(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータの厚みが薄くても画質の低下を抑制し、優れた印字品質で印字可能なキャリッジおよび液滴吐出装置を提供することである。【解決手段】圧電アクチュエータ６を備えた液滴吐出ヘッド１の取付面を具備する基板と、前記取付面に取付けられた液滴吐出ヘッド１を前記基板に固定するためのフレーム７とを具備したキャリッジ２であって、液滴吐出ヘッド１を搭載した状態において、フレーム７で囲まれた液滴吐出ヘッド１の印字領域の固有振動数が、キャリッジ２が印字のために移動する際に前記印字領域で発生する振動数より大きいキャリッジであり、該キャリッジを備えた液滴吐出装置である。キャリッジ２は、フレーム支持体７ａを備えているのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドの取付面を具備する基板と、前記取付面に取付けられた液滴吐出ヘッドを前記基板に固定するためのフレームとを具備したキャリッジであって、
前記液滴吐出ヘッドを搭載した状態において、前記フレームで囲まれた液滴吐出ヘッドの印字領域の固有振動数が、キャリッジが印字のために移動する際に前記印字領域で発生する振動数より大きいことを特徴とするキャリッジ。
【請求項２】
前記フレームで囲まれた液滴吐出ヘッドにおける圧電アクチュエータ側の印字領域の裏面に当接し、かつ前記フレームの少なくとも２点を結ぶフレーム支持体を備え、さらに該フレーム支持体が圧電アクチュエータ側の印字領域の裏面に接着されている請求項１記載のキャリッジ。
【請求項３】
前記フレーム支持体が十字形状である請求項２記載のキャリッジ。
【請求項４】
前記フレーム支持体が複数形成されている請求項２記載のキャリッジ。
【請求項５】
印字媒体を一方向に搬送する搬送手段と、請求項１〜４のいずれかに記載のキャリッジと、該キャリッジを前記印字媒体の搬送方向と直交する方向に走行走査するキャリッジ移送手段とを備え、前記キャリッジに搭載された液滴吐出ヘッドから液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
前記液滴吐出装置がプリンタである請求項５記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリッジおよび液滴吐出装置に関し、特にプリンタ、コピア、ファクシミリ、およびそれらの複合機などに好適に用いることができるキャリッジおよび液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピューターの普及やマルチメディアの発達に伴い、情報を記録媒体に出力する記録装置としてインクジェット方式の記録装置の利用が急速に拡大している。  かかるインクジェット方式の記録装置には、液滴吐出ヘッドが搭載されており、この種の液滴吐出ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒーターを備え、ヒーターによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、インク流として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク流として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００３】
ここで、圧電方式を利用したインクジェット記録装置に用いられる液滴吐出ヘッドとしては、例えばインク流路とインク吐出孔が連通した加圧室が複数設けられた基板の主面に、圧電体層の一方の主面に共通電極を形成するとともに、他方の主面に複数の個別電極が形成された圧電アクチュエータを設けた液滴吐出ヘッドが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
図９は、特許文献１に記載されているような一般的な液滴吐出ヘッドを示す概略断面図である。同図に示すように、この液滴吐出ヘッドは、複数のインク加圧室１０１が並設され、各インク加圧室１０１を仕切る壁として隔壁１０２を形成した流路部材８上に圧電アクチュエータ６が設けられた構造を有する。
【０００５】
圧電アクチュエータ６は、上面に共通電極１１０が設けられた圧電振動板１０５上に、圧電セラミック層１０６および個別電極１０７がこの順に積層され、個別電極１０７が圧電セラミック層１０６の表面に複数配列されることにより、複数の圧電素子１０８が形成されたものである。この圧電アクチュエータ６は、流路部材８上に、インク加圧室１０１と駆動電極１０７との位置を揃えて取付けられている。
【０００６】
液滴吐出ヘッドは、共通電極１１０と所定の個別電極１０７との間に電圧を印加して該個別電極１０７直下の圧電セラミック層１０６を変位させることにより、インク加圧室１０１内のインクを加圧して、流路部材８の底面に開口したノズル１０９よりインク滴を吐出する。
【０００７】
