説明

液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置

【課題】インクの攪拌を確実に行うことで、常に一定の印字品質を保証した液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体を噴射するノズル開口13と、ノズル開口13に連通する液体流路内に圧力変化を生じさせて、ノズル開口13から液体を噴射させる圧電素子16と、液体流路内に設けられて、ノズル開口13および液体流路内のインクを攪拌する攪拌手段100と、を具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録ヘッドユニット及びインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェット式プリンターやプロッター等のインクジェット式記録装置に代表される液体噴射装置は、液体カートリッジや液体タンク等の液体貯留手段に貯留された液体を、液滴として噴射可能な液体噴射ヘッドを有する。
ここで、液体噴射ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力発生室と、圧力発生室に圧力変化を生じさせてノズル開口から液滴を吐出させる圧力発生手段とを具備する。そして、液体噴射ヘッドに搭載される圧力発生手段としては、例えば、縦振動型の圧電素子、撓み振動型の圧電素子、発熱素子及び静電気力を用いたものなどが挙げられる。
【0003】
ところで、液体噴射装置に用いられる液体として、原材料を微粒子化して溶媒に分散させたものが知られている。一般に、原材料を微粒子化して溶媒に分散させている液体では、経時的に、微粒子の凝集、沈降が発生する。特に、原材料の比重が溶媒の比重よりも大きい場合は、沈降が発生しやすくなる。
原材料の例として、顔料、高分子樹脂、金属、ガラスおよびこれらの酸化物、化合物などが挙げられる。これらの微粒子が凝集、沈降した液体を噴射すると、噴射結果に濃度ムラや歪み、色再現性の悪化、微粒子密度不均一等の品質の劣化が発生する。また、ノズル開口において、凝集、沈降した微粒子によって、目詰まりが発生する。
そこで、これらの問題に対処すべく、凝集、沈降した微粒子が圧力発生室などの流路内に残らないようにするために、定期的に流路内の液体を吸引して廃棄する方法や、液体を攪拌するようにした方法が提案されている。特許文献1においては、ノズル開口に連通する圧力発生室内のインクを引き込むことで、圧力発生室内の凝集、沈降したインクを攪拌させるものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−137026号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1のように圧力発生室を介してノズル開口付近のインクを引き込む方法では次の問題がある。すなわち、インクの流れが単調であるため、効率的な攪拌を行うことができず、ノズル開口付近および圧力発生室底部に沈降した微粒子に対して、十分に攪拌させることができない。
さらに、特許文献1に記載された方法では、攪拌のためにメニスカスが圧力発生室側に引き込まれるため、再度インクを吐出するまでに時間を必要とする。
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明はこのような事情に鑑み、濃度ムラや歪み、色再現性の悪化、微粒子密度不均一等の印刷品質の劣化を軽減した液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【0007】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口と、該ノズル開口に連通する液体流路内に圧力変化を生じさせて、前記ノズル開口から液体を噴射させる圧力発生手段と、前記液体流路内に設けられて、前記ノズル開口および前記液体流路内の液体を攪拌させる攪拌手段と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧力発生室内に液体を攪拌する機構を設けるため、圧力発生室内の液体を十分に攪拌できる。また、圧力発生室内に液体を攪拌する機構を設けるため、ノズル開口付近および圧力発生室底部に沈降した微粒子に対して、十分に攪拌させることができる。さらに、メニスカスが圧力発生室側に引き込まれずに、攪拌が行えるので、再度液体を噴射するまでの時間を短縮することができる。
【0008】
ここで、前記攪拌手段は、攪拌制御手段によって制御されると共に、前記攪拌制御手段は、前記ノズル開口から液体を噴射しないときに、前記攪拌手段によって前記ノズル開口および前記液体流路内の液体を攪拌するように制御することが好ましい。
これによれば、噴射に使用していないノズル開口および圧力発生室内の液体を攪拌して、液体内の微粒子の凝集、沈降を抑制することができる。
【0009】
また、前記圧力発生手段が、前記液体流路の一部を画成する振動板を変位させるものであり、前記振動板は、前記ノズル開口に相対向し、前記圧力発生手段の駆動により振動しない領域まで延設され、前記攪拌手段は、前記液体流路内で、前記ノズル開口に相対向する前記振動板の領域に設けられた攪拌部と、該攪拌部が設けられた領域の前記振動板を変形させる移動手段と、を具備することが好ましい。
