(57)【要約】【課題】  高い応答性および高いエネルギー効率でノズル開口が形成されている一面（ノズル面）を移動させることが可能な、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供すること。【解決手段】  キャリッジへの固定やインクカートリッジとの接続のため比較的大型に形成されたベースユニット２０に対して、ノズルが形成されたノズル面１３や圧力発生手段としての圧電素子１４２を備えた吐出ユニット４０とを、アクチュエータを介して移動可能に接続する。インクを導入するインク導入針２４ａ〜２４ｄと連通する流路２６ａ〜２６ｄの他端側に形成された連通口２７ａ〜２７ｄと、ノズルと連通する流路の他端側に形成された連通口４１ａ〜４１ｄとは、変形が容易な連通路部材を介してフレキシブルに接続され、一連の供給流路が形成される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を導入するための導入口と、前記導入口と連通する流路の他端側に形成された開口である第１の連通口と、を備えるベースユニットと、
一面に開口を有して形成されたノズルと、前記ノズル内に充填されている前記液体を加圧可能な圧力発生手段と、前記ノズルと連通する流路の他端側に形成された開口である第２の連通口と、を備える吐出ユニットと、
前記ベースユニットにおける前記第１の連通口と前記吐出ユニットにおける前記第２の連通口とをフレキシブルに接続して、連続した流路を形成する連通路部材と、
前記吐出ユニットを前記ベースユニットに対して相対移動させる可動手段と、を備える液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記吐出ユニットの一面が回転ないし並進の自由度で移動するように、前記可動手段が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記連通路部材は、変形が容易な軟性部材を含んでなることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記可動手段は、電気信号によって変位量を制御可能な電気機械素子を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを搭載する液体吐出装置。
【請求項６】
前記吐出ユニットの一面を吐出対象物に対向させるように、前記液体吐出ヘッドを前記ベースユニットにおいて保持すると共に、当該液体吐出ヘッドを一定方向に走査させる走査手段と、
前記液体吐出ヘッドの走査時において、前記吐出ユニットの一面と前記吐出対象物との間隙距離：ＰＧを一定に保つように前記可動手段を駆動させるＰＧ制御手段と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記ＰＧ制御手段は、前記吐出対象物における前記吐出ユニットの一面と対向する面の起伏を検知するための検知手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記検知手段は、光学センサであることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録装置、ディスプレー製造装置、電極形成装置、あるいは、バイオチップ製造装置など、液体を吐出して描画等を行う液体吐出装置および液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体吐出装置として、紙への印刷に適したインクジェットプリンタ等が知られており、一般的には、用紙の搬送面に対向するように、液体（インク）を吐出する液体吐出ヘッドを移動可能に配した構成である。そして、用紙を一方向に搬送（副走査）すると共に当該搬送方向に対して垂直に液体吐出ヘッドを往復動（主走査）させ、液体吐出ヘッドの一面（ノズル面）に形成されたノズルから用紙に対してインク滴を吐出して画像を形成するものである。
【０００３】
吐出されたインク滴は、液体吐出ヘッドの走査方向の速度成分を持ってノズル面と用紙面との間隙を飛翔し、用紙面に着弾することから、その着弾位置精度を高めるには、当該間隙距離（ＰＧ）が一定に保たれている必要がある。しかし、用紙面は、着弾したインクからの吸湿によって波打った状態（コックリング）を示すことがあり、これによりＰＧが用紙面内でばらついて着弾位置ずれによる画質低下を招くことがある。そこで、このような事情に鑑み、主走査時においてＰＧをセンシングしつつ、液体吐出装置を用紙面に垂直な方向に揺動させてＰＧを一定に保つように構成した液体吐出装置が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２０８５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述の液体吐出装置においては、インクを収容するインクカートリッジをマウントした状態で液体吐出ヘッドを揺動するようになっているため、当該揺動に大きなパワーを要し、動力機構自体も大型化してしまう。