JP2007015178A - Liquid discharge head and image forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液体吐出装置及び画像形成装置に係り、特に、圧電素子の変位を利用して吐出口より液体を吐出する液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting apparatus and an image forming apparatus, and more particularly to a liquid ejecting head and an image forming apparatus that eject liquid from an ejection port using displacement of a piezoelectric element.
一般に、インクジェット記録装置では、ホストコンピュータから入力された印刷用の画像データを展開してなるドットパターンデータ(「ドットデータ」或いは「印字データ」ともいう。)に基づいて、ヘッドが有する多数のノズルからそれぞれ所定のタイミングでインク滴を吐出させ、これらの各インク滴が記録紙等のメディアに着弾し付着することにより印刷が行われる。 In general, in an ink jet recording apparatus, a number of nozzles of a head are based on dot pattern data (also referred to as “dot data” or “print data”) obtained by developing print image data input from a host computer. Then, ink droplets are ejected at predetermined timings, and printing is performed when these ink droplets land and adhere to a medium such as recording paper.
従来より、インクジェット記録装置に搭載されるヘッドに様々な冷却手段を備えたものが提案されている。例えば、特許文献1では、ヘッド内の温度をコントロールするために、ヘッドユニットに送風機が設けられている。また、特許文献2では、ヘッドの駆動回路を冷却するために、放熱器が駆動回路に取り付けられている。
しかしながら、この種のヘッドには圧電素子等の吐出素子が多数設けられており、吐出素子による発熱が問題になることがある。例えば、圧電素子が過度に発熱した状態になると圧電素子の変位特性が悪くなり、インク吐出が不安定になって画質の低下を招く恐れがある。また、圧電素子の劣化を招いて寿命を短くしてしまう。特に、高粘度インクが用いられる場合には、一般的な粘度のインクを吐出する場合と比較して高い駆動電圧が各吐出素子に印加されるため、各吐出素子の発熱量が大きくなる。また、一方では、高粘度インクを短い吐出周期(高吐出周波数)で吐出することができるリフィル性に優れたヘッドを実現することも要求されている。 However, this type of head is provided with a large number of ejection elements such as piezoelectric elements, and heat generation by the ejection elements may cause a problem. For example, when the piezoelectric element is excessively heated, the displacement characteristics of the piezoelectric element are deteriorated, and ink ejection may become unstable, leading to a decrease in image quality. In addition, the piezoelectric element is deteriorated and the life is shortened. In particular, when high-viscosity ink is used, a higher driving voltage is applied to each ejection element compared to the case of ejecting general viscosity ink, so that the amount of heat generated by each ejection element increases. On the other hand, it is also required to realize a head with excellent refilling property that can discharge high-viscosity ink with a short discharge cycle (high discharge frequency).
さらに、メディアの幅方向に対応する長さのノズル列を持ったラインヘッドでは、高速スループットが重視されるため、各吐出素子は連続駆動を強いられることが多くヘッド全体での発熱量が大きくなる。また、局所的にインク吐出が頻度に行われるノズルとインク吐出がほとんど行われないノズルが存在してしまい、吐出素子毎の発熱量が異なり、ヘッドの吐出特性に変化が生じ、画像むら等が生じる場合がある。 Furthermore, in a line head having a nozzle row having a length corresponding to the width direction of the medium, since high-speed throughput is important, each discharge element is often forced to continuously drive, and the amount of heat generated by the entire head increases. . In addition, there are nozzles that eject ink locally and nozzles that eject little ink, the amount of heat generated by each ejection element is different, changes occur in the ejection characteristics of the head, and image unevenness occurs. May occur.
特許文献1では、ヘッド全体の温度をコントロールするだけであり、ヘッド内の吐出素子に対する放熱を効果的に行うことはできない。
In
特許文献2では、放熱器は駆動回路を冷却するだけであり、ヘッド内の吐出素子に対する放熱はできない。 In Patent Document 2, the radiator only cools the drive circuit, and cannot radiate heat to the ejection elements in the head.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、リフィル性に優れ、且つ、安定したインク吐出を可能にする液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid discharge head and an image forming apparatus that are excellent in refilling properties and enable stable ink discharge.
上記目的を達成するために請求項1に係る発明は、液体を吐出する複数の吐出口と、前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室の前記吐出口が形成される側とは反対側に設けられ、前記複数の圧力室のそれぞれを変形する圧電素子と、前記圧力室の前記吐出口が形成される側とは反対側に前記複数の圧力室に液体を供給する共通液室と、前記圧電素子が配置される面に対して略垂直方向に、その少なくとも一部が前記共通液室内を前記圧電素子が配置される面に対して略垂直方向に立ち上がるように形成され、少なくとも電気伝導性及び熱伝導性を有する部材を含み、前記圧電素子が発生する熱を放熱する放熱素子と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
In order to achieve the above object, the invention according to
本発明によれば、共通液室と各圧力室が略真っ直ぐに連通する簡易な構成になり、リフィル性が向上する。また、各圧電素子は放熱素子により放熱されるので、液体吐出ヘッドの吐出特性が変化することなく安定吐出が可能になり、圧電素子の劣化を防止することができる。 According to the present invention, the common liquid chamber and each pressure chamber have a simple configuration in which the common liquid chamber and the pressure chamber communicate with each other substantially straight, and the refilling property is improved. Further, since each piezoelectric element is radiated by the heat radiating element, stable ejection is possible without changing the ejection characteristics of the liquid ejection head, and deterioration of the piezoelectric element can be prevented.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の液体吐出ヘッドであって、前記放熱素子は、前記圧電素子を駆動するための配線部材を兼ねていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the liquid discharge head according to
請求項2の態様は、あらたに配線部材を設けることがなく、液体吐出ヘッドの構成が簡易になる。 According to the second aspect of the present invention, the wiring member is not newly provided, and the configuration of the liquid discharge head is simplified.
