CN105313472B - 喷墨头和喷墨记录装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式提供能够减小将盖部和压电元件接合时在压电元件上产生的残留应力的高精度且价格便宜的喷墨头和喷墨记录装置。在实施方式中，喷墨头包括压电部件、喷嘴板及盖部。压电部件形成有槽状的多个压力室，且极化方向相反。喷嘴板配置在所述压电部件上，形成有与多个所述压力室分别对应的多个喷嘴。盖部设置于所述压电部件和所述喷嘴板之间，对应于所述一个压力室分别设置一个，且由杨氏模量比所述喷嘴板大的材料形成，分别形成有与所述喷嘴连通的孔。

Description

喷墨头和喷墨记录装置

技术领域

本发明的实施方式涉及喷墨头和喷墨记录装置。

背景技术

作为喷墨记录装置中使用的喷墨头，具有如下构造：在压电元件形成多个槽，在各槽内构成电极的同时在各槽的开口面配置盖部，构成向剪切方向变形的压力室。构成压力室的盖部通过使用刚性高的材料，从而具有良好的喷出特性。当将该盖部和压电元件接合时，需要可以经受各种墨水以及清洗剂等的接合方法。例如，利用高温使环氧类粘结剂硬化的接合方法。

在上述接合方法中，由于接合过程中产生的温度差，在压电元件上对应于盖部和压电元件之间的热膨胀率的差异而产生残留应力，存在使喷出特性降低的可能性。因此，盖部需要采用热膨胀系数接近的材料。

发明内容

根据实施方式，喷墨头包括压电部件、喷嘴板及盖部。压电部件形成有槽状的多个压力室，且极化方向相反。喷嘴板配置在所述压电部件上，形成有与多个所述压力室分别对应的多个喷嘴。盖部设置于所述压电部件和所述喷嘴板之间，对应于所述一个压力室分别设置一个，且由杨氏模量比所述喷嘴板大的材料形成，分别形成有与所述喷嘴连通的孔。

根据实施方式，喷墨记录装置包括：输送装置，沿输送路径输送记录介质；以及上述喷墨头，对所述输送装置输送的所述记录介质喷出墨水并进行图像形成。

附图说明

图1是示出第一实施方式的喷墨记录装置的构成的说明图。

图2是示出第一实施方式涉及的喷墨头的主要部分的立体图。

图3是第一实施方式的喷墨头的主要部分的分解立体图。

图4是第一实施方式的喷墨头的喷嘴板和盖部的一体化部件的立体图。

图5是将第一实施方式涉及的喷墨头的主要部分截断一部分示出的立体图。

图6是在图2中示出的F6-F6线的位置切断的截面图。

图7是在图2中示出的F7-F7线的位置切断的截面图。

图8是示出在对第一实施方式的盖部的金属材料实施镀膜的情况下通过无电解电镀成形后的状态的立体图。

图9是示出在对第一实施方式的盖部的金属材料实施镀膜的情况下通过电解电镀成形后的状态的立体图。

具体实施方式

[第一实施方式]

(构成)

以下，参照附图，对第一实施方式涉及的喷墨记录装置1进行说明。在各图中，以适当扩大、缩小或者省略的方式概略地示出构成。图1是示出本实施方式涉及的喷墨记录装置1的构成的一例的说明图。

图1中示出的喷墨记录装置1例如是一边输送作为记录介质的用纸P一边进行图像形成等各种处理的装置。喷墨记录装置1主要包括框体10、供纸盒11、排扺托盘12、保持辊(鼓)13、输送装置14、翻转装置18。框体10构成喷墨记录装置1的轮廓。供纸盒11是设置于框体10的内部的用纸供应部。排扺托盘12是设置于框体10的上部的排出部。保持辊13将用纸P保持在外表面上并进行旋转。输送装置14沿着从供纸盒11通过保持辊13的外周至排扺托盘12所形成的规定的输送路径A1输送用纸P。翻转装置18使从保持辊13剥离的用纸P的正反面翻转并再次供应到保持辊13的表面上。