これによれば、攪拌部の移動によってノズル開口および圧力発生室内の液体を確実に攪拌することができる。
【0010】
また、前記攪拌部は、円錐形状又は漏斗状であり、それらの頂点が、前記ノズル開口に相対向する前記振動板の領域に接着されていること好ましい。
これによれば、液体攪拌時には、ノズル開口および圧力発生室内の液体に対流が生じて、ノズル開口および圧力発生室内の液体の攪拌を攪拌部によって確実に行うことができる。
【0011】
また、前記移動手段が、前記振動板の前記攪拌部が設けられた側とは反対側に設けられた攪拌部用圧力室と、該攪拌部用圧力室内の圧力を調整する圧力調整手段と、を具備することが好ましい。
これによれば、圧力調整手段によって攪拌部用圧力室内の圧力を調整することで、攪拌部を確実に移動させることができる。
【0012】
また、前記移動手段が、前記振動板の前記攪拌部が設けられた領域に設けられた磁性材料からなる吸着板と、前記振動板の前記攪拌部が設けられた側とは反対側に設けられ、前記吸着板と相対向する電磁石と、前記吸着板と前記電磁石の着脱を調整する調整手段と、を具備することが好ましい。
これによれば、電磁石によって攪拌部を確実に移動させることができる。
【0013】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを複数具備することを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる態様では、ノズル開口および圧力発生室内の液体の攪拌を確実に行うことで、常に一定の印字品質を保証した液体噴射ヘッドユニットを実現できる。
【0014】
また、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドユニット又は液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、ノズル開口および圧力発生室内の液体の攪拌を確実に行うことで、常に一定の印字品質を保証した液体噴射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施形態1に係る記録ヘッドの断面図。
【図2】実施形態1に係る記録ヘッドの動作を示す要部拡大断面図。
【図3】実施形態1に係る記録ヘッドの動作を示す要部拡大断面図。
【図4】実施形態1に係る記録装置の概略構成を示す斜視図。
【図5】実施形態1に係る記録装置の制御構成を示すブロック図。
【図6】実施形態2に係る記録ヘッドの断面図。
【図7】実施形態2に係る記録ヘッドの動作を示す要部拡大断面図。
【図8】実施形態3に係る記録ヘッドの断面図。
【図9】実施形態3に係る記録ヘッドの動作を示す要部拡大断面図。
【図10】実施形態4に係る記録ヘッドの断面図。
【図11】実施形態4に係る記録ヘッドの動作を示す要部拡大断面図。
【図12】実施形態5に係る記録ヘッドの断面図。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【0017】
(実施形態1)
図1(a)は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド10(以下、記録ヘッド10とも言う)の圧力発生室11の長手方向の断面図であり、図1(b)は、記録ヘッド10の圧力発生室11の短手方向の要部断面図であり、図2及び図3は、図1(a)の要部拡大断面図である。
【0018】
図1に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド10は、複数の圧力発生室11が並設された流路形成基板12と、各圧力発生室11に連通する複数のノズル開口13が穿設されたノズルプレート14と、流路形成基板12のノズルプレート14とは反対側の面に設けられる振動板15と、振動板15上に設けられる圧力発生手段としての圧電素子16とを有する。
【0019】
流路形成基板12には、図1(b)に示すように、各圧力発生室11が隔壁17によって区画されてその幅方向に複数並設されている。また、図1(a)に示すように、流路形成基板12の圧力発生室11の長手方向一端側には、複数の圧力発生室11に連通するマニホールド18が流路形成基板12を貫通して設けられている。そして、各圧力発生室11とマニホールド18とは、それぞれインク供給路19を介して接続されている。このインク供給路19は、本実施形態では、圧力発生室11よりも狭い幅で形成されており、マニホールド18から圧力発生室11に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしている。
【0020】
また、圧力発生室11は、本実施形態では、流路形成基板12を貫通することなく形成されており、圧力発生室11のマニホールド18とは反対の端部側には、流路形成基板12を貫通してノズル開口13に連通するノズル開口連通路22が形成されている。すなわち、本実施形態では、記録ヘッド10の内部には、マニホールド18、インク供給路19、圧力発生室11及びノズル開口連通路22からなる液体流路が設けられている。