請求項3に係る発明は、請求項1又は請求項2に記載の液体吐出ヘッドであって、前記放熱素子は、前記液体吐出ヘッド外部の大気中、及び、前記液体吐出ヘッド内部の前記液体中の少なくとも一方に前記圧電素子が発生する熱を放熱することを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the liquid discharge head according to
請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記液体吐出ヘッドの中央部側の前記放熱素子の熱伝導率は、前記液体吐出ヘッドの端部側の前記圧電素子の熱伝導率より大きく構成されていることを特徴とする。 The invention according to a fourth aspect is the liquid ejection head according to any one of the first to third aspects, wherein the thermal conductivity of the heat radiating element on the center side of the liquid ejection head is the liquid ejection head. It is configured to be larger than the thermal conductivity of the piezoelectric element on the end side of the discharge head.
請求項4の態様は、液体吐出ヘッドの端部側より中央部側の方の圧電素子の駆動頻度が多く中央部側の発熱量が大きい場合に有効である。特に、ラインヘッドに対して好適な態様である。 The aspect of claim 4 is effective when the driving frequency of the piezoelectric element closer to the center side than the end side of the liquid discharge head is high and the heat generation amount on the center side is large. In particular, this is a preferred embodiment for a line head.
請求項5に係る発明は、請求項4に記載の液体吐出ヘッドであって、前記液体吐出ヘッドの中央部側の前記放熱素子の断面積は、前記液体吐出ヘッドの端部側の前記圧電素子の断面積より大きく構成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the liquid discharge head according to claim 4, wherein the cross-sectional area of the heat radiating element on the center side of the liquid discharge head is the piezoelectric element on the end side of the liquid discharge head. It is characterized by being configured to be larger than the cross-sectional area.
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記放熱素子は、電気伝導性及び熱伝導性を有する芯材と、電気絶縁性及び熱伝導性を有する被覆材とから構成されることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the liquid ejection head according to any one of the first to fifth aspects, wherein the heat radiating element includes a core material having electrical conductivity and thermal conductivity, It is comprised from the coating | covering material which has insulation and heat conductivity.
また、上記目的を達成するために、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。
In order to achieve the above object, an image forming apparatus comprising the liquid ejection head according to any one of
本発明によれば、共通液室と各圧力室が略真っ直ぐに連通する簡易な構成になり、リフィル性が向上する。また、各圧電素子は放熱素子により放熱されるので、液体吐出ヘッドの吐出特性が変化することなく安定吐出が可能になり、圧電素子の劣化を防止することができる。 According to the present invention, the common liquid chamber and each pressure chamber have a simple configuration in which the common liquid chamber and the pressure chamber communicate with each other substantially straight, and the refilling property is improved. Further, since each piezoelectric element is radiated by the heat radiating element, stable ejection is possible without changing the ejection characteristics of the liquid ejection head, and deterioration of the piezoelectric element can be prevented.
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図1は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置10は、黒(K),シアン(C),マゼンタ(M),イエロー(Y)の各インクに対応して設けられた複数のインクジェットヘッド(以下、ヘッドという。)12K,12C,12M,12Yを有する印字部12と、各ヘッド12K,12C,12M,12Y(液体吐出ヘッド)に供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、被吐出媒体たる記録紙16を供給する給紙部18と、記録紙16のカールを除去するデカール処理部20と、前記印字部12のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙16の平面性を保持しながら記録紙16を搬送する吸着ベルト搬送部22(搬送手段)と、印字部12による印字結果を読み取る印字検出部24と、記録済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部26と、を備えている。
[Overall configuration of inkjet recording apparatus]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the ink
インク貯蔵/装填部14は、各ヘッド12K,12C,12M,12Yに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド12K,12C,12M,12Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
The ink storage /
図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
In FIG. 1, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される記録媒体の種類(メディア種)を自動的に判別し、メディア種に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。 When multiple types of recording paper are used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records paper type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Thus, it is preferable to automatically determine the type of recording medium (media type) to be used and perform ink ejection control so as to realize appropriate ink ejection according to the media type.
給紙部18から送り出される記録紙16はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム30で記録紙16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
The
ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター(第1のカッター)28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録紙16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。
In the case of an apparatus configuration that uses roll paper, a cutter (first cutter) 28 is provided as shown in FIG. 1, and the roll paper is cut into a desired size by the
デカール処理後、カットされた記録紙16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラ31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する部分が水平面(フラット面)をなすように構成されている。
After the decurling process, the
ベルト33は、記録紙16の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴(不図示)が形成されている。図1に示したとおり、ローラ31、32間に掛け渡されたベルト33の内側において印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ34が設けられており、この吸着チャンバ34をファン35で吸引して負圧にすることによって記録紙16がベルト33上に吸着保持される。
The
ベルト33が巻かれているローラ31、32の少なくとも一方にモータ(図7中符号88)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1上の時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録紙16は図1の左から右へと搬送される。
When the power of the motor (reference numeral 88 in FIG. 7) is transmitted to at least one of the
縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
Since ink adheres to the
なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
Although a mode using a roller / nip conveyance mechanism instead of the suction
吸着ベルト搬送部22により形成される用紙搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録紙16に加熱空気を吹き付け、記録紙16を加熱する。印字直前に記録紙16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
A
印字部12の各ヘッド12K,12C,12M,12Yは、当該インクジェット記録装置10が対象とする記録紙16の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ(描画可能範囲の全幅)にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている(図2参照)。
Each of the
図2に示すように、ヘッド12K,12C,12M,12Yは、記録紙16の送り方向に沿って上流側から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の色順に配置され、それぞれのヘッド12K,12C,12M,12Yが記録紙16の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
As shown in FIG. 2, the
吸着ベルト搬送部22により記録紙16を搬送しつつ各ヘッド12K,12C,12M,12Yからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙16上にカラー画像を形成し得る。
A color image can be formed on the
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド12K,12C,12M,12Yを色別に設ける構成によれば、紙送り方向(副走査方向)について記録紙16と印字部12を相対的に移動させる動作を1回行うだけで(即ち1回の副走査で)、記録紙16の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
As described above, according to the configuration in which the full-line heads 12K, 12C, 12M, and 12Y having nozzle rows that cover the entire width of the paper are provided for each color, the
ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いる。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、(1)全ノズルを同時に駆動するか、(2)ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、(3)ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向(記録紙の搬送方向と直交する方向)に1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される1ライン(帯状領域の長手方向)の示す方向を主走査方向という。 Here, the main scanning direction and the sub-scanning direction are used in the following meaning. That is, when driving the nozzles with a full line head having a nozzle row corresponding to the full width of the recording paper, (1) whether all the nozzles are driven simultaneously or (2) whether the nozzles are driven sequentially from one side to the other (3) The nozzles are divided into blocks, and each nozzle is driven sequentially from one side to the other for each block, and the width direction of the paper (perpendicular to the conveyance direction of the recording paper) Nozzle driving that prints one line (a line made up of a single row of dots or a line made up of a plurality of rows of dots) in the direction of scanning is defined as main scanning. A direction indicated by one line (longitudinal direction of the belt-like region) recorded by the main scanning is called a main scanning direction.
