JP3186353B2 - インク噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク噴射装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリンタヘッドとして、圧電セラ
ミックスを応用したドロップオンデマンド方式のインク
ジェットプリンタヘッドが提案されている。これは、圧
電セラミックスの変形によってインク液室の容積を変化
させることにより、その容積減少時にインク液室内のイ
ンクをノズルから液滴として噴射し、容積増大時に他方
のインク導入路からインク液室内にインクを導入するよ
うにしたものである。そして、このようなインク液室を
多数互いに近接して配置し、所望の印字データに従って
所望の位置のノズルからインク液滴を噴射させることに
より、そのノズルと対向する紙面上等に所望の文字や画
像を形成するものである。

【０００３】この種のインク噴射装置としては、例えば
特開昭６３−２４７０５１号公報、特開昭６３−２５２
７５０号公報及び特開平２−１５０３５５号公報に記載
されているものがある。図５、図６、図７、図８及び図
９にそれら従来例の概略図を示す。

【０００４】以下、インク噴射装置の断面図を示す図５
によって、従来例の構成を具体的に説明する。複数の溝
１５及び該溝１５を隔てる側壁１１を有し、かつ矢印４
の方向に分極処理を施した圧電セラミックスプレート１
と、セラミックス材料または樹脂材料等からなるカバー
プレート２とを、エポキシ系接着剤等からなる接合層３
を介して接合することで、溝１５は横方向に互いに間隔
を有する複数のインク液室１２となる。インク液室１２
は長方形断面の細長い形状であり、側壁１１はインク液
室１２の全長にわたって伸びている。側壁１１の接着層
３付近の側壁１１上部から側壁１１中央部までの両表面
には、駆動電圧印加用の電極１３が形成されている。全
てのインク液室１２内には、インクが充填される。

【０００５】次に、インク噴射装置の断面図を示す図６
によって、従来例の動作を説明する。該インク噴射装置
において、所望の印字データに従って例えばインク液室
１２ｂが選択されると、電極１３ｅと１３ｆに急速に正
の駆動電圧が印加され、電極１３ｄと１３ｇは接地され
る。これにより側壁１１ｂには矢印１４ｂの方向の駆動
電界が、側壁１１ｃには矢印１４ｃの方向の駆動電界が
作用する。このとき駆動電界方向１４ｂ及び１４ｃと分
極方向４とが直交しているため、側壁１１ｂ及び１１ｃ
は、圧電厚みすべり効果によってインク液室１２ｂの内
部方向に急速に変形する。この変形によってインク液室
１２ｂの容積が減少してインク液室１２ｂのインク圧力
が急速に増大し、圧力波が発生して、インク液室１２ｂ
に連通するノズル３２（図７）からインク液滴が噴射さ
れる。また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁１１ｂ
及び１１ｃが変形前の位置（図５参照）に戻るためイン
ク液室１２ｂ内のインク圧力が低下し、インク供給口２
１（図７）からマニホールド２２（図７）を通してイン
ク液室１２ｂ内にインクが供給される。

【０００６】上記の動作は従来例の基本動作に過ぎず、
製品として具体化される場合には、まず駆動電圧を容積
が増加する方向に印加し、先にインク液室１２ｂにイン
クを供給させた後に駆動電圧の印加を停止して、側壁１
１ｂ及び１１ｃを変形前の位置（図５参照）に戻してイ
ンクを噴射させることもある。

【０００７】従来例では、隣接する２つのインク液室に
連通する２つのノズルから同時にインク液滴を噴射する
ことができないため、例えば、左端から奇数番目のイン
ク液室１２ａ、１２ｃに連通するノズルからインク液滴
を噴射した後、偶数番目のインク液室１２ｂ、１２ｄに
連通するノズルからインク液滴を噴射し、次に再び奇数
番目からインク液滴を噴射するというように、インク液
室１２及びノズル３２を複数のグループに分割してイン
ク液滴の噴射を行う。