このような液滴吐出ヘッドは、キャリッジモータによりキャリッジ軸に沿って搬送されるキャリッジに取り付けられ、このキャリッジと共に主走査方向に往復移動するようになっている。なお、このキャリッジ、キャリッジ軸および上記キャリッジモータにより、液滴吐出ヘッドと記録媒体とを相対移動させる移動手段が構成されている。
【０００８】
一方、紙等の記録媒体は一対の搬送ローラに挟まれており、この搬送ローラによって主走査方向と直交する副走査方向に搬送されるようになっている。そして、記録媒体の所定位置までキャリッジが移動し、該キャリッジに取り付けられた液滴吐出ヘッドの圧電アクチュエータ６を振動させてインクを加圧し、ノズル１０９から記録媒体に向けてインク滴を吐出する。
【０００９】
近時、インクジェットプリンタの高画質化や多色化のために、高密度にノズル１０９を配置し、また、より大きな圧力をインク等の液体に加えるために、振動の振幅を大きくする目的で、圧電アクチュエータ６の厚みを薄くすることが提案されている。
【００１０】
例えば特許文献２には、液室の少なくとも一部の壁面を変形させるための圧電材料板を備え、前記圧電材料板の所定の変形を利用して前記液室から液滴を噴射する液滴噴射装置（液滴吐出装置）が記載されている。この文献に記載されている液滴噴射装置は、高密度でノズルを配置可能とし、圧電材料板に十分な変形量を付与することができるように板状の圧電アクチュエータとなっている。
しかしながら、特許文献２に記載されている液滴吐出装置では、画質が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明者は、画質低下の原因を検討した結果、以下の知見を得た。すなわち、液滴吐出ヘッドを搭載した状態でキャリッジを移動すると、該液滴吐出ヘッドをキャリッジに固定するためのフレームで囲まれた液滴吐出ヘッドの印字領域に不要な振動が発生する。この不要振動の発生は、液滴吐出ヘッドの圧電アクチュエータの厚みが薄い場合に顕著であり、該不要振動により液滴吐出ヘッドと印字媒体との間隔が変化してしまい、その結果、印字位置のずれが生じ、画質が低下する。
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−３４３２１号公報
【特許文献２】特開２００２−２９２８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、圧電アクチュエータの厚みが薄くても画質の低下を抑制し、優れた印字品質で印字可能なキャリッジおよび液滴吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、前記フレームで囲まれた印字領域の固有振動数を、キャリッジが移動する際に前記印字領域で発生する振動数より大きくすることで、キャリッジが印字のために移動して不要振動が液滴吐出ヘッドに伝わっても、前記印字領域の固有振動数（周波数）が該印字領域で発生する振動数より高い関係にあるので、印字領域が振動しにくくなり、また、振動しても振動の減衰が早くなり、その結果、不要振動による影響を受けにくくなると共に、液滴吐出ヘッドと印字媒体との間隔を一定に保つことができるので、印字位置のずれを抑制でき、搭載する圧電アクチュエータの厚みが薄くても優れた印字品質で印字することが可能となるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明のキャリッジおよび液滴吐出装置は、以下の構成からなる。
（１）圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドの取付面を具備する基板と、前記取付面に取付けられた液滴吐出ヘッドを前記基板に固定するためのフレームとを具備したキャリッジであって、前記液滴吐出ヘッドを搭載した状態において、前記フレームで囲まれた液滴吐出ヘッドの印字領域の固有振動数が、キャリッジが印字のために移動する際に前記印字領域で発生する振動数より大きいことを特徴とするキャリッジ。
（２）前記フレームで囲まれた液滴吐出ヘッドにおける圧電アクチュエータ側の印字領域の裏面に当接し、かつ前記フレームの少なくとも２点を結ぶフレーム支持体を備え、さらに該フレーム支持体が圧電アクチュエータ側の印字領域の裏面に接着されている前記（１）記載のキャリッジ。
（３）前記フレーム支持体が十字形状である前記（２）記載のキャリッジ。
（４）前記フレーム支持体が複数形成されている前記（２）記載のキャリッジ。
（５）印字媒体を一方向に搬送する搬送手段と、前記（１）〜（４）のいずれかに記載のキャリッジと、該キャリッジを前記印字媒体の搬送方向と直交する方向に走行走査するキャリッジ移送手段とを備え、前記キャリッジに搭載された液滴吐出ヘッドから液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出装置。
