JP4995166B2 - 液体吐出装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、インクジェット方式のプリンタ等に用いる液体吐出装置およびその制御方法に関する。

インクジェット方式のプリンタ等に用いられる液体吐出装置いわゆるインクジェットヘッドは、液体が供給される複数の圧力室、これら圧力室に液体吐出用の圧力を加える複数の圧電素子、これら圧電素子に動作用電圧を印加するための複数の電極、上記各圧力室と対応する位置にそれぞれ液体吐出用のノズルを有するノズルプレート、このノズルプレート上に保護用として設けられそのノズルプレートの各ノズルと対応する位置にそれぞれ開口を有するマスクプレートなどを備えている。各圧電素子および各電極は、アクチュエータと称される。

このようなインクジェットヘッドにおいて、印字の解像度を高め、また印字の速度を向上するためには、多数のノズルおよびアクチュエータが必要である。この点を考慮し、複数のノズルからなるノズル列を互いに並べて設けた、いわゆる複数列構成のインクジェットヘッドが知られている（例えば特許文献１）。
特開２０００−２１８８０２号公報

インクジェットヘッドの動作によって例えば用紙へのプリントを行っているとき、用紙がマスクプレートに接触する際の摩擦により、マスクプレートに電荷が溜まる。
絶縁性のインクが使用されている場合は、マスクプレートに溜まった電荷の行き場所がないため、そのままではマスクプレートとプリンタ筐体との間に放電が起こることがある。この放電は、プリント品質の面からも、安全面からも、好ましくない。

対策として、マスクプレートをアース接続して、マスクプレートに溜まる電荷をアース側に放出することが考えられる。この電荷の放出により、マスクプレートとプリンタ筐体との間の放電を防ぐことができる。

しかしながら、マスクプレートのアース接続によってマスクプレートの電荷がアース側に放出されると、マスクプレートの電位が零となるため、マスクプレートと電極との間の電位差が大きくなる。

インクが絶縁性であれば、たとえマスクプレートと電極との間の電位差が大きくても、マスクプレートと電極との間に電流が流れることはない。

ただし、インクが導電性の場合は、マスクプレートと電極との間の電位差が大きいと、マスクプレートと電極との間にインクを通して電流が流れてしまう。電流が流れると、インク中に凝集物が生じ、圧力室からノズルへのインクの流れが悪くなったり、最悪の場合はノズルが凝集物で塞がれ、インクを吐出できなくなる。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、絶縁性インクが使用された場合の放電を防ぐことができ、また導電性インクが使用された場合の凝集物の発生を防ぐことができる液体吐出装置およびその制御方法を提供することである。

請求項１に係る発明の液体吐出装置は、液体が供給される圧力室と、この圧力室に液体吐出用の圧力を加える圧電素子と、この圧電素子により圧力が加わる前記圧力室の液体を吐出するノズルをその圧力室と対応する位置に有するノズルプレートと、このノズルプレート上に設けられ、前記ノズルと対応する位置に開口を有するマスクプレートと、このマスクプレートとアースとの導通を開閉する開閉スイッチと、使用するインクが導電性インクであるか絶縁性インクであるかを指定する操作手段と、この操作手段で導電性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを開く第１制御手段と、前記操作手段で絶縁性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを閉じる第２制御手段と、を備える。

この発明の液体吐出装置およびその制御方法によれば、絶縁性のインクが使用された場合の不要な放電を防ぐことができるとともに、導電性のインクが使用された場合の不要な凝集物の発生を防ぐことができる。

以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。液体吐出装置であるインクジェットヘッドの外観を図１に示し、そのインクジェットヘッドのノズルプレートが外された状態を図２に示す。

図１に示すように、圧電部材で形成された基台１の下面の一側縁に沿って板状の圧電部材２が装着され、同じ下面の他側縁に沿って別の板状の圧電部材２が設けられている。そして、基台１の下面および各圧電部材２の側面を被う状態にノズルプレート（オリフィスプレートともいう）３が設けられている。ノズルプレート３には、一側縁側の圧電部材２と基台１との境界部分に沿ってインク吐出用（液体吐出用）の複数のノズル４が互いに所定間隔で一列に並んで形成され、他側縁側の圧電部材２と基台１との境界部分に沿って同じくインク吐出用の複数のノズル４が互いに所定間隔で一列に並んで形成されている。

