JP2012183764A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体を吐出する液体吐出ヘッド34において、ノズル孔をノズル面103aに形成するノズル板103と、液体吐出ヘッドのフレーム部材117にノズル板を結合するノズルカバー200を備え、ノズルカバーはノズル板の周囲部のうち互いに対向する2側端と対向する一方の枠状端部200aと他の2側端と対向する他方の枠状端部200bとを結合して枠状に形成され、枠状端部200aにはノズル板のノズル面の縁面を覆う屈曲片部p2を形成し、他方の枠状端部にはノズル面103aに平行な方向に沿って延伸しノズル面より退却して配置される側方縦板部p5と、側方縦板部の全域に渡り並接され対向するフレーム部材に向け折り曲げられる直状屈曲部p7とが形成される。
【選択図】図10
Description
この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙(紙に限定するものではなく、OHPなどを含み、インク滴、その他の液体など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、記録用紙などとも称される)に対して吐出して、画像形成(記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する)を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置や、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。
また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、DNA試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。
液体吐出ヘッドとしては、個別流路(以下「加圧液室」という)内のインクを加圧して圧力を発生するための圧力発生手段(アクチュエータ手段)として圧電素子などで構成される圧電アクチュエータを用いたもの、発熱抵抗体などで構成されるサーマルアクチュエータを用いたもの、静電力を発生する静電アクチュエータを用いたものなどが知られている。
吸引用キャップは、ノズルから増粘したインクを吸引して排出するためのものであり、吸引手段としての吸引ポンプが接続される。
吸引用キャップは、保湿用キャップと兼用されることもある。ワイパーブレードは、ノズル面に付着したインクを拭き取って除去する。
なお、ノズルカバーを備えないヘッドも知られている(特許文献6参照)。
本発明に係わる液体吐出ヘッドによれば、ノズルカバーの枠状端部の屈曲縁部が形成された端部とは反対側にフレーム部材に対し外側に折り曲げる屈曲片部が形成されるので、更なる断面二次モーメントを確保すると共に、ノズルカバー装着時の装着性を容易にすることが可能である。(請求項2)
本発明に係わる液体吐出ヘッドによれば、ノズルカバーのノズル面外周部を覆っていない枠状端部にフレーム部材の側壁面に設けた凹部に差し込まれる直状屈曲部を形成したので、ヘッド幅を広げること無くノズルカバー本体の剛性を十分に確保することができる。(請求項3)
本発明に係わる液体吐出ヘッドによれば、ノズルカバーの枠状端部に形成された直状屈曲部を成す直状凹部を、フレームに設けた凹部に嵌め込み引っ掛けることにより、ノズルカバーのノズル面密着度をより強固にすることが可能であり、またノズルカバー自体の剛性も直状凹部により強いものにすることが可能であり、薄板材を使用していても、用紙の衝突やワイピングブレードの押し付け力にも耐えうることが可能である。(請求項4)
本発明に係わる液体吐出ヘッドによれば、直状屈曲部をなす爪部をフレームに設けた凹部に引っ掛けることにより、ノズルカバーのノズル面密着度をより強固にすることが可能であり、構成の簡素化をも図れる(請求項5)
本発明に係わる液体吐出ヘッドによれば、ノズルカバーを形成する材料に、バネ性を有しているものを使用することにより、ヘッドフレームに設けた凹溝にノズルカバーの内側折り曲げ部である直状屈曲部を嵌合した際、内側折り曲げ部がバネの役割を果たし、ノズルカバーのノズル面を覆っている部分をより確実にノズル面側に押し付け、間隙を無くすことが可能である。ノズルカバーのノズル面からの浮きが無くなり、生じる段差を減少させることが出来る。(請求項6)
本発明に係わる液体吐出ヘッドによれば、ノズルカバーを形成する材料に、バネ性を持った金属薄板を有することにより、ノズルカバーをプレスで成型することが出来る。(請求項7)
本発明に係わる液体吐出ヘッドによれば、ノズルカバーを形成する金属薄板の圧延方向をノズルカバーの長手方向に合わせることにより、剛性が弱い長手方向に目があることにより、ノズルカバーの剛性向上が出来る。(請求項8)
