JP2013193213A - インクジェットヘッドおよびインクジェット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共通液室にインクを供給する初期の段階から気泡の発生を防止し、インクの吐出不良が生じない高信頼性で、小型、低コストのインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】ノズル１２０と、ノズル板１２２と、内部にインクを収容する加圧液室１２７を備えた流路板１２５と、圧力発生素子と、加圧液室１２７に積層された共通液室１０５と、共通液室１０５にインクを供給する貫通孔とを備えるインクジェットヘッドであって、共通液室１０５内に貫通孔から供給されるインクを、少なくとも２方向に分岐する中子１６５とを備え、中子１６５の加圧液室１２７側の面１８１の親水性が、共通液室１０５内の加圧液室１２７側の面１８２よりも高くする。
【選択図】図２

Description

本発明は、被記録体へインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッドおよびインクジェット装置に関する。

画像形成手段として、キャリッジにインクジェットヘッドを搭載して、キャリッジを主走査方向に往復移動させながら、インクジェットヘッドからインク液滴を吐出し、記録媒体上に着弾させることにより画像パターンを形成するインクジェット装置がある。

インクジェットヘッドは、複数の加圧液室とノズル、共通液室、加圧液室に隣接するように設けられた圧電素子やヒータなどを備える圧力発生素子、さらに、インクジェットヘッドを駆動させるための駆動ＩＣを含んで構成されている。

近年、高解像度記録のためにノズルが多列化し、ノズルの列毎に共通液室が必要となる。一方、インクの安定吐出のためには、共通液室の容積を大きくすることが望ましいが、インクジェットヘッドの小型化の要求もあり、そのため共通液室の容積は制限されてしまう。

また、共通液室にインクタンクからインクが供給される際に、共通液室内の空気の一部が気泡として残ってしまう場合がある。気泡が残留すると、ノズルからインクを吐出する時に気泡がノズルに導かれることがあり、これによってインクの吐出不良が発生し、画質不良が生じる。

共通液室の気泡除去対策に関して、たとえば、特許文献１では、ノズルから液滴を吐出させる圧力室と、複数の圧力室に接続される共通液室と、共通液室にインクを供給するインク供給口と、２つの共通液室の各々の他端から延び、互いに接続される２つの連結流路によって構成される共有路と、共有路に形成され、外部へ開口される排出口とを備えている。２つの共通液室および連結流路間を隔てる隔壁の両側面がなす曲率が、隔壁の幅を直径とする円弧の曲率と同等以上、また、共有路が２つの共通液室の中心線に対して非対称に形成されていることで、気泡を排出口から排出する。

しかし、特許文献１の従来技術は、２つの共通液室および連結流路によって構成される共有路が、２つの共通液室の中心線に対して非対称に形成されているため、共有路で合流するインク供給口から共通液室に供給されるインクによって変則的な流れが生じる。それに伴って共有路で生じた気泡を流動させて、やがては排出口から排出させることができるというものである。この場合、排出口や排出流路、排出のための空間が必要となり、小型化、低コスト化ができないという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためのものであり、その目的とするところは、共通液室にインクを供給する初期の段階から気泡の発生を防止し、インクの吐出不良が生じない高信頼性で、小型、低コストのインクジェットヘッドを提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有する。

本発明に係るインクジェットヘッドは、インクを重力方向に吐出するノズルと、前記ノズルを少なくとも１つ設けたノズル板と、該ノズル板に積層されて内部にインクを収容する加圧液室を備えた流路板と、電圧を印加することにより前記加圧液室内のインクに圧力を発生させる圧力発生素子と、前記加圧液室に積層された共通液室と、前記共通液室にインクを供給する貫通孔とを備えるインクジェットヘッドであって、前記共通液室内に前記貫通孔から供給される前記インクを、少なくとも２方向に分岐する中子とを備え、該中子の前記加圧液室側の面の親水性が、前記共通液室内の前記加圧液室側の面よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、インクの吐出不良が生じないインクジェットヘッドを提供できるので、高印刷品質の画像形成装置を製作することが可能である。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの要部断面図である。 第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの要部断面図である。 第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの要部断面図である。 第３の実施形態に係るインクジェットヘッドの要部断面図である。 本実施形態に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット装置の斜視図である。