【０００８】次に、インク噴射装置の斜視図を示す図７
によって、従来例の構成及び製造法を説明する。分極処
理を施した圧電セラミックスプレート１に、薄い円板状
のダイヤモンドブレードを使用した研削加工等によっ
て、前記の形状のインク液室１２を形成する平行な溝１
５を作成する。溝１５は圧電セラミックスプレート１の
ほぼ全域で同じ深さの平行な溝であるが、端面１７に近
づくにつれて徐々に浅くなり、端面１７付近では浅く平
行な浅溝１８となるよう作成される。この溝１５及び浅
溝１８の内面には、前記の電極１３がスパッタリング等
によって形成される。溝１５の内面にはその側面の上半
分のみに電極１３が形成されるが、浅溝１８の内面には
その側面及び底面全体に電極１３が形成される。また、
セラミックス材料または樹脂材料等からなるカバープレ
ート２に、研削または切削加工等によって、インク導入
口２１及びマニホールド２２を作成する。

【０００９】次に、圧電セラミックスプレート１の溝１
５加工側の面とカバープレート２のマニホールド２２加
工側の面とを、エポキシ系接着剤３（図５）等によっ
て、各々の溝１５が前記の形状のインク液室１２を形成
するように接着する。次に、圧電セラミックスプレート
１及びカバープレート２の端面１６に、各インク液室１
２の位置に対応した位置にノズル３２が設けられたノズ
ルプレート３１を接着する。圧電セラミックスプレート
１の溝１５加工側と反対側の面には、各インク液室１２
の位置に対応した位置に導電層のパターン４２が設けら
れた基板４１を、エポキシ系接着剤等によって接着す
る。そして、浅溝１８の底面の電極１３と導電層のパタ
ーン４２を、周知のワイヤボンディングによって導線４
３で接続する。

【００１０】次に、制御部のブロック図を示す図８によ
って、従来例の制御部の構成を説明する。基板４１に設
けられた導電層のパターン４２は各々個々にＬＳＩチッ
プ５１に接続され、クロックライン５２、データライン
５３、電圧ライン５４及びアースライン５５もＬＳＩチ
ップ５１に接続されている。ＬＳＩチップ５１は、クロ
ックライン５２から供給された連続するクロックパルス
に基づいて、データライン５３上に現れるデータから、
どのノズル３２からインク液滴の噴射を行うべきかを判
断し、駆動するインク液室１２内の電極１３に導通する
導電層のパターン４２に、電圧ライン５４の電圧Ｖを印
加する。また、前記インク液室１２以外の電極１３に導
通する導電層のパターン４２にアースライン５５の電圧
０を印加する。

【００１１】次に、プリンタの斜視図を示す図９によっ
て、従来例の構成及び動作を説明する。インク噴射装置
６１及びノズルプレート３１は、図５、図６及び図７で
説明した構成、動作をもつものである。インク噴射装置
６１はキャリッジ６２上に固定され、インク供給チュー
ブ６３はインク供給口２１（図７）に連通し、ＬＳＩチ
ップ５１（図８）はキャリッジ６２に内蔵され、フレキ
シブルケーブル６４は図８に示したクロックライン５
２、データライン５３、電圧ライン５４及びアースライ
ン５５に対応している。キャリッジ６２はスライダ６６
に沿って矢印６５方向に記録紙７１の全幅にわたって往
復移動し、インク噴射装置６１はキャリッジ６２が移動
している時にプラテンローラ７２に保持された記録紙７
１に対して、ノズルプレート３１に設けられたノズル３
２（図７）からインク液滴を噴射し、記録紙７１上にイ
ンク液滴を付着させる。

【００１２】また、記録紙７１はインク噴射装置６１が
インク液滴を噴射しているときは静止しているが、キャ
リッジ６２が往復動作を行う度に紙送りローラ７３及び
７４によって矢印７５方向に一定量ずつ移送される。こ
れによって、インク噴射装置６１は記録紙７１の全面に
所望の文字や画像を形成することが可能となる。

