(57)【要約】【課題】簡単な方法でメニスカスを振動させ、ノズル開口の目詰まりを確実に防止することができ、あるいは、目詰まりまでは達していない状態においても発現する、インクの不安定な吐出を防止することができるインクジェット式記録装置を提供すること。【解決手段】セラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させる手段を備えたインクジェット記録装置とした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動部材を有する第１の蓋部材と、前記第１の蓋部材により一方の面が封止されて圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材と、前記圧力発生室の他方の面を封止する第２の蓋部材とをセラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、
前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、
共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記共通圧力発生室が、前記各ノズル開口に対応する前記圧力発生室の両側または片側の外側に平行に備えたことを特徴とする特許請求項１のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記共通圧力発生室が、前記各ノズル開口に対応する前記圧力発生室の列外に、列方向と平行に備えたことを特徴とする特許請求項１のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記共通圧力発生室により圧力を発生することによって、
ノズル開口部のメニスカスを、インクが吐出しない程度に、振動させることを特徴とする特許請求項１のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記共通圧力発生室により発生する前記振動が、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、印刷休止時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数で、であることを特徴とする特許請求項４のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に関し、特にインクジェットヘッドのメニスカスを振動させるインクジェット記録装置、並びに、ノズル開口の目詰まり防止技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オンデマンド型インクジェット記録ヘッドは、複数のノズル開口と、各ノズル開口に連通する圧力発生室とを備え、印刷信号に対応して圧力発生室を膨張、収縮させてインク滴を発生させるように構成されている。このような記録ヘッドは、印刷動作をおこなっているノズル開口では新しいインクが順次供給されるため、目詰まりがほとんどないものの、例えば上下端等のノズル開口のようにインク滴吐出の機会が極めて低いものや、また休止状態におかれると目詰まりが生じやすい。
【０００３】
このため、印刷動作を一定時間継続した場合には、記録ヘッドを非印刷領域のキャッピング手段まで待避させ、ここで圧電振動子に駆動信号を印加してキャップに向かってすべてのノズル開口からインク滴を強制的に噴出させる、いわゆるフラッシング動作を行わせることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような対策を講じると印刷動作が中断されて印刷速度の低下や、またインクの消費を招くため、印刷動作中にインク滴を発生しないノズル開口に連通する圧力発生室に設けられた圧電振動子に、インク滴を吐出させない程度の微小な駆動信号を印加して、ノズル開口近傍のメニスカスを微小振動させて目詰まりを防止する技術が数多く提案されている（特開昭５５−１２３４７６号公報、特開昭５７−６１５７６号公報、米国特許第４３５０９８９号明細書）。
【０００５】
これらによればフラッシング動作の回数を減らして印刷速度の低下やインクの消費を防止できるものの、インクに比較的大きな圧力を印可するため、耳障りな騒音が発生する。
【０００６】
