(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的低い電圧を印加して変換器を作動させることができ、エネルギ節約が大きく効率的なプリントヘッドを提供すること。【解決手段】複数の実質的に閉塞されたインク室１３を含み、複数のインク室は、少なくとも１つの壁１２により互いに分離されており、各インク室は、電気−機械変換器１５を含み、変換器の作動により、対応するインク室の容積変化が生ずる、プリントヘッドにおいて、壁及び変換器は、相互協調するように構成され、協調に基づいて、インク室の変換器が座屈する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の実質的に閉塞されたインク室を含み、該複数のインク室は、少なくとも１つの変形可能な壁により互いに分離されており、各インク室は、電気−機械変換器を含み、該変換器の作動により、対応するインク室の容積変化が生ずる、プリントヘッドにおいて、
前記壁及び変換器は、相互協調するように構成され、該協調に基づいて、インク室の変換器の作動が該変換器の座屈が実現されることを特徴とする、プリントヘッド。
【請求項２】
前記壁は、第１のインク室を画成する第１の変形可能な壁側と、前記第１の壁側と反対側の第２の変形可能な壁側とを含み、前記第２の壁側は、第２の隣接するインク室を画成する、請求項１に記載のプリントヘッド。
【請求項３】
前記壁は、実質的にテーパーが付いた形状とされる、請求項１又は２に記載のプリントヘッド。
【請求項４】
前記壁は、６０ＧＰａよりも小さいヤング率、好ましくは３０ＧＰａよりも小さいヤング率を有する材料からなる、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載のプリントヘッド。
【請求項５】
前記壁は、炭素、セラミック、及び、特にエラストマーであるポリマーからなる材料の集合から選択される少なくとも１つの材料から形成される、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載のプリントヘッド。
【請求項６】
少なくとも１つの壁を備えるキャリアプレートを含み、前記キャリアプレート及び前記少なくとも１つの壁は、略類似した材料から形成される、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のプリントヘッド。
【請求項７】
前記電気−機械変換器は、少なくとも１つの圧電素子を含む、請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のプリントヘッド。
【請求項８】
前記電気−機械変換器は、保護層を備える、請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載のプリントヘッド。
【請求項９】
前記電気−機械変換器は、該変換器の動作中に、対応するインク室の容積を増加させるように構成される、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載のプリントヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載のプリントヘッドを少なくとも１つ含むインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の実質的に閉塞されたインク室を含み、該複数のインク室は、少なくとも１つの変形可能な壁により互いに分離されており、各インク室は、電気−機械変換器を含み、該変換器の作動により、対応するインク室の容積変化が生ずる、プリントヘッドに関する。本発明は、また、かかるプリントヘッドを含むインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のプリントヘッドは、特許文献１から知られている。このプリントヘッドは、一体のセラミック基板により略全体が画成された一以上のインク室を含み、この場合、セラミック基板の剛性は、壁の変形を防止するために非常に高い。セラミック基板は、一以上のバイモルフ型アクチュエータが上部に配置される閉じたプレートを含み、この場合、アクチュエータの作動により、対応するインク室（複数でも可）の体積変化が生ずる。その他の関連技術は、特許文献２乃至６から知られている。
【特許文献１】米国特許第５６１７１２７号明細書
【特許文献２】欧州特許第０６２９００７Ａ号明細書
【特許文献３】欧州特許第０６００７４３Ａ号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００４／１０４９７７Ａ１号明細書
