(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドに充填されるインクの適合性を検出することのできるインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置を提供する。【解決手段】圧電セラミックプレート１１に形成されたインク流路１２の側壁１３に設けられた電極１５に駆動電圧を印加することにより当該インク流路１２内の容積を変化させてその内部に充填されたインクをノズル開口２７から吐出するインクジェットヘッドにおいて、インク流路１２の電極１５間に電圧を印加した際の電極１５間の通電状態を検出する検出手段５３と、該検出手段５３の検出結果からインクの適合性を判定する判定手段５４とを有することにより、インクの導電性を検出することできる。【選択図】    図４
2004243664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックプレートに形成された複数のインク流路の側壁に設けられた電極に駆動電圧を印加することにより当該インク流路内の容積を変化させてその内部に充填されたインクをノズル開口から吐出するインクジェットヘッドにおいて、
インク流路の電極間に電圧を印加した際の電極間の通電状態を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果から前記インクの適合性を判定する判定手段と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】
請求項１において、前記検出手段が前記電圧を印加した際の電極間の電流値を検出することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１〜２の何れかにおいて、前記検出手段が１つおきに略半数の電極、または２つおきに略１／３の数の電極へ電圧を印加して電流値を検出することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記検出手段が前記電極に印加する電圧が直流電圧であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記検出手段が所定のタイミングで起動されると共に前記判定手段が前記インクの導電性を判定することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
圧電セラミックプレートに形成された複数のインク流路の側壁に設けられた電極に駆動電圧を印加することにより当該インク流路内の容積を変化させてその内部に充填されたインクをノズル開口から吐出するインクジェットヘッドを具備するインクジェット式記録装置において、
前記インクジェットヘッドのインク流路の電極間に所定電圧を印加した際の電極間の通電状態を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果から前記インクジェットヘッドに充填された前記インクの適合性を判定する判定手段とを有することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項７】
請求項６において、前記検出手段が前記電圧を印加した際の電極間の電流値を検出することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項８】
請求項６〜７の何れかにおいて、前記検出手段が１つおきに略半数の電極、または２つおきに略１／３の数の電極へ電圧を印加して電流値を検出することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項９】
請求項６〜８の何れかにおいて、前記検出手段が前記電極に印加する電圧が直流電圧であることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項１０】
請求項６〜９の何れかにおいて、前記検出手段が所定のタイミングで起動されると共に前記判定手段が前記インクの導電性を判定することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プリンタ、ファックスなどに適用されるインクジェット式記録装置に搭載されるインクジェットヘッドに充填されるインクの適合性を検出することのできるインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。
【０００３】
従来のインクジェットヘッドとしては、例えば、以下の特許文献１、即ち特開平１０−３２２６５２号公報に記載されたものがある。
【０００４】
かかるインクジェット式記録装置では、被記録媒体に対向するインクジェットヘッドはヘッドホルダに設けられ、ヘッドホルダはキャリッジに搭載されて被記録媒体の搬送方向とは直交する方向に走査される。
【０００５】
このようなインクジェットヘッドの一例の分解概略を図８に、また、要部断面を図９に示す。図８及び図９に示すように、圧電セラミックプレート１０１には、複数の溝１０２が並設され、各溝１０２は、側壁１０３で分離されている。各溝１０２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１０１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１０２内の両側壁１０３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１０５が形成されている。
