(57)【要約】【課題】  インク流路内へのインクの充填時に気泡が発生することを未然に防止して、インクの斜め射出やドット抜けを防止する。【解決手段】  両側壁１０に長手方向に沿って電極１２が設けられた複数の溝１１を有する圧電プレート７と、該圧電プレート７の溝１１を閉塞するカバープレート８とを備え、圧電プレート７の溝１１とカバープレート８とで囲まれる複数のインク流路１４内面の少なくとも電極１２を被覆する領域に、親水基を有する樹脂からなる保護膜１５が設けられているインクジェットヘッドを提供する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両側壁に長手方向に沿って電極が設けられた複数の溝を有する圧電プレートと、
該圧電プレートの前記溝を閉塞するカバープレートとを備え、
前記圧電プレートの前記溝と前記カバープレートとで囲まれる複数のインク流路内面の少なくとも前記電極を被覆する領域に、親水基を有する樹脂からなる保護膜が設けられているインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記保護膜が、電極を被覆する樹脂からなる第１の保護膜と、該第１の保護膜を被覆する親水基を有する樹脂からなる第２の保護膜とを備える請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記親水基がアミノ基からなる請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記インク流路内のインクを射出するノズル開口を有するノズルプレートを備え、
前記保護膜が、前記ノズルプレートに接触する先端から２０μｍより奥側のインク流路内面に設けられている請求項１から請求項３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置。
【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およびインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のノズルからインクジェットを吐出させ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記録装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。インクジェット記録装置のインクジェットヘッドは、複数の溝を有する圧電セラミックスプレートの溝をカバープレートによって覆うことにより、相互に独立した複数のインク流路を備えている。各インク流路の両側壁には、長手方向に沿って一対の電極が配置され、これら電極に加える電位によって側壁を弾性変形させ、ポンプ効果によってインク流路内のインクをノズルから射出することができるようになっている。
【０００３】
これらの電極は、インクに対する耐薬品性を有する樹脂製の保護膜によって被覆される。
【特許文献１】特開２００２−２１０９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般に樹脂製の保護膜の表面は撥水性が高く、インク流路に供給されたインクが保護膜の表面によってはじかれることになる。樹脂製の保護膜によってインクがはじかれる場合には、インク流路内にインクを充填したときに保護膜の表面に気泡が残る不都合がある。すなわち、保護膜の表面に気泡が残ると、印刷時に、インクの流動と共に気泡が移動してノズルから射出される場合があり、インクがノズルから斜めに射出されてしまったり、インクが射出されないことによるドット抜けを起こしたりするという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、インク流路内へのインクの充填時に気泡が発生することを未然に防止して、インクの斜め射出やドット抜けを防止することができるインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【０００７】
本発明は、両側壁に長手方向に沿って電極が設けられた複数の溝を有する圧電プレートと、該圧電プレートの前記溝を閉塞するカバープレートとを備え、前記圧電プレートの前記溝と前記カバープレートとで囲まれる複数のインク流路内面の少なくとも前記電極を被覆する領域に、親水基を有する樹脂からなる保護膜が設けられているインクジェットヘッドを提供する。
【０００８】
