JP2010208036A - Liquid ejection head, head cartridge, and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液体吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像形成装置に関し、詳細には圧電素子などの駆動手段により振動板を変位させてノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a liquid discharge head, an ink cartridge, and an image forming apparatus, and more particularly, to a liquid discharge head that discharges liquid from a nozzle by displacing a diaphragm by a driving unit such as a piezoelectric element.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置として使用するインクジェット記録装置は、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する圧力室、加圧液室、液室、インク室、流路等の吐出室と、この吐出室内の液体を加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備えて、アクチュエータ手段を駆動することで吐出室内の液体を加圧してノズルから液滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみ液滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。 An ink jet recording apparatus used as an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, or a plotter has a nozzle that discharges droplets, a pressure chamber, a pressurized liquid chamber, a liquid chamber, an ink chamber, and a flow path that communicate with the nozzle. And the like, and an actuator means for generating energy to pressurize the liquid in the discharge chamber, and the actuator means is driven to pressurize the liquid in the discharge chamber and discharge droplets from the nozzles. Ink-on-demand systems, which eject droplets only when recording is necessary, are the mainstream.
ところで、記録速度の高速化、記録密度の高密度化の要求から、複数のノズルを有するマルチノズルヘッドを使用し、さらに要求する液滴のサイズを益々小さくする傾向にある。そのために液室をより小さくする傾向にある。ノズルピッチを細かくするために幅方向が短くなるだけでなく、液室の長さ方向も短くする必要がある。これは、液室の圧力共振周波数を高くすることで、小さい滴を吐出させるためである。 By the way, due to the demand for higher recording speed and higher recording density, a multi-nozzle head having a plurality of nozzles is used, and the required droplet size tends to be further reduced. Therefore, the liquid chamber tends to be made smaller. In order to make the nozzle pitch fine, it is necessary not only to shorten the width direction but also to shorten the length direction of the liquid chamber. This is because small droplets are ejected by increasing the pressure resonance frequency of the liquid chamber.
液室を小さくしたとしても、アクチュエータ素子による駆動エネルギーが液室には十分に伝搬されると共に、複数の液室を隔てている隔壁部分にはその駆動エネルギーが伝わらないようにする必要がある。また、各ノズルから吐出する液滴吐出特性を均一にする必要があり、各ヘッド間で圧力室、加圧液室、吐出室、インク室などの液室の容積や流体抵抗に違いが無いことが重要になるので高精度な加工と高精度な接合が必須となっている。 Even if the liquid chamber is made small, it is necessary that the drive energy by the actuator element is sufficiently transmitted to the liquid chamber and that the drive energy is not transmitted to the partition walls separating the plurality of liquid chambers. Moreover, it is necessary to make the characteristics of droplets discharged from each nozzle uniform, and there is no difference in the volume and fluid resistance of liquid chambers such as pressure chambers, pressurized liquid chambers, discharge chambers, and ink chambers between heads. Therefore, high-precision machining and high-precision joining are essential.
そこで、従来例として特許文献1によれば、液室と振動板を同時に加工形成することで、液室と振動板の接合に関して、高精度なアライメントを行う必要がないが、高密度化に伴う高精度な寸法の液室を確保することはエッチング加工では難しい。高精度な寸法に液室を形成する加工方法としてプレス加工が用いられている。しかし、プレス加工において、微細で高精度な寸法の液室を形成することが可能ではあるが、部品の厚さ方向の変形が問題となってくる。このような部品の厚さ方向の寸法変動に関しては、特許文献2に厚さ方向のばらついた駆動素子を高平面度加工することで、高精度な接合を実現することが記載されている。
Therefore, according to
しかしながら、上記特許文献2のように駆動素子であれば不要部を削り高平面度に加工することが可能であるが、液室基板の変形の場合は、平面加工により液室の形状(厚み)が変動してしまい液室形状が高精度に形成できない。よって、高密度でかつ高精度な寸法で形成されていて、かつ厚み方向の変形バラツキが生じても各液室間でバラツキなく、液体に駆動エネルギーを効率良く伝えることが可能となる高精度な接合が要求されている。 However, if it is a drive element like the said patent document 2, it is possible to cut an unnecessary part and process it to high flatness, but in the case of deformation | transformation of a liquid chamber board | substrate, the shape (thickness) of a liquid chamber is carried out by plane processing. The liquid chamber shape cannot be formed with high accuracy. Therefore, it is formed with high-density and high-accuracy dimensions, and even if there is deformation variation in the thickness direction, there is no variation between the liquid chambers, and the drive energy can be efficiently transmitted to the liquid. Joining is required.