【０００６】
圧電セラミックプレート１０１の溝１０２の開口側には、カバープレート１０７が接着剤１０９を介して接合されている。カバープレート１０７には、各溝１０２の浅くなった他端部と連通する凹部となるインク室１１１と、このインク室１１１の底部から溝１０２とは反対方向に貫通するインク供給口１１２とを有する。
【０００７】
また、圧電セラミックプレート１０１とカバープレート１０７との接合体の溝１０２が開口している端面には、ノズルプレート１１５が接合されており、ノズルプレート１１５の各溝１０２に対向する位置にはノズル開口１１７が形成されている。
【０００８】
なお、圧電セラミックプレート１０１のノズルプレート１１５とは反対側でカバープレート１０７とは反対側の面には、配線基板１２０が固着されている。配線基板１２０には、各電極１０５とボンディングワイヤ１２１等で接続された配線１２２が形成され、この配線１２２を介して電極１０５に駆動電圧を印加できるようになっている。
【０００９】
このように構成されるインクジェットヘッドでは、インク供給口１１２から各溝１０２内にインクを充填し、所定の溝１０２の両側の側壁１０３に電極１０５を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁１０３が変形して所定の溝１０２内の容積が変化し、これにより、溝１０２内のインクがノズル開口１１７から吐出する。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−３２２６５２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェットヘッドは、その電極構造のために充填されるインクは非導電性でなければならない。つまり、導電性の高いインクがインクジェットヘッド内に充填された場合、インク吐出動作のために各電極に所定の電圧が印加されると、直接電極に接触しているインクを通じて電極間に電流が流れてしまう。このため、過電流が流れインクジェットヘッドを破壊してしまう場合があるという問題がある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑み、インクジェットヘッドに導電性の高いインクが充填されても、この導電性を検出することのできるインクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、圧電セラミックプレートに形成されたインク流路の側壁に設けられた電極に駆動電圧を印加することにより当該インク流路内の容積を変化させてその内部に充填されたインクをノズル開口から吐出するインクジェットヘッドにおいて、インク流路の電極間に電圧を印加した際の電極間の通電状態を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果から前記インクの適合性を判定する判定手段とを有することを特徴とするインクジェットヘッドにある。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記検出手段が前記電圧を印加した際の電極間の電流値を検出することを特徴とするインクジェットヘッドにある。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第１〜２の何れかの態様において、前記検出手段が１つおきに略半数の電極、または２つおきに略１／３の数の電極へ電圧を印加して電流値を検出することを特徴とするインクジェットヘッドにある。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記検出手段が前記電極に印加する電圧が直流電圧であることを特徴とするインクジェットヘッドにある。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記検出手段が所定のタイミングで起動されると共に前記判定手段が前記インクの導電性を判定することを特徴とするインクジェットヘッドにある。
【００１８】
本発明の第６の態様は、圧電セラミックプレートに形成されたインク流路の側壁に設けられた電極に駆動電圧を印加することにより当該インク流路内の容積を変化させてその内部に充填されたインクをノズル開口から吐出するインクジェットヘッドを具備するインクジェット式記録装置において、前記インクジェットヘッドのインク流路の電極間に所定電圧を印加した際の電極間の通電状態を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果から前記インクジェットヘッドに充填された前記インクの適合性を判定する判定手段とを有することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００１９】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記検出手段が前記電圧を印加した際の電極間の電流値を検出することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００２０】
本発明の第８の態様は、第６〜７の何れかの態様において、前記検出手段が１つおきに略半数の電極、または２つおきに略１／３の数の電極へ電圧を印加して電流値を検出することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００２１】
