特許 7522595 インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

(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】

(24)【登録日】2024-07-17

(45)【発行日】2024-07-25

(54)【発明の名称】インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20240718BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20240718BHJP

   B05C 11/00 20060101ALI20240718BHJP

   B05C 11/10 20060101ALI20240718BHJP

   B41J 2/155 20060101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 301

B05C5/00 101

B05C11/00

B05C11/10

B41J2/155

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020116899

(22)【出願日】2020-07-07

(65)【公開番号】P2022014539

(43)【公開日】2022-01-20

【審査請求日】2023-06-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000107907

【氏名又は名称】セーレン株式会社

(72)【発明者】

【氏名】天方 穂高

【審査官】小宮山 文男

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－０７３７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２２４２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１５１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－３６５３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２６９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１４９８５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１０－２４１００３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５

Ｂ０５Ｃ ５／００

Ｂ０５Ｃ １１／００

Ｂ０５Ｃ １１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一側の面にインクを吐出する第一ノズル及び第二ノズルを含み、インクを収容するインク室と、
前記インク室内を進退動する第一ロッドと、
前記インク室内を進退動する第二ロッドと、
前記第一ロッドを進退動作させて前記第一ノズルからインクを吐出させる、第一圧電素子と、
前記第二ロッドを進退動作させて前記第二ノズルからインクを吐出させる、第二圧電素子と、
前記第一圧電素子の変位を拡大する第一変位拡大機構と、
前記第二圧電素子の変位を拡大する第二変位拡大機構と、
前記第一側とは反対方向となる第二側に、前記第一変位拡大機構及び前記第二変位拡大機構が固定される天板と、
前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子を冷却する冷却機構と、を備えており、
前記冷却機構は、
冷却されたエアーを前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に前記第一変位拡大機構及び前記第二変位拡大機構の各ベース部に設けられた貫通孔を通して吹きつける
インクジェットヘッド。

【請求項2】

前記第一変位拡大機構は、前記第一圧電素子が取り付けられる第一ベース部と、第一板ばねとを有し、前記第二変位拡大機構は、前記第二圧電素子が取り付けられる第二ベース部と、第二板ばねとを有する請求項１に記載のインクジェットヘッド。

【請求項3】

前記インク室のインクは加圧されている請求項１又は請求項２に記載のインクジェットヘッド。

【請求項4】

前記第一ノズル、前記第一ロッド、前記第一圧電素子、前記第一板ばねは、同一軸上に配置される請求項２に記載のインクジェットヘッド。

【請求項5】

請求項１から請求項４の何れか１項に記載のインクジェットヘッドを備える、インクジェット記録装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インクジェットヘッドと、インクジェット記録装置に関する。

【背景技術】

【0002】

インクジェット記録装置は、インクジェットヘッドのノズルからインクを吐出し、記録媒体に画像を記録する。インクジェットヘッドには、圧電素子が設けられる。インクの吐出は、圧電素子を変形させることで行われる。画像の記録には、種々のインクが用いられる。例えば、高粘度のインクが用いられることもある。

【0003】

特許文献１には、高粘度のインクをノズルから吐出する為、変位拡大機構を用いた塗布ノズルヘッドが提案されている。変位拡大機構を用いることで、大きな変位量でプランジャを高速駆動させ、高粘度のインクをノズルから吐出することができる。

【0004】

特許文献１に開示される装置は、液体材料を吐出するノズル穴と、上記ノズル穴に液体材料を供給する供給流路と、上記供給流路内の液体に当接して往復するプランジャと、上記プランジャに変位を与える変位拡大機構と、上記変位拡大機構に変位を与えるアクチュエータと、を含む構成であり、前記構成が１つのノズル毎に必要となり、複数のノズルを備えたヘッドを想定した場合、部品点数が多く、装置が大型化してしまう、といった問題が考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－０３０８６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、画像の記録に高粘度のインクが用いられる場合であっても、このインクを安定して吐出することが可能な、インクジェットヘッドと、インクジェット記録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】

