JP2006231812A

JP2006231812A - 記録ヘッド及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2006231812A
Application number: JP2005052339A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Kamito; 貴央上戸
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】インク供給経路に混入した異物を確実に除去すると共に、インク内に混入した異物を除去するフィルタの流体抵抗による影響を低減して同時多数チャンネル吐出を行った場合でもノズルから安定してインクを吐出する。
【解決手段】記録ヘッド３の個別液室２０内のインクに吐出エネルギを与えてノズル１３から吐出させる振動板１６の共通インク流路２９との連通部に膜厚が１μｍ〜10μｍのダンパー部２５を有するフィルタ２４を設け、ノズル１３の近傍でインク供給経路に混入した異物を排除して、混入した異物によりノズル１３に目詰りが生じることを防ぐ。また、フィルタ２４に設けたダンパー部２５により、インク吐出後の相互干渉を低減する。
【選択図】図４

Description

この発明は、記録媒体にインクを吐出して文字や画像を記録する記録ヘッド及びインクジェット記録装置、特にインクの吐出不良をなくして記録品質の向上を図ることに関するものである。

インクジェット記録装置は、キャリッジに搭載された記録ヘッドと、駆動モータとプーリー及び駆動ベルト等を有する駆動伝達機構により回転する搬送ベルトと、給紙トレイを有し、給紙トレイに収納された記録媒体を搬送ベルトで搬送しながら、搬送している記録媒体に記録ヘッドからインクを吐出して文字や画像を記録する。

この記録ヘッドからインクを吐出するノズル孔は数10μｍの大きさで形成されており、記録ヘッドの製造過程において異物が混入すると、混入した異物がインクによって流されてきてノズルに詰まり、吐出不良を発生させてしまう。特に、近年はパソコン等の画像処理装置の処理能力が向上して出力の高速化が進んでいる。この出力の高速化に対応するため、記録ヘッドのインクを吐出するノズル数の増加が求められている。このようにノズル数が増加すると、異物によりノズルの詰まりによる吐出不良も増加してしまう。

このような異物によるノズルの詰まりを防ぐため、インクカートリッジからノズルまでインクを供給するインク供給経路に異物や気泡を排除するフィルタを設ける必要がある。このフィルタの設置入りをインク供給経路の上流側に設ければ、その位置からノズルまでの容積が大きくなり、その範囲に混入した異物を除去できなくなってしまう。これに対して、例えば特許文献１や特許文献２に示すように、記録ヘッドの共通液室にインクを供給するインク流路にフィルタを設けたり、特許文献３に示すように、ノズルの直前にフィルタを設けるように、ノズルの近傍にフィルタを設けると、フィルタで排除できない異物が混入する容積が小さくなり、フィルタより上流側のインク供給経路に混入した異物を確実に除去することができる。
特開平６−２５５１０１号公報特開２００１−１５０６７６号公報特開２００４−１１４５１６号公報

しかしながら、フィルタをノズルの近傍に設けた場合、フィルタの流体抵抗によりノズルの部分にインクを供給しにくくなり、記録の高速化に対応するためノズル数を増加して同時多数チャンネル吐出を行った場合、ノズルの部分のインク内圧が低下して吐出不良になってしまうという問題がある。

この発明は、このような問題を解消し、インク供給経路に混入した異物を確実に除去すると共に、インク内に混入した異物を除去するフィルタの流体抵抗による影響を低減して同時多数チャンネル吐出を行った場合でもノズルから安定してインクを吐出することができる記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを目的とするものである。

この発明の記録ヘッドは、インクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルに対応した個別液室と、該個別液室にインクを供給する共通液室と、前記個別液室内のインクに吐出エネルギを与える駆動手段を有し、前記ノズルからインクを吐出させて被記録材に文字や画像を記録する記録ヘッドにおいて、前記共通液室と個別液室の間にダンパー部材で形成されたフィルタを設けたことを特徴とする。

この発明の他の記録ヘッドは、インクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルに対応した個別液室と、該個別液室にインクを供給する共通液室と、前記個別液室内のインクに吐出エネルギを与える駆動手段を有し、前記ノズルからインクを吐出させて被記録材に文字や画像を記録する記録ヘッドにおいて、前記個別液室内のインクに吐出エネルギを与える駆動手段に振動板を有し、該振動板の共通液室と個別液室の連通部にダンパー部材で形成されたフィルタを設けたことを特徴とする。

