(57)【要約】【課題】  ノズル間の液滴吐出特性のバラツキを抑制することで印字むらを有効に防止し得る液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】  圧力室１１の容積変動による当該圧力室１１の液滴の共通液体室１２への逆流により生じる共通液体室１２の圧力変動を可撓性電極１６が弾性変形することにより吸収するとともに、吸収しきれない圧力変動を前記可撓性電極１６とこれに相対向する電極間の静電容量の変化として検出するとともに、前記可撓性電極１６を変位させることにより逆位相の圧力変動を前記共通液体室１２に生起させることにより共通液体室１２内の制振を行う。【選択図】      図２
2006264065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルに連通して液滴を吐出する複数の圧力室と、各圧力室に液体を供給するようこれら各圧力室に連通して液体を貯留しておく共通液体室とを有する液体噴射ヘッドと、を具備し、
前記各圧力室の容積変動による当該圧力室の液体の前記共通液体室への逆流により生じる共通液体室の圧力変動を可撓性電極が弾性変形することにより吸収するとともに、吸収しきれない圧力変動を前記可撓性電極とこれに相対向する電極間の静電容量の変化として検出する圧力変動検出手段と、
この圧力変動検出手段の検出信号に基づき前記可撓性電極を変位させることにより逆位相の圧力変動を前記共通液体室に生起させる制振手段とを有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記電極は、前記可撓性電極にそれぞれ対向させて複数に分割するとともに、
前記制振手段は、前記圧力変動検出手段が検出した検出信号に基づき前記電極の中から特定の電極を選択して前記可撓性電極との間に電圧を供給することによりこの可撓性電極を変位させて逆位相の圧力変動を前記共通液体室に生起させるものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の何れか一つの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力室の容積変動によりノズルを介して液滴を吐出する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルから液滴を吐出させる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置の一種としてインクジェット式記録装置が知られている。その装置に用いられるインクジェット式記録ヘッドは、一般に、インクノズルを介して印字用のインク液滴を吐出する複数の圧力室と、印字に必要なインクを各圧力室に供給するようこのインクを貯留しておく共通インク室とを有しており、各圧力室の容積変動により前記インクノズルを介してそれぞれインク液滴を吐出するように構成してある。前記圧力室の容積変動を得るための駆動方式としては、電圧印加に起因する圧電素子の変形を利用した圧電駆動方式や、電圧印加に伴う静電力に起因する可撓性電極の変形を利用した静電駆動方式が提案されている。
【０００３】
図４は従来技術に係る静電駆動方式のインクジェット式記録ヘッドを示す断面図である。同図に示すように、このインクジェット式記録ヘッドは、キャビティ基板０１、ノズルプレート０２及び電極基板０３を一体的に接合してなる。ここで電極基板０３には個別インク室である各圧力室０４に１個づつ対応させて個別電極０５が設けてある。各個別電極０５に対向するキャビティ基板０１の底面は静電力の作用で変形する可撓性電極０６となる。共通インク室０７はインク取入口０８から供給されたインクを貯留するとともに、インク供給路０９を介して各圧力室０４に連通している。この結果、各圧力室０４にはインク供給路０９を介して共通インク室０７に貯留されたインクが供給され、各圧力室０４の容積変動に伴いインクノズル０１０を介してインク液滴を吐出する。各圧力室０４の容積変動は電源０１１で共通電極となるキャビティ基板０１と各個別電極０５との間に各個別リード電極０１２を介してパルス状の電圧を印加することにより行う。すなわち、パルス状電圧の印加に伴う静電力により可撓性電極０６を変位させて圧力室０４の容積を増大させ、共通インク室０７からインクを引き込むとともに、その後静電力を開放する。このことにより圧力室０４の容積を変動させてインクノズル０１０からインク液滴を吐出する、いわゆる引き打ちと呼ばれる方法により当該インクジェット式記録ヘッドを駆動している。
【０００４】
当該インクジェット式記録ヘッドの一連の動作を図５に示す。図５（ａ）が待機状態である。かかる状態で電圧を印加し、充電を開始すると可撓性電極０６は徐々に変形を開始する。この状態を図５（ｂ）に示す。さらに充電を継続すると、可撓性電極０６が個別電極０５に当接してこのときの容積変動が飽和する。この状態を図５（ｃ）に示す。かかる状態で静電力を開放することでインク液滴を吐出する。
【０００５】
