JPH08132621A

JPH08132621A - 液滴吐出装置

Info

Publication number: JPH08132621A
Application number: JP27365094A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Miura; 眞芳三浦; Yuji Takashima; 祐二高島; Chiaki Daito; 千秋大東; Seiji Yamamori; 清司山森
Original assignee: Matsushita Graphic Communication Systems Inc; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic System Solutions Japan Co Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1996-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】微小ノズルより液滴を吐出させる液滴吐出装
置に関するもので、高密度でノズル配置が可能で、優れ
た特性を持つ液滴吐出装置の提供を目的とする。【構成】基板１０に、液体供給源に連通したインク供
給室１７とインク吐出口１９に連通した圧力室１８が設
けられ、振動板１２と圧電素子１３よりなるバイモルフ
型振動子が、その一端は基板１０に固着され、他端は圧
力室１８を構成する基板面に接合され、かつ基板１０と
間隙１６を保って対向して設けられる。圧電素子１３の
矢印１４方向の振動が矢印１５方向の振動に変換され
て、圧力室１８を大きな変位で圧縮するため、インク吐
出口１９より効率よく液滴が吐出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小ノズルより液体を
吐出させ、記録紙やシート上に液体パターンを形成する
液滴吐出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液滴吐出装置は、インクジェット
記録装置についての開発が進みプリンタとしての商品化
が盛んであるが、さらに吐出応答速度の向上や、液滴の
微小化、ヘッドの小型化等の点においては、これからの
改良が求められている。

【０００３】一般に、液滴吐出装置には、熱エネルギー
によって液体中に気泡を発生させ、気泡による圧力波に
より液滴を吐出させるもの、静電力によって液滴を吸引
吐出させるもの、ピエゾ素子のような振動子による圧力
波を利用したもの等種々の方式があるが、本発明はピエ
ゾ素子などの圧電素子を利用したものに関連するので、
図１０にインクを用いたその従来例を示す。

【０００４】図１０において、インク供給室２に連通し
たインク吐出口１と、結合通路３を介してインク供給室
２に連通した圧力室４が設けられ、圧力室４には振動板
５に接合されたピエゾ素子６が設置されている。

【０００５】そして、このような構成において、ピエゾ
素子６に所定の電圧を印加すると、ピエゾ素子６が伸縮
することによって、ピエゾ素子６と振動板５が太鼓状の
振動を起こして圧力室４内のインクが圧縮され、インク
吐出口１よりインク液滴が吐出されるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
のような従来例では、ピエゾ素子６による振動板５の変
位量は０．１〜０．５μｍと非常に小さいため、圧力室
４に接する振動板５の面積を大きくし、圧力室４の体積
変化を拡大することによって、液滴が吐出するに足るエ
ネルギーを得ることが必要であった。

【０００７】そのため、従来構造では、ピエゾ素子自体
を小さくできないので、全体を小型化することが難し
く、またそれ故マルチノズルヘッドの実現が困難である
という課題を有していた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、請求項１記載の本発明は、液体供給源に連絡
されて基板中に設けられた圧力室と、前記圧力室に連絡
し液体を第１の方向に吐出する液体吐出口と、圧電素子
を含む振動子とを有し、前記振動子の一端は前記基板に
固定され、その他端は前記圧力室を形成する基板の面に
接合され、前記振動子を振動させることによって前記基
板の面を介して前記圧力室を前記第１の方向と略直交す
る第２の方向に圧縮させ、前記液体吐出口から液滴を吐
出させる液滴吐出装置である。

【０００９】または、請求項２記載の本発明は、液体供
給源に連絡されて基板中に設けられた複数の圧力室と、
前記複数の圧力室のうちの少なくとも一部に対して前記
液体供給源との間に設けられた共通のインク供給室と、
前記複数の圧力室に対応して連絡して設けられ液体を第
１の方向に吐出する複数の液体吐出口と、前記複数の圧
力室に対応して設けられ圧電素子を含む複数の振動子
と、前記基板上に設けられ前記複数の振動子のうち前記
共通のインク供給室に対応したものを駆動するドライバ
ー手段とを有し、前記複数の振動子の一端は前記基板に
固定され、その他端は対応した圧力室を形成する基板の
面に接合され、前記ドライバー手段により前記複数の振
動子を振動させることによって前記基板の面を介して前
記複数の圧力室を前記第１の方向と略直交する第２の方
向に圧縮させ、前記複数の液体吐出口から液滴を吐出さ
せる液滴吐出装置である。

【００１０】そして、請求項３に記載されているよう
に、更に、第１の方向に静電界を作用させる静電界印加
手段を有してもよい。

【００１１】このとき、請求項４に記載されているよう
に、液体が、樹脂を含有した水性インクであることが好
ましい。

【００１２】そして、請求項５に記載されているよう
に、複数の液体吐出口はブロックに分割され、更に、前
記ブロック毎に前記複数の液体吐出口の前面より液体を
吸引する吸引装置を有していてもよい。