前記フィルタを形成するダンパー部材は、膜厚が１μｍ〜10μｍである。

また、前記フィルタは、前記ノズルと同じ形状をし、開口面積がノズルの開口面積より小さく形成された複数の孔を有する。さらに、前記複数の孔によるフィルタの総開口面積は前記ノズル総数の開口面積より大きくなるように形成されている。

この発明のインクジェット記録装置は、前記記録ヘッドを有することを特徴とする。

この発明の記録ヘッドは、共通液室と個別液室の間にダンパー部材で形成されたフィルタを設けることにより、ノズルの近傍でインク供給経路に混入した異物を排除するから、混入した異物によりノズルに目詰りが生じることを防ぐことができる。また、フィルタをダンパー部材に形成したから、インク吐出後の相互干渉を低減することができる。

また、個別液室内のインクに吐出エネルギを与える駆動手段に振動板を有し、振動板の共通液室と個別液室の連通部にダンパー部材で形成されたフィルタを設けることにより、振動板でインク流路を形成することができ、構造を単純化することができる。

さらに、フィルタを形成するダンパー部材を、膜厚１μｍ〜10μｍで形成することにより、フィルタの流体抵抗を小さくすることができ、インクを容易に流入させることができる。

また、フィルタには、ノズルと同じ形状をし、開口面積がノズルの開口面積より小さく形成された複数の孔を有するから、フィルタの孔より小さな異物が流入しても、流入した異物はノズルを通過し易く、流入した異物によりノズルに目詰りが生じることを防ぐことができる。

さらに、複数の孔によるフィルタの総開口面積をノズル総数の開口面積より大きくなるように形成することにより、ノズルから同時多数チャンネル吐出を行った場合も充分な量のインクを個別液室に供給することができ、吐出不良が生じることを防ぐことができる。

この記録ヘッドを有するインクジェット記録装置は、インクの吐出不良が生じることを防いで安定した記録を行うことができる。また、ノズルから吐出するインクを安定して供給することができるから、ノズルから同時多数チャンネル吐出を行って記録を高速に行うことができる。

図１はこの発明のインクジェット記録装置の構成図である。図に示すように、インクジェット記録装置１は、シアンＣ，マゼンタＭ、イェローＹ，ブラックＢｋの各色のインクをそれぞれ収納した４個のインクカートリッジ２と、複数のノズルを有し各インクカートリッジ２からインクが供給される４個の記録ヘッド３と、インクカートリッジ２と記録ヘッド３を搭載したキャリッジ４と、記録紙を収納した給紙トレイ５ａ，５ｂや手差しテーブル６から記録紙を印字部７に搬送する搬送ローラ８と、文字等を記録した記録紙を排紙トレイ９に排出する排出ローラ１０を有する。ホスト装置から送られた画像データを記録紙に記録するときは、キャリッジ４を主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２に沿って主走査方向に走査しながら、搬送ローラ８により印字部７に送られた記録紙に記録ヘッド３のノズルから画像データに応じてインクを噴射して文字や画像を記録し、文字や画像を記録した記録紙を排紙トレイ９に排出する。

インクカートリッジ２は、内部にはインクが充填された多孔質体が設けられ、上部に大気と連通する大気口を有し、下部には記録ヘッド３にインクを供給する供給口を有し、内部の多孔質体の毛管力により記録ヘッド３へ供給するインクをわずかな負圧に維持している。

記録ヘッド３は、図２の断面図と図３の分解斜視図に示すように、複数のノズル１３を有するノズル板１４と流路板１５と振動板１６とアクチュエータ部１７及びフレーム部材１８を有する。流路板１５は複数の貫通孔１９とインク流路となる各個別液室２０を形成したシリコン基板などからなり、流路板１５の上面にはニッケル電鋳などで複数のノズル１３を形成したノズル板１４が接合されている。

