特許 6302401 インクジェットヘッドおよびプリンタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6302401

(24)【登録日】2018年3月9日

(45)【発行日】2018年3月28日

(54)【発明の名称】インクジェットヘッドおよびプリンタ

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20180319BHJP

   B41J 2/155 20060101ALI20180319BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20180319BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/14 501

   B41J2/155

   B41J2/14 303

   B41J2/14 607

   B41J2/01 305

   B41J2/01 401

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-246075(P2014-246075)

(22)【出願日】2014年12月4日

(65)【公開番号】特開2016-107477(P2016-107477A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2016年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000235

【氏名又は名称】特許業務法人 天城国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 伊左雄

【審査官】 加藤 昌伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−２５４４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００６７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９６１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５４１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０００９５６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−１８７３４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｊ ２／０１ − ２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
この基板にノズル配列方向にピッチを隔てて平行な複数の隔壁を前記ノズル配列方向と交差する方向に複数配列して持つ圧電体と、
この圧電体の外側に前記基板上に設けられた枠体と、
この枠体および前記複数の隔壁によって複数列形成される圧力室の列毎に前記ノズル配列方向で半ピッチずつずらして形成され、それぞれ前記圧力室毎に前記ピッチと同じピッチで前記交差する方向に形成された複数の吐出口を有するノズルプレートと、を備えたインクジェットヘッド。

【請求項2】

前記圧電体は、
前記ノズルプレートの裏面と、前記複数の隔壁のうちの前記ノズル配列方向で隣接する前記隔壁の対と、これらの隔壁間の溝底と、これらの隔壁の隔壁面及び溝底に設けられた導電膜とを備える請求項１記載のインクジェットヘッド。

【請求項3】

それぞれ主走査方向にピッチを隔てて平行な複数の隔壁を前記主走査方向と交差する副走査方向に複数配列して持つ圧電体、基板上の枠体および前記圧電体によって複数列形成される圧力室の列毎に前記主走査方向で半ピッチずつずらして形成され、それぞれ前記圧力室毎に前記ピッチと同じピッチで前記副走査方向に形成された複数の吐出口を有するノズルプレートを有するインクジェットヘッドと、
記録媒体を相対的に前記インクジェットヘッドへ搬送する搬送ローラと、
この搬送ローラを駆動制御するコントローラと、を備えたプリンタ。

【請求項4】

前記コントローラは、前記搬送ローラによる前記副走査方向の前記記録媒体の紙送りピッチに前記副走査方向の前記吐出口の穴開き個数を乗じた値を前記主走査方向の印字ピッチとする請求項３記載のプリンタ。

【請求項5】

前記コントローラは、前記搬送ローラによる前記副走査方向の前記記録媒体の紙送りピッチと前記主走査方向の印字ピッチとが同じである場合、同じピクセルについて前記圧電体の各圧力室を前記副走査方向の前記吐出口の穴開き個数と等しい回数、吐出駆動する請求項３又は請求項４記載のプリンタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

一実施形態はインクジェットヘッドおよびプリンタに関する。

【背景技術】

【0002】

インクジェットヘッドは圧力室でインクを加圧し吐出口から液滴を噴射する。関連技術に係るプリンタは、ノズル径を大きくさせる方法により大きな液滴量のインクを吐出させる。あるいは関連技術に係るプリンタは一つのアクチュエータに複数のノズルを形成させる。複数のノズルを形成させる方法として圧力発生室毎に複数のノズル開口群を設けたノズルプレートを有する液体噴射ヘッドが知られている（例えば特許文献１参照）。この液体噴射ヘッドは少ない液体量で噴射対象物上の領域を画素で埋めるための複数のノズル開口を設けている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２３３８７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のインクジェットヘッドの吐出口の配列では、濃度印刷と印刷速度を両立することができない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

このような課題を解決するため、一実施形態によれば、基板と、この基板にノズル配列方向にピッチを隔てて平行な複数の隔壁を前記ノズル配列方向と交差する方向に複数配列して持つ圧電体と、この圧電体の外側に前記基板上に設けられた枠体と、この枠体および前記複数の隔壁によって複数列形成される圧力室の列毎に前記ノズル配列方向で半ピッチずつずらして形成され、それぞれ前記圧力室毎に前記ピッチと同じピッチで前記交差する方向に形成された複数の吐出口を有するノズルプレートと、を備えたインクジェットヘッドが提供される。

