(57)【要約】【課題】高速で多階調化の画像を描画できるインクジェット装置を提供する。【解決手段】インクジェット装置は、吐出される液体を収容する液室が形成された収容部と、印加される電圧によって加圧面を介して前記液室の液体を加圧する複数の加圧部と、前記複数の加圧部のそれぞれに接続されて前記電圧の駆動周波数を生成する複数の駆動部と、を備え、前記液体の吐出方向における前記液室の長さが、前記吐出方向と交差する方向における前記加圧面の最も長い対角線の長さよりも長い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口から吐出される液体を収容する液室が形成された収容部と、
印加される電圧によって加圧面を介して前記液室の液体を加圧する複数の加圧部と、
前記複数の加圧部のそれぞれに接続されて前記電圧の駆動周波数を生成する複数の駆動部と、
を備え、
前記液体の吐出方向における前記液室の長さが、前記吐出方向と交差する方向における前記加圧面の最も長い対角線の長さよりも長い
インクジェット装置。
【請求項２】
前記吐出口の周囲の面は、前記加圧と平行である
請求項１に記載のインクジェット装置。
【請求項３】
前記液室は、前記吐出方向と直交する面において、前記加圧面と同じ多角形状である
請求項１または２に記載のインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子等によって各チャネルの液室内のインクを加圧して吐出させるインクジェット装置が知られている。このようなインクジェット装置では、複数のチャネルに共通の駆動波形の電圧を供給して、各チャネルの圧電素子毎にオンとオフとを切り替えることで、吐出と不吐出とを切り替えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のインクジェット装置では、色を多階調化するためにいずれかのチャネルで複数の液滴を連続で吐出する必要がある。この場合、他のチャネルは不吐出の状態で待機する必要があるため、吐出回数分だけ吐出に必要な時間が長くなる。
【０００４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高速で多階調の画像を描画できるインクジェット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のインクジェット装置は、吐出される液体を収容する液室が形成された収容部と、印加される電圧によって加圧面を介して前記液室の液体を加圧する複数の加圧部と、前記複数の加圧部のそれぞれに接続されて前記電圧の駆動周波数を生成する複数の駆動部と、を備え、前記液体の吐出方向における前記液室の長さが、前記吐出方向と交差する方向における前記加圧面の最も長い対角線の長さよりも長い。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にかかるインクジェット装置は、高速で多階調の画像を描画できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態にかかるインクジェット装置の全体図である。
【図２】図２は、実施形態にかかるインクジェットヘッドを正面から見た断面図である。
【図３】図３は、実施形態にかかるインクジェットヘッドの平面図である。
【図４】図４は、実施形態にかかるインクジェットヘッドを側面から見た断面図である。
【図５】図５は、圧電素子の制御系を説明する図である。
【図６】図６は、実施形態によるインクジェットヘッドの液滴量と駆動周波数との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、実施形態によるインクジェットヘッドの吐出速度と駆動周波数との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施形態によるインクジェットヘッドの吐出を流体シミュレーションした結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の例示的な実施形態や変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、同様の構成要素には共通の符号が付されるとともに、重複する説明が部分的に省略される。実施形態や変形例に含まれる部分は、他の実施形態や変形例の対応する部分と置き換えて構成されることができる。また、実施形態や変形例に含まれる部分の構成や位置等は、特に言及しない限りは、他の実施形態や変形例と同様である。
【０００９】
＜第１実施形態＞
図１は、実施形態にかかるインクジェット装置１０の全体図である。図１に示すように、インクジェット装置１０は、給紙カセット１２と、搬送部１４と、印刷部１６と、排紙トレイ１８とを備える。
【００１０】
給紙カセット１２は、前方からインクジェット装置１０に抜き差し自在に設けられている。給紙カセット１２は、積載された複数の印刷用紙９０を収容する。
【００１１】
搬送部１４は、給紙ローラ２０及び搬送ローラ２２等の複数のローラを有する。搬送部１４は、給紙カセット１２の印刷用紙９０を、印刷部１６を経由させて排紙トレイ１８へと搬送する。
【００１２】