（６）前記液滴吐出装置がプリンタである前記（５）記載の液滴吐出装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、前記フレームで囲まれた印字領域の固有振動数を、キャリッジが移動する際に前記印字領域で発生する振動数より大きくするので、キャリッジが印字のために移動して不要振動が液滴吐出ヘッドに伝わっても、前記印字領域が振動しにくくなり、また、振動しても振動の減衰が早くなり、その結果、不要振動による影響を受けにくくなると共に、液滴吐出ヘッドと印字媒体との間隔を一定に保つことができるので、印字位置のずれを抑制でき、搭載する圧電アクチュエータの厚みが薄くても優れた印字品質で印字することができるという効果が得られる。しかも、従来よりもキャリッジを高速に動作させた場合でも、印字品質を一定に保つことが可能なので、高速印刷が可能となり、液滴吐出装置、特にプリンタとして好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜キャリッジ＞
以下、本発明のキャリッジの一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ），（ｂ）は、本実施形態のキャリッジを示す概略斜視図である。図２は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。図３は、図１（ｂ）の平面図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、キャリッジ２は、液滴吐出ヘッド１の取付面を具備する基板１０と、前記取付面に取付けられる液滴吐出ヘッド１を基板１０に固定するためのフレーム７とで構成されている。
【００１９】
液滴吐出ヘッド１は、例えば図９に示すように、平板状の流路部材８と、平板状の圧電アクチュエータ６とで構成されている。平板状の流路部材８は、複数のインク加圧室１０１が並設され、各インク加圧室１０１を仕切る壁として隔壁１０２が形成されている。そして、各インク加圧室１０１には、充填されたインクをインク滴として吐出するためのノズル１０９がノズル流路を介して連通されている。
【００２０】
圧電アクチュエータ６は、圧電振動板１０５、共通電極１１０、圧電セラミック層１０６よび個別電極１０７で構成されており、圧電振動板１０５上に、共通電極１１０、圧電セラミック層１０６および個別電極１０７をこの順に積層したものである。
【００２１】
共通電極１１０および個別電極１０７は、圧電アクチュエータ６の電極を構成するものであり、個別電極１０７は、圧電セラミック層１０６の表面に、それぞれ独立した状態で複数形成されている。これにより、共通電極１１０および個別電極１０７で圧電セラミック層１０６を挟持して構成される圧電素子１０８が、圧電振動板１０５上に複数配列され、共通電極１１０および個別電極１０７の間に駆動電圧を印加することにより各圧電素子１０８が変位する。
【００２２】
流路部材８と圧電アクチュエータ６との接合は、圧電振動板１０５がインク加圧室１０１の空間と当接するように接着剤等を用いて行い、より具体的には、圧電素子１０８の各個別電極１０７と、各インク加圧室１０１とが対応するように接合される。
【００２３】
さらに、図２に示すように、圧電アクチュエータ６の個別電極１０７の上面には、フレキシブル配線９が接続され、外部の制御装置からの印刷信号が入力されるようになっており、インクを流路部材８へ導入する為の図示しないインク導入菅がフレキシブル配線９の上に設置されている。
【００２４】
そして、共通電極１１０と所定の個別電極１０７との間に電圧が印加されると、電圧が印加された個別電極１０７直下の圧電セラミック層１０６が変位して、インク加圧室１０１内のインクが加圧され、ノズル１０９よりインク滴が吐出される。
【００２５】
ここで、図１（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ６が取付けられた領域に液滴吐出ヘッド１の印字領域が形成され、この印字領域を囲むようにフレーム７が流路部材８上に接着される。フレーム７は、平板状の圧電アクチュエータ６を接着固定した流路部材８をキャリッジ２に固定するためのものである。
【００２６】
フレーム７の材質は、不要な振動が生じないようにする上で剛性の高いものがよく、例えばステンレス、４２アロイ、アルミニウム等の金属部材や、アルミナ等のセラミックス部材等が挙げられる。また、フレーム７と流路部材８との接着は、例えばエポキシ系等の樹脂系接着剤等を用いて行うのが好ましい。
【００２７】
基板１０は、液滴吐出ヘッド１を取付けるための取付面を具備し、この取付面に前記フレーム７を介して液滴吐出ヘッド１を取付ける。このような基板１０としては、液滴吐出ヘッド１が取付け可能であり、かつキャリッジの基板として機能するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、エポキシ等の有機樹脂、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やＴｉ合金等の金属及びアルミナ等のセラミックス等を用いることができる。
