JP3627501B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタなどのインクジェット記録装置に関するものである。さらに詳しくは、記録ヘッドにおいて圧力発生室を収縮させる振動板の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ノズル開口から記録内容に応じてインク滴を吐出する記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置は、従来、プリンタやファクシミリ等に用いられている。このインクジェット記録装置では、図３に示すように、記録ヘッド１６に複数のノズル１１１が形成されているが、これらのいずれのノズル１１１においても、図６（Ａ）に示すように、ノズル１１１の開口にそれぞれ連通する圧力発生室１１３、およびこの圧力発生室１１３の一壁面を構成する振動板１１６を変形させることにより圧力発生室１１３を収縮させてノズル１１１の開口からインク滴を吐出させる圧電振動子ＰＺＴなどの圧力発生素子を有している。また、複数の圧力発生室１１３に連通して各圧力発生室１１３の膨張時にインクを送り込む共通インク室１１５が構成されている。振動板１１６は、変形を容易とするための肉薄部分１２５が形成されているが、全体として平坦な薄板で構成されている。
【０００３】
このような構成により、図６（Ａ）に示す状態から、圧電振動子ＰＺＴが収縮して、図６（Ｂ）に示すように、振動板１１６が上方に撓んで圧力発生室１１３が膨張すると、矢印Ｒで示すように、共通インク室１１５のインクがインク供給口１１４を経由して圧力発生室１１３に流れ込む。所定時間の経過後に圧電振動子ＰＺＴが伸長して、図６（Ａ）に示すように、振動板１１６が元に戻って圧力発生室１１３が収縮すると、矢印Ｄで示すように、圧力発生室１１３のインクが圧縮されてノズル１１１の開口からインク滴が吐出する。このとき、記録ヘッド１６に形成されている多数のノズル１１１のうち、いずれからインク滴を吐出するかによって所定の文字などを記録する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の記録ヘッド１６では、振動板１１６の内面が平坦面なので、圧力発生室１１３が収縮するときの圧力は、矢印Ｐで示すように、圧力発生室１１３の方（ノズル１１１の開口の方）に作用するとともに、矢印Ｑで示すように、共通インク室１１５にも加わってしまう。その結果、共通インク室１１５を介して、本来ならばインク滴の吐出を今回は行わない他の圧力発生室１１３にも圧力が加わり、わずかではあるが、他のノズル１１１の開口からもインク滴が吐出されてしまうという問題点がある。このようなクロストークの問題は、インクジェット記録装置を用いて凹凸面への印刷を行う場合、あるいは記録ヘッド１６と印刷面とが離れている場合等々、インク滴を遠くまで真っ直ぐに飛翔させるためにインク滴の吐出圧を高めた場合に顕著である。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、基本的な構造を変えることなく、振動板の構造だけを変えることにより、ノズル間でのクロストークの発生を防止することのできるインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室、および該圧力発生室の一壁面を構成する振動板を変形させることにより当該圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口からインク滴を吐出させる圧力発生素子をそれぞれ複数有するとともに、前記複数の圧力発生室に連通して各圧力発生室の膨張時にインクを送り込む共通インク室を有するインクジェット記録装置において、前記振動板には、前記圧力発生室と前記共通インク室との連通部分において、当該共通インク室の方に垂直面を向け、前記圧力発生室の方に斜面を向ける突起が形成され、前記共通インク室から前記圧力発生室へ前記インクが流れ込むように前記振動板が撓み、前記突起の斜面が前記インクを前記圧力発生室へ押し込むように前記振動板を形状復帰させることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、振動板には、共通インク室の方に垂直面を向け、圧力発生室の方（ノズル開口の方）に斜面を向ける突起が形成されているので、圧力発生室を収縮させるように振動板が変形したときに、共通インク室の方では突起の垂直面がインクを剪断するように作用する。従って、圧力発生室を収縮させるように振動板が変形したときでも、共通インク室の方に大きな圧力が伝わらないので、今回はインク滴を吐出しないはずの他のノズルからインク滴が吐出してしまうという不具合（クロストーク）が発生しない。また、クロストークの問題を気にせずに、インク滴の吐出圧を高めることも可能である。また、圧力発生室の方では突起の斜面がインクを圧力発生室に押し込むように作用するので、圧力発生室の収縮（振動板の変形）による圧力がノズルの開口の方に効率よく伝達される。それ故、インク滴の吐出圧を高めることができるので、インク滴を遠くまで真っ直ぐ飛翔させることができるという利点もある。