【００１３】または、請求項６に記載されているよう
に、更に、複数の液体吐出口の配列方向に走査可能なキ
ャリッジ手段を有し、前記キャリッジ手段には、前記複
数の液体吐出口の少なくとも一部を吸引する吸引装置、
前記複数の液体吐出口の少なくとも一部をクリーニング
するクリーニング装置及び／叉は前記複数の液体吐出口
の全体を覆うことができるキャップ部材の一端が設けら
れていてもよい。

【００１４】または、請求項７記載のように、液体に樹
脂を含有した水性インクは、圧力波による吐出力と静電
界による吸引力とを併用して液体吐出口より液体を曳糸
状態で吐出させる液滴吐出装置に好適に用い得る。

【００１５】

【作用】上記本発明の構成では、圧電素子を用いて片持
ち梁状構造の振動子とし、片持ち梁の自由端側を圧力室
壁に接合しているから、圧電素子の振動の大きさに比較
して大きな振動が圧力室に伝達される。

【００１６】よって、圧電素子が小型化され、高密度な
配列が可能となり、高密度に配列されたマルチノズルヘ
ッドが実現される。

【００１７】また、静電力を併用することにより、液体
吐出の効率が向上し、この場合液体に樹脂を含有した水
性インクを用いれば、吐出がより安定化される。

【００１８】また、吸引装置により液体吐出口の詰まり
が防止される。また、キャリッジ手段に、吸引装置、ク
リーニング装置、キャップ部材の一端を取り付けること
により、目詰まりが防止され、汚れの少ない状態に液滴
吐出装置を保つ。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。

【００２０】（実施例１）本発明の第１の実施例につい
て説明をする。

【００２１】図１は、本発明の第１の実施例の液滴吐出
装置の構成を示す。本実施例では、液体をインクに代表
して説明をする。

【００２２】図１において、１０は基板、１１は基板１
０に設けられたノズル板、１２は基板上に設けられた振
動板、１３は振動板１２に接するように設けられた圧電
素子、１４は圧電素子１３の振動方向、１５は振動板１
２の振動方向、１６は間隙、１７は基板１０に設けられ
不図示のインク供給源に連絡されたインク供給室、１８
は基板１０に設けられインク供給室１７に連絡された圧
力室、１９はノズル板１１に設けられたインク吐出口、
２０はインク液滴である。

【００２３】そして、振動板１２および圧電素子１３は
各々略短冊状に形成し互いに固着してあり、振動板１２
の一端は基板１０の面に固定され、その他端は圧力室１
８を形成する一面に接合されており、かつ、その中央部
が間隙１６を介して基板１０と対向しており、いわゆる
バイモルフ型振動子（厚電素子と振動板を互いに隣接さ
せた構造の振動子をいう。）を形成している。

【００２４】このような構成において、圧電素子１３の
表裏に不図示の手段により電位差を生じさせると圧電素
子１３は矢印１４方向に伸縮する。

【００２５】一方、圧電素子１３の振動を受けた振動板
１２は、一端が基板１０に固定されているので、圧力室
１８の一面側に接合された端部のみが矢印１５の方向に
変位し、圧力室１８を膨脹、収縮させ、インク吐出口１
９よりインク液滴２０を吐出させる。

【００２６】この場合、このような構成を用いることに
より、矢印１４が小さな変位であっても拡大された矢印
１５方向の変位を得ることができる。

【００２７】ここで、図２を用いて、圧電素子１３の変
位量が振動板１２でどの程度増大されるか説明をする。

【００２８】図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、圧
電素子１３と振動板１２とは接合され、一端を基板１０
に固定された片持ち梁を形成しているから、圧電素子及
び振動板の中心線間の距離をｔ、両者の長さをｌとし、
圧電素子が電圧を印加されることにより（ｌ＋ｘ）に伸
び、振動板の中心線の長さは変化がないと仮定すると、
圧電素子の伸縮方向と直交する方向の変位ｙは、変位が
微小である仮定すると、ｙ＝ｌｘ／（２ｔ）で近似され
る。

【００２９】この式から明らかなように、本発明の構造
では、ｌをｔに比べて大きくすることにより大きな変位
が得られる。

【００３０】従って、圧力室１８と振動板１２の接合面
の面積が小さくても、インク液滴２０を吐出させるに充
分な圧力室の容積変化を生じさせることができるように
なるから、インク吐出口１９および圧力室１８を高密度
に配置することが可能となり、特にマルチノズルヘッド
の実現が容易となる。

【００３１】なお、図１では、圧電素子１３と振動板１
２とを接合したバイモルフ構造としたが、図３に示すよ
うに、振動板自体も圧電素子２２で形成して電圧印加時
に圧電素子１３と反対方向に伸縮するよう構成してもよ
く、この場合にはさらに変位の拡大が可能である。