【００１３】このようなインク噴射装置６１では、イン
ク液滴の噴射の際にノズル３２から空気が侵入して、イ
ンク液室１２内に気泡が発生することがあった。この気
泡が発生すると、インク液室１２内のインクに与える圧
力が気泡によって緩衝されて、インク液滴の噴射に大き
な悪影響を与えていた。このため、ノズル３２からイン
クと共に気泡を吸引する吸引動作を行なっていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のインク噴射装置６１では、インク液室１２
が水平方向であり、且つインク液滴の噴射方向が水平方
向であるので、インク液室１２内に気泡が発生すると、
気泡は浮力によりノズル３２より上方へ移動する。気泡
が上方へ移動すると、前記吸引動作を行なっても、イン
ク液室１２内のインクの流れは、周知の放物線流れであ
るので、上方の気泡に加わるインク流れの力が弱く、吸
引することができないことがあった。また、インク液滴
の噴射方向が水平であるので、記録媒体からの跳ね返り
や外乱によってノズルプレート３１にインクが付き易
く、ノズル３２周りにインクが付いた場合、噴射に大き
な悪影響を与える事があった。

【００１５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、ノズル付近にインクが付着する
のを防ぎ、確実に気泡除去が行える、信頼性が高いイン
ク噴射装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１では、インク液滴を噴射するための
ノズルと、前記ノズルに連通するインク液室と、前記イ
ンク液室内に設けられ、インクを噴射するためのエネル
ギーを発生するエネルギー発生手段とを有するインク噴
射装置において、前記ノズルは下向きに設けられ、前記
インク液室内における前記ノズルの上方に対向する位置
に、前記インク液室内と連通してトラップ部が設けら
れ、前記エネルギー発生手段は、前記ノズルと前記トラ
ップ部とを結ぶ前記インク液室の垂直部分の側方に設け
られ、前記トラップ部から気泡を除去する手段がさらに
設けられている。

【００１７】請求項２では、請求項１記載の構成におい
て、前記気泡を除去する手段は、前記トラップ部から前
記インク液室内を負圧にする吸引手段であり、前記トラ
ップ部には弁が設けられ、その弁は、通常閉じられてお
り、前記吸引手段による吸引時に開くことを特徴とす
る。

【００１８】請求項３では、請求項１記載の構成におい
て、前記トラップ部には、インクを透過せず、気体を透
過する半透膜が設けられ、吸引手段により、前記半透膜
を介して前記インク液室内の気体を吸引することを特徴
とする。

【００１９】請求項４では、請求項１記載の構成におい
て、前記インク液室は、前記垂直部分から側方に略水平
に延びる水平部分を有し、該水平部分に前記エネルギー
発生手段が設けられていることを特徴とする。

【００２０】また、請求項５では、インク液滴を噴射す
るため下向きに設けられたノズルと、前記ノズルに連通
するインク液室と、前記ノズルの上方に対向する位置に
設けられ、前記インク液室内と連通したトラップ部と、
前記ノズルと前記トラップ部とを結ぶ前記インク液室の
垂直部分の側方に設けられ、前記インク液室内のインク
を噴射するためのエネルギーを発生するエネルギー発生
手段と、前記トラップ部から前記インク液室内を負圧に
する第１の吸引部材と、前記ノズルから前記インク液室
内を負圧にする第２の吸引部材とを備えたことを特徴と
している。

【００２１】

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置で
は、ノズルから侵入した気泡は、浮力により上方に設け
られたトラップ部に集まり、吸引手段が、インク液室内
を負圧にして気泡を除去する。また、トラップ部からの
上記吸引の一方、ノズル付近のごみ等も、ノズルからの
吸引によって除去する。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。尚、従来技術と同一の部材には同一
の符号を付し、その説明を省略する。