在保持辊13的外周部分，从上游侧朝向下游侧依次设置有保持装置15、图像形成装置16、除电剥离装置17、清洁装置19。保持装置15将用纸P按压于保持辊13的外表面，使用纸P吸附于保持辊13的表面(外周面)进行保持。图像形成装置16在被保持于保持辊13的外面的用纸P上进行图像形成。除电剥离装置17对用纸P除电，并从保持辊13剥离。清洁装置13清洁保持辊13。

输送装置14具有沿着输送路径A1设置的多个引导部件21～23、多个输送用辊24～29。作为输送用辊，设置有拾取辊24、供纸辊对25、对位辊对26、分离辊对27、输送辊对28、排出辊对29。这些输送用辊24～29被输送用电动机71驱动进行旋转，从而将用纸P沿着输送路径A1发送至下游侧。

在输送路径A1中的对位辊对26的夹持部(nip)附近，设置有检测用纸P的前端位置的用纸位置传感器57。此外，设置有使用者能够设定各种项目的未图示的操作面板。并且，在喷墨记录装置1内，设置有作为检测喷墨记录装置1内的温度的温度检测部的温度传感器58。此外，在各处配置有用于监视用纸的输送状况的传感器等。

保持辊13具有旋转轴13a、圆筒框31、薄绝缘层32。圆筒框31由导体的铝构成圆筒状。薄绝缘层32形成于圆筒框31的表面。并且，保持辊13构成为在轴向上具有一定长度的圆筒状。圆筒框31被接地，当通过带电辊37带电时，作为对电极的电位被保持为0V。保持辊13在将用纸P保持于其表面上的状态下进行旋转，从而输送用纸P。在这里，通过在图1中顺时针方向上进行旋转，从而沿着外周在顺时针方向上输送用纸P。

保持装置15具有按压装置33、吸附装置34。按压装置33将用纸P对保持辊13进行按压。吸附装置34相对于输送用纸的方向在按压装置33的下游侧通过带电所产生的静电力使用纸P吸附于保持辊13。

按压装置33具有旋转轴35c、按压辊35(按压部件)、未图示的按压电动机。按压辊35对向配置于保持辊13的下方的表面。按压电动机驱动按压辊35。

按压辊35例如含有从旋转轴至外周面的距离以多个阶段进行变化的凸轮。按压辊35根据其旋转角度能够切换为第一状态、第二状态、第三状态。第一状态是以第一按压力按压保持辊13的表面。第二状态是以小于第一按压力的第二按压力进行按压。第三状态是从保持辊13离开而解除按压力。

在按压辊35和保持辊13之间施加的负载被设定为不会使用纸P变形且画质不会降低的适当值。当用纸P通过保持辊13和按压辊35之间的夹持部时，用纸P通过按压辊35被按压于保持辊13，从而用纸P在抻开褶皱的同时与保持辊13表面紧密接触。

按压辊35的外周面被由绝缘材料构成的绝缘层35b覆盖，带电后的用纸P的电荷通过按压辊35不会泄露。

吸附装置34具有在按压辊35的下游侧邻接配置的带电辊37。带电辊37具有金属制的带电轴37a和表层部37b。金属制的带电轴37a在与旋转轴13a平行地延伸的同时能够带电。表层部37b形成于带电轴37a的外周。该带电辊37对向配置于保持辊13的表面。电荷向带电辊37的供应状态能够切换，同时带电辊37能够在与保持辊13的表面接近离开的方向上移动。

如果带电辊37在与保持辊13接近的状态下对带电辊37供电，则带电辊37与接地的圆筒框31之间产生电位差，产生(带电)使用纸P吸附于保持辊13的方向的静电力。通过该静电力，使用纸P吸附于保持辊13的表面。

图像形成装置16在与带电辊37相比的下游侧具有与保持辊13的表面的上方部分对向配置的多个喷墨头39C、39M、39Y、39B。在这里，分别设置有青色、品红色、黄色、黑色这四色的喷墨头39C、39M、39Y、39B。四色的喷墨头39C、39M、39Y、39B通过从以规定的间距设置的喷嘴对用纸P喷出墨水而形成图像。