【０００８】
本発明において、前記突起の斜面は、振動板に対して約４５°の角度をなしていることが好ましい。このように構成すると、突起の斜面は、圧力発生室にインクを大きな力で押し込むように作用するので、圧力発生室の収縮（振動板の変形）による圧力がノズルの開口の方にさらに効率よく伝達され、インク滴の吐出圧を最も高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明を適用したインクジェット記録装置を説明する。ここで、インクジェット記録装置は、記録用紙への記録を行うものとして構成できることは勿論であるが、インクジェット記録装置は媒体に非接触で印刷などを行うことができる等の数々の利点があるので、記録用紙以外の媒体への記録を行うインクジェット記録装置として、ここでは、ＩＣへのマーキング用に構成したものを例に説明する。なお、以下に説明するインクジェット記録装置は、記録ヘッドの基本的な構成が従来のものと共通するので、対応する部分について同一の符号を付して説明する。
【００１０】
（全体構成）
図１は、本発明を適用したインクジェット記録装置の外観図、図２はその記録装置本体内の構成を示す斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、本形態のインクジェット記録装置１は、トレイＴＲの上に配置された複数のＩＣ２の各パッケージ上面２０に検査番号などをマーキングするためのものであり、記録装置本体１０と、トレイＴＲを矢印Ａに示す方向に搬送するトレイ搬送テーブル３とを有している。
【００１２】
図２に示すように、インクジェット記録装置１の記録装置本体１０の内部では、キャリッジ１１がタイミングベルト１２を介してパルスモータ１３に接続され、ガイド部材１４に案内されてトレイＴＲの幅方向に往復動するように構成されている。キャリッジ１１はトレイＴＲと対向する面、この図に示す例では下面にインクジェット式の記録ヘッド１６が取り付けられている。記録ヘッド１６はキャリッジ１１の上部に載置されているインクカートリッジ１７からインクの補給を受けて、キャリッジ１１の移動に合わせて、トレイＴＲの上に配置された各ＩＣ２のパッケージ上面２０にインク滴を吐出してドットを形成し、各ＩＣ２のパッケージ上面２０に検査番号などを印刷する。インクジェット記録装置１の非印刷領域には、キャッピング装置１８が構成され、記録の休止期間中に記録ヘッド１６のノズル開口を封止する一方、印刷動作中に行われるフラッシング動作時に記録ヘッド１６から吐出されるインク滴を受ける。キャッピング装置１８の近傍にはクリーニング装置１９が配置され、このクリーニング装置１９では、記録ヘッド１６の表面をブレードなどでワイピングすることにより、そこに付着したインク滓を拭き取るように構成されている。
【００１３】
なお、使用されるインクは、水、アルコール、トルエン、メチルエチルケトン等の溶媒に、染料または顔料、エチレングリコール等の界面活性剤などを溶解または分散させることにより調製される。さらに、記録ヘッドにヒーター等を付設すれば、ホットメルトインクも使用できる。
【００１４】
（記録ヘッド１６の構成）
図３は、記録ヘッド１６の構成を示す断面図である。
【００１５】
図３に示すように、記録ヘッド１６には、複数のノズル１１１が形成されているが、これらのノズル１１１のいずれにおいても、ノズル１１１の開口にそれぞれ連通する圧力発生室１１３、およびこの圧力発生室１１３の一壁面を構成する振動板１１６を変形させることにより圧力発生室１１３を収縮させてノズル１１１の開口からインク滴を吐出させる圧電振動子ＰＺＴなどの圧力発生素子が構成され、さらに複数の圧力発生室１１３に連通して各圧力発生室１１３の膨張時にインクを送り込む共通インク室１１５が構成されている。
【００１６】
