JP2013163303A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品点数を削減しつつ、ノズル面とノズル面保護部材との間の隙間に廃液が侵入することを低減できない。
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル1が形成されたノズル板2と、ノズル1が通じる複数の個別液室6を形成する流路部材3と、ノズル板2及び流路部材3の外周面を覆うフレーム部材17とを備え、フレーム部材17は、ノズル板1の表面2aの周縁部を覆う保護部18を有し、保護部18は、ノズル板2の表面2aに溶かされて接着されている。
【選択図】図2
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル1が形成されたノズル板2と、ノズル1が通じる複数の個別液室6を形成する流路部材3と、ノズル板2及び流路部材3の外周面を覆うフレーム部材17とを備え、フレーム部材17は、ノズル板1の表面2aの周縁部を覆う保護部18を有し、保護部18は、ノズル板2の表面2aに溶かされて接着されている。
【選択図】図2
Description
本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置、例えばインクジェット記録装置が知られている。
このような画像形成装置においては、液体吐出ヘッドのノズル板の表面(ノズル表面)をワイピングして残留インクや付着物を除去する回復機構を備えるようにしている。
そこで、液体吐出ヘッドとしては、このワイピング時や被記録媒体のジャム時に、ノズル板や流路部材の側面を外部からの物理的接触から保護したり、インクの侵入を防止するために、ノズルカバー(ノズル保護部材)を装着したものがある。
また、部品コストを削減するために、ノズルカバーを個別に設けずに、ヘッドの外周面を構成するフレーム部材をノズル板保護部材として利用するものがある。
例えば、フレーム部材の一部が流路板のノズル板接合面の周縁部を覆っている構成となっており、フレーム部材の開口周縁部の内周側にノズル板の外周面が臨んでいる構成としたもの(特許文献1)、フレーム部材の表面外周部にスリット状開口部を形成し、ノズル板の周囲4辺に形成された突起状部分を前記スリット状開口部にこの突起状部分を差し込み、フレーム部材がノズル板保護部材と機能させるもの(特許文献2)などが知られている。
さらに、ヘッドチップの側面を覆う筐体を有し、シール材又は筐体を溶かして接着することで、ヘッドチップの側面と筐体との隙間を埋めるようにしたものも知られている(特許文献3)。
しかしながら、特許文献1に開示の構成にあっては、ノズル板の外周面とフレーム部材の開口周縁部の内周側との接合はされていないので、その間に隙間が生じ、ワイピング動作によって拭き取った液体(廃液)が隙間に侵入し、ノズル面に廃液が堆積するという課題がある。
また、特許文献2に開示の構成にあっても、スリット状開口部にノズル板の突起状部分を差し込んでいるので、ノズル面とフレーム部材が覆った部分とに隙間及び段差が生じる。この場合、段差部を封止材で埋めることもできるが、一般的にノズル面には撥水処理を施しているため、経時的に封止材とノズル面との密着性が弱くなって、フレーム部材とノズル面との間に隙間が生じるおそれがある。そのため、特許文献1の場合と同様、ワイピング動作によって拭き取った液体(廃液)が隙間に侵入し、ノズル面に廃液が堆積するという課題がある。
また、特許文献3に開示の構成は、ヘッドチップと筐体の接合箇所がヘッドチップの側面となっているので、ノズル板の周縁部を保護することができないという課題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、部品点数を削減しつつ、ノズル面における廃液の堆積を抑制できるようにすることを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、
液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル板と、
前記ノズルが通じる複数の個別液室を形成する流路部材と、
前記ノズル板及び流路部材の外周面を覆うフレーム部材と、を備え、
前記フレーム部材は、前記ノズル板の表面周縁部を覆う保護部を有し、
前記保護部は、前記ノズル板の表面に溶かされて接着されている
構成とした。
液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル板と、
前記ノズルが通じる複数の個別液室を形成する流路部材と、
前記ノズル板及び流路部材の外周面を覆うフレーム部材と、を備え、
前記フレーム部材は、前記ノズル板の表面周縁部を覆う保護部を有し、
前記保護部は、前記ノズル板の表面に溶かされて接着されている
構成とした。
