JP4013627B2 - 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、インクジェット記録装置に関し、特にインクジェットヘッドのノズルを保護するキャップの形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の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は、インクジェットヘッドのノズルからインクを吐出して記録媒体上に印刷を行うものであるが、不使用時にノズル内のインクが乾燥しないようにノズルをキャップで覆ったり、あるいはノズル内の不良インクを排出するためにノズルをキャップで覆って吸引することが行われている。
【０００３】
インクジェットヘッドは、後述する本発明の実施の形態において説明するように、複数のノズルに連通する各圧力室にインクを分配供給するための共通インク室が圧力室よりもノズル側に位置している。このため、キャップがノズルを覆ったとき、共通インク室を形成する壁面に当接すると、その壁面がキャッピング圧力に耐えられず、共通インク室側に凹んでしまう。
【０００４】
これを解消するために、従来では、例えば図１３に示すように、複数のノズル１１５よりも外で共通インク室１１２よりも内側の位置にキャップ１８１が当接するようにして、キャッピング圧力に共通インク室１１２が影響を受けないようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、キャップ１８１が当接する位置は、組み立てずれ等により、ある程度ずれるため、キャップ１８１の内側寸法をノズルぎりぎりにはできないし、またそのキャップ１８１の内側寸法を余裕を持って設計すると、わずか位置がずれても共通インク室１１２の壁面を押圧してしまう。従って、これを解消するには、共通インク室１１２とノズル１１５との間隔を広くする必要があるが、そうすると、インクジェットヘッドの外形寸法が大きくなってしまう。また、インクジェットヘッドの外形寸法を小型化しようとすると、共通インク室１１２の容積を確保することが出来ないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、共通インク室の容積を確保したまま、インクジェットヘッドの小型化を図ることができるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明のインクジェット記録装置は、外部に開口する複数のノズルと、当該複数のノズルのそれぞれにインクをそれぞれ供給するための複数の圧力室と、当該複数の圧力室にそれぞれ開口されたインク供給孔を介し、インク供給源から前記インクを前記複数の圧力室に分配する共通インク室と、前記圧力室のそれぞれに前記インクを吐出させるための圧力をそれぞれ与える複数の圧力発生部を備えたアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、当該インクジェットヘッドの前記ノズルの開口するノズル開口面に対し、前記複数のノズルを覆うように当接するキャップとを備えたインクジェット記録装置であって、前記ノズル開口面は、前記共通インク室を形成する壁の壁面を含んで１つの面をなすように形成されており、前記インクジェットヘッドの前記共通インク室は、前記複数の圧力室よりも前記ノズル開口面側に配置され、かつ前記複数のノズルの列設方向と略平行な方向に延設され、前記キャップは、前記ノズル開口面に当接して前記複数のノズルを覆う環状の周壁を有するとともに、前記周壁が前記ノズル開口面に対して当接する際に、その一部分が前記壁面に対して当接するように構成されており、前記周壁の前記壁面に当接する部分の形状は、前記ノズル開口面と平行な面内で前記共通インク室の延設方向と略直交する方向において前記周壁自身の幅より大きい所定幅をもつ波状に形成されていることを特徴とする構成となっている。
【０００８】