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、高密度化、高品質化、高画質化と低コスト化を満たすことができる、液体吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention is to solve these problems, and provides a liquid discharge head, an ink cartridge, and an image forming apparatus that can satisfy high density, high quality, high image quality, and low cost. For the purpose.
前記問題点を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルを有したノズル基板と、各ノズルが連通する液体を蓄える液室が設けられた液室ユニットと、液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板と、液室内の液体を加圧する圧力を発生させるための駆動手段とを有している。そして、本発明の液体吐出ヘッドにおいて、液室ユニットは、機械加工処理で形成された第1の液室基板と、該第1の液室基板と同一組成であって、かつ機械加工処理とは異なる加工処理で形成された平坦な第2の液室基板とが積層して形成されることに特徴がある。よって、第1の液室基板が第2の液室基板側に変形が矯正され、第1の液室基板と接合される第2の液室基板の接合面とは異なるもう一方の面が接合後でも平坦であるために均一な接合が可能となる。また、高剛性な第2の液室基板により駆動手段が液室に与えるエネルギーの損失を防ぐことができるために吐出効率が良く、高品質で高信頼性を実現できる高密度な液体吐出ヘッドを提供できる。また、第1,第2の液室基板は同一組成の部材であるので線膨張係数が同じになり接着剤の熱硬化温度による反りがなくなる。更に、流路部材の親水性も液室ユニットで同じになるので部材の違い(親水性の違い)によって気泡が抜けにくくなることが無くなる。 In order to solve the above problems, a liquid discharge head according to the present invention includes a nozzle substrate having a nozzle for discharging a liquid, a liquid chamber unit provided with a liquid chamber for storing a liquid communicated with each nozzle, and a liquid chamber. And a driving means for generating a pressure to pressurize the liquid in the liquid chamber. In the liquid discharge head according to the present invention, the liquid chamber unit includes a first liquid chamber substrate formed by a machining process, the same composition as the first liquid chamber substrate, and the machining process. It is characterized by being formed by laminating a flat second liquid chamber substrate formed by different processing. Therefore, the deformation of the first liquid chamber substrate is corrected to the second liquid chamber substrate side, and the other surface different from the bonding surface of the second liquid chamber substrate bonded to the first liquid chamber substrate is bonded. Since it is flat afterwards, uniform bonding is possible. Moreover, since the loss of energy given to the liquid chamber by the driving means can be prevented by the high-rigidity second liquid chamber substrate, a high-density liquid discharge head capable of realizing high quality and high reliability can be achieved. Can be provided. Further, since the first and second liquid chamber substrates are members having the same composition, the linear expansion coefficients are the same, and the warp due to the thermosetting temperature of the adhesive is eliminated. Further, since the hydrophilicity of the flow path member is the same in the liquid chamber unit, it is not difficult for bubbles to be easily removed due to a difference in the member (difference in hydrophilicity).
また、第2の液室基板の液室が加工された面積が第1の液室基板の液室が加工された面積以下であることにより、高剛性が保たれ高信頼性な液体吐出ヘッドを提供できる。 In addition, since the area where the liquid chamber of the second liquid chamber substrate is processed is equal to or smaller than the area where the liquid chamber of the first liquid chamber substrate is processed, a highly reliable liquid ejection head with high rigidity is maintained. Can be provided.
更に、第2の液室基板が第1の液室基板と振動板の間で接合される。また、第2の液室基板が第1の液室基板とノズル基板の間で接合される。更には、第2の液室基板が第1の液室基板とノズル基板の間と、第1の液室基板と振動板の間で接合される。よって、高剛性が保たれ高信頼性な液体吐出ヘッドを提供できる。 Further, the second liquid chamber substrate is bonded between the first liquid chamber substrate and the diaphragm. In addition, the second liquid chamber substrate is bonded between the first liquid chamber substrate and the nozzle substrate. Further, the second liquid chamber substrate is bonded between the first liquid chamber substrate and the nozzle substrate, and between the first liquid chamber substrate and the vibration plate. Therefore, it is possible to provide a highly reliable liquid ejection head that maintains high rigidity.
また、複数枚の第2の液室基板を接合させることにより、より一層高剛性が保たれ高信頼性な液体吐出ヘッドを提供できる。 In addition, by bonding a plurality of second liquid chamber substrates, it is possible to provide a highly reliable liquid discharge head that is further highly rigid.