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、部品点数を削減しつつ、ノズル面における廃液の堆積を抑制できる。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの第1実施形態について図1及び図2を参照して説明する。図1は同ヘッドの外観斜視説明図、図2は同じく図1のX−X線に沿うノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)の断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズル1を形成したノズル板2と、流路板4及び振動板部材5で構成される流路部材3とを積層接合している。流路部材3は、ノズル1が通じる個別流路としての複数の個別液室(加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。以下、単に「液室」という。)6、液室6にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部7、この流体抵抗部7を介して液室6に通じる液体導入部8を形成している。
そして、後述する共通液室部材を兼ねるフレーム部材17に形成した共通液室10から振動板部材5に形成した供給口9を介して液体導入部8に液体を供給し、更に流体抵抗部7を介して液室6に液体を供給する。
ノズル板2は、ニッケル(Ni)の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法(電鋳)で製造している。このノズル板2には各液室6に対応して直径10〜35μmのノズル1を形成し、流路部材3の流路板4に接着剤接合している。そして、このノズル板2の液滴吐出側面(吐出方向の表面:吐出面、又は液室6側と反対の面)には撥水層を設けている。
流路部材3の流路板4は、シリコン基板をエッチングして液室6、流体抵抗部7などの溝部や開口をそれぞれ形成している。なお、流路板4は、例えば、SUS基板を酸性エッチング液でエッチングし、あるいは打ち抜き(プレス)などの機械加工することで形成することもできる。
振動板部材5は、液室6、流体抵抗部7、液体導入部8などの壁面を形成している壁面部材である。この振動板部材5は、液室6の一部の壁面を変位可能な振動領域5aとし、振動領域5aにはアクチュエータ手段(圧力発生手段)である圧電部材(圧電素子)12が接合されている。なお、アクチュエータ手段は、圧電アクチュエータに限らず、サーマルアクチュエータや静電アクチュエータを用いることもできる。
圧電部材12としては、図示しないベース部材に接合された積層型圧電部材にハーフカットダイシングによって溝加工して複数の柱状の圧電素子である圧電柱を所定の間隔で櫛歯状に形成したものを用いている。この圧電部材12はベース部材13に接合され、図示しないフレキシブル配線基板(FPC)などが接続されている。
これらの圧電部材12、ベース部材13及びFPCなどで構成される圧電アクチュエータの外周側には、エポキシ系樹脂などの樹脂部材で形成したフレーム部材17を接合している。
このフレーム部材17には前述した共通液室10を形成し、更に共通液室10に外部から記録液を供給するための供給口を形成し、この供給口は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。
そして、フレーム部材17には、ノズル板2の表面(以下、「ノズル面2a」という。)周縁部を覆う保護部18を一体に形成している。保護部18は、ノズル面2aに溶かされて接着されている。
また、振動板部材5には共通液室10の一部の壁面を形成する変形可能領域(ダンパ領域)21を設け、フレーム部材17とノズル板2及び流路部材3の端部とで囲まれるダンパ室22を形成している。
このように、フレーム部材17がノズル面2aの周縁部を覆う保護部18を一体に有することで、別途ノズルカバーを設ける場合に比べて部品点数を削減することができる。
また、保護部18がノズル面2aに溶かされて接着されていることで、保護部18を形成する樹脂部材がノズル面2aの凹凸に倣って密着して、ノズル面2aと保護部18との隙間がなくなる。これにより、ワイピング時に払拭されたインクの廃液が隙間に入り込むこともなく、ノズル面2aにおける廃液の堆積を抑制することができ、ノズル面2aの清浄性を高めることができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る液体吐出ヘッドついて図3を参照して説明する。図3は同ヘッドの図2と同様な断面説明図である。
本実施形態では、フレーム部材17の保護部18の表面18aは、ノズル面2aを覆う内周端側からフレーム部材17の外周側へ向かうに従って、ノズル面2aから液滴吐出方向に遠ざかる方向に傾斜している。
これにより、ワイピング終了時にワイパ部材(払拭部材)に転移した廃液がワイパ部材の根元側に集められてワイパ部材の先端に残る廃液が少なくなり、また、払拭部材の復元が徐々に行われて、払拭部材に転移した廃液が飛散することを低減できる。
つまり、図4に示すように、例えば、ワイパホルダ31に保持された払拭部材(ワイパ部材)30がノズル面2aに対し、相対的に液室長手方向に移動して、ノズル面2aを一方の端部側から他方の端部側に向けて白抜き矢印方向に払拭するとき、ワイパ部材30は弾性変形によって撓んだ状態で、ノズル面2aを払拭する。
そして、ワイパ部材30がノズル面2aから保護部18の表面18aに接触して保護部18の傾斜に倣って移動することで、ワイパ部材30で集められた廃液300は先端部側から根元側(ワイパホルダ31側)に導かれて、先端部側の廃液の付着量が減少する。
これにより、次のワイピング動作を行うときにノズル面2aに接触するワイパ部材30の先端部の清浄度が上がり、メンテナンス性を向上することができる。