本発明に係わる液体吐出ヘッドによれば、ノズルカバー部材に撥水処理を施すことにより、ワイピングブレードでワイピングした際、インクの払拭性を向上させることが出来る。(請求項9)
本発明に係わる液体吐出ヘッドによれば、ノズル面を清掃するワイピングブレードの払拭方向を、ノズル面を覆っている側のどちらか一方の側面からノズル面を覆っているもう一方にむかう方向にすることにより、ワイパー浸入時のノズル板端部によるワイパー磨耗を防止し、かつノズル板の接着構造にも負荷を掛けないワイピングが出来る。また、ワイピングブレードがノズルカバーに接触しない為、より均等な押圧を確保することが出来る。(請求項10)
本発明に係わる画像形成装置によれば、請求項1〜10のいずれか1つに記載の液体吐出ヘッドを用いるので、より安定した画像形成が出来る。(請求項11)
本発明に係わる画像形成装置によれば、ノズルカバーを形成する金属薄板の圧延方向とワイピング方向が合わされているので、ワイピング時のインク残りが減少し、またワイピングブレードの磨耗も減少させることが出来る。(請求項12)
先ず、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例について説明する。
図1は同画像形成装置を前方側から見た斜視説明図である。
この画像形成装置は液体吐出ヘッドを備える液体吐出ヘッド記録装置を成し、装置本体1と、装置本体1に装着された用紙を装填するための給紙トレイ2と、装置本体1に着脱自在に装着されて画像が記録(形成)された用紙をストックするための排紙トレイ3とを備えている。さらに、装置本体1の前面の一端部側(給排紙トレイ部の側方)には、前面から装置本体1の前方側に突き出し、上面よりも低くなったインクカートリッジを装填するためのカートリッジ装填部4を有し、このカートリッジ装填部4の上面は操作ボタンや表示器などを設ける操作/表示部5としている。
このキャリッジ33には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の液滴を吐出する複数のノズル列を有する液体吐出ヘッド34を複数のノズル(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。
液体吐出ヘッド34は、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段として備えたものなどを使用できる。
そして、この給紙部から給紙された用紙42を液体吐出ヘッド34の下方側に送り込むために、用紙42を案内するガイド部材45と、カウンタローラ46と、搬送ガイド部材47と、先端加圧コロ49を有する押さえ部材48とを備えるとともに、給送された用紙42を静電吸着して記録ヘッド34に対向する位置に搬送するための搬送手段である搬送ベルト51を備えている。
また、装置本体1の背面部には両面ユニット71が着脱自在に装着されている。この両面ユニット71は搬送ベルト51の逆方向回転で戻される用紙42を取り込んで反転させて再度カウンタローラ46と搬送ベルト51との間に給紙する。また、この両面ユニット71の上面は手差しトレイ72としている。
さらに、図3に示すように、キャリッジ33の走査方向一方側の非印字領域には、液体吐出ヘッド34のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復機構81を配置している。
そして、この維持回復機構81による維持回復動作で生じる記録液の廃液、キャップ82に排出された液体、あるいはワイパーブレード83に付着してワイパークリーナ83で除去された液体、空吐出受け84に空吐出されたインクは図示しない廃液タンクに排出されて収容される。
このように構成した液体吐出ヘッド記録装置を成す画像形成装置においては、給紙トレイ2から用紙42が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙42はガイド45で案内され、搬送ベルト51とカウンタローラ46との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド47で案内されて先端加圧コロ49で搬送ベルト51に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しない液体を吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド34の安定した吐出性能を維持する。
この液体吐出ヘッド34は、SUS基板で形成した流路基板(液室基板、流路板)101と、この流路基板101の下面に接合した振動板部材102と、流路基板101の上面に接合したノズル板103とを有し、これらによって液滴(液体の滴)を吐出する複数のノズル104がそれぞれノズル連通路105を介して連通する個別流路としての複数の液室(加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される)106、液室106にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部107、この流体抵抗部107を介して液室106と連通する連通部108を形成し、連通部108に振動板部材102に形成した供給口109を介して後述するフレーム部材117に形成した共通液室110からインクを供給する。
