(57)【要約】【課題】記録素子間の電圧降下のばらつきによる記録素子の変位量のばらつきを抑える液滴吐出装置の記録ヘッドを提供する。【解決手段】駆動信号源から供給される駆動信号に基づいて液滴を吐出する記録ヘッド１２０であって、駆動信号に基づいて圧力を発生させる複数の記録素子５と、複数の記録素子５と接合し、圧力を液室４に伝播して液滴を吐出させる振動板２と、を備え、各記録素子５と振動板２との接合面積は、駆動信号を駆動信号源から各記録素子５に供給する経路の長さが長い記録素子５が短い記録素子５より大きいことを特徴とする。【選択図】図９
2017061112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号源から供給される駆動信号に基づいて液滴を吐出する記録ヘッドであって、
前記駆動信号に基づいて圧力を発生させる複数の記録素子と、
前記複数の記録素子と接合し、前記圧力を液室に伝播して前記液滴を吐出させる振動板と、
を備え、
各記録素子と前記振動板との接合面積は、前記駆動信号を前記駆動信号源から各記録素子に供給する経路の長さが長い記録素子が短い記録素子より大きいことを特徴とする記録ヘッド。
【請求項２】
前記接合面積は、前記経路の長さに応じて段階的に変化させることを特徴とする請求項１記載の記録ヘッド。
【請求項３】
前記振動板は、前記液室に相対する薄肉部と、前記複数の記録素子と接合する複数の接合部とを有し、
前記複数の接合部は、前記経路の長さが長い記録素子と接合する接合部が短い記録素子に接合する接合部より前記接合面積が大きくなるように形成されることを特徴とする請求項１または２記載の記録ヘッド。
【請求項４】
前記薄肉部のコンプライアンスが一様であることを特徴とする請求項３記載の記録ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４記載のいずれか一項に記載の記録ヘッドを備える液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録ヘッド及び液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）は液滴吐出記録装置に用いられ、様々な方式により吐出液滴を形成吐出するものが知られている。例えば、吐出手段が圧電素子であるもの、液滴を加熱して気泡を発生させ、その圧力で液滴を吐出させるもの、あるいは、駆動手段に静電気力を利用したものなどがある。
このような吐出手段を用いた記録ヘッドは、高密度のマルチノズル化を比較的容易に実現でき、高精細な画像を記録媒体上に形成することが可能である。
【０００３】
このようなマルチノズル化された記録ヘッドに関して、例えば、特許文献１には、駆動効率に優れる圧電アクチュエータを備えた液体移送装置が開示されている。この圧電アクチュエータでは、振動板の圧力室側の面の、圧力室の中央部と重なる領域には凹部が形成され、凹部が形成された部分において振動板の剛性が部分的に低下しているため、より低い駆動電圧で振動板を大きく変形させることを可能にしている。
また、特許文献２には、現状のヘッド部品構成で液滴吐出特性を良好に保持できる液滴吐出装置の記録ヘッド及び画像形成装置が開示されている。この記録ヘッドでは、各アクチュエータ素子のグランド側の共通電極部とは別に、導電目的とは異なる機能を果たすヘッド構成部品にて導電ループを設け、且つ、一列に並設されたアクチュエータを駆動する為の駆動のＩＣオン抵抗が、接続部からの距離が遠くなるにつれ小さくなっていることを特徴とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
記録ヘッドにおいて、駆動信号源から見た閉ループの配線が長い記録素子は閉ループの配線が短い記録素子よりも配線抵抗値が高くなるため、多数の記録素子を駆動させた際には、各記録素子によって吐出される液滴にバラつきが生じる問題があった。
特許文献１では、複数の圧力室それぞれで振動板の形状を変えることにより駆動効率を上昇させているものの、圧力室ごとの差異を生じさせるものではなく、どの液室も同一の形状になっている。
特許文献２では、回路のループ長に応じて、駆動のＩＣオン抵抗を変えているが、導電目的とは異なる機能を果たすヘッド構成部品にて導電ループを設けることから、当該ヘッド構成部品の導電性を考慮する必要がある。