本発明の第９の態様は、第６〜８の何れかの態様において、前記検出手段が前記電極に印加する電圧が直流電圧であることを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００２２】
本発明の第１０の態様は、前記検出手段が所定のタイミングで起動されると共に前記判定手段が前記インクの導電性を判定することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００２３】
かかる本発明では、インクジェットヘッドに充填されたインクの導電性を検出することができ、インクジェットヘッドの破壊を防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図である。図１に示すように、圧電セラミックプレート１１には、複数の溝１２が並設され、各溝１２は、側壁１３で分離されている。各溝１２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート１１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝１２内の両側壁１３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極１５が形成されている。
【００２６】
ここで、圧電セラミックプレート１１に形成される各溝１２は、例えば、円盤状のダイスカッターにより形成され、深さが徐々に浅くなった部分は、ダイスカッターの形状を利用して形成される。また、各溝１２内に形成される電極１５は、例えば、公知の斜め方向からの蒸着により形成される。
【００２７】
このような圧電セラミックプレート１１の溝１２の開口側には、カバープレート１７が接合されている。カバープレート１７には、各溝１２の浅くなった他端部と連通する凹部となるインク室２１と、このインク室２１の底部から溝１２とは反対方向に貫通するインク供給口２２とを有する。
【００２８】
ここで、本実施形態では、各溝１２は、ブラック（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の各色のインクに対応したグループに分かれており、インク室２１及びインク供給口２２は、それぞれに１つずつ設けられている。
【００２９】
なお、カバープレート１７は、セラミックプレート、金属プレートなどで形成することができるが、圧電セラミックプレート１１との接合後の変形等を考えると、熱膨張率の近似したセラミックプレートを用いるのが好ましい。
【００３０】
また、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体の溝１２が開口している端面には、ノズルプレート２５が接合されており、ノズルプレート２５の各溝１２に対向する位置にはノズル開口２７が形成されている。
【００３１】
本実施形態では、ノズルプレート２５は、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体の溝１２が開口している端面の大きさより大きくなっている。また、ノズルプレート２５は、ポリイミドフィルムなどに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル開口２７を形成したものである。
【００３２】
なお、本実施形態では、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体の溝１２が開口している端部の周囲には、ノズル支持プレート２８が配置されている。このノズル支持プレート２８は、ノズルプレートの接合体端面の外側と接合されて、ノズルプレート２５を安定して保持するためのものである。勿論、このノズル支持プレート２８は設けなくてもよい。
【００３３】
また、このようなヘッドチップ３０を駆動するための配線等の設け方も特に限定されないが、以下に、その一例を示す。
【００３４】
図２及び図３には、上述したヘッドチップ３０を用いたインクジェットヘッド４０の製造工程の一例を示す。
【００３５】
図２に示すように、圧電セラミックプレート１１のノズル開口側とは反対側の端部には電極１５に接続される図示しない配線パターンが形成されており、この配線パターンには異方性導電膜３１を介してフレキシブルケーブル３２が接合される。また、圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体のノズル支持プレート２８の後端側には、圧電セラミックプレート１１側のアルミニウム製のベースプレート３３と、カバープレート１７側のヘッドカバー３４とが組み付けられる。ベースプレート３３とヘッドカバー３４とは、ベースプレート３３の係止孔３３ａにヘッドカバー３４の係止シャフト３４ａを係合することにより固定され、両者で圧電セラミックプレート１１とカバープレート１７との接合体を挟持する。ヘッドカバー３４には、カバープレート１７のインク供給口２２のそれぞれに連通するインク導入路３５が設けられている。
【００３６】
すなわち、インクはヘッドカバー３４のインク導入路３５よりインクジェットヘッド４０内部へ供給され、ヘッドチップ３０のインク供給口２２から各溝１２、すなわちインク流路内に充填され、インク流路内の容積変化動作によりノズル開口２７より吐出される。
【００３７】
次に、図３（ａ）に示すように、圧電セラミックプレート１１の後端側に突出したベースプレート３３上には配線基板３６が固着される。ここで、配線基板３６上にはヘッドチップを駆動するための集積回路などの駆動回路３７が搭載され、駆動回路３７とフレキシブルケーブル３２とが異方性導電膜３８を介して接続される。これにより、図３（ｂ）のインクジェットヘッド４０が完成する。