本発明によれば、圧電プレートの溝とカバープレートとで囲まれるインク流路内にインクを充填し、溝の両側壁に設けられた電極に電位を加えると、側壁が弾性変形させられて、ポンプ効果によってインク流路内のインクが射出される。電極を被覆する領域に保護膜が設けられているので、インクに対する耐薬品性が向上され、電極の健全性が維持される。この場合に、保護膜が親水基を有する樹脂により構成されているので、保護膜と接触するインクが、保護膜によってはじかれることが防止される、したがって、インク流路にインクが充填される際に、インクと保護膜との間に気泡が残ることがない。その結果、インクが斜めに射出されてしまったり、ドット抜けを生じたりする不都合の発生を防止することができる。
【０００９】
上記発明においては、前記保護膜が、電極を被覆する樹脂からなる第１の保護膜と、該第１の保護膜を被覆する親水基を有する樹脂からなる第２の保護膜とを備えることが好ましい。
【００１０】
このようにすることで、第１の保護膜によって、主として電極の耐薬品性を向上し、第２の保護膜によって、インクとの間の気泡の発生を抑制することができる。親水基を有する樹脂の成膜速度は比較的遅いので、耐薬品性を第１の保護膜に受け持たせ、撥水防止効果を有する第２の保護膜を薄くすることで、親水基を有する樹脂のみによって保護膜を成膜する場合と比較して、製造速度を向上することができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記親水基がアミノ基からなることとしてもよい。
【００１２】
また、上記発明においては、前記インク流路内のインクを射出するノズル開口を有するノズルプレートを備え、前記保護膜が、前記ノズルプレートに接触する先端から２０μｍより奥側のインク流路内面に設けられていることとしてもよい。
【００１３】
また、本発明は、上記いずれかのインクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置を提供する。
【００１４】
本発明によれば、インクジェットヘッドのインク流路内においてインクと保護膜との間に気泡が発生することが防止されるので、気泡によるインクの斜め射出やドット抜けの発生を防止して、印字品質を向上することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、インク流路内へのインクの充填時に気泡が発生することを未然に防止して、インクの斜め射出やドット抜けを防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッド１およびインクジェット記録装置２について、図１〜図７を参照して以下に説明する。
【００１７】
本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、図１に示されるように、インクジェットヘッドチップ３と、該インクジェットヘッドチップ３内にインクを導入する流路基板４と、インクジェットヘッドチップ３を駆動する駆動回路等が搭載された配線基板５とを有している。
【００１８】
これらの各部材は、アルミニウム等でできたベースプレート６に固定されている。これら部材どうしは熱伝導性のよい接着剤や両面テープ等で結合されている。
【００１９】
インクジェットヘッドチップ３は、図２に示されるように、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等からなる圧電プレート７と、カバープレート８と、ノズルプレート９とを備えている。
【００２０】
圧電プレート７には、平行に配列された側壁１０によって相互に区画された複数の溝１１が設けられている。各溝１１の長手方向の一端は圧電プレート７の一端面７ａまで延びており、他端は、他端面７ｂまで延びることなく途中位置において深さが徐々に浅くなっている。
【００２１】
各溝１１は、例えば、円板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ている部分は、切断高さを変化させることにより形成されている。
【００２２】
また、各溝１１の幅方向の両側壁１０には、溝１１の開口側から深さ方向の途中位置まで、長手方向に延びる駆動電圧印加用の電極１２が形成されている。各電極１２は、蒸着により形成されている。
【００２３】
前記カバープレート８は、前記圧電プレート７の溝１１の開口側に接着され、圧電プレート７の一端面７ａ側の溝１１の開口を閉じている。カバープレート８には、板厚方向に貫通形成された共通インク室１３が全ての溝１１に連絡するように溝１１の配列方向に延びて形成されている。
【００２４】
本実施形態に係るインクジェットヘッド１においては、図３に示されるように、圧電プレート７の溝１１とカバープレート８とにより区画形成された複数のインク流路１４内面に親水基を有する樹脂からなる保護膜１５が形成されている。保護膜１５は、例えば、以下の化学式により示される、アミノ基を有する４−アミノ−ジ−ｐ−キシリレン、あるいは、４−アミノメチル−ジ−ｐ−キシリレンをＣＶＤ（化学蒸着）により成膜することにより構成されている。
【００２５】
【化１】