また、保護部18の表面18aが漸次ノズル面2aから遠ざかるように傾斜していることで、ワイパ部材30は徐々に復元し、保護部18から離れたときの復元量が少なくなり、上述したようにワイパ部材30の先端部への廃液300の付着量が少なくなることと相俟って、復元時の廃液300の飛散も少なくなる。
これに対し、前記第1実施形態の構成においては、フレーム部材17の保護部18の表面18aはノズル面2aとほぼ平行に形成されているので、図5に示すように、ノズル面2aのワイピング終了後で保護部18の表面18aから離れるときに、ワイパ部材30が復元することで、ワイパ部材30に付着している廃液300が飛散するおそれがある。
なお、保護部18の表面18aの傾斜角は、保護部18の表面18aを水平にした場合に廃液を付着させ、傾かせたときに廃液が転がり出す(動き出す)角度とすることが好ましい。
次に、本発明の第3実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図6を参照して説明する。図6は同ヘッドの図2と同様な断面説明図である。
本実施形態では、フレーム部材17の保護部18の表面のうち、ノズル面2aを払拭する払拭部材(ワイパ部材)30が接触を開始する側の表面18bは、フレーム部材17の外周側からノズル板2の外周端に向かうに従って、ノズル面2aに近づく方向に傾斜している。つまり、保護部18の表面のうち、ノズル面2aを払拭する払拭部材30が接触を開始する表面は、ノズル面2aを覆う内周端側からフレーム部材17の外周側へ向かうに従って、ノズル面2aから液滴吐出方向と反対方向に遠ざかる方向に傾斜している。
これにより、ワイパ部材30が保護部18に接触を開始してからノズル面2aに達するまで、ワイパ部材30の接触圧が徐々に増加し、ワイパ部材30に掛かるストレスが低減して、必要とされるノズル面2aの払拭時の安定性につながる。
次に、本発明の第4実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図7及び図8を参照して説明する。図7は同ヘッドの平面説明図、図8は同じく図2と同様な断面説明図である。なお、図7では保護部の内周部は透過状態で示している。
本実施形態では、フレーム部材17の保護部18とノズル面2aと接着領域において、ノズル板2に複数の貫通穴41をノズル面2aの周縁に沿って列状に形成している。
このように構成したので、フレーム部材17の保護部18を融かしてノズル面2aの周縁部に接着するとき、溶けた樹脂が貫通穴41内に入り込んで支柱42が形成されることになる。
これにより、保護部18のノズル面2aとの段差を少なくしても、貫通穴41内に形成される支柱42が保護部18とノズル面2aの結合強度を高めるアンカーとなって、強度が保たれ、ワイパ部材などによって保護部18がノズル面2aから剥離することを防止できる。
また、貫通穴41内に形成される支柱42があることで、ノズル板2と保護部18の間に隙間が生じても、ただちに機能部(ダンパ部)や接合部に液体が侵入することを抑制できる。
次に、本発明の第5実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図9を参照して説明する。図9は同ヘッドの要部拡大平面説明図である。
本実施形態では、上記第4実施形態における複数の貫通穴41を千鳥状に配置している。
これにより、ノズル板2と保護部18との結合強度を更に高め、液体の侵入をより確実に低減することができる。
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例について図10を参照して説明する。図10は同製造方法の説明に供する断面説明図である。
図10(a)に示すように、フレーム部材17には保護部18に加工されるリブ117が設けられている。フレーム部材17は、樹脂材料、例えば熱可塑性樹脂で形成しているが、特に流動性の高いPPSなどの樹脂を用いると加工が容易になる。
そして、フレーム部材17のリブ117に対して、熱或いは超音波による溶融を行うホーン120をノズル板2に対向する側から圧力を加えて押し付ける。このとき、ホーン120は、熱で樹脂からなるリブ117を溶かしながら押し付けられる。
そして、図10(b)に示すように、ホーン120がノズル面2aに接触したときに、ホーン120とノズル面2aとの間で囲まれた空間内に、溶けた樹脂が埋まることで、保護部18の形状が形成される。
ここで、溶かされた樹脂は、ノズル面2aの微小な凹凸に倣って形状が形成されるため、ノズル面2aと保護部18との間には隙間が発生していない状態となる。
また、ホーン120の押し付け面121は、鏡面加工が施されており、溶融した樹脂の表面に鏡面転写され、保護部18の表面18aは鏡面となる。
これにより、保護部18の表面18aが鏡面となることで、ワイパ部材で保護部18の表面18aを払拭するときに、付着している廃液の払拭が容易になって、拭き残しが減少する。また、ワイパ部材と保護部18の表面18aとの接触抵抗も小さくなり、払拭性能が向上する。
なお、ホーン120の圧接する部分の形状(掘り込み)を変更することで、保護部18の形状を任意に変更することができる。
なお、上述した液体吐出ヘッドとこの液体吐出ヘッドに液体を供給するタンクを一体化することでヘッド一体型液体カートリッジ(カートリッジ一体型ヘッド)を得ることができる。
