JP4269608B2 - インクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置のインクジェットヘッドは、インク液を収容する圧力室の容積をアクチュエータの変位により変化させてノズル孔からインク滴を吐出し、これを記録媒体に着弾させることにより印刷を行っている。
【０００３】
インクジェットヘッドは、図１６（ａ）に示すように、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応してアクチュエータ１２が設けられている。また、インク滴が吐出されるノズル孔１５、および圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３が圧力室１１に連通して形成されている。
【０００４】
アクチュエータ１２は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して収縮・伸張させる上方の個別電極１７および下方の振動板兼共通電極１８とを備えており、圧電体膜１６の圧電効果により圧力室１１の容積を変化させてインク滴をノズル孔１５から吐出させる。
【０００５】
このような構成を有するインクジェットヘッドの電極１７，１８に電圧を印加してアクチュエータ１２を変位させると（図１６（ｂ））、圧力室１１内で発生した圧力波が共通液室１３内へ伝播して共通液室１３内の圧力が変動する。すると、図１６（ｃ）で示すように、共通液室１３内の圧力変動が逆に圧力室１１内に影響を与えてしまい、吐出の安定化を図ることができない。
【０００６】
そこで、このような共通液室１３内の圧力変動を緩和する技術として、たとえば特開２００１−６３０４号公報で開示されたインクジェットヘッドがある。すなわち、当該公報に記載の技術は、共通液室の壁面を振動板として動作させるもので、これにより圧力室にて発生する圧力波を振動板の撓みによって吸収し、共通液室にて圧力変動を緩和している。
【０００７】
ここで、インクジェットヘッドを高密度化していくと圧力室間ピッチが狭まるため、圧力室から共通液室への圧力波の伝播も大きくなる。
【０００８】
そして、高密度化されたインクジェットヘッドに対して前述した従来の技術を適用して十分な効果を得るには、振動板を薄くするか振動板の面積を広くする必要がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−６３０４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、振動板を薄くすると、部材としての強度が低下して組み立て難くなったり、ヘッドの剛性が低下する。また、振動板の面積を広くすると、ヘッドが大きくなってしまい、小型化の要請に反する。
【００１１】
そこで、本発明は、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することのできる技術を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、インクが充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成され、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板と、圧力室の上の振動板にそれぞれ形成され、圧力室のそれぞれの容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、共通液室の上の振動板上に形成され、第１のアクチュエータの変位による共通液室内の圧力変動を打ち消すように電圧印加されて変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであって、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びる主部が設けられ、この複数の主部相互間を連結する連結部とから構成されると共に、共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されている構成としたものである。
【００１３】
このように、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板の共通液室上に第２のアクチュエータを形成し、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びる主部が設けられ、この複数の主部相互間を連結する連結部とから構成され、かつ共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているので、圧力室上に形成された第１のアクチュエータの変位による共通液室に対する圧力変動を電圧印加による第２のアクチュエータの変位で能動的に打ち消し、圧力変動が大きな範囲で大きな変位を得ると共に小型化でき、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、インクが充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成され、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板と、圧力室の上の振動板にそれぞれ形成され、圧力室のそれぞれの容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、共通液室の上の振動板上に形成され、第１のアクチュエータの変位による共通液室内の圧力変動を打ち消すように電圧印加されて変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであって、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びる主部が設けられ、この複数の主部相互間を連結する連結部とから構成されると共に、共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているインクジェットヘッドであり、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板の共通液室上に第２のアクチュエータを形成し、