一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。 On the other hand, by relatively moving the above-described full line head and the recording paper, printing of one line (a line formed by one line of dots or a line composed of a plurality of lines) formed by the above-described main scanning is repeatedly performed. Is defined as sub-scanning. A direction in which sub-scanning is performed is referred to as a sub-scanning direction. After all, the conveyance direction of the recording paper is the sub-scanning direction, and the direction orthogonal to it is the main scanning direction.
また本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。更に、記録紙16上でインクと処理液とを反応させてインク色材を凝集させる2液系のシステムでは、インクを吐出させるヘッドに加えて処理液を吐出させる処理液吐出ヘッドを追加する構成もある。
Further, in this example, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink colors and the number of colors is not limited to this embodiment, and light ink, dark ink, and special color ink are used as necessary. May be added. For example, it is possible to add an ink jet head that discharges light ink such as light cyan and light magenta. Also, the arrangement order of the color heads is not particularly limited. Further, in the two-liquid system in which the ink and the processing liquid are reacted on the
図1に示した印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサを含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
The
本例の印字検出部24は、少なくとも各ヘッド12K,12C,12M,12Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)がライン状に配列されたRセンサ列と、緑(G)の色フィルタが設けられたGセンサ列と、青(B)の色フィルタが設けられたBセンサ列と、からなる色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が2次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
The
各色のヘッド12K,12C,12M,12Yにより印字されたテストパターン又は実技画像が印字検出部24により読み取られ、各ヘッドの吐出判定が行われる。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定などで構成される。
A test pattern or practical image printed by the
印字検出部24の後段には後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
A
多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパーの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。 When printing on porous paper with dye-based ink, the weather resistance of the image is improved by preventing contact with ozone or other things that cause dye molecules to break by pressurizing the paper holes with pressure. There is an effect to.
後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ45で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
A heating /
こうして生成されたプリント物は排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成される。
The printed matter generated in this manner is outputted from the
また、図1には示さないが、本画像の排出部26Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
Although not shown in FIG. 1, the
〔ヘッドの構造〕
次に、ヘッドの構造について説明する。色別の各ヘッド12K,12C,12M,12Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号50によってヘッドを示すものとする。
[Head structure]
Next, the structure of the head will be described. Since the structures of the
図3は、ヘッド50(液体吐出ヘッド)を簡略化して表示した平面透視図であり、図4は、ヘッド50の他の構造例を表す平面透視図である。図5は、図3に示したヘッド50の1つの吐出素子(1つのノズル51に対応したインク室ユニット)の拡大図である。
FIG. 3 is a plane perspective view showing the head 50 (liquid ejection head) in a simplified manner, and FIG. 4 is a plane perspective view showing another structural example of the
記録紙16上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド50におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド50は、図3に示したように、インク滴の吐出口であるノズル51と、各ノズル51に対応する圧力室52等からなる複数の吐出素子(インク室ユニット)53を千鳥でマトリクス状(2次元的)に配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向(紙送り方向と直交する方向)に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。
In order to increase the dot pitch printed on the
具体的には、記録紙16の搬送方向と略直交する方向(主走査方向)に沿う行方向及び、該主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。即ち、本例のヘッド50は、該列方向に沿って並べられた複数の吐出素子を有する吐出素子群53Aを主走査方向に沿って複数並べた構造を有している。図3に示す態様では、1つの吐出素子群53Aは6つの吐出素子53を有している。
Specifically, along a row direction along a direction (main scanning direction) substantially orthogonal to the conveyance direction of the
記録紙16の送り方向と略直交する方向に記録紙16の全幅に対応する長さにわたり1列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図3の構成に代えて、図4に示すように、複数のノズル51が2次元に配列された短尺のヘッドブロック50’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙16の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
The configuration in which one or more nozzle rows are configured over a length corresponding to the entire width of the
図5に示すように、各ノズル51に対応して設けられている圧力室52は、その平面形状が概略正方形となっている。圧力室52の一の隅部にはノズル51が設けられ、ノズル51に対向する他の隅部には外側に延びるように形成された供給インクの流入口(供給口)54が設けられている。
As shown in FIG. 5, the