また、揺動させる部分の慣性が大きいために高い応答性も期待できない。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、高い応答性および高いエネルギー効率でノズル開口が形成されている一面（ノズル面）を移動させることが可能な、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を導入するための導入口と、前記導入口と連通する流路の他端側に形成された開口である第１の連通口と、を備えるベースユニットと、一面に開口を有して形成されたノズルと、前記ノズル内に充填されている前記液体を加圧可能な圧力発生手段と、前記ノズルと連通する流路の他端側に形成された開口である第２の連通口と、を備える吐出ユニットと、前記ベースユニットにおける前記第１の連通口と前記吐出ユニットにおける前記第２の連通口とをフレキシブルに接続して、連続した流路を形成する連通路部材と、前記吐出ユニットを前記ベースユニットに対して相対移動させる可動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明の液体吐出ヘッドは、液体の供給手段との接続や本体との固定のためにある程度大きく形成する必要があるベースユニットと、コンパクトに形成可能な吐出ユニットとが、一連の供給流路を確保しつつ機械的に接続され、吐出ユニットのみを可動手段で移動させることができるようになっている。かくして、可動部の質量が小さいため、ノズル開口が形成されている一面（ノズル面）の移動の応答性やエネルギー効率に優れている。
【０００９】
また好ましくは、前記液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出ユニットの一面が回転ないし並進の自由度で移動するように、前記可動手段が構成されていることを特徴とする。
この発明の液体吐出ヘッドによれば、ノズル面が回転および並進の自由度で移動するように可動手段が構成されているので、液体吐出装置に搭載された状態において、ノズル面と吐出対象物との距離、平行度についての補正を行うことができる。
【００１０】
また好ましくは、前記液体吐出ヘッドにおいて、前記連通路部材は、変形が容易な軟性部材を含んでなることを特徴とする。
この発明の液体吐出ヘッドによれば、軟性部材を含んでなる連通路部材によって、大きな負荷を発生させることなく、第１の連通口と第２の連通口とのフレキシブルな接続が可能となる。
【００１１】
また好ましくは、前記液体吐出ヘッドにおいて、前記可動手段は、電気信号によって変位量を制御可能な電気機械素子を備えることを特徴とする。
この発明の液体吐出ヘッドによれば、電気信号によって、高い応答性で吐出ユニットの移動制御を行うことができる。
【００１２】
本発明の液体吐出装置は、前記液体吐出ヘッドを搭載することを特徴とする。
この発明の液体吐出装置は、液体の供給手段との接続や本体との固定のためにある程度大きく形成する必要があるベースユニットと、比較的コンパクトに形成可能な吐出ユニットとが、一連の供給流路を確保しつつ機械的に接続され、吐出ユニットのみを可動手段で移動させることが可能な液体吐出ヘッドを搭載している。かくして、可動部の質量が小さいため、ノズル面の移動の応答性やエネルギー効率に優れている。
【００１３】
また好ましくは、前記液体吐出装置において、前記吐出ユニットの一面を吐出対象物に対向させるように、前記液体吐出ヘッドを前記ベースユニットにおいて保持すると共に、当該液体吐出ヘッドを一定方向に走査させる走査手段と、前記液体吐出ヘッドの走査時において、前記吐出ユニットの一面と前記吐出対象物との間隙距離：ＰＧを一定に保つように前記可動手段を駆動させるＰＧ制御手段と、を備えることを特徴とする。
この発明の液体吐出装置によれば、吐出対象物の表面状態によらずに、ＰＧを一定に保って吐出対象物への液体の吐出を行うことができるため、高い着弾精度で画像を形成することができる。
【００１４】
また好ましくは、前記液体吐出装置において、前記ＰＧ制御手段は、前記吐出対象物における前記吐出ユニットの一面と対向する面の起伏を検知するための検知手段を備えることを特徴とする。
さらに好ましくは、前記検知手段は、光学センサであることを特徴とする。
これらの発明の液体吐出装置によれば、光学センサ等による検知手段により、比較的簡単な構成でＰＧ制御手段を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１６】