【0006】

また、別の一実施形態によれば、それぞれ主走査方向にピッチを隔てて平行な複数の隔壁を前記主走査方向と交差する副走査方向に複数配列して持つ圧電体、前記基板上の枠体および前記圧電体によって複数列形成される圧力室の列毎に前記主走査方向で半ピッチずつずらして形成され、それぞれ前記圧力室毎に前記ピッチと同じピッチで前記副走査方向に形成された複数の吐出口を有するノズルプレートを有するインクジェットヘッドと、記録媒体を相対的に前記インクジェットヘッドへ搬送する搬送ローラと、この搬送ローラを駆動制御するコントローラと、を備えたプリンタが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。

【図2】（ａ）は一実施形態に係るインクジェットヘッドに用いられるヘッド本体の平面図である。（ｂ）はそのヘッド本体の縦断面図である。

【図3】一実施形態に係るインクジェットヘッドに用いられるヘッド本体の別の縦断面図である。

【図4】一実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレートの平面図である。

【図5】一実施形態に係るプリンタの構成図である。

【図6】（ａ）は一実施形態に係るインクジェットヘッドによる液滴着弾後の記録媒体面を示す図である。（ｂ）は関連技術に係るインクジェットヘッドによる液滴着弾後の記録媒体面を示す図である。

【図7】一実施形態の変形例に係るインクジェットヘッドのノズルプレートの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施の形態に係るインクジェットヘッドおよびプリンタについて、図１乃至図７を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

【0009】

（一実施形態）
図１は本実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。インクジェットヘッド１０は、ノズル配列方向に配列された複数の吐出口１１の列を４列形成したヘッド本体１２と、ヘッド本体１２にインクを供給／排出するマニフォールド１３と、ヘッド本体１２のヘッド面の向きを固定するための基準プレート（データムプレート）１４と、ヒートシンク１５、１６とを備えている。ノズル配列方向とはヘッド本体１２の同図左右の長尺方向を指す。

【0010】

図２（ａ）は本実施形態に係るインクジェットヘッドのヘッド本体１２の平面図であり、例えば６００本のアクチュエータ１８のうちの数本が示されている。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＡ´に沿う縦断面図である。図３は図２（ａ）のＢＢ´に沿う縦断面図であり、天地が図１の例とは反対にして示す。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。

【0011】

本実施形態に係るインクジェットヘッドは、基板３５と、この基板３５にノズル配列方向にノズルピッチＰ（ピッチ）を隔てて平行な複数の隔壁１７をノズル配列方向と直交する印字送り方向に複数配列して持つアクチュエータ１８の列（圧電体）と、これらのアクチュエータ１８の列の外側にこの基板３５上に設けられた枠体１９とを備えている。このインクジェットヘッドは、この枠体１９およびアクチュエータ１８の列によって２列形成される圧力室２０の列毎にノズル配列方向で半ピッチずつずらして形成され、それぞれ圧力室２０毎にノズルピッチＰと同じピッチで印字送り方向に形成された複数の吐出口１１を有するノズルプレート２１とを備えている。半ピッチとはノズルピッチＰの１／２を指す。

【0012】

基板３５は絶縁性の基板面を有するベースプレートであり、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が用いられる。２つの圧電部材２２がこの基板３５上に平行に位置する。図３のように各圧電部材２２には複数の隔壁１７及び溝が交互に複数形成されている。一つの圧電部材２２は２枚の圧電板２３、２４が厚さ方向で張り合わせられている。圧電板２３、２４の分極方向は互いに逆である。圧電板２３、２４には圧電定数が高いＰＺＴ（ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ：チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられる。

【0013】

アクチュエータ１８は圧電アクチュエータである。アクチュエータ１８は、ノズルプレート２１の裏面と、一対の対向する隔壁１７の対と、隔壁１７間の溝底と、これらの隔壁１７の隔壁面及び溝底に設けられた導電膜２５とを備える。アクチュエータ１８毎に導電膜２５が設けられる。各導電膜２５は基板３５から、ヒートシンク１５、１６（図１）上の４つのドライバＩＣ３２の何れかに電気的に接続される（図１では２つのドライバＩＣ３２が示されている）。

【0014】

また、図２の枠体１９は２つの圧電部材２２をその内側に設ける。枠体１９の外側にはマスクプレート３４（図１）が装着されてもよい。ノズルプレート２１はこのプレート下方より枠体１９によって支持される。

【0015】

図４は本実施形態に係るインクジェットヘッドのノズルプレート２１の平面図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。アクチュエータ１８毎に２つの吐出口１１が設けられる。吐出口１１の配置はヘッド副走査方向に沿う。副走査方向の吐出口１１の間隔は主走査方向のドットピッチＰと同じである。ヘッド副走査方向とは紙の縦送り方向又は印字送り方向を指す。第１の吐出口列の２つの隣接する吐出口１１間のピッチと、第２の吐出口列の２つの隣接する吐出口１１間のピッチとが互いに半ピッチずれている。第１の吐出口列とは上下４列の吐出口１１の列のうちの上側２列である。下側２列が第２の吐出口列である。