また、圧力室52に略重なるようにして、圧電素子(アクチュエータ)58が設けられている。圧電素子58のノズル51側隅部は外側に突出するように形成されており、その端部には圧電素子58の放熱を行うための放熱素子60が設けられている。
A piezoelectric element (actuator) 58 is provided so as to substantially overlap the
図6は、図5中6−6線に沿う断面図である。同図に示すように、圧力室52に相当する空間が形成されるキャビティプレート61の片面(図6の下面)はノズル51が形成されるノズルプレート62が接合され、その反対側の面は供給口54の一部に相当する孔部が形成された振動板56が接合される。圧力室52の一端はノズル51に連通し、他端は供給口54を介して共通液室55に連通する。
6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 in FIG. As shown in the figure, the
共通液室55は、圧力室52のノズル51が形成される側と反対側、具体的には、振動板56を挟んで圧力室52の反対側に共通液室55が配置されている。このような共通液室55の配置構成は、共通液室55から圧力室52に対してほぼ真っ直ぐ連通する簡易な構成になる。これにより、リフィル性が向上し、高粘度インクの吐出が可能になる。共通液室55はインク供給源たるインクタンク(図6中不図示、図8中符号64として記載)と連通しており、インクタンク64から供給されるインクは図6の共通液室55を介して各圧力室52に分配供給される。
The
振動板56の圧力室52側の反対側の表面の圧力室52に対応する位置には、個別電極57を備えた圧電素子(アクチュエータ)58が接合されている。振動板56はSUS等の導電部材により構成されており、圧電素子58の共通電極を兼ねている。共通液室55内のインクに接液する圧電素子58や振動板56などの表面には樹脂等の絶縁・保護膜(不図示)が形成されている。尚、振動板56の圧電素子58側の表面に共通電極となる電極層を形成しておいてもよい。
A piezoelectric element (actuator) 58 including an
図6の圧電素子58(個別電極57)の左端には、(圧電素子58が配置される)振動板56に対して略垂直方向に、共通液室55を立ち上がるように形成された略円柱状の放熱素子60が設けられている。放熱素子60は、圧電素子58を駆動するための配線部材を兼ねており、芯材である内部配線部材60A及びその表面を覆う被覆材60Bから構成される。放熱素子60(内部配線部材60A)の一端(図6の下端)は圧電素子58上面の個別電極57に接続され、他端(図6の上端)は共通液室55上方の天板59を介して外部配線63に接続される。外部配線63は駆動回路(ヘッドドライバ)(図6中不図示、図9中符号84として記載)に接続されており、画像データに応じた駆動信号(駆動電圧)が放熱素子60(内部配線部材60A)を介して圧電素子58(個別電極57)に供給されるように構成されている。尚、放熱素子60は、ヘッド50の剛性を確保する観点から、図6の如く、圧力室隔壁52Aに対応する位置に配置されていることが好ましい。
At the left end of the piezoelectric element 58 (individual electrode 57) in FIG. 6, a substantially cylindrical shape formed so as to rise up the
本例で用いられる内部配線部材60Aは、電気伝導性及び熱伝導性を有する材料で構成される。熱伝導率は物質の構成粒子の移動又は衝突などによって熱運動のエネルギーが伝えられていく機構で決定される。金属は自由電子による大きな熱伝導率kを有し、ウィーデマン-フランツの法則(Wiedeman-Franzの法則)により、電気伝導率σとの間に、k=LTσ(但し、Lはローレンツ係数、Tは絶対温度である)という関係が成り立つ。即ち、電気伝導率σが高ければ(即ち、抵抗率が低ければ)、熱伝導率kは高くなる。従って、内部配線部材60Aの抵抗率は十分低い値であることが好ましく、特に、抵抗率が100[×10-3μΩm]未満であることが好ましい。
The
これに対して、本例で用いられる被覆材60Bは、電気絶縁性及び熱伝導性を有する材料で構成される。被覆材60Bは、絶縁性の高い(即ち、抵抗率が高い)材質であることが好ましく、特に、抵抗率が106 [Ωm]より大きい材質であることがより好ましい。また、被覆材60Bの熱伝導率は、熱を内部配線部材60Aから外部へ伝達するために内部配線部材60Aと同等程度若しくはそれ以上であることが望ましい。
On the other hand, the covering
このような内部配線部材60A及び被覆材60Bで構成される放熱素子60によって、共通液室55内のインクに対する電気絶縁性を保ちつつ、圧電素子58が発生する熱の一部は共通液室55内のインクに放熱される。ヘッド内ではインク吐出(又は排出)によってインクが適度に循環するため、放熱素子60から共通液室55内のインクに放熱された熱が蓄積されず、ヘッド内のインク温度が過度に上昇することなく、圧電素子58を冷却することができる。更に、圧電素子58が発生する熱の他の一部は放熱素子60(内部配線部材60A)を介して外部配線63に伝達され、ヘッド外部の大気雰囲気中に放熱される。そのため、ヘッド内部及び外部のいずれか一方に放熱する場合に比べて、圧電素子58に対する放熱効果が優れたものになっている。尚、空気の熱伝導率(0.02 [W/(m・K)])は金や銅などの金属と比較して極端に低いため、大気との接触面積が大きくなるように外部配線63の表面積を大きくすることが好ましい。
A part of the heat generated by the
図7は、共通液室55内の放熱素子60の配置構成を簡略化して表示した平面図である。図5及び図6に示したように、放熱素子60は圧力室52に対応する圧電素子58毎に設けられる。即ち、図3に示した吐出素子53の配列パターンと同様に、記録紙16の搬送方向と略直交する方向(主走査方向)に沿う行方向及び、該主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に放熱素子60を多数配列させた構造となっている。
FIG. 7 is a plan view showing a simplified arrangement of the
かかる構成により、駆動回路84から外部配線63及び放熱素子60(内部配線部材60B)を介して駆動電圧(駆動信号)が圧電素子58(個別電極57)に印加されると、圧電素子58が変形して圧力室52の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル51からインクが吐出される。そして、インク吐出後、共通液室55から供給口54を通って新しいインクが圧力室52に供給される。
With this configuration, when a drive voltage (drive signal) is applied from the
圧電素子58の駆動時に生じる熱は、放熱素子60によって、ヘッド内部(共通液室55内)のインクやヘッド外部の大気雰囲気中に放熱される。これにより、圧電素子58の過度の発熱が抑止され、ヘッド50の吐出特性が変化することなく安定吐出が可能になり、また、圧電素子58の劣化を抑えることができる。
Heat generated when the
本実施形態では、共通液室55を立ち上がるように形成された放熱素子60(内部配線部材60A)が圧電素子58を駆動するための配線部材を兼ねるため、ヘッド50の構成を複雑にすることなく、圧電素子58が配置される面に比べて共通液室55上方に配線スペースを十分に確保することができ、高密度配線の実装が可能となっている。
In the present embodiment, since the heat dissipating element 60 (
また、ヘッド50の構成部材、特に、圧電素子58が配置される振動板56や、共通液室55の上面を構成する天板59などをSUS等のように熱伝導率の高い部材で構成することが好ましく、圧電素子58の放熱を更に効率良く行うことができる。
Further, the constituent members of the
〔インク供給系の構成〕
図8は、インクジェット記録装置10におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク64はヘッド50にインクを供給する基タンクであり、図1で説明したインク貯蔵/装填部14に設置される。インクタンク64の形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。なお、図8のインクタンク64は、先に記載した図1のインク貯蔵/装填部14と等価のものである。
[Configuration of ink supply system]
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the ink supply system in the
図8に示したように、インクタンク64とヘッド50の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ65が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下(一般的には、20μm程度)とすることが好ましい。図8には示さないが、ヘッド50の近傍又はヘッド50と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。
As shown in FIG. 8, a
