(57)【要約】【課題】圧電素子を用いたインクジェットヘッドにおいて、振動板に圧電素子を接合する際、圧電素子列間の隙間を一定間隔に保持してベース部材に精度良く接合する。【解決手段】ノズル列が２列平行配置されたノズル板２と、ノズルに対応した液室１ｂを有する流路板１と、液室１ｂに駆動エネルギーを伝達する振動板３と、液室１ｂに対応する分割溝が形成され、振動板３に接合される２列の積層型の圧電素子５，５と、圧電素子５，５を接合するベース部材４と、共通インク流路６ａを有するフレーム部材６からなるインクジェットヘッド。並列する圧電素子５，５間にギャップ材７を挿入し、圧電素子５，５間の間隔を高精度に一定とする。これにより、画像処理を利用して振動板３に圧電素子５，５を接合する際の画像のアスペクト比を所定の値とする。【選択図】        図１
2004358716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルからなるノズル列が平行配置されたノズル板と、前記ノズル列の各ノズルに連通する複数の加圧液室を有する流路板と、前記加圧液室に駆動エネルギーを伝達する振動板と、前記加圧液室に対応する分割溝により分割され前記振動板に接合される積層型の圧電素子と、該圧電素子を並列に接合するベース部材とからなるインクジェットヘッドにおいて、並列する前記圧電素子間に間隔を決定するギャップ材を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記圧電素子は、共通電極側に凸状部を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記圧電素子間にギャップ材を挿入することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記ギャップ材は、板状のセラミック部材であることを特徴とする請求項１または３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ギャップ材は、前記ベース部材に設けられたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記ギャップ材は、ピン形状であって、前記ベース部材に複数有することを特徴とする請求項１または５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記ギャップ材は、板状であって、前記ベース部材に設けたことを特徴とする請求項１または５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１乃至７いずれかに記載のインクジェットヘッドを用い、記録信号に応じて駆動される圧電素子の発生する駆動エネルギーに応じてノズルからインク滴を吐出することを特徴とする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、圧電素子が発生する駆動エネルギーによって振動板を変位させ、ノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関し、特にノズル列に対応した圧電素子間の隙間を精度良く保つことを可能とする圧電方式のインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、記録時の騒音が小さいこと、高速印字が可能なこと、インクの自由度が高くフルカラー印字にも容易に対応できること、安価な普通紙を使用できること等多くの利点を有する。今日の主流であるオンデマンド方式のインクジェットヘッドには、駆動手段が圧電素子であるもの、インクを加熱して気泡を発生させその時の圧力でインク滴を吐出させるもの、駆動手段に静電気力を利用するもの等が実施されている。
【０００３】
一般にインクジェット記録装置においては、複数の部材を接着剤により接合しインクジェットヘッドを構成している。加圧液室内のインクに圧力を加えインク滴を吐出させる駆動源として圧電素子を使用するピエゾ方式のインクジェットヘッドとして、例えば特許文献１、２に記載されたものが知られている。
特許文献１、２に記載されたインクジェットヘッドにおいては、加圧液室内のインクに圧力を加えインク滴を吐出させる圧電素子がベース上に接合され、圧電素子の上面が振動板の下面に接合されている。
【０００４】
圧電素子と振動板の接合は、加工精度上の問題から、どうしても取り付け位置にずれが生じる。この位置ずれは、ずれ量にバラツキが生じ、これにより圧電素子によって発生する変位力が規定通り振動板に伝わらないことになる。この結果、液室に発生する変位力による振動板の変形にバラツキが生じ、噴射特性のばらつきとなって印字品質を損なう原因となる。
【０００５】
インクジェットヘッドにおいて、圧電素子の取り付け位置のずれによる噴射特性変動に対する対策を示した従来例として、特許文献３、４に記載されたものが知られている。
特許文献３に記載されたものは、振動板の片面に凹部を形成し、これに圧電素子を当接させることによって位置精度を向上させるものであり、特許文献４に記載されたものは、圧電素子の形成を、振動板に圧電材料の分散液を印刷することによって行い、これにより振動板、液室のゆがみに圧電素子が追従して形成され位置ずれを生じないというものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１４４５９０号公報
【特許文献２】
特開平４−３４５８５６号公報
【特許文献３】
特開平９−９９５５３号公報
【特許文献４】
特開２００１−１８７４４８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
加圧液室内のインクに圧力を加えインク滴を吐出させる駆動源として圧電素子を使用するインクジェットヘッドの場合、加圧液室に駆動エネルギーを伝達する振動板が圧電素子上部に接合されている。振動板に圧電素子を接合するに際しては、個々の加圧液室に対応して圧電素子の個々の部分が配置されるように高精度に接合することが求められており、圧電素子間の隙間を画像処理して接合位置出しを実施している。