【0007】

本発明の一側面は、第一側の面にインクを吐出する第一ノズル及び第二ノズルを含み、インクを収容するインク室と、前記インク室内を進退動する第一ロッドと、前記インク室内を進退動する第二ロッドと、前記第一ロッドを進退動作させて前記第一ノズルからインクを吐出させる、第一圧電素子と、前記第二ロッドを進退動作させて前記第二ノズルからインクを吐出させる、第二圧電素子と、前記第一圧電素子の変位を拡大する第一変位拡大機構と、前記第二圧電素子の変位を拡大する第二変位拡大機構と、前記第一側とは反対方向となる第二側に、前記第一変位拡大機構及び前記第二変位拡大機構が固定される天板と、を備えた、インクジェットヘッドであり、
さらに、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子を冷却する冷却機構と、を備えており、
前記冷却機構は、冷却されたエアーを前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子に前記第一変位拡大機構及び前記第二変位拡大機構の各ベース部に設けられた貫通孔を通して吹きつけることを特徴とする。

【0008】

インクジェットヘッドにおいて、前記第一変位拡大機構は、前記第一圧電素子が取り付けられる第一ベース部と、第一板ばねとを有し、前記第二変位拡大機構は、前記第二圧電素子が取り付けられる第二ベース部と、第二板ばねとを有する、ようにしてもよい。

【0009】

インクジェットヘッドにおいて、前記インク室のインクは加圧されている、ようにしてもよい。

【0010】

インクジェットヘッドにおいて、前記第一ノズル、前記第一ロッド、前記第一圧電素子、前記第一板ばねは、同一軸上に配置される、ようにしてもよい。

【0012】

本発明の更に他の側面は、上述した何れか１つのインクジェットヘッドを備える、インクジェット記録装置である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、画像の記録に高粘度のインクが用いられる場合であっても、このインクを安定して吐出することが可能な、インクジェットヘッドと、インクジェット記録装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】インクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図である。

【図2】インクジェットヘッドの概略構成を示す断面図である。切断位置は図１のＡ－Ａ線に対応する。

【図3】インクジェットヘッドの概略構成を示す断面図である。切断位置は図１のＢ－Ｂ線に対応する。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明を実施するための実施形態について、図面を用いて説明する。本発明は、以下に記載の構成に限定されるものではなく、同一の技術的思想において種々の構成を採用することができる。例えば、以下に示す構成の一部は、省略し又は他の構成等に置換してもよい。他の構成を含むようにしてもよい。

【0016】

＜インクジェット記録装置＞
インクジェット記録装置１０について、図１を参照して説明する。インクジェット記録装置１０は、各種の記録媒体１５を搬送し、記録媒体１５に柄を記録する。図１で記録媒体１５の次の部分に付した模様は、記録媒体１５に記録された柄に対応する。前述の部分は、後述するインクジェットヘッド３０Ｋより搬送方向の下流側となる記録媒体１５の部分である。搬送方向は、インクジェット記録装置１０で記録媒体１５が搬送される方向である。記録媒体１５としては、建築用資材又は布帛が例示される。実施形態では、記録媒体１５として、短尺の記録媒体を例示する。但し、記録媒体は、長尺であってもよい。柄の記録に用いるインクとして、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４色を例示する。但し、柄の記録には、これら各色のインクとは異なる色のインクを用いてもよい。インク色数は、３色以下又は５色以上としてもよい。

【0017】

インクジェット記録装置１０は、搬送機２０と、インクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋと、キャリッジ３１と、メインタンク９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋと、補給流路９１Ｙ，９１Ｍ，９１Ｃ，９１Ｋと、補給弁９２Ｙ，９２Ｍ，９２Ｃ，９２Ｋとを備える。搬送機２０は、記録媒体１５を搬送方向に搬送する。インクジェット記録装置１０では、搬送機２０による記録媒体１５の搬送は、連続的に行われる。搬送機２０は、ベルトコンベアである。搬送機２０は、公知のインクジェット記録装置の搬送機と同様である。従って、搬送機２０に関するこの他の説明は、省略する。

