JP2006256331A - 圧電式インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来技術における問題を取り除くことである。
【解決手段】 本発明は、大幅に閉じたインクダクト及びこれに基本的に平行なダクト内に圧力波を生成するため作動時に変形するトランスデューサを含むインクジェットプリンタに関する。このトランスデューサは、ダクトと平行に一方向に第１部分及びこれとは離れた第２部分を含む。このトランスデューサを作動することによって、第１部分が第１の変形を示し、これとは反対に第２部分が同時に第２の変形を示す。よって、インクダクト内に圧力波が生成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、実質的に閉じたインクダクト及びこれに実質的に平行なダクト内に圧力波を生成するため作動時に変形するトランスデューサを含むインクジェットプリンタに関する。

このような種類のインクジェットプリンタは特許文献１によって知られている。従来技術によって十分に知られているが、こういった種類のトランスデューサの作動は、トランスデューサの変形を引き起こす。よって、ダクト内（インク室とも呼ぶ）の急激な圧力の変化が生じる。これによってダクト内の圧力波が生成される。圧力波が十分強い場合、これによって、ダクトノズルから一滴のインクがイジェクトされる。このような方法で、各個別の作動が一滴のインクをイジェクトさせる。そのような作動を画像方向に与えることで、各インクの一滴一滴から作り上げられたイメージが、受け取る媒体に形成される。

前記特許により知られているように、生成される圧力波は、一次、二次、三次、四次、及び高次の高調波を含む。トランスデューサの大きさ及びダクトとの相対的な位置によって、通常、前記高調波の単一の高調波が扱われる。典型的な一滴の大きさは、各高調波と関連づけられていて、高位の高調波が扱われる場合、大きさは線方向に小さくなる。例えば、通常の三次高調波を扱う場合（特許文献１の図３参照）、ダクトの長さの１／３の長さのトランスデューサを使用することを選択する。このトランスデューサは、この高調波の波腹と一致する。高位の高調波を扱う場合、２つ以上のトランスデューサを使用することを選択してもよい（特許文献１の図６参照）。このトランスデューサの位置が、高位の高調波の波腹と一致する。この周知の方法は、高位の調波を非常に選択的に扱うことに及び結果として、非常に少ない容量の滴を生成することに適しており、これは、出口の開きを狭める及び／又は滴の速度を加減する必要が無い。

しかしながら、周知のプリンタには重大な不利点が存在する。単一のトランスデューサを高位の高調波の波腹と正確に一致する位置で使用すると選択した場合、このトランスデューサは、常に制限されたダクトの長さに沿ってのみ延びることしかできない。望まれる調波が高ければ高いほど、トランスデューサの長さは短くなる。そのような小さなトランスデューサを使用して、十分に強いダクト内体積の変化を得るためには、比較的高い作動電圧が必要となる。高い電圧はトランスデューサの寿命を短くする、そして、それによってプリントヘッドの寿命も短くなる。

さらに、単一のトランスデューサを使用し、４次又は高位の調波が十分な体積変化を得るのは事実上不可能である。よって、これらの場合、２つ以上の個別に作動可能なトランスデューサの利用を選択する必要がある。

これにおける不利点は、プリントヘッドの作動電子機器の重複へと繋がることである。さらに、２つ以上の個別の作動可能なトランスデューサの利用は、プリントヘッドの製造をより複雑にする。よって、単一のインクダクトに対して２つ以上の個別なトランスデューサを使用することは、繰り返し特許文献おいて引用されているが、（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照） 経済的に魅力的ではない。
米国特許第４，６８８，０４８号 独国特許第４３２８４３３号 昭和６０年特許願第０１１３６９号 米国特許第４，６７２，３９８号

本発明の目的は、上記の問題を取り除くことである。

この目的を達成するために、請求項１の前文に従ったインクジェットプリンタが発明された。トランスデューサは、第１部分をダクトと平行方向に含み、これとは別に、第２部分をそのトランスデューサの作動部に含み、インクダクト内に圧力波が生成されるように、第１部分は、第１の変形を示し、第２部分は本質的にこれとは逆の第２の変形を示すことを特徴とする。

このプリンタにおいて、トランスデューサは２つの異なる部分を含む。両方とも、単一の作動において変形をする。第１部分が、例えば一方向に向かって変形し、第２部分が同時に、実質的にこれとは逆の方向に変形する。もし、両方の部分が、２次及び高次の高調波の波腹と一致する場合、これが扱われることが好ましい。本発明の利点は、単一のトランスデューサの作動と同等の作動電子機器を使用するのが十分であると同時に、圧力波を生成するために使用されるダクトの長さを比較的大部分使用できるということである。よって、比較的低い作動電圧で十分である。各々に３つい上のトランスデューサを含むものに対しては、３次及び高次の高調波を選択することもできるということを理解されたい。

