JPH08336966A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 インクジェット記録装置は、一体的に形成さ
れるとともにそれぞれが独立したインク室２１となる複
数の中空領域を内部に有するインク室本体２０を備えて
いる。上記中空領域を形成する壁の少なくとも一部２２
は薄く形成され、その薄い壁２２の外面にそれぞれ当接
された複数の圧電体２６が基板２５上に配設されてい
る。 【効果】 インク室を一体的に形成しているので、イン
ク室用の複数の部材を接合する工程が省略でき、組み立
てが容易で生産性の向上とコストダウンを図れる。ま
た、インク室を加圧する別部材としての振動板を用いな
いので、振動板を介して隣接するインク室に振動が伝播
してクロストークを生じさせることもない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像信号に応じてイン
ク滴を飛翔させことにより、紙等の被記録媒体に記録す
るインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ノズルを備えたインク室に振
動板を介して圧電体を対向配置し、この圧電体に画像信
号に応じた電圧を印加して変形させ、この変形によって
インク室に臨んだ振動板の領域に変位を生じさせてイン
ク室に充填されたインクを加圧し、これによりインク滴
をノズルから噴射して紙等の被記録媒体に記録するイン
クジェットヘッドがプリンタなどの記録装置に用いられ
ている。

【０００３】上記インクジェットヘッドとして、例えば
図９に示すものが特開平６−１４３５７３号公報に開示
されている。このインクジェットヘッド９０は、複数の
ノズル孔９１を形成したノズルプレート９２に、各ノズ
ル孔９１に対応するインク室９３を区画形成するスペー
サ９４が固定されている。このスペーサ９４の下部には
振動板９５が固定され、この振動板９５の下面に電鋳等
の方法で形成されたアイランド部９６が圧電体９７の先
端面に固定されている。上記構成からなるインクジェッ
トヘッド９０では、圧電体９７に電圧を印加して伸長、
収縮させ、圧電体９７の変形をアイランド部９６を介し
て振動板９５に効率良く伝達し、インク室９３内部のイ
ンクを加圧してノズル孔９１よりインク滴を噴射するよ
うにしてある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記イ
ンクジェットヘッド９０は、インク室９３を形成するた
めの部材や組立工数が多いので、各インク室９３の寸法
や組立の精度にバラツキが生じやすく、これによってイ
ンク加圧特性も変化し、噴射されるインク滴径がインク
室９３間で不均一なものになるという問題がある。さら
に、振動板９５を介してインク室９３を加圧するタイプ
のインクジェットヘッドでは、１のインク室９３に対す
る圧電体９７の振動が振動板９５を介して隣接するイン
ク室９３に伝播して影響を与え、インクメニスカスが不
安定となってクロストークを引き起こしやすいという問
題もある。

【０００５】そこで、本発明は上記問題点を解決するた
めになされたもので、その目的は振動板を用いることな
くインク室を一体的に形成して組立の容易化と各インク
室間についての精度の均一化を図り、安価で、かつクロ
ストークのない安定したインク飛翔を達成できるインク
ジェット記録装置を提供することにある。

【０００６】上記目的を達成するため、第１発明のイン
クジェット記録装置は、一体的に形成されるとともにそ
れぞれが独立したインク室となる複数の中空領域を内部
に有し、該中空領域を形成する壁の少なくとも一部が薄
く形成されているインク室本体と、上記中空領域を形成
する薄い壁の外面に当接してそれぞれ配置された複数の
圧電体と、上記インク室本体に対して固定されるととも
に、上記各圧電体が配設されている基板と、上記圧電体
に画像信号に応じて電圧を印加する電圧印加手段とを備
え、上記電圧印加手段により上記圧電体に電圧を印加し
て変形させ、この変形に基づき上記インク室を形成する
中空領域の薄い壁を変位させることにより、インク室に
充填されたインクを加圧して、インク室の一端に形成し
たノズルより噴射するようにしている。

【０００７】また、第２発明のインクジェット記録装置
では、一体的に形成されインク室を内部に形成する中空
部材を複数個固定部材に固定してなるインク室本体と、
上記中空部材の外面に当接してそれぞれ配置された複数
の圧電体と、上記インク室本体に対して固定されるとと
もに、上記各圧電体が配設されている基板と、上記圧電
体に画像信号に応じて電圧を印加する電圧印加手段とを
備え、上記電圧印加手段により上記圧電体に電圧を印加
して変形させ、この変形に基づき上記インク室本体の中
空部材を変形させることにより、インク室に充填された
インクを加圧して、インク室の一端に形成したノズルよ
り噴射するようにしている。