この構成のインクジェット記録装置では、共通インク室の対向部分のノズル開口面に対して当接するキャップの部分の形状を、ノズル開口面と平行な面内で共通インク室の延設方向と略直交する方向においてノズル開口面に当接して複数のノズルを覆う環状の周壁自身の幅より大きい所定幅をもつ波状に形成することで、インクジェットヘッドにキャップをする場合に、キャップからその当接部分を介して共通インク室にかかる圧力を分散することができる。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したインクジェット記録装置の一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、インクジェット記録装置の一例であるインクジェットプリンタ１００の全体の構成について説明する。図１は、本実施の形態のインクジェットプリンタ１００の斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、このインクジェットプリンタ１００は、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のカラーインクがそれぞれ充填されるインクカートリッジ６１と、図中矢印Ｂ方向に搬送される用紙６２に印刷するための圧電式インクジェットヘッド６を備えたヘッドユニット６３と、インクカートリッジ６１およびヘッドユニット６３が搭載されるキャリッジ６４と、このキャリッジ６４を用紙６２の搬送方向と直交する方向に往復移動させる駆動ユニット６５と、キャリッジ６４の往復移動方向に延び、圧電式インクジェットヘッド６と対向配置されるプラテンローラ６６と、パージ装置６７とを備えている。
【００１３】
駆動ユニット６５は、キャリッジ６４の下端部に配置されたプラテンローラ６６と平行に延びるキャリッジ軸７１と、キャリッジ６４の上端部に配置されキャリッジ軸７１と平行に延びるガイド板７２と、そのキャリッジ軸７１とガイド板７２との間であって、キャリッジ軸７１の両端部に配置される２つのプーリ７３，７４と、これらプーリ７３，７４の間に掛け渡されるエンドレスベルト７５とを備えている。一方のプーリ７３が、モータ７６の駆動により正逆回転されると、そのプーリ７３の正逆回転に伴って、エンドレスベルト７５に接合されているキャリッジ６４が、キャリッジ軸７１およびガイド板７２に沿って、直線方向に往復移動されるようになっている。
【００１４】
用紙６２は、インクジェットプリンタ１００の側方に設けられた給紙カセット（図示外）から給紙され、圧電式インクジェットヘッド６と、プラテンローラ６６との間に導入されて、圧電式インクジェットヘッド６から吐出されるインクにより所定の印刷がなされ、その後、排紙される。尚、図１において、用紙６２の給紙機構および排紙機構の図示を省略している。
【００１５】
パージ装置６７は、プラテンローラ６６の側方に設けられ、ヘッドユニット６３がリセット位置にあるときに、圧電式インクジェットヘッド６と対向するように配置されている。このパージ装置６７は、圧電式インクジェットヘッド６の後述する複数のノズル１５を覆うように、その開口面に対し当接するキャップ８１と、ポンプ８２と、カム８３と、インク貯留部８４とを備えている。そして、ヘッドユニット６３がリセット位置にあるときに、圧電式インクジェットヘッド６のノズル１５をキャップ８１で覆い、圧電式インクジェットヘッド６の内部に溜まる気泡などを含んだ不良インクを、カム８３の駆動によってポンプ８２が吸引動作をすることで、圧電式インクジェットヘッド６の回復を図るようになっている。吸引された不良インクは、インク貯留部８４に貯められる。
【００１６】
次に、図２〜図５を参照して、ヘッドユニット６３の構造について説明する。図２は、ヘッドユニット６３を倒立させて見た斜視図である。図３は、図２のヘッドユニット６３の分解斜視図である。図４は、上方から見たヘッドユニット６３の分解斜視図である。図５は、ヘッドユニット６３の底面図である。
【００１７】
図２〜図５に示すように、用紙６２に沿って走行するキャリッジ６４に搭載されるヘッドユニット６３は、上面開放の略箱状に形成されており、その上方から４つのインクカートリッジ６１を着脱自在に装着できるカートリッジ搭載部３を有し、このカートリッジ搭載部３の一側部位３ａには、各インクカートリッジ６１のインク放出部（図示外）に接続可能なインク供給路４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄがヘッドユニット６３の底板５の下面まで連通している。尚、このカートリッジ搭載部３の一側部位３ａの上面には、各インクカートリッジ６１のインク放出部（図示外）と密接できるようにしたゴム製等のパッキン（図示外）が配置されている。