まずは、図１を参照して液体吐出装置の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る液体吐出装置の一例を表す概略斜視図である。
【００１７】
図１において、液体吐出装置としてのプリンタ１は、吐出対象物としての用紙２に対して液体としてのインクを吐出して画像等の描画を行う装置である。プリンタ１は、インクを吐出する液体吐出ヘッド３と、液体吐出ヘッド３を搭載するキャリッジ４と、キャリッジ４を往復動させる走査機構５と、用紙２をキャリッジ４の走査方向と直交する方向に搬送するプラテンローラ６と、液体吐出ヘッド３のメンテナンスを行うメンテナンスユニット１２と、を備えている。
【００１８】
液体吐出ヘッド３から吐出されるインクとしては、例えば、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色のものが使用され、それぞれ、キャリッジ４上に搭載されたインクカートリッジ７ａ〜７ｄ内に収容されている。このインクカートリッジ７ａ〜７ｄの底部にはインクを導出する導出部（図示せず）が設けられており、液体吐出ヘッド３に設けられたインク導入針２４ａ〜２４ｄ（図２参照）と結合して、液体吐出ヘッド３にインクを供給する。
【００１９】
走査手段としての走査機構５は、キャリッジ４と結合されるタイミングベルト８と、タイミングベルト８を駆動するモータ９と、キャリッジ４のガイド軸をなすガイドロッド１０と、を備えている。キャリッジ４はタイミングベルト８を介してモータ９によって駆動され、ガイドロッド１０に沿って往復動することができる。
【００２０】
液体吐出ヘッド３は、ノズル４２ａ〜４２ｄ（図３参照）の開口が形成されている一面であるノズル面１３と用紙面２ａとが、所定の間隙距離：ＰＧを隔てて対向するようにキャリッジ４に搭載されている。かくして、液体吐出ヘッド３は、用紙２上を往復動（走査）しつつ、当該走査および用紙２の搬送と同期したタイミングでノズル面１３からインク滴を吐出して、用紙面２ａ上に所望の画像等を形成することができる。
【００２１】
キャリッジ４には、用紙面２ａと対向するように検知手段としての光学センサ１６が取り付けられている。プリンタ１は、この光学センサ１６の受光面と用紙面２ａとの距離を計測することで、用紙面２ａの起伏を検知するようになっている。尚、光学センサ１６は、図面上には一つしか示されていないが、実際には、キャリッジ４の往路復路に対応して液体吐出ヘッド３の両側に設けられている。
【００２２】
プリンタ１の本体とキャリッジ４とは、フレキシブルケーブル１１によって電気的に接続されている。フレキシブルケーブル１１は、吐出制御および光学センサ１６による検知制御に係る電気信号や、後述するノズル面１３の移動制御に係る電気信号などを伝送する。
【００２３】
メンテナンスユニット１２は、液体吐出ヘッド３のノズル面１３の一定領域を囲んで封止可能なキャップ部材１５を備えている。キャップ部材１５は、ノズル面１３を覆うことで、ノズル４２ａ〜４２ｄ（図３参照）を粉塵や乾燥などから保護する役割を果たすほか、ノズル４２ａ〜４２ｄからインクを強制的に排出するいわゆる回復動作にも用いられる。
【００２４】
メンテナンスユニット１２はまた、ゴム等で形成された板状部材であるワイパブレード１４を有している。ワイパブレード１４は、回復動作において、ノズル面１３に付着したインク等を払拭するのに用いられる。
【００２５】
次に、図２、図３、図４、図５を参照して、液体吐出ヘッドの構成について説明する。図２は、液体吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。図３は、液体吐出ヘッドのノズル面を示す平面図である。図４は、吐出ユニットの要部構造の一例を示す一部破断の斜視図である。図５は、ベースユニットと吐出ユニットとの接続構造を示す断面図である。
【００２６】
図２において、液体吐出ヘッド３は、ベースユニット２０の下台部２１ｂに吐出ユニット４０が取り付けられて構成されている。ベースユニット２０は樹脂成形された基体２１を主体とする比較的大型の集合部品であり、吐出ユニット４０はノズルを含む微細な流路が形成されている比較的小型で扁平な集合部品である。
【００２７】
基体２１の上台部２１ａは、インクカートリッジ７ａ〜７ｄを並べた状態（図１参照）で載置できるようにある程度の大きさで略直方体形状に形成されており、キャリッジ４（図１参照）に対して固定可能なように位置決め用の突起や凹部など（図示せず）が形成されている。また、上台部２１ａには、フレキシブルケーブル１１（図１参照）との接続端子となるコネクタ２８や、インクカートリッジ７ａ〜７ｄの導出部（図示せず）を保持するためのガイドリブ２３なども設けられている。上台部２１ａに取り付けられているインク導入針２４ａ〜２４ｄは、中空針形状の部材であり、インクを導入するための導入口２５を備え、基体２１内に形成された連通流路２６ａ〜２６ｄとそれぞれ連通している。
