(57)【要約】【課題】  本発明は、複数のノズルを同時駆動することによって生じるインク圧力の残留を速やかに減衰させ、ヘッドの周波数の向上を図ることを課題とする。【解決手段】  上記課題を達成するために、オリフィスとインクチャンバとリストリクタと第２インクチャンバとで構成されるインク噴射ノズルを複数個並列して構成され、各インク噴射ノズルの背面はフィルタを隔てて共通インク路で連通するインクジェットヘッドであり、該共通インク路の一端には外部よりインクを供給するためのインク供給路が配設され、共通インク路の他端にはインクの圧力伝播速度を低減させるよう剛性の低い低剛性インク流路部を構成し、該低剛性インク流路部の端部は封止されていることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクが吐出するオリフィスと第１インクチャンバとリストリクタと第２インクチャンバとで構成されるインク噴射ノズルを複数個並列して構成し、各インク噴射ノズルを有する第１インクチャンバはフィルタを隔てて共通インク路で連通し、前記共通インク路の一端には外部よりインクを供給するためのインク供給路が配設され、共通インク路の他端にはインクの圧力伝播速度を低減させるよう剛性の低い低剛性インク流路部を構成し、前記低剛性インク流路部の端部は封止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２】
前記低剛性インク流路部をプラスチックチューブで構成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記共通インク路内に侵入した気泡を回収するインク流路系を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドの駆動周波数向上方法としては、個々のノズルのインク供給路に付設するように空気室を設ける方法がある（例えば、特許文献１参照）。この例では、空気室を空気のまま保持しておくのが容易ではないと思われる。その理由としては、空気室は風船のように完全に閉じた系にしておかなければ、圧力変動やインクの溶存空気量、温度変化で容積が膨張、収縮を繰返すため、常時同じ空気容積を保持することは困難であるからである。インクを脱気した物にすれば、空気室の空気を少しづつではあるが吸収する。逆に、未脱気インクであれば、インク温度が上がった時に空気室に接触しているインクの過飽和空気分が空気室に溜まるため空気量は次第に増えることが予想される。そのため、空気室容積を同一空気量で維持することは極めて困難である。
【０００３】
また、インク液室に可撓材料層を形成する方法もある（例えば、特許文献２参照）。この例では、可撓材料とインクとの相性が良いことが必要となり、使用するインクが限定されてしまう。また、組立性に難度がある。
【０００４】
また、ヘッド間の相互干渉を低減する方法として、駆動波形の位相をずらす方法がある（例えば、特許文献３）。この方法は、オリフィス穴の位置と同期させて、ヘッド内の１列に並んでいるノズルを隣同士交互に位相をずらして駆動させる（時分割駆動する）事により効果が得られる。しかし、１ヘッドに数十個のノズルを構成している場合、１個のノズル駆動では高い周波数まで特性が安定しているにも拘わらず、全ノズルを駆動させる場合には周波数特性が著しく低下することがある。また、ヘッド内のノズルを時分割駆動しても、個々のノズルの振動が加算され反力となってノズル特性を劣化させていることがある。なお、ここで言うノズル特性とは、所定周波数の時の個々のノズル速度Ｖを設定する電圧で、複数のノズルを同時に駆動した場合の各ノズルの速度変化が一定かどうかである。（例えば、個々のノズル速度Ｖ＝１０ｍ／ｓｅｃの時の電圧を使用して、複数駆動時に各ノズルの速度が１０±２ｍ／ｓｅｃ以内なら印字精度上問題にならないが、速度が６ｍ／ｓｅｃ以下になると印字乱れとなり印刷上不良と判断される。）
共通インク流路内の圧力低下に着目し、インク滴量、駆動周波数、及び共通インク流路に接続された圧力発生室の数（駆動ノズル数に相当）からインク供給系の流路抵抗を規定する方法も開示されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、インク供給系からノズル口までが単純かつ直線的に繋がっている系でしか計算出来ず、閉鎖回路（例えばＴ字型等）がついた構造、極めて剛性の低い管路が接続された構造では、設計自体が困難と思われる。さらに、使用インク変更の度に流路全体を再度設計し直す必要性を生じる。