【０００８】

【作用】上記インクジェット記録装置では、電圧印加手
段により圧電体に電圧を印加すると急速に変形する。こ
の圧電体の変形によってインク室の薄い壁が内側に押し
込まれて変位する。この変位によって加圧されたインク
がノズルから液滴状となって飛翔する。一方、圧電体へ
の電圧印加を解除すると、圧電体が復元してインク室の
薄い壁も元の状態に戻る。このとき、インク室内部に負
圧が生じ、これによりインク室にインクが補給されて次
のインク飛翔の準備ができる。

【０００９】上記インク室本体では、インク室を加圧す
る別部材としての振動板を用いることなくインク室を一
体的に形成しているので、組み立てが容易になるととも
に、振動板を介してのクロストークもない。また、イン
ク室を一体的に形成することで各インク室の精度が均一
なものになる。したがって、複数の部材を組み立ててイ
ンク室を形成する場合のように、組立精度のバラツキに
起因して各インク室間でインク加圧特性が不均一になる
こともなく、インク滴径が安定したものになる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照して説明する。図１は、本発明にかかるインクジェッ
ト記録装置１の全体構成を概略的に示したものである。
このインクジェット記録装置１は大別して、コネクタ２
ａを備えた電源部２と、駆動系３と、メカコントローラ
４と、メモリ５と、コントローラ６と、インク供給部７
と、スキャンキャリッジ８と、給紙部９と、ケース１０
と、操作パネル１１とから構成されている。上記スキャ
ンキャリッジ８は通紙方向（矢印ａ方向）に直交する方
向（図１において紙面の表裏方向）にスキャン可能にな
っており、その内部にはブラック、シアン、マゼンタお
よびイエロの各色用に４つのインクジェットヘッド１２
が通紙方向に沿い、かつインク噴射ノズルを下方に向け
て配置されている。

【００１１】上記インクジェットヘッド１２は、図２に
示すように、インク室本体２０を備えている。このイン
ク室本体２０は、ヤング率が１５００ｋｇｆ／ｍｍ²以
下、好ましくは１２００ｋｇｆ／ｍｍ²以下の樹脂材料
を用いて金型成型等の方法で一体的に成形された部材で
あり、その内部にそれぞれ独立したインク室２１となる
複数の中空領域を有している。これら中空領域は矩形断
面を有し、インク室本体２０の幅方向（図２において左
右方向）に所定ピッチで形成されるとともに、インク室
本体２０の奥行き方向（図２において紙面の表裏方向）
に沿ってそれぞれ平行に延びている。また、上記中空領
域の下部壁２２は薄く形成されており、その厚さは１５
０μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下に形成される。
なお、上記インク室本体２０の形成方法としては、金型
成型、エッチング、フォトレジスト成型、レーザ加工等
の公知の方法を単独または組み合わせて用いることがで
きる。また、上記中空領域の断面形状は矩形に限られ
ず、台形、三角形、円形、楕円形等その形状は任意に選
択できる。

【００１２】上記インク室本体２０の両端側下部にはス
ペーサ２４（一方のみ図示）が配置され、これらスペー
サ２４を介して例えばアルミナプレートからなる基板２
５が上記インク室本体２０に対して固定されている。

【００１３】上記基板２５のインク室本体２０に対向す
る面には、複数の圧電体２６が上記各中空領域に対応す
る位置にそれぞれ配設され、圧電体２６の上部は上記中
空領域の下部壁２２の外面に当接させてある。この当接
面は接着してもしなくてもよいが、接着すれば圧電体２
６の振動に対する上記下部壁２２の追従が確実となって
高周波応答性がよくなり、接着しなければインクジェッ
トヘッド１２の組み立て時の位置合わせが容易に行える
という利点がある。

【００１４】上記圧電体２６は、それぞれ矩形断面を有
し、かつインク室２１に沿う方向に細長い柱状体をなし
ており、上記下部壁２２との対向面に個別電極２７が、
また、上記基板２５との対向面に共通電極２８がそれぞ
れ形成されている。これらの圧電体２６は、例えばＰＺ
Ｔ圧電セラミックからなるプレートの両面に、上記各電
極２７，２８となる電極層をメッキ法によるＡｕ／Ｎｉ
膜、または、スパッタリングによるＡｕ／（Ｎｉ，Ｃ
ｒ）膜で厚さ０．１〜１０μｍ程度形成し、これを上記
基板２５に接着固定したのち、例えばダイシングソーで
切削加工して分割することによって形成される。なお、
圧電体２６の表面には、大気中の湿気が浸透することに
よって電圧を印加したときの圧電体２６の変形量が低下
するのを防止するため、例えば、ポリイミド樹脂をスピ
ンコート法で塗布し、１８０℃で１時間焼き付けるなど
によってオーバコート処理するのが好ましいが、湿度抵
抗の高い圧電材料を圧電体に用いた場合には、この処理
を省略してもよい。