【００２８】
ここで、本発明のキャリッジは、液滴吐出ヘッド１を搭載した状態において、フレーム７で囲まれた液滴吐出ヘッド１の前記印字領域の固有振動数が、キャリッジ２が印字のために移動する際に前記印字領域で発生する振動数より大きい関係にある。これにより、キャリッジ２が印字のために移動して不要振動が液滴吐出ヘッド１に伝わっても、前記印字領域が振動しにくくなり、また、振動しても振動の減衰が早くなる。
【００２９】
前記印字領域の固有振動数と、前記印字領域で発生する振動数とを、上記関係にするには、フレーム７で囲まれた液滴吐出ヘッド１における圧電アクチュエータ６側の印字領域の裏面に当接し、かつフレーム７の少なくとも２点を結ぶフレーム支持体７ａを備えるのがよい。さらに、このフレーム支持体７ａを圧電アクチュエータ６側の印字領域の裏面に接着することにより、前記印字領域の固有振動数と、前記印字領域で発生する振動数とを、上記関係にすることができる。前記接着は、接着剤等を用いて強固に接着するのが好ましい。
【００３０】
具体的には、本実施形態のフレーム支持体７ａは、圧電アクチュエータ６の中央部をまたぐようにして印字領域の裏面に当接し、かつフレーム７の２点を結ぶように接着されている。さらに、このフレーム７ａは圧電アクチュエータ６側の印字領域の裏面に接着剤等を用いて強固に接着されている。このように、フレーム支持体７ａを配設することで、前記印字領域が振動しにくくなり、また、振動しても振動の減衰が早くなる。さらに、前記印字領域の面積が狭くなるので、印字領域の固有振動数をより高く設定でき、その結果、印字領域が不要振動による影響を受けにくくなって、液滴吐出ヘッド１と印字媒体との間隔が一定に保たれ、印字位置のずれを抑制でき、所定の印字品質を保つことが可能になる。
【００３１】
フレーム支持体７ａの材質としては、前記フレーム７と同じ材質を例示することができ、フレーム支持体７ａの接着は、フレーム７と流路部材８との接着で例示した接着剤と同様のものを例示できるが、これらに限定されるものではない。また、フレーム支持体７ａの幅および厚みは、圧電アクチュエータ６の変位を妨げない範囲内で任意に選択すればよい。具体的には、フレーム支持体７ａの幅は、フレーム７の幅の半分以上から同等程度が望ましい。また、フレーム支持体７ａの厚みは、フレーム７の厚みよりも圧電アクチュエータ６の分だけ薄くなっている、すなわちフレーム７の上面とフレーム支持体７ａの上面とが実質的に同じ高さであるのが望ましい。これにより、フレーム７を介した液滴吐出ヘッド１とキャリッジ２との固定がより強固なものとなる。
【００３２】
本発明にかかるフレーム支持体は、上記実施形態で説明したフレーム支持体７ａに限定されるものではなく、フレーム７で囲まれた液滴吐出ヘッド１における圧電アクチュエータ６側の印字領域の裏面に当接し、かつフレーム７の少なくとも２点を結ぶものであり、さらに圧電アクチュエータ６側の印字領域の裏面に接着剤等を用いて強固に接着されていれば良い。このようなフレーム支持体としては、例えば図４〜図６のものが挙げられる。なお、図４〜図６においては、前述した図１〜図３の構成と同一または同等な部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３３】
図４は、本発明にかかる他のフレーム支持体を示す平面図である。同図に示すように、このフレーム支持体７ｂは、前記で説明したフレーム支持体７ａと直交する向きで圧電アクチュエータ６の中央部をまたぐようにして印字領域の裏面に当接し、かつフレーム７の２点を結び、圧電アクチュエータ６側の印字領域の裏面に接着剤等を用いて強固に接着されている。このような構成であっても、印字領域が不要振動による影響を受けにくくなる。
【００３４】
図５は、本発明にかかるさらに他のフレーム支持体を示す平面図である。同図に示すように、この実施形態では、２本のフレーム支持体７ｃが、それぞれ圧電アクチュエータ６の印字領域の裏面に当接し、かつフレーム７の２点を結ぶように並列して配設され、さらに、圧電アクチュエータ６側の印字領域の裏面に接着剤等を用いて強固に接着されている。このように、フレーム支持体を複数形成すると、印字領域が不要振動による影響をより受けにくくなるので好ましい。なお、フレーム支持体の形成数は、２本に限定されるものではなく、２〜４本程度の範囲内で、圧電アクチュエータ６の変位を妨げない範囲内で任意に選定すればよい。
【００３５】
図６は、本発明にかかるさらに他のフレーム支持体を示す平面図である。同図に示すように、このフレーム支持体７ｄの形状は十字形状である。このような構成であっても、印字領域が不要振動による影響を受けにくくなる。
【００３６】
＜液滴吐出装置＞