除电剥离装置17具有除电装置41、剥离装置42。除电装置41进行用纸P的除电。剥离装置42在除电后使用纸P从保持辊13的表面剥离。

除电装置41与图像形成装置16相比相对于输送用纸的方向设置于下游侧，除电装置41具有能够带电的除电辊43。除电装置41供应电荷将用纸P除电，从而解除吸附力，使用纸P成为易于从保持辊13剥离的状态。

剥离装置42设置于除电装置41的下游侧，剥离装置42具有能够进行转动动作(移动)的分离爪45。分离爪45能够在插入用纸P和保持辊13之间的剥离位置、和从保持辊13退避的退避位置之间转动，在配置于剥离位置的状态下，使用纸P从保持辊13的表面剥离。并且，在图1中，以虚线表示位于剥离位置的状态，以实线表示位于退避位置的状态。

清洁装置19与剥离装置17相比设置于下游侧，清洁装置19具有清洗部件19a、未图示的清洗电动机。清洗部件19a能够在抵接于保持辊13的抵接位置和从保持辊退避的离开位置进行移动动作。清洗电动机使清洗部件19a进行动作。在清洗部件19a抵接于保持辊13的表面的状态下，通过保持辊13旋转，从而通过清洗部件19a清洗保持辊13表面。

翻转装置18设置于剥离装置42的下游侧，使被剥离装置42剥离的用纸P翻转并再次供应到保持辊13的表面上。翻转装置18例如沿着使用纸P向前后方向转回的规定的翻转路径，引导用纸并进行输送，从而使用纸P翻转。

接着，对图像形成装置16的四色的喷墨头39C、39M、39Y、39B的构成的一例进行说明。并且，四色的喷墨头39C、39M、39Y、39B的构成的基本构造为相同构造，因此，在这里对代表性的一个喷墨头61的基本构造进行说明。

图2是示出第一实施方式涉及的喷墨头61的主要部分的立体图，图3是喷墨头61的主要部分的分解立体图。该喷墨头61是所谓的切变模式共享壁方式(シェアモードシェアウォール方式)的墨水循环式的喷墨头，是被称为侧面发射型的构造。如图2和图3所示，喷墨头61具有基板62、框部件63、喷嘴板64、一对压电部件65、未图示的喷墨头驱动用的IC。

基板62例如通过氧化铝等陶瓷形成为方形的板状。基板62具有由孔分别构成的供应口91以及排出口92。供应口91连结于未图示的打印机的墨盒，排出口92连结于未图示的墨盒。

框部件63为管道(manifold)构成部，粘结于基板62。喷嘴板64粘结于框部件63。一对压电部件65在框部件63的内侧的位置粘结于基板62。喷墨头驱动用IC为用于驱动压电部件65的电子部件。

喷嘴板64由例如厚度25μm～75μm的树脂材料、例如方形的聚酰亚胺制的薄膜形成。喷嘴板64具有一对喷嘴列71。各喷嘴列71含有多个喷嘴72。

如图3和图6所示，一对压电部件65例如通过使PZT(锆钛酸铅)制的两张压电板(下部压电板73a和上部压电板73b)以相互的极化方向相对向的方式粘合而形成。如图7所示，各压电部件65为截面梯形形状，并形成为棒状。各压电部件65具有表面被切削形成槽状的多个压力室74、设置于各压力室74的两侧部的作为驱动元件的柱部75、形成于各柱部75的侧面以及压力室74的底部的电极76。

并且，当喷墨头61进行动作时，经由供应口91进行墨水的供应，从墨盒流出的墨水经由供应口91充满压力室74内。在压力室74内未使用的墨水通过排出口92被回收至墨盒。本实施方式的喷墨头61是具有能够使压力室74内的墨水循环并能够将混入的气泡等自动地去除的特征的循环式的喷墨头。

