JP4814385B2

JP4814385B2 - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP4814385B2
Application number: JP2010094014A
Authority: JP
Inventors: 明史坂田; 真治佐伯
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2020-03-06
Also published as: JP2010155468A

Description

本発明は、例えば、プリンタ、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録装置に搭載されるインクジェットヘッドに関する。

従来より、複数のノズルからインクを吐出する記録ヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。かかるインクジェット式記録装置では、被記録媒体に対向する記録ヘッドはヘッドホルダに設けられ、ヘッドホルダはキャリッジに搭載されて被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査される。

このような記録ヘッドの一例の分解概略を図９に、また、要部断面を図１０に示す。図９及び図１０に示すように、圧電セラミックプレート１０１には、複数の溝１０２が並設され、各溝１０２は、側壁１０３で分離されている。各溝１０２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１０１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１０２内の両側壁１０３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１０５が形成されている。

圧電セラミックプレート１０１の溝１０２の開口側には、カバープレート１０７が接着剤１０９を介して接合されている。カバープレート１０７には、各溝１０２の浅くなった他端部と連通する凹部となるインク室１１１と、このインク室１１１の底部から溝１０２とは反対方向に貫通するインク供給口１１２とを有する。

また、圧電セラミックプレート１０１とカバープレート１０７との接合体の溝１０２が開口している端面には、ノズルプレート１１５が接合されており、ノズルプレート１１５の各溝１０２に対向する位置にはノズル開口１１７が形成されている。

なお、圧電セラミックプレート１０１のノズルプレート１１５とは反対側でカバープレート１０７とは反対側の面には、配線基板１２０が固着されている。配線基板１２０には、各電極１０５とボンディングワイヤ１２１等で接続された配線１２２が形成され、この配線１２２を介して電極１０５に駆動電圧を印加できるようになっている。

このように構成される記録ヘッドでは、インク供給口１１２から各溝１０２内にインクを充填し、所定の溝１０２の両側の側壁１０３に電極１０５を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁１０３が変形して所定の溝１０２内の容積が変化し、これにより、溝１０２内のインクがノズル開口１１７から吐出する。

また、このような記録ヘッドに用いられるインクは、その温度によって粘度が変化するため、記録ヘッド近傍にサーミスタを設け、サーミスタが検出した温度に対応して側壁１０３の駆動電圧を調整することにより、インクの粘度に適したインク吐出を行っている。

特開昭５６−６０２６１号公報

しかしながら、サーミスタが偏った位置に設けられていると、インク全体の温度を正確に把握することができず、例えば、サーミスタが設けられていない位置のノズル開口からはインクが良好に吐出されずに、印字ヌケ等の印刷不良が発生するという問題がある。特に、有機溶媒系のインクを用いた場合に印刷不良が発生しやすいという問題がある。

また、サーミスタに電圧が印加されることにより、サーミスタはそれ自体の発熱によって抵抗値が変化し、正確な温度を測定できないという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑み、温度をより正確に検出し、安定した印字品質を保持できるインクジェットヘッドを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明のインクジェットヘッドの第一態様の特徴は、基板に形成された駆動部の電極に駆動電圧を印加することによって、インク流路に充填されたインクをノズル開口から吐出し、電極に駆動電圧を印加するドライバＩＣと、ドライバＩＣに接続され駆動電圧をドライバＩＣに供給する駆動電圧配線と、ドライバＩＣに接続されＧＮＤ電位を有する接地配線と、電源と駆動電圧配線に接続されるトランジスタと、トランジスタとドライバＩＣの間の駆動電圧配線と接地配線との双方に接続され駆動電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部と接地配線とトランジスタに接続され駆動電圧を制御する電圧制御部と、を有するインクジェットヘッドであって、電圧検出部はトランジスタとドライバＩＣの間の駆動電圧配線と接地配線に接続した複数のサーミスタを備えるところにある。

本発明のインクジェットヘッドの第二態様の特徴は、第一態様のインクジェットヘッドであって、複数のサーミスタは、ドライバＩＣと電圧検出部と電圧制御部を搭載する駆動回路の回路基板の幅方向両端部近傍にそれぞれ設けるところにある。

