JP3760625B2

JP3760625B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP3760625B2
Application number: JP5540898A
Authority: JP
Inventors: 久高田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: JPH11254669A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インクチャンネル内にインクを溜めておき、圧電素子に電圧を印加することにより生じる圧電素子の変形を利用して、インクチャンネル内のインクを加圧することにより、インクチャンネルに連通するノズルからインクを噴射させるインクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
このインクジェットヘッドでは、インクを噴射するインクジェットユニットを複数設けて、記録シートの同じ位置にインクを重ねて記録したり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）などの数色のインクを噴射させて、それらの色を混ぜ合わせることによりフルカラー画像の記録ができるようになっているのが通常である。
【０００４】
ここで図１１から図１３を用いて従来のインクジェットヘッドを説明する。図１１は、従来のインクジェットヘッドにおけるインクジェットユニットのノズルを有する面の一部を示す平面図である。図１２は図１１のＦ−Ｆ線断面図であり、図１３は図１２のＧ−Ｇ線断面図であり、図１４は図１１のＨ−Ｈ線断面図である。なお、図中において同一符号は同一または相当する部材を示す。
【０００５】
これらの図を参照して、インクジェットユニット２００は、チャンネルプレート３０１、隔壁３０３、個別電極側配線部３１８、振動板３０５、共通電極側配線部３１７、基板３０７とを一体に重ねて、ノズルプレート３０６を横（図１２の左側方向）から貼り付けた構成となっている。
【０００６】
チャンネルプレート３０１と隔壁３０３の間には、インクを収容する複数のインクチャンネル３１１と、各インクチャンネル３１１をインク共通室３１３に連結するインレット３１５と、インレット３１５を介してインクチャンネル３１１にインクを供給するインク共通室３１３とが形成されている。インク共通室３１３は図示しないインクタンクに連結されており、インクタンクよりインクの供給を受ける。
【０００７】
振動板３０５には、各インクチャンネル３１１に対応した駆動用圧電素子３１９と圧電素子柱部３２１が含まれ、駆動用圧電素子３１９と圧電素子柱部３２１とはセパレート溝３２０によって分離される。
【０００８】
基板３０７と駆動用圧電素子３１９との間の共通電極側配線部３１７は、アースに接続され、隔壁３０３と駆動用圧電素子３１９との間の個別電極側配線部３１８は、ヘッド吐出駆動部に接続される。この共通電極側配線部３１７は、駆動用圧電素子３１９内の共通電極に接続され、個別電極側配線部は駆動用圧電素子３１９内の個別電極に接続される。
【０００９】
このような構成のインクジェットユニットの動作は、インクジェットプリンタの制御部によってコントロールされ、共通電極側配線部３１７と個別電極側配線部３１８との間に電圧が印加され、駆動用圧電素子３１９は隔壁３０３を押す方向に変形する。駆動用圧電素子３１９の変形は隔壁３０３に伝えられ、これによりインクチャンネル３１１内のインクが加圧され、ノズル３１２を介してインクドロップが記録シートに向かって飛翔する。
【００１０】
インクジェットヘッドの性能を向上させるために、インクジェットユニット３００を２つ用いてノズルを千鳥配列にする方法が知られている。これは、２つのインクジェットユニット３００をノズル間隔の半分だけずらして配列するもので、ノズルを千鳥配列にすることでノズル密度を倍にするものである。
【００１１】
図１５に２つのインクジェットユニット３００を用いてノズルを千鳥配列にした場合のインクジェットヘッドのノズルを有する面の平面図を示す。これによれば、たとえば、ノズル密度が１８０［ｄｐｉ］のインクジェットヘッドを２つ用いれば、ノズル密度３６０［ｄｐｉ］のインクジェットヘッドとすることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インクジェットヘッドの性能を向上させるためには、記録シートに印刷されるドットのきめを細かくするためにノズルの間隔を狭めてノズル密度を高める必要がある。上述のインクジェットユニット３００のノズル密度を高めるには、インクチャンネル３１１の容積を確保する必要性や、振動板３０５の加工の困難性などから構造上の問題があった。