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【００２６】
【化２】
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【００２７】
この保護膜１５は、アミノ基のような親水基を有しているので、撥水性が少なく、インク流路１４に充填されたインクをはじくことがない。また、これらの材料からなる保護膜１５は優れた耐薬品性を有しているので、電極１２のインクによる腐食を防止することができるようになっている。
【００２８】
前記ノズルプレート９は、前記インクジェットヘッドチップ３の圧電プレート７の一端面７ａ側に接合されている。ノズルプレート９には、圧電プレート７の溝１１の開口を閉じることにより形成された複数の独立したインク流路１４にそれぞれ対応する位置に、それぞれノズル開口９ａが備えられている。このノズルプレート９は、例えば、ポリイミドフィルムに、例えば、エキシマレーザ装置を用いてノズル開口９ａを形成したものである。また、ノズルプレート９の被記録媒体に対向することとなる面には、インクの付着等を防止するための撥水性を有する撥水膜（図示略）が形成されている。また、各インク流路１４のノズルプレート９に接触する先端から約２０μｍの範囲は前記保護膜１５が剥がされている。
【００２９】
なお、本実施形態においては、圧電プレート７とカバープレート８との接合体の一端面の周囲にノズル支持プレート１６が配置されている。
【００３０】
インクジェットヘッドチップ３は、ノズルプレート９の外側面および圧電プレート７とカバープレート８との接合体にノズル支持プレート１６を嵌合接着することにより一体的に構成されている。
【００３１】
前記流路基板４は、カバープレート８に接着され、前記共通インク室１３を閉塞する蓋として機能するとともに、該共通インク室１３内にインクを導く連結部１７を備えている。該連結部１７には図示しないインクタンクからインク供給管１８を介して供給されてくるインクを一時的に貯留する圧力調整部１９が接続されている。
【００３２】
前記配線基板５の表面には、図４に示されるように、駆動回路２０やその他の制御回路が設けられており、駆動回路２０の各端子と、インクジェットヘッドチップ３の各電極１２に接続する駆動線２１とが電気的に導通するようにワイヤボンディングあるいはワイヤレスボンディング等を介して接続されている。
【００３３】
このような配線基板５上に設けられた駆動回路２０は、外部からの入力信号に基づいて、電極１２に駆動電圧を加えるようになっている。
【００３４】
このように構成されたインクジェットヘッド１は、例えば、インクジェット記録装置２のキャリッジ２２に搭載して使用される。
【００３５】
ここで、インクジェット記録装置２について説明する。図５は、インクジェット記録装置２の概略斜視図である。
【００３６】
図示するように、色毎に設けられた複数のインクジェットヘッド１と、このインクジェットヘッド１が主走査方向に複数併設されて搭載されたキャリッジ２２と、フレキシブルチューブからなるインク供給管１８を介してインクを供給するインクカートリッジ２３とを備え、キャリッジ２２は一対のガイドレール２４ａ，２４ｂの長軸方向に移動可能に搭載されている。また、ガイドレール２４ａ，２４ｂの一端側には駆動モータ２５が設けられており、この駆動モータ２５による駆動力が、当該駆動モータ２５に連結されたプーリ２６ａとガイドレール２４の他端側に設けられたプーリ２６ｂとの間に掛け渡されたタイミングベルト２７に伝わり、これによりタイミングベルト２７の所定の位置に固定されたキャリッジ２２が搬送されるようになっている。
【００３７】
また、キャリッジ２２の搬送方向と直交する方向で、鎖線で示すケース２８の両端側には、ガイドレール２４に沿ってそれぞれ一対の搬送ローラ２９が設けられている。これらの搬送ローラ２９は、キャリッジ２２の下方に当該キャリッジ２２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。
【００３８】
そして、これらの搬送ローラ２９によって被記録媒体Ｓを送りつつキャリッジ２２をその方向とは直交する方向に走査することにより、インクジェットヘッド１によって被記録媒体Ｓ上に文字および画像等が記録されるようになっている。
【００３９】
このように構成された本実施形態に係るインクジェットヘッド１の作用について以下に説明する。
【００４０】
まず、インク吐出時および非吐出時の状態と駆動電圧との関係について、図６および図７を用いて説明する。
【００４１】
ここで、吐出時とは、印刷動作中に選択的にインク滴を吐出させるノズル開口９ａに対して、対応する溝１１の側壁１０の両側に設けられている電極１２に駆動電圧を加えて、側壁１０を変形させ、対応するノズル開口９ａからインク滴を吐出させる状態のときをいう。
【００４２】
