JP4437990B2 - インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドユニット - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドを搭載したインクジェットヘッドユニットに関する。特に、インクジェットヘッドをパージする際に流れる電流を制限する電流制限手段を設ける技術に関する。
従来のインクジェットヘッドの主要部の断面を図９示す。このインクジェットヘッド２ａの先端部にはノズルプレート４が取り付けられている。このノズルプレート４にノズル５がインク室６に対応して形成されている。アクチュエータ９の電極１０に駆動電源から電流が供給されるとアクチュエータ９が動作し、ノズル５からインクが吐出される。また、ノズル５から吐出されるインクが通過可能なようにノズル５の近傍に開口部が形成されたプレート７がノズルプレート４に当接されている。このプレート７は、ノズル５から滲み出したインクによってインクジエット２ａの先端部が汚染されるのを防止するために設けられたものであり、例えば、特許文献１に開示されている。
また、プレート７が電気的にフローテイング状態の場合、記録紙に触れて摩擦が起こると帯電し、また乾燥空気の流れによって帯電し、静電気が起こる。その静電気は、インクジェットヘッド２ａの導電部材、駆動ＩＣ２０を経由して放電電流として流れる。この放電電流が大きいと駆動ＩＣ２０が破壊されることがある。このような現象が起こらないように、プレート７の材質として、ＳＵＳ、Ｎｉ、アルミなどの金属板のような導電材が用いられ、プレート７は電気的に接地されて帯電しないように対策されている。
特開２００２−７９６６６号公報
上記した従来のインクジェットヘッドのインク吐出の安定動作を確保するため、いわゆる、“パージ”が行われることがある。“パージ”とは印字動作以外の休止期間に、例えば、インク供給路に圧力を印加して強制的にインクをノズルから流出させてノズル近傍の増粘したインクや粗大粒子などを排出することをいう。このようなパージを繰り返し行うと、インクジェットヘッドの駆動ＩＣが異常に温度上昇したり、温度上昇による駆動ＩＣの劣化や破壊を引き起こすことを本発明者が見いだした。
そこで本発明の目的は、上記したような問題点を解決するためにノズル近傍のインクによる汚染を防止するとともに、パージを繰り返しても、駆動ＩＣの異常温度上昇やその温度上昇による駆動ＩＣの破壊を引き起こすことがないインクジェットヘッドの駆動ＩＣの保護機構を供することである。
インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、前記インクと少なくとも一部が電気的に接触する電極を備え、駆動電源から前記電極を通して流れる電流によって動作するアクチュエータと、前記ノズルプレートのノズル近傍に当接されかつ導電性を有するプレートとを備え、前記アクチュエータよってノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記インクが導電性であって、前記インクを前記ノズルからパージする際に、前記駆動電源から前記インクとプレートを介して流れる電流を制限する抵抗器を備え、前記プレートは前記抵抗器を介して接地されている。
本発明によれば、導電性を有するインクを用いる場合において、パージを行っても駆動ＩＣの消費電力の増大、発熱量の増大、さらには駆動ＩＣの破壊を有効に防止することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係るインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドユニットについて図１乃至図６を用いて説明する。図１にインクジェットヘッドユニット１を示す。このインクジェットヘッドユニット１の底面に設けられているベースプレート１１にインクジェットヘッド２とインクジェットヘッド２を駆動する駆動電源４０（図８参照）を含む制御回路基板３が取り付けられている。なお、インクジェットヘッド２の構造について図９に示した従来のインクジエトヘッド２ａと同一部分は同一符号を付しその詳細な説明を省略する。ノズルプレート４には、インクを吐出するための複数のノズル５が圧力室となるインク室６に対応して所定のピッチで形成されている。
また、ノズルプレート４には、ノズル５から吐出されるインクが通過可能なようにノズル５の近傍に長尺状の開口部１６が形成されたプレート７がノズルプレート４に接着剤５１（図３参照）によって貼り付けられている。接着以外の手段、例えば、インクジェットヘッド２の側面に固定金具を取り付けて（図示しない）、固定金具とプレート７の間にスプリングを介在させて機械的な圧力を加えてプレート７をノズルプレートに当接させてもよい。プレート７は、図１に示すようにノズルプレート４の面全体と平面的に嵌合する船底部を有する形状をしており、例えば厚みが０．１mmの板材で形成されている。 なお、ノズルプレート４は、その表面が印字動作の休止期間にクリーニングされるとき、表面に塗布されている撥インク層がクリーニングブレードの摺動圧力によって剥離されない程度の段差を有し、かつ、ノズルプレート４にはみ出したインクがインクジェットヘッド２の側面に這い上がらない程度の厚みを有している。
