JP4307203B2 - 液滴噴射装置 - Google Patents

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Description

本発明は液滴噴射装置に係り、特にインクジェットプリンタなどに用いられてインクを噴射し、記録媒体に画像を形成する液滴噴射装置に関する。
インクジェットプリンタは、記録ヘッドを画像形成データに応じて駆動し、記録ヘッドのノズルからインクを噴射させて記録紙に画像を形成する。記録ヘッドのインク噴射装置としては、たとえばピエゾアクチュエータ方式ものがあり、圧力室の振動板を圧電素子（ピエゾ素子）によって変形させて圧力室に圧力波を与え、圧力室のノズルからインクを噴射させる。このような記録ヘッドの構成として、圧力室プレートの上面に振動板を取り付け、振動板の上部にインクタンクを取り付けるとともに、振動板とインクタンクとの隙間に圧電素子を配置した記録ヘッドの構造が知られている（特許文献１参照）。
特開２００１−１７９９７３号公報
しかし、特許文献１に記載された記録ヘッドによれば、圧力室に液を供給する供給路を圧力室下まで導き、液はそこから上向流となるので、圧力室に気泡が入り込むと供給路を介して気泡が除去できない欠点があった。また、振動板と圧力室プレートが別部材であるので、部品点数が多い上に供給口の位置あわせや接着などの工程が必要となる問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、部品点数を削減して製造を簡略化した液滴噴射装置を提供することを目的とする。
本発明は前記目的を達成するために、液タンクからマトリクス配列した複数のノズルと連通する複数の圧力室に液を供給し、圧電素子によって前記圧力室を収縮させて前記ノズルから前記液を吐出する記録ヘッドを備えた液滴噴射装置において、前記記録ヘッドは、上面から見た平面形状が矩形の１つの角部に当該矩形の外側へ突出した突出部を有する形状の複数の圧力室が前記複数のノズルに対応してマトリクス配置されるとともに、前記マトリクス配列の一方の方向について隣接する圧力室の前記突出部同士が対向し、かつ、対向する突出部同士が前記マトリクス配列の他の方向に並ぶように前記複数の圧力室が形成され、前記複数の圧力室の上面を構成する振動板が前記複数の圧力室と一体の構造体として形成される圧力室プレートと、前記複数の圧力室の下面を構成し、各圧力室の平面形状における前記突出部と対向する角部に前記ノズルが位置するように位置合わせがされて前記圧力室プレートに接合されるノズルプレートと、を具備し、前記振動板は、各圧力室の突出部の位置に対応して該振動板を貫通するように複数の液供給口が形成されるとともに、前記振動板には各圧力室のそれぞれに対応する位置に前記圧電素子が固定され、前記液タンクは、前記複数の圧力室に液を供給する共通液室が形成されるとともに、前記液供給口の直径よりも大きい幅を有する供給溝が該共通液室の下面から真下に向かってまっすぐに形成され、前記供給溝は、前記対向する液供給口同士が並ぶ前記他の方向に沿って形成されるとともに、当該他の方向に沿って配列した前記液供給口に一括して液を供給する構造を有し、前記供給溝と前記他の方向に沿う前記液供給口の列との位置合わせがされ、前記圧力室プレートの上面に前記液タンクが重ね合わせられることを特徴としている。
本発明によれば、ノズルをマトリクス状に配置形成する構造により見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。
また、液タンクから流路を介して圧力室に供給された液の流れ方向は圧力室内で９０°の曲がりでノズルから噴出されるので、圧力室に気泡が侵入してしまった場合に液供給口を介して気泡の排除が容易であるほか、圧力室内での気泡の発生を抑制できる。
また、部品点数を減らし、液供給口と振動板との位置あわせ工程を無くして製造コストを削減できる。また、一体成型として圧力室の強度を向上できる。
また、液タンクと圧力室プレートとの孔位置あわせの手間を無くすことができる。