【0021】
流路形成基板12の一方面側にはノズルプレート14が接合されている。そして上述のように各ノズル開口13が流路形成基板12に設けられたノズル開口連通路22を介して各圧力発生室11と連通している。また、流路形成基板12の他方面側、すなわち圧力発生室11の開口面側には振動板15が接合され、圧力発生室11及びマニホールド18はこの振動板15によって封止されている。
【0022】
圧力発生室11に対応する振動板15上には圧電素子16が、その先端部を当接させた状態で固定されている。圧電素子16は、圧電体層25と個別内部電極26及び共通内部電極27とが交互に積層され、圧電変形に寄与しない不活性領域が固定基板28に固着されている。また、圧電素子16の不活性領域には、駆動IC等の駆動回路29が搭載された、例えば、チップオンフィルム(COF)からなる回路基板30が接続されている。そして、回路基板30の各配線は、その基端部側では、例えば、半田、異方性導電材等によって圧電素子16を構成する個別内部電極26及び共通内部電極27に接続されている。
【0023】
また、振動板15上には、圧力発生室11に圧力変化を生じさせる圧力発生手段である圧電素子16が固定基板28に固定された状態で収容される収容部31を有するヘッドケース32が固定されている。
【0024】
また、圧電素子16の先端が当接する振動板15は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜33と、この弾性膜33を支持する、例えば、金属材料等からなる支持板34との複合板で形成されており、弾性膜33側が流路形成基板12に接合されている。例えば、本実施形態では、弾性膜33は、厚さが数μmのPPS(ポリフェニレンサルファイド)フィルムからなり、支持板34は、厚さが数十μm程度のステンレス鋼板(SUS)からなる。
【0025】
また、振動板15の各圧力発生室11に対向する領域内には、圧電素子16の先端部が当接する島部35が設けられている。すなわち振動板15の各圧力発生室11の周縁部に対向する領域に他の領域よりも厚さの薄い第1の薄肉部36が形成されて、この第1の薄肉部36の内側にそれぞれ島部35が設けられている。
また、振動板15のマニホールド18に対向する領域には、第1の薄肉部36と同様に、支持板34が除去されて実質的に弾性膜33のみで構成されるコンプライアンス部37が設けられている。ヘッドケース32のコンプライアンス部37に対向する部分には、コンプライアンス部37の変形を許容する空間である空間部38が形成されている。なお、このコンプライアンス部37は、マニホールド18内の圧力変化が生じた時に、このコンプライアンス部37の弾性膜33が変形することによって圧力変化を吸収し、マニホールド18内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。
【0026】
また、本実施形態では、振動板15のノズル開口13に相対向する領域にも、第1の薄肉部36と同様に、支持板34が除去されて弾性膜33のみで構成される第2の薄肉部39が設けられている。
ヘッドケース32の第2の薄肉部39に対向する部分には、第2の薄肉部39の変形を許容する空間である攪拌部用圧力室40が設けられており、攪拌部用圧力室40には、ヘッドケース32に設けられた連通路41を介して詳しくは後述する圧力調整手段111が接続されている。このような攪拌部用圧力室40は、本実施形態では、ノズル開口13の並設方向に亘って連続した空間として設けられている。
【0027】
そして、振動板55のノズル開口13に相対向する領域に設けられた第2の薄肉部39には、攪拌手段100を構成する攪拌部101が設けられている。
攪拌部101は、例えば、円錐形状の金属や樹脂等の材料からなり、図2に示すように、振動板15のノズル開口13に相対向する第2の薄肉部39に固定されている。また、図2において、攪拌部101は、各ノズル開口13の中心にその底面が位置するように頂点部が振動板15の弾性膜33に固定されている。
尚、攪拌部101の形状はこれに限られず攪拌可能なものであれば形状を問わず、例えば後述するように漏斗状であっても差し支えない。
ただし、このような攪拌部101は、ノズル開口13およびノズル開口連通路22の大きさに合わせて形成する必要がある。すなわち、ノズル開口連通路22の容量を十分に確保できる大きさであって、かつノズル開口13を攪拌するのに適した大きさであることが必要とされる。
【0028】
以下に、攪拌部101の製造方法について説明する。攪拌部101は例えばノズル開口13を用いて形成することができる。すなわち、ノズル開口13が漏斗状に形成されたものであれば、このノズル開口内に光硬化樹脂を充填し、この光硬化樹脂にノズル開口13の斜め方向から光を照射することで、漏斗状の攪拌部101を形成することができる。そして、このように形成した攪拌部101をノズル開口13から取り出して反転させた状態にしてから、弾性膜33に漏斗状の攪拌部101の頂点(すなわち、ノズル開口13の吐出面に対応した部分)を接着することにより、攪拌部101をノズル開口13と同じ間隔で弾性膜33上に配置することができる。