また、インク室６（図３参照）にインクを供給するインク供給管１８が蓋体１９の所定の位置に取り付けられている。制御回路基板３には、インクジェットヘッド２を駆動する駆動電源４０（図８参照）を含む制御回路とその制御回路の一部を構成しアクチュエータ９を動作させる駆動ＩＣ２０が搭載されている。また、制御回路基板３には、外部のコントローラ（図示しない）から駆動電源や駆動制御信号が供給される接続ケーブル２１が設けられている。また、アクチュエータ９に形成されている電極１０（図３参照）を外部へ接続する電極端子（図示しない）と制御回路基板３に搭載されている駆動ＩＣ２０の電極が、フレキシブルＰＣ板で電気的に接続されている。なお、 図２は上記したプレート７をノズルプレート４に取付けた状態の正面図である。
ここで、本発明に至る前に、インクジェットヘッド２ａの動作試験を行い、その際に見いだした問題点・課題について図７と図８を用いて説明する。図７は、インクジェットヘッド２ａのノズル５を下向きに配置した場合の図である。インクジェットヘッド２ａを動作させて繰り返し動作試験を行った。しばらく動作させないとノズル５の近傍のインクは、溶媒が蒸発し増粘現象を起こす。その結果ノズル内の流体抵抗が高くなりインクが吐出しなくなる。そこで、図７に示すようにインク供給路に圧力を加えてノズル５近傍のインクを強制的に排出させて増粘したインクを除去するためにパージを繰り返し行った。図７は、パージによってノズル近傍のインクが排出された盛り上がり部分３０を示す。このようなパージを頻繁に行ったところ、制御回路基板３に搭載されている駆動ＩＣ２０の表面が異常に熱くなっていることが見いだされた。この状態でパージを繰り返すと駆動ＩＣ２０が発熱のために破壊されるおそれがあることがわかった。
本実験を行った結果について以下の検討を行った。本実験に使用したインクの体積抵抗が１０５Ωｃｍ程度と比較的低かったために、パージの際にアクチュエータ９に電圧が加わっていると駆動電源４０から電流が駆動ＩＣ２０を経由して接地２５に流れることすることが判明した。この電流はプレート７とノズルプレート４との段差部分に溜まって盛り上がったインク３０を介して流れていることがわかった。
さらに、この現象の解析したところ、パージの際に図８の等価回路に示すような電流経路が形成されることがわかった。本来、アクチュエータ９を駆動する時に駆動電源４０から供給される駆動電流はＩｚであるが、パージする際にアクチュエータ９に電圧が加わっているとインク（抵抗Ｒｉ）を介してプレート７（抵抗Ｒｍ）に電流が流れる。この電流をＩｍとすると駆動ＩＣ２０に流れる電流Ｉｐは、Ｉｚ＋Ｉｍとなる。この場合、インクの体積抵抗が小さくかつプレート７の抵抗値が小さいと、電流Ｉｍが増加し、駆動ＩＣ２０に流れる電流Ｉｐが増加する。
なお、上記した現象は電極１０が絶縁層によって被膜されていてもピンホールなどの欠陥がある場合は、ピンホールを経由して電流が流れるため同様な現象が起こりうる。
次に上記したようにパージする際に起こる現象を防止するために行った本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の第１の実施例について図３を参照して説明する。図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、実施例１に係るインクジェットヘッド２ｂのノズル５付近を示す。図３において、図９と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明を省略する。プレート７はＳＵＳ板、ニッケル板、アルミ板や真鍮板などの導電性を有する金属板によって形成され、抵抗器３３を介して接地されている。抵抗器３３は、インクの体積抵抗の１０から１０００倍程度のものを用いる。抵抗器３３の抵抗値は、駆動ＩＣ２０の消費電力や発熱量から決定すればよい。このようにプレート７と接地２５の間に抵抗器３３を設けたことで、プレート７が被印刷物と触れたりすることで帯電しても抵抗器３３を介して放電するので電流が制限され駆動ＩＣ２０の破壊が防止できる。
本発明の第１の実施例について図３を参照して説明する。図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、実施例１に係るインクジェットヘッド２ｂのノズル５付近を示す。図３において、図９と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明を省略する。プレート７はＳＵＳ板、ニッケル板、アルミ板や真鍮板などの導電性を有する金属板によって形成され、抵抗器３３を介して接地されている。抵抗器３３は、インクの体積抵抗の１０から１０００倍程度のものを用いる。抵抗器３３の抵抗値は、駆動ＩＣ２０の消費電力や発熱量から決定すればよい。このようにプレート７と接地２５の間に抵抗器３３を設けたことで、プレート７が被印刷物と触れたりすることで帯電しても抵抗器３３を介して放電するので電流が制限され駆動ＩＣ２０の破壊が防止できる。
また、導電性を有するインクを用いた場合に、パージの際にノズル５近傍にはみ出したインクを介して電極１０とプレート７が導通しても、抵抗器３３によって接地２５に流れる電流が制限されるため、駆動ＩＣの消費電力の増大、発熱量の増大、それらの増大による故障を防ぐことができる。なお、抵抗器３３の実装は、ディスクリート部品を用いても、インクジェットヘッド２の一部に厚膜抵抗を印刷するなどの方法を採用してもよい。