以下、本実施の形態について図面により詳細に説明する。

図１は、イエローのヘッド部１００Ｙ、マゼンタのヘッド部１００Ｍ、シアンのヘッド部１００Ｃ、黒のヘッド部１００Ｋの４色のヘッド部の詳細構成を示している。

本実施形態に係るインクジェット装置は、インクが吐出されるノズル１２０、ノズル１２０が形成されたノズル基板１２２、インクの逆流を防止するリストリクタ１２３とノズル毎に設けられた加圧液室１２７が形成された個別流路板１２５、加圧液室１２７のインクを押し込んでノズル１２０から吐出させるための振動板１２９、インクを押し込むために振動板１２９を変形させる上部電極１３５と電気−機械変換素子であるＰＺＴ等を備える圧力発生素子１３３と下部電極１３１を備える圧力発生部、上部電極１３５と下部電極１３１のショートを防止する絶縁層１３７、圧力発生部の支持部材１３９、４つの共通液室１０１、１０２、１０３、１０４と共通流路１１６、１１７、１１８、１１９、共通液室１０１、１０２、１０３、１０４内に設けた中子１６１、１６２、１６３、１６４、インクジェットヘッドを駆動させる駆動ＩＣ１５１、駆動ＩＣ１５１からの駆動信号を圧力発生部の上部電極１３５に送るための半田ボール１５４、１５５、駆動ＩＣ１５１を封止する封止剤１５３を含んで構成されている。

４つの共通流路１１６、１１７、１１８、１１９には、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、黒の４色のインクが充填されている。

共通液室１０１、１０２、１０３、１０４には、インクが供給される際に気泡が残留する場合がある。ノズルからインクを吐出している印刷時に、残留している気泡がノズルに導かれると、インクの吐出不良が発生するという問題が生じる。このインク吐出不良を防止するため、共通液室１０１、１０２、１０３、１０４へのインク供給時に気泡を除去する必要がある。

図２は、図１のＡ−Ａ′線断面図であり、共通液室１０５に発生する気泡を除去するための構造を表している。図の上下方向の下方向が重力方向である。

共通液室１０５にインクを供給する供給口１７１、共通液室１０５内の中央部に中子１６５を設け、面１８１を親水処理し、親水膜１４１が形成されている。親水膜１４１の親水性は、面１８２の親水性よりも高く形成されている。親水膜１４１の材質は、アルミナや二酸化ケイ素などが望ましい。

供給口１７１から供給されたインクが、図中の矢印に示すように、中子１６５に接触して図の左右方向に分岐し、共通液室１０５の端部で下向きに流れを変え、さらに、面１８１に沿って流れ、共通液室１０５内の空気を押しながら共通液室１０５に充填される。

図３は、第１の実施形態に係るインクの充填状態の一例を表すＡ−Ａ′線断面図である。親水膜１４１が面１８２の親水性よりも高いという状態を、面１８１と面１８２の接触角の差とし、シミュレーションを行った。接触角の条件は、面１８１が３０度、面１８２が６０度である。

共通液室１０５に供給されたインクが、中子１６５の親水膜１４１側に充填される際に、共通液室１０５内の空気によって気泡が発生する。面１８１の接触角が、面１８２の接触角より小さいため、気泡の両側のインクが面１８１側で先に連通し、その結果、供給口１７１から供給されるインクの流れによって気泡に作用する力が、ほぼ重力方向になり、さらに、インクの供給を続けると、気泡が加圧液室１２７、ノズル基板１２２へ移動して、その後、ノズルから排出される。

以上により、共通液室１０５にインクを充填した際に、共通液室１０５内に気泡が残留しない。

図４は、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドであり、図１のＡ−Ａ′線断面図である。共通液室１０５にインクを供給する供給口１７１、共通液室１０５内の中央部に中子２０１を設け、面２０２の中央に円弧状の凸部を形成し、さらに、面２０２を親水処理し、親水膜２０３を形成している。親水膜２０３の親水性は、面２０２の親水性よりも高く形成されている。親水膜２０３の材質は、アルミナや二酸化ケイ素などが望ましい。

供給口１７１から供給されたインクが、図中の矢印に示すように、中子２０１に接触して図の左右方向に分岐し、共通液室１０５の端部で下向きに流れを変え、さらに、面２０２に沿って流れ、共通液室１０５内の空気を押しながら共通液室１０５に充填される。

面２０２の中央に円弧状の凸部を形成していることで、円弧に沿ってインクが加圧液室１２７側に流れやすくなるため、第１の実施形態よりも気泡が、排出しやすくなる。第１の実施形態と同様に、共通液室１０５にインクを充填した際に、共通液室１０５内に気泡が残留しない。