なお、ここではノズルプレート14を利用した攪拌部101の形成方法を説明したが、これに限られず、円錐形状の攪拌部101を形成可能な部材を別途使用して、攪拌部101を形成しても差し支えない。
【0029】
図1(a)において、振動板15上には、上述したように収容部31を有するヘッドケース32が固定されており、ヘッドケース32の収容部31内に圧電素子16が高精度に位置決めされて固定されている。
【0030】
また、ヘッドケース32には、攪拌手段100の一部を構成する移動手段110が設けられている。移動手段110は、攪拌部101の設けられた第2の薄肉部39を変形させて、攪拌部101を移動させて、攪拌部101によるノズル開口13および圧力発生室11内のインクの攪拌を行わせるものである。
本実施形態では、移動手段110は、ヘッドケース32の第2の薄肉部39に相対向する領域に設けられた攪拌部用圧力室40と、攪拌部用圧力室40内の圧力を調整する圧力調整手段111と、を具備する。
さらに、攪拌部用圧力室40と圧力調整手段111とは、ヘッドケース32の攪拌部用圧力室40に連通する連通路41と、連通路41に接続された管部材112とを介して接続されている。圧力調整手段111は、攪拌部用圧力室40を加圧するものであり、例えば、攪拌部用圧力室40に気体を送風する送風ポンプ等からなる。
【0031】
図2に示すように、このような移動手段110では、図1に示した圧力調整手段111が攪拌部用圧力室40内に圧力を印加しない状態では、攪拌部101がノズル開口13側に移動することなく、ノズル開口13および圧力発生室11内のインクの攪拌は行われない。
これに対して、図3に示すように、図1に示した圧力調整手段111が攪拌部用圧力室40内に圧力を印加することで、振動板15の第2の薄肉部39がノズル開口13側に撓み変形し、攪拌部101がノズル開口13側に近づく。この後に、図1に示した圧力調整手段111が攪拌部用圧力室40内の圧力を開放することで、振動板15の第2の薄肉部39が元の形状に戻る。この一連の動作により、攪拌部101がノズル開口13および圧力発生室11内のインクに対流を生み、インクの攪拌を行うことができる。
【0032】
すなわち、圧力調整手段111によって、攪拌部用圧力室40内の圧力を調整することで、攪拌部101をノズル開口13側に移動させることでノズル開口13および圧力発生室11のインクの攪拌ができる。
なお、本実施形態では、攪拌部用圧力室40をノズル開口13の並設方向に亘って連続した空間として設けることで、移動手段110が全てのノズル開口13および圧力発生室11のインクの攪拌を同時に行うようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、攪拌部用圧力室40を、ノズル開口13毎に独立して設けるようにすれば、ノズル開口13および圧力発生室11のインクの攪拌を独立して行うことができる。
【0033】
また、2以上のノズル開口13からなるノズル開口群毎に攪拌部用圧力室40を設けることで、ノズル開口群毎にノズル開口13および圧力発生室11のインクの攪拌を行うことができる。
なお、攪拌部用圧力室40をノズル開口13毎又はノズル開口群毎に設けた場合には、圧力調整手段111を攪拌部用圧力室40毎に設けるか、各攪拌部用圧力室40と圧力調整手段111との間にバルブを設け、バルブの開閉によって各攪拌部用圧力室40の圧力調整を独立して行うようにすればよい。
【0034】
このような記録ヘッド10では、図2に示すように、攪拌部101がノズル開口13を開口した状態で、インク滴が吐出される。具体的には、後述するカートリッジからマニホールド18にインクが供給されると、インク供給路19を介して各圧力発生室11にインクが分配される。実際には、圧電素子16に電圧を印加することにより圧電素子16を収縮させる。
これにより、振動板15が圧電素子16と共に変形されて圧力発生室11の容積が広げられ、圧力発生室11内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口13に至るまで内部にインクを満たした後、回路基板30を介して供給される記録信号に従い、圧電素子16の個別内部電極26及び共通内部電極27に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子16が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板15も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室11の容積が収縮して圧力発生室11内の圧力が高まりノズル開口13からインク滴が吐出される。
【0035】
このような本実施形態の記録ヘッド10は、カートリッジと連通するインク流路を具備するインクジェット式記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図4は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