また、インクジェット記録装置10には、ノズル51の乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ69と、ノズル面50Aの清掃手段としてのクリーニングブレード66とが設けられている。これらキャップ69及びクリーニングブレード66を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によってヘッド50に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置からヘッド50下方のメンテナンス位置に移動される。
Further, the
キャップ69は、図示せぬ昇降機構によってヘッド50に対して相対的に昇降変位される。電源OFF時や印刷待機時にキャップ69を所定の上昇位置まで上昇させ、ヘッド50に密着させることにより、ノズル面50Aをキャップ69で覆う。
The
クリーニングブレード66は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬブレード移動機構によりヘッド50のインク吐出面(ノズル板表面)に摺動可能である。ノズル板にインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード66をノズル板に摺動させることでノズル板表面を拭き取り、ノズル板表面を清浄する。
The
印字中又は待機中において、特定のノズルの使用頻度が低くなり、ノズル近傍のインク粘度が上昇した場合、その劣化インクを排出すべくキャップ69に向かって予備吐出が行われる。
During printing or standby, when a specific nozzle is used less frequently and the ink viscosity in the vicinity of the nozzle increases, preliminary discharge is performed toward the
また、ヘッド50内のインク(圧力室52内)に気泡が混入した場合、ヘッド50にキャップ69を当て、吸引ポンプ67で圧力室52内のインク(気泡が混入したインク)を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク68へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッド50への装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇(固化)した劣化インクの吸い出しが行われる。
When air bubbles are mixed in the ink in the head 50 (in the pressure chamber 52), the
ヘッド50は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用の圧電素子58が動作してもノズル51からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で(圧電素子58の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で)、インク受けに向かって圧電素子58を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面50Aの清掃手段として設けられているクリーニングブレード66等のワイパーによってノズル板表面の汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル51内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。
If the
また、ノズル51や圧力室52に気泡が混入したり、ノズル51内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、以下に述べる吸引動作を行う。
In addition, if bubbles are mixed into the
即ち、ノズル51や圧力室52のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル51内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、圧電素子58を動作させてもノズル51からインクを吐出できなくなる。このような場合、ヘッド50のノズル面50Aに、圧力室52内のインクをポンプ等で吸い込む吸引手段を当接させて、気泡が混入したインク又は増粘インクを吸引する動作が行われる。
That is, when bubbles are mixed in the ink in the
但し、上記の吸引動作は、圧力室52内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。
However, since the above suction operation is performed on the entire ink in the
〔制御系の説明〕
図9は、インクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置10は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、画像メモリ74、ROM75、モータドライバ76、ヒータドライバ78、プリント制御部80、画像バッファメモリ82、ヘッドドライバ84等を備えている。
[Explanation of control system]
FIG. 9 is a principal block diagram showing the system configuration of the
通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース70にはUSB、IEEE1394、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(不図示)を搭載してもよい。
The
ホストコンピュータ86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置10に取り込まれ、一旦画像メモリ74に記憶される。画像メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
Image data sent from the
システムコントローラ72は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置10の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。即ち、システムコントローラ72は、通信インターフェース70、画像メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78等の各部を制御し、ホストコンピュータ86との間の通信制御、画像メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ88やヒータ89を制御する制御信号を生成する。
The
ROM75には、システムコントローラ72のCPUが実行するプログラム及び制御に必要な各種データや制御パラメータなどが格納されている。なお、ROM75は、書換不能な記憶素子(記憶手段)であってもよいし、EEPROMのような書換可能な記憶素子であってもよい。画像メモリ74は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びCPUの演算作業領域としても利用される。
The
モータドライバ76は、システムコントローラ72からの指示にしたがってモータ88を駆動するドライバである。ヒータドライバ78は、システムコントローラ72からの指示にしたがって後乾燥部42等のヒータ89を駆動させるためのドライバである。モータ88にはベルト吸着搬送部22のローラ31,32を駆動するモータなどの複数のモータが含まれており、ヒータ89は後乾燥部42に設けられるヒータなど複数のヒータが含まれている。
The
プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、画像メモリ74内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字データ(ドットデータ)をヘッドドライバ84に供給する制御部である。プリント制御部80において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ84を介してヘッド50のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
The
プリント制御部80には画像バッファメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ82に一時的に格納される。なお、図9において画像バッファメモリ82はプリント制御部80に付随する態様で示されているが、画像メモリ74と兼用することも可能である。また、プリント制御部80とシステムコントローラ72とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。
The
ヘッドドライバ84はプリント制御部80から与えられるドットデータに基づいて各色のヘッド12K,12C,12M,12Yの圧電素子58を駆動する。ヘッドドライバ84にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
The
印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース70を介して外部から入力され、画像メモリ74に蓄えられる。この段階では、RGBの画像データが画像メモリ74に記憶される。
Image data to be printed is input from the outside via the