また、非吐出時とは、印刷動作中に選択的にインク滴を吐出させないノズル開口９ａに対応する溝１１の側壁１０の両側に設けられている電極１２に、駆動電圧が側壁１０の両側で同電位となるような駆動電圧を加えて、対応するノズル開口９ａからインク滴が吐出しない状態のときを言う。
【００４３】
図６は駆動電圧の波形図を示し、図７は、圧電プレート７の断面図を示している。
【００４４】
図７において、左側から右側に向かって、溝１１ａ、側壁１０ａ、溝１１ｂ、側壁１０ｂ…の順に配列されている。
【００４５】
インクタンクからインク供給管１８を介して供給されてきたインクは、圧力調整部１９において一時的に貯留された後、圧力調整部１９に設けられたインク連通管３０から連結部１７を介してカバープレート８内の共通インク室１３に導かれ、該共通インク室１３内において全てのインク流路１４内に分配供給される。
【００４６】
この場合において、本実施形態に係るインクジェットヘッド１およびインクジェット記録装置２によれば、インク流路１４内に設けられた電極１２が保護膜１５によって覆われているので、保護膜１５の耐薬品性により、インクによって電極１２が劣化することが防止され、耐久的な使用が可能となる。また、本実施形態においては電極１２を被覆する保護膜１５が、親水基を有する樹脂により構成されているので、インク流路１４に分配供給されてきたインクが保護膜１５によってはじかれることが防止される。したがって、インク流路１４内にインクが充填された際に、インク流路１４内に気泡が残ることが防止される。
【００４７】
ここで、インクジェットヘッド１の動作原理について説明する。
【００４８】
インクを吐出する前の状態においては、図６(i)および図７(i)に示されるように、駆動電圧が電極１２ａ，１２ｂ，…に加えられていないので、側壁１０ａ，１０ｂ，…の変形はなく、したがって、インクが全てのインク流路１４ａ，１４ｂ，…内に充填された状態に維持される。このとき、上述したようにインク流路１４ａ，１４ｂ，…内に気泡が残ることが防止されている。
【００４９】
図６(ii)に示されるように、溝１１ｂの電極１２ｂに正の駆動電圧を加え、その他の溝１１ａ，１１ｃ，…の電極１２ａ，１２ｃ，…に負の駆動電圧を加えることにより、図７(ii)に示されるように、溝１１ｂの両側壁１０ａ，１０ｂを選択的に変形させることができる。これは、ＰＺＴからなる側壁１０ａ，１０ｂが上下方向に分極されており、駆動電圧を加えると歪むためである。
【００５０】
さらに具体的には、溝１１ｂの電極１２ｂに正の駆動電圧を加え、その他の電極１２ａ，１２ｃ，…には負の駆動電圧を加えることとすると、図７(ii)に示されるように、溝１１ｂの側壁１０ａが溝１１ａ側に、側壁１０ｂが溝１１ｃ側にそれぞれ突出するように変形する。このようにして両側壁１０ａ，１０ｂが変形した溝１１ｂの容積は増加する。したがって、インク室１３内からインク流路１４ｂ内に供給されるインク量が増加し、インクの吐出準備が行われることになる。
【００５１】
次に、図６(iii)に示されるように、溝１１ｂを除く全て溝１１ａ，１１ｃ，…の電極１２ａ，１２ｃ，…に正の駆動電圧を加え、溝１１ｂの電極１２ｂには負の駆動電圧を加えることとすると、図７(iii)に示されるように、側壁１０ａ，１０ｂがいずれも溝１１ｂ側に突出するように変形し、インク流路１４ｂ内の容積を減少させる。これにより、インク流路１４ｂ内の圧力が増加して、当該インク流路１４ｂに対応するノズルプレート９のノズル開口９ａからインクが吐出されることになる。
【００５２】
そして、インクがインク流路１４ｂから吐出された後には、図６(iv)および図７(iv)に示されるように全ての電極１２ａ，１２ｂ，…に駆動電圧を加えないことにより、側壁１０ａ，１０ｂが元の形状に戻る。
【００５３】
同様にして、図６(v)〜(vii)および図７(v)〜(vii)に示されるように、溝１１ｃにより構成されるインク流路１４ｃの容積を増加させた後に減少させることで溝１１ｃに対応するノズル開口９ａからインクを吐出させる。その後、図６(viii)〜および図７(viii)〜に示されるように、溝１１ｄにより構成されるインク流路１４ｄの容積を増加させた後に減少させることで溝１１ｄに対応するノズル開口９ａからインクを吐出させる。
【００５４】
これらの駆動電圧は、インクジェットヘッド１の各部の寸法やインクの特性により異なるが、一般的には数μｓ〜数１０μｓのパルス幅のパルス信号である。したがって、各電極１２ａ，１２ｂ，…に対して、予め定められたパターンのパルス状の駆動電圧を加えることにより、各インク流路１４ａ，１４ｂ，…に対応するノズル開口９ａから選択的にインクを吐出させることができる。
【００５５】