【００３２】また、図４に示すように、圧電素子自体を
薄い電極を介して積層した積層型圧電素子３３としても
よく、このような構造では、積層型圧電素子３３に生じ
る電界力が増大するため低電圧で大きな変位が得られ、
液滴吐出装置の回路系の構成を簡便にし、価格も低減可
能である。もちろん、このような積層型圧電素子を振動
板にも用いてもよい。

【００３３】また、場合によっては、振動板を省略し圧
電素子だけで同様の機能を実現してもよい。

【００３４】（実施例２）本発明の第２の実施例につい
て説明をする。

【００３５】図５は、本発明の第２の実施例の構成を示
す斜視図であり、いわゆるマルチノズルヘッド構造の一
実施例を示すものである。本実施例でも、液体をインク
に代表して説明をする。

【００３６】図５において、５０は基板、５１はノズル
板、５２−１、５２−２…５２−ｎは各々独立して設け
られたｎ個（ｎは２以上の整数）の振動板、５３−１、
５３−２…５３−ｎは振動板５２−１、５２−２…５２
−ｎに各々対応して独立にそれらの上に設けられた圧電
素子、５６−１、５６−２…５６−ｎは振動板５２−
１、５２−２…５２−ｎに各々対応して独立にそれらと
基板５０間に設けられた間隙、５７−１、５７−２…５
７−ｎ（図面上は５７−１のみ記載がされている。）は
不図示のインク供給源に連絡された互いに独立したイン
ク供給室、５８−１、５８−２…５８−ｎ（図面上は５
８−１のみが記載されている。）はインク供給室５７−
１、５７−２…５７−ｎに各々連絡され独立の圧力室、
５９−１、５９−２…５９−ｎは圧力室５８−１、５８
−２…５８−ｎに各々連絡され独立して設けられたイン
ク吐出口であり、基本的構成は、前述の第１の実施例の
液滴吐出装置を並列的にｎ個設けた構成である。

【００３７】ただし、間隙５６−１、５６−２…５６−
ｎは独立に設けず振動板５２−１、５２−２…５２−ｎ
に共通の間隙であってもよく、インク供給室５７−１、
５７−２…５７−ｎは、各圧力室５８−１、５８−２…
５８−ｎに連通した共通のインク供給室であってもよ
い。

【００３８】各圧電素子５３−１、５３−２…５３−ｎ
および各振動板５２−１、５２−２…５２−ｎは短冊状
に分割され、一端が基板５０側の面に、他端が各々圧力
室５８−１、５８−２…５８−ｎ側の基板５０の面に接
合され、間隙５６−１、５６−２…５６−ｎを有して、
基板５０と対向している。

【００３９】このような本実施例の構成においては、特
に複数の圧電素子５３−１、５３−２…５３−ｎを短冊
形状として高密度に配列して、液滴の吐出方向を圧力室
の圧縮、収縮方向と直交させるとともに、圧力室への液
体の供給方向と同一方向としたため、容易にノズルヘッ
ドを被記録物に対向させながら効率的にインクが吐出さ
れ得ること等の理由によって、マルチノズル構成が非常
に簡便に実現され得たものである。

【００４０】図６は、本実施例のマルチノズル構成をよ
り詳細に説明する構成図で、図６（ａ）は、図５の構成
を基板５０に垂直な面で切った断面図に対応した段面図
であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ部分断面図
を示している。なお、図６（ａ）は図６（ｂ）のＢ−Ｂ
断面にも相当している。

【００４１】図６においては、インク供給室６７−Ｎ
（Ｎは正の整数）を、Ｍ個（Ｍは正の整数）の圧力室６
８−Ｎ１…６８−Ｎｘ…６８−ＮＭ（１≦ｘ≦Ｍ）に共
通して設けている。

【００４２】このように、複数個の圧力室６８−Ｎ１、
６８−Ｎ２…６８−ＮＭに対して、一個の共通のインク
供給室６７−Ｎを配することによって、より簡便な構成
で安定してインクを供給することができる。

【００４３】これに比べて、各圧力室にそれぞれインク
供給室を設けるのは複雑な微細構造部分が増えるため製
作上困難性が増大するだけではなく、各圧力室に対する
インクの供給力にバラツキが生じ易く、各インク吐出口
からの液体の吐出量のバラツキが発生してしまう。

【００４４】従って、通常１０から２００個程度のノズ
ルあるいは圧力室を一つの群とし、群単位に共通インク
室を設けるとインク供給が安定化し、バラツキのないマ
ルチノズルヘッドが実現できる。

【００４５】なお、インク供給室６７−Ｎと隣接したイ
ンク供給室６７−Ｎ−１、６７−Ｎ＋１の境界は完全に
仕切るとインク供給源との連絡がなくなるため、各群の
圧力室へのインク供給を可能とするように狭い通路２０
が設けられている。もちろんインク供給源との連絡が維
持される場合には、通路２０は設ける必要はない。