また、単純に圧力を印可すると、メニスカスの振動が残留して、吐出時のインク滴形成に悪影響を及ぼし、インクの不安定な吐出を引き起こしてしまう。これを防止するためには、圧力の印可に際して、メニスカスの残留振動がインク吐出に影響を及ぼさないように十分に考慮された圧力の印加タイミングと、複雑な圧力の印加シーケンスが必要となるという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な方法でメニスカスを振動させ、ノズル開口の目詰まりを確実に防止することができ、あるいは、目詰まりまでは達していない状態においても発現する、インクの不安定な吐出を防止することができるインクジェット式記録装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、圧電振動部材を有する第１の蓋部材と、前記第１の蓋部材により一方の面が封止されて圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材と、前記圧力発生室の他方の面を封止する第２の蓋部材とをセラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、前記共通圧力発生室により圧力を発生することによって、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、非印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数で、インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させる手段を備えたインクジェット記録装置とした。
【０００９】
（作用）
インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させるための圧力発生源を、各ノズル開口に対応する前記圧力発生室とは別個に、複数のノズル開口に共通な共通圧力発生室を設け、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、非印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数での、メニスカスへの振動の印可、さらには、非常に微少な振動を連続して印可することによって、たとえば、インク滴吐出の機会が低いノズルや、また休止状態におかれた場合などノズル開口の目詰まり状態に進行しているメニスカスに対して、印可した振動が共振状態となり、効果的にメニスカスの振動を発生させ、メニスカス近傍のインクと圧力室のインクを攪拌し、メニスカス近傍をフレッシュなインクに置換することができる。
【００１０】
一方、メニスカス近傍にフレッシュなインクが満たされているノズルでは、共振状態とならないため、メニスカスは大きく振動せず安定している。
【００１１】
この様にして、印刷を安定して行うことができる。
【００１２】
また、この共通圧力発生室を、各ノズル開口に対応する前記圧力発生室と同じ工程で形成することによって、大きなコストアップを無くすることが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を、実施例に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明のプリンタの印刷機構周辺の構造を示すものであって、図中符号１は、キャリッジで、タイミングベルト２を介してパルスモータ３に接続されていて、ガイド部材４に案内されて記録用紙５の紙幅方向に往復動するように構成されている。
【００１５】
キャリッジ１には記録用紙５と対向する面、この実施例では下面に後述するインクジェット式記録ヘッド６が取り付けられている。インクジェット式記録ヘッド６は、キャリッジ１の上部に載置されているインクカートリッジ７からインクの補給を受けてキャリッジ１の移動に合わせて記録用紙５にインク滴を吐出してドットを形成して、記録用紙に画像や文字を印刷する。
【００１６】
８は、キャッピング装置で、非印刷領域に設けられていて、休止中に記録ヘッド６のノズル開口を封止する一方、印刷動作中に行なわれるフラッシング動作による記録ヘッド６からのインク滴を受けるものである。なお、図中符号９は、クリーニング手段を示す。
【００１７】
図２は、記録ヘッド６の一実施例を示すものであって、図中符号１０は第１の蓋板で、厚さ１０μｍ程度のジルコニアの薄板から構成され、その表面に、後述する圧力発生室１１に対向するように駆動電極１２が形成されている。この駆動電極１２の表面にＰＺＴ等からなる圧電振動子１３ａ，１３ｂが形成されている。
【００１８】