また、図２に示すように、一側縁側の圧電部材２と基台１との重合部における各ノズル４と対応する位置にそれぞれ切り欠き状の開口１１が互いに所定間隔で形成され、これら開口１１を含んでそこから圧電部材２の上面にかけて傾斜する形状の圧力室１２がそれぞれ形成されている。これら圧力室１２の相互間に存する圧電部材２および基台１は、分極方向が互いに対向する状態に重ね合わせた形の壁状の一対の圧電素子となる。これら圧電素子に駆動電圧を印加するための電極１２ａが各圧力室１２の内壁に設けられている。これら圧電素子および電極１２ａによってヘッド駆動用の複数のアクチュエータ１３が構成され、これらアクチュエータ１３により各ノズル４の一方の列に沿う第１アクチュエータ列が形成されている。

さらに、他側縁側の圧電部材２と基台１との重合部における各ノズル４と対応する位置にもそれぞれ切り欠き状の開口１１が互いに所定間隔で形成され、これら開口１１を含んでそこから圧電部材２の下面にかけて傾斜する形状の圧力室１２がそれぞれ形成されている。これら圧力室１２の相互間に存する圧電部材２および基台１は、分極方向が互いに対向する状態に重ね合わせた形の壁状の一対の圧電素子となる。これら圧電素子に駆動電圧を印加するための電極１２ａが各圧力室１２の内壁に設けられている。これら圧電素子および電極１２ａによってヘッド駆動用の複数のアクチュエータ１３が構成され、これらアクチュエータ１３により各ノズル４の他方の列に沿う第２アクチュエータ列が形成されている。

各圧電部材２上にはカバー５が設けられ、そのカバー５内に各圧力室１２に連通する液室が形成されている。カバー５の上面にはインク流入口６が設けられ、このインク流入口６に供給されるインク（液体）が上記液室を通って各圧力室１２に導かれる。各圧力室１２の内壁の電極１２ａからは複数の導電部材７が導出され、これら導電部材７が基台１の側面上の回路基板８に接続される。

また、ノズルプレート３上に保護用のマスクプレート１０が設けられる。図１ではマスクプレート１０がノズルプレート３から離れているが、実際には、ノズルプレート３にマスクプレート１０が面接触する状態で装着されている。マスクプレート１０は、ノズルプレート３の各ノズル４と対応する位置に、それぞれ開口１１を有する。

そして、マスクプレート１０の端縁と回路基板８上のアースライン（導電パターン）８ａの一端と間に、アース用リード線２１が接続される。アースライン８ａの他端は、電源ケーブルのアース線などを介して実際に接地される。そして、回路基板８上のアースライン８ａの中途部に、開閉スイッチ２２が挿入接続される。開閉スイッチ２２は、例えば半導体スイッチ素子等のいわゆる電子スイッチであり、回路基板８上のＣＰＵ（制御部）９によって開閉が制御される。

使用するインクが導電性インクであるか絶縁性インクであるかを指定するための第１操作手段として指定スイッチ８ｂ、当該インクジェットヘッドのメンテナンスモードを指定するための第２操作手段としてメンテナンス釦８ｃが、回路基板８に設けられている。

ＣＰＵ９は、指定スイッチ８ｂおよびメンテナンス釦８ｃの操作に応じた主要な機能として、次の（１）〜（４）の手段を有する。
（１）指定スイッチ８ｂおよびメンテナンス釦８ｃの状態を検出する検出手段。

（２）上記検出手段で上記指定スイッチ８ｂのオンが検出されているとき、導電性インクが指定されているとの判断の下に、開閉スイッチ２２を開く第１制御手段。
（３）上記検出手段で上記指定スイッチ８ｂのオフが検出されているとき、絶縁性インクが指定されているとの判断の下に、開閉スイッチ２２を閉じる第２制御手段。

（４）上記検出手段でメンテナンス釦８ｃのオンが検出されているとき、メンテナンスモードが指定されたとの判断の下に、上記指定スイッチ８ｂのオン（導電性インクの指定）にかかわらず、開閉スイッチ２２を閉じる第３制御手段。

つぎに、図３、図４、図５を参照しながら、作用について説明する。
当該インクジェットヘッドの動作によって例えば用紙へのプリントを行っているとき、用紙がマスクプレート１０に接触する際の摩擦により、マスクプレート１０に電荷が溜まるようになる。
ここで、圧力室１２に導電性インクＬ１が存在する状態を図３に示している。この導電性インクＬ１の使用に際しては、あらかじめ人為的な操作により、指定スイッチ８ｂがオンされる。このオンに基づき（ステップ１０１のＹＥＳ）、開閉スイッチ２２が開かれる（ステップ１０２）。