【０００５】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、記録素子間の電圧降下のばらつきによる記録素子の変位量のばらつきを抑える記録ヘッド及びそれを用いた液滴吐出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】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の記録ヘッドの一態様は、駆動信号源から供給される駆動信号に基づいて液滴を吐出する記録ヘッドであって、前記駆動信号に基づいて圧力を発生させる複数の記録素子と、前記複数の記録素子と接合し、前記圧力を液室に伝播して前記液滴を吐出させる振動板と、を備え、各記録素子と前記振動板との接合面積は、前記駆動信号を前記駆動信号源から各記録素子に供給する経路の長さが長い記録素子が短い記録素子より大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、記録素子間の電圧降下のばらつきによる記録素子の変位量のばらつきを抑える記録ヘッド及びそれを用いた液滴吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の液滴吐出装置の一例を示す外観図である。
【図２】一実施形態の液滴吐出装置の内部構成例を上面から見た図である。
【図３】一実施形態の記録ヘッドを説明する概観図である。
【図４】一実施形態の記録ヘッドの液滴吐出部の部分断面図である。
【図５】駆動信号源から見た記録ヘッドの回路の構成例を示す図である。
【図６】従来の記録ヘッドの構成における、着弾画像例を示す模式図である。
【図７】実施形態１の記録ヘッドを説明する図である。
【図８】実施形態１の記録ヘッドの構成における、着弾画像例を示す模式図である。
【図９】実施形態１の記録ヘッドにおける、記録素子と振動板との接合面積の一例を示す図である。
【図１０】実施形態２の記録ヘッドにおける、各チャネルの接合面積の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。
はじめに、一実施形態に係る液滴吐出装置の概略を、図１、２を参照して説明する。図１は液滴吐出装置の一例を示す外観図であり、図２は液滴吐出装置内部の様子を上面から見た図である。
液滴吐出装置１００は、複数のインクカートリッジ（インク供給源）１１０を備えるとともに、インクカートリッジ１１０の色数に対応する数の記録ヘッド１２０を備える。図２では、液滴吐出装置１００の内部に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色に相当する記録ヘッド１２０がキャリッジ１３０に配列されている構成例を示している。この記録ヘッド１２０を駆動させるための駆動波形を印加することにより、液滴吐出装置１００は、記録ヘッド１２０より液滴を吐出して画像を形成する構成となっている。また、液滴吐出装置１００は、記録ヘッド１２０をキャリッジ移動方向に往復させ、用紙などの記録媒体をベルト搬送方向に移動させることにより、文字や画像などを記録媒体に記録する。
【００１０】
次に、記録ヘッド１２０の構成例を、図３、４を参照して説明する。図３は記録ヘッド１２０の概観図であり、図４は記録ヘッド１２０の吐出部の部分断面図である。
図３または図４に、記録ヘッド１２０の構成要素のうち、流路板１、振動板２、ノズル板３、記録素子５、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）６、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）７、ＦＦＣ（Flexible Flat Cable）８、液滴供給部９、及び、ベース部材１０を表している。また、流路板１及び振動板２により、液室４が形成されている。他の構成要素については、ここでは説明を省略する。