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びる主部が設けられ、この複数の主部相互間を連結する連結部とから構成され、かつ共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているので、圧力室上に形成された第１のアクチュエータの変位による共通液室に対する圧力変動を電圧印加による第２のアクチュエータの変位で能動的に打ち消し、圧力変動が大きな範囲で大きな変位を得ると共に小型化でき、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することが可能になるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、インクが充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成され、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板と、圧力室の上の振動板にそれぞれ形成され、圧力室のそれぞれの容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、共通液室の上の振動板上に形成され、第１のアクチュエータの変位による共通液室内の圧力変動を打ち消すように電圧印加されて変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであって、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びて形成され、相互に独立した電圧が印加されると共に、共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているインクジェットヘッドであり、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板の共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているので、圧力室上に形成された第１のアクチュエータの変位による共通液室に対する圧力変動を電圧印加による第２のアクチュエータの変位で能動的に打ち消し、圧力変動が大きな範囲で大きな変位を得ると共に小型化でき、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することが可能になるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、共通液室の圧力変動が緩和されることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという作用を有する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１５を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図２は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室と共通液室との圧力変動の状態を示す説明図、図６は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図７は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ、図８は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合における共通液室の圧力変動を示すグラフ、図９は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図１０は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における共通液室の圧力変動を示すグラフ、図１１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ、図１２は本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図１３は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図１４は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す断面図、図１５は図１４のインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータの変位を示す説明図である。
【００２１】
図１に示すインクジェット式記録装置４０は、アクチュエータである強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものである。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動する。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
【００２２】
次に、インクジェットヘッド４１の構造の一実施の形態について、図２および図３を用いて説明する。
【００２３】
これらの図面に示すように、インクジェットヘッドは、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応して第１のアクチュエータ（アクチュエータ）１２が設けられている。そして、圧力室１１に連通して、インク滴が吐出するノズル孔１５が形成されている。
【００２４】
また、圧力室１１と隣接する位置には、インク液供給方向に並ぶ圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３が圧力室１１に連通して形成されている。そして、共通液室１３には第２のアクチュエータ１４が形成されている。
【００２５】
ここで、第１のアクチュエータ１２および第２のアクチュエータ１４は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して変位（収縮・伸張）させる上方の個別電極１７及び下方の振動板兼共通電極１８とを備えている。
【００２６】