【特許文献５】欧州特許第０６７０２１８Ａ号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００５／０６９４３０Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この公知のプリントヘッドの主要な欠点は、比較高い電圧が、インク室の容積変化を生じさせるためにアクチュエータを作動させるのに必要とされることであり、これにより、公知のプリントヘッドは、比較的エネルギ消費が多く、それゆえに比較的非効率となる。
【０００４】
本発明の目的は、比較的に効率的なプリントヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、冒頭部によるプリントヘッドにおいて、前記壁及び変換器が、相互協調するように構成され、該協調に基づいて、インク室の変換器の作動が該変換器のバックリングが実現されることを特徴とする、プリントヘッドにより達成される。変換器の作動は、変形可能な壁（の一部）を弾性的に外向きに曲げ、これにより、変換器が上向きに座屈することにより、これにより、インク室の容積が（一時的に）増加される。この変換器の（可逆式の）座屈効果が変換器の効率を高め、本発明によるプリントヘッドの機能の効率を大きく高めることが、見出された。より詳細には、この座屈効果に起因して、従来的な（セラミックの）閉塞プレートのような、上に変換器が重畳される比較的厚い受動（非活性）中間層の存在は、もはや必要でなくなり、それ故に省略することができる。この省略、若しくは、少なくとも従来的な受動層の厚さの低減によって、満足のいく態様でインク室（複数も可）の制御された容積変化を生じさせるように変換器を作動させるのに、１０ボルトよりも低い比較的低い電圧しか必要とされなくなる。
【０００６】
比較的低い電圧を印加して変換器を作動させることは、それ故に、比較的エネルギ節約が大きく、それにより比較的効率的なインクジェットプリンタ用プリントヘッドを生む。このプリントヘッドの更なる効果は、壁が変換器の作動時に部分的に変形されることである。壁の（実質的に）一部だけの、好ましくは（位置）選択的な変形を可能とすることにより、隣接するインク室間のクロストークを、比較的効率的で満足のいく態様で抑制することができる。より好ましくは、壁は、第１のインク室を（部分的に）画成する第１の壁側と、第１の壁側と反対側の第２の壁側とを含み、第２の壁側は、第２の隣接するインク室を（部分的に）画成し、壁は変形可能であり、第１のインク室の変換器の作動が壁の変形を生むようにし、第１の壁側の変形が、第２の壁側の変形よりも実質的に大きい。壁の変形挙動は、変換器の作動時にプリントヘッドが実質的に部分的な変形だけを可能とするように、最適化されることができるが、変換器の作動が近傍のインク室内の（わずかな）容積変化を生成するのを防止することはしばしば可能で無いことは認識される。これは、近傍の変換器間での完全なパワークローザを達成し、且つ、インク室の伸びを防止することが困難であるからである。しかしながら、壁の材料、形状及び寸法によって実質的に決まる、壁の変形挙動を最適化することによって、隣接するインク室間のクロストークを最小化でき、１％以下に低減することができる。
【０００７】
本発明によるプリントヘッドの好ましい実施例では、壁は、実質的にテーパーの付いた形状とされる。この実施例では、壁の第１及び第２の壁側は、互いに平行でない向きに向く。これにより、壁内の弾性エネルギの収容能力が改善され、変換器の動作時の変換器の効率的な座屈と効果的な壁変形がもたらされる。
【０００８】
好ましい実施例では、壁は、６０ＧＰａよりも小さいヤング率（弾性率）、好ましくは３０ＧＰａよりも小さいヤング率、より好ましくは１０ＧＰａ付近のヤング率を有する材料からなる。この実施例では、隣接するインク室間の壁は、比較的良好な形状回復能力を備える比較的容易に変形可能な（弾性のある）材料から形成される。これは、変形性の制約が生ずることなく壁を比較的厚く形成することができることを意味する。壁の可能とされたロバスト性は、本発明によるプリントヘッドの比較的簡易で制約の少ない製造を容易化する。
【０００９】
壁は、種々の特性の材料から形成できるが、壁は、好ましくは、炭素、セラミック、及び、特にエラストマーであるポリマーからなる材料の集合から選択される少なくとも１つの材料から少なくとも部分的に形成される。炭素は、典型的には１４ＧＰａである低剛性、及び良好な加工性という特別な利点と結合し、インク室及び壁が結合される要素（チャンネルプレート）を形成することが比較的簡易である。壁（若しくはプリントヘッドの他の部分）が複数の材料から形成されている場合、好ましくは、多かれ少なかれ類似する熱膨張係数を有する材料が用いられる。
【００１０】