圧力発生室１１は、吐出用圧電振動子１３ａのたわみ振動を受けて収縮、膨張して、直径３０μｍ前後のノズル開口１４から５〜１０ｐｌのインク滴を吐出し、また吐出したインクを圧力発生室１１に供給するためインク供給口１５を介して共通液室１６ａのインクを吸引する。
【００１９】
共通液室１６ａは、共通液室加圧連通口１６ｂ，共通加圧室１６ｃを介してメニスカス微少振動用圧電振動子１３ｂのたわみ振動を受けて収縮、膨張して、１５μｍ前後の変位でノズル開口１４からインク滴を吐出しない程度のメニスカス振動をさせる。
【００２０】
１７は、スペーサで、圧力発生室１１を形成するのに適した厚さ、例えば１５０μｍのジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックス板に通孔を穿設して構成されていて、後述する第２の蓋体１８と第１の蓋体１０とにより両面を封止されて前述の圧力発生室４を形成している。
【００２１】
１８は、第２の蓋体で、やはりジルコニア等のセラミック板に後述するインク供給口１５と圧力発生室１１とを接続する連通孔１９と、圧力発生室１１のインクをノズル開口１４に向けて吐出するインク吐出口２０を穿設して構成され、スペーサ１７の他面に固定されている。
【００２２】
これら各部材１０、１７、１８は、粘土状のセラミックス材料を所定の形状に成形し、これを積層して焼成することにより接着剤を使用することなくアクチュエータユニット２１に纏められている。
【００２３】
２２は、インク供給口形成基板で、アクチュエータユニット２１の固定基板を兼ねるとともに、インクカートリッジとの接続部材も設けることができるように、耐インク性を備えた不錆鋼等の金属やセラミックスにより構成されている。
【００２４】
このインク供給口形成基板２２には、圧力発生室１１側の一端側に後述する共通液室１６ａと圧力発生室１１とを接続するインク供給口１５が設けられ、また圧力発生室１１の他端側にはノズル開口１４とアクチュエータユニット２１のインク吐出口２０とを接続する連通孔２３が設けられている。
【００２５】
２４は、共通液室形成基板で、共通液室１６ａを形成するに適した厚み、例えば１５０μｍのステンレス鋼などの耐蝕性を備えた板材に、共通液室１６ａの形状に対応する通孔と、ノズルプレート２５のノズル開口１４とインク吐出口２０とを接続する連通孔２６を穿設して構成されている。
【００２６】
これらインク供給口形成基板２２、共通液室形成基板２４、及びノズルプレート２５は、それぞれの間に熱溶着フィルムや接着剤等からなる接着層Ｓ，Ｓにより流路ユニット２７に纏められている。
【００２７】
この流路ユニット２７のインク供給口形成基板２２の表面に、接着剤によりアクチュエータユニット１を固定することにより記録ヘッドが構成されている。
【００２８】
この記録ヘッドは図２の紙面奥行き方向にノズル開口１４から圧力発生室１１および吐出用圧電振動子１３ａを経由してインク供給口１５までのセットが４８セット１２０ｄｐｉの間隔で設けられたマルチノズルヘッドとなっている。
【００２９】
このような構成により、吐出用圧電振動子１３ａへの充電が行われて、吐出用圧電振動子１３ａがたわむと、圧力発生室１１が収縮する。これにより圧力発生室１１のインクが加圧されてノズル開口１４からインク滴として吐出し、記録用紙にドットを形成できる。
【００３０】
所定時間の経過後に吐出用圧電振動子１３ａの電荷が放電されると、吐出用圧電振動子１３ａが元の状態に戻る。これにより、圧力発生室１１が膨張して、共通液室１６ａのインクがインク供給口１５を経由して圧力発生室１１に流れ込み、次の印字のためのインクが圧力発生室１１に補給される。
【００３１】
一方、メニスカス微少振動用圧電振動子１３ｂに微小な電圧で圧電振動子１３を充電してメニスカス微少振動用圧電振動子１３ｂを微小量たわませると、共通液室１６ａと連通している共通加圧室１６ｃも少し収縮する。これにより、ノズル開口１４近傍のメニスカスがノズル開口１４側に微小量押し出される。
【００３２】
ついでメニスカス微少振動用圧電振動子１３ｂの電荷を放電させて元の状態に復帰させると、共通液室１６ａが微小量膨張してノズル開口１４側に押し出されていたメニスカスが圧力発生室１１側に引き戻される。
【００３３】
このようにメニスカス微少振動用圧電振動子１３ｂを一回振動した場合には、ノズル開口１４のメニスカスの変位量はごくわずかである、しかしこの振動を連続して発生させその周波数がノズル開口１４のメニスカスの共振周波数と一致すると、ノズル開口近傍のメニスカスは吐出まではしないが、ノズル開口近傍のインクが圧力発生室１１のインクと置換されて目詰まりを防止するのに役立つに十分な変位量で振動を与えることができる。