更に、第2の液室基板が、エッチング加工又はレーザ加工で形成されることにより、加工面がテーパー形状となることで接着剤の流れ出しが振動板のダイアフラム部に達するのを防止するので高信頼性な液体吐出ヘッドを提供できる。 Furthermore, since the second liquid chamber substrate is formed by etching or laser processing, the processing surface is tapered, so that the flow of the adhesive is prevented from reaching the diaphragm portion of the diaphragm. Liquid discharge head can be provided.
また、第1の液室基板を形成する機械加工処理はプレス加工であることにより、低コストかつ高精度な液室が形成でき、高画質化と低コスト化を満たすことができる液体吐出ヘッドを提供できる。 In addition, since the machining process for forming the first liquid chamber substrate is a press process, a liquid discharge head capable of forming a low-cost and high-accuracy liquid chamber and satisfying high image quality and low cost is provided. Can be provided.
更に、別の発明としてのヘッドカートリッジは、上記の液体吐出ヘッドを搭載したことに特徴がある。よって、高密度化、高品質化、高画質化と低コスト化を満たすことができるインクカートリッジを提供できる。 Furthermore, a head cartridge as another invention is characterized in that the above-described liquid discharge head is mounted. Therefore, it is possible to provide an ink cartridge that can satisfy high density, high quality, high image quality, and low cost.
また、別の発明としての画像形成装置は、上記の液体吐出ヘッドを搭載したことに特徴がある。よって、高密度化、高品質化、高画質化と低コスト化を満たすことができる画像形成装置を提供できる。 An image forming apparatus as another invention is characterized in that the above-described liquid discharge head is mounted. Therefore, an image forming apparatus that can satisfy high density, high quality, high image quality, and low cost can be provided.
本発明の液体吐出ヘッドにおける液室ユニットは、機械加工処理で形成された第1の液室基板と、該第1の液室基板と同一組成であって、かつ機械加工処理とは異なる加工処理で形成された平坦な第2の液室基板とが積層して形成されている。よって、高剛性が保たれ、高密度化、高品質化、高画質化と低コスト化を満たすことができる。 The liquid chamber unit in the liquid discharge head according to the present invention includes a first liquid chamber substrate formed by machining processing, and a processing process having the same composition as the first liquid chamber substrate and different from the machining processing. And a flat second liquid chamber substrate formed in (1). Therefore, high rigidity is maintained, and high density, high quality, high image quality, and low cost can be satisfied.
図1〜図4は本発明の第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの全体構成を示す断面図である。図1は液室長軸方向、つまりノズル配列方向と交差する方向に沿った断面図である。図2、3は液室短軸方向、つまりノズル配列方向に沿った断面図である。なお、吐出する液体はインクでなくても良い。また、接合面に関して、ここでは平面であることを中心に説明するが部材表面に複数の凹凸があっても良い。 1 to 4 are cross-sectional views showing the entire configuration of the liquid discharge head according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the liquid chamber, that is, the direction intersecting the nozzle arrangement direction. 2 and 3 are cross-sectional views along the minor axis direction of the liquid chamber, that is, along the nozzle arrangement direction. Note that the liquid to be ejected may not be ink. In addition, although the description will be made centering on the flat surface here, the surface of the member may have a plurality of irregularities.
図1、2に示す液体吐出ヘッドの液室11や流体抵抗部12を形成する液室基板は、機械加工処理で形成された第1の液室基板10と機械加工処理とは異なる加工処理で形成された平坦な第2の液室基板70の2部材で構成されている。また、この液室基板10の上面に接合した液滴を吐出するノズル21を形成するノズル板20と、液室基板70の下面に接合し、ダイアフラム部31を有す振動板30と、この振動板30と接合され、液室11内の圧力を変化させる圧力変化手段である積層圧電素子40と、積層圧電素子40を固定するベース基板50とを備えている。なお、各部材は接着層を介して接合されているが、図1、2では接着層は他部材に比べると厚さが薄いために図示していない。また、振動板30には図3に示すような凸部32と厚肉部33を設ける構成も考えられる。
The liquid chamber substrate forming the
液体吐出ヘッドにおける積層圧電素子40は、図1の(b)及び当該図1の(b)の破線部分の拡大図である図1の(c)に示すように、圧電材料層と電極層とを交互に積層した電極積層部41を有し、積層圧電素子40の圧電方向としてd33方向の変位を用いて液室11内の液体を加圧する構成としている。また、図2、3に示したような、積層圧電素子40はハーフカットのダイシング加工により櫛歯上に分割され、1つ毎に圧電素子の駆動部42と非駆動部である支持部材43として使用する。この構造をバイピッチ構造と呼ぶ。支持部材43により流路ユニットを支えているので、液室11の圧力上昇によって液室基板10が持ち上がることを防ぎ、いわゆる相互干渉を抑えることに非常に有効である。