振動板部材102は各液室106に対応してその壁面を形成する各振動領域(ダイアフラム部)102aを有し、振動領域102aの面外側(液室106と反対面側)に島状凸部102bが設けられ、この島状凸部102bに振動領域102aを変形させる駆動手段(アクチュエータ手段、圧力発生手段)としての積層型圧電素子部材112の圧電素子柱112Aの上端面(接合面)を接合している。また、積層型圧電素子部材112の下端面はベース部材113に接合している。
なお、圧電素子部材112の圧電素子柱112A、112Bは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電素子柱を圧電素子柱112A、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電素子柱を圧電素子柱112Bとして区別している。
また、すべての圧電素子柱112Aの共通外部電極124は電気的に共通に接続されて、圧電素子部材112(圧電素子列)の一端部側の複数の圧電素子柱112Bで外部電極123側の端面に引き出され、この共通外部電極と各駆動用圧電素子柱112Aの個別外部電極123には駆動信号を与えるために半田部材で可撓性を有する配線部材としてのFPC115が接続されている。
このノズル板103には各液室106に対応して直径10〜35μmのノズル104を形成し、流路板101に接着剤接合している。そして、このノズル板103の液滴吐出側面(吐出方向の表面:吐出面、又は液室106側と反対の面)には撥水層を設けている。 なお、このヘッドでは、圧電素子部材112の圧電方向としてd33方向の変位を用いて液室106内インクを加圧する構成とし、更に、液滴の吐出方向が液室106でのインクの流れ方向と異なるサイドシュータ方式で液滴を吐出させる構成としている。
なお、液体吐出ヘッド34は、上記の押し打ち以外にも、引き打ち方式(振動板部材102を引いた状態から開放して復元力で加圧する方式)、引き・押し打ち方式(振動板部材102を中間位置で保持しておき、この位置から引いた後、押出す方式)などの方式で駆動することもできる。
なお、図8は本実施形態に係わるノズル保護部材(以後ノズルカバー200)、図12は本実施形態に係わるノズル保護部材の液体吐出ヘッドへの取り付け状態の概要を示す斜視図である。
この液体吐出ヘッド34は、前記した図5及び図7で記載したような液体吐出ヘッドで構成されているヘッド部100と、このヘッド部100を保護するように矩形枠状に形成され、ヘッド部100の外周の互いに対向する2辺を囲むよう当接するノズルカバー200とを有している。
ここで、図8、図12に示すように、ノズルカバー200はノズル板103の全面周囲部のうちノズル面の長手方向の2側端(両側端)と対向し2側端を覆う一対の枠状端部200aと、ノズル面の長手方向と直交する他方の2側端(両側端)と対向し2側端を覆わない一対の枠状端部200bとを有し、全体は矩形枠状に形成される。各枠状端部200aは、他方の2つの枠状端部200bの端部よりそれぞれ上方に延出する延出部p1と、それら延出部p1の上端を連続させると共にノズル面103aの縁部と当接するノズルカバー側面内側折り曲げ部である屈曲縁部p2と、屈曲縁部p2の外側縁より下方に屈曲して延びる縦板部p3と、その縦板部p3の下端よりヘッドに対し外側に屈曲して延出してヘッドフレーム117に締結されるノズルカバー側面外側折り曲げ部である屈曲片部p4とを有する。
本実施形態では、図9に示すように側方縦板部p5のノズル側突縁p6より延出する内側折り曲げ部p7が形成された端縁とは逆側(図9では下側)の端縁を、外側に折り曲げて、下部フランジ203を形成している。これにより、ノズルカバー200’のノズル面103を保護していない側の側面部の剛性をより向上させると共に、ノズルカバー200’を液体吐出ヘッドに装着する際に、ガイドとしての役割も果たす為、装着性が向上する。ここでノズルカバー200’以外の液体吐出ヘッドの構成は第1実施形態と同様である。
なお、図10は本実施形態の液体吐出ヘッドを短手方向からみた側面図、図11(a)は同液体吐出ヘッドを短手方向からみた側面図、図11(b)は図10におけるB−B線での断面模式図、図13は図11(b)をヘッド部品も含めて図示した断面詳細図を示したものである。
