(57)【要約】 【課題】  吸引ポンプを廃止し、インク充填やヘッドクリーニングなどのプリンタ維持動作を確実に行える維持機構を有するインクジェットプリンタを提供すること。【解決手段】  インクジェット１００を有するインクジェットプリンタにおいて、次のステップでインク充填及びヘッドクリーニングを行う。（１）流体抵抗部振動板３４と、該流体抵抗部振動板３４に対向した流体抵抗部個別電極９１間に第１のパルス電圧を印加する工程。（２）前記第１のパルス電圧の立ち下がり時に、インク共通液室振動板３５と、該インク共通液室振動板３５に対向した位置に設けられた駆動用電極９２間に第２のパルス電圧を印加する工程。（３）前記第２のパルス電圧の立ち下がり時に、インク圧力室振動板１２と、該インク圧力室振動板１２に対向した位置に設けられた前記個別電極２１間に第３のパルス電圧を印加する工程。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、該ノズルに連通するインク圧力室と、インク共通液室と、該インク圧力室と該インク共通液室とを連通する流体抵抗部と、前記インク共通液室底部の外部からインクを供給するインク供給口と、前記インク圧力室底部のインク圧力室振動板と、該インク圧力室振動板に対向した個別電極からなる静電駆動手段とを有し、前記インク圧力室振動板を変形させて前記ノズルからインク液滴を吐出させて記録を行うインクジェットヘッドにおいて、前記インク共通液室上部に薄板からなるインク共通液室振動板と、該インク共通液室振動板に対向した駆動用電極とを設けるとともに、前記流体抵抗部上部に薄板からなる流体抵抗部振動板と、該流体抵抗部振動板に対向した流体抵抗部個別電極とを設けた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記載のインクジェットヘッドにおいて、前記インク共通液室振動板に対向した前記駆動用電極は、１つのインク共通液室に対し、複数個の凹部により形成されてい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または請求項２記載のインクジェットヘッドにおいて、前記インク共通液室底部の外部からインクを供給する前記インク供給口にバルブ機構を設けた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３記載のインクジェットヘッドにおいて、前記バルブ機構は前記インク供給口に形成されたテーパー部と、該テーパー部に挿入された球状可動部材と、前記テーパー部とは逆テーパーとなるインク供給チューブ側のテーパー部により構成されてい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３または請求項４記載のインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタであって、次のステップでインク充填及びヘッドクリーニングを行うことを特徴とするインクジェットプリンタ。（１）前記流体抵抗部に設けられた前記流体抵抗部振動板と、該流体抵抗部振動板に対向した前記流体抵抗部個別電極間に第１のパルス電圧を印加する工程。（２）前記第１のパルス電圧の立ち下がり時に、前記インク共通液室に設けられた前記インク共通液室振動板と、該インク共通液室振動板に対向した位置に設けられた前記駆動用電極間に第２のパルス電圧を印加する工程。（３）前記第２のパルス電圧の立ち下がり時に、前記インク圧力室に設けられた前記インク圧力室振動板と、該インク圧力室振動板に対向した位置に設けられた前記個別電極間に第３のパルス電圧を印加する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク液滴を吐出して記録紙等に記録を行うインクジェットプリンタに関するものである。特には、インクジェットヘッドの構造及びインク充填およびヘッドクリーニングに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタは、インクを圧力発生室で加圧してノズルから吐出させる関係上、流通過程においても使用時と同様の条件を維持するため、インク流路に送品液を充填して乾燥や塵の進入を防止する措置が取られている。このため、使用開始に先立ってインクジェットヘッドに充填されている送品液を排除する操作、いわゆるインク初期充填操作を必要とする。また、インクはインクカートリッジに収容され、プリンタへの着脱によりインクの補給が可能になるように構成されているのが一般的である。このため、インクカートリッジの交換に伴ってインクジェットヘッドに大気が侵入しやすく、インクとともに圧力発生室に流れ込んで加圧力を弱め、印刷品質を低下させるという問題が存在していた。また、プリンタを長期間印刷しない状態で放置すると、インクの溶媒が飛んでしまい乾燥により、いわゆるノズル目詰まりが発生するため、その防止策として、定期的にインク排出操作、いわゆるヘッドクリーニング操作をするのが一般的である。このような問題を解決するため、インク初期充填時やインクカートリッジ交換時、更にはヘッドクリーニング時においては、気密が保たれたインク充填操作が必要とされる。