【0016】

また、図２の枠体１９の内側面、基板３５の主面及びノズルプレート２１の裏面によってインクの共通液室２６、２７、２８が形成される。共通液室２６、２７、２８と各圧力室２０との間でインクが流れる。共通液室２７はインク供給用に複数の貫通穴２９に連通する。共通液室２６はインク排出用の複数の貫通穴３０に連通する。共通液室２８はインク排出用の複数の貫通穴３１に連通する。各貫通穴２９、各貫通穴３０、各貫通穴３１はマニフォールド１３（図１）に連通する。

【0017】

図１のマニフォールド１３はその内部にインク供給路と２系統のインク排出路とを有する。インク供給路はプリンタ５０（図５）のインク供給管に連通する、各インク排出路はそれぞれプリンタ５０側のインク排出管に連通する。各ドライバＩＣ３２はケーブル３３を介してプリンタ５０との間で信号を授受する。全てのアクチュエータ１８は個別に制御可能である。

【0018】

図５は本実施形態に係るプリンタの構成図である。プリンタ５０はインクジェットヘッド１０を用いてインクを吐出させるカラーインクジェットプリンタである。プリンタ５０は、コントローラ４０、カセット５２、トレイ５３、搬送ローラ（搬送ローラ対）５５、６１、搬送部５６を備えている。搬送ローラ５５、６１は搬送部５６の一部である。

【0019】

コントローラ４０は紙送り制御を行う。コントローラ４０は各ドライバＩＣ３２との間で制御信号を授受する。カセット５２は筐体５１下部に設けられ用紙Ｍ（記録媒体）をその中にセットされる。トレイ５３は筐体５１上部に設けられる。ドラム５４は用紙Ｍをドラム外周面上に保持して回る。

【0020】

搬送ローラ５５は用紙Ｍを相対的にインクジェットヘッド５８Ｃ、５８Ｍ、５８Ｙ、５８Ｂへ搬送する。搬送ローラ５５はカセット５２から用紙Ｍをピックアップし、インクジェットヘッド５８Ｃ、５８Ｍ、５８Ｙ、５８Ｂの回転移動方向に搬送する。搬送ローラ５５の周速度は副走査方向の用紙Ｍの紙送り速度が例えば１５０ｄｐｉになるように制御される。コントローラ４０が搬送部５６を駆動制御する。

【0021】

プリンタ５０は、ドラム５４の外周面に沿って時計回り方向で上流側から下流側に向かって順番に、保持機構５７、画像形成部５８、除電剥離部５９、クリーナ６０を備える。

【0022】

保持機構５７は用紙Ｍをドラム５４の外周面上に吸着させる。画像形成部５８は用紙Ｍに画像を形成する。除電剥離部５９は用紙Ｍを除電する。クリーナ６０はドラム５４を清掃する。

【0023】

画像形成部５８が、シアン用のインクジェットヘッド５８Ｃ、マゼンダ用のインクジェットヘッド５８Ｍ、イエロー用のインクジェットヘッド５８Ｙ、及びブラック用のインクジェットヘッド５８Ｂを有する。インクジェットヘッド５８Ｃ、５８Ｍ、５８Ｙ及び５８Ｂはそれぞれインクジェットヘッド１０の構成と同様である。

【0024】

コントローラ４０は搬送ローラ５５による副走査方向の用紙Ｍの紙送り速度１５０ｄｐｉに副走査方向の吐出口の穴開き個数２を乗じた値を主走査方向の印字密度としている。印字密度とは、プリンタ５０が印字できる細かさであり、１インチ（又は１ｍｍ）当たりのドット数で表される値である。つまりコントローラ４０は副走査方向の紙送り速度１５０ｄｐｉを主走査方向の印字密度３００ｄｐｉの１／２に設定している。インクジェットヘッド５８Ｍ、５８Ｙ及び５８Ｂの構成もインクジェットヘッド５８Ｃの例と同じである。

【0025】

次に上述の構成を有するプリンタ５０の動作を説明する。

【0026】

ユーザインターフェース４１へのユーザ操作を契機としてコントローラ４０が印刷ジョブを生成する。コントローラ４０は印刷されるべきデータを生成する。

【0027】

インクジェットヘッド５８Ｃは、一つの吐出口１１について電圧駆動信号を印加する。圧電板２３、２４が変形し、変形が元通りになる。隔壁１７の湾曲変形によって圧力室２０の容積が拡張する。又は容積は縮小する。インクの液圧の加圧によってインクジェットヘッド５８Ｃは用紙Ｍへ液滴を噴射する。