【００１８】
底板５は、カートリッジ搭載部３から一段下に突出するようにして水平状に形成され、図３，図５に示すように、底板５の下面側には、圧電式インクジェットヘッド６を２つ並列させて配置するための２つの支持部８が段付き状に形成されている。各支持部８には、ＵＶ接着剤にて固定するための複数の空所９ａ，９ｂが上下に貫通するように形成されている。
【００１９】
各支持部８の一端には、インク供給路４ａ〜４ｄを介してインクカートリッジ６１と連通する連通部４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄが設けられており、この連通部４６ａ〜４６ｄの外周には、平面視、８の字状等の嵌合溝４８が凹設されている。この嵌合溝４８には、リング状のゴム製等のパッキン４７が挿入されており、圧電式インクジェットヘッド６が支持部８に接着固定されたとき、このパッキン４７の先端が後述する圧電式インクジェットヘッド６のインク供給口１９ａ（図８参照）の外周へ押圧され、このインク供給口１９ａとの当接箇所が密閉されるのである。
【００２０】
そして、接着固定された圧電式インクジェットヘッド６を保護するための保護カバー４４が、圧電式インクジェットヘッド６の固定された底板５を覆うように取り付けられる。この保護カバー４４には、圧電式インクジェットヘッド６のノズル１５が露出されるように、保護カバー４４の長手方向に沿って２つの楕円形状の開口が設けられている。さらに、長手方向の両端部は略コの字状に折り曲げられており、保護カバー４４が固定されたとき、この折り目に沿うように、圧電式インクジェットヘッド６のフレキシブルフラットケーブル４０がヘッドユニット６３の上方に折り曲げられて固定されるようになっている。
【００２１】
次に、図６〜図１０を参照して、圧電式インクジェットヘッド６の構造について説明する。図６は、圧電式インクジェットヘッド６の分解斜視図である。図７は、圧電式インクジェットヘッド６の側方断面図である。図８は、キャビティプレート１０の分解斜視図である。図９は、キャビティプレート１０の要部を拡大した分解斜視図である。図１０は、圧電アクチュエータ２０の要部を拡大した分解斜視図である。
【００２２】
図６，図７に示すように、圧電式インクジェットヘッド６は、複数枚の積層型のキャビティプレート１０と、キャビティプレート１０に対して接着剤または接着シートを介して接着・積層されるプレート型の圧電アクチュエータ２０と、その上面に、外部機器との電気的接続を行うためのフレキシブルフラットケーブル４０とが接着剤にて重ね接合されて構成されており、最下層のキャビティプレート１０の下面側に開口されたノズル１５から下向きにインクが吐出するようになっている。
【００２３】
次に、図８に示すように、キャビティプレート１０は、ノズルプレート１１と、二枚のマニホールドプレート１２と、スペーサプレート１３と、ベースプレート１４との五枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね積層した構造となっている。本実施の形態では、これらの各プレート１１〜１４は、４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）製で、５０μm〜
１５０μm程度の厚さを有している。
【００２４】
また、図９に示すように、ベースプレート１４には、長手方向の中心線１４ａ，１４ｂに対して直交する方向に延びる細幅の複数の圧力室１６が２列の千鳥状配列で穿設されている。また、各圧力室１６に対応して、それぞれの圧力室１６よりもベースプレート１４の短手方向の両端側の位置にインク供給孔１６ｂがそれぞれ穿設されており、その間に凹設された絞り部１６ｄによって、各圧力室１６と各インク供給孔１６ｂとがそれぞれ接続されている。各インク供給孔１６ｂは、スペーサプレート１３の短手方向における左右両側部位に穿設された各インク供給孔１８を介して、マニホールドプレート１２における共通インク室１２ａ，１２ｂに連通している。ここで、各絞り部１６ｄにおけるインクが流れる方向と直交する方向の断面積は、各圧力室１６における同方向の断面積より小さい構造となっている。これは、絞り部１６ｄの断面積を小さくすることにより、流路抵抗を増すためである。また、各圧力室１６の一端部１６ａは、ノズルプレート１１における千鳥状配列のノズル１５に、スペーサプレート１３および二枚のマニホールドプレート１２に、同じく千鳥状配列で穿設されている微小径の貫通孔１７を介して連通している。