【0018】

インクジェットヘッド３０Ｙは、イエローインクによって記録媒体１５に柄を記録する。インクジェットヘッド３０Ｙでは、イエローインクが記録媒体１５に向けて吐出される。インクジェットヘッド３０Ｍは、マゼンタインクによって記録媒体１５に柄を記録する。インクジェットヘッド３０Ｍでは、マゼンタインクが記録媒体１５に向けて吐出される。インクジェットヘッド３０Ｃは、シアンインクによって記録媒体１５に柄を記録する。インクジェットヘッド３０Ｃでは、シアンインクが記録媒体１５に向けて吐出される。インクジェットヘッド３０Ｋは、ブラックインクによって記録媒体１５に柄を記録する。インクジェットヘッド３０Ｋでは、ブラックインクが記録媒体１５に向けて吐出される。図１では、インクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋの図示は、簡略化されている。インクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋに関するこの他の説明は、後述する。

【0019】

キャリッジ３１には、インクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋが搬送方向に並んで搭載される。インクジェット記録装置１０では、インクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋは、搬送方向に、インクジェットヘッド３０Ｙ、インクジェットヘッド３０Ｍ、インクジェットヘッド３０Ｃ及びインクジェットヘッド３０Ｋの順で設けられる。但し、搬送方向におけるインクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋの順序は、前述の順序とは異なる順序としてもよい。これらの順序は、諸条件を考慮して適宜決定される。

【0020】

メインタンク９０Ｙは、イエローインクを収容する。補給流路９１Ｙは、メインタンク９０Ｙと、インクジェットヘッド３０Ｙとを接続する。補給弁９２Ｙは、補給流路９１Ｙに設けられる。補給弁９２Ｙは、電磁弁である。補給弁９２Ｙが開放状態である場合、イエローインクは、メインタンク９０Ｙから流出し、補給流路９１Ｙを流れてインクジェットヘッド３０Ｙに供給される。補給弁９２Ｙが閉鎖状態である場合、イエローインクは、補給流路９１Ｙを流れない。この場合、イエローインクは、メインタンク９０Ｙからインクジェットヘッド３０Ｙに供給されない。

【0021】

メインタンク９０Ｍは、マゼンタインクを収容する。補給流路９１Ｍは、メインタンク９０Ｍと、インクジェットヘッド３０Ｍとを接続する。補給弁９２Ｍは、補給流路９１Ｍに設けられる。補給弁９２Ｍは、電磁弁である。補給弁９２Ｍが開放状態である場合、マゼンタインクは、メインタンク９０Ｍから流出し、補給流路９１Ｍを流れてインクジェットヘッド３０Ｍに供給される。補給弁９２Ｍが閉鎖状態である場合、マゼンタインクは、補給流路９１Ｍを流れない。この場合、マゼンタインクは、メインタンク９０Ｍからインクジェットヘッド３０Ｍに供給されない。

【0022】

メインタンク９０Ｃは、シアンインクを収容する。補給流路９１Ｃは、メインタンク９０Ｃと、インクジェットヘッド３０Ｃとを接続する。補給弁９２Ｃは、補給流路９１Ｃに設けられる。補給弁９２Ｃは、電磁弁である。補給弁９２Ｃが開放状態である場合、シアンインクは、メインタンク９０Ｃから流出し、補給流路９１Ｃを流れてインクジェットヘッド３０Ｃに供給される。補給弁９２Ｃが閉鎖状態である場合、シアンインクは、補給流路９１Ｃを流れない。この場合、シアンインクは、メインタンク９０Ｃからインクジェットヘッド３０Ｃに供給されない。

【0023】

メインタンク９０Ｋは、ブラックインクを収容する。補給流路９１Ｋは、メインタンク９０Ｋと、インクジェットヘッド３０Ｋとを接続する。補給弁９２Ｋは、補給流路９１Ｋに設けられる。補給弁９２Ｋは、電磁弁である。補給弁９２Ｋが開放状態である場合、ブラックインクは、メインタンク９０Ｋから流出し、補給流路９１Ｋを流れてインクジェットヘッド３０Ｋに供給される。補給弁９２Ｋが閉鎖状態である場合、ブラックインクは、補給流路９１Ｋを流れない。この場合、ブラックインクは、メインタンク９０Ｋからインクジェットヘッド３０Ｋに供給されない。