The laminated
なお、液室11をより高密度化させた構造を示す図4からわかるように、積層圧電素子40の駆動部42をノズルピッチと同じ間隔として、支持部材43を形成しない構造(ノ−マルピッチ構造)でも良い。また、液室基板10、70の材料はSi、Ni、42アロイ、SUS304や別のSUS材であっても良い。液室基板10、70の液体に接する面には、窒化チタン膜あるいはポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜を成膜しても良い。このような耐液性薄膜を形成することで、液室基板10、70の材料が液体に対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくくなり、安定した滴吐出が可能になる。なお、ここでは「層」や「膜」は、実質的な平らな全ての構造物を含む意味に用いる。
As can be seen from FIG. 4 showing the structure in which the
また、図1、図2に示す液体吐出ヘッドでは、液室基板10と液室基板70を合わせた厚さが40μm〜600μm、液室11の長手方向の長さは400μm〜1600μm、液室11の幅は120〜139μmとした。流路隔壁の幅は振動板30との接合面で約15〜50μm(液室ピッチが150dpiのため)である。
1 and FIG. 2, the total thickness of the
更に、図4に示す液体吐出ヘッドの液室基板10と液室基板70を合わせた厚さが100μm〜600μm、液室11の長手方向の長さは400μm〜1200μm、液室11の幅は50〜70μmとした構造であっても良い(液室ピッチが300dpiのため)。また、ノズル板20は金属材料、例えば電鋳工法によるNiメッキ膜等で形成したもので、液滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル21を多数形成している。このノズル21の内部形状(内側形状)は、ホーン形状(略円柱形状又は略円錘台形状でも良い)に形成している。更に、このノズル21の径は液滴出口側の直径で約15〜35μmである。ここでのノズル21の直径は18〜24μmとした。また、各列のノズルピッチは、150dpi/300dpiである。ノズル板20の材料として樹脂材を用いることもある。
Furthermore, the total thickness of the
また、ノズル板20の液体吐出面(ノズル表面側)には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層が設けられている。PTFE−Ni共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂(例えばフッ化ピッチなど)を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、液体物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、液体の滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
Further, a water repellent treatment layer (not shown) subjected to a water repellent surface treatment is provided on the liquid ejection surface (nozzle surface side) of the
図1に示すように、外部から液体を供給するための液体供給口34と、共通液室13となる彫り込みが形成するフレーム60はエポキシ系樹脂の射出成形により形成している。樹脂材料は、ポリフェニレンサルファイト等でも良い。
As shown in FIG. 1, the
このような構成を有する液体吐出ヘッドにおいては、記録信号に応じて積層圧電素子40に駆動波形(10〜50Vのパルス電圧)を印加することによって、積層圧電素子40に積層方向の変位が生起し、振動板30を介して液室11が加圧されて圧力が上昇し、ノズル21から液滴が吐出される。その後、液滴吐出の終了に伴い、液室11内の液体圧力が低減し、液体の流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって液室11内に負圧が発生して液体充填行程へ移行する。このとき、液体タンクから供給された液体は共通液室13に流入し、共通液室13から液体流入口34を経て流体抵抗部12を通り、液室11内に充填される。流体抵抗部12は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による再充填(リフィル)に対して抵抗になる。流体抵抗部を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次の液滴吐出動作に移行するまでの時間(駆動周期)を短くできる。
In the liquid ejection head having such a configuration, a displacement in the stacking direction occurs in the multilayer
また、図1に示すように、振動板の部材は金属層や樹脂層とした構成が考えられる。金属膜にすることにより液体の透湿を懸念することがなくなる。金属部材として、Ni、42アロイ、SUS304が考えられる。また、SiO2やTi等の金属膜を表面に形成することにより液体の透湿を懸念することがなくなる。また、振動板30の部材を樹脂層にすると金属層に比べダイアフラム部31の剛性が、低くなることで積層圧電素子40の変位効率を阻害することもなくなる。また、液室基板10、70が例えばNi、42アロイ、SUS304などの金属である場合、金属同士の接合より接合強度が増す。
Moreover, as shown in FIG. 1, the structure which made the member of the diaphragm the metal layer and the resin layer can be considered. By using a metal film, there is no concern about moisture permeation of the liquid. Ni, 42 alloy, and SUS304 can be considered as the metal member. Further, by forming a metal film such as SiO 2 or Ti on the surface, there is no concern about moisture permeation of the liquid. Moreover, if the member of the
更に、樹脂層が、圧延フィルムであっても良い。これにより厚みが薄くなってもピンホールなどの欠陥がほとんど皆無で、信頼性が高い製品を提供することができる。 Furthermore, the resin layer may be a rolled film. As a result, even if the thickness is reduced, it is possible to provide a highly reliable product with almost no defects such as pinholes.