【０００５】
また、印刷中に用紙が重送してノズル面を擦ると、オリフィスから気泡が侵入し、インクが不吐出となることがある。この場合、オリフィスから吸引装置でインクを吸引すると（この作業を通常パージと呼ぶ）ノズル内の気泡を除去することが出来る。しかし、ノズルが下向きになっているヘッドでは、気泡がヘッド上部まで侵入すると気泡除去が容易ではなくなる、という問題もある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３０００４号公報
【０００７】
【特許文献２】特開平８−１９３６号公報
【特許文献３】特開平１０−３１５４５１号公報
【特許文献４】特開２００２−２８３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、複数のノズルを同時駆動することによって生じるインク圧力の残留を速やかに減衰させ、ヘッドの周波数の向上を図ることを目的とする。
【０００９】
また、ヘッド内に侵入した気泡をノズル内に入れないように除去することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために、本発明では、インクが吐出するオリフィスと第１インクチャンバとリストリクタと第２インクチャンバとで構成されるインク噴射ノズルを複数個並列して構成し、各インク噴射ノズルを有する第１インクチャンバはフィルタを隔てて共通インク路で連通し、前記共通インク路の一端には外部よりインクを供給するためのインク供給路が配設され、共通インク路の他端にはインクの圧力伝播速度を低減させるよう剛性の低い低剛性インク流路部を構成し、前記低剛性インク流路部の端部は封止されていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記低剛性インク流路部をプラスチックチューブで構成したことを特徴とする
また、前記共通インク路内に侵入した気泡を回収するインク流路系を有することを特徴とする。
【００１２】
更に、前記インクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット印刷装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、共通インク路のインク供給とは反対の側に剛性の低いインク流路系を形成したので、ヘッド内のノズルの同時駆動によるインク圧力波を減衰でき、１ヘッドに多数のノズルを有するヘッドの高周波数化を可能にすることが出来る。
【００１４】
また、インクジェットヘッドの共通インク路内に侵入した気泡を回収でき、ノズル特性を劣化させずに印刷を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施例について、図１を用いて以下に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、インクジェットヘッドの構造の一部断面図である。ヘッド１１は、薄板を積層して形成されたボディ１０１と、オリフィス１０２と第１インクチャンバ１０３とリストリクタ１０４と第２インクチャンバ１０５とで構成されたノズルを複数個有し、第２インクチャンバの背面には異物除去のためのフィルタ１０６が取り付けられ、フィルタを通して各ノズルは共通インク路１０７に連通している。
【００１７】
共通インク路１０７の一端にはインク供給側のインレット１１１を通してインク供給路１２と繋がっており、インクをヘッドに供給することが可能である。共通インク路１０７の他端には止栓側インレット１２１を通してチューブ１２２が取り付けられ、チューブの終端は止栓１２３により完全に閉じられている。このチューブの中はインクで満たされているが、一部空気が入っていても良い。このチューブ１２２は、本実施例では、柔らかいチューブ（タイゴンチューブ等）で、内径２ｍｍ、外形４ｍｍ（肉厚は１ｍｍ）で長さが５０ｍｍ以上を使用することで、本発明のインク圧力波の減衰効果が得られることを確認した。５０ｍｍ以下では、ダンパとしての効果がでない（ヘッド内のノズルの同時駆動によるインク圧力波を減衰しきれない）ため、駆動周波数を向上する効果は十分ではなかった。なお、チューブ剛性、チューブ径、長さについて、適宜設定することが可能であり、色々なインク組成のインクに対応可能である。このチューブ１２２を、低剛性インク流路部とも呼ぶこととする。