好ましい実施例では、プリントヘッドは、少なくとも１つの壁を備えるキャリアプレートを含み、キャリアプレート及び少なくとも１つの壁は、略類似した材料から形成される。この実施例では、インク室及び壁は、炭素要素からインク室をミル加工することによって容易に形成でき、これは、インク室間に炭素壁を自動的に形成する。ある種の炭素を選択したとき、壁の厚さ及び高さの要求は、本発明が適用されたモデル若しくは試験に基づいて決定されてもよい。
【００１１】
電気−機械変換器は、少なくとも１つの圧電素子を含む。特定の好ましい実施例では、圧電素子は、１０から３０マイクロメートルの（比較的薄い）単一層圧電層を含み、４０ボルトより少ない比較的低い電気的な作動電圧を必要とする。圧電素子がインク室に含まれるインクと接触するのを防止するため、電気−機械変換器は、好ましくは、保護層を備える。この保護層は、好ましくは、金属のような特にポリアミドのようなポリマーから形成される薄いホイル（フィルム）からなる。保護ホイルの厚さは、数マイクロメートルから３０マイクロメートルまでであってよい。しかし、複数の圧電層が存在する複数層の圧電素子を適用することも想到可能である。
【００１２】
本発明は、また、上述のプリントヘッドを少なくとも１つ含むインクジェットプリンタに関する。かかるプリントヘッドは、印刷された画像に望ましくない印刷アーチファクトを生成することなく適用されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、次の非限定的な例示の実施例により詳細に教示される。
【００１４】
図１は、インクジェットプリンタを示す図である。本実施例では、プリンタは、紙や透明体のシートのような、受像媒体２を支持し受像媒体２をキャリッジ３に沿って移動させるのに用いられるローラ１を含む。このキャリッジ３は、キャリア５を含み、キャリア５には、４つのプリントヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが搭載されている。各プリントヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、独自の色を含み、この場合、それぞれ、シアン（Ｃ）、マジェンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）である。プリントヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、各４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの後部及びキャリア５に搭載されている加熱素子９を用いて、加熱される。プリントヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの温度は、中央制御ユニット１０（コントローラ）により適正なレベルに維持される。ローラ１は、矢印Ａで示されたような軸回りに回転してよい。このようにして、受像媒体は、キャリア５及びひいてはプリントヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対して副走査方向（Ｘ方向とも称される）で移動されることができる。キャリッジ３は、２重矢印Ｂにより示す方向に適切な駆動機構（図示せず）を用いて、ローラ１に平行に、往復動されることができる。このため、キャリア５は、ガイドロッド６及び７に沿って移動される。この方向は、一般的に、主走査方向若しくはＹ方向と称される。このようにして、受像媒体２は、プリントヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにより完全に走査されることができる。図示の実施例では、各プリントヘッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、複数の内部インク室（図示せず）を含み、それぞれ、独自の出口開口（ノズル）８を有する。本実施例のノズル８は、プリントヘッド毎にローラ１の軸に垂直な一列を形成する（即ち、列は、副走査方向に延びる）。インクジェットプリンタの実際の実施例では、プリントヘッド毎のインク室の数は、多数倍多く、ノズル８は、２例以上で配列されることになる。各インク室は、インクドロップが、受動媒体２の方向に対応するインク室のノズルから吐出されるように、インク室内に圧力波を生成できる圧電変換器（図示せず）を含む。変換器は、対応する電子駆動回路（図示せず）を介して中央制御ユニット１０のアプリケーションにより画像状に作動されてもよい。このようにして、インクドロップにより作成される画像が受像媒体２上に形成されることができる。受像媒体２が、インクドロップがインク室から吐出されるようなプリンタを用いて印刷される場合、この受像媒体２若しくはその一部は、ピクセル列とピクセル行の規則的な領域を形成する固定位置に仮想的に分割される。