【００１３】
またインクジェットユニット３００を２つ用いてノズルを千鳥配列にする方法では、単純にインクジェットユニット３００を２つ用いるだけなので、インクジェットヘッドが大きくなると同時に重量も増すといった問題があった。インクジェットヘッドは、記録中に記録媒体上を移動するので、移動させる機構を簡素化するために小型化、軽量化が要求される。
【００１４】
本発明は、係る問題点を解決するためになされたもので、その目的は大型化することなくノズル密度を高めたインクジェットヘッドを提供することである。
【００１５】
さらに本発明は、構造が簡単で製造が容易なインクジェットヘッド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】
本発明のある局面によると、第１の面上に設けられた複数の第１駆動部と、第１の面に対向して設けられた第２の面上に設けられた複数の第２駆動部と、複数の第１駆動部に各々対応して第２の面とは反対の面側に設けられ、複数の第１駆動部により駆動される複数の第１インクチャネルと、複数の第２駆動部に各々対応して第１の面とは反対の面側に設けられ、複数の第２駆動部により駆動される複数の第２インクチャネルと、を有することを特徴とする。
【００１７】
この発明に従うと、大型化することなくノズル密度を高めたインクジェットヘッドを提供することができる。
【００１８】
さらに好ましくは、面上にそれぞれ設けられた複数の駆動部は、１つの振動板として一体に形成され、１つの振動板は、電極が形成され、複数の駆動部として動作する部分と、電極が形成されないことによって複数の駆動部のそれぞれを分割する部分とを有することを特徴とする。
【００１９】
この発明に従うと、さらに、構造が簡単で製造が容易なインクジェットヘッドを提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態におけるインクジェットヘッドについて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの概要構成を示す斜視図である。
【００２２】
インクジェットプリンタ１は、用紙やプラスチック薄板などの記録媒体である記録シート２と、インクジェット方式のプリンタヘッドであるインクジェットヘッド３と、インクジェットヘッド３を保持するキャリッジ４と、キャリッジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させるための摺動軸５、６と、キャリッジ４を摺動軸５、６に沿って往復駆動させる駆動モータ７と、駆動モータ７の回転をキャリッジの往復運動に変えるためのタイミングベルト９と、アイドルプーリ８とを含んでいる。
【００２３】
また、インクジェットプリンタ１は、記録シート２を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねるプラテン１０と、プラテン１０との間で記録シート２を抑えることにより記録シート２の浮きを防止する紙押さえ板１１と、記録シート２を排出するための排出ローラ１２と、拍車ローラ１３と、プリンタヘッド３のインクを吐出するノズル面を洗浄しインク吐出量を良好な状態に回復させる回復系１４と、記録シート２を手動で搬送するための紙送りノブ１５とを含んでいる。
【００２４】
記録シート２は、手差しあるいはカットシートフィーダなどの給紙装置によって、インクジェットヘッド３とプラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。この際、図示しない紙送りローラの回転量が制御され、記録部への搬送が制御される。
【００２５】
インクジェットヘッド３には圧電素子（ＰＺＴ）が用いられる。圧電素子には、電圧が印加され、歪みが生じる。この歪みは、インクで満たされたインクチャンネルの容積を変化させる。この容積変化によりインクチャンネルに設けられたノズルからインクが吐出され、記録シート２への記録が行なわれる。これについては、後で詳しく述べる。
【００２６】
キャリッジ４は駆動モータ７、アイドルプーリ８、およびタイミングベルト９により、記録シート２を桁方向（記録シート２を横切る方向）に主走査し、キャリッジ４に取付けられたインクジェットヘッド３は１ライン分の画像を記録する。１ラインの記録が終わるごとに、記録シート２は縦方向に送られ、副走査されて次のラインが記録される。
【００２７】
記録シート２にはこのようにして画像が記録される。記録部を通過した記録シート２は、その搬送方向下流側に配置された排出ローラ１２と、これに圧接される拍車ローラ１３とによって排出される。