このプリンタにおいて、トランスデューサは２つの異なる部分を含む。両方とも、単一の作動において変形をする。第１部分が、例えば一方向に向かって変形し、第２部分が同時に、実質的にこれとは逆の方向に変形する。もし、両方の部分が、２次及び高次の高調波の波腹と一致する場合、これが扱われることが好ましい。本発明の利点は、単一のトランスデューサの作動と同等の作動電子機器を使用するのが十分であると同時に、圧力波を生成するために使用されるダクトの長さを比較的大部分使用できるということである。よって、比較的低い作動電圧で十分である。各々に３つ以上のトランスデューサを含むものに対しては、３次及び高次の高調波を選択することもできるということを理解されたい。

トランスデューサが分極した圧電性材料を含む１つの実施形態に従えば、第１部分の分極方向は、本質的に第２部分の分極方向と対抗する。この実施形態によれば、両方の部分の対抗する方向への変形は非常に簡単に配置できる。両方の部分を対抗する分極方向に配置することで、トランスデューサの作動は自動的に第１部分を第２部分と対抗する方向へ変形させる。この実施形態のさらなる利点は、通常のタイプのピエゾ電子トランスデューサ、すなわち、様々な層の圧電性材料が電極によって互いに離れているタイプにおいては、このようなトランスデューサの製造工程の最も大きな部分（層の集合を連結させる、層の焼結、個々のトランスデューサを切り抜く等）は、周知のトランスデューサの製造と全く同じである。

電極によって互いに離れている複数層の圧電性材料によってトランスデューサが構成される別の実施形態に従えば、第１の電極は第２の電極と比較して異なるように分極されている。この実施例に従えば、第１部分は第２部分と同様に単一の及び同じ作動パルスによって作動している。しかし、電極が異なるように分極されているため、第１部分が第２部分と比較すると、対抗する電圧によって作動しているように見える。この実施形態に従えば、最終的なトランスデューサの位置を、電極を作成する際に考慮しなければならない。その他のトランスデューサの製造工程段階は、従来技術と同じ段階のままで良い。

別の実施形態に従えば、インクジェットプリンタは、室温では固体であり、高い温度では液体になるタイプのインクを使用し印刷するよう改良されている。実施において、本発明を特に、ホットメルトインクを使用するインクジェットプリンタに使用することが有利であると示されている。液体インク、例えば、水性又は有機溶媒を使用するものにおいては、標準トランスデューサの作動パルスを改良するだけで簡単に少量の滴を得ることができる（例えば、電熱又は電気機械トランスデューサである）。ホットメルトインク又はその他の比較的粘性の高いインクの場合、これは難しいように思える。これらのインクのさらに粘性の強いものを使用しなければならない可能性もある。実施において、本発明に従ったトランスデューサの使用によって、ホットメルトインクが使用された場合、少量の滴は簡単に得ることができる。

以下の例を参照し、本発明をさらに説明する。

図１は、インクジェットプリンタを示した斜視図である。本実施例に従えば、プリンタは、受け取る媒体２、例えば、１枚の紙又は透明なもの、を支持し、キャリッジ３を横切って移動させることに使用されるローラ１を含んでいる。このキャリッジは、４つのプリントヘッド４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが取り付けられたキャリア５を含んでいる。各プリントヘッドは、それぞれの色を含んでおり、本実施例では、それぞれ、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、及びブラック（Ｋ）である。プリントヘッドは、各プリントヘッド４の後方及びキャリア５に取り付けられている複数の加熱素子９によって加熱される。プリントヘッドの温度は中央制御部１０（コントローラ）の適用によって正確な水準に維持される。

ローラ１は矢印Ａによって示されているように、自身の軸について回転することができる。これによって、受け取る媒体は、キャリア５に対して、故に、プリントヘッド４に対してサブ走査方向（しばしばＸ方向と呼ぶ）に移動することができる。キャリッジ３は、適切な駆動装置（図示せず）を用いてローラ１と平行に２方向矢印Ｂによって示されている方向に往復移動できる。このために、キャリア５は、案内棒６及び７に沿って移動する。この方向は、通常メイン走査方向又はＹ方向と呼ぶ。このようにして、受け取る媒体は、プリントヘッド４によって完全にスキャンされることができる。

図に示されている実施例に従えば、各プリントヘッドは、各々に出口の開き（ノズル）８を有する複数の内部インクダクトを含んでいる（図示せず）。この実施例におけるノズルは、ローラ１の軸に対して垂直になるように、各プリントヘッドに１列を形成する（つまり、列はサブ走査方向に伸びる）。実際的なインクジェットプリンタの実施例では、プリントヘッドごとのインクダクトの数は何倍も多く、また、ノズルは２つ以上の列に配列される。各インクダクトは、インクダクト内に圧力波を生成する圧電性トランスデューサを含んでおり（図示せず）、それによって、受け取る媒体方向と関連するダクトのノズルからインク滴が噴射される。トランスデューサは、中央制御部１０の装置によって関連する電気駆動回路（図示せず）を介して像方向に作動することができる。このようにして、インク滴によって構成された像が受け取る媒体２に形成される。