印刷部１６は、印刷用紙９０に画像を印刷する。印刷部１６は、キャリッジ２４と、インクジェットヘッド２６とを有する。キャリッジ２４は、印刷用紙９０の搬送方向と直交する走査方向にインクジェットヘッド２６を移動させる。インクジェットヘッド２６は、インクを収容する。インクジェットヘッド２６は、搬送部１４によって搬送されている印刷用紙９０にインクを吐出して画像を印刷する。
【００１３】
図２は、実施形態にかかるインクジェットヘッド２６を正面から見た断面図である。図３は、実施形態にかかるインクジェットヘッド２６の平面図である。図４は、実施形態にかかるインクジェットヘッド２６を側面から見た断面図である。図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図２から図４は、インクジェットヘッド２６の１つのチャネルの近傍を拡大した図である。
【００１４】
図２から図４に示すように、インクジェットヘッド２６は、複数の圧電素子３０と、複数のスペーサ３２と、振動板３４と、収容部３６とを備える。複数の圧電素子３０は加圧部の一例である。
【００１５】
圧電素子３０は、チャネル毎に設けられている。圧電素子３０は、複数の圧電材料が積層され構造を有する。圧電素子３０は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛と内部電極とが交互に積層された積層型圧電素子である。圧電素子３０の複数の内部電極は交互に異なる外部電極に接続されている。圧電素子３０は、電圧が印加されることによって変形して振動する。圧電素子３０の一面の一部は、スペーサ３２と接している。圧電素子３０の一面のうち、スペーサ３２と接する領域が振動を伝達する加圧面３１である。圧電素子３０は、印加される電圧によって加圧面３１を介してインクを加圧する。
【００１６】
スペーサ３２は、圧電素子３０の一面と接して設けられている。スペーサ３２は、平面視において多角形状（例えば、八角形状）の板状の部材である。スペーサ３２は、加圧面３１から伝達される圧電素子３０の振動によって振動する。
【００１７】
振動板３４は、例えば、樹脂フィルムによって構成されている。振動板３４は、例えば、５μｍから２０μｍの厚みを有する。振動板３４は、圧電素子３０が接する面とは反対側のスペーサ３２の一面と接して設けられている。振動板３４は、例えば、ポリイミド系接着剤で収容部３６に接着されている。振動板３４には、スペーサ３２を介して、圧電素子３０の振動が伝達される。
【００１８】
収容部３６は、吐出されるインクを収容及び供給する。収容部３６は、例えば、単結晶シリコン基板等の微細加工可能な材料によって構成されている。収容部３６の圧電素子３０側の面に形成された開口は、振動板３４によって覆われている。収容部３６には、共通液室４０と、供給路４２と、液室４４と、ノズル４６とが形成されている。共通液室４０、供給路４２、液室４４、及びノズル４６は、半導体装置の製造に用いられるドライエッチング及びウェットエッチング等の技術によって収容部３６に形成される。
【００１９】
共通液室４０は、インクを供給するインクタンク等に連結されている。共通液室４０には、インクタンクからインクが供給される。共通液室４０は、複数の液室４４に対して設けられている。
【００２０】
供給路４２は、チャネル毎に設けられている。供給路４２は、圧電素子３０の振動方向に対して交差する方向に延びる。供給路４２は、共通液室４０といずれかの液室４４とを連結する。供給路４２は、共通液室４０に収容されたインクを液室４４へと供給する流路である。供給路４２は、インクの流れに対して抵抗となる流体抵抗部として機能する。
【００２１】
液室４４は、吐出されるインクを収容する。液室４４は、チャネル毎に設けられている。液室４４は、圧電素子３０の振動方向上に形成されている。液室４４の吐出方向と直交する面である水平面に沿った断面は、加圧面３１と同じ多角形状（例えば、八角形状）に形成されている。これにより、加圧面３１からの振動が、液室４４の断面内で略均等に伝搬する。液室４４は、圧電素子３０の振動方向に沿って延びる。換言すれば、液室４４は、圧電素子３０の加圧面３１に対して垂直方向に延びる。液室４４のインクの吐出方向の長さＬ１は、吐出方向と交差する方向における圧電素子３０の加圧面３１の最も長い対角線の長さＬ２よりも長い。インクの吐出方向は、圧電素子３０の振動方向でもある。
【００２２】
ノズル４６は、吐出口の一例である。ノズル４６は、液室４４の吐出側に形成されている。ノズル４６は、液室４４と外部とを連結する。ノズル４６は、圧電素子３０からの振動が伝達された液室４４のインクを外部で搬送される印刷用紙９０へ吐出する。ノズル４６の周囲の面４７は、加圧面３１と平行に形成されている。ノズル４６の周囲の面４７は、液室４４の底面でもある。これにより、加圧面３１から面４７に伝搬する振動の面４７内での時間差を低減できる。
【００２３】
図５は、圧電素子３０の制御系を説明する図である。図５に示すように、インクジェット装置１０は、駆動部の一例である複数のドライバ４８を更に備える。複数の圧電素子３０のそれぞれに１個のドライバ４８が接続されている。即ち、ドライバ４８と圧電素子３０は、一対一の関係にある。ドライバ４８は、２個のトランジスタ５０、５２を有する。ドライバ４８は、トランジスタ５０、５２のオン・オフを切り替えることによって、圧電素子３０に印加する電圧の駆動周波数を生成する。これにより、ドライバ４８は、圧電素子３０を振動させて、インクの吐出と不吐出を制御する。更に、ドライバ４８と圧電素子３０は、一対一の関係にあるので、圧電素子３０毎にドライバ４８を制御して、駆動周波数を変更することができる。