【０００３】
以下、従来のインク充填について説明する。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
該公報には、インクカートリッジ８からインクの供給を受け記録データに合わせてノズルプレートのノズルからインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド７と、ノズルプレートに弾接して前記ノズルの乾燥を防ぐキャップ部材３０と、キャップ部材３０に負圧を供給してノズルからインクを吐出させる吸引ポンプ１１と、インクカートリッジ８が装着された時点で吸引ポンプ１１を作動させてインクジェット式記録ヘッド７からインクを排出させる吸引制御手段５０とを備えており、インクカートリッジ８を装着した際、吸引の途中でキャップ部材３０の圧力を大気圧に戻す工程を挟んで、複数回吸引動作を行う技術が示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１１９３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来例におけるインクジェットプリンタのインク充填機構及びヘッドクリーニング機構は、複雑であり信頼性に欠けることに加えて、部品コストが高くなるとともに、前記機構の容積がプリンタに占める容積も大きく、プリンタの小型化における重要な課題となっていた。
【０００７】
そこで、本発明は従来のインクジェットプリンタに見られるような吸引ポンプを廃止しても、インク充填やヘッドクリーニングなどのプリンタ維持動作を確実に行える維持機構を有するインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するために本発明のインクジェットヘッドは、ノズルと、該ノズルに連通するインク圧力室と、インク共通液室と、該インク圧力室と該インク共通液室とを連通する流体抵抗部と、前記インク共通液室底部の外部からインクを供給するインク供給口と、該インク圧力室底部のインク圧力室振動板と、該インク圧力室振動板に対向した個別電極からなる静電駆動手段とを有し、前記インク圧力室振動板を変形させて前記ノズルからインク液滴を吐出させて記録を行うインクジェットヘッドにおいて、前記インク共通液室上部に薄板からなるインク共通液室振動板と、該インク共通液室振動板に対向した駆動用電極とを設けるとともに、前記流体抵抗部上部に薄板からなる流体抵抗部振動板と、該流体抵抗部振動板に対向した流体抵抗部個別電極とを設けたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、インク充填及びヘッドクリーニングにおいて、従来のようにポンプでインク流路のインクを吸引する必要はなく、吸引ポンプを排除した小型インクジェットプリンタを提供することができる。
【００１０】
本発明のインクジェットヘッドは、上記インクジェットヘッドにおいて、前記インク共通液室振動板に対向した前記駆動用電極は、１つのインク共通液室に対し、複数個の凹部により形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、薄板状のインク共通液室振動板は、分割された駆動用電極部の凹部と接合される。よって、インク共通液室振動板は、分割された駆動用電極部凹部と凹部間のリブにより補強されることになり、破損しにくい信頼性の高いインクジェットヘッドが提供できる。
【００１２】
本発明のインクジェットヘッドは、上記インクジェットヘッドにおいて、前記インク共通液室底部の外部からインクを供給する前記インク供給口にバルブ機構を設けたことを特徴とする。更に、前記バルブ機構が前記インク供給口に形成されたテーパー部と、該テーパー部に挿入された球状可動部材と、前記テーパー部とは逆テーパーとなるインク供給チューブ側のテーパー部により構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、インク充填及びヘッドクリーニングにおいて、インク共通液室振動板が駆動用電極に静電吸引され、その後インク共通液室振動板が初期位置に戻ろうとする際、インク共通液室内のインクがインク供給チューブ側へと流れるインク量を微量にすることができる。よって、インク共通液室内のインクのほとんどがインク共通液室から、インク圧力室へと流れる効率の良いインク充填及びヘッドクリーニングができる。
【００１４】
