JP2014051079A - Droplet discharge head, head cartridge, and image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に圧電素子からなる駆動手段により振動板を変位させてノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッド、及びこれを備えた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge head that discharges droplets from nozzles by displacing a diaphragm by a driving unit mainly composed of piezoelectric elements, and an image forming apparatus including the droplet discharge head.
一般的に、複写機、ファクシミリ、プリンタ、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における液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドは、液滴であるインク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室(圧力室、加圧液室、液室、インク室、インク流路等とも称される)と、吐出室内のインクを加圧するエネルギを発生するアクチュエータ手段(エネルギ発生手段)とを備え、アクチュエータ手段を駆動することで吐出室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみインク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。 In general, an inkjet head as a droplet ejection head in an inkjet recording apparatus used as an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile machine, a printer, or a plotter is connected to a nozzle that ejects ink droplets that are droplets. A discharge chamber (also referred to as a pressure chamber, a pressurized liquid chamber, a liquid chamber, an ink chamber, an ink flow path, etc.) and an actuator means (energy generating means) that generates energy for pressurizing ink in the discharge chamber. The actuator means is used to pressurize the ink in the ejection chamber and eject ink droplets from the nozzles. The ink-on-demand system, which ejects ink droplets only when recording is required, is the mainstream. is there.
このようなインクジェットヘッドは、インク滴(記録液滴)を吐出させるためのアクチュエータ手段の種類によって幾つかの方式に大別される。液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変化させてインク滴を吐出させるピエゾ方式、液室内部に発熱体素子を配置して通電による発熱体の加熱により気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴を吐出させるインクジェット方式のものが、例えば「特許文献1」に開示されている。
Such ink jet heads are roughly classified into several types according to the type of actuator means for ejecting ink droplets (recording droplets). A part of the wall of the liquid chamber is made into a thin diaphragm, and a piezoelectric element as an electromechanical conversion element is arranged corresponding to the thin diaphragm, and the diaphragm is deformed by deformation of the piezoelectric element generated by voltage application. Piezo type that discharges ink droplets by changing the pressure in the chamber, inkjet type that arranges heating element inside the liquid chamber, generates bubbles by heating the heating element by energization, and discharges ink droplets by the pressure of the bubbles This is disclosed in, for example, “
また、液室の壁面を形成する振動板と、振動板に対向して配置された液室外の個別電極とを備え、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させ、液室内の圧力体積比を変化させることによりノズルからインク滴を吐出させる静電型のものが、例えば「特許文献2」に開示されている。
In addition, a vibration plate that forms a wall surface of the liquid chamber and an individual electrode outside the liquid chamber that is disposed to face the vibration plate, and an electrostatic force that is generated by applying an electric field between the vibration plate and the electrode. For example, “
近年、高画質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、さらに液滴のサイズを小さくすべく液室をより小さく形成する傾向にある。ノズルピッチを細かくするためには、液室の幅方向を短くするだけでなく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めることで小さな液滴を吐出させるためである。 In recent years, there is a tendency to use a multi-nozzle head having a plurality of nozzles in order to increase the image quality, and to further reduce the size of the liquid chamber in order to reduce the size of the droplets. In order to make the nozzle pitch fine, it is necessary to shorten not only the width direction of the liquid chamber but also the length direction. This is because small droplets are ejected by increasing the pressure resonance frequency of the liquid chamber.
また、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が伝わらないように構成する必要がある。さらに、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、各ヘッド間で液室の容積や抵抗に違いがないことが重要となるために高精度な加工と高精度な接合とが必須となっている。 In addition, even if the liquid chamber is made small, the drive energy from the actuator element is sufficiently transmitted to the liquid chamber, and the drive energy is not transmitted to the partition walls separating the plurality of liquid chambers. There is. Furthermore, it is necessary to make the characteristics of the liquid droplets discharged from each nozzle uniform, and it is important that there is no difference in the volume and resistance of the liquid chamber between the heads. Is mandatory.
また高速化の要求から連続吐出を行うことが求められ、液滴を吐出させるために発生させた圧力波を吐出後には素早く減衰させなければならない。しかし、液室を小さくすることにより液滴を吐出させるために発生させた圧力波は減衰されにくく、圧力波をダンピングさせる機構を設ける必要があり、液室以外の領域を小型化することが困難となる。 In addition, it is required to perform continuous discharge because of the demand for high speed, and the pressure wave generated to discharge the droplets must be quickly attenuated after the discharge. However, the pressure wave generated to discharge the droplets by making the liquid chamber small is not easily attenuated, and it is necessary to provide a mechanism for damping the pressure wave, and it is difficult to downsize the area other than the liquid chamber It becomes.