一実施例によれば、ピクセル列はピクセル行に直角である。このようにして生成される個々の位置は、一以上のインクドロップを備えることができる。ピクセル行及びピクセル列に平行な方向の単位長さ当たりの位置の数は、印刷画像の解像度と称され、例えば４００×６００ｄ．ｐ．ｉ（”dots  per  inch”）のように指示される。キャリア５の移動の際の受像媒体２に対して移動するときにインクジェットプリンタのプリントヘッドノズル８の列を画像状に作動させることによって、インクドロップにより作成される画像若しくはその一部は、受像媒体２上に形成され、若しくは、ノ���ル列の長さに等しいて幅のストリップに少なくとも形成される。
【００１５】
図２は、図１によるインクジェットプリンタにおいて使用される場合の本発明によるプリントヘッド４の断面を示す図である。プリントヘッド４は、複数のインク室１３を画成する複数のテーパー付き壁１２を備えるベース構造１１を含む。インク室１３は、コンプライアントホイル（compliant  foil）１４により閉塞され、ホイル上には、電気−機械変換器１５が配置されている。これにより、各変換器１５は、１から２０マイクロメートル内の厚さＰの単一の層圧電素子（一般的に、堆積されたＰＺＴ材料）を含む。コンプライアントホイル１４は、本実施例では、１０マイクロメートルの厚さのUpilexポリアミドホイル（弾性率９GPa）である。図示のインク室１３は、１００マイクロメートルの（最小）幅Iを有し、１００マイクロメートルの高さHを有する。インク室１３は、厚さ２ｍｍの炭素ベース構造１１内にミル加工され、これにより、６９マイクロメートルの最大幅を有するテーパー付き分離壁１２が生成される。これらの壁は、炭素から作成されるので、指示されるような方向Cに略平行な方向に可逆的に変形することができる。選択された厚さWは、ベース構造１１の構成要素としての壁構成と共に、インク室内の圧力が変化した場合に、比較的容易に変形することができることを意味する。変形可能な分離壁１２及び変換器（複数も可）１５は、協調するように構成され、インク室１３の変換器１５の作動により、変換器１５の座屈（図３参照）が生ずるようにする。変換器１５を座屈させることは、インク室１３の制御された容積変化に関して好ましく、作動された状態となるのに１０ボルトより低い比較的低い電圧しか必要とせず、これにより、プリントヘッドを、比較的エネルギ消費の少ない効率的なものとする。壁１２は、圧電変換器１５の作動時に部分的な変形だけが生ずるように、設計される。この部分的な変形は、後述するが、圧電変換器１５の作動時に近傍のインク室１３内の（顕著な）容積変化をもたらさない。各インク室１３は、変換器１５の作動時に当該インク室１３内に含まれるインクを排出するためのノズル１６を備える。
【００１６】
図３は、動作中の図２によるプリントヘッド４の断面を概略的に示す図である。複数の変換器１５のうちの１つが、当該変換器１５に例えば７ボルトの比較的低い電圧を印加することにより、プリントヘッド４の図示の実施例において作動されており、その結果、当該変換器１５は、上向き（矢印D参照）に（一時的に）座屈し、これにより、対応するインク室１３の容積が増加される。変換器１５の変形方向は、テーパー付き壁１２の形状及び材料に影響を受ける。図３に示すように、インク室１３を（部分的に）画成する各テーパー付き壁１２は、選択的な位置で部分的に変形され、近傍のインク室１３は、（顕著な）容積変化を受けていない。より詳細には、インク室１３を（部分的に）画成する各壁１２の（第１の）壁側１２ａだけが実質的に変形される一方、隣接するインク室１３を（部分的に）画成する各壁１２の（第２の）壁側１２ｂは実質的な変形を受けず、その結果、比較的効率的な態様で、プリントヘッド４の近傍のインク室１３間のクロストーク（相互干渉）を防止することができるか、若しくは、少なくとも顕著に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による複数のプリントヘッドを含むインクジェットプリンタを示す図である。
【図２】図１によるインクジェットプリンタにおいて使用される際の非動作中のプリントヘッドの断面を示す図である。
【図３】動作中の図２によるプリントヘッドの断面を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
８      ノズル
１２    壁
１３    インク室
１５    変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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