JP2004351811A

JP2004351811A - 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2004351811A
Application number: JP2003153581A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yamaguchi; 清山口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】インクを供給する能力、内部に残留する気泡を速やかに排出する能力、圧力室から流入する圧力を他の圧力室へ伝達しない能力を持つ共通液室を低コストで得ることができない。
【解決手段】流路板４の圧力室及びインク供給路はシリコン基板をエッチングして形成され、フレーム部材１５に共通液室８を形成して圧力室またはこれに通じる流路に対してノズル２と対向する方向からインクを供給するように配置し、共通液室８の底部にはフレーム部材１５よりも柔らかいダンパ部材１６を設けて壁面を形成した。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【特許文献１】特開２０００−１７７１１９号公報
【特許文献２】特開２００３−０８９２０３号公報
【従来の技術】
複写装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置として、例えばインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、インクジェットヘッドから用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含むインク滴が付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙などとも称される。）にインク滴を吐出して記録（画像形成）を行うものであり、高精細な画像を高速で記録することができ、ランニングコストが安く、騒音が少なく、しかも、多色のインクを使用してカラー画像を記録するのが容易であるなどの利点を有している。
【０００３】
一般的に、インクジェットヘッドは、インク滴を吐出する各ノズル毎に独立した圧力室に連通しており、この圧力室内部で圧力を発生させ、内部のインクをノズルから吐出する。そして、各々の圧力室にはインク供給路を介して共通液室が連通しており、インク供給口から共通液室に供給されたインクを各々の圧力室へ分配するようにしている。
【０００４】
このような共通液室には、▲１▼インクを供給する能力、▲２▼内部に残留する気泡を速やかに排出する能力、▲３▼圧力室から流入する圧力を他の圧力室へ伝達しない能力などが要求される。
【０００５】
従来、このような共通液室に求められる能力を満たすため、例えば
【特許文献１】に記載されているように、圧力室を形成しているシリコン基板（Ｓｉ基板）に貫通加工し、振動板とノズル板で両側を閉塞することによって共通液室を形成している。また、
【特許文献２】に記載されているように、ノズルと対向する方向から連通するフレーム部材内に共通液室を形成したものもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した
【特許文献１】のヘッドにあっては、▲１▼の能力はＳｉ基板を貫通加工することによってインク流路の断面積を確保することにより、▲２▼の能力はインク流路の形状を工夫することにより、▲３▼の能力は共通液室の隔壁の一面を振動板によって形成し、共通液室のコンプライアンスを増大させることによって達成している。このヘッドにあっては、上記▲３▼の機能を独立に持っているために共通液室形状を▲１▼と▲２▼の機能を得ることに特化できるため設計自由度が高いという利点がある。
【０００７】
しかしながら、Ｓｉ基板内に共通液室を設けているために、チップ面積の増大につながっている。Ｓｉ基板の貫通加工や圧力室などのエッチング加工は高額な装置や複雑な工程を必要とするため、このような部品はヘッドの構成部品の中でもコストの高い部品となる。また、Ｓｉ部品はウェハ単位で製造されるという特徴上チップ面積が大きくなるほどチップあたりコストが指数関数的に増加する。このため、このようなヘッド構成の場合、コストアップの要因となるという課題がある。
【０００８】
一方、
【特許文献２】のヘッドにあっては、▲１▼の能力は形状やサイズを適正化することにより、▲２▼の能力はインク流路の形状を工夫することにより、▲３▼の能力は共通液室内のインク自身のコンプライアンスによって達成している。この構成ではＳｉ基板で形成された流路板に共通液室を設けていないため、圧力室などを形成する流路板のチップ面積が小さく低コストでの製造が可能である。
【０００９】
ところが、このヘッドにおいては、▲２▼の能力を高めるためには共通液室の断面積をできる限り小さくし、インクの流速を速めることが好ましく、▲３▼の能力を高めるためには共通液室の容積をできるだけ大きくすることが好ましい。つまり、▲２▼と▲３▼の能力がトレードオフ関係となってしまい、最適化が難しいという課題がある。
【００１０】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、低コストでかつ高い能力を有する液滴吐出ヘッド及びこの液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、共通液室は圧力室またはこれに通じる流路に対してノズルと対向する方向から液体を供給するように配置され、この共通液室の壁面の少なくとも一部は共通液室を構成する構造部材よりも柔らかい部材で形成されている構成とした。
【００１２】
ここで、共通液室の壁面を形成する柔らかい部材は、シリコン系もしくはフッ素系のゴムであることが好ましい。また、共通液室の壁面を形成する柔らかい部材の内部に気泡もしくは空気層を有することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る画像形成装置は、液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００１４】