本発明のインクジェットプリンタは、上記インクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタであって、次のステップでインク充填及びヘッドクリーニングを行うことを特徴とする。（１）前記流体抵抗部に設けられた前記流体抵抗部振動板と、該流体抵抗部振動板に対向した前記流体抵抗部個別電極間に第１のパルス電圧を印加する工程。（２）前記第１のパルス電圧の立ち下がり時に、前記インク共通液室に設けられた前記インク共通液室振動板と、該インク共通液室振動板に対向した位置に設けられた前記駆動用電極間に第２のパルス電圧を印加する工程。（３）前記第２のパルス電圧の立ち下がり時に、前記インク圧力室に設けられた前記インク圧力室振動板と、該インク圧力室振動板に対向した位置に設けられた前記インク圧力室個別電極間に第３のパルス電圧を印加する工程。
【００１５】
この構成によれば、（１）インク圧力室からインク共通液室へと流れ込むインク量を少なくし、（２）インク供給口からインク共通液室へと流れ込むインク量を多くでき、（３）インク共通液室からインク圧力室へと流れ込むインク量を多くできる。よって、吸引ポンプがなくても、インク充填性及びヘッドクリーニング性を向上させることができ、吸引ポンプを必要としない小型インクジェットプリンタを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に図面を参照して、本発明を適用した静電駆動式のインクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタの実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
（全体構成）
図１は本発明を適用したインクジェットプリンタの一例を示す概略説明図であり、図２は該インクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドの一例を示す断面図であり、図３は図２のインクジェットヘッドの分解斜視図である。また、図６は、前記インクジェットヘッドを構成する第４の基板の説明図である。これらの図を参照して説明する。キャリッジ１は、タイミングベルト２によりモーター３に接続されていて、ガイド部材４に案内されてプラテン（ローラ）５に対し平行に移動できるように構成されている。キャリッジ１の記録用紙６に対向する面には、図示しないインクカートリッジからインク供給チューブ７を経由してインク供給を受け、インク圧力室１３に設けられたインク圧力室振動板を変位させたときに発する圧力によりノズル３３からインク液滴を吐出するインクジェットヘッド１００が設けられている。キャッピング装置８はインクジェットヘッド１００のノズル３３を有するノズル面を一つの空間で封止できるサイズを備え、非印字時にはノズル面を封止し、吐出能力回復動作時、いわゆるクリーニング動作時にインクジェットヘッド１００内に設けられた後術するバルブ及び各振動板の作用により、ノズル３３よりインクを排出するものである。また、キャッピング装置８の近傍には、キャリッジ１の移動に連動し、インクジェットヘッド１００がクリーニング位置に移動したとき、インクジェットヘッド１００のノズル３３を有するノズル面に当接するようにせり上がるゴム等で構成される弾性板１０１が設けられている。
【００１８】
インクジェットヘッド１００を更に詳細に説明すると、４枚の基板を重ねて接合もしくは接着した積層構造よりなるもので、第１の基板１０、第２の基板２０、第３の基板３０、第４の基板９０より構成されている。
【００１９】
第１の基板１０はシリコンを材質とする基板であり、該基板には、複数のノズル３３に連通する底面壁を薄板状のインク圧力室振動板１２として用いられる圧力室１３が凹部として形成されている。更に第１の基板側流体抵抗部１４と、該第１の基板側流体抵抗部１４を介してインク圧力室１３へと連通するインク共通液室１５が凹部として形成されている。更に前記インク共通液室１５の底部にはインクジェットヘッド１００の外部からのインクが供給されるインク供給口１８が存在する。更に、第１の基板１０は図示していない酸化シリコンの絶縁膜で覆われている。
【００２０】
次に第２の基板２０を説明する。第１の基板１０とは異なり、ホウ珪酸ガラスよりなる基板２０は、前記第１の基板１０の下面に直接接合されており、インク圧力室振動板１２と対向する位置にほぼ同じ形状で、スパッタ法により形成されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）薄膜が個別電極２１として設けられている。尚、インク圧力室振動板１２の下部に形成された酸化シリコン絶縁膜と第２の基板２０上の個別電極２１との隙間は約０．２μｍである。更に、前記第１の基板１０のインク共通液室１５へ外部からインクを供給するインク供給口１８と合わせた位置に、テーパー状のインク供給口２３が形成されている。
【００２１】