次に、本発明のキャリッジを備えた液滴吐出装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図７は、この実施形態にかかる液滴吐出装置を示す概略図である。図７に示すように、本発明にかかる液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッド１が図示しないキャリッジモータによりキャリッジ軸３に沿って搬送されるキャリッジ２に取付けられており、このキャリッジ２と共に主走査方向（図７に示すＸ方向）に往復移動するように構成されている。ここで、キャリッジ２、キャリッジ軸３および上記キャリッジモータにより、液滴吐出ヘッド１と記録媒体４とを相対移動させるキャリッジ移送手段が構成される。
【００３７】
一方、紙等の記録媒体４は、一対の搬送ローラ５に挟まれており、この搬送ローラ５によって主走査方向と直交する副走査方向（図７に示すＹ方向）に搬送されるようになっている。そして、記録媒体４の所定位置までキャリッジ２が移動し、該キャリッジ２に取付けられた液滴吐出ヘッド１の圧電アクチュエータ６を振動させてインクを加圧し、ノズルから記録媒体４に向けて吐出したインク滴を記録媒体４上に着弾させて画像等を形成する。
【００３８】
この際、液滴吐出ヘッド１は、キャリッジ２を構成する基板１０の載置面にフレーム７，フレーム支持体７ａ〜７ｄを介して載置されているので、印字領域の固有振動数と前記印字領域で発生する振動数とが所定の関係となっており、キャリッジ２が印字のために移動して不要振動が液滴吐出ヘッド１に伝わっても、前記印字領域が不要振動による影響を受けにくくなっているので、液滴吐出ヘッド１と印字媒体４との間隔が一定に保たれ、印字位置のずれが抑制される。
【００３９】
このような、本発明にかかる液滴吐出装置は、従来よりもキャリッジを高速に動作させた場合でも、印字品質を一定に保つことが可能なので、高速印刷が可能となり、特にプリンタ（インクジェットプリンタ）として好適に用いることができる。
【００４０】
なお、上記の実施形態では、圧電アクチュエータは、１枚で構成された圧電アクチュエータ６について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数に分割された圧電アクチュエータであっても適用可能である。図８は、この圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを示す平面図である。同図に示すように、この場合には、複数に分割された圧電アクチュエータ６ａが流路部材８上にそれぞれ強固に接着され、各圧電アクチュエータ６ａが取付けられた領域に印字領域が形成されると共に、各印字領域を囲むようにフレーム７が流路部材８上に強固に接着されていることが重要である。
【００４１】
このように構成すると、圧電アクチュエータの面積が小さくなるので、圧電アクチュエータの厚みが薄い場合であっても、各印字領域が不要振動による影響を受けにくくなる。その結果、フレーム７で囲まれた各印字領域の固有振動数が、キャリッジが印字のために移動する際に前記印字領域で発生する振動数より大きくなり、上記した本発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態にかかるキャリッジを示す概略斜視図である。
【図２】図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】図１（ｂ）の平面図である
【図４】本発明にかかる他のフレーム支持体を示す平面図である。
【図５】本発明にかかるさらに他のフレーム支持体を示す平面図である。
【図６】本発明にかかるさらに他のフレーム支持体を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる液滴吐出装置を示す概略図である。
【図８】本発明にかかる他の圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを示す平面図である。
【図９】一般的な液滴吐出ヘッドを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  液滴吐出ヘッド
２  キャリッジ
３  キャリッジ軸
４  記録媒体
６  圧電アクチュエータ
７  フレーム
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ  フレーム支持体
８  流路部材
９  フレキシブル配線
１０  基板
１０１  インク加圧室
１０２  隔壁
１０５  圧電振動板
１０６  圧電セラミック層
１０７  個別電極
１０８  圧電素子
１０９  ノズル
１１０  共通電極
【図１】
2007136840.tif 000003
【図２】
2007136840.tif 000004
【図３】
2007136840.tif 000005
【図４】
2007136840.tif 000006
【図５】
2007136840.tif 000007
【図６】
2007136840.tif 000008
【図７】
2007136840.tif 000009
【図８】
2007136840.tif 000010
【図９】
2007136840.tif 000011