また、ノズルの高密度マトリクス配列が可能になる。
なお、本明細書において「記録」とは、文字を含む広い意味で画像を形成する概念を表すものとする。また、「記録媒体」は、ヘッドによって画像が形成される媒体（被画像形成媒体、被記録媒体、受像媒体、記録紙など呼ばれるもの）であり、連続用紙、カット紙、シール用紙、ＯＨＰシート等の樹脂シート、フイルム、布、その他材質や形状を問わず、様々な媒体を含むものとする。
本発明によれば、液滴噴射装置の部品点数を削減して製造を簡略化できる。
以下、添付図面に従って本発明に係る液滴噴射装置の実施の形態について詳説する。図１は液滴噴射装置が適用される画像形成装置１０の構成を模式的に示す側面図である。
画像形成装置１０は、インクの色ごとの記録ヘッド１２と、この記録ヘッド１２に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送するベルト搬送部１８と、記録紙１６を供給する給紙部２０と、画像形成済みの記録紙を外部に排出する排紙部２２と、を備えている。
記録ヘッド１２は、記録紙１６の紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向に固定配置した、いわゆるフルライン型ヘッドで構成されている。記録紙１６の搬送方向（矢印Ａ）に沿って上流側からブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。これら各記録ヘッドの下面には、搬送方向と直交方向に千鳥でマトリクス状に複数配置されたノズルが配置され、記録紙１６を搬送しつつノズル５６からそれぞれの色インクを記録紙１６に噴射することにより記録紙１６上にカラー画像などを形成する。
給紙部２０にはロール紙２６が着脱自在にセットされている。給紙部２０近傍には、ロール紙２６から記録紙１６を引き出す引き出しローラ２１、２１が設けられている。引き出しローラ２１、２１のローラの少なくとも一つにはモータ（不図示）の動力が伝達され、引き出された記録紙１６は図１上の右から左へと搬送される。なお、符号２４は引き出しローラ２１、２１間に設置された裁断用のカッターであり、このカッター２４によってロール紙２６から引き出された記録紙１６は所望のサイズにカットされる。
ベルト搬送部１８は、ローラ３０、３２、３４、３６間に無端状のベルト３８が巻き掛けられた構造をなし、少なくとも記録ヘッド１２に対向する部分が平坦面をなすように構成されている。このベルト３８は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有し、ベルト面にて記録紙１６を吸着できる。ベルト３８が巻かれているローラ３０、３２、３４、３６の少なくとも一つにはモータ（不図示）の動力が伝達され、ベルト３８は図１上の反時計回り方向に駆動されて、ベルト３８上に吸着された記録紙１６は図１の右から左へと搬送される。
符号８２は記録紙の位置および大きさなどを読み取る記録紙検出部、符号８４は記録紙１６へのインク噴射タイミング決定用の記録位置検出部、符号８８は記録紙１６の紙詰まりや次紙の供給タイミング決定用の記録紙終端検出部である。さらに、画像形成装置１０にはこれら各検出部の検出結果をもとに画像形成装置１０を統括して制御する不図示のシステムコントローラが設けられている。このシステムコントローラは中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路などから構成され、たとえば記録紙１６搬送のための各モータの駆動信号や制御信号、記録ヘッド１２の画像形成信号などを生成する。
つぎに、記録ヘッド１２の構造について説明する。インク色ごとに設けられている各記録ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの構造は共通しているので、これらを代表して符号１２によって各記録ヘッドを示すものとする。図２は本実施の形態にかかる記録ヘッド１２の構造を示す詳細図である。