もし、受け取る媒体が、インクダクトからインク滴が噴射されるようなプリンタによってプリントされる場合、この受け取る媒体又はその一部は、想像上で固定の場所に分割され、通常領域のピクセル横行及びピクセル縦列を形成する。一つの実施例に従うと、ピクセル横行は、ピクセル縦列に対して垂直である。個別の形成された位置は、１滴以上のインク滴を与えられても良い。ピクセル横行及びピクセル縦列に平行な方向の位置の長さの単位は、印刷イメージの解像度とされ、例えば、４００×６００ｄｐｉ（“ｄｏｔ ｐｅｒ ｉｎｃｈ”）と表される。キャリア５が移動し、受け取る媒体に相対して像方向にインクジェットのプリントヘッドノズルの横行を作動されることによって、像、又はその一部の、インク滴によって構成されたものが受け取る媒体に形成される。又は、少なくとも、ノズル横行の長さと同じ幅の一片で形成される。

図２（Ａ）は、ノズルプレート１２に取り付けられた出口の開きで終わるインクダクト１５の図を示している。インクダクトは、一側面が、電気的に作動可能な（作動手段図示せず）圧電性トランスデューサ１６によって制限されている。トランスデューサは、Ｃによって示されている方向に偏向している。作動の組み付けを、トランスデューサに渡る電位が示されている偏向方向と同じ方向に上昇するパルスの形式で行うことで、トランスデューサは、急に膨張をする。これによってダクトの体積が急激に減少し、よってこのダクト内に圧力波を生成する。この圧力波が十分強い場合、出口の開口部８からインク滴が噴射される。作動後、トランスデューサは初期の状態に押し戻され（縮み）、ダクト体積が増加する。これによって、ダクト内が圧迫されて、新たなインクがダクトの注入口（図示せず）を介して供給される。

図２（Ｂ）は、電圧性トランスデューサの作動によって、ダクト内に生成されるある種の調波を示した図である。図は、ダクト内の位置Ｘ（水平軸）と相対的な圧力Ｐ（縦軸）を表している。生成される振動は調波振動で、本実施例に従えば、ノズル８及びダクトの反対側の端において圧力変化を生成しない（Ｐ＝０）。通常、一次調波２１が生成され、ダクトの中央で最大圧力変化につながる。副作用としては、二次（２２）、三次（２３）、四次（２４）、五次（２５）及び高次の（図示せず）調波も生成される。しかしながら、これらの高次の調波は圧力波の全体の少ない部分しか補わない。トランスデューサは第１調波を扱うことが好ましく、このトランスデューサは、ダクトの長さにまでわたる。

図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示しているインクダクト１５と同様のものを示した図である。しかしながら、インクダクトは１つの側面に別々の部分１６_Ｃ及び１６_Ｄから構成される圧電性トランスデューサによって制限されている。これらの部分は両方で単一のトランスデューサを形成されており、単一のパルスの装置によって作動することができる。しかしながら、２つの部分の極性は反対である。１６_Ｃの部分はＣによって示されている方向へ分極しており、一方、１６_Ｄの部分はＤによって示されている方向へ分極している。もし、パルス形式の作動がこのトランスデューサに与えられた場合、トランスデューサに印加される電位はＤによって示されている方向に増加し、そして、１６_Ｃの部分は急激に縮み、１６_Ｄの部分は急激に膨張する。これによって、インクダクト１５内の圧力波が生成される。

図３（Ａ）に示されているように、この構造における圧力波は、しかしながら、通常、二次調波（２２’）を含む。一次（２１’）及び高次の（２３’、２４’、２５’、等）調波の存在は、非常に主要なものではなくなる。圧力波が十分強い場合、ノズル８から、さらにインク滴が噴射される。しかしながら、これは図２以下に説明した作動が起こった場合に噴射されるインク滴より小さな滴である。これによって、高解像度の品質的に良い画像をプリントすることができ、さらには画像をプリントするのに必要なインクの量を節約することができる。