本発明のインクジェットヘッドの第三態様の特徴は、第二態様のインクジェットヘッドであって、回路基板はインクを貯留するインクタンク近傍に設けられるところにある。

本発明のインクジェットヘッドの第四態様の特徴は、第一乃至第三態様のいずれかのインクジェットヘッドであって、インク流路が圧電セラミックプレートに形成され、駆動部の電極に駆動電圧を印加することにより駆動部が変形し、インク流路内の容積を変化させることでインク流路内のインクを吐出するところにある。

本発明のインクジェットヘッドの第五態様の特徴は、第一乃至第四態様のいずれかのインクジェットヘッドであって、トランジスタはＰＮＰトランジスタであり、ＰＮＰトランジスタのベース側に電圧制御部を接続し、ＰＮＰトランジスタのエミッタ側に電源電圧を供給し、ＰＮＰトランジスタのコレクタ側に電圧検出部およびドライバＩＣを接続するところにある。

かかる本発明では、サーミスタによってヘッドの複数箇所の温度を検出するようにしたので、より正確な温度を検出することができる。また、この検出した温度に応じて駆動電圧を調整するようにしたので、ドット抜け等の印刷不良をより確実に防止することができる。

以上説明したように本発明では、複数のサーミスタを設けて温度を検出するようにしたので、インク全体の温度をより正確に把握することができ、安定した印字品質を保持することができる。また、複数のサーミスタを直列に接続するようにしたので、電圧を印加した際のサーミスタ自体の発熱を抑えることができ、サーミスタの抵抗値の変化によって検出温度に誤差が生じるのを防止することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの組立斜視図である。本発明の一実施形態のヘッドチップユニットの分解斜視図である。本発明の一実施形態に係るヘッドチップの分解斜視図である。本発明の一実施形態に係るヘッドチップユニットの組立工程を示す斜視図である。センシング温度と駆動電圧及びインクの粘度との関係を示すグラフである。駆動回路の概略を示す図であり、（ａ）はブロック図であり、（ｂ）は回路図である。本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの組立工程を示す概略斜視図である。本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの使用態様を示す斜視図である。従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す分解斜視図である。従来技術に係る記録ヘッドの概要を示す断面図である。

発明の実施するための形態

以下、本発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、一実施形態に係るインクジェットヘッドの組立斜視図であり、図２はヘッドチップユニットの分解斜視図であり、図３はヘッドチップの分解斜視図であり、図４は、ヘッドチップユニットの製造工程の一例を示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、複数色のインクを収容したインクカートリッジ１１と、このインクカートリッジ１１を着脱自在に保持するタンクホルダ１２と、このタンクホルダ１２の側面に固定されてインクを吐出するヘッドチップユニット１３とを有する。

また、ヘッドチップユニット１３は、図２に示すように、ヘッドチップ１４と、このヘッドチップ１４の一方面側に設けられるベースプレート１５と、ヘッドチップ１４の他方面側に設けられるヘッドカバー１６とを有する。

ここで、ヘッドチップ１４について詳しく説明する。図３に示すように、ヘッドチップ１４を構成する圧電セラミックプレート１７には、複数の溝１８が並設され、各溝１８は、側壁１９で分離されている。各溝１８の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１７の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１８内の両側壁１９の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極２０が形成されている。

ここで、圧電セラミックプレート１７に形成される各溝１８は、例えば、円盤状のダイスカッターにより形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイスカッターの形状を利用して形成される。また、各溝１８内に形成される電極２０は、例えば、公知の斜め方向からの蒸着により形成される。

圧電セラミックプレート１７の溝１８の開口側には、インク室プレート２１が接合されている。インク室プレート２１には、各溝１８の浅くなった他端部と連通する凹部となるインク室２２と、このインク室２２の底部から溝１８とは反対方向に貫通するインク供給口２３とを有する。

ここで、本実施形態では、各溝１８は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインクに対応したグループに分かれており、インク室２２及びインク供給口２３は、それぞれ４つずつ設けられている。

なお、インク室プレート２１は、セラミックプレート、金属プレートなどで形成することができるが、圧電セラミックプレート１７との接合後の変形等を考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用いるのが好ましい。

また、圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２１との接合体の溝１８が開口している端面には、ノズルプレート２４が接合されており、ノズルプレート２４の各溝１８に対向する位置にはノズル開口２５が形成されている。