【００１８】
また、本実施例では、チューブ１２２の端部を止栓１２３により止栓したが、インクチューブは適切な長さを用意し、インクチューブを止栓する（例えば、締め付ける）箇所を適宜変更することのみで、様々なインクの種類・状態（粘度）に対応可能である。なお、共通インク流路を延長した場合であるが、反射波の時間を稼ぐことはできても、インク圧力波の減衰の十分な効果は期待出来ない。また、一方で、ヘッドボティ内のインク路で剛性が下がるとインク供給時に脈動をおこし供給不良を起こすことがあるため、共通インク路１０７等を中途半端に剛性を下げるのは得策ではない。従って、インク圧力波の効率的な減衰のためには、本願のように剛性が低い管路を別途設置する必要がある。
【００１９】
図２は、インク経路を模式的に描いた図で、第１インクチャンバ１０３とリストリクタ１０４の一部で構成されるインク室の背面に、隔壁を隔てｄ３３方向に変位する積層型圧電素子１３１が取り付けられている。ノズルは、ヘッド内に１列に数十個並べられている。
なお、本発明は、実施例として圧電素子を使用したが、これに限定されるものではなく、熱や、静電気、磁力による圧力発生手段でも使用可能である。
【００２０】
図３は、インクジェット装置全体の概略構成図である。
【００２１】
図において、インクジェット印刷装置１０は、下向き印字可能な複数のノズルを有するヘッド１１ａ、１１ｂ、・・・１１ｚとインク中の異物を除去するフィルタユニット１３と、ヘッドにインク供給するためのメインタンク３９と、メインタンク３９とフィルタユニット１３間には、メインタンク３９からのインクを複数本のチューブｃ３１に分岐してインクの送容量を稼ぐマニホールドｂ３２と、マニホールドｂ３２とフィルタユニット１３との間にあり、位置的に一番高い位置に配置されたマニホールドａ１６と、フィルタユニット１３とヘッド１１とをつなぐチューブａ１２と、マニホールドａ１６とフィルタユニット１３とを繋ぐチューブｂ１５と、インク補給タンク３８と、インク補給タンク３８のインクをメインタンク３９に移送するためのインク補給パイプ４５と、メインタンク３９とマニホールドｂを繋ぐインクパイプ４６と、電磁弁ａ３４と、電磁弁ｂ３６と、電磁弁ｃ３７とからなる。
【００２２】
また、フィルタユニット１３、マニホールドａ１６、及びマニホールドｂ３２の上部には、接続したチューブに入った気泡を集めて回収するための気泡抜き１４，１７，３３がそれぞれ取り付けられている。３５と４１は手動用止栓である。
【００２３】
２点鎖線で囲まれた部分は、ヘッド１１とチューブａ１２とフィルタユニット１３とチューブｂ１５の一部を重力方向で上下に移動させるための重力方向移動部２０を示す。同様に、１点鎖線で囲まれた部分は、重力方向移動部２０とマニホールドａ１６とチューブｃ３１の一部を水平方向に移動させるための水平方向移動部２１を示す。移動手段について詳細な説明は省略するが、周知のヘッド可動手段を用いることで実現可能である。
【００２４】
図において、印刷時には、ヘッド１１が水平方向移動部２１と重力方向移動部２０により印刷のための所定位置に移動可能である。印刷中は、手動用止栓３５と電磁弁ａ３４，電磁弁ｂ３６を開放し、電磁弁ｃ３７を閉止する。
【００２５】
図４は、積層型圧電素子１３１に印加される電圧波形を示し、図５は、電圧波形に対応したヘッドのインク液滴の吐出状態とメニスカス状態とを示す。
【００２６】
図５において、ボディ１０１の内部には積層型圧電素子１３１が一面をボディに固定されている。該圧電素子の反対側の端面は隔壁１３２に取付けられている。インク室は第１インクチャンバ１０３とリストリクタ１０４の一部で構成され、インク吐出の為のオリフィス１０２と前記隔壁１３２で囲まれている。
【００２７】
図４の電圧波形は、Ｍ１からＭ５で示したように、５段階のモードで出来ている。
【００２８】
Ｍ１はインク吐出前の定常状態で、圧電素子にプラスの電圧を印加した状態で圧電素子に電荷を貯めて保持される為、圧電素子は縮んだ状態で保持されている。この時、インク室はやや膨らんだ状態になり、オリフィスのメニスカスは凹状の安定状態で大気と釣合っている。
【００２９】
Ｍ２は圧電素子の電荷を放出し、圧電素子が元の長さに伸びようとしている時の状態である。この時には、隔壁１３２を介してインク室を押す為、インク室のインクの一部はインク液滴１４０となって、オリフィスから飛び出して来る。