【００２３】まず、インク噴射装置の組立構成図を示す
図２によって、本発明の一実施例の構成を具体的に説明
する。図２に示すように、矢印１５１の方向に分極処理
が施された圧電セラミックスプレート１０１に、薄い円
板状のダイヤモンドブレードを使用した研削加工等によ
って複数の溝１２０及び浅溝１８が形成されている。そ
れら溝１２０は側壁１２２によって隔てられている。ま
た、溝１２０の先端部には先端溝１２４が同様な研削加
工等により形成され、圧電セラミックスプレート１０１
の図１中下面に開口している。そして、側壁１２２上部
から側壁１２２中央部までの両表面には、駆動電圧印加
用の電極１３３が形成されている。また、浅溝１８の内
面にも電極１３３が形成されて、溝１２０の両側壁１２
２の電極１３３は電気的に接続されている。浅溝１８の
電極１３３は基板４１のパターン４２と導線４３によっ
て接続されている。パターン４２はＬＳＩチップ５１
（図８）に連結されている。

【００２４】次に、セラミックス材料または樹脂材料等
からなるカバープレート１０２には、インク導入口１２
６及びマニホールド１２８が形成されている。また、カ
バープレート１０２には、前記溝１２０と同ピッチ、且
つ前記先端溝１２４と対応する位置にトラップ部すなわ
ち気泡貯め溝１３０が形成されており、その気泡貯め溝
１３０には、それぞれに気泡抜き穴１３１が研削加工な
どによって形成されている。

【００２５】圧電セラミックスプレート１０１の溝１２
０が形成された面と、カバープレート１０２の気泡貯め
溝１３０等が形成された面とが、先端溝１２４と気泡貯
め溝１３０とが対応するように、エポキシ系接着剤等を
介して接合される。さらに圧電セラミックスプレート１
０１とカバープレート１０２との側面の内、気泡貯め溝
１３０の露出している面１３７にダミープレート１３５
がエポキシ系接着剤等で接合される。これにより、溝１
２０は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室と
なる。そのインク液室は、長方形断面の水平方向に細長
い形状でありその先端は先端溝１２４で下方に直角に折
れ曲がった形状である。次に、圧電セラミックスプレー
ト１０１及びダミープレート１３５に、各インク液室１
２の位置に対応した位置にノズル１３２が設けられたノ
ズルプレート１４４を接着する。前記インク液室内に
は、ノズル１３２と逆側に気泡貯め溝１３０がある。全
てのインク液室内には、インクが充填される。

【００２６】また、カバープレート１０２の気泡抜き穴
１３１の上に弁手段１３４が接合されている。弁手段１
３４は例えばシリコンゴム等でできており、弾性変形に
より常圧では外界と遮断されていてメンテナンスなどで
数秒単位で圧力が加わると弁手段１３４が開くようにな
っている。弁手段１３４は必要なときに開くようになっ
ておればどの様な構成でも良く、例えば電磁弁なども可
能である。

【００２７】次にメンテナンス機構の構成を図３を用い
て説明をする。プリンターの印字エリアの外にメンテナ
ンス機構は設置されており、ブレード１３６がノズル１
３２表面に接する様に印字エリアに最も近い位置に設け
られている。このブレード１３６よりも外側にノズル吸
引部材１３８がヘッド１１４の下側にある。このヘッド
１１４はノズル１３２が下方を向いている。このノズル
吸引部材１３８とヘッド１１４に対して対称になるよう
に上側に気泡吸引部材１４０がある。ノズル吸引部材１
３８と気泡吸引部材１４０とは吸引ポンプ１４１に接続
されている。さらにノズル吸引部材１３８と気泡吸引部
材１４０は図示しない駆動部材により上下移動が可能な
ようになっている。