【００４６】また、図６（ａ）に示されるように、圧電
素子６３−Ｎｘは圧力室６８−Ｎｘを加圧する素子であ
るが、配線７０−Ｎｘを介して、基板６０上に設けられ
たドライバーＩＣ７０−Ｎに接続されている。

【００４７】このドライバーＩＣ７０−Ｎは、６８−Ｎ
１…６８−ＮＭの圧力室の１群を圧縮する圧電素子６３
−Ｎ１…６３−ＮＭの駆動を行うＭチャンネルのドライ
バーである。

【００４８】このように、圧力室およびインク供給室が
形成された基板６０上にドライバーＩＣを設置すること
によって、ドライバーと圧電素子との間の配線の少なく
とも一部が半導体プロセス的に行うことができ、低価格
な製造工程が可能となる。

【００４９】さらに、複数のノズル群に対して一つの共
通のインク供給室とそれらを駆動するドライバー手段が
セットで設けられていることにより、複数のノズル群を
単位とした、調整時のテスト吐出、目詰まり回復処理
や、フルラインノズルヘッドによく使用されるマトリク
ス駆動等が可能となる。

【００５０】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て説明をする。

【００５１】図７は、本発明の第３の実施例を示し、液
体はインクに代表させてある。本実施例は、前述の第１
の実施例における構成に対して、静電力による吸引エネ
ルギーが併用できるようにしたものであり、具体的に
は、被記録材７１の裏面に背面電極７２を設け、圧力室
１８内のインクと背面電極７２との間に、電圧源７３に
よって電圧を印加し、インク吐出口１９内のインクに被
記録材７１方向の吸引力を作用させたものである。ま
た、静電力を併用する構成は、第１の実施例で説明した
ものに限らず、第２の実施例で説明したマルチノズル型
の構成であってもよい。

【００５２】ここで、まず、静電力のみによる液滴の吐
出状態について説明をする。図７において圧電素子１３
が作動していないと考え、静電界のみを印加したとき、
どの程度の電界力で液滴が吐出するかは、インク吐出口
径やインク等の液体の粘度、表面張力等によって異なる
が、インク吐出口径が３０から６０μｍ、液の粘度が２
０ｃＰ以下、表面張力が２０から５０ｄｙｎｅ／ｃｍの
とき、ノズルと背面電極間距離を約１ｍｍとすると、お
よそ、２ｋＶから３ｋＶ程度の電圧で吐出が開始され
る。

【００５３】すなわち、インク吐出口１９内のインク
と、背面電極の間に電圧を印加してゆくと、インク吐出
口１９に形成されている液体のメニスカスは徐々に膨ら
みはじめ、電圧が２から３ｋＶになると、その膨らみが
伸びて背面電極方向に吐出を開始する。

【００５４】そして、一旦吐出した液体は背面電極に近
づくにしたがって益々加速されて、被記録材７１上に付
着する。

【００５５】このように、静電力によって液体を吐出さ
せる場合には、一旦液が吐出するに足るエネルギーを与
えれば、高速に飛翔がなされるけれども、吐出開始させ
るまでには、すなわち、メニスカスを所定の大きさまで
に膨らませるまでに、２から３ｋＶと大きなエネルギー
が必要とされる。

【００５６】次に、圧電素子のみによって液滴を吐出さ
せる場合について説明する。圧電素子によって液滴を吐
出させる場合、液の物性値や、寸法構造等の条件にもよ
るが、通常５０から２００Ｖ程度の電圧を印加してはじ
めて吐出が可能となる。

【００５７】つまり、圧電素子によって生じる圧力波が
弱い場合には、インク吐出口に生じるインクのメニスカ
スが圧力波にあわせて振動するだけで吐出がなされな
い。

【００５８】また、多少強い圧力波であっても、飛翔す
るに足るエネルギーがない場合には、ノズル板の面を垂
れ落ちてしまうことになる。

【００５９】このように、圧電素子によって液滴を吐出
させる方式では液滴の飛翔速度を高めるために、大きな
エネルギーを必要としている。

【００６０】よって、本実施例では、圧電素子の作動だ
けで液滴を吐出する構成ではなく、静電力によるエネル
ギーと圧電素子によるエネルギーを併用して液滴を吐出
することにしたものである。

【００６１】例えば、１．５ｋＶ程度の電位差により静
電界を発生させておくと、インク吐出口１９のメニスカ
スは少し膨らみを持つが、吐出するには至らず液体の表
面張力によって保たれた状態となる。

【００６２】次に、圧電素子１３に電圧を印加するとそ
れによって発生する圧力波によって、メニスカスが振動
して隆起し、この隆起量が一定値以上になると、メニス
カスに作用している静電界による吸引力で液が吐出す
る。