ここで、この画像形成装置においては、２５℃での粘度が６ｃｐ以上である液体を使用することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。まず、本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドについて図１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのフレーム部の斜視説明図、図３は同ヘッドの共通液室部分の断面説明図である。
【００１６】
このインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズル２が直線状に２列形成された、例えばＮｉ電鋳によって作製したノズル板１と、このノズル板１のノズル２が連通するノズル連通路、ノズル連通路が連通する圧力室及び圧力室にインクを供給するインク供給路を形成した流路板４と、例えばＮｉ電鋳によって作製した振動板５とを積層接合している。
【００１７】
流路板４は（１１０）の面方位を持つＳｉ単結晶基板をエッチングすることによって振動板５側に上記圧力室及びインク供給路を形成している。圧力室には振動板５に形成したインク供給口６からインクが供給される。
【００１８】
また、圧力室のインクを加圧する圧力を発生するための駆動手段としての圧電素子１０をノズル２の列に対応するようにベース１１上に接合配置している。なお、圧電素子１０は具体的には２つの圧電素子をノズル２の各々に対応するように櫛歯状に溝加工して形成している。そして、駆動のためのＦＰＣ（図示しない）を接合し状態で、振動板５に当接するように組み立てている。この圧電素子１０の変位により振動板５が変形し、圧力室内部の圧力上昇により、内部のインクがノズル２より液滴となって吐出される。
【００１９】
振動板５のインク供給口６に対しては共通液室の構造部材でもあるフレーム部材１５によって形成した共通液室８によってインクが分配供給される。このフレーム部材１５は、シリカの粉末を含有する熱硬化性エポキシ樹脂によって形成している。
【００２０】
そして、共通液室８の底部（インク供給方向に対向する側の面）には硬度が２０度のフッ素ゴムを発泡させた材料、すなわち内部に気泡もしくは空気層を有する材料で形成したダンパ部材１６を圧入して共通液室８の内壁面の一部を形成している。このダンパ部材１６は、共通液室８を構成する構造部材であるフレーム部材１５よりも柔らかい部材である。
【００２１】
さらに、共通液室８にはフレーム部材１５に形成したインク供給穴１７を通じて外部のインクタンクなどからインクが供給される。
【００２２】
このように構成したので、共通液室８内に設けたダンパ部材１６の弾力によって共通液室８内のコンプライアンスが高められているため、コンプライアンスを得るために共通液室８の容積を増大させる必要がなくなる。これにより、共通液室形状を気泡排出性を確保する形状に最適化でき、優れた共通液室能力を有し、安定して良好な滴噴射特性が得られ、設計自由度の高いインクジェットヘッドを得ることができる。
【００２３】
特に、このような構成は、インク供給能力の確保が難しくなる高い粘度のインクを用いる場合に効果的であり、具体的には２５℃での粘度が６ｃｐを越えるような高粘度のインクを使用する場合に適している。
【００２４】
なお、ここでは、共通液室を形成する構造部材としてのフレーム部材１５はシリカの粉末が含有する熱硬化性エポキシ樹脂によって製作しているが、含有物としては金属粉末でも良い。また、樹脂としてはＰＰＳなどの熱可塑性樹脂でも製作可能である。
【００２５】
また、ダンパ部材１６として硬度が２０度のフッ素ゴムを発泡させた材料を用いているが、硬度が１０度以下とすることでさらに効果が大きくなる。さらに、フッ素系ゴムの代わりにシリコン系のゴムでも同様の効果が得られる。発泡させない場合でも効果は低くなるものの、同様の機能を得ることは可能である。
【００２６】
次に、本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドについて図４ないし図６を参照して説明する。なお、図４は同ヘッドの分解斜視説明図、図５は同ヘッドのフレーム部の斜視説明図、図６は同ヘッドの共通液室部分の断面説明図である。
【００２７】
このインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズル２が直線状に２列形成された、例えばＮｉ電鋳によって作製したノズル板１と、このノズル板１のノズル２が連通するノズル連通路、ノズル連通路が連通する圧力室及び圧力室にインクを供給するインク供給路を形成した流路板４と、例えばＮｉ電鋳によって作製した振動板５とを積層接合している。
【００２８】
流路板４は（１１０）の面方位を持つＳｉ単結晶基板をエッチングすることによって振動板５側に上記圧力室及びインク供給路を形成している。圧力室には振動板５に形成したインク供給口６からインクが供給される。
【００２９】
また、圧力室のインクを加圧する圧力を発生するための駆動手段としての圧電素子１０をノズル２の列に対応するようにベース１１上に接合配置している。なお、圧電素子１０は具体的には２つの圧電素子をノズル２の各々に対応するように櫛歯状に溝加工して形成している。そして、駆動のためのＦＰＣ（図示しない）を接合し状態で、振動板５に当接するように組み立てている。この圧電素子１０の変位により振動板５が変形し、圧力室内部の圧力上昇により、内部のインクがノズル２より液滴となって吐出される。
【００３０】
振動板５のインク供給口６に対しては共通液室の構造部材でもあるフレーム部材１５によって形成した共通液室８によってインクが分配供給される。このフレーム部材１５はＰＰＳ樹脂によって形成している。
【００３１】
そして、共通液室８の底部（インク供給方向に対向する側の面）には硬度が２０度のフッ素ゴムを発泡させた材料、すなわち内部に気泡もしくは空気層を有する材料で形成したダンパ層２６を層状に形成している。このダンパ層２６の形成は通常の２色成型技術を用いて行った。このダンパ層２６によって共通液室８の内壁面の一部を形成している。このダンパ層２６は、共通液室８を構成する構造部材であるフレーム部材１５よりも柔らかい部材である。
【００３２】
さらに、共通液室８にはフレーム部材１５に形成したインク供給穴１７を通じて外部のインクタンクなどからインクが供給される。
【００３３】
このように構成したので、共通液室８内に設けたダンパ層２６の弾力によって共通液室８内のコンプライアンスが高められているため、コンプライアンスを得るために共通液室８の容積を増大させる必要がなくなる。これにより、共通液室形状を気泡排出性を確保する形状に最適化でき、優れた共通液室能力を有し、安定して良好な滴噴射特性が得られ、設計自由度の高いインクジェットヘッドを得ることができる。