図５は、第３の実施形態に係るインクジェットヘッドであり、図１のＡ−Ａ′線断面図である。共通液室１０５にインクを供給する供給口１７１、共通液室１０５内の中央部に中子３０１を設け、面３０２の表面粗さを、面１８２よりも小さくしている。

供給口１７１から供給されたインクが、図中の矢印に示すように、中子３０１に接触して図の左右方向に分岐し、共通液室１０５の端部で下向きに流れを変え、さらに、面３０２に沿って流れ、共通液室１０５内の空気を押しながら共通液室１０５に充填される。

面３０２の表面粗さが、面１８２よりも小さいため、図３と同様に、供給口１７１から供給されるインクの流れによって気泡に作用する力が、ほぼ重力方向になり、さらに、インクの供給を続けると、気泡が加圧液室１２７、ノズル基板１２２へ移動して、その後、ノズルから排出される。

第１の実施形態と同様に、共通液室１０５にインクを充填した際に、共通液室１０５内に気泡が残留しない。また、第３の実施形態は、表面粗さの差によるインクの流速の差を利用して気泡を排出するため、第１の実施形態の親水処理を省略できるというメリットがある。

図６は、インクジェット装置１０００内の要部の構成を示した概略斜視図である。インクジェット装置１０００には、装置本体１００１の内部に、印字機構部１００２などが収納されている。この印字機構部１００２は、操作方向に移動可能なキャリッジ１００３にインクカートリッジ１００４が搭載されており、インクカートリッジ１００４の下に本実施形態のインクジェットヘッドが搭載されている。

以上の実施の形態では、圧力発生素子が電気−機械変換素子の場合について説明したが、電気−熱変換素子であってもよい。また、４色一体のインクジェットヘッドの場合について説明したが、２色一体のインクジェットヘッド等の場合でも同様の効果が得られる。

１０１、１０２、１０３、１０４ 共通液室
１１６、１１７、１１８、１１９ 共通流路
１２０ ノズル
１２２ ノズル基板
１２３ リストリクタ
１２５ 個別流路板
１２７ 加圧液室
１２９ 振動板
１３１ 下部電極
１３３ 圧力発生素子
１３５ 上部電極
１３７ 絶縁層
１３９ 支持部材
１４１ 親水膜
１５１ 駆動ＩＣ
１５３ 封止剤
１５４、１５５ 半田ボール
１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６ 中子
１７１ インク供給口
１０００ インクジェット装置

特開２００８−２７３１６６号公報

Claims (9)

1. インクを重力方向に吐出するノズルと、前記ノズルを少なくとも１つ設けたノズル板と、該ノズル板に積層されて内部にインクを収容する加圧液室を備えた流路板と、電圧を印加することにより前記加圧液室内のインクに圧力を発生させる圧力発生素子と、前記加圧液室に積層された共通液室と、前記共通液室にインクを供給する貫通孔とを備えるインクジェットヘッドであって、
   前記共通液室内に前記貫通孔から供給される前記インクを、少なくとも２方向に分岐する中子とを備え、
   該中子の前記加圧液室側の面の親水性が、前記共通液室内の前記加圧液室側の面よりも高いことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記中子の前記加圧液室側の面の接触角は、前記共通液室内の前記加圧液室側の面の接触角の２分の１以下であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記中子は、前記加圧液室側の面の中央部に円弧状の凸部が形成されたことを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
4. 前記中子の前記加圧液室側の面は、親水膜が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記親水膜の材質は、アルミナまたは二酸化ケイ素であることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
6. インクを重力方向に吐出するノズルと、前記ノズルを少なくとも１つ設けたノズル板と、該ノズル板に積層されて内部にインクを収容する加圧液室を備えた流路板と、電圧を印加することにより前記加圧液室内のインクに圧力を発生させる圧力発生素子と、前記加圧液室に積層された共通液室と、前記共通液室にインクを供給する貫通孔を備えるインクジェットヘッドであって、
   前記共通液室内に前記貫通孔から供給される前記インクを、少なくとも２方向に分岐する中子とを備え、
   該中子の前記加圧液室側の面の表面粗さが、前記共通液室内の前記加圧液室側の面よりも小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 前記圧力発生素子は、電気−機械変換素子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記圧力発生素子は、電気−熱変換素子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の前記インクジェットヘッドを備えたインクジェット装置。

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