【００２８】
図２は、インクジェットプリンタ１の制御部の概要構成を示すブロック図である。
【００２９】
インクジェットプリンタ１の制御部は、ＣＰＵ１０１と、ＲＡＭ１０２と、ＲＯＭ１０３と、データ受信部１０４と、ヘッド吐出駆動部１０５と、ヘッド移動駆動部１０６と、紙送り駆動部１０７と、回復系モータ駆動部１０８と、各種センサ部１０９とを含んでいる。
【００３０】
全体を制御するＣＰＵ１０１は、必要に応じてＲＡＭ１０２を用い、ＲＯＭ１０３に記憶されているプログラムを実行する。このプログラムには、データ受信部１０４から読込まれる画像データに基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５、ヘッド移動駆動部１０６、紙送り駆動部１０７、各種センサ部１０９を制御し、記録シート２上に画像を記録するための部分と、必要なときに回復系モータ駆動部１０８、各種センサ部１０９を制御し、インクジェットヘッド３のノズル面を良好な状態に回復させるための部分とが含まれる。
【００３１】
データ受信部１０４はホストコンピュータなどに接続され、記録すべき画像データを受信する。
【００３２】
ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５は、インクジェットヘッド３の圧電素子を駆動し、ヘッド移動駆動部１０６はインクジェットヘッド３を保持するキャリッジ４を桁方向に移動させる駆動モータ７を駆動し、紙送り駆動部１０７は紙送りローラを駆動する。また、ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、回復系モータ駆動部１０８は、インクジェットヘッド３のノズル面を良好な状態に回復させるために必要なモータなどを駆動する。
【００３３】
図３〜図８は、インクジェットヘッド３のインクジェットユニット２００の構成を説明するための図である。図３は、インクジェットユニット２００のノズル２１２を有する面の一部を示す平面図である。図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図３のＢ−Ｂ線断面図、図６は図３のＣ−Ｃ線断面図である。図７は図４のＤ−Ｄ線断面図、図８は図４のＥ−Ｅ線断面図である。
【００３４】
インクジェットユニット２００は、チャンネルプレート２０１と２０２、隔壁２０３と２０４、振動板２０５とを一体に重ね、ノズルプレート２０６を横（図４左方向）から貼り合わせた構成となっている。
【００３５】
ノズルプレート２０６は、ニッケルなどの金属またはポリイミドなどの合成樹脂などからなり、ノズル２１２を有する。
【００３６】
ノズル２１２は、ノズルプレート２０６がニッケルなどの金属の場合は電気鋳造またはプレス加工により、ノズルプレート２０６がポリイミドなどの合成樹脂の場合はレーザ加工により、穴開け加工される。ノズル２１２の内径は、飛翔させるインクドロップの径によって決められるものであるが、本実施の形態では２５［μｍ］とした。
【００３７】
チャンネルプレート２０１と２０２は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）あるいはニッケル（Ｎｉ）をエッチングすることにより、複数のインクチャンネル２１１とインク共通室２１３，２１４と、各インクチャンネル２１１をインク共通室２１３，２１４に連結するインレット２１５を形成する。このときインクチャンネル２１１とインク共通室２１３，２１４の深さは、インクチャンネル２１１内に加える圧力などにより決められるが、本実施の形態では２００［μｍ］とした。
【００３８】
隔壁２０３，２０４は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）あるいはニッケル（Ｎｉ）で、厚さ約１０［μｍ］の薄膜である。
【００３９】
振動板２０５には、各インクチャンネル２１１に対応した複数の駆動用圧電素子２１９と、共通電極側配線部２１７と個別電極側配線部２１８とを含む。振動板２０５の加工は、まず、隔壁２０３上に形成された共通電極側配線部２１７に圧電素子が固定され、その後ダイサ加工によりセパレート溝２２０が形成されて圧電素子が分断される。そして個別電極側配線部２１８が形成されることにより行なわれる。
【００４０】
また、この分断によって、各インクチャンネル２１１に対応する駆動用圧電素子２１９と、これらを囲む壁２１６とが分離される。
【００４１】