【００３８】
また、本実施形態では、このインクジェットヘッド４０の配線基板３６上には、電極１５間の通電状態を検出する検出回路を設けている。以下、この検出回路について説明する。なお、図４は、検出回路を示す概略図であり、説明の簡略化のため、駆動回路３７に含まれるスイッチング回路５１を制御する制御レジスタや制御信号は省略してある。
【００３９】
図４に示すように、各溝１２の内面に設けられた電極１５（１５ａ、１５ｂ、・・・）には、駆動回路３７から配線５０（５０ａ、５０ｂ、・・・）が引き出され、各配線５０は各電極１５に選択的に電圧を印加するためのスイッチング回路５１を介して電源５２に接続されている。また、スイッチング回路５１と電源５２との間には、検出手段及５３及び判定手段５４とが接続されている。なお、本実施形態では、スイッチング回路５１は、ＩＣ（集積回路）からなる駆動回路３７の出力段を構成している。
【００４０】
この検出手段５３は、各側壁１３を挟む両側の電極１５間に電圧を印加した際の両電極１５間の通電状態、すなわち、両電極１５間の電流値を検出する。
【００４１】
また、判定手段５４は、検出手段５３の検出結果に基づいて、各溝１２に充填され各電極１５に接しているインクの導電性を判定する。
【００４２】
ここで、検出手段５３及び判定手段５４による電極１５間の通電状態の検出及びインクの導電性の判定の一例について説明する。
【００４３】
まず、スイッチング回路５１を図示しない制御信号によって切り換えることにより、電源５２から各配線５０ａ〜５０ｄを介して各電極１５ａ〜１５ｄに所定の大きさの電圧を印加する。例えば、本実施形態では、図４に示すように、所定の大きさの直流電圧を配線５０ａおよび配線５０ｃに接続されている電極１５ａおよび１５ｃに印加した。
【００４４】
このとき、検出手段５３は、各電極１５間に流れる電流値、すなわち、直流電圧が印加され正電位となっている電極１５ａと１５ｃから、インク流路すなわち各溝１２に充填されているインクを介してグランド電位となっている電極１５ｂと１５ｄに流れる電流を検出する。
【００４５】
なお、電極１５に対する電圧の印加の仕方は、本実施例のように正電位とグランド電位の電極を交互に繰り返す方法が、インク流路を流れる電流が最も大きくなり電流を検出しやすくなるが、例えば電極１５ａと１５ｂを正電位とし電極１５ｃと１５ｄをグランド電位としても良い。また、１つの電極だけを正電位としても原理的に可能なことは良いことは言うまでもない。
【００４６】
さらに、本実施例のように１つおきの電極に電圧を印加した場合、大きな電圧を印加するとインクが吐出されてしまう可能性がある時は、２つおきの電極に電圧を印加するようにしても良い。
【００４７】
ここで、図５（ａ）に電極に印加する電圧の波形、図５（ｂ）にそのときに流れる電流の波形の一例を示す。
【００４８】
図５（ｂ）の実線で示すようにインクジェットヘッド内に充填されたインクに導電性が無い場合には、正電位になっている電極１５ａと１５ｃからグランド電位になっている電極１５ｂと１５ｄへ流れる電流は殆んどない。しかしながら、図５（ｂ）の破線で示すようにインクに導電性がある場合は、インクを介して電極間を電流が流れることになる。
【００４９】
なお、図５（ｂ）において電圧波形の立ち上がり時に大きな電流が流れるのは、正電位になっている電極とグランド電位になっている電極間の容量によるものである。したがって、電圧波形の立ち上がりを滑らかにするとこの急峻な電流を低減させることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、検出手段５３は、このような電流値をアナログ−デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）してデジタル信号とし、判定手段５４は、そのデジタル信号を参照することにり、インクの導電性を判定している。
【００５１】
なお、電流値をＡ／Ｄ変換するには、インクの抵抗値は非常に大きいため数オームから数十オームの抵抗を流れる電流を電圧値として検出しＡ／Ｄ変換する方法が一般的である。
【００５２】
図６に判定手段５４の判定方法の一実施例を示す。
【００５３】
まず、判定手段５４はステップ１・Ｓ１にて全電極をグランド電位としたときの電流Ｉ１を測定する。これは、インクを流れる電流は微小電流であり、回路のオフセット電流等をキャンセルして測定精度を向上させるために測定する。
【００５４】
次に、ステップ２・Ｓ２において１つおきに半数の電極に直流電圧を印加したときの電流Ｉ２を測定する。
【００５５】
そして、ステップ３・Ｓ３においてステップ２・Ｓ２にて測定した電流Ｉ２からステップ１・Ｓ１にて測定した電流Ｉ１を差し引き、実際のインクに流れる電流Ｉｉｎｋを算出する。
【００５６】
最後に、ステップ４・Ｓ４においてステップ３にて算出したインクを流れる電流Ｉｉｎｋを所定の基準値Ｉｒｅｆと比較し、この値より大きい場合には、当該インクは使用不可と判定する。
【００５７】
具体的には、インクジェットヘッド内部に充填されているインクの抵抗値が１００ｋΩ以上必要である場合、印加電圧を１０Ｖとすると、インクに流れる電流値の上限は０．１ｍＡとなる。この場合、判定手段５４は、インクに流れる電流Ｉｉｎｋが０．１ｍＡ以上のときにインクの導電性があると判定する。
【００５８】
なお、判定手段５４において導電性を判定する基準値は、インクジェットヘッドの形状、すなわち、インクと電極との接触面積や電極数、印加電圧等により変化する。したがって、この基準値は適宜決定されれば良い。