【００６３】この場合に必要な圧電素子１３への印加電
圧は、静電力を利用しない場合の１／２から１／３程度
の値である。これは、圧電素子１３ではメニスカスを隆
起させるだけのエネルギーを発生させれば良く、液滴２
０の飛翔力は静電力のエネルギーが担当するようになっ
ているからだと考えられる。

【００６４】以上のように、本実施例の構成では、圧電
素子に印加する電圧を大幅に低減でき、かつ静電力によ
る飛翔エネルギーは、電流がほとんど流れないがため
に、非常に少なくて済むため、低消費電力の液滴吐出装
置が実現できる。

【００６５】そして本実施例の構成では、圧力室の容積
変化が少なくても、吐出が可能であることから、さらに
圧力室の可動壁の面積を小さくすることができることを
も意味しており、圧力室やインク吐出口の配列密度をよ
り高密度化できるものである。

【００６６】また、静電力の吸引によってのみ吐出する
液体の吐出量は非常に微量であり、発明者の検討による
と、約６０μｍの直径のノズルを使用した際、１６ドッ
ト／ｍｍ程度の解像度が得られる。

【００６７】一方、圧電素子のみを利用した液滴吐出装
置では、それに比較して吐出量が多く、約４０μｍの直
径のノズルを使用しても、８ドット／ｍｍ程度の解像度
しか得られない。

【００６８】つまり、吐出量にすると、同一ノズル径の
ものを使用した場合、一桁以上圧電素子を使用したもの
の方が多い。

【００６９】これに対して、静電力と圧電素子を併用し
た本実施例の液滴吐出装置では、静電力によって実現さ
れる微量な吐出量範囲から、圧電素子の振動力によって
実現される比較的大きな吐出量範囲までを、連続的に変
化させしめることが可能となる。

【００７０】具体的には、圧電素子に印加される電圧あ
るいは電圧パルスのパルス幅を変化させ、圧力波の大き
さを可変とすることによって、吐出量を変化できる。こ
のことは、本発明の構成が、被記録材上でのドットの大
きさを変化させて、階調記録を実現するのに有効なもの
であることを示している。

【００７１】なお、本実施例では、バイモルフ型の振動
子を有する構成に静電力を付加した例で説明をしたが、
他のタイプ、例えば実施例１で説明したタイプ等の振動
子を有するものに静電力を付加しても同様である。

【００７２】さらに、圧電素子による圧力波と静電力を
併用した構成だけではなく、圧力波が熱エネルギーによ
って発生する気泡によるものであっても、同様の効果が
期待できることはもちろんである。

【００７３】（実施例４）本発明の第４の実施例につい
て説明をする。

【００７４】上記第３の実施例の構成では、弱い圧力波
でも液滴の吐出が可能で消費電力の少ない液滴吐出装置
が実現できるが、反面、インク吐出口内の液が乾燥した
場合には、圧力波が弱いため目詰まりの解消が困難とな
る。

【００７５】または、静電力を併用していない場合で
も、吐出しやすい液体を用いている場合には、やはり圧
力波が弱く設定されているため目詰まりの解消が困難と
なる。

【００７６】このような場合には、装置の稼働直前ある
いは定期的に、圧電素子の駆動電圧より高い電圧を印加
し、強い圧力波によって、目詰まりを解消、あるいは防
止するのが有効である。

【００７７】例えば、通常の液滴吐出が２０Ｖの電圧で
駆動されている場合、その時だけ４０から６０Ｖあるい
はそれ以上の電圧で駆動し強い圧力波を発生させて、目
詰まりを解消・防止することになる。

【００７８】また、インク吐出口が目詰まりしたり、圧
力室に気泡が混入して、液体の吐出が不可能になった場
合に、ノズル面（インク吐出口の前端面）から強制的に
液体を吸引してゴミや気泡を吸い出す方法が有効であ
る。

【００７９】しかし、インク吐出口の数が増加し、例え
ば２００ｍｍから３００ｍｍの長さにノズルが配列され
たフルマルチノズルヘッドでは、全インク吐出口を同時
に吸引すると、吸引力が場所によって異なり、場所によ
り吸引しても回復しないインク吐出口が生じることがあ
る。

【００８０】図８は、このようなフルマルチノズルヘッ
ド型の液滴吐出装置に好適な本実施例の吸引型目詰まり
除去装置を有する液滴吐出装置の構成を示すもので、図
６の液滴吐出装置を巨視的に記載したものに対応する。

【００８１】図８においては、複数のノズルが一つのブ
ロック（第１…第Ｋノズル群：Ｋは２以上の整数）を形
成しており、この各ブロックに対して、基板８０上に各
々ドライバーＩＣ９０−１…９０−Ｋが対応して設けら
れている。

【００８２】そして、１００は吸引装置であり、主断面
で示されるように、吸引室１０１−１…１０１−Ｌ（Ｌ
は２以上の自然数）と吸引口１０２−１…１０２−Ｌと
を有している。本実施例では、これらの吸引室と吸引口
は、複数のノズルからなるブロックの２つに対して各々
１つづつ設けられているが、２つ以上のブロックに対し
て設けてもよい。