そして、第１のアクチュエータ１２は、電極１７，１８への電圧印加による圧電体膜１６の圧電効果により変位し、圧力室１１の容積を変化させて圧力室１１内のインク液をノズル孔１５から吐出させる。
【００２７】
また、第２のアクチュエータ１４は、電極１７，１８への電圧印加により、このような第１のアクチュエータ１２の変位により圧力室１１内で発生した圧力波が共通液室１３内へ伝播することにより生じる共通液室１３内の圧力変動を打ち消すように変位する。
【００２８】
なお、本実施の形態では共通電極と振動板とを一体とした構造（振動板が共通電極を兼ねている）となっているが、両者は別々に形成されていてもよい。その場合には、区画壁１０の上に振動板を形成し、その上に共通電極が形成される。
【００２９】
本実施の形態において、個別電極１７は例えばＰｔ（白金）で、圧電体膜１６は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、振動板兼共通電極１８は例えばＣｕ（銅）で、それぞれ形成されている。また、個別電極１７は例えば厚さ０．２μｍに、圧電体膜１６は例えば厚さ３μｍに、振動板兼共通電極１８は例えば厚さ５．５μｍに、各々成膜されている。すなわち、第１のアクチュエータの膜構造と第２のアクチュエータの膜構造とを同一にしているので、両アクチュエータ１２、１４の特性を似たものとすることができ、両アクチュエータの制御を容易に行なうことができる。
【００３０】
また、個別電極１７、圧電体膜１６、振動板兼共通電極１８などの形成方法は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用され、さらにその形を形成するために、エッチング等による型抜きも可能であり得るが、それらに何等限定されるものではない。
【００３１】
そして、第１のアクチュエータ１２と、第２のアクチュエータ１４とは、同一の工法で作製されていることが好ましく、さらに、同一の工程で作製されていることにより、両アクチュエータの膜構成及び特性がほぼ同一となるので、経年変化や温度変化等が、ほぼ同一になるので、制御等が行ないやすいので好ましいです。
【００３２】
なお、本実施の形態に示す振動板兼共通電極１８、圧電体膜１６、個別電極１７のそれぞれの膜間には、例えばそれぞれの膜の接合を良くするなどの目的で、これら以外の層を介在させてもよい。
【００３３】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドの駆動機構について図４を用いて説明する。
【００３４】
図示するように、第１の駆動波形発生回路１９と第２の駆動波形発生回路２０とが設けられている。
【００３５】
第１の駆動波形発生回路１９で生成された第１の駆動波形は選択回路２１に入力され、選択回路２１において制御信号により第１の駆動波形の印加される第１のアクチュエータ１２が選択される。そして、選択された第１のアクチュエータ１２に対して選択回路２１から第１の駆動波形が印加される。
【００３６】
また、第２の駆動波形生成回路２０で生成された第２の駆動波形は第２のアクチュエータ１４に印加される。そして、第２のアクチュエータ１４に印加される第２の駆動波形は、第１の駆動波形の印加された第１のアクチュエータ１２の変位による共通液室１３内の圧力変動を打ち消すような波形となっている。
【００３７】
すなわち、図５（ａ）に示すインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータ１２に電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように圧電体膜１６が変形して振動板兼共通電極１８が撓んで圧力室１１の圧力が上昇し、ノズル孔１５からインク滴が吐出する。そして、このときの圧力室１１の圧力変動は、圧力室１１と連通している共通液室１３へと伝播される。このままであれば、第１のアクチュエータ１２の動作により共通液室１３の圧力が上昇するが、前述のように、本願では共通液室１３内の圧力変動を打ち消すように第２のアクチュエータ１４を変位させるので、図５（ｃ）に示すように、共通液室１３内の圧力変動が緩和されることになる。
【００３８】
ここで、第１のアクチュエータ１２にたとえば図６に示す波形の電圧が印加されたとすると、この第１のアクチュエータ１２の振動板は図７に示すように変位する。すると、図８に示すように、第１のアクチュエータ１２の振動に伴う圧力室１１の圧力が共通液室１３へ伝わって圧力が上昇し、徐々に減衰していく。このとき、第２のアクチュエータ１４にたとえば図９に示す波形の電圧を印加すると、図１０に示すように共通液室１３内の圧力変動を打ち消すことができる。なお、この場合における第１のアクチュエータ１２の変位量は図１１に示すようになる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、共通液室１３上に第２のアクチュエータ１４を形成し、圧力室１１上に形成された第１のアクチュエータ１２の変位による共通液室１３に対する圧力変動を第２のアクチュエータ１４の変位で能動的に打ち消しているので、圧力室１１の圧力変動に伴う共通液室１３の圧力変動を緩和することが可能になる。
【００４０】
そして、このように第２のアクチュエータ１４で共通液室１３の圧力変動を能動的に吸収しているので、圧力変動の吸収効率がよく、且つ共通液室１３が大型化することもない。
【００４１】
また、第２のアクチュエータ１４は第１のアクチュエータと同じ工程で、且つ同一の部材で形成できるので、コストが上昇することがない。
【００４２】
さらに、第２のアクチュエータ１４は個別制御の必要がなく、一体電極で同一波形で制御できるため、コスト上昇が抑制される。
【００４３】
そして、このようなインクジェットヘッド４１を備えたインクジェット式記録装置によれば、共通液室１３の圧力変動が緩和されることから、インクジェットヘッド４１を高密度化しても所期の吐出性能が確保され、印字画像の高品質化を図ることが可能になる。
【００４５】
前述の説明では、第２のアクチュエータ１４は共通液室１３上の全面に形成されているが（図２参照）、図１２に示すように、それぞれの第１のアクチュエータ１２に対向して延びる複数の主部１４ａと、これら主部１４ａ相互間を連結する連結部１４ｂとから構成される形状に形成してもよい。このようにすれば、共通液室１３における圧力室１１との連通部分という圧力変動の大きい部分に対して、第２のアクチュエータ１４の変位力を効率的に作用させることができる。