記録ヘッド１２はノズルプレート４２と、このノズルプレート４２の上部に接合された圧力室プレート４３と、この圧力室プレート４３の上部に接合されたインクタンク４５とを順番に液密に積層した構成を有する。
記録ヘッド１２の底部に相当するノズルプレート４２には、貫通されたノズル５６が形成されている。なお、記録紙１６上に形成される画像のドットピッチを高密度化するため、ノズル５６はノズルプレート４２に対して複数、千鳥でマトリクス状に配置形成された構造を有し、見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。
圧力室プレート４３には、各ノズル５６と連通する各圧力室５４が形成されている。この圧力室プレート４３の圧力室５４の上面には、圧力室プレート４３の薄板部分からなる振動板４０と供給口５７が一体形成されている。
振動板４０の上面には、それぞれの圧力室５４に対向する位置にピエゾ素子等の圧電素子４８が固定されている。圧電素子４８に電圧が印加されて圧電素子４８が圧電横方向（ｄ３１方向）に変形すると（図２矢印Ｂ）、圧電素子４８と振動板４０が図２上では下方向に撓み（図２矢印Ｃ）、圧力室５４を収縮させて圧力室５４が加圧される。圧力室５４はこれによりノズル５６からインクを噴射させる。なお、圧電素子４８上面には圧電素子４８の断面と同様の形状からなる不図示の個別電極が取り付けられ、また圧電素子４８下面には不図示の共通電極が設けられている。この個別電極は記録ヘッド１２に設けられた不図示の接続基板を介して画像形成装置１０側の駆動回路と回路接続されており、駆動回路から個別電極に駆動電圧が印加される。
供給口５７は、圧力室５４の天面における圧電素子４８が存在しない領域に形成され、この供給口５７の開口方向は前記ノズル５６の開口方向と同方向に形成されている。
このような構成の圧力室プレート４３は金属材料で形成され、供給口５７の孔の加工や圧力室５４のハーフエッチングなどによる加工が容易となる。また、圧力室５４はエッチング、樹脂成型、電鋳のいずれかにて形成されるとともに、供給口５７はレーザ加工、プレス加工、機械加工、電鋳、放電加工のいずれかで形成され、これにより圧力室プレート４３は２種以上の加工法の組み合わせによる複合加工で形成される。また、２段電鋳（電鋳法を２度行なう）によって圧力室プレート４３を製造してもよい。
圧力室プレート４３の上部にはインクタンク４５が積層される。インクタンク４５には、各圧力室５４にインクを供給する共通液室５０が形成されており、その底面の脚部５０ａには流路５１が形成されている。この流路５１と圧力室５４の供給口５７とは、接合、連通される。
なお、インクタンク４５と圧力室プレート４３との間には空間５３が形成され、この空間５３に圧電素子４８が配置される。この空間５３は圧力室プレート４３の上面とインクタンク４５の下面とで密封され、圧電素子４８の結露などを防止できる。
つぎに、上記の如く構成された記録ヘッド１２のインク噴射動作を説明する。
画像形成パターンに基づいて画像形成を行なうため、システムコントローラによって圧電素子４８の個別電極に駆動回路から駆動電圧を印加する。圧電素子４８が圧電横方向（ｄ３１方向）（図２矢印Ｂ）に変形し、圧力室５４の天面に相当する振動板４０が圧力室５４方向に向けて突出するように撓み（図２矢印Ｃ）、圧力室５４に圧力波が付与される。これに伴い、ノズル５６を介して圧力室５４からインクが噴射される。噴射されたインクは記録紙１６（図１）の記録面に打滴されて、記録紙１６上に画像が形成される。駆動電圧の印加が終了すると、上記変形した圧電素子４８と振動板４０が変形前の状態に復帰する。この復帰にともない圧力室５４には、インクが噴射した分とほぼ同量だけの新しいインクが共通液室５０から供給路５０ａを介して供給される。ノズル５６の開口方向は供給口５７の開口方向と略平行に形成され、圧力室５４内でインクの流れ方向を９０°以内の曲がりとしたので、圧力室５４に気泡が侵入してしまった場合に、供給口５７を介して気泡の排出が容易である。