【００２５】
そして、図８に示すように、ベースプレート１４およびスペーサプレート１３には、インクカートリッジ６１からインクをマニホールドプレート１２における共通インク室１２ａ，１２ｂに供給するためのインク供給口１９ａ，１９ｂが、それぞれ穿設されている。二枚のマニホールドプレート１２には、ノズルプレート１１における複数のノズル１５のなす列を挟んでその列とほぼ平行に共通インク室１２ａ，１２ｂが２つ設けられている。共通インク室１２ａ，１２ｂは各マニホールドプレート１２をそれぞれ貫通して形成されており、一方の共通インク室１２ａは２列の圧力室１６のうち１列の圧力室１６に連通し、他方の共通インク室１２ｂは他方の列の圧力室１６に連通している。この共通インク室１２ａ，１２ｂは、ベースプレート１４における複数の圧力室１６がなす面と平行な面内に位置し、かつ、この複数の圧力室１６よりも、ノズルプレート１１側に位置している。
【００２６】
また、共通インク室１２ａ，１２ｂは、インク供給口１９ａ，１９ｂから離れた端部（Ｃ部）において、インク供給口１９ａ，１９ｂから離れる方向に、その断面積が一定割合で減少する形状となっている。これは、共通インク室１２ａ，１２ｂの端部（Ｃ部）に溜まりやすい残留気泡を排出しやすいようにするためである。この共通インク室１２ａ，１２ｂは、二枚のマニホールドプレート１２に対するノズルプレート１１およびスペーサプレート１３の積層により密閉される構造になっている。
【００２７】
ノズルプレート１１には、微小径（本実施例では、２５μｍ程度）の複数のインク吐出用のノズル１５が、ノズルプレート１１における長手方向の中心線１１ａ，１１ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列で穿設されている。そして、それぞれのノズル１５は、マニホールドプレート１２の貫通孔１７のそれぞれに対応している。
【００２８】
図１０に示すように、圧電アクチュエータ２０は、二枚の圧電シート２１，２２と、一枚の絶縁シート２３とを積層した構造である。最下段の圧電シート２１の上面には、キャビティプレート１０における各圧力室１６毎に対応した細幅の複数の駆動電極２４が、千鳥状配列で設けられている。また、各駆動電極２４の一端部２４ａは、圧電アクチュエータ２０の表裏面２０ａ，２０ｂと直交する左右側面２０ｃに露出するように形成されている。
【００２９】
次段の圧電シート２２の上面には、複数の圧力室１６に対して共通のコモン電極２５が設けられている。コモン電極２５の一端部２５ａも、各駆動電極２４の一端部２４ａと同様、左右側面２０ｃに露出するように形成されている。各駆動電極２４とコモン電極２５とに挟まれる圧電シート２２におけるそれぞれの領域は、各圧力室１６毎に対応した圧力発生部となる。最上段の絶縁シート２３の上面には、各駆動電極２４の各々に対する表面電極２６と、コモン電極２５に対する表面電極２７とが、左右側面２０ｃに沿って並ぶように設けられている。
【００３０】
また、左右側面２０ｃには、各駆動電極２４の一端部２４ａに第１の凹み溝３０が、コモン電極２５の一端部２５ａに第２の凹み溝３１が、それぞれ積層方向に延びるように設けられている。各第１の凹み溝３０内には、図７に示すように、各駆動電極２４と各表面電極２６とを電気的に接続する側面電極３２が、また、第２の凹み溝３１内には、コモン電極２５と表面電極２７とを電気的に接続する側面電極３３が、それぞれ形成されている。尚、電極２８，２９は、捨てパターンの電極である。
【００３１】