なお、振動板30と駆動部42の接合領域に接着剤に対して親和性を示す処理を行うことも考えられる。また、親和性を示す処理として水酸基やSiO2薄膜層を形成することが考えられる。SiO2薄膜層の形成には、比較的熱のかからない、すなわち振動板30の部材に熱的影響の発生しない範囲の温度で成膜可能な方法で形成する。具体的には、スパッタリング、イオンビーム蒸着、イオンプレーティング、CVD(化学蒸着法)、P−CVD(プラズマ蒸着法)などが適しているといえる。Siのスパッタリング後スパッタ膜にO2処理をしてSiO2膜を生成している。SiO2薄膜層の膜厚は密着力が確保できる範囲で必要最小限の厚さとするのが工程時間、材料費から見て有利である。SiO2膜の厚さを10〜2000Åの範囲で使用している。また、撥水処理に関して、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。撥水処理方法としてスピンコータ、ロールコータ、スクリーン印刷、スプレーコータなどの方法が使用可能であり、それ以外にも真空蒸着で成膜する方法も使用されている。この方法を使用すると撥水膜の密着性が向上する。薄肉部の厚さは、2〜6μmである。また、液室短手方向の薄肉部領域の長さを10〜50μmとしている。
In addition, it is also conceivable to perform a process that shows affinity for the adhesive in the bonding region between the
また、樹脂層としてポリフェニレンサルフアイド(PPS)樹脂を用いているが、延伸可能な他の高分子材料、例えば、ポリイミド(PI)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂、ボリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリバラバン酸(PPA)樹脂、ボリサルホン(PSF)樹脂、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂、ポリエーテルケトン(PEK)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリオレフィン(APO)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂、アラミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーネート樹脂等を用いることもできる。 In addition, polyphenylene sulfide (PPS) resin is used as the resin layer, but other stretchable polymer materials such as polyimide (PI) resin, polyetherimide (PEI) resin, polyamidoimide (PAI) resin, polybaraban Acid (PPA) resin, Borisulphone (PSF) resin, Polyethersulfone (PES) resin, Polyetherketone (PEK) resin, Polyetheretherketone (PEEK) resin, Polyolefin (APO) resin, Polyethylene naphthalate (PEN) Resins, aramid resins, polypropylene resins, vinylidene chloride resins, polycarbonate resins and the like can also be used.
また、駆動部42としての圧電素子の圧電方向d33方向だけでなく、図5で示すように圧電方向がd31方向でもよい。なお、図5において、接着剤の厚さは厚く表現されているが、塗布厚さは1〜10μm程度である。
Further, not only the piezoelectric direction d33 direction of the piezoelectric element as the
図6は機械加工処理で液室を形成した液室基板を示す図である。同図に示すように、機械加工により液室11や流体抵抗部12の長さや幅の寸法は高精度に形成できるが、同図の(a)のA−A’線断面図である同図の(b)に示すように、二点鎖線で示す基準線を元に見てみると厚み方向に変形が生じている。特に、液室11を高密度化すると厚み方向の変形は顕著になる。
FIG. 6 is a view showing a liquid chamber substrate in which a liquid chamber is formed by machining. As shown in the figure, the length and width dimensions of the
図7は機械加工処理を行った液室基板と振動板を接合した従来例を示す図である。図中では振動板との位置関係を示すために液室基板10の液室部分と流体抵抗部分だけを点線で記している。図7の(a)のB−B’線断面図である同図の(b)に示すように、弾性変形を行うダイアフラム部31を有する振動板30と変形が生じている液室基板10を接合した場合、振動板30は液室基板10に倣って、変形を残したままとなる。この変形を残したまま駆動部42と接合すると図8のように安定して接合できていない。図8の(a)に示す接合例は、過度に押し込まれて凸部32と駆動部42の接合に用いられる接着剤が押しつぶされて駆動部42や凸部32の側面に押し出されている例である。この押し出された接着剤がダイアフラム部31に達すると薄肉部の特性が変化し、吐出に影響を与えてしまう。また、図8の(b)に示す接合例は、駆動部42と凸部32の接合が不完全である例である。駆動部42の変位を効率良く圧力に変換できないので吐出異常となる。更に、図8の(c)に示す接合例は、ダイアフラム部31が変形していることによって凸部32と駆動部42が均一に接合されずに片当たりして接合されている例である。図8のように安定して接合できていないことによって各液室間の容積にバラツキが生じ、またダイアフラム部31の張力にもバラツキが生じて、吐出特性のバラツキが大きくなる。
FIG. 7 is a view showing a conventional example in which a liquid chamber substrate subjected to machining processing and a diaphragm are joined. In the drawing, only the liquid chamber portion and the fluid resistance portion of the