【００１５】上記圧電体２６は、図３に示すように、イ
ンク室２１に対応する領域における自由な変形を確保す
るために、インク室２１に対応しない後端領域Ｓで基板
２５に接着固定されている。この接着には導電性接着剤
を用いて各圧電体２６の共通電極２８に導通する接着剤
層を形成し、この接着剤層を介して各共通電極２８はア
ースに接続されている。一方、各圧電体２６の個別電極
２７はその後端側において、基板２５に固定された支持
板３３上に各個別電極２７に対応して形成されている引
き出し配線３４にワイヤボンディング等の方法で接続さ
れ、図示しないドライバーＩＣを介して電圧印加手段で
あるコントローラ６（図１参照）に接続されている。こ
れにより、コントローラ６によって各圧電体２６に画像
信号に応じて電圧が印加されるようになっている。ま
た、各圧電体２６は個別電極２７から共通電極２８に向
かう方向に分極処理が施されている。

【００１６】上記インク室形成本体２０の前端面には、
例えば厚さ２５〜２００μｍ程度のポリイミドフィルム
からなるノズルプレート３０が接着固定されている。こ
のノズルプレート３０には、例えばエキシマレーザによ
って複数のノズル孔３１が各インク室２１の一端に対応
して形成され、そのピッチは例えば約４２．３〜２５４
μｍ（画素密度：６００〜１００ｄｐｉ）程度である。
また、上記ノズル孔３１は、その断面積がインク室２１
側で大きく、外部に面した側で小さくなるように、テー
パ状に形成されるのが好ましい。それは、インク飛翔後
のインク補充の際に、ノズル孔３１からインク室２１内
に空気が吸引されにくくする効果があることによる。

【００１７】上記各中空領域の後部壁２３にはインク供
給口２９が形成され、このインク供給口２９を覆うよう
にしてインクチューブ３２がインク室本体２０の後端部
に連結されている。

【００１８】続いて、上記構成からなるインクジェット
ヘッド１２のインク噴射動作について説明する。インク
は、図３に示すように、インク供給部７（図１参照）か
らインクチューブ３２、インク供給口２９を介して各イ
ンク室２１に充填される。電圧印加手段であるコントロ
ーラ６によりパルス状電圧を上記圧電体２６に印加する
と、個別電極２７から共通電極２８に向かう方向、すな
わち、分極方向と平行に電界が形成され、圧電体２６は
いわゆる厚み方向振動モードで変形、振動する。

【００１９】電圧が印加された上記圧電体２６は、幅方
向に収縮変形するとともに厚さ方向に膨張変形するが、
基板２５に固定されている領域Ｓではその変形が拘束さ
れる傾向にあるため、主としてインク室２１に対応する
部分が厚さ方向に急速に膨張変形し、図４中破線で示す
ように、その個別電極２７形成面がインク室本体２０の
中空領域の下部壁２２を押し上げて変位させる。この変
位によってインク室２１の容積が瞬時に減少し、これに
より加圧されたインクがノズル孔３１から液滴状となっ
て飛翔し、図示しない記録紙上に付着する。なお、圧電
体２６の基板２５に対する固定領域Ｓには個別電極２７
または共通電極２８のいずれか一方のみを形成して、こ
の領域では変形が全く生じないようにしてもよい。

【００２０】個別電極２７ヘの電圧印加が解除されて電
界が消滅すると圧電体２６は元の形状に復元し、これと
同時に上記下部壁２２も元の状態に戻る。このとき、イ
ンク室２１の内部に負圧が生じ、インクチューブ３２お
よびインク供給口２９を介してインク室２１にインクが
補給され、次のインク吐出の準備ができる。

【００２１】ただし、上記インク補給時に、電圧を瞬時
にゼロにして圧電体２６の弾性に基づき急速に復元させ
ると、ノズル孔３１からインク室２１内に気泡が吸引さ
れ、次のパルス電圧の印加時に気泡が圧力を吸収してイ
ンク飛翔を妨げるおそれがある。このため、上述したよ
うにノズル孔３１をテーパ状に形成するとともに、圧電
体２６が復元動作する際の電圧のパルス形状に傾斜をも
たせ、圧電体２６が気泡の吸引が生じない範囲で最も速
く復元するようにして、これを防止してもよい。