開閉スイッチ２２が開くと、マスクプレート１０のアース接続が遮断された状態となり、マスクプレート１０と電極１２ａとの間の電位差が小さくなる。この場合、マスクプレート１０に溜まった電荷に基づく微小な電流が、マスクプレート１０から導電性インクＬ１を介して電極１２ａへと流れる。

仮に、開閉スイッチ２２が閉じていると、マスクプレート１０がアース接続されてその電位が零となるため、マスクプレート１０と電極１２ａとの間の電位差が大きくなり、その電位差の影響で、マスクプレート１０と電極１２ａとの間に導電性インクＬ１を通して所定以上の電流が流れてしまう。この所定以上の電流が流れると、導電性インクＬ１中に図３に示すようないくつかの凝集物Ｌｃが生じ、その凝集物Ｌｃがノズル４に入り込んだりマスクプレート１０の開口１１の内周に付着し、導電性インクＬ１の吐出に悪影響を及ぼしてしまう。

しかしながら、この導電性インクＬ１の使用に際しては、上記のように開閉スイッチ２２が開いてマスクプレート１０のアース接続が遮断されるので、マスクプレート１０と電極１２ａとの間に導電性インクＬ１を通して所定以上の電流が流れる不具合を回避することができる。よって、導電性インクＬ１中に凝集物Ｌｃが発生せず、導電性インクＬ１の良好な吐出が可能となる。

ところで、当該インクジェットヘッドの動作が続くと、マスクプレート１０の表面や開口１１が導電性インクＬ１で汚れるため、定期的にメンテナンスを行う必要がある。このメンテナンスに際しては、人為的な操作により、メンテナンス釦８ｃがオンされる。

メンテナンス釦８ｃがオンされると、メンテナンスモードが指定されたとの判断の下に（ステップ１０３のＹＥＳ）、上記指定スイッチ８ｂのオン（導電性インクＬ１の指定）にかかわらず、開閉スイッチ２２が閉じられる（ステップ１０４）。

すなわち、マスクプレート１０の表面や開口１１を清掃具で拭うなどのメンテナンスを行うと、清掃具がマスクプレート１０に接触する際の摩擦により、マスクプレート１０に電荷が溜まるようになる。このため、上記のように、開閉スイッチ２２が閉じられて、マスクプレート１０がアース接続される。このアース接続により、マスクプレート１０に電荷が溜まり込まなくなる。

メンテナンスが終了すると、メンテナンス釦８ｃがオフされる。このとき、メンテナンスモードが解除されたとの判断の下に（ステップ１０３のＮＯ）、導電性インクＬ１の指定に基づく上記ステップ１０２の処理、つまり開閉スイッチ２２を開く処理、が再び実行される。

一方、圧力室１２に絶縁性インクＬ２が存在する状態を図４に示している。この絶縁性インクＬ２の使用に際しては、あらかじめ人為的な操作により、指定スイッチ８ｂがオフされる。このオフに基づき（ステップ１０１のＮＯ）、開閉スイッチ２２が閉じられる（ステップ１０５）。

開閉スイッチ２２が閉じると、マスクプレート１０がアース接続された状態となり、マスクプレート１０と電極１２ａとの間の電位差が大きくなる。ただし、マスクプレート１０と電極１２ａとの間に存するのは絶縁性インクＬ２なので、たとえ電位差が大きくても、マスクプレート１０と電極１２ａとの間に電流が流れることはない。

仮に、開閉スイッチ２２が開いていると、マスクプレート１０のアース接続が遮断されるため、しかも絶縁性インクＬ２を使用しているため、図４に示すように、＋電荷がマスクプレート１０に溜まってしまう。このままでは、マスクプレート１０と筐体２０との間に放電が起こる心配がある。この放電は、プリント品質の面からも、安全面からも、好ましくない。

しかしながら、この絶縁性インクＬ２の使用に際しては、上記のように開閉スイッチ２２が閉じてマスクプレート１０がアース接続されるので、＋電荷がマスクプレート１０に溜まる不具合を回避することができる。よって、マスクプレート１０と筐体２０との間の放電を回避することができる。