ところで、上述の如き従来技術に係るインクジェット式記録ヘッドでは、ある圧力室０４の可撓性電極０６の変位によりインクノズル０１０からインクを吐出させると、同時にインク供給側である共通インク室０７にもインクが逆流する。この逆流したインクが共通インク室０７で吸収できずに別の圧力室０４に入って圧力変化を生起することによりインク吐出性能を劣化させるという問題がある。
【０００６】
一方、かかる問題を解決するため、共通インク室の一部を弾性変形可能なダンパーフィルムにして逆流したインクの圧力を吸収するという工夫もなされている（特許文献１参照。）。ただ、この場合でもインクノズル間の圧力干渉を十分に防止できず、インクノズル間のインク吐出特性にバラツキを生じて印字むらが発生する場合がある。一般に、弾性変形可能な部材は、複数の振動モードによる固有振動を持っていて、このような固有振動数は部材の諸元によるバラツキ、部材の拘束条件のバラツキ等によって微妙に変化し、このため弾性変形可能な部材を備えた共通インク室内の圧力変動周波数成分の中にインクノズルの圧力変動に共振する周波数成分が発生し、この周波数成分による圧力変動が減衰されずにインクノズル間の吐出性能に影響を及ぼすからである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１９１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ノズル間の液滴吐出特性のバラツキを抑制することで印字むらを有効に防止し得る液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様は、
ノズルに連通して液滴を吐出する複数の圧力室と、各圧力室に液体を供給するようこれら各圧力室に連通して液体を貯留しておく共通液体室とを有する液体噴射ヘッドと、を具備し、
前記各圧力室の容積変動による当該圧力室の液体の前記共通液体室への逆流により生じる共通液体室の圧力変動を可撓性電極が弾性変形することにより吸収するとともに、吸収しきれない圧力変動を前記可撓性電極とこれに相対向する電極間の静電容量の変化として検出する圧力変動検出手段と、
この圧力変動検出手段の検出信号に基づき前記可撓性電極を変位させることにより逆位相の圧力変動を前記共通液体室に生起させる制振手段とを有することを特徴とする。
本形態によれば、弾性変形可能な可撓性電極によって先ず共通液体室の圧力変動を吸収し、さらに吸収しきれない圧力変動については圧力変動検出手段で検出し、変動している圧力と逆位相の圧力変動を発生させることで確実にノズル間の圧力干渉を発生させる振動成分を減衰させることができる。
この結果、ノズル間の液滴吐出特性のバラツキを抑えることができ、印字むらを有効に防止することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、
上記第１の態様において、前記電極は、前記可撓性電極にそれぞれ対向させて複数に分割するとともに、
前記制振手段は、前記圧力変動検出手段が検出した検出信号に基づき前記電極の中から特定の電極を選択して前記可撓性電極との間に電圧を供給することによりこの可撓性電極を変位させて逆位相の圧力変動を前記共通液体室に生起させるものであることを特徴とする。
本形態によれば、分割した電極のそれぞれに独立に電圧を印加することで、より適切な逆位相の圧力変化を圧力室内に発生させることができる。したがって、第１の態様よりもより効果的にノズル間の液滴吐出特性のバラツキを抑えることができ、印字むらをより有効に防止することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様に係る液体噴射装置は、
上記第１又は第２の何れかの一つの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする。
本形態によれば、印字むらのない記録装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、本実施の形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。
図１は、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略図であり、図２はその断面図である。図示したインクジェット式記録ヘッドは、いわゆる静電駆動方式のヘッドであり、キャビティ基板１０と、このキャビティ基板１０の両面にそれぞれ接合されるノズルプレート２０及び電極基板３０とで構成されている。
【００１３】
キャビティ基板１０は、例えば、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面側に開口する圧力室（キャビティ）１１がその幅方向に複数並設されている。また、本実施形態では、図２に示すように、キャビティ基板１０には、複数の圧力室１１が並設された列が２列形成されている。さらに、キャビティ基板１０には、各列の圧力室１１に共通するインク室となる共通インク室１２（特許請求の範囲に記載に「共通液体室」に相当）が形成されており、この共通インク室１２は、後述するインク供給路を介して各圧力室１１に連通されている。また、共通インク室１２の底壁には、共通インク室１２にインクを供給するためのインク供給孔１３が形成されている。