【0024】

インクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋは、同様の構成を有する。メインタンク９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋは、同様の構成を有する。補給流路９１Ｙ，９１Ｍ，９１Ｃ，９１Ｋは、同様の構成を有する。補給弁９２Ｙ，９２Ｍ，９２Ｃ，９２Ｋは、同様の構成を有する。

【0025】

実施形態では、インクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋを区別しない場合、又はこれらを総称する場合、「インクジェットヘッド３０」という。メインタンク９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋを区別しない場合、又はこれらを総称する場合、「メインタンク９０」という。補給流路９１Ｙ，９１Ｍ，９１Ｃ，９１Ｋを区別しない場合、又はこれらを総称する場合、「補給流路９１」という。補給弁９２Ｙ，９２Ｍ，９２Ｃ，９２Ｋを区別しない場合、又はこれらを総称する場合、「補給弁９２」という。インクジェットヘッド３０、メインタンク９０、補給流路９１及び補給弁９２のうちの２個以上の組み合わせは、同一色用の組み合わせとなる。

【0026】

インクジェット記録装置１０で記録媒体１５に柄が記録される場合、搬送機２０は、記録媒体１５を搬送方向に連続的に搬送する。インクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋは、所定のタイミングで対応する色のインクを記録媒体１５に向けて吐出する。インクジェットヘッド３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋから吐出された各色のインクは、記録媒体１５の表面に着弾する。着弾した各色のインクによって記録媒体１５の表面に柄が記録される。

【0027】

＜インクジェットヘッド＞
インクジェットヘッド３０について、図２、３を参照して説明する。この説明では、インクジェットヘッド３０を特定するために用いる各方向は、インクジェットヘッド３０がインクジェット記録装置１０に設けられた状態を基準とした方向に準ずる。

【0028】

インクジェットヘッド３０は、インク室４０と、天板５０と、複数のロッド６０と、複数の圧電素子７０と、複数の変位拡大機構８０を備える。インクジェットヘッド３０では、インク室４０及び天板５０は、一体的にされる。インク室４０は、複数のロッド６０に対して１個設けられる。天板５０は、複数の変位拡大機構８０に対して１枚設けられる。複数のロッド６０は、１個のノズル４１に対して１個設けられる。

【0029】

インクジェットヘッド３０では、ノズル４１の数は、５個とされている。従って、インクジェットヘッド３０は、ロッド６０を５個備える。５個のロッド６０は、同一仕様のロッドである。実施形態では、５個のロッド６０を区別する場合、「ロッド６０ａ」、「ロッド６０ｂ」、「ロッド６０ｃ」、「ロッド６０ｄ」及び「ロッド６０ｅ」という。区別しない場合、又はこれらを総称する場合、「ロッド６０」という。

【0030】

同様に、図２、３のインクジェットヘッド３０では、圧電素子７０を５個備える。５個の圧電素子７０は、同一仕様の圧電素子である。実施形態では、５個の圧電素子７０を区別する場合、「圧電素子７０a」、「圧電素子７０ｂ」、「圧電素子７０ｃ」、「圧電素子７０ｄ」及び「圧電素子７０ｅ」という。区別しない場合、又はこれらを総称する場合、「圧電素子７０」という。

【0031】

同様に、図２、３のインクジェットヘッド３０では、変位拡大機構８０を５個備える。５個の変位拡大機構８０は、同一仕様の変位拡大機構である。実施形態では、５個の変位拡大機構８０を区別する場合、「変位拡大機構８０a」、「変位拡大機構８０ｂ」、「変位拡大機構８０ｃ」、「変位拡大機構８０ｄ」及び「変位拡大機構８０ｅ」という。区別しない場合、又はこれらを総称する場合、「変位拡大機構８０」という。

【0032】

インク室４０には、メインタンク９０から補給流路９１を流れてきたインクが貯留される。インク室４０内のインクは加圧された状態で貯留される。

【0033】

天板５０は、複数の変位拡大機構８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅに対応させた状態で、各変位拡大機構８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅの高さ方向上側に設けられる。天板５０は、高さ方向上側の各面の高さが等しく設定された複数の変位拡大機構８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅの各天面に接する。