【００８３】このように、ノズルをいくつかのブロック
に分割し、所望の数のブロック毎に吸引を行うことによ
って、このブロック単位で確実に吐出不良となったノズ
ルを回復させることができる。

【００８４】ここで、全ての吸引室を同時に作動させた
場合に、吸引量が非常に多くなり、インク供給室やそれ
に連通したインク供給源に過大な負圧が生じて不都合が
生じるときには、吸引室を時分割的に（例えば一つおき
に）負圧にして吸引を行ってもよい。

【００８５】また、圧電素子に通常より大きな駆動力を
作用させ目詰まりを解消する手段とノズル前面からの吸
引手段を併用してもよいが、この場合には、吸引室１０
１−Ｌ、吸引口１０２−Ｌと、それらに対応したドライ
バー９０−（Ｋ−１）、９０−Ｋを連動させればよい。

【００８６】さらに、予め目詰まりが生じているノズル
の箇所が判明している場合には、その部分に相当する吸
引室を指定して吸引を実施することによって、無駄のな
い吸引回復装置が実現できる。

【００８７】なお、本実施例においては、吸引室の境界
にあるノズルが閉塞されてしまい吸引がされないことが
考えられる。

【００８８】これを解決するには、以下の二つの方法の
いずれかを実施すればよい。第一の方法は、図８の構成
で吸引操作を終了した後、吸引装置１００とマルチノズ
ルヘッドとを、ノズル配列方向に相対移動させることに
より、吸引室の境界を移動させて閉塞されたノズルが吸
引される位置にし、再び吸引動作をさせる方法である。

【００８９】第二の方法は、図８の吸引装置を２列の吸
引ブロックに分け、例えば１列目には奇数番目の吸引室
を配し、２列目には偶数番目の吸引室を配置する。この
とき、各吸引室の幅をやや広げ、１列目の吸引室の境界
位置と２列目のそれが重ならないように構成しておく。
そして、このように構成した吸引装置により、まず１列
目の吸引ブロックで吸引操作を終了した後、ノズル位置
を２列目の吸引ブロックの位置に移して２列目の吸引ブ
ロックで吸引操作を行う方法である。

【００９０】以上に代表させた二つの方法により、境界
上のノズルの吸引が安定して実施されるようになる。

【００９１】（実施例５）本発明の第５の実施例につい
て説明をする。

【００９２】既に述べてきたように、液滴吐出装置にお
いては、目詰まり防止対策等の安定性・信頼性を保証す
る手段が重要であることはいうまでもないが、フルマル
チ構造のラインヘッドでは、例えば図８の吸引装置に示
されるように、その手段自体も大がかりなものとなる。

【００９３】そこで、本実施例においては、インク吐出
口の前面からの吸引、インク吐出口の設けられているノ
ズル板前面のクリーニングおよびキャッピングがおこな
える簡便な構成について説明をする。

【００９４】液滴吐出装置は、通常の動作時には、例え
ば図７で示されるように、ノズル板の前面が被記録物に
対向しており、一般にその距離は１〜３ｍｍ程度であ
る。

【００９５】したがって、クリーニングやキャッピング
を行うには、まず、ノズル面と被記録物を相対移動さ
せ、それらを行う空間を形成する必要がある。

【００９６】図９に、このような相対移動を終え、吸
引、クリーニングおよびキャッピングの動作を行ってい
る状態を示す。

【００９７】図９において、９１はフルマルチ構造のラ
インヘッド、９２はラインヘッド９１の前面に設けられ
たインク吐出口列、９３はキャリッジ、９４はキャリッ
ジ９３をインク吐出口列９２の方向に移動するキャリッ
ジ移動手段、９５はキャリッジ９３上に設けられた吸引
ブロック、９６は吸引ブロック９５と不図示の負圧発生
手段と連絡する吸引チューブ、９７はキャリッジ９３上
に設けられたクリーニング手段、９８はキャリッジ９３
に設けられた帯状キャップ、９９は帯状キャップ９９を
収納するための収納部材である。

【００９８】ここで、吸引ブロック９５は、吸引チュー
ブ９６によって連絡された負圧発生手段の作動により、
キャリッジ９３の移動に連動して、インク吐出口列９２
の前面よりインクを吸引しながら移動して目詰まり回復
動作をおこなう。

【００９９】また、クリーニング手段９７は、ゴム等の
弾性部材で構成されており、インク吐出口列９２の前面
をひだ状のものでこすって、汚れを取り除きながら移動
する。

【０１００】さらに、帯状キャップ９８は、キャリッジ
９３の移動と共に収納部材９９から引き出され、キャリ
ッジ９３が他端（図中右端）に移動完了した後に、イン
ク吐出口列９２の前面に圧接されて、キャッピング動作
を完了する。