【００４６】
前述の説明では、第２のアクチュエータ１４は共通液室１３上の全面に形成されているものとして説明したが（図２参照）、図１２に示すように、それぞれの第１のアクチュエータ１２に対向して延びる複数の主部１４ａと、これら主部１４ａ相互間を連結する連結部１４ｂとから構成される形状に形成するのがよい。このようにすれば、共通液室１３における圧力室１１との連通部分という圧力変動の大きい部分に対して、第２のアクチュエータ１４の変位力を効率的に作用させることができる。
【００４７】
なお、第２のアクチュエータ１４を分割形成して相互に独立した電圧を印加する場合、図４において示す選択回路２１と同様の選択回路を第２の駆動波形発生回路２０と第２のアクチュエータ１４との間に設けて、選択回路において選択した何れかの第２のアクチュエータ１４に第２の駆動波形を印加するようにする。あるいは、第２の駆動波形発生回路そのものをそれぞれの第２のアクチュエータ１４に対応して設けて第２の駆動波形を印加するようにする。
【００４８】
さらに、図１４に示すように、第２のアクチュエータ１４の形成領域を、共通液室１３上の第１のアクチュエータ１２側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ１２側寄りの位置との間とするのがよい。このようにすれば、図１５に示すように、圧力室１１との連通部分という圧力変動の大きな箇所である圧力室１１との連通部分で大きな変位を得ることができる。
【００４９】
なお、第２のアクチュエータ１４の形成領域をこのようにする場合、第２のアクチュエータ１４は、図１２に示すように主部１４ａと連結部１４ｂとで形成してもよく、第１のアクチュエータ１２に対向して分割形成してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、共通液室上に第２のアクチュエータを形成し、圧力室上に形成された第１のアクチュエータの変位による共通液室に対する圧力変動を第２のアクチュエータの変位で能動的に打ち消しているので、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することが可能になるという有効な効果が得られる。
【００５１】
そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、共通液室の圧力変動が緩和されることから、インクジェットヘッドを高密度化しても所期の吐出性能が確保され、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図４】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室と共通液室との圧力変動の状態を示す説明図
【図６】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図７】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ
【図８】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合における共通液室の圧力変動を示すグラフ
【図９】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図１０】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における共通液室の圧力変動を示すグラフ
【図１１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ
【図１２】本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す断面図
【図１５】図１４のインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータの変位を示す説明図
【図１６】従来のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの変位に伴うヘッドの振動状態を示す説明図
【符号の説明】
１０ 区画壁
１１ 圧力室
１２ 第１のアクチュエータ（アクチュエータ）
１３ 共通液室
１４ 第２のアクチュエータ
１４ａ 主部
１４ｂ 連結部
１５ ノズル孔
１６ 圧電体膜
１７ 個別電極
１８ 振動板兼共通電極
１９ 第１の駆動波形発生回路
２０ 第２の駆動波形発生回路
２１ 選択回路
４０ インクジェット式記録装置
４１ インクジェットヘッド
４２ 記録媒体
４３ キャリッジ軸
４４ キャリッジ
４５ ローラ（移動手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびそれを備えたインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置のインクジェットヘッドは、インク液を収容する圧力室の容積をアクチュエータの変位により変化させてノズル孔からインク滴を吐出し、これを記録媒体に着弾させることにより印刷を行っている。
【０００３】
インクジェットヘッドは、図１６（ａ）に示すように、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応してアクチュエータ１２が設けられている。また、インク滴が吐出されるノズル孔１５、および圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３が圧力室１１に連通して形成されている。
【０００４】
アクチュエータ１２は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して収縮・伸張させる上方の個別電極１７および下方の振動板兼共通電極１８とを備えており、圧電体膜１６の圧電効果により圧力室１１の容積を変化させてインク滴をノズル孔１５から吐出させる。
【０００５】
このような構成を有するインクジェットヘッドの電極１７，１８に電圧を印加してアクチュエータ１２を変位させると（図１６（ｂ））、圧力室１１内で発生した圧力波が共通液室１３内へ伝播して共通液室１３内の圧力が変動する。すると、図１６（ｃ）で示すように、共通液室１３内の圧力変動が逆に圧力室１１内に影響を与えてしまい、吐出の安定化を図ることができない。