【００５９】
本実施形態では、このような検出手段５３及び判定手段５４によるインクの導電性の検出を、例えば、電源が投入された際、あるいは最初にインクジェットヘッドにインク充填を行うヘッドの初期充填の際等に行うようにし、且つインクの導電性が検出された場合には、判断手段５４から異常信号を発生させ、ヘッドを制御する装置に搭載するアラーム等によってユーザに警告するようにした。
【００６０】
このように、インクジェットヘッド４０に検出手段５３及び判定手段５４を設け、各電極１５間に充填されているインクの導電性を検出することにより、実際に印字動作を行なわさせることなく、インクジェットヘッド４０に充填されたインクが不適切であることを検出することができる。したがって、異常なインクによる吐出動作がされることもなく、更には、過電流によるインクジェットヘッドの破損と言う最悪の事態を防止することができる。また、ユーザは誤ったインクを充填してしまったことを認識することができる。
【００６１】
なお、このようなインクジェットヘッド４０は、例えば、インクカートリッジを着脱自在に保持するタンクホルダに組み付けられ、その後、インクジェット式記録装置のキャリッジに搭載されて使用される。この使用態様の一例の概略を図７に示す。
【００６２】
図７に示すように、キャリッジ６１は、一対のガイドレール６２ａ及び６２ｂ上に軸方向に移動自在に搭載されており、カイドレール６２の一端側に設けられてキャリッジ駆動モータ６３に連結されたプーリ６４ａと、他端側に設けられたプーリ６４ｂとに掛け渡されたタイミングベルト６５を介して搬送される。キャリッジ６１の搬送方向と直交する方向の両側には、ガイドレール６２ａ及び６２ｂに沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ６６及び６７が設けられている。これらの搬送ローラ６６及び６７は、キャリッジ６１の下方に当該キャリッジ６１の搬送方向とは直交する方向に被記録媒体Ｓを搬送するものである。
【００６３】
このようなインクジェット式記録装置では、被記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ６１をその送り方向とは直交方向に走査することにより、インクジェットヘッドによって被記録媒体Ｓ上に文字及び画像を記録する。
【００６４】
（他の実施形態）
以上、一実施形態について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。
【００６５】
例えば、上述の実施形態では、インク導電性の判定を行う判定手段をインクジェットヘッドの内部に組み込むようにしたが、インクジェットヘッドとは別途に形成し、インクジェット式記録装置内部に設ける構成として用いるようにしてもよい。
【００６６】
また、インクジェットヘッドの電極間の通電状態を検出する検出手段の一部についても、例えば検出回路のＡ／Ｄ変換器をインクジェット記録装置内部に設ける構成として用いるようにしてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、検出手段及び判定手段によって各電極間に充填されているインクの導電性を検出するようにした。これにより、誤って導電性の高いインクが充填されてしまった場合に、実際にインクジェットヘッドを駆動させることなく、ヘッドの異常を検出することができ、インクジェットヘッドの破損等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るヘッドチップの分解斜視図及び断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るのインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの組立工程を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る検出回路を示す概略図である。
【図５】電極に印加する電圧の波形及びそのときに流れる電流の波形の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る判定手段の判定方法の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドの使用態様を示す斜視図である。
【図８】従来技術に係るインクジェットヘッドの概要を示す分解斜視図である。
【図９】従来技術に係るインクジェットヘッドの概要を示す断面図である。
【符号の説明】
１１  圧電セラミックプレート
１２  溝
１３  側壁
１５  電極
１７  カバープレート
２５  ノズルプレート
２７  ノズル開口
２８  ノズル支持プレート
３０  ヘッドチップ
３３  ベースプレート
３４  ヘッドカバー
３６  配線基板
４０  インクジェットヘッド
５０  配線
５１  スイッチング回路
５２  電源
５３  検出手段
５４  判定手段
【図１】
2004243664.tif 000003
【図２】
2004243664.tif 000004
【図３】
2004243664.tif 000005
【図４】
2004243664.tif 000006
【図５】
2004243664.tif 000007
【図６】
2004243664.tif 000008
【図７】
2004243664.tif 000009
【図８】
2004243664.tif 000010
【図９】
2004243664.tif 000011