【００２２】上記のようなインク噴射動作が画像信号に
応じて各インク室２１毎に独立して行われ、スキャンキ
ャリッジ８の移動によってノズル数のライン分の画像が
描かれ、これが記録紙の通紙方向への移動に同期して繰
り返されることで、画像信号に応じた画像が記録紙上に
描かれる。

【００２３】以上に説明したように本実施例では、イン
ク室本体２０の内部に中空領域を形成してインク室２１
を一体的に形成しているので、インク室用の溝加工や複
数の部材の接合などの工程を省略することができ、加工
や組立の工数削減による生産性の向上とコストダウンを
図ることができる。また、インク室２１を一体的に形成
することで各インク室の精度が均一なものになる。この
ため、複数の部材を組み立ててインク室を形成する場合
のように、組立精度のバラツキに起因して各インク室間
でインク加圧特性が不均一になることもなく、インク滴
径が安定したものになる。さらに、インクを加圧する別
部材としての振動板で各インク室の一壁を形成した場合
には、振動板を介して隣接するインク室に振動が伝播し
てクロストークを生じさせるおそれがあったが、インク
室を一体的に形成した本実施例ではそのようなこともな
く、これによっても安定したインク飛翔が達成される。

【００２４】ところで、上記実施例では単層の圧電体２
６を使用したが、図５に示すように、公知のグリーンシ
ート法により圧電材料を２層以上のｎ層に積層し、内部
に接着層を兼ねた個別電極２７および共通電極２８を形
成した積層型圧電体３５を使用すれば、積層数に応じて
大きな実効変位を得ることができ、単層の場合に比べて
低電圧で同程度の変位量を得ることができる。その結
果、装置の低電圧駆動が可能になりドライバーＩＣの負
担が小さくて済むので、安価な低電圧用ＩＣを使用する
ことができ、ドライバーコストの低減を図れる。なお、
図５において積層型圧電体３５の外縁部の一点鎖線部
は、短絡防止のために電極が形成されていないことを示
すものである。

【００２５】また、上記インク室本体２０に代えて、図
６に示すように、基板２５との対向面に複数の溝部３６
を形成し、これら溝部３６によってインク室２１となる
中空領域がその三方を薄い壁で囲まれて形成されている
インク室本体３７を用いれば、隣接するインク室２１間
で振動が相互に影響し合ってクロストークするのをより
確実に防止することができる。

【００２６】図７に示すインクジェットヘッドでは、イ
ンク室本体４０が一体成形部材ではなく、薄い壁で囲ま
れて一体的に形成された１つのインク室２１を内部にそ
れぞれ形成する複数の中空部材４１と、これら中空部材
４１を所定ピッチで接着固定した固定板４２とで構成さ
れており、これによっても上記インク室本体３７を用い
た場合と全く同様の効果を得ることができる。

【００２７】図８に示すインクジェットヘッドでも、イ
ンク室本体４３が複数の中空部材４４と固定板４２とで
構成されるが、上記中空部材４１が矩形筒状であるのに
対して、上記中空部材４４は円筒状に形成されている。
この形状から中空部材４４は変形後の復元性に優れてお
り、圧電体２６の振動に対する応答性が向上し、印字速
度の高速化が可能になる。また、上記中空部材４４は固
定板４２との接着領域が小さいため、固定板４２を介し
て振動が伝播する可能性も小さく、クロストークの発生
を抑えることができる。なお、上記中空部材４１，４４
は上記実施例のインク室本体２０と同様の樹脂材料で形
成され、固定板４２は剛体で形成される。

【００２８】次に、上記インク室本体２０，３７、上記
中空部材４１，４４に用いることができる樹脂材料等に
ついて説明する。 （１）エポキシ樹脂 ，フェノキシ樹脂 ，ウレタン樹
脂 ，ナイロン類 ，シリコーン樹脂 ，フルオロシリ
コーン樹脂 ，フェノール樹脂 ，メラミン樹脂 ，キ
シレン樹脂 ，アルキッド樹脂 ，熱硬化アクリル樹脂
等の熱硬化性樹脂。上記の中では、エポキシ樹脂、フェ
ノキシ樹脂、フルオロシリコーン樹脂が好適い用いられ
る。