【０００６】
そこで、このような共通液室１３内の圧力変動を緩和する技術として、たとえば特開２００１−６３０４号公報で開示されたインクジェットヘッドがある。すなわち、当該公報に記載の技術は、共通液室の壁面を振動板として動作させるもので、これにより圧力室にて発生する圧力波を振動板の撓みによって吸収し、共通液室にて圧力変動を緩和している。
【０００７】
ここで、インクジェットヘッドを高密度化していくと圧力室間ピッチが狭まるため、圧力室から共通液室への圧力波の伝播も大きくなる。
【０００８】
そして、高密度化されたインクジェットヘッドに対して前述した従来の技術を適用して十分な効果を得るには、振動板を薄くするか振動板の面積を広くする必要がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−６３０４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、振動板を薄くすると、部材としての強度が低下して組み立て難くなったり、ヘッドの剛性が低下する。また、振動板の面積を広くすると、ヘッドが大きくなってしまい、小型化の要請に反する。
【００１１】
そこで、本発明は、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することのできる技術を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、インクが充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成され、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板と、圧力室の上の振動板にそれぞれ形成され、圧力室のそれぞれの容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、共通液室の上の振動板上に形成され、第１のアクチュエータの変位による共通液室内の圧力変動を打ち消すように電圧印加されて変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであって、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びる主部が設けられ、この複数の主部相互間を連結する連結部とから構成されると共に、共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されている構成としたものである。
【００１３】
このように、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板の共通液室上に第２のアクチュエータを形成し、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びる主部が設けられ、この複数の主部相互間を連結する連結部とから構成され、かつ共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているので、圧力室上に形成された第１のアクチュエータの変位による共通液室に対する圧力変動を電圧印加による第２のアクチュエータの変位で能動的に打ち消し、圧力変動が大きな範囲で大きな変位を得ると共に小型化でき、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、インクが充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成され、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板と、圧力室の上の振動板にそれぞれ形成され、圧力室のそれぞれの容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、共通液室の上の振動板上に形成され、第１のアクチュエータの変位による共通液室内の圧力変動を打ち消すように電圧印加されて変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであって、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びる主部が設けられ、この複数の主部相互間を連結する連結部とから構成されると共に、共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているインクジェットヘッドであり、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板の共通液室上に第２のアクチュエータを形成し、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びる主部が設けられ、この複数の主部相互間を連結する連結部とから構成され、かつ共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているので、圧力室上に形成された第１のアクチュエータの変位による共通液室に対する圧力変動を電圧印加による第２のアクチュエータの変位で能動的に打ち消し、圧力変動が大きな範囲で大きな変位を得ると共に小型化でき、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することが可能になるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、インクが充填される複数の圧力室と、圧力室に連通して形成され、圧力室内へインク液を供給する共通液室と、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板と、圧力室の上の振動板にそれぞれ形成され、圧力室のそれぞれの容積を変化させて当該圧力室内のインク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、共通液室の上の振動板上に形成され、第１のアクチュエータの変位による共通液室内の圧力変動を打ち消すように電圧印加されて変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであって、第２のアクチュエータは、第