【００１４】
各圧力室１１の底壁は、圧力室１１内に圧力変化を生じさせるための振動板として機能するとともに、この振動板を変位させる静電気力を発生させるための共通電極としての役割を兼ねる可撓性電極１５となっている。また、共通インク室１２の底壁は、弾性変形して圧力室１１内に発生した圧力変化を吸収するためのダンパーとして機能するとともに、このダンパーに静電気力を発生させるための共通電極としての役割を兼ねる可撓性電極１６となっている。
【００１５】
ノズルプレート２０は、キャビティ基板１０と同様に、面方位（１００）又は（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、各圧力室１１に連通する複数のノズル２１が形成されている。そして、このノズルプレート２０は、キャビティ基板１０の開口面側に接合され、圧力室１１及び共通インク室１２の一方の面を形成している。また、ノズルプレート２０のキャビティ基板１０とは反対側の面には、ノズル２１に対応する領域に亘って厚さ方向の一部を除去したノズル段差部２２が形成されている。ここで、各ノズル２１は、インク滴が吐出される側に設けられてノズル段差部２２内に開口する略円形の小径部２１ａと、小径部２１ａよりも大きい径を有し小径部２１ａと圧力室１１とを連通する大径部２１ｂとからなる。そして、全てのノズル２１（小径部２１ａ）は、このノズル段差部２２内に開口しており、本実施形態では、このノズル段差部２２内のノズルプレート２０の表面がノズル面となる。
【００１６】
ノズルプレート２０のキャビティ基板１０との接合面には、圧力室１１と共通インク室１２との境界に対応する領域に、これら各圧力室１１と共通インク室１２とを連通するインク供給路２３が形成されている。このノズルプレート２０の表面、本実施形態では、ノズル段差部２２内には、例えば、フッ素含有シランカップリング化合物等からなる撥水撥油性材料からなる撥水撥油膜２５が形成されている。これにより、ノズルプレート２０の表面（ノズル面）へのインク滴の付着を抑えている。
【００１７】
電極基板３０は、シリコン単結晶基板に近い熱膨張率を有する、例えばホウ珪酸ガラス等のガラス基板からなり、キャビティ基板１０の可撓性電極１５、１６側の面に接合されている。この電極基板３０の可撓性電極１５に対向する領域には、各圧力室１１に対応して凹部３１が形成されている。同様に、電極基板３０の可撓性電極１６に対向する領域には、各圧力室１１に対応して凹部３４が形成されている。また、キャビティ基板１０のインク供給孔１３に対応する位置には、このインク供給孔１３に連通するインク導入孔３２が形成されている。そして、図示しないインクタンクからこのインク導入孔３２及びインク供給孔１３を介して共通インク室１２にインクが充填されるようになっている。
【００１８】
各凹部３１には、各可撓性電極１５を変位させる静電気力を発生させるための個別電極３３が、可撓性電極１５との間に所定の間隔を確保した状態でそれぞれ配置されている。同様に、各凹部３４には、各可撓性電極１６を変位させる静電気力を発生させるための個別電極３５が、可撓性電極１６との間に所定の間隔を確保した状態でそれぞれ配置されている。
【００１９】
駆動回路４１は、制御回路４２の制御の下で駆動電圧パルスを可撓性電極１５と特定の個別電極３３との間に印加する。かかる電圧印加により可撓性電極１５が静電力により変位して共通インク室１２からインクを引き込み、その後ノズル２１を介してインクを吐出する。
【００２０】
静電容量検出回路４３は、可撓性電極１６と個別電極３５との間の静電容量を検出してその検出結果を表す検出信号を制御回路４２に送出するとともに、制御回路４２の制御の下で駆動回路４４を介して駆動電圧パルスを可撓性電極１６と特定の個別電極３５との間に印加する。かかる電圧印加により可撓性電極１６が静電力により変位して圧力室１１から逆流したインクにより共通インク室１２に生起された圧力変動を抑制する。さらに詳言すると、前記インクの逆流により共通インク室１２に発生する圧力変動は、可撓性電極１６を変形させる。この結果、個別電極３５との間の静電容量が変化するが、この静電容量の変化は制御回路４２で検出される。すなわち、制御回路４２では前記静電容量の変化を媒介として共通インク室１２の圧力変動を検出する。これら可撓性電極１６、個別電極３５、静電容量検出回路４３及び制御回路４２で圧力変動検出手段が構築される。一方、制御回路４２は、共通インク室１２の圧力変化による振動モードを検出して、逆位相となる振動を可撓性電極１６に発生させるべく、駆動回路４４を介して可撓性電極１６と個別電極３５との間に駆動電圧パルスを供給する。かかる駆動電圧パルスにより可撓性電極１６が変位して共通インク室１２内の圧力変動を抑制する。これら可撓性電極１６、個別電極３５、駆動回路４４及び制御回路４２で制振手段が構築される。