【０１０１】以上のように、本実施例においては、液滴
吐出装置の非駆動時に、ノズル面と被記録物の相対距離
を離す退避動作を行った後、ノズル前面からの吸引、ノ
ズル面のクリーニング及びキャッピング等の信頼性維持
手段をラインノズルの一端から他端に走査させて、信頼
性の維持、回復を行うものであり、比較的小型で簡便な
構成により信頼性の維持が保てるものである。

【０１０２】（実施例６）本発明の第６の実施例につい
て説明をする。

【０１０３】上記第３の実施例で説明したような圧力波
と静電力を併用した液滴吐出装置の場合には、静電力に
よって良好に吐出が可能な吐出用の液体を選択すること
が重要である。

【０１０４】本発明者の検討によると、静電力によって
液体が吸引され吐出する形態には、大別して、（１）液
滴状吐出状態、（２）曵糸状吐出状態および（３）噴霧
状吐出状態が存在すると考えられる。

【０１０５】このうち、噴霧状吐出状態は、電界力が極
めて高い時などに生じるが、被記録材上に解像度良くド
ットを形成することができないので、液滴吐出装置とし
て採用し得るのは、液滴状吐出状態と曵糸状吐出状態で
あり、特に曵糸状吐出では高速な応答が可能である。

【０１０６】従って、圧力波と静電力を併用した液滴吐
出装置においても、液体が柱状に引き伸ばされて飛翔す
る、すなわち、曵糸状吐出を生じるような液体を使用す
るのが、静電力を有効に使用する点で好適である。

【０１０７】一般に、染料系のインクの場合、絶縁性の
高い油性インクにおいて良好な曵糸状吐出がなされるこ
とが知られている。

【０１０８】一方、水性インクでは、曵糸状吐出ではな
く、液滴が分裂して吐出する液滴状吐出が生じやすい。

【０１０９】よって、圧力波と静電力を併用した液滴吐
出装置には、油性インクが適しているともいえるのであ
るが、しかし、有機溶媒をベースとする油性インクは、
臭気、安全性や公害等地球環境の面で問題となることが
あり、この観点からは水性インクが適している。

【０１１０】そこで、水性インクに関して検討を行った
ところ、水溶性高分子を水性インクに溶解させることに
よって、曵糸状吐出が生じることを発見した。

【０１１１】具体的には、まずヒューレットパッカード
（ＨＥＷＬＥＴＴＰＡＣＫＡＲＤ）社製のプリンタで
あるデスクライター（ＤＥＳＫＷＲＩＴＴＥＲ）用の
水性インクを用いた。

【０１１２】しかし、この水性インクをそのまま用い
て、静電力で吸引したところ液滴状吐出状態となり、曵
糸状吐出状態とはならなかった。

【０１１３】次に、このインクに水溶性高分子のポリビ
ニールアルコールを約１０重量％添加したところ、曵糸
状の吐出が可能となった。

【０１１４】水溶性高分子としては、ポリビニールアル
コールの代わりに、カルボキシメチルセルロース、ポリ
アクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリド
ン、ポリエチレンオキシド等が使用可能であり、この他
にも水性インクに溶解可能な樹脂であれば、良好な効果
が実現される。

【０１１５】以上のように、圧電素子等による圧力波と
静電力を併用した液滴吐出装置において、水溶性高分子
を含有した水性インクを用いることによって、高速な応
答が可能でかつ安全で、環境性に優れた液滴吐出装置が
実現できる。

【０１１６】

【発明の効果】以上のように本発明は、振動方向を変換
して圧力室を振動させる振動子によって、液体の充填さ
れた圧力室を圧縮して液滴を吐出させるため、高い吐出
効率を実現すると同時に、圧力室と微小ノズルを高密度
に配列することができるため、マルチノズル化ヘッドが
容易に実現できるものである。

【０１１７】また、圧力室およびインク供給室が形成さ
れた基板上にドライバーＩＣを設置することによって、
ドライバーと圧電素子との間の配線の少なくとも一部が
半導体プロセス的に行うことができ、低価格な製造工程
が可能となる。

【０１１８】さらに、複数のノズル群に対して一つの共
通のインク供給室とそれらを駆動するドライバー手段が
セットで設けられていることにより、複数のノズル群を
単位とした、調整時のテスト吐出、目詰まり回復処理
や、フルラインノズルヘッドによく使用されるマトリク
ス駆動等が可能となる。

【０１１９】また、静電力をも併用することにより、圧
電素子に印加する電圧を大幅に低減でき、かつ静電力に
よる飛翔エネルギーは、電流がほとんど流れないがため
に、非常に少なくて済むため、低消費電力の液滴吐出装
置が実現できる。

【０１２０】また、吸引手段を設けて、ノズルをいくつ
かのブロックに分割し、所望の数のブロック毎に吸引を
行うことによって、このブロック単位で確実に吐出不良
となったノズルを回復させることができる。