記録ヘッド１２０において、液滴は、インクカートリッジ１１０から液滴供給部９の液滴供給口９１へ供給され、液室４へ充填される。記録ヘッド１２０は、液滴吐出装置１００全体を制御する制御部（図示しない）から、一の駆動信号或いは複数の駆動信号で構成される駆動波形が供給される。供給された駆動波形が、ＦＦＣ８やＦＰＣ６などの配線基板および配線基板上の駆動ＩＣ７を通して駆動信号として記録素子５へ印加される。記録ヘッド１２０は、記録素子５が駆動信号により変位し、振動板２を変形させることによって、液室４の圧力を変動させ、ノズル口３１より液滴を吐出する。
【００１１】
図５に、一実施形態における駆動信号源から見た記録ヘッド１２０の回路の構成例を示す。図５に示す回路は、記録ヘッド１２０が第１チャネルから第ｎチャネルのｎ個のチャネル（駆動チャネル）から構成される構成例である。回路は、駆動信号源７１、ｎ個の駆動素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴｎ（区別しない場合「駆動素子ＰＺＴ」と記載する）、および任意のチャネル（駆動チャネル）に信号を与えるｎ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷｎ（区別しない場合「スイッチＳＷ」と記載する）から構成される。各チャネルは、対応する一つの駆動素子ＰＺＴ、及び一つのスイッチＳＷを含む。また、ノズル板３には、各チャネルに対応するｎ個のノズル口３１が形成されている。
駆動信号源７１は、駆動ＩＣ７に含まれる。駆動ＩＣ７は、駆動波形を構成する駆動信号を、上述した制御部から受け、スイッチＳＷにより選択的に各チャネルの駆動素子ＰＺＴに印加する。
駆動素子ＰＺＴは、記録素子５に含まれる圧電素子の一例であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる例を示している。
スイッチＳＷは、駆動信号源７１から駆動素子ＰＺＴへ供給される駆動信号のオン・オフを切り替える。
【００１２】
図５に示すように、何番目のチャネルであるかによって、駆動信号源７１から駆動素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴｎそれぞれへ駆動信号が供給される経路（以下適宜、「配線経路」または「閉ループ」とも記載する）の長さ異なる。具体的には、中央の第ｍチャネルの駆動素子ＰＺＴｍは、駆動信号源７１から見た閉ループが長く、端部にあたる第１チャネルの駆動素子ＰＺＴ１及び第ｎチャネルの駆動素子ＰＺＴｎは、駆動信号源７１から見た閉ループが短い構成になっている。駆動信号源７１から見た閉ループの長さが短いほど、経路の配線抵抗が小さいため、駆動信号の劣化が少なく効率的に液滴を吐出することができる。逆に、駆動信号源７１から見た閉ループの長さが長いほど、経路の配線抵抗が大きいため、駆動信号の劣化が大きくなる。その結果、経路の短いチャネルと比較して、振動板の変位が小さくなり、低効率で液滴を吐出することになる。
【００１３】
図６に従来の記録ヘッドの構成における、着弾画像例を示す。上述したように、配線経路の長さの長いチャネルは配線経路の長さの短いチャネルと比較して吐出効率が低く、同時に液滴を吐出した場合でも滴速度が遅い。そのため、図６の着弾画像例のようにキャリッジ移動方向に対して着弾ズレが生じてしまう。これは、駆動波形の劣化による振動板変位量の差が招く問題である。
より詳細には、液滴吐出装置に用いる記録ヘッドにおいて、マルチノズル化に伴い、記録素子である圧電素子のチャネル数を増やすと、駆動電流量が多くなり、これに伴い配線抵抗などの要因により電圧降下量が大きくなり駆動波形に歪みが生じることが知られている。特に影響が大きいのは、配線経路の長い（配線抵抗の高い）チャネルである。その理由は、チャネル数が増えた際には、回路全体に流れる電流量が多くなるため、これに応じた配線抵抗による電圧降下が、配線経路の長いチャネルでは短いチャネルより大きくなり、吐出効率が低下するからである。
【００１４】
そこで、一実施形態の記録ヘッド１２０では、配線経路の長い（配線抵抗の大きい）チャネルは、配線経路の短い（配線抵抗の小さい）チャネルよりも、振動板２と記録素子５との接合面積を大きくする。これにより、配線経路の長いチャネルの吐出効率を向上させ、各チャネルの吐出速度や滴量のばらつきを小さくする。言い換えると、記録ヘッド１２０の一態様は、配線経路が長く吐出効率の低いチャネルでは接合面積を大きく、配線経路が短く吐出効率の高いチャネルでは接合面積を小さくすることにより、マルチチャネル駆動時の吐出効率や吐出ばらつきを抑える。