并且，在本实施方式中，设置有通过例如热压接使喷嘴板64、和由金属/陶瓷等刚性较强的材料构成的强化板81一体化的一体化部件82。强化板81具有矩形框状的框体81a、两列盖部列81b1、81b2。矩形框状的框体81形成为与框部件63对应的大小。两列盖部列81b1、81b2在框体81a的框内配置于与一对压电部件65对应的位置。

此外，在两列盖部列81b1、81b2上，分别并列设置有多个盖部77。各盖部77分别配置于与压电部件65的各压力室74对应的位置。即，如图5和图6所示，分别对应一个压力室74设置一个盖部77。由此，存在与压电部件65的各压力室74的数量对应的个数的盖部77。并且，各压力室74的与喷嘴板64对向侧的开口部被各盖部77覆盖。在各盖部77上，分别形成与喷嘴72连通的连通孔77a。各盖部77的连通孔77a被设定成开口面积比喷嘴72的开口面积大。并且，通过盖部77的连通孔77a，压力室74和喷嘴72连通。

在本实施方式中，一体化部件82如以下一例所示制造。首先，将形成喷嘴板64的材料和形成强化板81的材料以加工前的原料卷(現反)的形式通过卷对卷(roll-to-roll)进行接合而做成一体化部件82。并且，卷对卷的加工机具有供应侧的卷和卷绕侧的卷。在通过卷绕侧的卷对从供应侧的辊送出的加工前的片状材料(原料卷)进行卷绕的中途，对片状材料进行各种加工。在本实施方式中，此时，形成喷嘴板64的树脂材料和形成强化板81的材料通过热压接或热熔化等被接合而一体化。

接着，通过卷对卷对该一体化部件82的强化板81进行蚀刻，从而同时成形矩形框状的框体81a和两列盖部列81b1、81b2。此时，由于在供应侧的卷和卷绕侧的卷之间对片状材料附加一定的张力的状态下进行蚀刻加工，因此能够高精度地进行蚀刻加工。之后，蚀刻加工完成的片状材料被切断成对应于每个制品的大小而成形一体化部件82。图4是作为片状材料的喷嘴板64的原料卷和强化板81的原料卷被预先接合之后对其进行蚀刻加工进行图案化的视图。

并且，在一体化部件82的喷嘴板64中使用的树脂材料例如为聚酰亚胺、PET等。在这里，聚酰亚胺的杨氏模量为9GPa，PET的杨氏模量为5GPa。在强化板81中使用的金属材料例如为不锈钢、铝、铜、可伐合金(注册商标)、36Ni-Fe、42Ni-Fe、48Ni-Fe等。在这里，各金属材料的杨氏模量如下，不锈钢为200GPa，铝为70GPa，铜为100GPa，可伐合金(kovar)为130GPa，36Ni-Fe为140GPa，42Ni-Fe为150GPa、48Ni-Fe为160GPa。

并且，在本实施方式中，上述一体化部件82的强化板81粘结于基板62上的框部件63以及一对压电部件65。在这里，在框部件63上粘结有强化板81的框体81a，在一对压电部件65上粘结有两列盖部列81b1、81b2。此时，对应于一个压力室74分别接合一个盖部77。

并且，如图8所示，在一体化部件82上，在两列盖部列81b1、81b2的两端位置分别形成有定位孔83。该定位孔83形成于盖部列81b1、81b2的两端与框体81a的接合部84。在这里，在一对压电部件65的两端位置，形成有不能作为压力室74使用的虚设槽(ダミー溝)85。该虚设槽85在压电部件65成形时形成与压力室74相同的形状。并且，由于在压电部件65的两端位置的壁面上不能形成电极，因此该虚设槽85通常处于不使用状态。