【００２１】
かかる説明からも明らかな通り、可撓性電極１６、個別電極３５及び制御回路４２は、圧力検出手段及び制振手段の共通の構成要素となり、静電容量検出回路４３及び駆動回路４４が圧力検出手段乃至制振手段の固有の構成要素となるが、スイッチ４５の切替により両手段の機能を使い分ける。
【００２２】
上述の如き本形態に係るインクジェット式記録ヘッドでは、駆動回路によって可撓性電極１５と個別電極３３との間に駆動電圧を印加すると、これら可撓性電極１５と個別電極３３との隙間に発生する静電力によって可撓性電極１５が個別電極３３側に撓み変形して、圧力室１１の容積が拡大し、駆動電圧の印加を解除すると、可撓性電極１５が元の状態に復帰することで圧力室１１の容積が収縮する。この結果、このとき発生する圧力室１１内の圧力変化によって、圧力室１１内のインクの一部が、ノズル２１からインク液滴として吐出される。
【００２３】
一方、ノズル２１からインク液滴が吐出されると、その圧力室１１からインク供給路２３を介して共通インク室１２にインクが逆流して共通インク室１２内の圧力変動を生起するが、この圧力変動は弾性変形可能な可撓性電極１６によって先ず吸収する。ここで吸収しきれない圧力変動は静電容量検出回路４３を介して制御回路４２で検出する。制御回路４２は、変動している圧力と逆位相の圧力変動を駆動回路４４が出力する駆動パルスで可撓性電極１６を変位することにより良好に抑制する。
【００２４】
ここで、本形態では複数分割された個別電極３５としているので、各個別電極３５に印加する電圧を容易且つ適切に制御することができる。すなわち、共通インク室１２に発生する圧力変動の基本波成分のみならず、これの第３次、第５次等の高調波成分も含めて良好に制振することができる。
【００２５】
上記実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図３は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット５１Ａ及び５１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ５２Ａ及び５２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット５１Ａ及び５１Ｂを搭載したキャリッジ５３は、装置本体５４に取り付けられたキャリッジ軸５５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット５１Ａ及び５１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００２６】
そして、駆動モータ５６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト５７を介してキャリッジ５３に伝達されることで、記録ヘッドユニット５１Ａ及び５１Ｂを搭載したキャリッジ５３はキャリッジ軸５５に沿って移動される。一方、装置本体５４にはキャリッジ軸５５に沿ってプラテン５８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン５８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００２７】
なお、上記実施の形態においては、共通インク室１２の可撓性電極１６に相対向する電極を複数分割した個別電極３５としたが、必ずしも分割する必要はない。共通インク室１２における圧力変動の基本波成分のみを抑制する場合には１枚ものとしても構わない。また分割数にも特別な制限はない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】図１の記録ヘッドを有するインクジェット式記録装置の概略図である。
【図４】従来技術に係る静電駆動方式の記録ヘッドを示す断面図である。
【図５】図４に示す記録ヘッドの動作態様を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  キャビティ基板、１１  圧力室、１２  共通インク室、１３  インク供給孔、１５，１６  可撓性電極、２１  ノズル、２１ａ  小径部、２１ｂ  大径部、２２  ノズル段差部、２３  インク供給路、２５  撥水撥油膜、３０  電極基板、３１  凹部、３２  インク導入孔、３３  個別電極、３４  凹部、３５  個別電極、４１  駆動回路、４２  制御回路、４３  静電容量検出回路、４４  駆動回路、４５  スイッチ
【図１】
2006264065.tif 000003
【図２】
2006264065.tif 000004
【図３】
2006264065.tif 000005
【図４】
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【図５】
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