図9は本発明の第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。同図の(a)のC−C’線断面図である同図の(b)に示す液体吐出ヘッドは、機械加工した液室基板10と機械加工以外の処理で形成し、かつ液室基板10とは別の液室基板70を積層したものであり、液室基板10と液室基板70とは接着剤で接合されている。これにより液室基板70に液室基板10が矯正されて、振動板30の部材と平面が出ている状態で接合できる。より矯正の効果を大きくするには、液室基板70は液室基板10以上の剛性を有することが望ましいが、液室基板70の形状が液室基板10と同形状でも良い。また、機械加工よりは部品精度を確保することはできないので液室基板10より加工面に多少のバラツキが生じても良い。更に、液室基板10の液室11の幅が液室基板70の液室11の幅より加工幅が狭い場合、液室基板10と液室基板70の接合で使用される接着剤の流れ出しが振動板薄肉部に流れ出すことがなくなる利点がある。またこのような構成であれば、液室基板70の液室11の加工幅が広いことによりエッチング等の機械加工以外の形成方法でも精度を制御しやすく安定した品質を維持できる。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the liquid discharge head according to the first embodiment of the present invention. The liquid discharge head shown in (b) of the figure, which is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of (a) of the figure, is formed by a machined
図10は本発明の第2の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。同図の(a)のD−D’線断面図である同図の(b)に示す液体吐出ヘッドによれば、液室基板70が接合される場所が、液室基板10とノズル板(図示せず)との接合間である。この構成でも液室形成のために機械加工処理を行った液室基板10の厚さ方向の変形が液室基板70に矯正される。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the liquid discharge head according to the second embodiment of the present invention. According to the liquid discharge head shown in (b) of the figure, which is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of (a) of the figure, the place where the
図11は本発明の第3の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す図である。同図の(a)のE−E’線断面図である同図の(b)に示す液体吐出ヘッドによれば、ノズル基板(図示せず)と液室基板10との間と、液室基板10と振動板30との間の両方に液室基板70が接合されている。両方を平坦な液室基板70で挟み込むことによって、より効率よく液室基板10の変形を矯正することができるため、液室基板70の厚さを薄くすることができ、液室基板の加工精度を上げることができる。ここで、機械加工とは異なる加工方法として、エッチング方式やレーザ加工方式がある。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a liquid discharge head according to the third embodiment of the present invention. According to the liquid discharge head shown in (b) of the figure, which is a cross-sectional view taken along the line EE ′ of (a) of the figure, between the nozzle substrate (not shown) and the
図12はエッチング加工によって形成された別の液室基板の一例を示す図である。液室基板70の加工面の断面に関して、図12の(b)は片側エッチングを行い形成されたテーパー形状の加工断面を示し、図12の(c)は両側エッチングを行い形成された加工断面を示している。どちらの加工断面でも接合で用いられる接着剤が隔壁を伝わってノズルやダイアフラム部に流れ出すのを防ぐことができる。具体的には、図12(b)の構成では、液室間隔壁の広い側(図の下方)を液室基板10と接合する。液室基板70の接合面は隔壁幅が広くなっていることにより、この部位で液室基板10と液室基板の70を接着する接着剤はせき止められ、液室基板70の隔壁を伝って他の部材(例えば振動板)へと流れ出すことを防止できる。また、図12(c)の構成では、液室基板10と液室基板70の接合による接着剤は液室基板70の隔壁を伝って流れ出すが隔壁幅が最も太くなっている部分で流れ出しは停まり、裏面側まで流れ出すことはない。これにより片側エッチングで形成した部品図12(b)と同様に他の部材への接着剤の流れ出しを防止できる。また、このようなテーパー形状の加工断面はレーザ加工で形成することも可能である。
FIG. 12 is a view showing an example of another liquid chamber substrate formed by etching. Regarding the cross section of the processing surface of the
図13〜図15は第1の実施の形態の液体吐出ヘッドの別の構成を示す図である。図16及び図17は第2の実施の形態の液体吐出ヘッドの別の構成を示す図である。各図において、液室基板70が複数枚の部材が積層されて形成され、加工形状が違うものである。ここで液室基板10と同一部材である液室基板70の接合位置はノズル板20と液室基板10の間や液室基板10と振動板30との間のどちらでも良い。また、1枚では液室基板より剛性が低い場合でも、本実施の形態では複数枚積層することで液室基板以上の高剛性を示す場合も含んでいる。
13 to 15 are diagrams showing another configuration of the liquid discharge head according to the first embodiment. 16 and 17 are diagrams illustrating another configuration of the liquid ejection head according to the second embodiment. In each figure, the
図18は第3の実施の形態の液体吐出ヘッドの別の構成を示す図である。同図の(a)のL−L’線断面図である同図の(b)に示すように、ノズル板(図示せず)と液室基板10の間と、液室基板10と振動板30の間に形成されている液室基板70が複数枚両方とも積層されている。
FIG. 18 is a diagram illustrating another configuration of the liquid ejection head according to the third embodiment. As shown in (b) of the figure, which is a cross-sectional view taken along line LL ′ of (a) of the same figure, between the nozzle plate (not shown) and the
なお、上述した本発明の液体吐出ヘッドにおける液室基板10がプレス加工で加工されたものであっても良く、研磨によって加工されたものでも良い。
In addition, the
