性などを示す特性データである。温度センサＳは各液滴吐出ヘッド１００に設けられている。

メモリＭに記憶されているインク特性データは、４つのインクカートリッジ１８のそれぞれのインク特性データであり、異なる特性のインクを使用する場合には操作部２０２の操作によって書き換えられるようになっている。

２０１は操作部２０２の操作などに基づいて給紙機構１２や搬送機構３０や排紙機構４０などを制御する中央制御装置である。
［動 作］
次に、上記のように構成されるインクジェット記録装置１０及び液滴吐出ヘッド１００の動作について説明する。なお、液滴吐出ヘッド１００の各液室１０１にインクが充填されているものとして説明する。

インクジェット記録装置１０に画像データＤが入力され、操作部２０２のスタートスイッチなどが操作されると、中央制御装置２０１は、給紙機構１２及び搬送機構３０を制御してシート材ＳＨを液滴吐出ヘッド１００へ給紙させる。

一方、制御装置２００は、メモリＭに記憶されたインク特性データと温度センサＳが検出するインクの温度とに基づいて流路抵抗調整用圧電素子１５０を制御し、液滴吐出ヘッド１００の各供給流路１０５の流路抵抗を調整する。例えば、インクの粘性が高い場合には図８に示すように流路抵抗調整用圧電素子１５０を収縮させ、インクの粘性が低い場合には図９に示すように流路抵抗調整用圧電素子１５０を膨張させる。

制御装置２００は、上記制御を各液滴吐出ヘッド１００の複数の流路抵抗調整用圧電素子１５０に対して行う。

この後、制御装置２００は、画像データＤに基づいて各液滴吐出ヘッド１００のそれぞれの複数の駆動用圧電素子１１０を制御して、液室１０１のノズル孔１０６Ａからインクを吐出させて、シート材ＳＨ上に画像を形成していく。

画像が形成されたシート材ＳＨは、搬送機構３０や排紙機構４０などにより排紙トレイ１６に排紙される。

ところで、インクの粘性に応じて流路抵抗調整用圧電素子１５０を制御して各供給流路１０５の流路抵抗を調整するものであるから、各液室１０１のノズル孔１０６Ａから適正量のインクを吐出させることができる。このため、インクの粘性に応じてインクの吐出量が少なくなったり、多くなったりすることがなく、インクの粘性に拘わりなく鮮明な画像を形成することができる。

また、いままで使用していたインクと異なる種類のインクが充填されているインクカートリッジ１８と交換した場合、このインクカートリッジ１８のインクの特性を操作部２０２の操作により入力して、メモリＭに記憶されているインクの特性データを更新する。

制御装置２００は、更新されたメモリＭのインクの特性データに基づいて、流路抵抗調整用圧電素子１５０を制御するので、多種多様のインクに対応することができる。このため、使用するインク別に液滴吐出ヘッドを設計する必要がなく、液滴吐出ヘッド１００の共通化を図ることが可能となる。
［第２実施例］
図１０は、制御装置２００の駆動用圧電素子１１０と流路抵抗調整用圧電素子１５０との制御のタイミングを示したタイムチャートである。

制御装置２００は、第１実施例と同様に、インクの特性や温度に応じて流路抵抗調整用圧電素子１５０を制御して供給流路１０５の流路抵抗を調整する。このときの流路抵抗調整用圧電素子１５０の高さを図５に示すようにＨ１とする。

制御装置２００は、画像データＤに基づいて駆動用圧電素子１１０を制御して、例えば図１０に示す期間Ｔ１ａ〜Ｔ３ａで液室１０１のノズル孔１０６Ａからインクを吐出させる。このとき、制御装置２００は、流路抵抗調整用圧電素子１５０を制御して、その期間Ｔ１ａ〜Ｔ３ａで流路抵抗調整用圧電素子１５０の高さをＨ２（Ｈ１＜Ｈ２）にする。

これにより、供給流路１０５の流路抵抗が大きくなり、インクの吐出時に液室１０１のインクが共通液室１０２へ戻ることが抑制され、インクの吐出量が適正に保たれることになる。また、インクの戻りが抑制されることにより、効率よく液滴を吐出させることができる。

また、インクを吐出しない期間すなわち期間Ｔ１ｂ,Ｔ２ｂでは、流路抵抗調整用圧電素子１５０の高さがＨ３（Ｈ１＞Ｈ３）に制御され、供給流路１０５の流路抵抗が小さくなる。このため、共通液室１０２から液室１０１へのインクの供給が速やかに行われることになる。

流路抵抗調整用圧電素子１５０の高さＨ２,Ｈ３をインクの特性に応じて制御するようにすれば、より一層の液滴吐出ヘッド１００の共通化を図ることができ、インク吐出時のシーケンス制御でオンデマンドの調整が可能となる。

以上、この発明の実施例を説明したが、上記実施例での配置、個数等は一例であり、この発明はこれらに限定されるものではない。また、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１００ 液滴吐出ヘッド
１０１ 液室
１０５ 供給流路
１０６ 基板（ノズル板）
１０６Ａ ノズル孔
１１０ 駆動用圧電素子（エネルギ発生手段）
１５０ 流路抵抗調整用圧電素子（流路抵抗調整手段：圧電素子）
ＳＨ シート材

特開２０１２−０６１６８９号公報

Claims (5)

1. 記録液が充填される液室と、
   この液室の一部を区画形成するとともにノズル孔を有するノズル板と、
   前記液室内に圧力を発生させるエネルギ発生手段と、
   容器から送給された記録液を前記液室へ供給するための供給流路とを備え、前記エネルギ発生手段で発生したエネルギによって、前記液室内に充填されている記録液を前記ノズル孔から吐出させる液滴吐出ヘッドであって、
   前記供給流路の断面積を変えて該供給流路の流路抵抗を調整する流路抵抗調整手段を設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記流路抵抗調整手段は、圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記エネルギ発生手段がエネルギを発生させて前記ノズル孔から液滴を吐出させる際に前記圧電素子を膨張させ、前記液室に記録液を供給する際に前記圧電素子を収縮させることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記圧電素子の膨張及び収縮は、前記記録液の液特性に応じて行うことを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。