【０００８】
そのため、圧電素子列間の隙間を一定間隔に精度良く保つことが求められており、請求項１の発明は、圧電素子列間の間隔を一定に確保することを目的とする。
請求項２の発明は、圧電素子自体にギャップ材を設けることにより一定の間隔を確保することを目的とする。
請求項３の発明は、圧電素子列間に別部材を挿入することにより一定の間隔を確保することを目的とする。
請求項４の発明は、ギャップ材をセラミックとすることで加工条件に影響がでないことを目的とする。
請求項５の発明は、ギャップ材をベース部に設けることにより圧電素子列間を一定に保ち、且つ圧電素子接合時の位置決めとすることを目的とする。
請求項６の発明は、ギャップ材をピン形状とすることでベース加工工程の効率を良くすることを目的とする。
請求項７の発明は、ギャップ材を板状とすることでベースへの組み付けを容易にすることを目的とする。
請求項８の発明は、請求項１乃至７の発明のインクジェットヘッドを用いて記録装置を形成することにより、高い画像品質と信頼性を両立したインクジェット記録装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の発明は、複数のノズルからなるノズル列が平行配置されたノズル板と、前記ノズル列の各ノズルに連通する複数の加圧液室を有する流路板と、前記加圧液室に駆動エネルギーを伝達する振動板と、前記加圧液室に対応する分割溝により分割され前記振動板に接合される積層型の圧電素子と、該圧電素子を並列に接合するベース部材とからなるインクジェットヘッドにおいて、並列する前記圧電素子間に間隔を決定するギャップ材を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電素子は、共通電極側に凸状部を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１の発明のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電素子間にギャップ材を挿入することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１または３の発明のインクジェットヘッドにおいて、前記ギャップ材は、板状のセラミック部材であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１の発明のインクジェットヘッドにおいて、前記ギャップ材は、前記ベース部材に設けられたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１または５の発明のインクジェットヘッドにおいて、前記ギャップ材は、ピン形状であって、前記ベース部材に複数有することを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１または５の発明のインクジェットヘッドにおいて、前記ギャップ材は、板状であって、前記ベース部材に設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１乃至７に記載のインクジェットヘッドを用い、記録信号に応じて駆動される圧電素子の発生する駆動エネルギーに応じてノズルからインク滴を吐出するインクジェット記録装置であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図８に示す実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用するインクジェットヘッドの実施例を示す断面図、図２は、図１に示すインクジェットヘッドの分解斜視図である。
本実施例のインクジェットヘッドは、シリコン基板等からなり複数の貫通孔１ａとインク流路となる各個別の液室１ｂを形成した流路板１と、この流路板１の上面にはＮｉ電鋳等で複数のノズル（吐出孔）２ａを形成したノズル板２を接合し、流路板１の下面にはＮｉ電鋳等で形成した振動板３を接合し、加圧液室部を構成している。ここで、流路板１に形成される貫通孔１ａ及びとインク流路となる液室１ｂは連通しており、複数の貫通孔１ａ及び液室１ｂが列状に形成されている。また、それぞれの列は、貫通孔１ａが対向して配置されているとともに、図１の紙面に垂直方向に１／２ピッチずらされて配置されている。ノズル板２についても、ノズル２ａは流路板１の液室１ｂの配置に対応した配置となっている。
【００１８】
振動板３の下面には金属で形成したベース部材４上に積層型の圧電素子５を、２列の加圧液室部に対応して２列接合し、アクチュエータとしている。圧電素子５は、例えばＰＺＴからなり、流路板１に形成された液室１ｂに対応した分割溝が形成され、液室１ｂの列とほぼ等しい長さである。また、圧電素子５は、圧電層と内部電極層が交互に積層され、１つ置きの内部電極層が両端で外部電極とされ、内側の外部電極が共通電極５ａとして使用され、外側の外部電極が個別電極５ｂとして使用される。個別電極５ｂには、フレキシブルフラットケーブル５ｃが接続され、図示しない駆動回路に接続される。圧電素子５の外側には共通インク流路６ａを形成したフレーム部材６を振動板３と接合し、各個別液室へインクを供給する。
【００１９】
このように構成したインクジェットヘッドは、圧電素子５に駆動電圧を印加することにより、圧電素子５の積層方向（図１の上下方向）に変位が生じ、振動板３が各個別の液室側へ変形変位して液室１ｂの容積が減少し、液室内圧が上昇して貫通孔１ａからなる連通孔を通じてノズル板２のノズル２ａよりインク滴が吐出される。
【００２０】
振動板３とアクチュエータを接合する際には、振動板３の所定位置に圧電素子５を位置決めする手段として画像処理を利用して実施しており、圧電素子５間にギャップが存在することで、２列の圧電素子５を画像表示したときのアスペクト比が所定の値となるようにしている。