本発明で用いることができるインクジェットヘッドは、インク流路から吐出口にかけての形状が直線的であるエッジシュータ方式であっても良いし、インク流路の向きと吐出口の向きが異なるサイドシュータ方式であっても良い。 The ink jet head that can be used in the present invention may be an edge shooter type in which the shape from the ink flow path to the discharge port is linear, or a side shooter type in which the direction of the ink flow path and the direction of the discharge port are different. It may be.
次に、本発明に係る液体吐出ヘッド或いは液滴吐出装置を備えた本発明に係る画像形成装置の一例について図19及び図20を参照して説明する。なお、図19は本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す側面図であり、図20は本発明に係る画像形成装置の要部構成を示す平面図である。 Next, an example of the image forming apparatus according to the present invention provided with the liquid ejection head or the droplet ejection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a side view showing the overall configuration of the image forming apparatus according to the present invention, and FIG. 20 is a plan view showing the main configuration of the image forming apparatus according to the present invention.
本発明の画像形成装置100は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド101とガイドレール102とでキャリッジ103を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ104でタイミングベルト105を介して図20で矢示方向(主走査方向)に移動走査する。このキャリッジ103には、例えばイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色の液滴を吐出する4個の液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド106を複数の液体吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、記録ヘッド106を構成する液体吐出ヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータを用いたものを使用している。
An
また、キャリッジ103には、記録ヘッド106に各色の液体を供給するための各色のサブタンク107を搭載している。このサブタンク107には図示しない液体供給チューブを介してメインタンクである本発明のインクカートリッジから液体が補充供給される。この実施の形態では、サブタンク107と記録ヘッド106で液滴吐出装置を構成しているが、記録ヘッド106を本発明に係る液体吐出ヘッドで構成し、別途にサブタンク107を設ける構成とすることもできるし、あるいはサブタンクを用いないで本発明のインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。
Also, the
一方、給紙カセット108などの用紙積載部(圧板)109上に積載した用紙110を給紙するための給紙部として、用紙積載部109から用紙110を1枚ずつ分離給送する半月コロである給紙ローラ111及び当該給紙ローラ111に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド112を備え、この分離パッド112は給紙ローラ111側に付勢されている。
On the other hand, as a paper feeding unit for feeding the
そして、このような給紙部から給紙された用紙110を記録ヘッド106の下方側で搬送するための搬送部として、用紙110を静電吸着して搬送するための搬送ベルト113と、給紙部からガイド114を介して送られる用紙110を搬送ベルト113との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ115と、略鉛直上方に送られる用紙110を略90°方向転換させて搬送ベルト113上に倣わせるための搬送ガイド116と、押さえ部材117で搬送ベルト113側に付勢された先端加圧コロ118とを備えている。また、搬送ベルト113の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ119を備えている。
Then, as a transport unit for transporting the
ここで、搬送ベルト113は、無端状ベルトであり、搬送ローラ120とテンションローラ121との間に掛け渡されて、副走査モ−タ122からタイミングベルト123及びタイミングローラ124を介して搬送ローラ120が回転されることで、図19のベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。なお、搬送ベルト113の裏面側には記録ヘッド106による画像形成領域に対応してガイド部材125を配置している。
Here, the
また、図19に示すように、搬送ローラ120の軸には、スリット円板125を取り付け、このスリット円板125のスリットを検知するための図20のセンサ126を設けて、これらのスリット円板125及びセンサ126によってエンコーダ127を構成している。更に、帯電ローラ119は、搬送ベルト113の表層に接触し、搬送ベルト113の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各2.5Nをかけている。また、キャリッジ103の前方側には、図20に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール128を設け、キャリッジ103の前面側にはエンコーダスケール128のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ129を設け、これらによって、キャリッジ103の主走査方向位置(ホーム位置に対する位置)を検知するためのエンコーダ130を構成している。
Further, as shown in FIG. 19, a
更に、記録ヘッド106で記録された用紙110を排紙するための排紙部として、搬送ベルト113から用紙110を分離するための分離部と、排紙ローラ131及び排紙コロ132と、排紙される用紙110をストックする排紙トレイ133とを備えている。
Further, as a paper discharge unit for discharging the
また、背部には両面給紙ユニット134が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット134は搬送ベルト113の逆方向回転で戻される用紙110を取り込んで反転させて再度カウンタローラ115と搬送ベルト113との間に給紙する。
A double-sided paper feeding unit 134 is detachably attached to the back. The double-sided paper feeding unit 134 takes in the