【００２４】
インクジェットヘッド２６では、ドライバ４８が高周波の電圧を圧電素子３０に印加することによって、圧電素子３０が変形して振動する。この振動が、スペーサ３２を介して、振動板３４に伝達されて、振動板３４が振動する。振動板３４が振動することにより、液室４４の体積が減少すると、液室４４内の圧力が増加する。これにより、液室４４内に収容されたインクが液滴となってノズル４６から吐出する。ここで、ドライバ４８は、圧電素子３０毎に設けられているので、インクジェットヘッド２６は、各圧電素子３０に異なる駆動周波数の電圧を印加することができる。これにより、インクジェットヘッド２６は、各液室４４から異なる液滴量のインクを吐出することができるので、多階調の画像を描画できる。
【００２５】
更に、インクジェットヘッド２６は、上述した長さＬ１が長さＬ２よりも長い。また、インクジェットヘッド２６では、液室４４が圧電素子３０の加圧面３１に対して垂直方向に延び、加圧面３１と面４７とが略平行なので、加圧面３１からノズル４６までの振動の伝搬する距離が面４７内で略等しい。これにより、インクジェットヘッド２６は、圧電素子３０の圧力がノズル４６まで伝搬する際に生じる面４７内での時間差に伴う位相のずれを小さくでき、圧電素子３０の加圧効果が相殺されることを抑制できる。この結果、インクジェットヘッド２６は、高周波数の電圧を圧電素子３０に印加しても、液室４４の固有振動数の影響を抑えて、インクの液滴を連続で適切に吐出することができるので、多階調の画像を高速に描画できる。
【００２６】
この後、圧電素子３０の変形が元に戻ると、液室４４の体積が元に戻り、液室４４内の圧力が減少する。これにより、ノズル４６の部分にインクのメニスカスが形成されるが、このメニスカスの表面張力が供給路４２から液室４４にインクを引き込む力よりも大きいため、共通液室４０からインクが液室４４に供給される。
【００２７】
図６は、実施形態によるインクジェットヘッド２６の液滴量と駆動周波数との関係を示すグラフである。図６の横軸は圧電素子３０に印加される電圧の駆動周波数を示す。図６の縦軸は各駆動周波数においてインクジェットヘッド２６から吐出されるインクの量である液滴量を示す。図６に示すように、圧電素子３０に印加される電圧の駆動周波数の変化に対して、吐出されるインクの液滴量がほぼ一定になることがわかる。
【００２８】
図７は、実施形態によるインクジェットヘッド２６の吐出速度と駆動周波数との関係を示すグラフである。図７の横軸は圧電素子３０に印加される電圧の駆動周波数を示す。図７の縦軸は各駆動周波数においてインクジェットヘッド２６から吐出されるインクの速度である吐出速度を示す。図７に示すように、圧電素子３０に印加される電圧の駆動周波数の変化に対して、インクの吐出速度がほぼ一定になることがわかる。
【００２９】
図８は、実施形態によるインクジェットヘッド２６の吐出を流体シミュレーションした結果を説明する図である。図８の左側がインクジェットヘッド２６のノズル４６を示す。図８の右側が、インクの液滴ＤＬが吐出される外側を示す。図８の最上段の図、上から２番目の図、上から３番目の図、及び、最下段の図は、それぞれインクを吐出してから３μ秒後、６μ秒後、９μ秒後、１２μ秒後の１または複数の液滴ＤＬの状態を示す。
【００３０】
図８に示すように、高周波の駆動周波数によって圧電素子３０を駆動させることにより、短時間に複数の液滴ＤＬを連続して吐出できることがわかる。特に、図８の上から３番目の図及び最下段の図に示すように、３滴の液滴ＤＬを吐出できることがわかる。これにより、本実施形態では、圧電素子３０が小さい場合でも、高周波の駆動周波数によって短時間で大きな液滴ＤＬを吐出させて、高速に多階調の画像を描画させることができる。
【００３１】
上述の実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。実施形態および実施形態の変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１０…インクジェット装置、１６…印刷部、２４…キャリッジ、２６…インクジェットヘッド、３０…圧電素子、３１…加圧面、３２…スペーサ、３４…振動板、３６…収容部、４０…共通液室、４２…供給路、４４…液室、４６…ノズル、４８…ドライバ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特開２００２−２４０２７９号公報
【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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【図７】
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【図８】
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