図４は、図３のトランスデューサを再度示している図であるが、今回は、さらに詳細に示している。各部分１６_Ｃ及び１６_Ｄは、３層の圧電性素子を含んでいる。１６_Ｃの部分は、圧電性材料の層がある部分の間に電極３０、３１、３２、及び３３を含んでいる。電極３０及び３２は伝導体３５を介して互いに接続されている。電極３１及び３３は伝導体３６を介して互いに接続されている。電極の間に位置されている圧電性材料は、Ｃで示されている方向に分極されている。１６_Ｄの部分もまた、圧電性材料の層がある部分の間に電極４０、４１、４２、及び４３を含んでいる。電極４０及び４２は伝導体４５を介して互いに接続されている。電極４１及び４３は伝導体４６を介して互いに接続されている。電極の間に位置されている圧電性材料は、Ｄで示されている方向に分極されている。この実施例では、部分１６_Ｃ及び１６_Ｄは、別々の圧電性素子であり、互いに個別に製造され、電気接続によって単一のトランスデューサへと構成される。この目的を達成するために、５０及び５１の接続が取り付けられている。実施例に示されているように部分自体は小さな溝によって離れていてもよいが、電気的絶縁接着剤又はその他如何なる方法によってでも良いが、機械的に接続されていても良い。

図５は、本発明に従った別のトランスデューサ１６を示した図である。このトランスデューサも、同様に２つの部分１６_Ｃ及び１６_Ｄを含んでいる。図５（Ａ）は、このトランスデューサを形成する圧電性層を示した図である。素子６０によって示されている第１層があり、この層は途切れることなく、部分１６_Ｃから部分１６_Ｄまで繋がっている。この層はＤで示されている方向に分極している。第２層は、素子６１（１６_Ｄに対して）及び６２（１６_Ｃに対して）を含んでいる。これらの部分は両方ともＣで示されている方向に分極している。部分１６_Ｃ及び１６_Ｄの電極構造は同じではないため、部分６１及び６２は自由な素子として層６０に取り付けられている。図５（Ｂ）は、この電極構造を示した図である。この構造は、層６０の底で、少なくともトランスデューサ部分１６_Ｄの部分まで制限されている第1電極７０を含んでいる。そして、電極７０は、この部分１６_Ｄを囲い、１６_Ｃの部分の６０及び６２の間で終わる。電極部７１及び７２を含む第2電極がある。部分７１は、大々的に部分１６_Ｃを囲っている。電極部７２は、トランスデューサ部分１６_Ｄのレベルで部分６０及び６１の間に取り付けられている（このために、第1電極７２は、部分６０に取り付けられてもよい。例えば、部分６１が部分６０に取り付けられる前に）。電極部７１及び７２は互いに電気的に接続されており、破線７３によって示されている。この場合、トランスデューサ１６の見えない後方を介してである。

もし、電極７０が、このトランスデューサ１６において、電極７１／７２と相対してプラスの電位を受け取った場合、１６_Ｃの部分は膨張し、１６_Ｄの部分は縮小する。このようにして、トランスデューサ１６に単一のパルスが適用された場合、好ましい第２調波が扱われる。

インクジェットプリンタを示した斜視図である。 従来技術のトランスデューサ及びダクト、並びにこのダクト内で生成される圧力波を表している図である。 本発明に従ったトランスデューサ及びダクト、並びにこのダクト内で生成される圧力波を表している図である。 図３のトランスデューサをさらに詳細に表している図である。 本発明に従った別のトランスデューサを表している図である。

符号の説明

１ ローラ
２ 受け取る媒体
３ キャリッジ
４ プリントヘッド
５ キャリア
６，７ 案内棒
８ ノズル
９ 加熱素子
１０ 中央制御部
１２ ノズルプレート
１５ インクダクト
１６ 圧電性トランスデューサ
１６_Ｃ、１６_Ｄ インクダクト
２１、２１’ 一次調波
２２、２２’ 二次調波
２３、２３’ 三次調波
２４、２４’ 四次調波
２５、２５’ 五次調波
３０、３１、３２、３３ 電極
４０、４１、４２、４３ 電極
４５ 伝導体
４６ 伝導体
６０ 層
６１、６２ 素子
７０ 電極
７１、７２ 電極部
７３ 破線

Claims (4)

1. インクジェットプリンタであって：
   実質的に閉じたインクダクト；
   及び前記インクダクトに実質的に平行なトランスデューサであり、
   前記インクダクト内に圧力波を生成するために動作的に変形するトランスデューサ、
   を含み、
   前記トランスデューサが、ダクトと平行に一方向に第１部分及び前記ダクトとは離れた第２部分を含み、
   前記トランスデューサを作動することによって、第１部分が第１の変形を示し、これとは反対に第２部分が第２の変形を同時に示すことによって、インクダクト内に圧力波が生成されることを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記トランスデューサが、分極した圧電性材料を含み、
   前記第１部分の分極方向が、実質的に前記第２部分の分極方向と向かい合っていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
3. 前記トランスデューサが、電極によって互いに離れている複数の圧電性材料によって構築され、
   前記第１部分の前記電極が、前記第２部分の電極と比較して異なる分極であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
4. 前記インクジェットプリンタが、室温では固体であり、上昇した温度では液体になるタイプのインクを使用してプリントするよう改良された請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のインクジェットプリンタ。

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