さらに高画質化の要求から、液室構造以外の要因、例えばインク粘度、気泡、異物といったものも吐出特性に大きな影響を与えることが知られていえる。このうちインク粘度に関しては、インクの温度を管理するために熱源をインクジェットヘッドに搭載させる構成、例えば「特許文献3」に開示されているようにインク温度により供給量を調整する構成が挙げられる。気泡に関しては、例えば「特許文献4」に開示されているように、気泡をトラップする空間を液室内に設ける構成が挙げられる。
Furthermore, it can be said that factors other than the liquid chamber structure, such as ink viscosity, bubbles, and foreign matter, have a great influence on the ejection characteristics due to the demand for higher image quality. Among these, regarding the ink viscosity, there is a configuration in which a heat source is mounted on the inkjet head in order to manage the temperature of the ink, for example, a configuration in which the supply amount is adjusted by the ink temperature as disclosed in “
しかし、異物に関しては上述の構成では全く効果がなく、例えば「特許文献5」に開示されているように、振動板供給口にフィルタを形成する構成が挙げられる。これによりヘッド完成後に異物による吐出不良は低下するが、フィルタに異物が詰まってしまうと液体供給量が不足してしまい、やはり吐出不良が発生してしまう。また、フィルタ径を小さくして小さな異物をも除去しようとすると、フィルタの抵抗により液室への液体供給量が不足してしまうという問題点がある。
However, with respect to the foreign matter, the above-described configuration has no effect at all. For example, as disclosed in “
本発明は上述の問題点を解決し、高画質かつ高速かつ高品質の液滴吐出ヘッドを実現すべく、異物の混入していない液体を安定して供給すると共に、余剰な圧力波を素早く減衰することが可能な液滴吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置の提供を目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and stably supplies a liquid free of foreign matter and quickly attenuates excess pressure waves in order to realize a high-quality, high-speed and high-quality liquid droplet ejection head. It is an object of the present invention to provide a droplet discharge head that can be used and an image forming apparatus including the same.
請求項1記載の発明は、液体を液滴として吐出する複数のノズルを有するノズル板と、前記液体を蓄え前記各ノズルが連通する液室と、前記液室まで前記液体を流す流路に形成された流体抵抗を有する流路板と、前記液室内の前記液体を加圧すべく圧力を発生させる駆動手段と、前記液室の少なくとも一面の壁面を形成し前記液体を前記液室に供給するための供給口を有する振動板と、前記液室に流すまで前記液体を貯蔵する共通液室を有するフレームと、前記共通液室と前記振動板との間の前記供給口に設けられた複数の孔部を有するフィルタとを有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記供給口は前記液室と前記流体抵抗を除く前記流路に設けられ、前記供給口と対向する前記流路板には薄膜部が形成され、前記薄膜部と対向する前記ノズル板には前記薄膜部との接触を回避する凹部が形成されていることを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、共通液室に面する供給口のほぼ全域にフィルタを形成することにより、フィルタの孔部の径をノズルの径よりも小さくした場合であっても液体を不足することなく供給することができる。また、ノズルから液体を吐出させるために発生させた圧力の残留圧力振動をノズル板と流路板に設けた薄膜部と流体抵抗部とフィルタ抵抗で囲まれた領域で減衰させることにより、短時間で次の液滴を吐出することが可能となる。また、各ノズルに連通した凹部で個別に圧力振動を減衰させるので、残留圧力振動が他のノズル及び液室に影響することがなく、吐出品質を向上することができる。 According to the present invention, the filter is formed almost in the entire area of the supply port facing the common liquid chamber, so that the liquid does not run out even when the diameter of the hole of the filter is made smaller than the diameter of the nozzle. Can be supplied. In addition, the residual pressure vibration of the pressure generated to discharge the liquid from the nozzle is attenuated in a region surrounded by the thin film portion, the fluid resistance portion, and the filter resistance provided on the nozzle plate and the channel plate, thereby Thus, the next droplet can be discharged. In addition, since the pressure vibration is individually attenuated by the recess communicating with each nozzle, the residual pressure vibration does not affect the other nozzles and the liquid chamber, and the discharge quality can be improved.
本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等からなる被記録媒体に対して記録を行うプリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置に適用可能である。なお、本発明における記録とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけではなく、パターン等の意味を持たない画像を被記録媒体に付与することも含む。以下に本発明の実施形態を説明する。 The present invention includes a printer, a copier, a facsimile having a communication system, and a printing unit that perform recording on a recording medium made of paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, and the like. The present invention can be applied to a device such as a word processor, and further to an industrial recording device combined with various processing devices. The recording in the present invention includes not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium but also giving an image having no meaning such as a pattern to the recording medium. . Embodiments of the present invention will be described below.