在本实施方式中，该压电部件65的虚设槽85在一体化部件82的强化板81、和基板62上的框部件63以及一对压电部件65之间的粘结作业时被用于一体化部件82与压电部件65的定位。即，在一体化部件82的强化板81和基板62上的框部件63以及一对压电部件65的粘结作业时，进行以下定位工序。在这里，一体化部件82的定位孔83和压电部件65的虚设槽85通过使用显微镜等进行目视而对位。此时，通过使一体化部件82的定位孔83和压电部件65的虚设槽85对位，进行压电部件65的长度方向(图5中箭头A方向)的定位。并且，通过一体化部件82的定位孔83使虚设槽85的周壁的角部对位，从而进行与压电部件65的长度方向垂直的方向(图5中箭头B方向)的定位。在该定位作业后，进行一体化部件82的强化板81、和基板62上的框部件63以及一对压电部件65之间的粘结作业。

并且，强化板81的框体81a与两列盖部列81b1、81b2独立，为了良好地进行该一体品的强化板81的操作。如果强化板81的操作不困难的话，也可以不需要框体81a，由于在蚀刻工序中加工性不会因其有无而改变，因此可以根据喷墨头61的种类来选择其有无。

接着，对上述构成的作用进行说明。当本实施方式的喷墨头61进行动作时，如果使用者对打印机指示印刷，则打印机的控制部对喷墨头61将印刷信号输出至喷墨头驱动用的IC。收到印刷信号的喷墨头驱动用的IC经由电性配线将驱动脉冲电压施加于柱部75。由此，首先左右一对柱部75进行切变模式变形，以变形(弯曲)为“く”形的方式进行远离。此时，使压力室74减压(使压力室74扩大)。接着，使其恢复至初始位置，提高压力室74内的压力(使压力室74收缩)。由此，压力室74内的墨水经由盖部77的连通孔77a被供应至喷嘴板64的喷嘴72，墨水滴从喷嘴72有力地喷出。

在这样的喷墨头61中，由于盖部77构成压力室74的一个壁面，因此对压力室74的刚性带来影响。盖部77的刚性越强(越硬/越厚)，压力室74的刚性变得越强，因此压电部件65所产生的压力被有效地利用于墨水喷出，并且，墨水内的压力传播速度也变快，能够高速地进行驱动。

因此，上述构成实现以下效果。即，在本实施方式的喷墨头61中，在一对压电部件65和喷嘴板64之间设置(介設)有盖部77。盖部77对应于一个压力室74分别设置一个，并且，由杨氏模量比喷嘴板64大的刚性高的材料形成，分别形成有与喷嘴72连通的连通孔77a。并且，压电部件65的槽(压力室74)和盖部77分别单独设置。由此，与利用一个盖部77覆盖压电部件65的全部压力室74的情况相比，盖部77和压电部件65的接合部分的长度变得非常小。即，与利用一个盖部77进行覆盖的情况相比，盖部77和压电部件65的接合部分的长度变为大约(1/压力室74的数量)的长度。因此，在由于盖部77和压电部件65接合时在接合过程中产生的温度差，压电部件65的一个压力室74和盖部77的接合部分对应于盖部77和压电元件65的热膨胀率的差异而产生形变的情况下，通过在喷嘴板64中使用的树脂材料的弹性变形，能够简单地吸收一个盖部77的形变。结果，盖部77和一对压电部件65接合时在接合过程中产生的温度差与目前相比不会变化，但是在压电部件65的一个压力室74和盖部77的接合部分能够减少在压电部件65上产生的残留应力。由此，能够防止喷墨头61的喷出特性降低。

并且，由于当一对压电部件65和一体化部件82的强化板81接合时，能够分别独立地对一个压力室74和盖部77进行加压接合，因此不会产生位置偏移，而能够形成高精度的喷墨头61。

此外，由于多个压力室74的盖部77分别独立，因此，即使在使用导电性的材料形成盖部77的情况下，形成于各压力室74的电极也不会短路。因此，不需要在各压力室74设置绝缘覆盖膜。该情况使用金属作为导电性的材料，因此与使用陶瓷的情况相比，蚀刻加工变得容易，能够做成价格便宜的喷墨头61。