上述したように、本実施の形態の液滴噴射装置によれば、供給口５７と振動板４０と圧力室５４とを圧力室プレート４３に一体に形成したので、部品点数が減り、各部材の位置あわせなどの工程を無くして製造コストを削減できる。
上述したような実施の形態に示した液滴噴射装置の構成は、前記実施の形態に限定されるものではない。たとえば、図３に示す記録ヘッド１００はノズルプレート４２と、圧力室プレート１０６と、流路５１の代わりに供給溝１１４を備えるインクタンク１０８とを順番に積層した構成からなる。
インクタンク１０８は、共通液室１１６と連通した供給溝１１４が複数本形成され、この供給溝１１４に相当する位置には圧力室１０２の供給口１１０が位置する。
このような構成の記録ヘッド１００によれば、インクタンク１０８の供給溝１１４の底部に、その径が供給溝１１４の幅と比して小さく形成された供給口１１０が配置されるので、インクタンク１０８と圧力室プレート１０６の孔位置あわせの手間を無くすことができる。
図４は圧力室５４とノズル５６と供給口５７との位置関係を示し、供給口５７を突出部に形成することによりノズル５６の高密度のマトリックス配列が可能となる。
ここで、本実施の形態の液滴噴射装置の別の態様としては、たとえば前記圧力室プレート４３の材料を透明材料または半透明材料にて形成する。これにより、圧力室プレート４３中の異物や、気泡などの検出を容易に行なえる。なお、この半透明材料としては、優れた電気的特性をもち、多層基板などに用いられるポリイミドなどの耐熱性高分子材料があげられる。
本発明の実施の形態に係る液滴噴射装置が適用される画像形成装置を示す側面図 本発明の実施の形態に係る液滴噴射装置としての記録ヘッドの詳細を示す斜視図 本発明の液滴噴射装置の別の実施の形態を示す斜視図 本発明の液滴噴射装置の圧力室の配置を示す説明図
符号の説明
１０…画像形成装置、１２、１００…記録ヘッド、１６…記録紙、４０…振動板、４２…ノズルプレート、４３、１０６…圧力室プレート、４５、１０８…インクタンク、４８…圧電素子、５０…共通液室、５７、１１０…供給口、５４…圧力室、５６…ノズル

Claims (1)

  1. 液タンクからマトリクス配列した複数のノズルと連通する複数の圧力室に液を供給し、圧電素子によって前記圧力室を収縮させて前記ノズルから前記液を吐出する記録ヘッドを備えた液滴噴射装置において、
    前記記録ヘッドは、上面から見た平面形状が矩形の１つの角部に当該矩形の外側へ突出した突出部を有する形状の複数の圧力室が前記複数のノズルに対応してマトリクス配置されるとともに、前記マトリクス配列の一方の方向について隣接する圧力室の前記突出部同士が対向し、かつ、対向する突出部同士が前記マトリクス配列の他の方向に並ぶように前記複数の圧力室が形成され、前記複数の圧力室の上面を構成する振動板が前記複数の圧力室と一体の構造体として形成される圧力室プレートと、
    前記複数の圧力室の下面を構成し、各圧力室の平面形状における前記突出部と対向する角部に前記ノズルが位置するように位置合わせがされて前記圧力室プレートに接合されるノズルプレートと、
    を具備し、
    前記振動板は、各圧力室の突出部の位置に対応して該振動板を貫通するように複数の液供給口が形成されるとともに、前記振動板には各圧力室のそれぞれに対応する位置に前記圧電素子が固定され、
    前記液タンクは、前記複数の圧力室に液を供給する共通液室が形成されるとともに、前記液供給口の直径よりも大きい幅を有する供給溝が該共通液室の下面から真下に向かってまっすぐに形成され、
    前記供給溝は、前記対向する液供給口同士が並ぶ前記他の方向に沿って形成されるとともに、当該他の方向に沿って配列した前記液供給口に一括して液を供給する構造を有し、
    前記供給溝と前記他の方向に沿う前記液供給口の列との位置合わせがされ、前記圧力室プレートの上面に前記液タンクが重ね合わせられることを特徴とする液滴噴射装置。
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