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びて形成され、相互に独立した電圧が印加されると共に、共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているインクジェットヘッドであり、圧力室と共通液室の壁面として形成される振動板の共通液室上の第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されているので、圧力室上に形成された第１のアクチュエータの変位による共通液室に対する圧力変動を電圧印加による第２のアクチュエータの変位で能動的に打ち消し、圧力変動が大きな範囲で大きな変位を得ると共に小型化でき、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することが可能になるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、共通液室の圧力変動が緩和されることから、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという作用を有する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１５を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図２は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図、図５は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室と共通液室との圧力変動の状態を示す説明図、図６は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図７は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ、図８は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合における共通液室の圧力変動を示すグラフ、図９は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ、図１０は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における共通液室の圧力変動を示すグラフ、図１１は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ、図１２は本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図１３は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図、図１４は本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す断面図、図１５は図１４のインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータの変位を示す説明図である。
【００２１】
図１に示すインクジェット式記録装置４０は、アクチュエータである強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものである。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動する。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
【００２２】
次に、インクジェットヘッド４１の構造の一実施の形態について、図２および図３を用いて説明する。
【００２３】
これらの図面に示すように、インクジェットヘッドは、区画壁１０で区画されてインク液が充填される複数の圧力室１１を備えており、それぞれの圧力室１１に対応して第１のアクチュエータ（アクチュエータ）１２が設けられている。そして、圧力室１１に連通して、インク滴が吐出するノズル孔１５が形成されている。
【００２４】
また、圧力室１１と隣接する位置には、インク液供給方向に並ぶ圧力室１１内へインク液を供給する共通液室１３が圧力室１１に連通して形成されている。そして、共通液室１３には第２のアクチュエータ１４が形成されている。
【００２５】
ここで、第１のアクチュエータ１２および第２のアクチュエータ１４は、圧電体膜１６と、この圧電体膜１６に電圧を印加して変位（収縮・伸張）させる上方の個別電極１７及び下方の振動板兼共通電極１８とを備えている。
【００２６】
そして、第１のアクチュエータ１２は、電極１７，１８への電圧印加による圧電体膜１６の圧電効果により変位し、圧力室１１の容積を変化させて圧力室１１内のインク液をノズル孔１５から吐出させる。
【００２７】
また、第２のアクチュエータ１４は、電極１７，１８への電圧印加により、このような第１のアクチュエータ１２の変位により圧力室１１内で発生した圧力波が共通液室１３内へ伝播することにより生じる共通液室１３内の圧力変動を打ち消すように変位する。
【００２８】
なお、本実施の形態では共通電極と振動板とを一体とした構造（振動板が共通電極を兼ねている）となっているが、両者は別々に形成されていてもよい。その場合には、区画壁１０の上に振動板を形成し、その上に共通電極が形成される。
【００２９】
本実施の形態において、個別電極１７は例えばＰｔ（白金）で、圧電体膜１６は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、振動板兼共通電極１８は例えばＣｕ（銅）で、それぞれ形成されている。また、個別電極１７は例えば厚さ０．２μｍに、圧電体膜１６は例えば厚さ３μｍに、振動板兼共通電極１８は例えば厚さ５．５μｍに、各々成膜されている。すなわち、第１のアクチュエータの膜構造と第２のアクチュエータの膜構造とを同一にしているので、両アクチュエータ１２、１４の特性を似たものとすることができ、両アクチュエータの制御を容易に行なうことができる。
【００３０】
また、個別電極１７、圧電体膜１６、振動板兼共通電極１８などの形成方法は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用され、さらにその形を形成するために、エッチング等による型抜きも可能であり得るが、それらに何等限定されるものではない。