【００２８】次に、インク噴射装置の断面図を示す図１
によって、本発明の実施例の動作を説明する。該インク
噴射装置において、所望の印字データに従って印字を行
うと、従来例と同じ機構によりインク液滴の噴射が行わ
れる。ただし噴射方向は溝１２０と先端溝１２４が垂直
に連通している事から、噴射は下向きに行われる。下向
きに噴射された液滴１４２は重力が作用するので記録媒
体からの跳ね返りや外乱によって再びノズルプレート１
４４に付着して、噴射に悪影響を及ぼす事はない。

【００２９】次に気泡が侵入した場合の動きを図１によ
って説明する。ノズル１３２等から気泡１４６が侵入し
た場合、その気泡１４６は浮力によりノズル１３２近辺
から離れ、ノズル１３２真上の気泡貯め溝１３０に集ま
る。

【００３０】そして、気泡１４６の除去やノズル１３２
のクリーニングのためのメンテナンス動作について図３
と図４を用いて説明する。メンテナンス時になると印字
エリアからはずれた位置にあるメンテナンス機構にキャ
リッジ１１６が移動する。このとき、まずノズルプレー
ト１４４がブレード１３６によりクリーニングされる。

【００３１】さらにキャリッジ１１６が移動して所定位
置に来ると図示しないセンサが関知してキャリッジ１１
６が止まり、ノズル吸引部材１３８と気泡吸引部材１４
０がヘッド１１４を挟み込むように図示しない移動手段
により移動される。そして、ノズル吸引部材１３８がノ
ズルプレート１４４に密着し、気泡吸引部材１４０が弁
手段１３４に密着した後、吸引ポンプ１４１が作動す
る。この吸引によりノズル吸引部材１３８からノズル１
３２付近にあったごみ等が除去され、気泡吸引部材１４
０から気泡貯め溝１３０にあった気泡１４６が除去され
る。一定時間吸引した後、ノズル吸引部材１３８と気泡
吸引部材１４０とはヘッド１１４から離れ、キャリッジ
１１６が移動してヘッド１１４を印字エリアに移動して
印字を行なう。これらの動作によりノズル１３２周りの
ゴミの除去とヘッド１１４内の気泡１４６の除去が行わ
れ、印字動作が復帰する。

【００３２】上述したように、本実施例では、ノズル１
３２が下向きであるので、噴射されたインク液滴１４２
は重力が作用するので記録媒体からの跳ね返りや外乱に
よって再びノズルプレート１４４に付着して、噴射に悪
影響を及ぼす事はない。また、ノズル１３２の上方にイ
ンク溜め溝１３０が設けられているので、ノズル１３２
から侵入した気泡１４６は、浮力により上昇して気泡溜
め溝１３０に集められる。このため、吸引ポンプ１４１
によって気泡抜き穴１３１、弁手段１３４、気泡吸引部
材１４０を介してヘッド１１４内から気泡１４６が確実
に除去される。更に、前記インク液室が、長方形断面の
水平方向に細長い形状でありその先端は先端溝１２４で
下方に直角に折れ曲がった形状であるので、ノズル１３
２から気泡溜め溝１３０までの距離を短くすることがで
きる。このため、ノズル１３２と気泡溜め溝１３０との
間で、気泡が壁に付着する可能性が低くなり、気泡除去
を確実に行なうことができる。

【００３３】尚、本実施例では、気泡１４６の除去のた
めに弁手段１３４を開いて吸引を行なっていたが、弁手
段１３４の代わりに、インクを透過せず、且つ気体を透
過する半透膜を設けて気泡除去の吸引を行なってもよ
い。その半透膜としては、シリコン、テフロン、ポリプ
ロピレン、バイトン、高密度ポリエチレン、ポリエステ
ル等が用いられる。

【００３４】また、本実施例では、前記インク液室が、
長方形断面の水平方向に細長い形状でありその先端は先
端溝１２４で下方に直角に折れ曲がった形状であり、そ
の折曲がった先端にノズル１３２が設けられていたが、
直角に折れ曲がった部分を有さない水平のインク液室を
設け、そのインク液室に垂直に、且つ下方向にノズルを
設けてもよい。