次に第３の基板３０を説明する。第１の基板１０と同じくシリコンよりなる第３の基板３０は、第１の基板１０の上面に接着され、インク圧力室１３に連通し、インク液滴を吐出するノズル３３が設けられている。更に、第１の基板側流体抵抗部１４と併せて流体抵抗部となる上壁面を流体抵抗部振動板３４とする凹部（図面上では下向きに凹部）が薄板状に形成されている。更に、第１の基板１０と併せてインク共通液室１５となる底壁面をインク共通液室振動板３５とする凹部（図面上では下向きに凹部となる）が薄板上に形成されている。更に、第３の基板３０は図示していない酸化シリコンの絶縁膜で覆われている。
【００２２】
次に第４の基板９０を説明する。第１の基板１０とは異なり、ホウ珪酸ガラスよりなる基板９０は、前記第３の基板３０上面に直接接合されており、前記第３の基板３０の前記流体抵抗部振動板３４と対向する位置にほぼ同じ形状で、スパッタ法により形成されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）薄膜が流体抵抗部個別電極９１として設けられている。尚、流体抵抗部振動板３４の上部に形成された酸化シリコン絶縁膜と第４の基板９０上の流体抵抗部個別電極９１との隙間は約０．２μｍである。同様に、インク共通液室振動板１６と対向する位置に、分割された形状で、スパッタ法により形成されたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）薄膜が駆動用電極９２として設けられている。こちらも、インク共通液室振動板３５の上部に形成された絶縁膜と駆動用電極９２との隙間は約０．２μｍである。分割された駆動用電極９２の凹部と凹部間は、前記インク共通液室振動板３５と接合され、補強リブの役目も果たす。
【００２３】
上記４種類の基板を接合及び接着した積層構造によりインクジェットヘッド１００が完成する。また、ノズル３３近傍は真空蒸着法により図示しない撥水膜が形成されている。
また、第１の基板１０に形成されている図示していない共通電極部と、第２の基板２０に形成されている個別電極２１間、また、第３の基板に形成されている共通電極部と、第４の基板９０に形成されている流体抵抗部個別電極９１及び駆動用電極９２間はフレキシブル配線１０２に用いて、図示しない本インクジェットプリンタの駆動回路に接続されることになる。また、インク供給口２３は、テーパー部４２と球状可動部材４１によりなるバルブ機構として機能し、インクジェットヘッドユニットのインク供給部と接続されており、図示していないインクカートリッジからのインクは、インク供給チューブ７を介して、前記バルブを経て、インクジェットヘッド１００に供給される。
【００２４】
尚、前記の球状可動部材４１は、インクによる腐食がなく、比重がインクの比重と概略一致していることが望ましい。
【００２５】
（インク充填及びヘッドクリーニング動作）
図４は本発明を適用したインクジェットヘッドのインク充填及びヘッドクリーニングの態様に関する説明図であり、図５はそのインクジェットヘッドを駆動するためのパルス電圧の波形図である。これらの図を参照して説明する。
【００２６】
（１）各振動板の初期状態を図４（ａ）に示す。前記初期状態から、図５（ａ）に示す流体抵抗部駆動信号である第１のパルス電圧が流体抵抗部振動板３４と流体抵抗部個別電極９１間に印加されると、静電気力により流体抵抗部振動板３４は、図４（ｂ）に示すように流体抵抗部個別電極９１に引き寄せられて変形する。
【００２７】
（２）次に、流体抵抗部振動板３４と流体抵抗部個別電極９１間に印加されていた第１のパルス電圧の立ち下がりに呼応して、図５（ｂ）に示すインク共通液室駆動信号である第２パルス電圧がインク共通液室振動板３５と駆動用電極９２間に印加されると、図４（ｃ）に示すように流体抵抗部振動板３４が初期位置に戻ろうとするため、破線で示すように一時的に流体抵抗部が狭くなるが、逆にインク共通液室振動板３５は静電気力により駆動用電極９２に引き寄せられ、インク共通液室１５の容積は拡大する。すると、インク共通液室１５へと引き込まれるインク量は、前述したように流体抵抗部が狭くなっているため、インク圧力室１３からインク共通液室１５に引き込まれるインク量は僅かな量に制限されるが、逆に図示していないインクカートリッジからインク供給チューブ７を通り、更に球状可動部材４１、テーパー部４２及びインク供給孔２３からなるバルブを通じて、インク共通液室１５に引き込まれるインク量がその大半を占めることとなる。
【００２８】
（３）次に、インク共通液室振動板１６と駆動用電極９１間に印加されていた第２のパルス電圧の立ち下がりに呼応して、図５（ｃ）に示すインク圧力室振動板駆動信号である第３のパルス電圧が、インク圧力室振動板１２と個別電極２１との間に印加されると、図６（ｄ）に示すようにインク共通液室振動板３５が初期位置に戻ろうとするため、破線で示すように一時的にインク共通液室１５の容積は減少するが、逆にインク圧力室振動板１２は静電気力により個別電極２１に引き寄せられ、インク圧力室１３の容積は拡大する。すると、インク共通液室１５へと引き込まれていたインクの大半は、流体抵抗部を通じてインク圧力室１３へと流入する。この際、インク共通液室１５へと引き込まれていたインクは、球状可動部材４１、テーパー部４２及びインク供給孔２３からなるバルブを通じてインク供給チューブ７側へも流れようとするが、球状可動部材４１がテーパー部４２へ移動して逆流防止弁の役割を果たすため、その流れ込むインク量は僅かである。