圧電素子５同士を密着させてもアクチュエータの機能上問題は生じないが、液室１ｂの接合位置精度が低下し、液室１ｂ毎の液の吐出が不均一となる影響がでる。
【００２１】
図３は、図１及び図２に示すインクジェットヘッドにおいて、並列する２列の圧電素子を示す図で、図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）側面図である。
圧電素子５の共通電極５ａ側を凸状部に形成し、並列する圧電素子５，５の凸状部が当接するようにベース部材４上に接合することにより、圧電素子５，５間の間隔を確保し、画像処理に使用する領域が一定のアスペクト比となるようにしている。
【００２２】
図４は、ベース部材とベース部材上に接合した圧電素子を示す斜視図である。
ベース部材４上に並列して接合した圧電素子５，５の間にギャップ材７を挿入することにより、画像処理に使用する領域に一定の間隔を確保する例である。ギャップ材７は、セラミック材が加工に適しているが、金属・樹脂等でも問題はない。
【００２３】
図５は、ベース部材及びギャップ材の例を示す斜視図である。
ベース部材４上に並列して接合される圧電素子５，５間の間隔を確保するためのギャップ材を棒状ギャップ材８とし、ベース部材４に挿入しておいて、圧電素子５の間隔を一定に保つとともに圧電素子５を接合する時の位置決めを兼ねた例である。
【００２４】
図６は、ベース部材及びギャップ材の異なる例を示す斜視図である。
ベース部材４上に並列して接合される圧電素子５，５間の間隔を確保するためのギャップ材を板状ギャップ材９とし、ベース部材４に挿入し、圧電素子５の間隔を一定に保つとともに圧電素子５の接合時の位置決めを兼ねた例である。
【００２５】
次に、以上説明した構成のインクジェットヘッドを少なくとも１つ含むインクジェット記録装置について説明する。
図７は、本発明のインクジェット記録装置の要部を示す斜視図、図８は、同じくインクジェット記録装置の要部を示す側断面図である。
【００２６】
本実施例のインクジェット記録装置は、記録装置本体１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ２３、キャリッジ２３に搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド２４、記録ヘッド２４へインクを供給するインクカートリッジ２５等で構成される印字機構部１２等を収納し、装置本体１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１３を積載可能な給紙カセット（或いは、給紙トレイ）１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１５を開倒することができ、給紙カセット１４或いは手差しトレイ１５から給送される用紙１３を取り込み、印字機構部１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１６に排紙する。
【００２７】
印字機構部１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド２１と従ガイドロッド２２とでキャリッジ２３を主走査方向（図８で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなる記録ヘッド２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ２３には記録ヘッド２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ２５を交換可能に装着している。
【００２８】
インクカートリッジ２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドからなる記録ヘッド２４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド２４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００２９】
また、記録ヘッド２４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。また、本発明において記録ヘッド２４として用いるインクジェットヘッドは、圧電素子からなる電気機械変換素子で液室壁面を形成する振動板を介してインクを加圧するピエゾ型としている。
【００３０】
キャリッジ２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向下流側）を従ガイドロッド２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ２７で回転駆動される駆動プーリ２８と従動プーリ２９との間にタイミングベルト３０を張装し、このタイミングベルト３０をキャリッジ２３に固定しており、主走査モータ２７の正逆回転によりキャリッジ２３が往復駆動される。
【００３１】
一方、給紙カセット１４にセットした用紙１３を記録ヘッド２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１４から用紙１３を分離給装する給紙ローラ３１及びフリクションパッド３２と、用紙１３を案内するガイド部材３３と、給紙された用紙１３を反転させて搬送する搬送ローラ３４と、この搬送ローラ３４の周面に押し付けられる搬送コロ３５及び搬送ローラ３４からの用紙１３の送り出し角度を規定する先端コロ３６とを設けている。搬送ローラ３４は、副走査モータ３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００３２】