【００１５】
なお、一実施形態では、駆動信号源７１が２個であり、チャネル数ｎは３以上、配線の長さが長いチャネルの番号ｍは２以上であることを前提として説明する。しかしながら、駆動信号源７１が１個であり、チャネル数ｎが２以上、番号ｍが１以上の構成例、あるいは駆動信号源７１が３個以上の構成例を排除するものではなく、このような構成例であっても一実施形態を適用することが可能である。
以下に、上述した記録ヘッド１２０の構成例を用いて、各実施形態を説明する。
【００１６】
実施形態１．
実施形態１の記録ヘッド１２０を、図７乃至９を参照して説明する。
図７では、上段の記録ヘッド１２０（図３と同じ）に符号ＰＺＴ１、ＰＺＴｍ、ＰＺＴｎを表し、下段の回路の駆動素子ＰＺＴとの対応を表している。記録ヘッド１２０は、各記録素子５と振動板２とが接合する接合面積を、駆動信号源７１から駆動素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴｎ（各記録素子５）へ駆動信号を供給する経路の長さが長い記録素子５が、短い記録素子５に比べ大きくなるように、振動板２が形成される。例えば、第ｍチャネルは、配線経路の長さが第１及び第ｎチャネルより長いため、接合面積を大きくする。
【００１７】
図８に実施形態１の記録ヘッドの構成における、着弾画像例を示す。図８の着弾画像例は、回路の中央に配置されたチャネルである、第ｍチャネル及びそれに近い任意の数のチャネルについて、接合面積を大きくし、第１及び第ｎチャネルより吐出効率を上昇させた例を示している。これにより、図６に示した従来の着弾画像例に比べ、中央に配置されたチャネルの着弾点を第１及びｎチャネルに近づけることができる。なお、中央に配置されたチャネル間の接合面積は、配線経路が長いチャネルの接合面積を大きくするように形成することがより好ましい。
【００１８】
図９に記録素子５と振動板２との接合面積の一例を示す。図９の上段に示す記録ヘッド１２０の振動板２及び記録素子５（一点鎖線で囲んだ部分）を拡大した図を下段に示している。下段の図は、振動板２と各記録素子５との接合状態を表し、左側に配線経路が短いチャネル、右側に長いチャネルを示す。ここでまず、振動板２の構成例を説明する。
振動板２は、一例として、薄肉部２１、複数の厚肉部２２、及び複数の接合部（厚肉部）２３ａ、２３ｂ（区別しない場合「接合部２３」と記載する）から構成される。薄肉部２１の一方の面は液室４の壁面を形成し、他方の面は各記録素子に対向し、複数の厚肉部２２及び接合部２３が形成される。各接合部２３は、対応するチャネルの記録素子５と接合する。薄肉部２１の一部は流路板１と接着剤で接合し、接合部２３は記録素子５などと接着剤で接合している。
振動板２は、ニッケルの金属プレートから形成することができ、例えば、エレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製を行う。
図９に示すように、配線経路が長いチャネルに対応する接合部２３ａは、記録素子５との接合面積を、配線経路が短いチャネルに対応する接合部２３ｂよりも大きくなるように形成される。
なお、図９では振動板２の積層数を、薄肉部２１、厚肉部２２、接合部２３の三層とした構成例を示したが、三層に限定されるものではなく、三層以上であっても、あるいは、薄肉部２１と接合部２３との二層で構成してもよい。
【００１９】
以上説明した通り、本実施形態の記録ヘッド１２０は、振動板２と各記録素子５との接合面積を、配線経路の長さに基づいて変える。これにより、チャネル数が増加した際の配線経路の長さの差による、チャネルごとの滴速度のばらつきを低減することができる。また、本実施形態では、チャネル間で接合面積に差異を設けることにより吐出効率を向上させるため、記録ヘッドの構造または制御（例えば、駆動信号を記録素子へ印加するときの制御）の複雑化を回避できるとともに、製造コストの増加を抑えることができる。
【００２０】
実施形態２．