図11(b)には、液体吐出ヘッド34のヘッドフレーム117の側壁にノズル面103aに平行な方向に沿って凹部U1が形成され、そこに、ノズルカバー200の内側折り曲げ部p7が係止されていた。これに代えて、図11(c)に示すような液体吐出ヘッド34’を構成してもよい。この場合、液体吐出ヘッド34’はヘッドフレーム117の側壁にノズル面103aに平行な方向に沿って凹部U2が形成される。一方、ノズルカバー200’’はその左右の各枠状端部200bにおける側方縦板部p5に直状屈曲部としてノズルカバーの側面端部の内側にビード状に折り曲げる直状凹部buが形成される。この場合も、フレーム部材の側壁面に設けた凹部U2に直状凹部buを引っ掛けることで固定される構成とした。これにより、ノズルカバーのノズル面103aに密着度をより強固にすることが可能であり、またノズルカバー自体の剛性もヘッドフレームの剛性を利用してより強いものにすることが可能であり、薄板材を使用していても、用紙の衝突やワイピングブレードの押し付け力にも耐えうることが可能である。
また、図14、図16に示すように、ノズルカバー200を形成する材料が金属薄板である場合、金属薄板の圧延方向prを、ワイピングブレード205のワイピング方向wpと同方向にすることが可能である。これによりワイピング方向wpと金属材料の目(微小なスジ傷)の方向が当該液体吐出ヘッド34をワイピング方向wpと揃うことにより、ワイピング時のインク残りが減少し、またワイピングブレード205の磨耗も減少する。
また、ノズルカバー200には吐出させる液体を撥水する撥水処理を施すことが可能である。これによりワイピングブレード205でワイピングした際、インクの払拭性を向上させることが可能である。
また、前記した内容の液体吐出ヘッドを、画像形成装置に搭載することも可能である。それにより、より安定した画像形成が可能になる。
インクに用いる顔料として特に限定はないが、例えば以下に挙げる顔料が好適に用いられる。また、これら顔料は複数種類を混合して用いても良い。
有機顔料としては、アゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、インジゴ系、チオインジゴ系、ペリレン系、イソインドレノン系、アニリンブラック、アゾメチン系、ローダミンBレーキ顔料、カーボンブラック等が挙げられる。
これらの顔料の粒子径は0.01〜0.30μmで用いることが好ましく、0.01μm以下では粒子径が染料に近づくため、耐光性、フェザリングが悪化してしまう。また、0.30μm以上では、吐出口の目詰まりやプリンター内のフィルターでの目詰まりが発生し、吐出安定性を得ることができない。
ブラック顔料インクに使用されるカーボンブラックとしては、ファーネス法、チャネル法で製造されたカーボンブラックで、一次粒径が、15〜40ミリミクロン、BET法による比表面積が、50〜300平方メートル/g、DBP吸油量が、40〜150ml/100g、揮発分が0.5〜10%、pH値が2〜9を有するものが好ましい。
有機顔料としてアゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、キナクリドン系、ジオキサジン系、インジゴ系、チオインジゴ系、ペリレン系、イソインドレノン系、アニリンブラック、アゾメチン系、ローダミンBレーキ顔料、カーボンブラック等が挙げられ、無機顔料として酸化鉄、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、紺青、カドミウムレッド、クロムイエロー、金属粉等が挙げられる。
又、本発明で使用する各インクに含有される顔料は、本発明のために新たに製造されたものでも使用可能である。
水溶性樹脂の具体例としては、スチレン、スチレン誘導体、ビニルナフタレン誘導体、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の脂肪族アルコールエステル等、アクリル酸、アクリル酸誘導体、マレイン酸、マレイン酸誘導体、イタコン酸、イタコン酸誘導体、フマール酸、フマール酸誘導体等から選ばれた少なくとも2つ以上の単量体からなるブロック共重合体、あるいはランダム共重合体、又はこれらの塩等が挙げられる。これらの水溶性樹脂は、塩基を溶解させた水溶液に可溶なアルカリ可溶型樹脂であり、これらの中でも重量平均分子量3000〜20000のものが、インクジェット用インクに用いた場合に、分散液の低粘度化が可能であり、かつ分散も容易であるという利点があるので特に好ましい。
高分子分散剤を含有することで記録紙への浸透が抑制される。その一方で、高分子分散剤を含有することで自己分散型顔料の凝集が抑えられるため、自己分散型顔料が横方向にスムーズに拡がることができる。そのため、広く薄くドットが拡がり、理想的なドットが形成できると考えられる。
また、顔料は親水性基を有する樹脂によって被覆し、マイクロカプセル化することで、分散性を与えることもできる。
水不溶性の顔料を有機高分子類で被覆してマイクロカプセル化する方法としては、従来公知のすべての方法を用いることが可能である。従来公知の方法として、化学的製法、物理的製法、物理化学的方法、機械的製法などが挙げられる。