図4に示すように、インクジェット式記録装置Iは、複数の記録ヘッド10を有するインクジェット式記録ヘッドユニット1(以下、ヘッドユニット1とも言う)を具備する。ここで、記録ヘッド10は直接図示されていないが、ヘッドユニット1の後述する記録シートSに対向する位置に配置されている。
【0036】
ヘッドユニット1は、インク供給手段を構成するインクカートリッジ2A,2Bが着脱可能に設けられ、このヘッドユニット1を搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。このヘッドユニット1は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【0037】
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、ヘッドユニット1を搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【0038】
このようなインクジェット式記録装置Iでは、インクカートリッジ2A,2Bの初期装着時や交換時、印刷動作中のインクに含まれる気泡などにより、流路内に気泡が残留し、この気泡が流路内(特に後述する圧力発生室)の圧力変動を吸収してしまうことからインク滴の吐出が正常に行われず、ドット抜け等の印刷不良が発生する虞がある。そのため、インクジェット式記録装置Iの非印刷領域には、図1〜図3に示したノズル開口13から液体流路内のインクと共に気泡を吸引する吸引手段130が設けられている。
【0039】
吸引手段130は、記録ヘッド10のノズル開口13を覆うキャップ部材131と、このキャップ部材131にチューブ132を介して接続された、例えば真空ポンプ等の吸引装置133とで構成されている。
キャップ部材131は、記録ヘッド10のインクが吐出される吐出面に相対向して設けられている。このキャップ部材131は、複数のノズル開口13の全てを覆う大きさではなく、1個から複数個のノズル開口を選択的に覆う大きさで設けられている。本実施形態では、キャップ部材131は、ヘッドユニット1の主走査方向の長さよりも短くして、キャリッジ3をキャップ部材131に対して主走査方向に移動させることで、幅狭のキャップ部材131によって、全てのノズル開口13を順次キャッピングできるようにしている。これにより、キャップ部材131として、全てのノズル開口13を覆う大きさが不要となり、インクジェット式記録装置Iの小型化を図ることができる。
このような構成の吸引手段130では、キャップ部材131を記録ヘッド10の吐出面に当接し、吸引装置133に吸引動作を行わせることでキャップ部材131の内部を負圧として、ノズル開口13から液体流路内のインクを気泡と共に吸引して吸引動作を行う。そして、上述のように、吸引動作を行いながらキャリッジ3を主走査方向に移動させることで、吸引手段130によって全てのノズル開口13の吸引動作を行うことができる。
【0040】
また、非印刷領域には、記録ヘッド10の吐出面をワイピングするゴム等で形成されたブレード部材140が設けられている。ブレード部材140は、記録ヘッド10の主走査方向の移動によりノズルプレート14の吐出面に弾性変形しながら摺接する高さで設けられており、記録ヘッド10を主走査方向に移動することで、吐出面をブレード部材140によってワイピングすることができる。
【0041】
さらに、インクジェット式記録装置Iには、詳しくは後述するが、当該インクジェット式記録装置Iの動作を制御する制御装置50が設けられている。
ここで、このような記録ヘッド10を制御する制御構成について説明する。なお、図5は、記録ヘッド10の制御構成を示すブロック図である。
図5に示すように、インクジェット式記録装置Iでは、実際に印刷を行う機構部となる記録ヘッド10と、記録ヘッド10のノズル開口13からインクを吸引する吸引手段130と、記録ヘッド10、攪拌手段100及び吸引手段130の動作を制御する制御装置50とを具備する。
【0042】
制御装置50は、印刷制御手段51、印刷位置制御手段52、吸引制御手段53及び攪拌制御手段54を有する。
印刷制御手段51は、記録ヘッド10の印刷動作を制御し、例えば、印刷信号の入力に伴って記録ヘッド10に設けられた駆動回路29を介して圧電素子16に駆動パルスを印加して、記録ヘッド10にインクを吐出させる。
印刷位置制御手段52は、記録ヘッド10の印刷時やクリーニング動作時(キャップ部材131による吸引動作やブレード部材によるワイピング動作)の主走査方向及び副走査方向の位置決めを行う。詳しくは、印刷位置制御手段52は、駆動モーター6を駆動してキャリッジ3を主走査方向に移動することで記録ヘッド10の主走査方向の位置決めを行い、図示しない紙送りモーターを駆動してプラテン8を回転し記録シートSを副走査方向に移動することで記録シートSに対する記録ヘッド10の副走査方向の位置決めを行っている。
印刷位置制御手段52は、印刷時には記録ヘッド10が搭載されたキャリッジ3を主走査方向に移動させながら、記録シートSを副走査方向に移動させる。また、クリーニング動作時には、記録ヘッド10が搭載されたキャリッジ3を非印刷領域に移動することで、ブレード部材によるワイピングや、非印刷領域に設けられた吸引手段130による吸引動作等を行わせる。