そして、キャリッジ２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３４から送り出された用紙１３を記録ヘッド２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材４０を設けている。この印写受け部材４０の用紙搬送方向下流側には、用紙１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ４１、拍車４２を設け、さらに用紙１３を排紙トレイ１６に送り出す排紙ローラ４３及び拍車４４と、排紙経路を形成するガイド部材４５，４６とを配設している。
【００３３】
記録時には、キャリッジ２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２４を駆動することにより、停止している用紙１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１３を排紙する。
【００３４】
また、キャリッジ２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド２４の吐出不良を回復するための回復装置４７を配置している。回復装置４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ２３は印字待機中にはこの回復装置４７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中等に記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００３５】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド２４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された図示しない廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００３６】
【発明の効果】
以上の記載から明らかなように、本発明によれば次のような効果を奏する。
請求項１のインクジェットヘッドにおいては、振動板に圧電素子を接合する際、並列する圧電素子間の間隙を所定の値とすることができ、画像処理を利用して圧電素子の位置決め及びベース部材との接合を高精度に行うことができる。
【００３７】
請求項２のインクジェットヘッドにおいては、積層型圧電素子の共通電極側に凸形状を設けることにより、ベース部材上に２列の圧電素子を並列に接合する際、凸形状を当接させて画像処理に必要な間隔を精度良く確保できる。
【００３８】
請求項３、４のインクジェットヘッドにおいては、並列する積層型圧電素子間にギャップ材を挿入することにより、画像処理に必要な間隔を確保できる。また、ギャップ材の材質をセラミックにすることにより、積層型圧電素子を加工する際、加工条件に影響を与えないようにすることができる。
【００３９】
請求項５のインクジェットヘッドにおいては、ベース部材上にギャップ材を設けることにより、画像処理に必要な並列する圧電素子間の間隔を確保できる。また、ギャップ材を積層型圧電素子接合時の位置決めとして用いることができる。
【００４０】
請求項６のインクジェットヘッドにおいては、ベース部材加工時に、同時にギャップ材を形成すると加工工数が増加することから、棒状のギャップ材を後から挿入することで、加工工程の効率を良くすることができる。
【００４１】
請求項７のインクジェットヘッドにおいては、ギャップ材を板状とすることにより、ベース部材への組み付けを容易にすることができる。
【００４２】
請求項８のインクジェット記録装置においては、請求項１〜７に記載の噴射特性の均一なインクジェットヘッドを有する記録装置であることによって、画像品質が高く、かつ信頼性も高い記録装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するインクジェットヘッドの実施例を示す断面図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】図１及び図２に示すインクジェットヘッドにおいて、並列する２列の圧電素子を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）側面図である。
【図４】ベース部材とベース部材上に接合した圧電素子を示す斜視図である。
【図５】ベース部材及びギャップ材の例を示す斜視図である。
【図６】ベース部材及びギャップ材の異なる例を示す斜視図である。
【図７】本発明のインクジェット記録装置の要部を示す斜視図である。
【図８】図７に示すインクジェット記録装置の要部を示す側断面図である。
【符号の説明】
１…流路板、１ａ…貫通孔、１ｂ…液室、２…ノズル板、２ａ…ノズル（吐出孔）、３…振動板、４…ベース部材、５…圧電素子、５ａ…共通電極、５ｂ…個別電極、５ｃ…フレキシブルフラットケーブル、６…フレーム部材、６ａ…共通インク流路、７…ギャップ材、８…棒状ギャップ材、９…板状ギャップ材、１１…記録装置本体、１２…印字機構部、１３…用紙、１４…給紙カセット、１５…手差しトレイ、１６…排紙トレイ、２１…主ガイドロッド、２２…従ガイドロッド、２３…キャリッジ、２４…記録ヘッド、２５…インクカートリッジ、２７…主走査モータ、２８…駆動プーリ、２９…従動プーリ、３０…タイミングベルト、３１…給紙ローラ、３２…フリクションパッド、３３…ガイド部材、３４…搬送ローラ、３５…搬送コロ、３６…先端コロ、３７…副走査モータ、４０…印写受け部材、４１…搬送コロ、４２…拍車、４３…排紙ローラ、４４…拍車、４５，４６…ガイド部材、４７…回復装置。
【図１】
2004358716.tif 000003
【図２】
2004358716.tif 000004
【図３】
2004358716.tif 000005
【図４】
2004358716.tif 000006
【図５】
2004358716.tif 000007
【図６】
2004358716.tif 000008
【図７】
2004358716.tif 000009
【図８】
2004358716.tif 000010