振動板１６は、図４の部分断面図に示すように、第１層２１と第２層２２を有する多層構造に形成されている。振動板１６の第１層２１は、図５の斜視図に示すように、複数の孔２３を有するフィルタ２４と、フィルタ２４の周囲に設けられたダンパー部２５を有し、ニッケル電鋳などで膜厚１μｍ〜10μｍ、好ましくは２μｍ〜５μｍで形成されている。フィルタ２４に設けられた孔２３は、ノズル板１４に設けたノズル１３と同じ形状をし、その開口面積はノズル１３の開口面積より小さく形成され、複数の孔２３によるフィルタ２４の総開口面積はノズル板１４のノズル総数の開口面積より大きくなるように、複数の孔２３はノズル板１４に有するノズル１３の数よりはるかに多く形成されている。第２層２２はアクチュエータ部１７により変形変位するダイアフラムであり、第１層２１のフィルタ２４に対応する部分に開口部２６を有する。この振動板１６が流路板１５の下面に接合されて個別液室２０を構成している。

アクチュエータ部１７はベース部材２７の上に電気機械変換素子、例えば積層型の圧電素子２８が、ノズル板１４に有するノズル１３に対応して例えば２列に設けられ、この圧電素子２８が振動板１６の第２層２２に接合されている。振動板１６の圧電素子２８を接合した部分の外側には、共通インク流路２９を形成したフレーム部材１８が接合され、共通インク流路２９から振動板１６のフィルタ２４を通して各個別液室２０へインクを供給する。

キャリッジ４は、図６の斜視図に示すように、記録紙搬送方向下流側が主ガイドロッド１１に摺動自在に取付けられ、記録紙搬送方向上流側が従ガイドロッド１２に摺動自在に保持され、主走査モータ３０で回転駆動される駆動プーリ３１と従動プーリ（不図示）に巻き回されたタイミングベルト３２により、主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２に沿って主走査方向に往復移動する。また、キャリッジ４の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド３の吐出不良を回復するための回復装置３３を配置している。この回復装置３３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４は印字待機中にはこの回復装置３３側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド３をキャッピングしてノズル１３を湿潤状態に保ち、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。記録ヘッド３に吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド３のノズル１３を密封し、チューブを通して吸引手段でノズル１３からインクとともに気泡等を吸い出し、ノズル１３に付着したインクやゴミ等をクリーニング手段により除去して吐出不良を回復させる。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。

このインクジェット記録装置１で、ホスト装置から送られた画像データを、給紙トレイ５から給紙ローラ３４とフリクションパッド３５で分離されてガイド部材３６を通って搬送ローラ８により印字部７に送られた記録紙に記録するとき、キャリッジ４を主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２に沿って主走査方向に走査しながら、記録ヘッド３のノズル１３から画像データに応じてインクを吐出して文字や画像を記録紙に記録する。

この記録ヘッド３のノズル１３からインクを吐出するとき、画像データに応じて圧電素子２８に駆動電圧を印加すると、圧電素子２８は積層方向に変位が生じ振動板１６を各個別液室２０側へ変形変位させる。この振動板１６の変位により個別液室２０の容積が減少して内圧が上昇し、貫通孔１９を通してノズル板１４のノズル１３からインク滴を吐出する。

このノズル１３から吐出するインクを各個別液室２０に供給するとき、振動板１６の第１層２１に設けたフィルタ２４を介して共通インク流路２９から個別液室２０にインクを供給するから、インク供給経路の上流側から共通インク流路２９に、フィルタ２４の孔２３より大きな異物が流入しても、その異物が個別液室２０に流入することを阻止する。また、インク供給経路の上流側から共通インク流路１９に、フィルタ２４の孔２３より小さな異物が流入してフィルタ２４の孔２３を通過して個別液室２０に流入しても、ノズル板１４に設けたノズル１３はフィルタ２４の孔２３と同じ形状をし、その開口面積も大きいから、個別液室２０に流入した異物はノズル１３を通過し易く、流入した異物によりノズル１３に目詰りが生じることを防ぐことができる。

また、振動板１６のフィルタ２４を有する第１層２１は、膜厚を１μｍ〜10μｍ、例えば２μｍで形成し、フィルタ２４の総開口面積はノズル板１４のノズル総数の開口面積より大きくなっているから、フィルタ２４の流体抵抗を小さくすることができると共に、ノズル１３から同時多数チャンネル吐出を行った場合も充分な量のインクを各個別液室２０に供給することができ、吐出不良が生じることを防ぐことができる。さらに、フィルタ２４の外周部にダンパー部２５を有するから、インク吐出後の相互干渉を低減することができる。