次に、図１１を参照して、ヘッドユニット６３に当接するキャップ８１について説明する。図１１は、マニホールドプレート１２とキャップ８１との位置関係を示す図である。図１１に示すように、ヘッドユニット６３がリセット位置にある場合、すなわち、キャップ８１は、ノズル１５に向かって開口した箱状に形成され、ノズルプレート１１における複数のノズル１５を覆うように、ノズル１５の開口面に対し当接するとき、キャップ８１周壁の当接面の形状は、共通インク室１２ａ，１２ｂに対向する部位において、ノズル開口面と平行な面内でノズル１５の列設方向と略直交する方向に所定幅をもつ波打つ形状を有している。その所定幅は、共通インク室１２ａ，１２ｂの幅と略同一程度であり、キャップ８１が圧電式インクジェットヘッド６のキャッピング動作を行った場合に、共通インク室１２ａ，１２ｂに対向する部分のノズルプレート１１に伝わるキャッピング圧力を分散できるように、キャップ８１の当接面のうち共通インク室１２ａ，１２ｂに対向する部分の当接面積が広くなるよう構成されている。従って、共通インク室１２ａ，１２ｂは、ノズル１５と十分に近い位置に存在している。
【００３２】
インクは、インクカートリッジ６１からベースプレート１４およびスペーサプレート１３の一端部に穿設されたインク供給口１９ａ，１９ｂを介し、共通インク室１２ａ，１２ｂ内に流入し、共通インク室１２ａから各インク供給孔１８、各インク供給孔１６ｂ、絞り部１６ｄを通って各圧力室１６に分配される。そして、圧電式インクジェットヘッド６における圧電アクチュエータ２０の各駆動電極２４のうち任意の駆動電極２４と、コモン電極２５との間に電圧が印加され、圧電シート２２のうち電圧が印加された駆動電極２４の部分、すなわち、前述した圧力発生部に、圧電による積層方向の歪が発生する。この歪による圧力によって、各駆動電極２４に対応する圧力室１６の内容積が縮小されることにより、この圧力室１６内のインクが、ノズル１５から液滴状に吐出して、用紙６２への所定の印刷が行われる。
【００３３】
用紙６２への印刷が終了すると、キャリッジ６４に搭載されたヘッドユニット６３がリセット位置に戻り、圧電式インクジェットヘッド６の複数のノズル１５がキャップ８１で覆われることとなる。
【００３４】
そして、図１１に示すように、キャップ８１が共通インク室１２ａ，１２ｂに対向する位置にてノズル開口面に当接するが、前述したように共通インク室１２ａ，１２ｂに対応する部分は波打つ形状を有しているために、キャッピング圧力が分散される。従って、圧電式インクジェットヘッド６の小型化を図る場合においてもキャッピングに耐えうる構造とすることができ、かつ、共通インク室１２ａ，１２ｂの容積を十分に確保することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態にかかるインクジェットプリンタ１００では、キャップ８１が、ノズルプレート１１における複数のノズル１５を覆うようにノズル１５の開口面に対し当接する場合、キャップ８１の当接面の形状は、共通インク室１２ａ，１２ｂに対向する部位において、ノズル１５の列設方向と略直交する方向に所定幅をもつ波打つ形状を有するように構成したので、共通インク室１２ａ，１２ｂがノズル１５に近い位置にあってキャップ８１と対向するようであっても、圧電式インクジェットヘッド６をキャッピング圧力に耐えうる構造とすることができる。従って、圧電式インクジェットヘッド６の小型化を図ることができる。
【００３６】
尚、本発明は、各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、本実施の形態におけるキャップ８１の形状は、図１１に示すものに限定されるものではなく、図１２に示すように、キャップ８１の当接面の形状を、共通インク室１２ａ，１２ｂに対向する部位において、その延設方向と略直交する方向のキャップ８１の当接部位の幅よりも広くなるように構成してもよい。このように構成されたキャップ８１では、共通インク室１２ａ，１２ｂに対向する部分におけるノズル１５の開口面への当接面積が広くなり、本実施の形態と同様にノズルプレート１１に伝わるキャッピング圧力を分散することができる。
【００３７】