【0028】

図６（ａ）はインクジェットヘッド５８Ｃによる液滴着弾後の用紙Ｍの紙面を示す図である。同図、横及び縦（紙送り方向）の各方向は、主走査方向、副走査方向である。例えばインクジェットヘッド５８Ｃによる主走査方向の印字密度は３００ｄｐｉである。搬送部５６による副走査方向の印字密度は１５０ｄｐｉである。縦横各方向に同じ値を持つドットピッチＰは８４．５μｍである。一つの丸形は着弾した液滴を表す。静止したインクジェットヘッド５８Ｃは、液滴をこのインクジェットヘッド５８Ｃに対して相対移動する用紙Ｍに噴射する。インクジェットヘッド５８Ｃに対する用紙Ｍの副走査方向への移動により、画像データが印刷される。インクジェットヘッド５８Ｍ、５８Ｙ及び５８Ｂの動作もインクジェットヘッド５８Ｃの例と同じである。

【0029】

図６（ｂ）は関連技術に係るインクジェットヘッドによる液滴着弾後の用紙Ｍの紙面を示す図である。一つのアクチュエータについて１つの吐出口を持つノズルプレートによる例である。図６（ａ）の紙送り速度と同じ紙送り速度による着弾結果例が示されている。関連技術によるインクジェットヘッドによる主走査方向の印字密度は３００ｄｐｉである。プリンタ搬送機構による副走査方向の印字密度は１５０ｄｐｉである。関連技術に係る何れか単色のインクジェットヘッドでは、図６（ｂ）のように主走査方向のドットラインが紙送り方向で一列おきに着弾する。ドットラインが存在しない部分が生じる。関連技術では印字密度よりも低い印字密度しか得られない。

【0030】

プリンタ５０による印字密度は、図６（ａ）のように、ドットラインが紙送り方向で全てのライン上に着弾する。１ノズルである場合、ヘッド副走査方向の画素を埋めることができない。一方、プリンタ５０によれば、全てのドットラインの画素を埋めることができる。

【0031】

（変形例）
図７は変形例に係るインクジェットヘッドのノズルプレートの平面図である。既述の符号や記号は上述したそれらと同じ要素を表す。

【0032】

上記実施形態ではアクチュエータ１８毎に２個の吐出口１１が設けられていた。実施の形態に係るインクジェットヘッドおよびプリンタはノズルプレート４２を用いてもよい。ノズルプレート４２はアクチュエータ１８毎に３個の吐出口１１を有する。

【0033】

コントローラ４０は搬送部５６による副走査方向の用紙Ｍの紙送り速度１００ｄｐｉを主走査方向の印字密度３００ｄｐｉの１／３に設定する。プリンタは図６（ａ）の例と同様に動作する。

【0034】

上記実施形態及びその変形例では、インクジェットヘッド１０をプリンタ５０の筐体５１に静止したものであったが、インクジェットヘッド１０をプリンタ筐体に対して主走査方向に移動させてもよい。

【0035】

以上を総括すると、プリンタ５０はインクジェットヘッド５８Ｃ、５８Ｍ、５８Ｙ及び５８Ｂ（以下、インクジェットヘッド５８Ｃ等と言うことがある）のそれぞれの横ピッチと同じピッチでノズルを縦に配列する。もしくはプリンタ５０は印刷時の解像度に応じ、走査ピッチと同じピッチでノズルを配列する。プリンタ５０に要求される印字速度に応じて、インクジェットヘッド５８Ｃ等のノズル数は増加されてもよい。

【0036】

アクチュエータ１８毎に印字送り方向で２個のノズル（吐出口１１）が形成される。図５ではヘッド１列としての印字密度が１５０ｄｐｉのとき、インクジェットヘッド５８Ｃ等としての印字密度は２列分の３００ｄｐｉである。インクジェットヘッド５８Ｃ等としてのノズル間距離は約８４．５μｍである。印字方向側のノズル間隔も同様に８４．５μｍで配置される。紙送り、もしくはヘッド副走査方向の印字ピッチを１５０ｄｐｉとしても、画素を埋めることができる。