【0043】
吸引制御手段53は、吸引手段130の吸引動作を制御する。すなわち、吸引制御手段53は、所定のタイミングで吸引手段130の吸引装置133を動作させて、吸引手段130による記録ヘッド10のノズル開口13近傍のインクを吸引する吸引動作を行わせる。詳しくは、吸引制御手段53は、印刷位置制御手段52を介して記録ヘッド10をキャップ部材131に相対向する位置に移動し、記録ヘッド10をキャップ部材131でキャッピングさせて吸引装置133を駆動することで吸引動作を行わせる。
【0044】
また、本実施形態では、キャップ部材131は、複数のノズル開口13の全てを覆う大きさではなく、1個から複数個のノズル開口13を選択的に覆う大きさで設けられている。したがって、吸引動作時には、キャップ部材131と記録ヘッド10とをノズル開口13の並設された方向に相対的に移動させながら行う。記録ヘッド10(キャリッジ3)を主走査方向に移動することで、キャップ部材131に対して相対移動させる。このような方法によれば、キャップ部材131のキャッピング面積を小さくすることができるため、キャップ部材131を小型化することができ、インクジェット式記録装置Iを小型化することができる。
【0045】
攪拌制御手段54は、記録ヘッド10からインクが吐出されるタイミング、すなわち、印刷制御手段51から印刷信号が出力されるタイミングに合わせて、攪拌手段100の移動手段110の圧力調整手段111の駆動を停止して、攪拌部用圧力室40内を大気開放することで、攪拌部101をノズル開口13側から離反させる(図2参照)。また、攪拌制御手段54は、印刷が行われない時、すなわち、印刷制御手段51から印刷信号が出力されない時には、圧力調整手段111を駆動することで、攪拌部用圧力室40内に圧力の印加および開放を繰り返すことで、攪拌部101でノズル開口13および圧力発生室11のインクを攪拌する(図3参照)。
【0046】
ちなみに、攪拌部101を動かす際には、圧力調整手段111を停止して攪拌部用圧力室40を大気開放するだけではなく、攪拌部用圧力室40を負圧とするように内部の気体を吸引するようにすれば、攪拌部101の攪拌動作を短時間で且つ確実に行わせることができる。
【0047】
以上説明したように、本実施形態では、ノズル開口13が連通するノズル開口連通路22内を記録ヘッド10に設けられた攪拌手段100によって攪拌する。所望のタイミングでノズル開口13および圧力発生室11のインクの攪拌をすることで、非印刷時のノズル開口13近傍のインクの凝集、沈降を抑制して、吐出結果に濃度ムラや歪み、色再現性の悪化、微粒子密度不均一等の品質の劣化を抑制することができる。
また、ノズル開口13において、凝集、沈降した微粒子による目詰まりが発生することを抑制することができる。
さらに、従来のように、定期的にノズル開口13および圧力発生室11のインクをキャップ部材131によって吸引することにより、インクの凝集、沈降を抑制する方法と比較すると、無駄にするインクを少なくすることができる。
【0048】
(実施形態2)
図6は、本発明の実施形態2に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図7は、図6の要部を拡大した断面図である。なお、上述した実施形態1と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図6に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド10A(以下、記録ヘッド10Aとも言う)には、攪拌手段100Aとして、攪拌部101Aと、移動手段110Aと、を具備する。
【0049】
攪拌部101Aは、図7(a)に示すように、振動板15(第2の薄肉部39)が変形していない状態では、ノズル開口13近傍まで届く大きさで設けられている。
図6において、移動手段110Aは、攪拌部用圧力室40と、圧力調整手段111Aと、攪拌部用圧力室40と圧力調整手段111Aとを連通する連通路41及び管部材112と、を具備する。
圧力調整手段111Aは、攪拌部用圧力室40の気体を吸引する、例えば、真空ポンプ等からなり、図7(b)に示すように、圧力調整手段111Aが攪拌部用圧力室40内の気体を吸引することで、攪拌部用圧力室40内を負圧にする。
【0050】
このように、攪拌部用圧力室40を負圧にすることで、第2の薄肉部39を変形させて、攪拌部101Aをノズル開口13から離反させ、ノズル開口13および圧力発生室11を攪拌することができる。
【0051】
(実施形態3)
図8は、本発明の実施形態3に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図9は、実施形態3に係るインクジェット式記録ヘッドの動作を示す要部拡大断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図8に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド10B(以下、記録ヘッド10Bとも言う)の攪拌手段100Bは、攪拌部101Aと、移動手段110Bと、を具備する。