【００２９】
次に、図６（ｅ）に示すようにインク圧力室振動板１２が初期位置に戻ろうとするため、インク圧力室１３に引き込まれていたインクはノズル３３より吐出されることとなる。上記（１）〜（３）の工程が繰り返されることで、インクジェットヘッド１００やインク供給チューブ７に充填されていた送品液が排出され、インク初期充填は速やかに行われることになる。更にインク流路の気泡排出やヘッドの目詰まり対応を目的としたヘッドクリーニングにおいても同様であり、前記工程が繰り返されることにより、ヘッドクリーニングが速やかに行われることになる。
【００３０】
また、通常の印字動作では、インク圧力室１３のインク圧力室振動板１２と個別電極２１との間に所定のパルス電圧を印加してインク圧力室振動板１２を駆動させ、ノズル３３よりインク液滴を吐出して印字を行うため、流体抵抗部振動板３４と流体抵抗部個別電極９１間、インク共通液室振動板３５と駆動用電極９２との間にパルス電圧を印加することはない。
【００３１】
また、バルブ機構は本実施形態に限定されるものではなく、インクカートリッジからのインク供給を妨げず、共通液室からの逆流防止構造を有するものであればよい。例えば、ばねと弁によるバルブ機構等を用いることもできる。
【００３２】
（発明の効果）
上記構成によれば、ノズルと、該ノズルに連通するインク圧力室と、該インク圧力室とインク共通液室とを連通する流体抵抗部と、前記インク共通液室底部の外部からインクを供給するインク供給口と、インク圧力室底部のインク圧力室振動板と、該インク圧力室振動板に対向した個別電極からなる静電駆動手段とを有し、前記インク圧力室振動板を変形させて前記ノズルからインク液滴を吐出させて記録を行うインクジェットヘッドにおいて、前記インク共通液室上部に薄板からなるインク共通液室振動板と、該インク共通液室振動板に対向した駆動用電極とを設けるともに、流体抵抗部上部に薄板からなる流体抵抗部振動板と、該流体抵抗部振動板に対向した流体抵抗部個別電極とを設け、更に前述した（１）〜（３）の工程でインク充填及びヘッドクリーニングを行うことにより、従来のような吸引ポンプを用いたインク充填及びヘッドクリーニングは不要となる。よって、吸引ポンプの容積分を小型化したインクジェットプリンタを提供できる。更に、前記インクジェットヘッドの前記インク圧力室振動板は、補強リブ構造を設けたことにより、耐久性の高いインクジェットヘッドが提供できる。更に、前記インクジェットヘッドは、外部からインクを供給するインク供給口にバルブを設けたことにより、インク共通液室内のインクがインク供給チューブ側へと流れるインク量を微量にすることができ、インク共通液室内のインクのほとんどがインク共通液室からインク圧力室へと流れるインク充填性及びヘッドクリーニング性の高いインクジェットヘッドが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るインクジェットプリンタの概略説明図である。
【図２】本発明に係るインクジェットヘッドの断面図である。
【図３】本発明に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図４】本発明に係るインクジェットプリンタのインク充填及びヘッドクリーニングの態様に関する説明図である。
【図５】図４のインク充填及びヘッドクリーニングを行うためのパルス電圧の波形図である。
【図６】本発明に係るインクジェットヘッドを構成する第４の基板の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：キャリッジ、２：タイミングベルト、３：モーター、４：ガイド部材、５：プラテン、６：記録用紙、７：インク供給チューブ、８：キャッピング装置、１０：第１の基板、１２：インク圧力室振動板、１３：インク圧力室、１４：第１の基板側流体抵抗部、１５：インク共通液室、１８：インク供給口、２０：第２の基板、２１：個別電極、２３：インク供給口、３０：第３の基板、３３：ノズル、３４：流体抵抗部振動板、３５：インク共通液室振動板、４１：テーパー部、４２：球状可動部材、９０：第４の基板、９１：流体抵抗部個別電極、９２：駆動用電極、１００：インクジェットヘッド、１０１：弾性板、１０２：フレキシブル配線。
【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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