【0037】

上記実施形態では図６（ａ）のように印字ピッチ（印字密度）が１５０ｄｐｉであったが、プリンタ５０は印字ピッチを３００ｄｐｉとしてもよい。印字ピッチを３００ｄｐｉとした場合、インクジェットヘッド５８Ｃ等は同じピクセルについて２回液滴を吐出させる。高濃度な発色が可能になる。つまり搬送ローラ５５による副走査方向の用紙Ｍの紙送り速度３００ｄｐｉと主走査方向の印字密度３００ｄｐｉとが同じである場合、コントローラ４０は、同じピクセルについてアクチュエータ列毎に各アクチュエータ１８を２回、吐出駆動する。２回とは副走査方向の吐出口１１の穴開き個数と等しい。

【0038】

更に印字ピッチを３００ｄｐｉよりも大きくする高速化を求められる場合、本実施形態に係るプリンタは、同じピッチでノズル数が多いノズルプレートを用いてもよい。上記実施形態では、コントローラ４０は要求値として印字密度３００ｄｐｉを確保するために、紙送り速度１５０ｄｐｉを印字密度３００ｄｐｉの１／２、あるいは紙送り速度３００ｄｐｉを印字密度３００ｄｐｉの等倍、あるいは紙送り速度３００ｄｐｉを印字密度３００ｄｐｉの１／３にそれぞれ設定しているが、コントローラ４０は印字密度を３００ｄｐｉよりも大きくして高速にプリンタ５０を動作させてもよい。例えば印字密度４００ｄｐｉを確保するため、コントローラ４０が搬送ローラ５５による副走査方向の用紙Ｍの紙送り速度と主走査方向の印字密度とを４００ｄｐｉで共に同じにする場合、同じピクセルについて各アクチュエータ１８を副走査方向の吐出口１１の穴開き個数と等しい回数、吐出駆動するように制御する。印字密度６００、１２００ｄｐｉのいずれかの場合も、印字密度４００ｄｐｉの例と同じである。

【0039】

本実施形態に係るプリンタは濃度印刷及び高速印刷の両立を実現することができる。一般に紙送り速度あるいはヘッド送り速度が同じである条件下で、プリンタがより高い濃度の印刷を実現するためには、大きい液滴量のインクを吐出させることが必要である。プリンタにはノズル径を大きくさせる方法や、あるいは一つのアクチュエータ当たりの吐出口の開口数を増やすこと、吐出回数を増やすこと等が求められる。

【0040】

しかし、関連技術に係るプリンタはドット密度を稼ぐことはできても、印字を高速化することができない。ノズル径を大きくすることだけでは印刷品質に影響するからである。関連技術では紙送り速度あるいはヘッド送り速度を上げることができない。関連技術に係るプリンタは、紙送り速度あるいはヘッド送り速度を上げた場合、ドットラインを全てカバリングすることができない。印刷品質が劣化する。関連技術では、濃度印刷と印刷速度（高濃度印刷と高速印刷）とを両立することができない。

【0041】

本実施形態に係るインクジェットヘッドおよびプリンタによれば、インクジェットヘッド１０がアクチュエータ１８毎に２個の吐出口１１を縦横同じノズルピッチＰで配列する。プリンタ５０側で紙送り速度を上げたとしても、紙送り速度に応じて画素を埋めることができる。

【0042】

また、本実施形態に係るプリンタが、ヘッド本体１２を主走査方向に移動させてもよい。本実施形態に係るプリンタは、ヘッド送り速度が上げられたとしても、ヘッド送り速度に応じて画素を埋めることができる。本実施形態に係るインクジェットヘッドおよびプリンタによれば、濃度印刷と印刷速度（高濃度印刷と高速印刷）とを両立することができる。

【0043】

機能性インクの使用によって画像形成以外の他の各種印刷分野に本実施形態に係るインクジェットヘッドおよびプリンタを適用できる。高濃度印刷や高速印刷の要求が高いセラミック向け印刷に特に有効である。

【0044】

吐出口１１の配列は２列（図４）や３列（図７）に限定されるものではなく、１列あるいは４列以上であっても良い。種々変更可能であり、これらの変更をして実施したに過ぎない実施品に対して実施形態に係るインクジェットヘッドおよびプリンタの優位性は何ら損なわれるものではない。

【0045】

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

【符号の説明】

【0046】

１０、５８Ｃ、５８Ｍ、５８Ｙ、５８Ｋ…インクジェットヘッド、１６…ヒートシンク、１７…隔壁、１８…アクチュエータ、１９…枠体、２０…圧力室、２１、４２…ノズルプレート、２２…圧電部材（圧電体）、２５…導電膜、３５…基板、４０…コントローラ、５０…プリンタ、５５…搬送ローラ、５６…搬送部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】