【0052】
移動手段110Bは、攪拌部用圧力室40と、送風ポンプ等からなる圧力調整手段111と、連通路41と、管部材112と、攪拌部用圧力室40と外部とを連通する外部連通孔42と、を具備する。
このような移動手段110Bでは、図9に示すように、圧力調整手段111によって攪拌部用圧力室40内に気体を送風すると、攪拌部用圧力室40に送風された気体は、外部連通孔42を介して外部に排出される。このとき、第2の薄肉部39は、ベルヌーイの定理によって負圧となり、第2の薄肉部39は、攪拌部用圧力室40内に引き込まれ、攪拌部101Aがノズル開口13側から離反される。また、圧力調整手段111による送風を停止することで、攪拌部101Aはノズル開口13側に近づく。
このように、送風の有無の切り替えを行うことで、攪拌部101Aが動き、結果として、ノズル開口13および圧力発生室11を攪拌することができる。
【0053】
(実施形態4)
図10は、本発明の実施形態4に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図11は、実施形態4のインクジェット式記録ヘッドの動作を示す要部拡大断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図10に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド10C(以下、記録ヘッド10Cとも言う)には、攪拌手段100Cが設けられ、攪拌手段100Cは、攪拌部101Aと、移動手段110Cと、を具備する。
【0054】
移動手段110Cは、第2の薄肉部39に設けられた磁性材料からなる吸着板113と、吸着板113を電磁力で吸着する電磁石114と、を具備する。
吸着板113は、振動板15の第2の薄肉部39のヘッドケース32側に設けられた鉄等の磁性材料からなる。
また、電磁石114は、ヘッドケース32の攪拌部用圧力室40Aの吸着板113に相対向する位置に、吸着板113と離反した位置に設けられたものである。
【0055】
そして、図11に示すように、電磁石114の電磁力によって吸着板113を吸着することで、攪拌部101Aをノズル開口13側から離反させる。また、電磁石114による吸着板113の吸着を解除することで、図10に示すように、攪拌部101Aはノズル開口13側に近づく。
【0056】
このように、電磁石114の吸着板113への吸着と解除の切り替えを行うことで、攪拌部101Aが動き、結果として、ノズル開口13および圧力発生室11を攪拌することができる。
なお、記録ヘッド10Cに上述した実施形態1の攪拌部101を設けた場合には、電磁石114の電磁力によって、吸着板113が電磁石114と反発するように、吸着板113として永久磁石や電磁石等を設けるようにすればよい。
【0057】
(実施形態5)
図12は、本発明の実施形態5に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図12に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド10D(以下、記録ヘッド10Dとも言う)においては、攪拌部101Aの移動手段として、振動板15の変形を用いる。
図12に示すように、振動板15の動きが攪拌部101Aに伝わりやすい構造にする。
圧電素子16に非吐出パルスを印加することで、振動板15の変形が生じ、攪拌部101Aも同期して動き、結果として、ノズル開口13および圧力発生室11を攪拌することができる。
【0058】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
また、上述した各実施形態では、流路(圧力発生室11)に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、圧電体層25と個別内部電極26及び共通内部電極27と交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子16を例示したが、圧力発生手段は、特にこれに限定されるものではない。例えば、圧電体層25と個別内部電極26及び共通内部電極27とを交互に積層させて積層方向の一端部を島部に当接させる横振動型の圧電素子を用いるようにしてもよい。
【0059】
また、圧力発生手段としては、例えば、下電極、圧電材料からなる圧電体層及び上電極を成膜及びリソグラフィー法によって形成した薄膜型の圧電素子を用いてもよく、また、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電素子を使用することもできる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるものなども使用することができる。
【0060】