【００３１】
そして、第１のアクチュエータ１２と、第２のアクチュエータ１４とは、同一の工法で作製されていることが好ましく、さらに、同一の工程で作製されていることにより、両アクチュエータの膜構成及び特性がほぼ同一となるので、経年変化や温度変化等が、ほぼ同一になるので、制御等が行ないやすいので好ましいです。
【００３２】
なお、本実施の形態に示す振動板兼共通電極１８、圧電体膜１６、個別電極１７のそれぞれの膜間には、例えばそれぞれの膜の接合を良くするなどの目的で、これら以外の層を介在させてもよい。
【００３３】
次に、本実施の形態のインクジェットヘッドの駆動機構について図４を用いて説明する。
【００３４】
図示するように、第１の駆動波形発生回路１９と第２の駆動波形発生回路２０とが設けられている。
【００３５】
第１の駆動波形発生回路１９で生成された第１の駆動波形は選択回路２１に入力され、選択回路２１において制御信号により第１の駆動波形の印加される第１のアクチュエータ１２が選択される。そして、選択された第１のアクチュエータ１２に対して選択回路２１から第１の駆動波形が印加される。
【００３６】
また、第２の駆動波形生成回路２０で生成された第２の駆動波形は第２のアクチュエータ１４に印加される。そして、第２のアクチュエータ１４に印加される第２の駆動波形は、第１の駆動波形の印加された第１のアクチュエータ１２の変位による共通液室１３内の圧力変動を打ち消すような波形となっている。
【００３７】
すなわち、図５（ａ）に示すインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータ１２に電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように圧電体膜１６が変形して振動板兼共通電極１８が撓んで圧力室１１の圧力が上昇し、ノズル孔１５からインク滴が吐出する。そして、このときの圧力室１１の圧力変動は、圧力室１１と連通している共通液室１３へと伝播される。このままであれば、第１のアクチュエータ１２の動作により共通液室１３の圧力が上昇するが、前述のように、本願では共通液室１３内の圧力変動を打ち消すように第２のアクチュエータ１４を変位させるので、図５（ｃ）に示すように、共通液室１３内の圧力変動が緩和されることになる。
【００３８】
ここで、第１のアクチュエータ１２にたとえば図６に示す波形の電圧が印加されたとすると、この第１のアクチュエータ１２の振動板は図７に示すように変位する。すると、図８に示すように、第１のアクチュエータ１２の振動に伴う圧力室１１の圧力が共通液室１３へ伝わって圧力が上昇し、徐々に減衰していく。このとき、第２のアクチュエータ１４にたとえば図９に示す波形の電圧を印加すると、図１０に示すように共通液室１３内の圧力変動を打ち消すことができる。なお、この場合における第１のアクチュエータ１２の変位量は図１１に示すようになる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、共通液室１３上に第２のアクチュエータ１４を形成し、圧力室１１上に形成された第１のアクチュエータ１２の変位による共通液室１３に対する圧力変動を第２のアクチュエータ１４の変位で能動的に打ち消しているので、圧力室１１の圧力変動に伴う共通液室１３の圧力変動を緩和することが可能になる。
【００４０】
そして、このように第２のアクチュエータ１４で共通液室１３の圧力変動を能動的に吸収しているので、圧力変動の吸収効率がよく、且つ共通液室１３が大型化することもない。
【００４１】
また、第２のアクチュエータ１４は第１のアクチュエータと同じ工程で、且つ同一の部材で形成できるので、コストが上昇することがない。
【００４２】
さらに、第２のアクチュエータ１４は個別制御の必要がなく、一体電極で同一波形で制御できるため、コスト上昇が抑制される。
【００４３】
そして、このようなインクジェットヘッド４１を備えたインクジェット式記録装置によれば、共通液室１３の圧力変動が緩和されることから、インクジェットヘッド４１を高密度化しても所期の吐出性能が確保され、印字画像の高品質化を図ることが可能になる。
【００４５】
前述の説明では、第２のアクチュエータ１４は共通液室１３上の全面に形成されているが（図２参照）、図１２に示すように、それぞれの第１のアクチュエータ１２に対向して延びる複数の主部１４ａと、これら主部１４ａ相互間を連結する連結部１４ｂとから構成される形状に形成してもよい。このようにすれば、共通液室１３における圧力室１１との連通部分という圧力変動の大きい部分に対して、第２のアクチュエータ１４の変位力を効率的に作用させることができる。
【００４６】
前述の説明では、第２のアクチュエータ１４は共通液室１３上の全面に形成されているものとして説明したが（図２参照）、図１２に示すように、それぞれの第１のアクチュエータ１２に対向して延びる複数の主部１４ａと、これら主部１４ａ相互間を連結する連結部１４ｂとから構成される形状に形成するのがよい。このようにすれば、共通液室１３における圧力室１１との連通部分という圧力変動の大きい部分に対して、第２のアクチュエータ１４の変位力を効率的に作用させることができる。
【００４７】
なお、第２のアクチュエータ１４を分割形成して相互に独立した電圧を印加する場合、図４において示す選択回路２１と同様の選択回路を第２の駆動波形発生回路２０と第２のアクチュエータ１４との間に設けて、選択回路において選択した何れかの第２のアクチュエータ１４に第２の駆動波形を印加するようにする。あるいは、第２の駆動波形発生回路そのものをそれぞれの第２のアクチュエータ１４に対応して設けて第２の駆動波形を印加するようにする。
【００４８】
さらに、図１４に示すように、第２のアクチュエータ１４の形成領域を、共通液室１３上の第１のアクチュエータ１２側端とその反対側端から所定の長さだけ第１のアクチュエータ１２側寄りの位置との間とするのがよい。このようにすれば、図１５に示すように、圧力室１１との連通部分という圧力変動の大きな箇所である圧力室１１との連通部分で大きな変位を得ることができる。
【００４９】