すなわち、図４（Ａ）に示すように、ノズルプレート１１０にはノズル１１１の開口が形成され、流路形成板１１２には、圧力発生室１１３を区画する通孔、圧力発生室１１３に連通するインク供給口１１４を区画する通孔または溝、およびこれらのインク供給口１１４にそれぞれ連通する共通インク室１１５を区画する通孔が形成されている。従って、いずれの圧力発生室１１３も共通インク室１１３を介して連通している。ここで、振動板１１６は、弾性変形可能な薄板から構成され、ピエゾ素子などの圧電振動子ＰＺＴ（圧力発生素子）の先端に当接している。また、振動板１６は、流路形成板１１２を挟んでノズルプレート１１０と液密に一体に固定され、流路ユニット１１８を構成している。振動板１１６は、その変形を容易とするための肉薄部分１２５が形成されている。
【００１７】
このような構成により、図４（Ａ）に示す状態から、圧電振動子ＰＺＴが収縮して、図４（Ｂ）に示すように、振動板１１６が上方に撓んで圧力発生室１１３が膨張すると、矢印Ｒで示すように、共通インク室１１５のインクがインク供給口１１４を経由して圧力発生室１１３に流れ込む。所定時間の経過後に、図４（Ｂ）に示す状態から、圧電振動子ＰＺＴが伸長して、図４（Ａ）に示すように、振動板１１６が元に戻って圧力発生室１１３が収縮すると、圧力発生室１１３のインクが圧縮されて、矢印Ｄで示すように、ノズル１１１の開口からインク滴が吐出する。このとき、記録ヘッド１６に形成されている多数のノズル１１１のうち、いずれからインク滴を吐出するかによって所定の文字などを記録する。
【００１８】
このように構成した記録ヘッド１６において、本形態では、振動板１１６の内面には、共通インク室１１５と連通する側、すなわち、インク供給口１１４付近に、共通インク室１１５の方に垂直面１２１を向け、圧力発生室１１３の方（ノズル１１１の開口の方）に斜面１２２を向ける突起１２０が形成されている。この突起１２０の斜面は、振動板１１６に約４５°の角度をなしている。
【００１９】
このため、本形態の記録ヘッド１６では、図４（Ｂ）に示す状態から図４（Ａ）に示す状態になるとき、すなわち、圧力発生室１１３を収縮させるように振動板１１６が元の形状に復帰したときに、共通インク室１１５の方では突起１２０の垂直面１２１がインクを剪断するように作用する。従って、圧力発生室１１３を収縮させるように振動板１１６が変形したときでも、共通インク室１１５の方に大きな圧力が伝わらないので、今回はインクを吐出しないはずの他のノズル１１１からインク滴を吐出させるようなクロストークが発生しない。
【００２０】
一方、圧力発生室１１３の方では突起１２０の斜面１２２が、矢印Ｐで示すように、インクを圧力発生室１１３に押し込むように作用し、しかも、突起１２０の斜面１２２は、振動板１１６に対して約４５°の角度をなしているので、圧力発生室１１３の収縮（振動板１１６の形状復帰）による圧力がノズル１１１の開口の方に効率よく伝達される。従って、ノズル１１１の開口から高い吐出圧でインク滴を吐出できる。それ故、ＩＣ２のパッケージに対するマーキング等をインクジェット記録装置１で行う際にトレイＴＲ上のＩＣ２のパッケージ上面２０の高さ位置のばらつきを考慮して、ＩＣ２と記録ヘッド１６とが接触しないようにトレイＴＲ上のＩＣ２のパッケージ上面２０からやや離れた位置に記録ヘッド１６を配置しても、本形態の記録ヘッド１６であれば、インク滴の吐出圧が高いので、ノズル１１１から離れた位置にあるパッケージ上面２０にまでインク滴を真っ直ぐ飛翔させることができる。
【００２１】
（インクジェット記録装置の制御系）
図５を参照して、インクジェット記録装置に構成されている制御系の構成を説明する。
【００２２】
図５において、インクジェット記録装置１に構成されている制御装置６０は、ホストからの印刷指令信号や印刷データを受けて、駆動電圧発生回路３１およびヘッド選択回路３２を備える記録ヘッド駆動回路３０を制御するとともに、キャリッジ駆動回路３３なども制御して印刷動作を実行させる。また、制御装置６０は、タイマ手段３４の計時データにより、フラッシング動作を行わせたり、記録ヘッド１６のクリーニング動作を行わせる。
【００２３】
記録ヘッド駆動回路３０において、駆動電圧発生回路３１は、ノズル１１１の開口からインク滴を吐出させるのに必要な電圧値の台形波を発生させるように構成されている。また、ヘッド選択回路３２は、各ノズル１１１毎に構成されたトランジスタＴを制御することにより、複数の圧電振動子ＰＺＴのうち、印刷データに対応する圧電振動子ＰＺＴに駆動電圧発生回路３１の駆動電圧を選択的に印加する。タイマ手段３４には、印刷タイマ３５、休止タイマ３６および電源オフタイマ３８が構成されている。印刷タイマ３５は、印刷動作の継続時間を計時するタイマであり、印刷開始より起動してフラッシング動作によりリセットされる。休止タイマ３６は、主電源ＳＰのオフ後も計時可能なように、一時電源などによりバックアップを受けていて、印刷動作が停止して記録ヘッド１６がキャッピング装置１８により封止された時点で計時を開始し、印刷が開始された時点でリセットされる。電源オフタイマ３８は、電源投入検出手段３９により、電源スイッチＳＷのオフが検出された時点から計時をスタートし、記録ヘッド１６をキャッピング装置１８により封止するのに要する時間の経過後に出力してリレー４０を消勢して装置への主電源ＳＰの供給を遮断する。