【００３４】
通常状態のメニスカスの共振周波数は、この実施例の場合およそ７０ｋＨｚであった。一方、ある程度印刷休止が続いた後、ノズル開口１４インク中の溶媒の乾燥が進行した状態のメニスカスの共振周波数は、通常状態のメニスカスの共振周波数に比べ増大している。
【００３５】
そこで振動を連続して発生させる周波数を通常状態のメニスカスの共振周波数よりも、１０〜２０ｋＨｚ高い値に設定することによって、通常の状態のメニスカスにはこの振動はほとんど影響を与えず、ある程度印刷休止が続いた後、ノズル開口１４インク中の溶媒の乾燥が進行した状態のメニスカスにのみ大きな振動を与えることができ、効果的にノズル開口１４近傍のインクが圧力発生室１１のインクと置換されて、目詰まりを防止する事ができる。
【００３６】
図３に、この時間経過におけるメニスカス振動の共振周波数の変化を示す。この図に示されるように、通常状態のメニスカスの共振周波数ｆ０に対して周波数ｆｃの振動を印可することによって、ノズル開口１４付近のインクは通常状態から大きく変化する事を防ぐことができる。
【００３７】
図４は、上述の記録ヘッド６を駆動する制御装置の一実施例を示すもので、図中符号３０は、制御手段で、ホストからの印刷指令信号や印刷データを受けて後述する駆動信号発生回路３１、ヘッド駆動回路３２、及びキャリッジ駆動回路３３を制御して印刷動作を実行させるとともに、後述する印刷タイマ３６の計時データにより、キャッピング位置でフラッシングを行わせる、あるいはニスカスを微小振動させるための駆動信号を制御するものである。
【００３８】
駆動信号発生回路３１は、ノズル開口１１からインク滴を吐出させるのに必要な電圧値ＶＨ（およそ２５Ｖ）の駆動信号（図５）及びメニスカス微少振動に必要な電圧値Ｖｃ（５Ｖ以下）の駆動信号（図６）を発生するように構成されている。
【００３９】
駆動回路３２は、印刷データに対応する圧電振動子１３ａに駆動信号発生回路３１の吐出の駆動信号（図５）を印加し、またメニスカス微少振動用圧電振動子１３ｂには駆動信号発生回路３１のメニスカス微少振動の駆動信号（図６）を印加するように構成されている。
【００４０】
３６は、印刷動作の継続時間を計時する印刷タイマで、印刷動作の開始により起動し、フラッシング動作によりリセットされるものである。
【００４１】
３７は印刷量カウンタで、印刷時に印刷されたドット数を計数してインク消費量を検出するものである。
【００４２】
このように構成された装置の動作を説明する。
【００４３】
休止状態では記録ヘッド６がキャッピング装置８で封止されおり、この待機状態に、印刷信号が入力されると、制御手段３０は駆動電圧発生回路３１、駆動回路３２を用いて、キャッピング装置８上で記録ヘッド６からインクを吐出させ、このフラッシング動作によりノズル開口近傍にフレッシュなインクを充填する。これにより、ノズル開口近傍のインクが、粘度上昇していない圧力発生室１１のインクに置換されて、印刷時に確実に吐出可能となる。次にキャリッジ１が移動を開始すると、制御手段３０は、キャリッジ１を印刷可能速度に向けて加速しつつ、同時に印刷タイマ３６をスタートさせる。さらに制御手段３０は圧電振動子１３ｂに図５の駆動信号を印可し、共通液室１６ａと連通している共通加圧室１６ｃを膨張・収縮させる。これにより、ノズル開口１４近傍のメニスカスに周波数ｆｃの圧力振動を引加し続ける。
【００４４】
キャリッジ１が印刷速度に到達して印刷データが入力すると、キャリッジ１により記録ヘッド６を記録用紙５の幅方向に走査しながら、印刷を行うべき圧電振動子１３ａを図４の駆動信号の上昇電圧でたわませ、圧力発生室１１を収縮させてノズル開口１４からインク滴を吐出させる。そして所定時間が経過した時点で吐出の駆動信号の降下電圧で圧電振動子１３ａを元の状態に復帰させ、圧力発生室１３ａを膨張させて共通液室１６ａのインクを圧力発生室１１に流入させる。
【００４５】
この際、すべてのノズルで吐出がされているわけではなく、あるノズルでは、しばらく印刷を行わない場合がある。そういったノズルでは、ノズル開口１４のインク粘度の上昇がはじまるが、ノズル開口１４近傍のメニスカスに周波数ｆｃの圧力振動が引加されているため、ある程度粘度が上昇すると、メニスカスが共振振動を起こしノズル開口近傍のインクが圧力発生室８３のインクと置換されてノズル開口の目詰まりが防止できる。
【００４６】
ホストからの印刷データが無くなるまで、この走査印字サイクルを繰り返し、印刷を行う。
【００４７】