本実施形態では、記録素子５と振動板２との接合面積をチャネル間で変更する、他の態様を説明する。図１０に実施形態２の記録ヘッドにおける、各チャネルの接合面積の一例を示す。駆動信号源７１から見た回路の構成例は図５と同様であり、ここでは、ｎ個のチャネルのうち、第１及び第ｎチャネルの配線経路が最も短く、第ｍチャネルの配線経路が最も長い場合を前提とする。実施形態１では、ノズル板３中央に配置された任意の数のチャネルに対応する接合面積を大きくする一態様を説明した。実施形態２では、全チャネルに対して接合面積を段階的に変える一態様を説明する。例えば、図１０に示すように、駆動信号源７１からの各チャネルの記録素子５までの配線経路の長さに応じて、接合面積を段階的に変更する。
【００２１】
なお、図１０は、接合面積の段階的な変化の一例を示したものであり、例えば、全チャネルを配線経路の長さに応じて複数のグループに分割し、グループ毎に段階的に接合面積を変化させてもよい。さらに、駆動信号源７１からの配線経路の長さに応じて、接合面積を一様の割合で増やす場合や接合面積を増やす割合に変化をつける場合であってもよい。全チャネル間での接合面積の差異はこれらに限られることはなく、全チャネルのうち、接合面積が異なる少なくとも二つのチャネルがあり、かつ、隣り合うチャネル間で、接合面積が、配線経路の長いチャネルが短いチャネルより大きいまたは同じであるという関係が成り立てばよい。
本実施形態の記録ヘッドによれば、振動板２と記録素子５との接合面積を段階的に変更することにより、チャネル間の吐出ばらつきを、よりきめ細かく抑えることができる。
【００２２】
実施形態３．
上記各実施形態で説明した接合面積をチャネル間で変化させる場合に、振動板２の接合部２３の大きさを変化させることに加え、振動板２の薄肉部２１について、チャネル間でコンプライアンス値を一様にすることが好ましい。振動板２の構成は、図９で示した構成と同様である。
コンプライアンス値は剛性の指標となる値であり、変形のしやすさを示すものである。記録素子５と接合される振動板２の薄肉部２１のコンプライアンス成分をチャネル間で同様にすることにより、チャネル毎の液室４（個別液室）の固有周期がばらついたり、駆動信号に対する感度を変える事無く、液滴を吐出することができる。また、固有周期Ｔｃは以下の数式に示すようにイナータンス成分Ｍとコンプライアンス成分Ｃの乗数の平方根に比例する。
【００２３】
【数１】
2017061112.tif 000003
【００２４】
実施形態４．
上記各実施形態で説明した記録ヘッド１２０を液滴吐出装置１００に搭載することにより、図８の着弾画像例に示すような、チャネル間の吐出ばらつきを補正することができる。また、液滴吐出装置は、図１、２に示したものに限られることはなく、記録ヘッド１２０が搭載可能なキャリッジ１３０、液滴供給口９１に液滴を供給可能なインク供給源が備えられている装置であればよい。
【００２５】
なお、本発明は上記各実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１    流路板
２    振動板
３    ノズル板
４    液室
５    記録素子
６    ＦＰＣ
７    駆動ＩＣ
８    ＦＦＣ
９    液滴供給部
１０    ベース部材
２１    薄肉部
２２    厚肉部
２３ａ、２３ｂ    接合部
３１    ノズル口
７１    駆動信号源
９１    液滴供給口
１００    液滴吐出装置
１１０    インクカートリッジ
１２０    記録ヘッド
１３０    キャリッジ
ＰＺＴ１〜ＰＺＴｎ    駆動素子
ＳＷ１〜ＳＷｎ    スイッチ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２００６−３２１１７４号公報
【特許文献２】特開２００９−１５４５１９号公報
【図１】
2017061112.tif 000004
【図２】
2017061112.tif 000005
【図３】
2017061112.tif 000006
【図４】
2017061112.tif 000007
【図５】
2017061112.tif 000008
【図６】
2017061112.tif 000009
【図７】
2017061112.tif 000010
【図８】
2017061112.tif 000011
【図９】
2017061112.tif 000012
【図１０】
2017061112.tif 000013