【００２９】（２） ポリエステル樹脂 ，ポリアミド
樹脂 ，ポリサルフォン樹脂 ，アクリル樹脂 ，アラ
ミド樹脂 ，エチレン−酢酸ビニル樹脂 ，イオン架橋
オレフィン共重合体（アイオノマー） ，スチレン−ブ
タジェンブロック共重合体，ポリアセタール ，ポリフ
ェニレンサルファイド ，ポリカーボネイト ，塩化ビ
ニル−酢酸ビニル共重合体 ，セルロースエステル ，
ポリイミド ，スチロール樹脂等の熱可塑性樹脂。上記
の中では、アラミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド
樹脂、ポリサルフォン樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂
が好適に用いられる。

【００３０】（３） 液晶ポリマ （４） 感光性樹脂 ，厚膜用フォトレジスト樹脂 （５） ゴム ，合成ゴム なお、上記（１）〜（５）に挙げた材料は、単体もしく
は組み合わせて用いてもよいし、他の粉末，ウイスカ
ー，ガラスフィラー等を混入して用いてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のインクジェット記録装置によれば、上記インク室本体
においてインク室を加圧する別部材としての振動板を用
いることなくインク室を一体的に形成しているので、イ
ンク室用の複数の部材の接合などの工程を省略すること
ができ、組み立てが容易になり、工数削減による生産性
の向上とコストダウンを図ることができる。

【００３２】また、インク室を一体的に形成することで
各インク室の精度が均一なものになる。したがって、複
数の部材を組み立ててインク室を形成する場合のよう
に、組立精度のバラツキに起因して各インク室間でイン
ク加圧特性が不均一になることもなく、インク滴径が安
定したものになる。

【００３３】さらに、インクを加圧する別部材としての
振動板で各インク室の一壁を形成した場合には、振動板
を介して隣接するインク室に振動が伝播してクロストー
クを生じさせるおそれがあったが、インク室を一体的に
形成した本発明によればそのようなこともなく、これに
よっても安定したインク飛翔が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 インクジェット記録装置の概略構成図であ
る。

【図２】 インクジェットヘッドの幅方向断面図であ
る。

【図３】 図２に示すインクジェットヘッドの長手方向
断面図である。

【図４】 圧電体がインク室を加圧したときの状態を示
す図である。

【図５】 積層型圧電体の側面図である。

【図６】 インク室本体に各インク室の側部を区画する
溝部を形成した変形例を示す図である。

【図７】 インク室本体を複数の部材で構成した変形例
を示す図である。

【図８】 インク室本体を複数の部材で構成した別の変
形例を示す図である。

【図９】 従来のインクジェットヘッドの一例を示す部
分断面図である。

【符号の説明】

１…インクジェット記録装置、６…コントローラ（電圧
印加手段）、２０，３７，４０，４３…インク室本体、
２１…インク室、２２…中空領域の下部壁（中空領域の
薄い壁）、２５…基板、２６…圧電体、３０…ノズルプ
レート、３１…ノズル孔（ノズル）、４１，４４…中空
部材、４２…固定板（固定部材）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一体的に形成されるとともにそれぞれが
   独立したインク室となる複数の中空領域を内部に有し、
   該中空領域を形成する壁の少なくとも一部が薄く形成さ
   れているインク室本体と、 上記中空領域を形成する薄い壁の外面に当接してそれぞ
   れ配置された複数の圧電体と、 上記インク室本体に対して固定されるとともに、上記各
   圧電体が配設されている基板と、 上記圧電体に画像信号に応じて電圧を印加する電圧印加
   手段とを備え、 上記電圧印加手段により上記圧電体に電圧を印加して変
   形させ、この変形に基づき上記インク室を形成する中空
   領域の薄い壁を変位させることにより、インク室に充填
   されたインクを加圧して、インク室の一端に形成したノ
   ズルより噴射するようにしたインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 一体的に形成されインク室を内部に形成
   する中空部材を複数個固定部材に固定してなるインク室
   本体と、 上記中空部材の外面に当接してそれぞれ配置された複数
   の圧電体と、 上記インク室本体に対して固定されるとともに、上記各
   圧電体が配設されている基板と、 上記圧電体に画像信号に応じて電圧を印加する電圧印加
   手段とを備え、 上記電圧印加手段により上記圧電体に電圧を印加して変
   形させ、この変形に基づき上記インク室本体の中空部材
   を変形させることにより、インク室に充填されたインク
   を加圧して、インク室の一端に形成したノズルより噴射
   するようにしたインクジェット記録装置。