印刷中に印刷タイマ３６の計時が所定時間、例えば２０秒になると、制御手段３０は、記録ヘッド６をフラッシング位置、つまりキャッピング装置８に対向する位置に移動させ、所定数、例えば数千ドット分のインク滴を吐出させる、定期フラッシング動作を実行させる。フラッシング動作が終了した時点で、印刷タイマ３６をリセットして再び計時動作を実行させ、上述の工程により再び印刷動作を開始する。
【００４８】
以後、印刷タイマ３６が所定時間を計時するごとに定期フラッシング動作を実行して、全てのノズル開口１４から強制的にインクを吐出させて目詰まりを防止する。
【００４９】
上述の実施例においては常時メニスカスを微小振動させるための圧力が印加されているために、従来数秒の間隔でこのフラッシング動作を行っていたものが、本実施例では数１０秒の間隔にまで、延長することができた。
【００５０】
図７は、図２で説明したヘッドの斜視図である。
【００５１】
図８は、本発明を適用した別の実施形態のヘッドの斜視図である。
【００５２】
共通加圧室１６ｃをこのように加圧室列の外側に平行に配置することにより、共通加圧室１６ｃを加圧室１１と全く区別することなく形成できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、圧電振動部材を有する第１の蓋部材と、前記第１の蓋部材により一方の面が封止されて圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材と、前記圧力発生室の他方の面を封止する第２の蓋部材とをセラミックス材料により一体に焼成して成るアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットにより一方の面が封止されて共通インク室を形成する共通インク室形成部材と、前記共通インク室の他方の面を封止するとともに前記圧力発生室と連通するノズル開口を有するノズルプレートとを一体に形成して成る流路ユニットと、を備えるインクジェット式記録ヘッドにおいて、共通インク室にのみ連通する共通圧力発生室を、前記アクチュエータユニットに前記圧力発生室と同じ工程で形成し、前記共通圧力発生室により圧力を発生することによって、連続印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数よりも、非印刷時のメニスカス状態におけるメニスカスの共振周波数に近い周波数で、インクが吐出しない程度に、メニスカスを振動させる手段を備えたインクジェット記録装置とした事によって、インク滴吐出の機会が低いノズルや、また休止状態におかれた場合などノズル開口の目詰まり状態に進行しているメニスカスに対して、印可した振動が共振状態となり、効果的にメニスカスの振動を発生させ、メニスカス近傍のインクと圧力室のインクを攪拌し、メニスカス近傍をフレッシュなインクに置換することができる。
【００５４】
一方、メニスカス近傍にフレッシュなインクが満たされているノズルでは、共振状態とならないため、メニスカスは大きく振動せず安定している。
【００５５】
この様にして、印刷を安定して行うことができる。
【００５６】
また、この共通圧力発生室を、各ノズル開口に対応する前記圧力発生室と同じ工程で形成することによって、大きなコストアップを無くすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるインクジェット記録装置の一実施例を示す図である。
【図２】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す断面図である。
【図３】時間経過におけるメニスカス振動の共振周波数の変化。
【図４】本発明の一実施例を示す装置のブロック図である。
【図５】各吐出用インク加圧手段に対する駆動波形。
【図６】メニスカス微少振動用加圧手段に対する駆動波形。
【図７】インクジェット記録ヘッドの一実施例を示す斜視図である。
【図８】本発明を適用した別の実施形態のヘッドの斜視図である。
【符号の説明】
６　インクジェット式記録ヘッド
８　キャッピング装置
９　クリーニング装置
１１　圧力発生室
１３ａ　圧電振動子
１４　ノズル開口
【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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【図７】
2004142333.tif 000009
【図８】
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