【００３５】更に、本実施例では、圧電素子の側壁１１
の変形によってインク液滴を噴射していたが、周知のバ
ブルジェット方式によってインク液滴を噴射させるよう
にしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明した事から明らかなように本発
明のインク噴射装置によれば、ノズルが下向きに設けら
れているので、記録媒体からの跳ね返りなどによるノズ
ルの濡れが防止でき、安定した噴射が可能になる。ま
た、ノズルから侵入した気泡は、浮力により上方に設け
られたトラップ部に集まるので、吸引手段が、インク液
室内を負圧にして、トラップ部から気泡を確実に除去す
ることができる。

【００３７】また、トラップ部からの上記吸引の一方、
ノズル付近のごみ等も、ノズルからの吸引によって除去
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインク噴射装置の断面図で
ある。

【図２】本発明の一実施例のインク噴射装置の組立構成
図である。

【図３】本発明の一実施例のインク噴射装置の斜視図で
ある。

【図４】本発明の一実施例のインク噴射装置のメンテナ
ンス時の説明図である。

【図５】従来例のインク噴射装置の断面図である。

【図６】従来例のインク噴射装置の動作を示す説明図で
ある。

【図７】従来例のインク噴射装置の斜視図である。

【図８】従来例の制御部のブロック図である。

【図９】従来例のプリンタの斜視図である。

【符号の説明】

１２０ 溝 １２２ 側壁 １２４ 先端溝 １３０ 気泡貯め溝 １３１ 気泡抜き穴 １３２ ノズル １３４ 弁手段 １５１ 分極方向

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク液滴を噴射するためのノズルと、
   前記ノズルに連通するインク液室と、前記インク液室内
   に設けられ、インクを噴射するためのエネルギーを発生
   するエネルギー発生手段とを有するインク噴射装置にお
   いて、 前記ノズルは下向きに設けられ、 前記インク液室内における前記ノズルの上方に対向する
   位置に、前記インク液室内と連通してトラップ部が設け
   られ、前記エネルギー発生手段は、前記ノズルと前記トラップ
   部とを結ぶ前記インク液室の垂直部分の側方に設けら
   れ、 前記トラップ部から気泡を除去する手段がさらに設けら
   れている ことを特徴とするインク噴射装置。
2. 【請求項２】 前記気泡を除去する手段は、前記トラッ
   プ部から前記インク液室内を負圧にする吸引手段であ
   り、 前記トラップ部には弁が設けられ、その弁は、通常閉じ
   られており、前記吸引手段による吸引時に開くことを特
   徴とする請求項１記載のインク噴射装置。
3. 【請求項３】 前記トラップ部には、インクを透過せ
   ず、気体を透過する半透膜が設けられ、吸引手段によ
   り、前記半透膜を介して前記インク液室内の気体を吸引
   することを特徴とする請求項１記載のインク噴射装置。
4. 【請求項４】 前記インク液室は、前記垂直部分から側
   方に略水平に延びる水平部分を有し、該水平部分に前記
   エネルギー発生手段が設けられていることを特徴とする
   請求項１記載のインク噴射装置。
5. 【請求項５】 インク液滴を噴射するため下向きに設け
   られたノズルと、 前記ノズルに連通するインク液室と、 前記ノズルの上方に対向する位置に設けられ、前記イン
   ク液室内と連通したトラップ部と、前記ノズルと前記トラップ部とを結ぶ前記インク液室の
   垂直部分の側方に設けられ、前記インク液室内のインク
   を噴射するためのエネルギーを発生するエネル ギー発生
   手段と、 前記トラップ部から前記インク液室内を負圧にする第１
   の吸引部材と、 前記ノズルから前記インク液室内を負圧にする第２の吸
   引部材とを備えたことを特徴とするインク噴射装置。