共通電極側配線部２１７は、一端をインクジェットユニット２００内のすべての駆動用圧電素子２１９に共通のアースに接続され、他端をすべての駆動用圧電素子２１９内の共通電極に接続される。個別電極側配線部２１８は、一端をインクジェットプリンタ１のヘッド吐出駆動部１０５に接続され、他端を各駆動用圧電素子２１９内の個別電極に接続される。
【００４２】
チャンネルプレート２０１，２０２、隔壁２０３，２０４、振動板２０５、ノズル２１２とはインクに侵されない接着剤（ＡＺ−１５など）にて貼り合わされ、ノズルプレート２０６が、ノズル２１２をインクチャンネル２１１の位置に合わせて貼り付けられる。本実施の形態での接着層の厚みは約２〜３［μｍ］である。
【００４３】
このような構成のインクジェットユニット２００の動作は、インクジェットプリンタ１のヘッド吐出駆動部１０５によって制御される。ヘッド吐出駆動部１０５からは、共通電極側配線部２１７と個別電極側配線部２１８との間に、印字信号である所定の電圧が印加され、駆動用圧電素子２１９は隔壁２０３または２０４を押す方向に変形する。駆動用圧電素子２１９の変形は、隔壁２０３または２０４に伝えられ、これによりインクチャンネル２１１内のインクが加圧され、ノズル２１２を介してインクドロップが記録シート２に向かって飛翔する。
【００４４】
図６を参照して、インク共通室２１４は図示しないインクタンクに接続されており、インクタンクによりインクが供給される。インク共通室２１４内のインクは、インレット２１５を介してインクチャンネル２１１へと供給される。チャンネルプレート２０１にあるインク共通室２１３も同様に、インクタンクに接続されている。
【００４５】
図７を参照して、駆動用圧電素子２１９は、隔壁２０３に接して一列に配列されている。チャンネルプレート２０１に形成されたインクチャンネル２１１は、隔壁２０３から見て駆動用圧電素子２１９と反対側に配列されている。チャンネルプレート２０２に形成されたインクチャンネル２１１は、隔壁２０３から見て駆動用圧電素子２１９と同じ側に配列されている。また、チャンネルプレート２０１に形成されたインクチャンネル２１１に対応する駆動用圧電素子２１９と、チャンネルプレート２０２側のインクチャンネル２１１に対応する駆動用圧電素子２１９とが交互に配列されている。
【００４６】
換言すれば、インクジェットユニット２００は、隣り合う駆動用圧電素子２１９が、異なるチャンネルプレート２０１，２０２に形成されたインクチャンネル２１１に対応するように、駆動用圧電素子２１９とインクチャンネル２１１が配列されている。
【００４７】
従来、柱部材として用いられていた圧電素子を、インクチャンネル２１１内のインクを加圧するための駆動用の圧電素子として用いて、スペースを削減した構成となっている。
【００４８】
ここで、駆動用圧電素子２１９の変形により生じる反力について説明する。駆動用圧電素子２１９が変形してノズルプレート２０１側のインクチャンネル２１１内のインクを加圧する場合に、隔壁２０３を押すが、その反力が隔壁２０４に作用する。隔壁２０４を支えるチャンネルプレート２０２は、反力が作用する位置にインクチャンネル２１１が形成されておらず、部分的に厚くなっている。したがって、チャンネルプレート２０２によって反力を支えるのに十分な剛性を保つことができる。
【００４９】
駆動用圧電素子２１９が変形してチャンネルプレート２０２側のインクチャンネル２１１内のインクを加圧する場合も同様に、チャンネルプレート２０１の反力が作用する位置にインクチャンネル２１１が形成されていないので、反力を支えるのに十分な剛性を保つことができる。
【００５０】
さらに、チャンネルプレート２０１，２０２の振動板２０５と反対側の面２２３を別の部材、たとえば他のインクジェットユニット２００などで固定すれば、チャンネルプレート２０１，２０２の変形を防止できる。これによりチャンネルプレート２０１，２０２の変形により生じるクロストークを確実に防止することができる。
【００５１】
本実施の形態で示したインクジェットヘッド３は、インクジェットユニット２００を上述のごとく構成したので、従来のインクジェットヘッドのインク飛翔性能を維持しつつ、ノズル密度を倍にすることができ、かつ、小型化することができる。また、圧電素子を柱部材として用いないので、圧電素子を有効に利用することができ材料コストの削減ができる。
【００５２】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態におけるインクジェットヘッド３は、第１の実施の形態におけるインクジェットヘッド３のインクジェットユニット２００に複数ある駆動用圧電素子２１９を１つにした形態である。第２の実施の形態においては、駆動用圧電素子２１９を除いて第１の実施の形態と同じなので、ここでは説明を繰返さない。
【００５３】