また、上述したインクジェット式記録装置Iでは、複数の記録ヘッド10を有するヘッドユニット1がキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、記録ヘッド10が固定されて、紙等の記録シートSを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
【0061】
また、上述した例では、複数の記録ヘッド10を有するヘッドユニット1をインクジェット式記録装置Iに搭載するようにしたが、ヘッドユニット1には、それぞれ1つの記録ヘッド10が搭載されていてもよく、また、単数又は複数の記録ヘッド10が直接インクジェット式記録装置Iに搭載されていてもよい。
【0062】
なお、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【符号の説明】
【0063】
I…インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、1…インクジェット式記録ヘッドユニット(液体噴射ヘッドユニット)、10,10A,10B,10C…インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、11…圧力発生室、12…流路形成基板、13…ノズル開口、16…圧電素子(圧力発生手段)、30…回路基板、50…制御装置、54…攪拌制御手段、100,100A,100B,100C…攪拌手段、101,101A…攪拌部、110,110A,110B,110C…移動手段、111,111A,111B…圧力調整手段、113…吸着板、114…電磁石。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体を噴射するノズル開口と、
該ノズル開口に連通する液体流路内に圧力変化を生じさせて、前記ノズル開口から液体を噴射させる圧力発生手段と、
前記液体流路内に設けられて、前記ノズル開口および前記液体流路内の液体を攪拌させる攪拌手段と、を具備する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項2】
前記攪拌手段は、攪拌制御手段によって制御されると共に、
前記攪拌制御手段は、前記ノズル開口から液体を噴射しないときに、前記攪拌手段によって前記ノズル開口および前記液体流路内の液体を攪拌する
ことを特徴とする請求項1記載の液体噴射ヘッド。
【請求項3】
前記圧力発生手段が、前記液体流路の一部を画成する振動板を変位させるものであり、前記振動板は、前記ノズル開口に相対向し、前記圧力発生手段の駆動により振動しない領域まで延設され、
前記攪拌手段は、前記液体流路内で、前記ノズル開口に相対向する前記振動板の領域に設けられた攪拌部と、
該攪拌部が設けられた領域の前記振動板を変形させる移動手段と、を具備する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の液体噴射ヘッド。
【請求項4】
前記攪拌部は、円錐形状又は漏斗状であり、
それらの頂点が、前記ノズル開口に相対向する前記振動板の領域に接着されている
こと特徴とする請求項3記載の液体噴射ヘッド。
【請求項5】
前記移動手段が、前記振動板の前記攪拌部が設けられた側とは反対側に設けられた攪拌部用圧力室と、該攪拌部用圧力室内の圧力を調整する圧力調整手段と、を具備する
ことを特徴とする請求項3又は4記載の液体噴射ヘッド。
【請求項6】
前記移動手段が、前記振動板の前記攪拌部が設けられた領域に設けられた磁性材料からなる吸着板と、前記振動板の前記攪拌部が設けられた側とは反対側に設けられ、前記吸着板と相対向する電磁石と、前記吸着板と前記電磁石の着脱を調整する調整手段と、を具備する
ことを特徴とする請求項3又は4記載の液体噴射ヘッド。
【請求項7】
請求項1〜6の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを複数具備する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドユニット。
【請求項8】
請求項7記載の液体噴射ヘッドユニットを具備する
ことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項9】
請求項1〜6の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備する
ことを特徴とする液体噴射装置。

【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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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公開番号】特開2012−161979(P2012−161979A)
【公開日】平成24年8月30日(2012.8.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−23653(P2011−23653)
【出願日】平成23年2月7日(2011.2.7)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】