なお、第２のアクチュエータ１４の形成領域をこのようにする場合、第２のアクチュエータ１４は、図１２に示すように主部１４ａと連結部１４ｂとで形成してもよく、第１のアクチュエータ１２に対向して分割形成してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、共通液室上に第２のアクチュエータを形成し、圧力室上に形成された第１のアクチュエータの変位による共通液室に対する圧力変動を第２のアクチュエータの変位で能動的に打ち消しているので、圧力室の圧力変動に伴う共通液室の圧力変動を緩和することが可能になるという有効な効果が得られる。
【００５１】
そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、共通液室の圧力変動が緩和されることから、インクジェットヘッドを高密度化しても所期の吐出性能が確保され、印字画像の高品質化を図ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドが用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図
【図２】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図４】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの駆動機構を示すブロック図
【図５】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける圧力室と共通液室との圧力変動の状態を示す説明図
【図６】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図７】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ
【図８】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータのみに電圧を印加した場合における共通液室の圧力変動を示すグラフ
【図９】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータへの印加電圧を示すグラフ
【図１０】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における共通液室の圧力変動を示すグラフ
【図１１】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドにおいて第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータに電圧を印加した場合における第１のアクチュエータの変位量を示すグラフ
【図１２】本発明の他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１３】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す平面図
【図１４】本発明のさらに他の実施の形態であるインクジェットヘッドを示す断面図
【図１５】図１４のインクジェットヘッドにおける第２のアクチュエータの変位を示す説明図
【図１６】従来のインクジェットヘッドにおけるアクチュエータの変位に伴うヘッドの振動状態を示す説明図
【符号の説明】
１０ 区画壁
１１ 圧力室
１２ 第１のアクチュエータ（アクチュエータ）
１３ 共通液室
１４ 第２のアクチュエータ
１４ａ 主部
１４ｂ 連結部
１５ ノズル孔
１６ 圧電体膜
１７ 個別電極
１８ 振動板兼共通電極
１９ 第１の駆動波形発生回路
２０ 第２の駆動波形発生回路
２１ 選択回路
４０ インクジェット式記録装置
４１ インクジェットヘッド
４２ 記録媒体
４３ キャリッジ軸
４４ キャリッジ
４５ ローラ（移動手段）
Claims (3)
- インクが充填される複数の圧力室と、
前記圧力室に連通して形成され、前記圧力室内へ前記インク液を供給する共通液室と、
前記圧力室と前記共通液室の壁面として形成される振動板と、
前記圧力室の上の前記振動板にそれぞれ形成され、前記圧力室のそれぞれの容積を変化させて当該圧力室内の前記インク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、
前記共通液室の上の前記振動板上に形成され、前記第１のアクチュエータの変位による前記共通液室内の圧力変動を打ち消すように電圧印加されて変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであって、
前記第２のアクチュエータは、前記第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びる主部が設けられ、この複数の主部相互間を連結する連結部とから構成されると共に、前記共通液室上の前記第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ前記第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - インクが充填される複数の圧力室と、
前記圧力室に連通して形成され、前記圧力室内へ前記インク液を供給する共通液室と、
前記圧力室と前記共通液室の壁面として形成される振動板と、
前記圧力室の上の前記振動板にそれぞれ形成され、前記圧力室のそれぞれの容積を変化させて当該圧力室内の前記インク液をノズル孔から吐出させる複数の第１のアクチュエータと、
前記共通液室の上の前記振動板上に形成され、前記第１のアクチュエータの変位による前記共通液室内の圧力変動を打ち消すように電圧印加されて変位する第２のアクチュエータとを有するインクジェットヘッドであって、
前記第２のアクチュエータは、前記第１のアクチュエータのそれぞれに対向しこの向きの一線上でそれぞれ延びて形成され、相互に独立した電圧が印加されると共に、前記共通液室上の前記第１のアクチュエータ側端とその反対側端から所定の長さだけ前記第１のアクチュエータ側寄りの圧力変動が大きな範囲の位置に片寄って形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項１または２記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。
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