この場合において、本実施形態においては、インク流路１４内に気泡が残ることが防止されているので、インクと共にノズル開口９ａから気泡が吐出される際に生ずるインクの斜め射出や、気泡のみがノズル開口９ａから射出されてしまうことによるドット抜け等の不都合の発生を未然に防止することができる。したがって、本実施形態に係るインクジェットヘッド１によれば、所望のノズル開口９ａから適正にインクを射出させることができ、このようなインクジェットヘッド１を有するインクジェット記録装置２によれば、印字品質を向上することができるという利点がある。
【００５６】
なお、本実施形態に係るインクジェットヘッド１およびインクジェット記録装置２においては、圧電プレート７の溝１１とカバープレート８とにより囲まれるインク流路１４の内面全体に保護膜１５を設けることとしたが、これに代えて、電極１２の耐薬品性向上の観点からは、少なくとも電極１２のみを被覆するように保護膜１５を設けることにしてもよいことは言うまでもない。
【００５７】
また、本実施形態に係るインクジェットヘッド１およびインクジェット記録装置２においては、アミノ基を有する樹脂により単層の保護膜１５を構成したが、これに代えて、図８に示されるように、保護膜１５を複数層構造としてもよい。この場合に、例えば、電極１２に接触する主として耐薬品性の高い第１の保護膜１５ａと、該第１の保護膜１５ａを被覆する主として親水性の高い第２の保護膜１５ｂとを有する２層構造の保護膜１５を採用してもよい。
【００５８】
第１の保護膜１５ａとしては、ポリパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレンあるいは、ポリクロロパラキシリレン等が好ましく、第２の保護膜１５ｂとしては、上述したアミノ基を有するポリアミノパラキシリレン、あるいは、ポリアミノメチルパラキシリレン等が好ましい。このようにすることで、ポリパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレンあるいは、ポリクロロパラキシリレン等により電極１２の耐久的な健全性を維持するとともに、ポリアミノパラキシリレン、あるいは、ポリアミノメチルパラキシリレン等によってインクとの間に気泡が残ることを防止することができる。また、ポリアミノパラキシリレン、あるいは、ポリアミノメチルパラキシリレンに比較してポリパラキシリレン、ポリジクロロパラキシリレンあるいは、ポリクロロパラキシリレン等の成膜速度が速いので、ポリアミノパラキシリレン、あるいは、ポリアミノメチルパラキシリレンのみにより単層の保護膜１５を形成する場合と比較して、第２の保護膜１５ｂの厚さが薄くて済み、製造速度を向上して生産効率を高めることができる。
【００５９】
また、保護膜１５として、ポリアミノパラキシリレン、あるいは、ポリアミノメチルパラキシリレンのようにアミノ基を有する樹脂を例示したが、アミノ基に限定されるものではなく、他の任意の親水基を有する樹脂により保護膜１５を構成することにしてもよい。
【００６０】
以上の様に形成した保護膜の親水性に対する評価として、水に対する接触角を測定したところ、ポリクロロパラキシリレンでは８７°、ポリアミノパラキシリレンでは６９°、ポリアミノメチルパラキシリレンでは５９°となり、ポリクロロパラキシリレンと比較すると他の保護膜は両方とも親水性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドのインクジェットヘッドチップを示す分解斜視図である。
【図３】図２のインクジェットヘッドチップの圧電プレートを示す断面図である。
【図４】図１のインクジェットヘッドの駆動回路とインクジェットヘッドチップとの配線の接続を示す概略図である。
【図５】図１のインクジェットヘッドを備える本実施形態に係るインクジェット記録装置を概略的に示す斜視図である。
【図６】図１のインクジェットヘッドの駆動電圧の一例を示す波形図である。
【図７】図６の波形図による動作を示す圧電プレートの概略的な断面図である。
【図８】本発明のインクジェットヘッドの圧電プレートの変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  インクジェットヘッド
２  インクジェット記録装置
７  圧電プレート
８  カバープレート
１１，１１ａ，１１ｂ，…  溝
１０，１０ａ，１０ｂ，…  側壁
１２，１２ａ，１２ｂ，…  電極
１４，１４ａ，１４ｂ，…  インク流路
１５  保護膜
１５ａ  第１の保護膜（保護膜）
１５ｂ  第２の保護膜（保護膜）
【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】
2007144875.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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