【０１２１】また、液滴吐出装置の非駆動時に、ノズル
面と被記録物の相対距離を離す退避動作を行った後、ノ
ズル前面からの吸引、ノズル面のクリーニング及びキャ
ッピング等の信頼性維持手段をノズル列の一端から他端
に走査させることにより、比較的小型で簡便な構成によ
り信頼性の維持が保てるものである。

【０１２２】また、圧電素子等による圧力波と静電力を
併用した液滴吐出装置において、水溶性高分子を含有し
た水性インクを用いることによって、高速な応答が可能
でかつ安全で、環境にやさしい液滴吐出装置が実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における液滴吐出装置の
断面図

【図２】同バイモルフ型圧電振動子の動作を示す断面図

【図３】同圧電振動子の他の構成を示す図

【図４】同圧電振動子の他の構成を示す図

【図５】同第２の実施例における液滴吐出装置の斜視図

【図６】同第２の実施例における液滴吐出装置の断面図

【図７】同第３の実施例における液滴吐出装置の断面図

【図８】同第４実施例における液滴吐出装置の平面断面
図

【図９】同第５実施例における液滴吐出装置の斜視図

【図１０】従来の液滴吐出装置の断面図

【符号の説明】

１０基板１１ノズル板１２振動板１３圧電素子１４圧電素子の振動方向１５バイモルフ型振動子の振動方向１６間隙１７インク供給室１８圧力室１９インク吐出口２０インク液滴２２圧電素子３３積層型圧電素子５０基板５１ノズル板５２振動板５３圧電素子５６間隙５７インク供給室５８圧力室５９インク吐出口６０基板６２振動板６３圧電素子６７インク供給室６８圧力室７０ドライバーＩＣ７１被記録材７２背面電極８０基板９０ドライバーＩＣ９１ラインヘッド９２インク吐出口列９３キャリッジ９４キャリッジ移動手段９５吸引ブロック９６吸引チューブ９７クリーニング手段９８帯状キャップ９９収納部材１００吸引装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 2/165 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０２Ｈ (72)発明者大東千秋東京都目黒区下目黒２丁目３番８号松下電送株式会社内 (72)発明者山森清司神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１号松下技研株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体供給源に連絡されて基板中に設けら
れた圧力室と、前記圧力室に連絡し液体を第１の方向に
吐出する液体吐出口と、圧電素子を含む振動子とを有
し、前記振動子の一端は前記基板に固定され、その他端
は前記圧力室を形成する基板の面に接合され、前記振動
子を振動させることによって前記基板の面を介して前記
圧力室を前記第１の方向と略直交する第２の方向に圧縮
させ、前記液体吐出口から液滴を吐出させる液滴吐出装
置。
【請求項２】液体供給源に連絡されて基板中に設けら
れた複数の圧力室と、前記複数の圧力室のうちの少なく
とも一部に対して前記液体供給源との間に設けられた共
通のインク供給室と、前記複数の圧力室に対応して連絡
して設けられ液体を第１の方向に吐出する複数の液体吐
出口と、前記複数の圧力室に対応して設けられ圧電素子
を含む複数の振動子と、前記基板上に設けられ前記複数
の振動子のうち前記共通のインク供給室に対応したもの
を駆動するドライバー手段とを有し、前記複数の振動子
の一端は前記基板に固定され、その他端は対応した圧力
室を形成する基板の面に接合され、前記ドライバー手段
により前記複数の振動子を振動させることによって前記
基板の面を介して前記複数の圧力室を前記第１の方向と
略直交する第２の方向に圧縮させ、前記複数の液体吐出
口から液滴を吐出させる液滴吐出装置。
【請求項３】更に、第１の方向に静電界を作用させる
静電界印加手段を有する請求項１または２記載の液滴吐
出装置。
【請求項４】液体が、樹脂を含有した水性インクであ
る請求項３記載の液滴吐出装置。
【請求項５】複数の液体吐出口はブロックに分割さ
れ、更に、前記ブロック毎に前記複数の液体吐出口の前
面より液体を吸引する吸引装置を有する請求項１から４
のいずれか記載の液滴吐出装置。
【請求項６】更に、複数の液体吐出口の配列方向に走
査可能なキャリッジ手段を有し、前記キャリッジ手段に
は、前記複数の液体吐出口の少なくとも一部を吸引する
吸引装置、前記複数の液体吐出口の少なくとも一部をク
リーニングするクリーニング装置及び／叉は前記複数の
液体吐出口の全体を覆うことができるキャップ部材の一
端が設けられている請求項１から４のいずれか記載の液
滴吐出装置。
【請求項７】圧力波による吐出力と静電界による吸引
力とを併用して液体吐出口より液体を曳糸状態として吐
出させる液滴吐出装置であって、前記液体に樹脂を含有
した水性インクを用いる液滴吐出装置。