なお、マイクロカプセル化の方法によって、それに適した有機高分子類を選択することが好ましい。微細で、且つ均一なマイクロカプセル化顔料を得るためには、勿論前記以外にも従来公知のカプセル化法すべてを利用することが可能である。
染料としては、カラーインデックスにおいて酸性染料、直接性染料、塩基性染料、反応性染料、食用染料に分類される染料で耐水、耐光性が優れたものが用いられる。これら染料は複数種類を混合して用いても良いし、あるいは必要に応じて顔料等の他の色材と混合して用いても良い。
また、上記顔料及び染料インクを使用したインク吐出ヘッドを、画像形成装置に搭載しインクジェット画像形成装置とすることも可能である。また、液晶画面等のカラーフィルタ製造時の着色等インク吐出ヘッドを利用した、各種製造装置等の使用することも可能である。
34 液体吐出ヘッド
101 流路板
102 振動板
103 ノズル板
103a ノズル面
104 ノズル
105 ノズル連結路
106 個別流路
107 流路抵抗部
108 連通部
109 供給口
112 積層型圧電素子
113 ベース
117 フレーム部材
200 ノズルカバー
200a 枠状端部
200b 枠状端部
205 ワイピングブレード
bu 直状凹部(直状屈曲部)
p2 屈曲片部(ノズルカバー側面内側折り曲げ部)
p4 屈曲片部(ノズルカバー側面外側折り曲げ部)
p5 側方縦板部
p7 係止長爪(直状屈曲部)
pr 圧延方向
wp ワイピング方向
U1 凹部
Claims (12)
- 液体をノズル孔より吐出する液体吐出ヘッドにおいて、
前記ノズル孔をノズル面に形成するノズル板と、前記液体吐出ヘッドのフレーム部材に前記ノズル板を保護した状態で結合するノズルカバーを備え、
前記ノズルカバーは前記ノズル板の全面周囲部のうち互いに対向する2側端と対向する一方の枠状端部と他方の2側端と対向する他方の枠状端部とを互いに結合して枠状に形成され、
前記一方の枠状端部には前記ノズル板の外縁と当接する屈曲片部を形成し、前記他方の枠状端部には前記ノズル面に平行な方向に沿って延伸し前記ノズル面より退却して配置される側方縦板部と、該側方縦板部の全域に渡り並接され対向する前記フレーム部材に向け折り曲げられる直状屈曲部と、が形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記一方の枠状端部には前記屈曲片部が形成された端部とは反対側の端部に前記フレーム部材に対し外側に屈曲片部が形成されることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記直状屈曲部が前記フレーム部材の側壁面に設けられた凹部に差し込まれることを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記他方の枠状端部に設けた直状屈曲部は直状凹部であり、前記フレーム部材の側壁面に設けた凹部に引っ掛かることで固定されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記直状屈曲部は爪部であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ノズルカバーはバネ性を有し、端部の前記直状屈曲部が前記フレーム部材の側壁面に設けた凹部を引っ掛けた際に自身のバネ性により、ノズル面に密着する方向へ押し付けられ固定されることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ノズルカバーはバネ性を持った金属薄板で一体形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ノズルカバーは材料の金属圧延方向とヘッド長手方向を同方向としたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ノズルカバーの表面には撥水処理が施されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ノズル板のノズル面を清掃するワイピングブレードを用いる際は、前記ノズル面を覆っている屈曲片部のどちらか一方の側面から他方に向かって払拭することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項1〜10のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッドを具備した画像形成装置。
- 前記ノズルカバーの材料の金属圧延方向とノズル面を清掃する際のワイピング方向を同方向としたことを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
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