【００２８】
上台部２１ａのインクカートリッジ７ａ〜７ｄが載置される側とは反対側に突出して形成されている下台部２１ｂは、液体吐出ヘッド３がキャリッジ４（図１参照）に搭載された状態において、用紙２（図１参照）と対向する部分である。下台部２１ｂの底面２１ｃには、連通流路２６ａ〜２６ｄの他端側に開口として設けられた第１の連通口としての連通口２７ａ〜２７ｄが形成されている。
【００２９】
図２、図３において、吐出ユニット４０のノズル面１３には、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色にそれぞれ対応したノズル４２ａ〜４２ｄの開口が形成されている。また、吐出ユニット４０のベースユニット２０との対向面である上面４０ａには、ノズル４２ａ〜４２ｄとそれぞれ連通する流路の他端側に開口として設けられた第２の連通口としての連通口４１ａ〜４１ｄが形成されている。ノズル４２ａ，４２ｂとノズル４２ｃ，４２ｄとは、それぞれ走査方向に直交する方向（Ｙ軸方向）に伸長した２列のノズル列を構成しており、両ノズル列が一定の距離を隔てて並んだ構成となっている。
【００３０】
図２、図４において、吐出ユニット４０は、金属板等で形成されたノズルプレート１４４と、セラミックで一体に形成された流路ユニット１４７と、流路ユニット１４７の天蓋部１４３に形成された圧電素子１４２と、を備えている。
【００３１】
流路ユニット１４７は、隔壁１４１に仕切られて形成された複数の圧力室（キャビティ）１４０を備えている。各圧力室１４０は、ノズル４２ａと連通すると共に、供給口１４６を介してインク種毎に形成された共通室であるリザーバ１４５と連通している。流路ユニット１４７の天蓋部１４３におけるリザーバ１４５の直上には、リザーバ１４５にインクを導入するための貫通孔が形成されており、この貫通孔の開口が図２で示した連通口４１ａに対応するものである。かくして、連通口４１ａから供給されたブラックインクは、リザーバ１４５、圧力室１４０を経て、ノズル４２ａまで充填される。マゼンタ、シアン、イエローのインクに対応するノズル４２ｂ〜４２ｄ（図３参照）を含む流路構成についても、同様である。
【００３２】
流路ユニット１４７の天蓋部１４３は、容易に撓むことができるように薄く形成されており、各圧力室１４０の直上に形成されている圧力発生手段としての圧電素子１４２の変形によって、圧力室１４０の容積および内圧を変化させることが可能となっている。圧電素子１４２には図示を省略したフレキシブルな駆動回路配線（一端側はコネクタ２８の端子と接続されている）が電気的に接続されており、当該駆動回路配線を介した圧電素子１４２毎の駆動制御により、所望のノズル４２ａからインク滴１５０を吐出させることができる。
【００３３】
尚、上述した吐出ユニット４０の構成は、あくまでも一例であり、本発明における吐出ユニットの構成は、上述したものに限定されるものではない。例えば、ノズル列を１列ないし４列で構成することもできるし、インクを加熱して圧力を発生させるいわゆるサーマル方式の構成とすることもできる。
【００３４】
図２、図５において、ベースユニット２０と吐出ユニット４０とは、ベースユニット２０の底面２１ｃと吐出ユニット４０の上面４０ａとが対向するように、可動手段を構成する一対のアクチュエータ５１，５２を介して機械的に接続される。また、ベースユニット２０の連通口２７ａ〜２７ｄと吐出ユニット４０の連通口４１ａ〜４１ｄとは、それぞれ連通路部材５０を介して接続される。
【００３５】
連通路部材５０は、変形が容易な部材であり、例えば、シリコン系、ウレタン系などのゴム硬度の小さい（好適には１０°Ｈｓ以下）軟性部材を接着用溶剤に分散ないし溶解させたものをリング状に塗布した後、硬化させて形成する。また、変形例として、Ｏリング状に形成された軟性部材を用意して、接着材を介してベースユニット２０の底面２１ｃおよび吐出ユニット４０の上面４０ａと接合させるようにしてもよい。
【００３６】
電気機械素子としてのアクチュエータ５１，５２は、電気信号によって可動部５１ａ，５２ａの変位量を制御することができるもので、例えば、圧電型、電磁型、ＳＭＡ（形状記憶合金）型などを用いることができる。好ましくは、吐出ユニット４０と接続された状態で、応答周波数が５０Ｈｚ以上、ストロークが０．２ｍｍ以上のものを用いる。
【００３７】
一対のアクチュエータ５１，５２は、可動部５１ａ，５２ａにおいて吐出ユニット４０の外縁部付近と接続し、それぞれ独立に駆動することができる。これにより、矢印Ａで示す並進ないし矢印Ｂで示す回転の自由度でノズル面１３を移動させて、用紙面２ａの起伏や部品の寸法ばらつきに依存したノズル面１３と用紙面２ａとの間隙距離：ＰＧないし平行度を補正することが可能である。