画像メモリ74に蓄えられた画像データは、システムコントローラ72を介してプリント制御部80に送られ、該プリント制御部80において既知のディザ法、誤差拡散法などの手法によりインク色ごとのドットデータに変換される。即ち、プリント制御部80は、入力されたRGB画像データをKCMYの4色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部80で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ82に蓄えられる。
The image data stored in the
ヘッドドライバ84は、画像バッファメモリ82に記憶されたドットデータに基づき、ヘッド50の各圧電素子58を駆動するための信号を出力するヘッドドライバ84から出力された駆動信号がヘッド50に加えられることによって、ヘッド50からインクが吐出される。記録紙16の搬送速度に同期してヘッド50からのインク吐出を制御することにより、記録紙16上に画像が形成される。
The
印字検出部24は、図1で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙16に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況(吐出の有無、打滴のばらつきなど)を検出し、その検出結果をプリント制御部80に提供する。
As described with reference to FIG. 1, the
プリント制御部80は、必要に応じて印字検出部24から得られる情報に基づいてヘッド50に対する各種補正を行う。また、システムコントローラ72は、印字検出部24から得られる情報に基づいて、予備吐出や吸引その他の所定の回復動作を実施する制御を行う。
The
〔ヘッド駆動方法の説明〕
次に、本例のインクジェット記録装置10におけるヘッド50の駆動方法について説明する。図10は、インクジェット記録装置10のヘッド駆動に関係する主要な回路の要部構成図である。
[Description of head drive method]
Next, a method for driving the
インクジェット記録装置10に搭載される回路基板100には、通信インターフェースIC102、CPU104、ROM75、RAM108、ラインバッファ110、及びプリント制御部(ヘッドコントローラ)80が実装されている。
A
通信インターフェースIC102は、図9において符号70で示した通信インターフェースに相当する。図10のCPU104は、図9で説明したシステムコントローラ72として機能する。図10のRAM108は、図9で説明した画像メモリ74として機能し、図10のラインバッファ110は、図9の画像バッファメモリ82として機能する。なお、ラインバッファ110に代えて、又はこれと併用してメモリ114を具備してもよい。メモリ114はRAM108の一部を共用することも可能である。
The
図10に示したプリント制御部80は、図9のヘッドドライバ84に相当する吐出駆動部116を備えている。プリント制御部80は、スイッチIC120(吐出駆動選択手段)を介してヘッド50(放熱素子60及び圧電素子58)に電気的に接続されている。スイッチIC120は、シリアル/パラレル(S/P)変換回路及びスイッチアレイ(図13に符号134で図示)を含んで構成される。この回路基板100には電源回路124が接続されており、該電源回路124から各回路ブロックに電力が供給されるようになっている。
The
図11には、プリント制御部80に含まれる駆動回路130の基本的な構成を示す。図11に示すように、駆動回路130は、D/A変換器126、帰還回路(フィードバックループ)127Aを含むアンプ回路127、充放電回路128、トランジスタを含むプッシュプル回路129等から構成される。駆動回路130の出力部130Aには、図10のスイッチIC120に含まれるスイッチ素子120Aを介して放熱素子60及び圧電素子58が直列的に接続される。出力部130Aから出力される駆動信号 (駆動電圧)は、各スイッチ素子120Aを切換制御することで、放熱素子60及び圧電素子58に供給される。
FIG. 11 shows a basic configuration of the
図12には、駆動回路130からスイッチICを介して複数(m個)の放熱素子60-1〜60-m及びそれらに直列的に接続される圧電素子58-1〜58-m に駆動信号を選択的に供給するための基本構成を示す。
In FIG. 12, a drive signal is sent from the
図12の駆動回路130は、図10のプリント制御部80から出力されるデジタル波形データをアナログ信号に変換するD/A変換器126(図11に図示)を含む波形発生回路132と、波形発生回路132の出力レベルに応じて駆動波形を増幅するアンプ回路127及びプッシュプル回路129’を含んで構成される。即ち、プリント制御部80から出力された駆動波形のデジタル波形データは波形生成回路132に入力され、波形生成回路132において入力波形データに応じたアナログ波形信号に変換される。このアナログ波形信号は、アンプ回路127で所定のレベルに増幅され、プッシュプル回路129’を用いて電力増幅された後、駆動信号として出力される。
The
なお、図11に示すプッシュプル回路129にはバイポーラトランジスタを用いる態様を示したが、図12に示すプッシュプル回路129’のようにバイポーラトランジスタに代わりFETを用いる構成も可能である。図12の駆動回路130では、波形生成回路132には図11のD/A変換器126を含み、図11の充放電回路128は省略されている。
Note that the push-
駆動回路130の出力部130Aから出力された駆動信号は、各スイッチIC120のCOMポートに入力され、スイッチ素子120A-1〜120A-mを選択的に切り換えることで、各スイッチ素子120A-1〜120A-mに接続される放熱素子60-1〜60-m 及びそれらに直列的に接続される各圧電素子58-1〜58-mに選択的に供給される。
The drive signal output from the
ここで、図13を用いてスイッチIC120の構成を詳説する。図13に示すように、プリント制御部80は、ホストコンピュータ86(図9参照)から与えられた画像情報に基づいて、ドットパターンに展開された印字データを生成するとともに、シリアル伝送のクロック信号(CLK)及びラッチタイミングを制御するラッチ信号(LAT)を生成する。図13のプリント制御部80で生成された印字データは、クロック信号CLKに同期してクロック信号CLKとともに印字シリアルデータSDとしてシフトレジスタ140に伝送(シリアル伝送)される。シフトレジスタ140に記憶された印字データは、プリント制御部80から出力されるラッチ信号LATに基づいてラッチ回路142によってラッチされる。
Here, the configuration of the
ラッチ回路142でラッチされた信号はレベル変換回路144においてスイッチ素子120A-1〜120A-mを駆動可能な所定の電圧値に変換される。このレベル変換回路144の出力信号によって、スイッチ素子120A-1〜120A-mのON/OFFが制御される。
The signal latched by the
図14は、インクジェット記録装置10に複数の駆動回路130が搭載される場合の構成例である。図14に示すように、各駆動回路130は、波形生成回路132、アンプ回路127、プッシュプル回路129’を含んで構成される。各駆動回路130から出力された駆動信号は、各駆動回路130の出力部130Aに接続されるスイッチIC120を介して各放熱素子60及びそれらに直列的に接続される圧電素子58に選択的に供給される。尚、図14の駆動回路130及びスイッチIC120は、図12に示す駆動回路130及びスイッチIC120と同一の構成であり、ここでは説明を省略する。
FIG. 14 shows a configuration example when a plurality of
図15(a) は、吐出用共通駆動波形の一例を示した波形図である。図15(a) に示すように、この吐出用共通駆動波形160は、小ドットの液滴(例えば、3pl)を吐出させるための第1波形要素161と中ドットの液滴(例えば、6pl) を吐出させるための第2波形要素162とを連続的に繋げた構成から成り、この第1波形要素161と第2波形要素162とを組み合わせた波形が周期T1 で繰り返される。
FIG. 15A is a waveform diagram showing an example of a common drive waveform for ejection. As shown in FIG. 15A, the discharge
吐出用共通駆動波形160のうち第1波形要素161を圧電素子58に印加することにより、小ドットの液滴が吐出され、第2波形要素162のみを印加することによって中ドットの液滴が吐出される。また、第1波形要素161と第2波形要素162とを連続して圧電素子58に印加することにより、大ドットの液滴(例えば、9pl) が吐出される。
By applying the
なお、吐出する液滴体積に応じて吐出周期T1 内で駆動波形の印加タイミング(吐出タイミング)が変わるが、この時間差による小ドット、中ドットの着弾位置の差は記録媒体上において実質的に画像の一画素とみなせる範囲内である。 Note that the drive waveform application timing (ejection timing) varies within the ejection cycle T1 depending on the volume of the ejected droplet. The difference in the landing positions of small dots and medium dots due to this time difference is substantially the same on the recording medium. Within a range that can be regarded as one pixel.