図９は、第２の実施の形態におけるインクジェットヘッド３のインクジェットユニット２００の断面図である。
【００５４】
図を参照して、振動板２０５は、圧電素子を積層して作られたもので、電極を圧電素子の間に入れて積層した電極部２２１と、電極を入れずに圧電素子を積層した空隙部２２２とからなる。空隙部と電極部とは、交互に配列され、空隙部は電極部を分割する。振動板２０５は電極部２２１と空隙部２２２との間にセパレート溝を有しない。電極部２２１は、インクチャンネル２１１に対向する位置にあり、電極部２２１の間に空隙部２２２が設けられる。
【００５５】
図１０は、図９のＩ−Ｉ線断面の一部を示す図であり、振動板２０５の電極部２２１の断面を示す図である。図を参照して、駆動用圧電素子２１９は、極性が逆になるように交互に積層されている。そして駆動用圧電素子２１９の間には、共通電極２２４と個別電極２２５とが交互に入り込んでおり、共通電極２２４は共通電極側配線部２１７に、個別電極２２５は個別電極側配線部２１８に接続されている。なお、空隙部２２２には、共通電極２２４と個別電極２２５が積層されていない。
【００５６】
このように振動板２０５を構成したので、共通電極側配線部２１７と個別電極側配線部２１８との間に電圧を印加すると、電極部２２１のみが圧電効果により変形し、空隙部２２２は変形しない。
【００５７】
したがって、電極部２２１の変形により隔壁２０３または隔壁２０４を押す方向に力が加えられ、隔壁２０３または隔壁２０４が変形する。これによりインクチャンネル２１１内のインクが加圧されノズル２１２を介してインクドロップが記録シート２に向かって飛翔する。
【００５８】
本実施の形態におけるインクジェットヘッド３によると、第１の実施の形態で示したインクジェットヘッド３と同様の効果の他に、次の効果を奏することができる。
【００５９】
本実施の形態におけるインクジェットヘッド３は、電極部２２１と空隙部２２２とがセパレート溝で分離されていないので、空隙部２２２が隔壁２０３と２０４との間の距離を維持する役割を果たす。これにより空隙部２２２に隣接する電極部２２２１の変形によるチャンネルプレート２０１またはチャンネルプレート２０２の変形を防止することができる。
【００６０】
また、電極部２２１と空隙部２２２とをセパレート溝で分離する必要がないので、インクジェットヘッド３を単純な構造とすることができるとともに、インクジェットヘッド３を容易に製造することができる。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの回路構成を示す斜視図である。
【図２】図１のインクジェットプリンタの制御回路のブロック図である。
【図３】インクジェットユニット２００の平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】図４のＥ−Ｅ線断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるインクジェットヘッドのインクジェットユニットの断面図である。
【図１０】振動板の断面図である。
【図１１】従来のインクジェットユニットの平面図である。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１３】図１２のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１４】図１１のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１５】従来のインクジェットユニットを２つ用いてノズル密度を２倍にしたときの平面図である。
【符号の説明】
２００インクジェットユニット
２０１，２０２チャンネルプレート
２０３，２０４隔壁
２０５振動板
２０６ノズルプレート
２１１インクチャンネル
２１２ノズル
２１９圧電素子
２２１電極部
２２２空隙部

Claims

第１の面上に設けられた複数の第１駆動部と、
第１の面に対向して設けられた第２の面上に設けられた複数の第２駆動部と、
複数の第１駆動部に各々対応して第２の面とは反対の面側に設けられ、複数の第１駆動部により駆動される複数の第１インクチャネルと、
複数の第２駆動部に各々対応して第１の面とは反対の面側に設けられ、複数の第２駆動部により駆動される複数の第２インクチャネルと、
を有するインクジェットヘッド。
前記面上にそれぞれ設けられた複数の駆動部は、１つの振動板として一体に形成され、１つの振動板は、電極が形成され、前記複数の駆動部として動作する部分と、電極が形成されないことによって前記複数の駆動部のそれぞれを分割する部分とを有する、請求項１に記載のインクジェットヘッド。