【0034】

ロッド６０はインク室４０内を進退動する。インクがノズル４１より吐出されていない時は、ロッド６０は変位拡大機構８０の板ばね８２によってノズル４１に押しつけられており、ロッド６０は下がった状態である。それが圧電素子７０に電圧が印加されると、板ばね８２が変形し、ロッド６０が上へ引き上げられ、ノズル４１よりインクが吐出される。

【0035】

圧電素子７０としては、ｄ３３モードの積層型の圧電素子が採用される。更に、圧電素子７０としては、１００ｎｍ以上変形可能な大型の圧電素子が採用される。参考例として、公知のインクジェットヘッドでは、圧電素子の変位量は、数十ｎｍ程度とされる。

【0036】

変位拡大機構８０は、ベース部８１と、板ばね８２を含む。ベース部８１には圧電素子７０が取り付けられる。板ばね８２は、ベース部８１に取り付けられた圧電素子７０の変位を拡大してロッド６０に伝える。なお、図２、３では、１つの変位拡大機構８０には１つの圧電素子７０が取り付けられているが、１つの変位拡大機構８０に２つ以上、複数の圧電素子７０が取り付けられていてもよく、取り付けられる圧電素子７０の数については限定されない。

【0037】

ノズル４１ａと、ロッド６０ａと、圧電素子７０ａと、板ばね８２ａの位置関係をみてみると、それらの中心が同一軸上に配置されるように設計される。このことにより、効率的に変位量を伝えることができ、また、場所を取らずにコンパクトな設計とすることができる。

【0038】

同様に、ノズル４１ｂと、ロッド６０ｂと、圧電素子７０ｂと、板ばね８２ｂの位置関係についても、それらの中心が同一軸上に配置されるように設計される。このようにノズルごとに、ロッド６０と、圧電素子７０、板ばね８２の中心が、同一軸上に配置されることで、インクジェットヘッド３０をコンパクトにすることができる。

【0039】

＜変形例＞
実施形態は、次のようにすることもできる。以下に示す変形例のうちの幾つかの構成は、適宜組み合わせて採用することもできる。以下では、上記とは異なる点を説明することとし、同様の点についての説明は、適宜省略する。

【0040】

（１）図１のインクジェット記録装置１０では、所謂、ライン型のインクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置を例に説明したが、これに限らず、キャリッジを主走査方向に往復移動させながら画像の記録をおこなうシリアル型のインクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置であってもよい。シリアル型のインクジェットヘッド及びこれを備えるインクジェット記録装置は、既に実用化された公知の構成である。従って、これらに関するこの他の説明は、省略する。

【0041】

（２）インクジェットヘッド３０において使用される圧電素子７０は通常のものと比べて大型であり、発熱量も大きくなるので、圧電素子７０を冷却する冷却機構を設けるとよい。冷却機構としては、例えば、各変位拡大機構８０のベース部８１に貫通孔を設け、それらの貫通孔から冷却されたエアーを圧電素子７０に吹きけるような構成のものであってもよい。他には、変位拡大機構８０に放熱用のフィンを取り付ける、或いは、変位拡大機構８０の部材を熱伝導性の良い材料とするなどの構成が挙げられる。

【符号の説明】

【0042】

１０ インクジェット記録装置、 １５ 記録媒体、 ２０ 搬送機
３０，３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋ インクジェットヘッド
３１ キャリッジ、 ４０ インク室、 ４１ ノズル、 ５０ 天板
６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６０ｅ ロッド
７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅ 圧電素子
８０，８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ 変位拡大機構
８１ ベース部、８２ 板ばね
９０，９０Ｙ，９０Ｍ，９０Ｃ，９０Ｋ メインタンク
９１，９１Ｙ，９１Ｍ，９１Ｃ，９１Ｋ 補給流路
９２，９２Ｙ，９２Ｍ，９２Ｃ，９２Ｋ 補給弁

【図1】

【図2】

【図3】