【００３４】
特に、このような構成は、インク供給能力の確保が難しくなる高い粘度のインクを用いる場合に効果的であり、具体的には２５℃での粘度が６ｃｐを越えるような高粘度のインクを使用する場合に適している。
【００３５】
なお、ここでは、共通液室を形成する構造部材としてのフレーム部材１５はＰＰＳによって形成しているが、シリカの粉末が含有する熱硬化性エポキシ樹脂などによっても製作可能である。
【００３６】
また、ダンパ部層２６として硬度が２０度のフッ素ゴムを発泡させた材料を用いているが、硬度が１０度以下とすることでさらに効果が大きくなる。さらに、フッ素系ゴムの代わりにシリコン系のゴムでも同様の効果が得られる。発泡させない場合でも効果は低くなるものの、同様の機能を得ることは可能である。
【００３７】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載した画像形成装置であるインクジェット記録装置の一例について図７及び図８を参照して説明する。なお、図７は同記録装置の斜視説明図、図８は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００３８】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【００３９】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１１で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。
【００４０】
インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００４１】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００４２】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【００４３】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００４４】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【００４５】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドは、優れた共通液室能力を有しているので、安定して良好な滴噴射特性が得られ、高い画像品質の画像を記録することができる。
【００４６】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００４７】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００４８】
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載することによって、高画質記録を行うことができる画像形成装置を得ることができる。
【００４９】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッド及びこれらの液滴吐出ヘッドを搭載する画像形成装置にも適用できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、共通液室は圧力室またはこれに通じる流路に対してノズルと対向する方向から液体を供給するように配置され、この共通液室の壁面の少なくとも一部は共通液室を構成する構造部材よりも柔らかい部材で形成されているので、低コストで優れた共通液室能力を有するヘッドが得られる。
【００５１】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、良好な滴噴射特性が得られ、高画質画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドのフレーム部の斜視説明図
【図３】同ヘッドの共通液室部分の断面説明図
【図４】本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図５】同ヘッドのフレーム部の斜視説明図
【図６】同ヘッドの共通液室部分の断面説明図
【図７】本発明に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の一例の斜視説明図
【図８】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…ノズル板、２…ノズル、４…流路板、５…振動板、８…共通液室、１０…圧電素子、１５…フレーム部材、１６…ダンパ部材、２６…ダンパ層、１２４…記録ヘッド。

Claims

液滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する圧力室と、この加圧室内の液体を加圧するための駆動手段とを、それぞれ複数有し、複数の圧力室に液体を供給するための共通液室を有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記共通液室は圧力室またはこれに通じる流路に対して前記ノズルと対向する方向から液体を供給するように配置され、この共通液室の壁面の少なくとも一部は共通液室を構成する構造部材よりも柔らかい部材で形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記共通液室の壁面を形成する柔らかい部材は、シリコン系もしくはフッ素系のゴムであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記共通液室の壁面を形成する柔らかい部材の内部に気泡もしくは空気層を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えて画像を形成する画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項１ないし３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
請求項４に記載の画像形成装置において、２５℃での粘度が６ｃｐ以上である液体を使用することを特徴とする画像形成装置。