本実施形態では、ノズルプレート２４は、圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２１との接合体の溝１８が開口している端面の面積よりも大きくなっている。このノズルプレート２４は、ポリイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル開口２５を形成したものである。また、図示しないが、ノズルプレート２４の被印刷物に対向する面には、インクの付着等を防止するために撥水性を有する撥水膜が設けられている。

なお、本実施形態では、圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２１との接合体の溝１８が開口している端部の周囲には、ノズル支持プレート２６が配置されている。このノズル支持プレート２６は、ノズルプレート２４の接合体端面の外側と接合されて、ノズルプレート２４を安定して保持するためのものである。勿論、このノズル支持プレート２６は設けなくてもよい。

このような構成のヘッドチップ１４は、まず、圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２１とを接合し、その接合体の端面にノズルプレート２４を接合する。次いで、ノズルプレート２４の外側面、及び圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２１との接合体にヘッド支持プレート２６を嵌合接着することにより形成される。

以下に、このようなヘッドチップ１４を有するヘッドチップユニット１３について説明する。

図２及び図４に示すように、本実施形態のヘッドチップユニット１３は、ヘッドチップ１４を構成する圧電セラミックプレート１７のノズル開口２５側とは反対側の端部には電極２０に接続される図示しない配線パターンが形成されており、この配線パターンには異方性導電膜２７を介してフレキシブルケーブル２８が接合される。また、圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２１との接合体のヘッド支持プレート２６の後端側には、圧電セラミックプレート１７側のアルミニウム製のベースプレート１５と、インク室プレート２１側のヘッドカバー１６とが組み付けられる。ベースプレート１５とヘッドカバー１６とは、ベースプレート１５の係止孔１５ａにヘッドカバー１６の係止シャフト１６ａを係合することにより固定され、両者で圧電セラミックプレート１７とインク室プレート２１との接合体を挟持する。ヘッドカバー１６には、インク室プレート２１のインク供給口２３のそれぞれに連通するインク導入路２９が設けられている。

また、図４（ａ）に示すように、圧電セラミックプレート１７の後端側に突出したベースプレート１５上には配線基板３０が固着される。ここで、配線基板３０上にはヘッドチップ１４を駆動するための集積回路などの駆動回路３１が搭載され、駆動回路３１とフレキシブルケーブル２８とが異方性導電膜３２を介して接続される。これにより、図４（ｂ）のヘッドチップユニット１３が完成する。

このようなヘッドチップユニット１３では、インク導入路２９を介してインク供給口２３から各溝１８内にインクを充填し、駆動回路３１によって所定の溝１８の両側の側壁１９に電極２０を介して所定の駆動電界を作用させることにより、側壁１９が変形して所定の溝１８の内の容積が変化し、溝１８内のインクがノズル開口２５から吐出する。

ここで、インクは、その温度変化に伴って粘度が変化する。特に、本実施形態では、有機溶媒系のインクを用いているため、図５に示すように、インクの温度変化に伴って粘度が著しく変化する。例えば、インクの温度が５℃のときの粘度は２５ｃＰであるのに対し、２５℃のときの粘度は１０ｃＰと５℃の時の粘度の半分以下まで低下してしまう。このため、インクの温度に応じて駆動電圧を調整する必要がある。

そのため、駆動回路３１にサーミスタ３３を設け、このサーミスタ３３によってインクカートリッジ１１近傍の温度を検出し、検出した温度に対応して、例えば、図５に示すようなテーブル等を参照することにより、駆動電圧の調整を行っている。

このようなサーミスタ３３は、本実施形態では、回路基板３０の幅方向両端部近傍に位置するようにそれぞれ設けられ、且つこれらのサーミスタ３３はそれぞれ直列に接続されている。詳しくは、図６（ａ）の機能ブロック図に示すように、駆動回路３１は、ヘッドチップ１４の各側壁１９に電極２０を介して選択的に駆動電圧を印加するためのドライバＩＣ３４と、駆動電圧を制御する電圧制御部３５と、実際に印加されている電圧を検出する電圧検出部３６とを有し、この電圧検出部３６内に２つのサーミスタ３３が直列に接続されている。