また、フィルタ２４をノズル１３近傍の振動板１６に設けてあるから、記録ヘッド３を製造するときに、異物を除去する洗浄範囲を振動板１６とノズル１３の間に限定することができ、記録ヘッド３を製造するときの洗浄効率を向上させることができる。

前記説明では記録ヘッド３のアクチュエータ部１７に圧電素子８を設けて吐出エネルギーを発生する場合について説明したが、発熱抵抗体により気泡を生じさせてインクを加圧する方式やインク流路壁面を形成する振動板とこれに対向する電極との間の静電力で振動板を変位させてインクを加圧する方式のいずれにも適用することができる

前記説明では、振動板１６による吐出エネルギが作用したインクの流れ方向をノズルの開口中心軸に沿うようにしたエッジシューター方式で記録ヘッド３を構成した場合について説明したが、図７の部分断面図に示すように、天板４０にノズル１３を設け、天板４０と流路板１５ａで形成される流路４１をノズル１３の開口中心軸と直交するように設けて、吐出エネルギが作用したインクの流れ方向４２をノズル１３の開口中心軸と直角となるように構成したサイドシューター方式を使用しても良い。このようにサイドシューター方式を使用することにより、振動板１６等の吐出エネルギ発生体で発生した吐出エネルギを、より効率良くインク滴の形成とその飛行の運動エネルギへと変換することができる。また、インクの供給によってノズル１３に生成するメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有し、吐出エネルギー発生体に発熱素子を用いた場合に特に効果的である。また、エッジシューター方式において問題となる気泡が消滅する際の衝撃により吐出エネルギー発生体を徐々に破壊するいわゆるキャビテーション現象をサイドシューター方式であれば回避することができる。すなわち、サイドシューター方式において気泡が成長し、その気泡がノズル１３に達すれば気泡が大気に通じることになり温度低下による気泡の収縮は起こらない。そのため記録ヘッド３の寿命を長くすることができるという長所を有する。

この発明のインクジェット記録装置の構成図である。記録ヘッドの構成を示す断面図である。記録ヘッドの構成を示す分解斜視図である。記録ヘッドの構成を示す部分断面図である。振動板のフィルタを有する第１層の構成を示す斜視図である。キャリッジの搬送機構を示す斜視図である。サイドシューター方式のノズル部分を示す部分断面図である。

符号の説明

１；インクジェット記録装置、２；インクカートリッジ、３；記録ヘッド、
４；キャリッジ、５；給紙トレイ、６；手差しテーブル、７；印字部、
８；搬送ローラ、９；排紙トレイ、１０；排出ローラ、１３；ノズル、
１４；ノズル板、１５；流路板、１６；振動板、１７；アクチュエータ部、
１８；フレーム部材、１９；貫通孔、２０；個別液室、２１；第１層、
２２；第２層、２３；孔、２４；フィルタ、２５；ダンパー部、２６；開口部、
２７；ベース部材、２８；圧電素子、２９；共通インク流路。

Claims

インクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルに対応した個別液室と、該個別液室にインクを供給する共通液室と、前記個別液室内のインクに吐出エネルギを与える駆動手段を有し、前記ノズルからインクを吐出させて被記録材に文字や画像を記録する記録ヘッドにおいて、
前記共通液室と個別液室の間にダンパー部材で形成されたフィルタを設けたことを特徴とする記録ヘッド。
インクを吐出する複数のノズルと、該複数のノズルに対応した個別液室と、該個別液室にインクを供給する共通液室と、前記個別液室内のインクに吐出エネルギを与える駆動手段を有し、前記ノズルからインクを吐出させて被記録材に文字や画像を記録する記録ヘッドにおいて、
前記個別液室内のインクに吐出エネルギを与える駆動手段に振動板を有し、該振動板の共通液室と個別液室の連通部にダンパー部材で形成されたフィルタを設けたことを特徴とする記録ヘッド。
前記フィルタを形成するダンパー部材は、膜厚が１μｍ〜10μｍである請求項１又は２記載の記録ヘッド。
前記フィルタは、前記ノズルと同じ形状をし、開口面積がノズルの開口面積より小さく形成された複数の孔を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の記録ヘッド。
前記複数の孔によるフィルタの総開口面積は前記ノズル総数の開口面積より大きくなるように形成されている請求項４記載の記録ヘッド。
請求項１乃至５のいずれかに記載の記録ヘッドを有することを特徴とするインクジェット記録装置。