【００２４】
（その他の実施の形態）
なお、上記実施の形態では、記録ヘッド１６は、圧電振動子ＰＺＴ等を利用してノズル１１に連通する圧力発生室１１３の容積を変化させてインク滴の吐出を行なう形式のものであったが、電極間に発生する静電気力を利用して振動板を振動させることによりノズルに連通した圧力発生室の容積を変化させてインク滴の吐出を行なう形式のものにも本発明を適用することができる。
【００２５】
また、上記実施の形態では、基板下面に設けたノズル１１１の開口からインク滴を吐出させるフェイスイジェクトタイプであるが、インク滴を基板の端部に設けたノズル開口から吐出させるエッジイジェクトタイプでもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェット記録装置では、振動板には、共通インク室の方に垂直面を向け、圧力発生室の方に斜面を向ける突起が形成されているので、圧力発生室を収縮させるように振動板が変形したときに、共通インク室の方では突起の垂直面がインクを剪断するように作用し、圧力発生室の方では突起の斜面がインクを圧力発生室に押し込むように作用する。従って、圧力発生室を収縮させるように振動板が変形したときでも、共通インク室の方に大きな圧力が伝わらないので、今回はインク滴を吐出しないはずのノズルからインク滴が吐出されてしまうという不具合（クロストーク）が発生しない。また、圧力発生室の方では突起の斜面がインクを圧力発生室に押し込むように作用するので、圧力発生室の収縮（振動板の変形）による圧力がノズルの開口の方に効率よく伝達される。それ故、インク滴の吐出圧を高めることができるので、インク滴を遠くまで真っ直ぐ飛翔させることができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェット記録装置の外観図である。
【図２】図１に示すインクジェット記録装置の本体内の要部を示す斜視図である。
【図３】図１に示すインクジェット記録装置に用いた記録ヘッドを下面側からみたときの斜視図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用したインクジェット記録装置に用いた記録ヘッドの断面図、およびこの記録ヘッドにおいて圧力発生室が膨張したときの断面図である。
【図５】図１に示すインクジェット記録装置に構成されている制御系および駆動系のブロック図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、従来のインクジェット記録装置に用いた記録ヘッドの断面図、およびこの記録ヘッドにおいて圧力発生室が膨張したときの断面図である。
【符号の説明】
１ インクジェット記録装置
２ ＩＣ
３ トレイ搬送テーブル
１０ 記録装置本体
１１ キャリッジ
１６ 記録ヘッド
２０ パッケージ表面
１１０ ノズルプレート
１１１ ノズル
１１２ 流路形成板
１１３ 圧力発生室
１１４ インク供給口
１１５ 共通インク室
１１６ 振動板
１１８ 流路ユニット
１２０ 突起
１２１ 垂直面
１２２ 斜面
１２５ 肉薄部分
ＰＺＴ 圧電振動子（圧力発生素子）
ＴＲ トレイ

Claims (2)

1. ノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室、および該圧力発生室の一壁面を構成する振動板を変形させることにより当該圧力発生室を収縮させて前記ノズル開口からインク滴を吐出させる圧力発生素子をそれぞれ複数有するとともに、前記複数の圧力発生室に連通して各圧力発生室の膨張時にインクを送り込む共通インク室を有するインクジェット記録装置において、
   前記振動板には、前記圧力発生室と前記共通インク室との連通部分において、当該共通インク室の方に垂直面を向け、前記圧力発生室の方に斜面を向ける突起が形成され、前記共通インク室から前記圧力発生室へ前記インクが流れ込むように前記振動板が撓み、前記突起の斜面が前記インクを前記圧力発生室へ押し込むように前記振動板を形状復帰させることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 請求項１において、前記突起の斜面は、前記振動板に対して約４５°の角度をなしていることを特徴とするインクジェット記録装置。

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