此外，关于盖部77的金属材料的选定，可以根据所使用的墨水、清洗剂来进行选定，通过材料自身、实施镀膜，能够对应广泛的墨水、清洗剂。例如，也可以形成在盖部77的金属材料的表面进行镀镍而设有镀膜的构成。

并且，在本实施方式中，当一体化部件82制造时，通过卷对卷进行蚀刻，能够将盖部77和喷嘴板64一体化。在利用该卷对卷进行的蚀刻加工中，在供应侧的卷和卷绕侧的卷之间对片状材料附加一定的张力的状态下，进行蚀刻加工。因此，能够高精度地进行蚀刻加工，在喷墨头61的制造上成为操作良好的部件，能够做成高精度且价格便宜的喷墨头61。

并且，如果在一体化部件82的强化板81中使用低热膨胀合金，则压电部件65的残留应力变得更低，能够得到特性更好的喷墨头61。作为低热膨胀合金，在压电部件65中可以选择线膨胀率接近的低热膨胀合金，可以从“可伐合金”、36Ni合金、42Ni合金、48Ni合金等选择即可。这样，在喷嘴板64和盖部77被预先一体化的接合中，当接合时，对盖部77独立加压，热处理产生的形变被具有可挠性的喷嘴板64自身吸收，因此不会产生位置偏移。

因此，在本实施方式中，当盖部77和压电部件65进行接合时，能够减小压电部件65中产生的残留应力，能够提供高精度且价格便宜的喷墨头和喷墨记录装置。

[变形例]

并且，在上述实施方式中，如图8所示，在对盖部77的金属材料进行镀膜的情况下，可以通过无电解电镀进行成形，并且，如图9所示，也可以通过电解电镀进行成形。在通过图9的电解电镀进行成形的情况下，在通过电解电镀成形镀膜之后，如图9中虚线所示，能够将强化板81的框体81a的两侧部分切断进行使用。

在本实施方式中，对喷墨记录装置进行了说明，但是喷墨记录装置也可以是条码打印机、或者使用于POS系统中的收据打印机。

本发明说明了几个实施方式，但是这些实施方式是作为实例而提出，并不是想要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的要旨的范围，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或要旨，同时也包含于权利要求记载的发明和与其均等的范围。

符号说明

1喷墨记录装置 61喷墨头

62基板 63框部件

64喷嘴板 65压电部件

72喷嘴 74压力室

75柱部 76电极

77盖部。

Claims (10)

1.一种喷墨头，其特征在于，包括：

压电部件，形成有槽状的多个压力室，且极化方向相反；

喷嘴板，配置在所述压电部件上，形成有与多个所述压力室分别对应的多个喷嘴；以及

盖部，设置于所述压电部件和所述喷嘴板之间，对应于一个所述压力室分别设置一个，且由杨氏模量比所述喷嘴板大的材料形成，所述盖部分别形成有与所述喷嘴连通的孔，

所述盖部构成所述压力室的一个壁面。

2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，

所述盖部是金属材料。

3.根据权利要求1或2所述的喷墨头，其特征在于，

所述喷嘴板是聚酰亚胺。

4.根据权利要求2所述的喷墨头，其特征在于，

所述盖部的金属材料是铜。

5.根据权利要求3所述的喷墨头，其特征在于，

所述盖部的金属材料是铜。

6.根据权利要求2所述的喷墨头，其特征在于，

所述盖部的金属材料是低热膨胀合金。

7.根据权利要求3所述的喷墨头，其特征在于，

所述盖部的金属材料是低热膨胀合金。

8.根据权利要求2、4至7中任一项所述的喷墨头，其特征在于，

所述盖部的金属材料在表面被进行镀镍。

9.根据权利要求3所述的喷墨头，其特征在于，

所述盖部的金属材料在表面被进行镀镍。

10.一种喷墨记录装置，其特征在于，包括：

输送装置，沿输送路径输送记录介质；以及

权利要求1至9中任一项所述的喷墨头，对所述输送装置输送的所述记录介质喷出墨水并进行图像形成。