【００３０】
Ｍ３は圧電素子の印加電圧をゼロに落した状態である。隔壁はフラットになり、インク室の容積が最小になっている。
【００３１】
ついで、Ｍ４は圧電素子に再印加を開始したため、圧電素子が再度縮みオリフィスから飛び出しているインク液滴の終端部を引き戻すことにより、インク液滴が切れはじめる。
【００３２】
Ｍ５はＭ１と同じく圧電素子にプラスの電圧を印加して定常状態に保持した図である。しかし、周波数が高く、かつ同時駆動されるノズル数が多い場合にはインクを吐出後のインク波がリストリクタ１０４、フィルタ１０６を通して共通インク路１０７に伝わり、各ノズルの次回以降の振動に少なからず影響し、印字乱れや最悪オリフィスのメニスカスが破れ印字できなくなる、という現象が起こる。
【００３３】
図６は、その現象を簡単に把握する為の、水頭変動グラフである。ここで、今回使用しているヘッドは、１ラインに９６ノズルを有するラインヘッドで、圧力変動を小さくする為に隣合うノズルとの位相を半周期ずらして駆動する偶奇分割駆動を行った。また、止栓側インレット１２１に圧力計を取付け、所定の周波数で用紙サイズＡ３を横方向に約３５０ｍｍのベタ印字してその時の供給インク路の圧力変動を測定した。
【００３４】
図に於いて、対策前のデータは止栓側インレット１２１の間際に圧力計を取付けた時の圧力変動の最大値を読み取ったものである。対策後のデータは、止栓側インレット１２１に内径２ｍｍ、外形４ｍｍ、長さ１３０ｍｍのタイゴンチューブ（軟質ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ））を取付け、端部に圧力計を取付け、圧力変動の最大値を読み取ったものである。
【００３５】
結果は、チューブを取付けない時よりもチューブを取付けた時の方が、圧力変動を３０％程度低減出来ることが分かった。そのため、例えば、水頭変動値の許容値を１００ｍｍＨ２Ｏとすれば、対策前では１５ｋＨｚが限界だったものが対策後には２０ｋＨｚまでの周波数で使用可能となる。
【００３６】
印刷中に用紙が重送してノズル面を擦り、オリフィス１０２から気泡が侵入した場合、
フィルタ１０６の上部の共通インク路１０７まで気泡が侵入すると、気泡除去が容易ではない。本構造では、共通インク路に入った気泡は、ヘッドの移動、吸引パージ操作、印刷等の振動やインクの流れにより共通インク路の端部に移動しやすい。
【００３７】
図１において、気泡が右側に移動した場合はインレット１１１からインク供給路１２を通ってフィルタユニット１３に集められる。気泡が左側に移動した場合は、止栓側インレット１２１からチューブ１２２に集められる。チューブ１２２は、元々剛性を下げる目的で取付けられており、気泡が溜まってもヘッド系の特性を低下させることはない。
【００３８】
以上説明したように、止栓側インレット１２１にチューブ１２２と止栓１２３を取付けることにより、ヘッド内部に侵入した気泡を容易に回収出来るため、ヘッドの印刷特性を劣化させることがない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
インクジェットヘッドのインク供給と反対のポートに端部を閉じたチューブを付加するだけで多数のノズルを有するヘッドの周波数特性を改良することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】インクジェットヘッドの一部断面図である（実施例１）。
【図２】インクジェットヘッドのインク路を説明するための模式図である（実施例１）。
【図３】インクジェット装置の構成図である（実施例１）。
【図４】圧電素子に印加される電圧である（実施例１）。
【図５】電圧に対応して変形したインクジェットヘッドの断面図である（実施例１）。
【図６】ヘッドの水頭変動比較図である（実施例１）。
【符号の説明】
【００４１】
１１はインクジェットヘッド、１０１はヘッドのボディ、１０２はオリフィス、１０６はフィルタ、１０７は共通インク路、１２１は止栓側インレット、１２２はチューブ、１２３は止栓、１３１は圧電素子、１３２は隔壁である。
【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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