このような駆動回路３１では、図６（ｂ）の回路図に示すように、ヘッドチップ３３に実際に印加される駆動電圧はＶRef2であり、ＶRef2が所定温度で、ＶRefと一致するように、ＶRef2／Ｖa2が調整されている。おり、この駆動回路３１では、ヘッドチップ３３に実際に印加される駆動電圧はＶRef2であり、所定温度では、駆動電圧がＶrefとなるように調整されている。

したがって、温度の変化に伴って各サーミスタ３３の抵抗値が変化すると、サーミスタ３３に印加される電圧Ｖa2が変化し、これに伴ってＶRef2、すなわち、駆動電圧が変化する。例えば、本実施形態では、図５に示すように、各サーミスタ３３の検出温度の上昇に伴って、駆動電圧は所定の勾配で低下する。

また、本実施形態では、２つのサーミスタ３３を設けているので、これら２つのサーミスタ３３のそれぞれの抵抗値が変化することによって、駆動電圧の変化量が決定する。すなわち、２つのサーミスタ３３によって検出された温度の平均値に対応して駆動電圧が調整される。

このように、複数のサーミスタ３３によって温度を検出することにより、インク全体の温度をより正確に把握することができる。例えば、場所による温度のばらつきがあった場合でも、複数箇所の温度を平均するため、各場所の温度の誤差を小さく抑えることができる。したがって、インクの温度変化に対応して常に最適な駆動電圧を印加してインクを吐出することができ、ドット抜け、インクのしぶき等の印刷不良を防止することができ、印刷品質を良好に保持することができる。

また、本実施形態では、複数のサーミスタ３３を直列に接続するようにしたので、サーミスタ３３に電圧をかけた際の発熱が抑えられるため、この発熱に伴うサーミスタ３３の検出温度の誤差を抑えることができる。詳しくは、ヘッドチップ１４の側壁１９に印加する駆動電圧は、１５Ｖ〜３５Ｖ程度であり、サーミスタ３３にも同程度の電圧が印加される。例えば、１つのサーミスタに２０Ｖ程度の電圧が印加されると、サーミスタ自体が発熱してしまい、その発熱に伴ってサーミスタの抵抗値が低下して検出温度に誤差が生じてしまう。しかしながら、本実施形態のように、複数のサーミスタ３３を設けこれらを直列に接続することにより、個々のサーミスタ３３にかかる電圧が抑えられる。したがって、サーミスタ３３自体の発熱が抑えられ、この発熱によって検出温度に誤差が生じるのを防止することができる。

なお、本実施形態では、２つのサーミスタを設けるようにしたが、勿論、その数は限定されず、３つ以上であってもよいことは言うまでもない。

また、このようなヘッドチップユニット１３は、インクカートリッジ１１を保持するタンクホルダ１２に組み付けられてインクジェットヘッド１０が形成される。

このタンクホルダ１２の一例を図７に示す。図７に示すタンクホルダ１２は、一方面が開口した略箱形形状をなし、インクカートリッジが着脱自在に保持可能なものである。また、底壁上面には、インクカートリッジの底部に形成された開口部であるインク供給口と連結する連結部３４が設けられている。連結部３４は、例えば、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインク毎に設けられている。連通部３４内には図示しないインク流路が形成され、その開口となる連結部３４の先端には、フィルタ３５が設けられている。また、連結部３４内に形成されたインク流路は底壁の裏面側まで連通して形成され、各インク流路は、タンクホルダ１２の裏面側に設けられた流路基板３６内の図示しないインク流路を介して流路基板３６の側壁に開口するヘッド連結口３７に連通する。このヘッド連結口３７はタンクホルダ１２の側面側に開口し、当該側壁の底部には、上述したヘッドチップユニット１３を保持するヘッドチップユニット保持部３８が設けられている。ヘッドチップユニット保持部３８は、配線基板３０上に設けられた駆動回路３１を包囲する略コ字状に立設された包囲壁３９と、包囲壁３９内にあってヘッドチップユニット１３のベースプレート１５及び配線基板３０に設けられた係止孔１３ａと係合する係合シャフト４０が立設されている。