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図11及び図12を参照して説明する。なお、図11は同装置の機構部を説明する概略側面説明図、図12は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板221A、221Bに横架したガイドである主従のガイドロッド231、232でキャリッジ233を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。
このキャリッジ233には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド234を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
記録ヘッド234は、それぞれ2つのノズル列を有する液体吐出ヘッド234a、234bを1つのベース部材に取り付けて構成したもので、一方のヘッド234aの一方のノズル列はブラック(K)の液滴を、他方のノズル列はシアン(C)の液滴を、他方のヘッド234bの一方のノズル列はマゼンタ(M)の液滴を、他方のノズル列はイエロー(Y)の液滴を、それぞれ吐出する。なお、ここでは2ヘッド構成で4色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の液体吐出ヘッドを備えることもできる。
また、キャリッジ233には、記録ヘッド234のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク235a、235b(区別しないときは「サブタンク235」という。)を搭載している。このサブタンク235には各色の供給チューブ236を介して、供給ユニット224によって各色のインクカートリッジ210から各色のインクが補充供給される。
一方、給紙トレイ202の用紙積載部(圧板)241上に積載した用紙242を給紙するための給紙部として、用紙積載部241から用紙242を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙コロ)243及び給紙コロ243に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド244を備え、この分離パッド244は給紙コロ243側に付勢されている。
そして、この給紙部から給紙された用紙242を記録ヘッド234の下方側に送り込むために、用紙242を案内するガイド245と、カウンタローラ246と、搬送ガイド247と、先端加圧コロ249を有する押さえ部材248とを備えるとともに、給送された用紙242を静電吸着して記録ヘッド234に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト251を備えている。
この搬送ベルト251は、無端状ベルトであり、搬送ローラ252とテンションローラ253との間に掛け渡されて、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。また、この搬送ベルト251の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ256を備えている。この帯電ローラ256は、搬送ベルト251の表層に接触し、搬送ベルト251の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト251は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ252が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。
さらに、記録ヘッド234で記録された用紙242を排紙するための排紙部として、搬送ベルト251から用紙242を分離するための分離爪261と、排紙ローラ262及び排紙コロ263とを備え、排紙ローラ262の下方に排紙トレイ203を備えている。
また、装置本体の背面部には両面ユニット271が着脱自在に装着されている。この両面ユニット271は搬送ベルト251の逆方向回転で戻される用紙242を取り込んで反転させて再度カウンタローラ246と搬送ベルト251との間に給紙する。また、この両面ユニット271の上面は手差しトレイ272としている。
さらに、キャリッジ233の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド234のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構281を配置している。この維持回復機構281には、記録ヘッド234の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材(以下「キャップ」という。)282a、282b(区別しないときは「キャップ282」という。)と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード283と、増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け284などを備えている。
また、キャリッジ233の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け288を配置し、この空吐出受け288には記録ヘッド234のノズル列方向に沿った開口部289などを備えている。