［実施例２］
次に、本発明の実施例２について図４を参照して説明する。図４は、実施例２に係るインクジェットヘッド２ｃのノズル５付近の断面図である。図４において、図９と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明を省略する。この実施例２も実施例１と同様に、プレート７は、ＳＵＳ板、ニッケル板、アルミ板や真鍮板などの導電性を有する金属板によって形成され、スイッチング素子３４を介して接地されている。スイッチング素子３４は、パージ中に開となり、印字動作中に閉となるように印刷装置の制御回路(図示せず)によって制御されている。このように、パージの際に、スイッチング素子３４は導電性を有するインクを介して電極１０とプレート７が導通しても駆動電源から供給される電流を遮断することができるので、駆動IC２０に流れる消費電力の増大、発熱量の増大、さらには故障の防止をすることができる。なお、上記したスイッチング素子３４を設ける代わりに、パージの際に駆動電源４０から流れる電流の停止を行っても同様な効果を得ることができる。たとえば、パージ信号と同期して制御回路によって駆動電源４０から流れる電流を停止してもよい。
次に、本発明の実施例２について図４を参照して説明する。図４は、実施例２に係るインクジェットヘッド２ｃのノズル５付近の断面図である。図４において、図９と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明を省略する。この実施例２も実施例１と同様に、プレート７は、ＳＵＳ板、ニッケル板、アルミ板や真鍮板などの導電性を有する金属板によって形成され、スイッチング素子３４を介して接地されている。スイッチング素子３４は、パージ中に開となり、印字動作中に閉となるように印刷装置の制御回路(図示せず)によって制御されている。このように、パージの際に、スイッチング素子３４は導電性を有するインクを介して電極１０とプレート７が導通しても駆動電源から供給される電流を遮断することができるので、駆動IC２０に流れる消費電力の増大、発熱量の増大、さらには故障の防止をすることができる。なお、上記したスイッチング素子３４を設ける代わりに、パージの際に駆動電源４０から流れる電流の停止を行っても同様な効果を得ることができる。たとえば、パージ信号と同期して制御回路によって駆動電源４０から流れる電流を停止してもよい。
［実施例３］
次に、本発明の実施例３について図５を参照して説明する。図５は、実施例３に係るインクジェットヘッド２ｄのノズル５付近の断面図である。本実施例３にかかるインクジェットヘッド２ｄにおいて、図３と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明を省略する。プレート７は上記の実施例と同様にＳＵＳ板、ニッケル板、アルミ板や真鍮板などの金属板によって形成され、除電ブラシ３５が設けられている。除電ブラシ３５はカーボン繊維を束ねて、一方の端をアルミ板で挟み込んだものである。除電ブラシ３５の抵抗値はインクの体積抵抗の１０から１０００倍程度の範囲になるように調整されている。また、除電ブラシ３５の金属部分は接地されている。除電ブラシ３５の抵抗値が上記範囲を外れて低抵抗である場合は、実施例２のように、除電ブラシ３５の金属部分と接地２５の間にスイッチング素子（図示しない）を設け、パージの時に、スイッチング素子によって電流を遮断すればよい。このようにすることにより導電性を有するインクを用いた場合でも、パージの際にインクを介して電極１０とプレート７が導通してもスイッチング素子によって接地に電流が流れることがないので、駆動ＩＣ２０の消費電力の増大、発熱量の増大、また故障を防止することができる。
次に、本発明の実施例３について図５を参照して説明する。図５は、実施例３に係るインクジェットヘッド２ｄのノズル５付近の断面図である。本実施例３にかかるインクジェットヘッド２ｄにおいて、図３と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明を省略する。プレート７は上記の実施例と同様にＳＵＳ板、ニッケル板、アルミ板や真鍮板などの金属板によって形成され、除電ブラシ３５が設けられている。除電ブラシ３５はカーボン繊維を束ねて、一方の端をアルミ板で挟み込んだものである。除電ブラシ３５の抵抗値はインクの体積抵抗の１０から１０００倍程度の範囲になるように調整されている。また、除電ブラシ３５の金属部分は接地されている。除電ブラシ３５の抵抗値が上記範囲を外れて低抵抗である場合は、実施例２のように、除電ブラシ３５の金属部分と接地２５の間にスイッチング素子（図示しない）を設け、パージの時に、スイッチング素子によって電流を遮断すればよい。このようにすることにより導電性を有するインクを用いた場合でも、パージの際にインクを介して電極１０とプレート７が導通してもスイッチング素子によって接地に電流が流れることがないので、駆動ＩＣ２０の消費電力の増大、発熱量の増大、また故障を防止することができる。
［実施例４］