従って、このヘッドチップユニット保持部３８にヘッドチップユニット１３を搭載してインクジェットヘッド１０が完成する。このとき、ヘッドカバー１６に形成されたインク導入路２９が流路基板３６のヘッド連結口３７に連結される。これにより、タンクホルダ１２の連結部３４を介してインクカートリッジから導入されたインクは、流路基板３６内のインク流路を通ってヘッドチップユニット１３のインク導入路２９に導入され、インク室２２及び溝１８内に充填される。

このように形成されたインクジェットヘッド１０は、例えば、インクジェット式記録装置のキャリッジに搭載されて使用される。この使用態様の一例の概略を図８に示す。

図８に示すように、キャリッジ５１は、一対のガイドレール５２ａ及び５２ｂ上に軸方向に移動自在に搭載されており、カイドレール５２の一端側に設けられてキャリッジ駆動モータ５３に連結されたプーリ５４ａと、他端側に設けられたプーリ５４ｂとに掛け渡されたタイミングベルト５５を介して搬送される。キャリッジ５１の搬送方向と直交する方向の両側には、ガイドレール５２ａ及び５２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ５６及び５７が設けられている。これらの搬送ローラ５６及び５７は、キャリッジ５１の下方に当該キャリッジ５１の搬送方向とは直交する方向に被記録媒体Ｓを搬送するものである。

キャリッジ５１上には、上述したインクジェットヘッド１０が搭載され、このインクジェットヘッド１０には上述したインクカートリッジを着脱自在に取付可能である。

このようなインクジェット式記録装置によると、被記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ５１をその送り方向とは直交方向に走査することにより、ヘッドチップによって被記録媒体Ｓ上に文字及び画像を記録することができる。

以上、一実施形態について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。

１０インクジェットヘッド
１１インクカートリッジ
１２タンクホルダ
１３ヘッドチップユニット
１４ヘッドチップ
１７圧電セラミックプレート
１８溝
１９側壁
２０電極
２５ノズル開口
３０配線基板
３１駆動回路
３３サーミスタ

Claims

基板に形成された駆動部の電極に駆動電圧を印加することによって、インク流路に充填されたインクをノズル開口から吐出し、
前記電極に前記駆動電圧を印加するドライバＩＣと、
前記ドライバＩＣに接続され前記駆動電圧を前記ドライバＩＣに供給する駆動電圧配線と、
前記ドライバＩＣに接続されＧＮＤ電位を有する接地配線と、
電源と前記駆動電圧配線に接続されるトランジスタと、
前記トランジスタと前記ドライバＩＣの間の前記駆動電圧配線と前記接地配線との双方に接続され前記駆動電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部と前記接地配線と前記トランジスタに接続され前記駆動電圧を制御する電圧制御部と、
を有するインクジェットヘッドであって、
前記電圧検出部は前記トランジスタと前記ドライバＩＣの間の前記駆動電圧配線と前記接地配線に接続した複数のサーミスタを備え、前記複数のサーミスタは前記ノズル開口が並設される方向に互いに離間して設けられているとともに、直列に接続されており、前記複数のサーミスタが検知する温度の変化に伴う前記複数のサーミスタの抵抗値の変化により前記複数のサーミスタに印加される電圧が変化し、該電圧の変化に基づき前記電圧制御部が前記駆動電圧を変化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に記載のインクジェットヘッドであって、
前記複数のサーミスタは、前記ノズル開口が並設される方向において、前記ドライバＩＣと前記電圧検出部と前記電圧制御部を搭載する駆動回路の回路基板の両端部近傍にそれぞれ設けることを特徴とするインクジェットヘッド。
請求項２に記載のインクジェットヘッドであって、
前記回路基板は前記インクを収容するインクタンク近傍に設けられ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のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドであって、
前記インク流路が圧電セラミックプレートに形成され、前記駆動部の電極に駆動電圧を印加することにより前記駆動部が変形し、前記インク流路内の容積を変化させることで前記インク流路内のインクを吐出す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４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドであって、
前記トランジスタはＰＮＰトランジスタであり、
前記ＰＮＰトランジスタのベース側に前記電圧制御部を接続し、前記ＰＮＰトランジスタのエミッタ側に電源電圧を供給し、前記ＰＮＰトランジスタのコレクタ側に前記電圧検出部および前記ドライバＩＣを接続することを特徴とするインクジェットヘッド。