このような構成を有する本発明の画像形成装置100においては、給紙部から用紙110が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙110はガイド114で案内され、搬送ベルト113とカウンタローラ115との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド116で案内されて先端加圧コロ118で搬送ベルト113に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ119に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト113が交番する帯電電圧パターン、すなわち周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト113上に用紙110が給送されると、用紙110が搬送ベルト113に静電力で吸着され、搬送ベルト113の周回移動によって用紙110が副走査方向に搬送される。
In the
そこで、キャリッジ103を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド106を駆動することにより、停止している用紙110に液滴を吐出して1行分を記録し、用紙110を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙110の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙110を排紙トレイ133に排紙する。
Therefore, by driving the
また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト113を逆回転させることで、記録済みの用紙110を両面給紙ユニット134内に送り込み、用紙110を反転させて(裏面が印刷面となる状態にして)再度カウンタローラ115と搬送ベルト113との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル113上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ133に排紙する。
In the case of double-sided printing, when recording on the front surface (surface to be printed first) is completed, the
なお、本発明に係る画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。また、インク以外の液体、例えばDNA試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液体吐出ヘッドや液滴吐出装置、或いはこれらを備える画像形成装置にも適用することができる。 Note that the image forming apparatus according to the present invention can also be applied to a printer, a facsimile machine, a copying machine, a multi-function machine thereof, and the like. Further, the present invention can also be applied to a liquid discharge head or a droplet discharge device that discharges a liquid other than ink, such as a DNA sample, a resist, or a pattern material, or an image forming apparatus that includes these.
また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications and substitutions are possible as long as the description is within the scope of the claims.
10,70;液室基板、11;液室、12;液体抵抗部、
13;共通液室、20;ノズル板、21;ノズル、30;振動板、
31;ダイアフラム部、32;凸部、33;肉厚部、
34;液体供給口、40;積層圧電素子、41;電極積層部、
42;駆動部、43;支持部材、50;ベース基板、60;フレーム、
100;画像形成装置。
10, 70; liquid chamber substrate, 11; liquid chamber, 12; liquid resistance portion,
13; Common liquid chamber, 20; Nozzle plate, 21; Nozzle, 30;
31; Diaphragm part, 32; Convex part, 33; Thick part,
34; liquid supply port, 40; laminated piezoelectric element, 41; electrode laminated portion,
42; drive unit, 43; support member, 50; base substrate, 60; frame,
100: an image forming apparatus.
Claims (11)
前記液室ユニットは、機械加工処理で形成された第1の液室基板と、該第1の液室基板と同一組成であって、かつ前記機械加工処理とは異なる加工処理で形成された平坦な第2の液室基板とが積層して形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A nozzle substrate having a nozzle for discharging a liquid; a liquid chamber unit provided with a liquid chamber for storing a liquid communicating with each nozzle; a diaphragm forming at least a part of a wall surface of the liquid chamber; and the liquid chamber In a liquid discharge head having a driving means for generating a pressure to pressurize the liquid,
The liquid chamber unit includes a first liquid chamber substrate formed by a machining process, and a flat surface formed by a machining process having the same composition as the first liquid chamber substrate and different from the machining process. A liquid discharge head, wherein the second liquid chamber substrate is laminated.
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