また、共通インク室１２ａ，１２ｂに対向する部位のキャップ８１の当接面の形状は波状や肉厚状に限定されず、例えばノズル１５を保護するように囲う部分から放射状に広がる形状の当接面を有するように構成してもよく、すなわち、共通インク室１２ａ，１２ｂに対向する部分のノズル１５の開口面への当接面積が広くなり、ノズルプレート１１を介して共通インク室１２ａ，１２ｂに伝わるキャッピング圧力を分散することができるような構成であればよい。また、圧電アクチュエータ２０における圧力発生部には圧電式のものを利用したが、これに限定されず、静電式の圧力発生部などを利用するように構成してもよい。また、各プレート１１〜１４は、金属に限らず、例えば、樹脂等で形成してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のインクジェット記録装置では、共通インク室の対向部分のノズル開口面に対して当接するキャップの部分の形状を、ノズル開口面と平行な面内で共通インク室の延設方向と略直交する方向においてノズル開口面に当接して複数のノズルを覆う環状の周壁自身の幅より大きい所定幅をもつ波状に形成することで、インクジェットヘッドにキャップをする場合に、キャップからその当接部分を介して共通インク室にかかる圧力を分散することができる。従って、キャップの当接部分にも共通インク室を配置することができ、インクジェットヘッドの小型化を図ることができる。
【００３９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施の形態のインクジェットプリンタ１００の斜視図である。
【図２】図２は、ヘッドユニット６３を倒立させて見た斜視図である。
【図３】図３は、図２のヘッドユニット６３の分解斜視図である。
【図４】図４は、上方から見たヘッドユニット６３の分解斜視図である。
【図５】図５は、ヘッドユニット６３の底面図である。
【図６】図６は、圧電式インクジェットヘッド６の分解斜視図である。
【図７】図７は、圧電式インクジェットヘッド６の側方断面図である。
【図８】図８は、キャビティプレート１０の分解斜視図である。
【図９】図９は、キャビティプレート１０の要部を拡大した分解斜視図である。
【図１０】図１０は、圧電アクチュエータ２０の要部を拡大した分解斜視図である。
【図１１】図１１は、マニホールドプレート１２とキャップ８１との位置関係を示す図である。
【図１２】図１２は、マニホールドプレート１２とキャップ８１との位置関係を示す図である。
【図１３】図１３は、従来のマニホールドプレートとキャップ１８１との位置関係を示す図である。
【符号の説明】
６ 圧電式インクジェットヘッド
１２ａ，１２ｂ 共通インク室
１５ ノズル
１６ 圧力室
１６ｂ，１８ インク供給孔
２０ 圧電アクチュエータ
８１ キャップ
１００ インクジェットプリンタ

Claims (1)

1. 外部に開口する複数のノズルと、当該複数のノズルのそれぞれにインクをそれぞれ供給するための複数の圧力室と、当該複数の圧力室にそれぞれ開口されたインク供給孔を介し、インク供給源から前記インクを前記複数の圧力室に分配する共通インク室と、前記圧力室のそれぞれに前記インクを吐出させるための圧力をそれぞれ与える複数の圧力発生部を備えたアクチュエータとを有するインクジェットヘッドと、
   当該インクジェットヘッドの前記ノズルの開口するノズル開口面に対し、前記複数のノズルを覆うように当接するキャップとを備えたインクジェット記録装置であって、
   前記ノズル開口面は、前記共通インク室を形成する壁の壁面を含んで１つの面をなすように形成されており、
   前記インクジェットヘッドの前記共通インク室は、前記複数の圧力室よりも前記ノズル開口面側に配置され、かつ前記複数のノズルの列設方向と略平行な方向に延設され、
   前記キャップは、前記ノズル開口面に当接して前記複数のノズルを覆う環状の周壁を有るとともに、前記周壁が前記ノズル開口面に対して当接する際に、その一部分が前記壁面に対して当接するように構成されており、
   前記周壁の前記壁面に当接する部分の形状は、前記ノズル開口面と平行な面内で前記共通インク室の延設方向と略直交する方向において前記周壁自身の幅より大きい所定幅をもつ波状に形成され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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