【００３８】
上述の説明からわかるように、吐出ユニット４０は、ノズル面１３からのインクの吐出を主機能として構成された集合部品であり、ベースユニット２０は、インクカートリッジ７ａ〜７ｄ（図１参照）との接続やキャリッジ４（図１参照）への固定を主機能として構成された集合部品である。このように、液体吐出ヘッド３が機能ごとにユニット化され、それぞれのユニットが相対移動可能に構成されていることで、可動部の小型化、軽量化が実現され、優れた応答性およびエネルギー効率でのノズル面１３の移動を可能にしているものである。
【００３９】
次に、図１、図６を参照して、プリンタの電気的構成および走査中におけるＰＧの定値制御について説明する。図６は、プリンタの電気的構成を示すブロック図である。
【００４０】
プリンタ１は、ＣＰＵやメモリ、増幅回路等で構成されたプリントコントローラ６１およびノズル面コントローラ６２を制御部６０内に備えている。プリントコントローラ６１は、印刷動作に係る主制御を担当する部分であり、走査機構５を駆動してキャリッジ４を走査させたり、当該走査と同期した圧電素子１４２の駆動制御を行う。ノズル面コントローラ６２は、ノズル面１３と用紙面２ａとの間隙距離：ＰＧ（図５参照）の定値制御を担当する部分であり、光学センサ１６により用紙面２ａの起伏の情報を取得して、アクチュエータ５１，５２の駆動によりＰＧの補正を行う。すなわち、ノズル面コントローラ６２および光学センサ１６は、本発明におけるＰＧ制御手段を構成するものである。
【００４１】
ＰＧの定値制御は、プリントコントローラ６１からノズル面コントローラ６２に伝送される走査タイミング信号に同期して一定の走査距離間隔（例えば２〜３ｍｍ間隔）で行われる。すなわち、ノズル面１３と共に走査される光学センサ１６によって用紙面２ａの各基準位置における起伏を検知し、当該基準位置間における起伏の差分を補償するように、適切なタイミングでアクチュエータ５１，５２の駆動によるＰＧの補正を行って、ＰＧが一定に保たれるようにしている。ＰＧの補正は小型で軽量な吐出ユニット４０の移動によって高い応答性でなされるため、上述のＰＧの定値制御は高い精度で行われ、着弾位置ズレによる画質低下が好適に防止される。
【００４２】
本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、本願発明に係る液体吐出装置は、用紙印刷を目的とするいわゆるインクジェットプリンタに限定されるものではなく、発光材料、導電性材料などの各種機能性材料を含んだ機能性液体を工業基板上に吐出するように構成された、表示体製造装置、電極形成装置などの工業用装置も含まれる。
また、本発明に係る可動手段は、１または、３以上のアクチュエータを用いて構成することもできる。
また、各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る液体吐出装置の一例を表す概略斜視図。
【図２】液体吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図３】液体吐出ヘッドのノズル面を示す平面図。
【図４】吐出ユニットの要部構造の一例を示す一部破断の斜視図。
【図５】ベースユニットと吐出ユニットとの接続構造を示す断面図。
【図６】プリンタの電気的構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００４４】
１…液体吐出装置としてのプリンタ、２…吐出対象物としての用紙、２ａ…用紙面、３…液体吐出ヘッド、４…キャリッジ、５…走査手段としての走査機構、７ａ〜７ｄ…インクカートリッジ、１３…ノズルの開口が形成されている一面としてのノズル面、１６…ＰＧ制御手段を構成する検知手段としての光学センサ、２０…ベースユニット、２１…基体、２１ａ…上台部、２１ｂ…下台部、２１ｃ…底面、２４ａ〜２４ｄ…インク導入針、２５…導入口、２６ａ〜２６ｄ…流路、２７ａ〜２７ｄ…第１の連通口としての連通口、４０…吐出ユニット、４０ａ…上面、４１ａ〜４１ｄ…第２の連通口としての連通口、４２ａ〜４２ｄ…ノズル、５０…連通路部材、５１，５２…可動手段を構成する電気機械素子としてのアクチュエータ、６０…制御部、６１…プリントコントローラ、６２…ＰＧ制御手段を構成するノズル面コントローラ、１４０…圧力室、１４１…隔壁、１４２…圧力発生手段としての圧電素子、１４３…天蓋部、１４４…ノズルプレート、１４５…リザーバ、１４６…供給口、１４７…流路ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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