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ202から用紙242が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙242はガイド245で案内され、搬送ベルト251とカウンタローラ246との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド247で案内されて先端加圧コロ249で搬送ベルト251に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
このとき、帯電ローラ256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251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251上に用紙242が給送されると、用紙242が搬送ベルト251に吸着され、搬送ベルト251の周回移動によって用紙242が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ233を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド234を駆動することにより、停止している用紙242にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙242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242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242を排紙トレイ203に排紙する。
このように、この画像形成装置では本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えているので、安定した滴吐出特性が得られ、安定して高画質画像を形成することができる。
なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、OHP、布、ガラス、基板などを含み、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、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。
また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること(単に液滴を媒体に着弾させること)をも意味する。
また、「インク」とは、特に限定しない限り、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、樹脂なども含まれる。
また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。
また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
1 ノズル
2 ノズル板
2a ノズル面
3 流路部材
4 流路板
5 振動板部材
6 個別液室
10 共通液室
17 フレーム部材
18 保護部
233 キャリッジ
234a、234b 記録ヘッド
2 ノズル板
2a ノズル面
3 流路部材
4 流路板
5 振動板部材
6 個別液室
10 共通液室
17 フレーム部材
18 保護部
233 キャリッジ
234a、234b 記録ヘッド
Claims (7)
- 液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル板と、
前記ノズルが通じる複数の個別液室を形成する流路部材と、
前記ノズル板及び流路部材の外周面を覆うフレーム部材と、を備え、
前記フレーム部材は、前記ノズル板の表面周縁部を覆う保護部を有し、
前記保護部は、前記ノズル板の表面に溶かされて接着されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記保護部の表面のうち、前記ノズル板の表面を払拭する払拭部材が接触を開始する表面は、前記ノズル板の表面を覆う内周端側から前記フレーム部材の外周側へ向かうに従って、前記ノズル板の表面から液滴吐出方向と反対方向に遠ざかる方向に傾斜していることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記保護部の表面は、前記ノズル板の表面を覆う内周端側から前記フレーム部材の外周側へ向かうに従って、前記ノズル板の表面から液滴吐出方向に遠ざかる方向に傾斜していることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記ノズル板の前記保護部で覆われている部分には、貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記貫通孔は複数形成され、複数の前記貫通孔は千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記保護部の表面は鏡面であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
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