図６に本発明による実施例４にかかるインクジェットヘッド２ｅを示す。上記した実施例１〜実施例３で示したインクジェットヘッド２の基本構造は同様であるが、プレート７ａは金属と絶縁樹脂との中間的な抵抗値を有する部材となっている。この抵抗値は、動作時のプレート７ａの帯電電位やパージの際に駆動ＩＣ２０に流れる電流値により所定の値に決定される。プレート７ａの抵抗値は、例えば、樹脂材に含有させるカーボンフィラーや金属繊維等の導電性物質の含有量によって決定される。この抵抗値は、インクの体積抵抗に依存し、インクの体積抵抗の１０倍から１０００倍程度に設定している。このような構成によって、パージの際に導電性を有するインクを介して電極１０とプレート７ａが導通してもプレート７ａが所定抵抗値を有するので駆動ＩＣ２０に流れる電流を制限することができる。
図６に本発明による実施例４にかかるインクジェットヘッド２ｅを示す。上記した実施例１〜実施例３で示したインクジェットヘッド２の基本構造は同様であるが、プレート７ａは金属と絶縁樹脂との中間的な抵抗値を有する部材となっている。この抵抗値は、動作時のプレート７ａの帯電電位やパージの際に駆動ＩＣ２０に流れる電流値により所定の値に決定される。プレート７ａの抵抗値は、例えば、樹脂材に含有させるカーボンフィラーや金属繊維等の導電性物質の含有量によって決定される。この抵抗値は、インクの体積抵抗に依存し、インクの体積抵抗の１０倍から１０００倍程度に設定している。このような構成によって、パージの際に導電性を有するインクを介して電極１０とプレート７ａが導通してもプレート７ａが所定抵抗値を有するので駆動ＩＣ２０に流れる電流を制限することができる。
以上、本発明について実施例１乃至実施例４について述べたが、接地２５は必ずしもグランド電位である必要はなく、回路の便宜により基準となる電位であれば構わない。
本発明によるインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドユニットは、業務用のインクジェット記録装置に広く使用されるので産業上の利用可能性を有する。
１…インクジェットヘッドユニット
２…インクジェットヘッド
３ 駆動回路基板
４…ノズルプレート
５ ノズル
６ インク室
７ プレート
９ アクチュエータ
１０ 電極
１１ ベースプレート
１６ プレートの開口部
２０ 駆動ＩＣ
２１ 接続ケーブル
２５ 接地
３３ 抵抗器
３４ スイッチ
３５ 除電ブラシ
４０ 駆動電源
２…インクジェットヘッド
３ 駆動回路基板
４…ノズルプレート
５ ノズル
６ インク室
７ プレート
９ アクチュエータ
１０ 電極
１１ ベースプレート
１６ プレートの開口部
２０ 駆動ＩＣ
２１ 接続ケーブル
２５ 接地
３３ 抵抗器
３４ スイッチ
３５ 除電ブラシ
４０ 駆動電源
Claims (4)
- インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、
前記インクと少なくとも一部が電気的に接触する電極を備え、駆動電源から前記電極を通して流れる電流によって動作するアクチュエータと、
前記ノズルプレートのノズル近傍に当接されかつ導電性を有するプレートとを備え、前記アクチュエータよってノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記インクが導電性であって、前記インクを前記ノズルからパージする際に、前記駆動電源から前記インクとプレートを介して流れる電流を制限する抵抗器を備え、前記プレートは前記抵抗器を介して接地されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、
前記インクと少なくとも一部が電気的に接触する電極を備え、駆動電源から前記電極を通して流れる電流によって動作するアクチュエータと、
前記ノズルプレートのノズル近傍に当接されかつ導電性を有するプレートとを備え、前記アクチュエータよってノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
前記インクが導電性であって、前記インクを前記ノズルからパージする際に、前記駆動電源から前記インクとプレートを介して流れる電流を遮断するスイッチング手段を備え、前記プレートは前記スイッチング手段を介して接地されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - インクを吐出するノズルが形成されたノズルプレートと、
前記インクと少なくとも一部が電気的に接触する電極を備え、駆動電源から前記電極を通して流れる電流によって動作するアクチュエータと、
前記ノズルプレートのノズル近傍に当接されかつカーボンフィラー又は金属繊維を含有する樹脂から成り、所定の抵抗値を有し、かつ接地されているプレートと、
を備え、前記アクチュエータよってノズルからインクを吐出させることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の前記インクジェットヘッドと前記インクジェットヘッドを駆動する駆動電源を含む制御回路が一体的に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ユニット。
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