図12乃至図14で説明したスイッチIC120を制御することにより、各吐出素子53に対応する圧電素子58に対して、図15(a) に示した第1波形要素161又は第2波形要素162を選択的に印加することが可能である。
By controlling the
図15(b) は、小ドット吐出時に圧電素子58に印加される波形を示し、同図(c) は中ドット吐出時に印加される波形、同図(d) は大ドット吐出時に印加される波形を示す。
FIG. 15B shows a waveform applied to the
図15(b) 〜(d) の各波形図において、A1 〜A4 、B1 〜B4 、C1 〜C4 で示した部分について、文字「A」〜「C」を代表して「n」(n=A,B,C)で表すことにすると、「n1 」はメニスカスの静定、「n2」はメニスカス引き込み、「n3」はメニスカス引き出し(すなわち吐出)、「n4」は次の吐出準備の状態にそれぞれ対応している。 In each of the waveform diagrams of FIGS. 15 (b) to 15 (d), “n” (n = n = representing the letters “A” to “C”) for the portions indicated by A1 to A4, B1 to B4, and C1 to C4. A, B, and C), “n1” is the meniscus stabilization, “n2” is the meniscus pull, “n3” is the meniscus pull (ie, discharge), and “n4” is the next discharge ready state. Each corresponds.
印字データに基づいて吐出を行うノズル(駆動される吐出素子53)と、吐出を行わないノズル(駆動されない吐出素子53)とが決定され、駆動される吐出素子53に対応する圧電素子58に対しては、図15(b) 〜(d) のいずれかの駆動波形が印加される。
Based on the print data, a nozzle that performs ejection (driven ejection element 53) and a nozzle that does not perform ejection (undriven ejection element 53) are determined, and the
一方、駆動されない吐出素子53の一部又は全部に対応する圧電素子58に対しては、図15(e) に示すメニスカス微振動駆動波形163が印加される。このメニスカス微振動駆動波形163は、ノズル51からインクを吐出させない程度のエネルギーに抑えてメニスカスを振動させる波形であり、図15(a) に示した吐出用共通駆動波形160と比較して、振幅の小さい微振動波形要素が所定の周期T2で繰り返されるものとなっている。所定の周期の一例を挙げると、メニスカス微振動駆動波形163の周期T2を吐出用共通駆動波形160の周期T1の1/3とする態様がある。もちろん、メニスカス微振動駆動波形163の周期T2と吐出用共通駆動波形160の周期T1の関係はこの例に限定されない。メニスカス微振動駆動波形163の周期T2を吐出用共通駆動波形160の周期T1の1/N(ただし、Nは正の整数)とすることにより、メニスカス微振動駆動波形163の印加タイミングの制御が容易となり、制御上好ましい。
On the other hand, the meniscus slight
このように駆動されない吐出素子53の一部又は全部に対応する圧電素子58に対して上記のようなメニスカス微振動駆動波形163を印加することにより、吐出不良の要因となるメニスカスにおけるインクの増粘を未然に防止することができる。
By applying the meniscus
また、圧電素子58に対する駆動波形の印加によって圧電素子58が発熱するが、前述したように、放熱素子60によってヘッド外部の大気雰囲気中やヘッド内部(共通液室55内)のインクに放熱されるため、安定したインク吐出が可能である。
In addition, although the
尚、本実施形態では、好ましい態様として、駆動されない吐出素子53の一部又は全部に対応する圧電素子58にメニスカス微振動駆動波形163が印加される例を示したが、本発明の実施に際してはこれに限定されない。
In the present embodiment, an example in which the meniscus
次に、放熱素子60の変形例について説明する。
Next, a modified example of the
図16は、放熱素子60の形状や配置を変えた変形例であり、図7に示した各放熱素子60を紙送り方向(副走査方向)に略平行方向に並べて簡略的に表示した説明図である。ここでは、放熱素子60は内部配線部材62と等価であるものとして説明を行う。
FIG. 16 is a modified example in which the shape and arrangement of the
図16(a) では、ヘッド50(共通液室55)の長手方向に相当する主走査方向及びその短手方向に相当する副走査方向(紙送り方向)に放熱素子60が2次元的に配列されており、各放熱素子60の大きさ(断面積)は略均一に構成されている。
In FIG. 16A, the
これに対して、図16(b) では、一部の放熱素子60の大きさ(断面積)が変えられて構成されており、具体的には、ヘッド端部に比べてヘッド中央部の放熱素子60の大きさ(断面積)が大きくなっている。放熱素子60の抵抗値は、その長さ(配線長)に比例し、断面積に反比例する。従って、ヘッド中央部の放熱素子60は、ヘッド端部に比べて、抵抗値が小さくなっている(即ち、熱伝導率が大きくなっている)。
On the other hand, in FIG. 16B, the size (cross-sectional area) of some of the
一般的な画像においては、画像の中心となるヘッド中央部の圧電素子58はヘッド端部に比べて駆動頻度が多く、より多くの熱を発生しやすい傾向にある。そのため、ヘッド50の吐出特性が変化してしまい、ヘッド端部からヘッド中央部に徐々に濃度が変化するような画像むらが生じる場合がある。そこで、図16(b)に示した例のように、ヘッド端部に比べて、ヘッド中央部の放熱素子60の熱伝導率が方が大きくなるように構成することにより、ヘッド50内の圧電素子58の発熱分布を均一にすることができ、前記画像むらをなくすことができる。
In a general image, the
本例では、放熱素子60の大きさ(断面積)を変えることで熱伝導率を変えているが、本発明の実施に際してはこれに限定されず、例えば、放熱素子60を構成する材料を変えてもよいし、放熱素子60の長さ(配線長)を変えてもよい。尚、放熱素子60の形状や材質を変化させる場合には、外部配線63の配線長や配線幅を変化させることで全体の抵抗値を調整することが望ましい。
In this example, the thermal conductivity is changed by changing the size (cross-sectional area) of the
また、ヘッド50(共通液室55)内の放熱素子60の配置構成は上述した例に限定されず、図16(c) に示すように主走査方向に位相をずらして放熱素子60を配置してもよいし、図16(d) に示すように副走査方向に位相をずらして配置してもよい。
Further, the arrangement configuration of the
一般に、高粘度インク等を用いる場合には、外部で加温したインクをヘッド50(の共通液室55)に供給する。共通液室55のインク供給側に比べてインク排出側のインク温度が低くなり、また、共通液室55が本流と支流から構成される場合には本流側より支流側のインク温度が低くなる。そのため、共通液室55内のインク温度分布が均一となるように、共通液室55のインク供給側に比べてインク排出側の放熱素子60の熱伝導率を高く、共通液室55の本流側より支流側の放熱素子60の熱伝導率を高くすることが好ましい。
In general, when high viscosity ink or the like is used, the ink heated outside is supplied to the head 50 (the common liquid chamber 55). The ink temperature on the ink discharge side is lower than that on the ink supply side of the