なお、上記実施形態では、導電性インクＬ１と絶縁性インクＬ２を識別する手段として手操作式の指定スイッチ８ｂを用いたが、導電性インクＬ１と絶縁性インクＬ２をセンサによって自動的に識別する構成としてもよい。また、マスクプレート１０からのアース用リード線２１を回路基板８のアースライン８ａに接続したが、筐体２０がアース接続されている場合は、マスクプレート１０からのアース用リード線２１を筐体２０に接続し、そのアース用リード線２１の中途部に開閉スイッチ２２を挿入接続する構成としてもよい。
その他、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、用紙を変えない範囲で種々変形実施可能である。

この発明の一実施形態の外観を示す斜視図。 同実施形態におけるアクチュエータの構成を示す斜視図。 同実施形態における導電性インクの使用例を示す図。 同実施形態における絶縁性インクの使用例を示す図。 同実施形態の作用を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…基台、２…圧電部材、３…ノズルプレート、４…ノズル、５…カバー、６…流入口、７…導電部材、８…回路基板、１０…マスクプレート、１１…開口、１２…圧力室、１２ａ…電極、１３…アクチュエータ、２１…配線、２２…開閉スイッチ

Claims (5)

1. 液体が供給される圧力室と、
   この圧力室に液体吐出用の圧力を加える圧電素子と、
   この圧電素子により圧力が加わる前記圧力室の液体を吐出するノズルをその圧力室と対応する位置に有するノズルプレートと、
   このノズルプレート上に設けられ、前記ノズルと対応する位置に開口を有するマスクプレートと、
   このマスクプレートとアースとの導通を開閉する開閉スイッチと、
   使用するインクが導電性インクであるか絶縁性インクであるかを指定する操作手段と、
   前記操作手段で導電性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを開く第１制御手段と、
   前記操作手段で絶縁性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを閉じる第２制御手段と、
   を備えることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記開閉スイッチは、前記マスクプレートと当該液体吐出装置における回路基板のアースラインとの間に接続される、
   ことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
3. 液体が供給される圧力室と、
   この圧力室に液体吐出用の圧力を加える圧電素子と、
   この圧電素子により圧力が加わる前記圧力室の液体を吐出するノズルをその圧力室と対応する位置に有するノズルプレートと、
   このノズルプレート上に設けられ、前記ノズルと対応する位置に開口を有するマスクプレートと、
   このマスクプレートとアースとの導通を開閉する開閉スイッチと、
   使用するインクが導電性インクであるか絶縁性インクであるかを指定する第１操作手段と、
   当該装置のメンテナンスモードを指定する第２操作手段と、
   前記第１操作手段で導電性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを開く第１制御手段と、
   前記第１操作手段で絶縁性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを閉じる第２制御手段と、
   前記第２操作手段でメンテナンスモードが指定されているとき、前記第１操作手段による導電性インクの指定にかかわらず、前記開閉スイッチを閉じる第３制御手段と、
   を備えることを特徴とする液体吐出装置。
4. 液体が供給される圧力室と、この圧力室に液体吐出用の圧力を加える圧電素子と、この圧電素子により圧力が加わる前記圧力室の液体を吐出するノズルをその圧力室と対応する位置に有するノズルプレートと、このノズルプレート上に設けられ前記ノズルと対応する位置に開口を有するマスクプレートと、このマスクプレートとアースとの導通を開閉する開閉スイッチと、使用するインクが導電性インクであるか絶縁性インクであるかを指定する操作手段と、を備えた液体吐出装置において、
   前記操作手段で導電性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを開くステップと、
   前記操作手段で絶縁性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを閉じるステップと、
   を備えることを特徴とする液体吐出装置の制御方法。
5. 液体が供給される圧力室と、この圧力室に液体吐出用の圧力を加える圧電素子と、この圧電素子により圧力が加わる前記圧力室の液体を吐出するノズルをその圧力室と対応する位置に有するノズルプレートと、このノズルプレート上に設けられ前記ノズルと対応する位置に開口を有するマスクプレートと、このマスクプレートとアースとの導通を開閉する開閉スイッチと、使用するインクが導電性インクであるか絶縁性インクであるかを指定する第１操作手段と、当該装置のメンテナンスモードを指定する第２操作手段と、を備えた液体吐出装置において、
   前記第１操作手段で導電性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを開くステップと、
   前記第１操作手段で絶縁性インクが指定されているとき、前記開閉スイッチを閉じるステップと、
   前記第２操作手段でメンテナンスモードが指定されると、前記導電性インクの指定にかかわらず、前記開閉スイッチを閉じるステップと、
   を備えることを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

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