以上説明したように、本実施形態のヘッド50は、圧力室52のノズル51側と反対側に共通液室55を配置した構成で、圧電素子58を駆動するための配線部材(内部配線)を兼ねる放熱素子60が共通液室55内に配置される。これにより、共通液室55から圧力室52に略真っ直ぐに連通する簡易な構成でリフィル性が向上し、高粘度インクの吐出に適し、且つ、圧電素子58が発生する熱をヘッド外部の大気雰囲気又はヘッド内部(共通液室55内)のインクに放熱でき、ヘッド50の吐出特性が変化することなく、安定したインク吐出が可能になる。
As described above, the
尚、上述した実施形態では、略円柱状に構成された放熱素子60を例示したが、これに限定されるものでない。例えば、略角柱状であってもよいし、圧電素子58側若しくはその反対側に向かって径が拡がるテーパ状であってもよい。また、図17に示す放熱素子60の他の変形例のように、放熱素子60を壁状に構成してもよい。この場合、放熱素子60の断面積が大きくなって抵抗率が低くなるので、熱伝導率が大きくなり、圧電素子58の放熱性が更に向上する。
In the above-described embodiment, the
また、発熱あるいは放熱によって生じるインクの温度(分布)変化を把握するために、ヘッド50内部(の共通液室55内)に放熱素子60と同様の構造を有するサーミスタ(不図示)を実装するようにしてもよい。インク温度を検出できるようにすることで、インク温度が上昇した場合には、インク温度を下げるために、圧電素子58に印加する駆動電圧を下げて圧電素子58の発熱を抑えたり、対応するノズル51の微振動駆動数や吐出駆動数などを減少させたりすることで、より一層、効果的に放熱を利用することができ、吐出安定化を図れる。また、サーミスタを放熱素子60と同様の構造とすることで、放熱素子60と同様に加工することができ、且つ、組立性も良くなる。サーミスタの実装数については、代表として1個でもよいが、ヘッドの局所的温度依存を正確に検出するには、ヘッド中央部とヘッド端部(周辺部)、インクの供給側と排出側、又は、本流側と支流側に設けてもよい。
Further, in order to grasp the temperature (distribution) change of the ink caused by heat generation or heat dissipation, a thermistor (not shown) having the same structure as the
尚、本実施形態では、ヘッド50が記録紙16の全幅に対応するノズル列を有するフルラインヘッドである場合の構成を例示したが、本発明の実施に際してはこれに限定されず、例えば、シャトル型ヘッドであってもよい。
In the present embodiment, the configuration in the case where the
以上、本発明の液体吐出ヘッド及び画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。 The liquid ejection head and the image forming apparatus of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications are made without departing from the gist of the present invention. Of course it is also good.
10…インクジェット記録装置、50…ヘッド、51…ノズル、52…圧力室、53…吐出素子、54…供給口、55…共通液室、56…振動板、57…個別電極、58…圧電素子、60…放熱素子、60A…内部配線部材、60B…被覆材、72…システムコントローラ、75…ROM、80…プリント制御部、104…CPU、108…RAM、116…吐出駆動部、120…スイッチIC、120A…スイッチ素子、130…駆動回路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の前記吐出口が形成される側とは反対側に設けられ、前記複数の圧力室のそれぞれを変形する圧電素子と、
前記圧力室の前記吐出口が形成される側とは反対側に前記複数の圧力室に液体を供給する共通液室と、
前記圧電素子が配置される面に対して略垂直方向に、その少なくとも一部が前記共通液室内を前記圧電素子が配置される面に対して略垂直方向に立ち上がるように形成され、少なくとも電気伝導性及び熱伝導性を有する部材を含み、前記圧電素子が発生する熱を放熱する放熱素子と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A plurality of outlets for discharging liquid;
A plurality of pressure chambers communicating with each of the plurality of discharge ports;
A piezoelectric element provided on the opposite side of the plurality of pressure chambers from the side on which the discharge ports are formed, and deforming each of the plurality of pressure chambers;
A common liquid chamber for supplying liquid to the plurality of pressure chambers on the opposite side of the pressure chamber from the side on which the discharge port is formed;
At least a part of the piezoelectric element is formed so as to rise in a direction substantially perpendicular to the surface on which the piezoelectric element is disposed, and at least part of the common liquid chamber rises in a direction substantially perpendicular to the surface on which the piezoelectric element is disposed. A liquid discharge head comprising: a member having heat conductivity and heat conductivity, and a heat dissipating element that dissipates heat generated by the piezoelectric element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2005197723A JP2007015178A (en) | 2005-07-06 | 2005-07-06 | Liquid discharge head and image forming device |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012061690A (en) * | 2010-09-15 | 2012-03-29 | Ricoh Co Ltd | Image forming device |
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- 2005-07-06 JP JP2005197723A patent/JP2007015178A/en active Pending
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