図1は圧電素子を駆動手段とした液滴吐出ヘッドの液室長軸方向(ノズル配列方向と交差する方向)に沿う断面図、図2及び図3は液室短軸方向(ノズル配列方向)に沿う断面図である。本実施形態では液室短軸方向を中心に説明し、また接合面に関して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よく、さらに吐出する液体はインクでなくともよい。各図面には記載されていないが、各接合面は接着剤により接合されており、接着剤の塗布厚さは0.4〜10μm程度である。 FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the liquid chamber major axis direction (direction intersecting the nozzle arrangement direction) of a droplet discharge head using a piezoelectric element as a driving means, and FIGS. It is sectional drawing which follows. In the present embodiment, the description will be made centering on the minor axis direction of the liquid chamber, and the description will be made centering on the fact that the bonding surface is flat. Also good. Although not shown in each drawing, each joining surface is joined by an adhesive, and the coating thickness of the adhesive is about 0.4 to 10 μm.
図1に示す液滴吐出ヘッド4は、液室1a及び流体抵抗部1bを形成する液室基板としての流路板1と、流路板1の上面に接合された液滴を吐出するノズル2aが形成されたノズル板2と、流路板1の下面に接合され薄肉部3aを有する振動板3と、振動板3に接合され液室1aの内圧を変化させる駆動手段としての積層圧電素子5と、積層圧電素子5を固定するベース基板6とを有している。図1において、接着層は他の部材に比してその厚さが薄いために図示しておらず、また振動板3としては図2に示すような3層のもの、図3に示すような2層の凸部3bと厚肉部3cとを有するもの等を用いてもよい。
A
本実施形態では、積層圧電素子5として圧電材料層と内部電極とを交互に積層したものが用いられ、圧電方向としては上下方向の変位を用いて液室1a内の液体を加圧する構成としている。また本実施形態では、図2に示すような積層圧電素子5はハーフカットのダイシング加工により櫛歯状に分割され、交互に圧電素子駆動部5aと支持部(非駆動部)5bとして使用しており、この構造をバイピッチ構造と呼ぶ。支持部5bにより流路ユニットを支えているので、液室1aの圧力上昇によって流路板1が持ち上がることを防止し、いわゆる相互干渉を抑えることについて非常に有効である。また、より液室1aを高密度化させた図4に示すような積層圧電素子5の圧電素子駆動部5aをノズルピッチと同間隔とし、支持部5bを形成しない構造(ノーマルピッチ構造)を採用してもよい。
In the present embodiment, the laminated
流路板1の材質としては、ケイ素、ニッケル、42アロイ、SUS304あるいは他のステンレス材料等が挙げられる。流路板1の液体に接する面には、酸化ケイ素膜、窒化チタン膜、あるいは金属膜やポリイミド等の有機樹脂膜からなる耐液性薄膜を成膜してもよい。このような耐液性薄膜を形成することにより流路板材料が液体に対して溶出しにくくなり、また濡れ性も向上するために気泡の滞留が生じにくく安定した液滴吐出が可能となる。本発明における層や膜は、実質的に平らな全ての構造物を含む。
Examples of the material of the
図1及び図2に示した構成では、流路板1の厚さ40〜600μm(流路板1を積層することにより液室1aを形成することも考えられる)、液室1aの長手方向長さ400〜1600μm、液室1aの幅120〜130μmとしている。流路隔壁の幅は振動板3との接合面において約15〜50μm(液室ピッチ150dpi)である。また図4に示すように、流路板1の厚さ100〜600μm(流路板1を積層することにより液室1aを形成することも考えられる)、液室1aの長手方向長さ400〜1200μm、液室1aの幅50〜70μm(液室ピッチ300dpiのため)としてもよい。
In the configuration shown in FIGS. 1 and 2, the
ノズル板2は金属材料、例えば電鋳工法によるニッケルメッキ膜等で形成したものであり、液滴を飛翔させるための微細な吐出口である多数のノズル2aを有している。ノズル2aの内部形状(内側形状)はホーン形状(ほぼ円柱形状またはほぼ円錐台形状でもよい)であり、その径は液滴吐出側の直径で約15〜35μmである。本実施形態では、ノズル2aの直径は18〜24μmとし、各列のノズルピッチは150dpi/300dpiとした。また、ノズル板2としては樹脂材料を用いる場合もある。
The
ノズル板2の液体吐出面(ノズル表面側)には、撥水性の表面処理を施した撥水処理層2d(図2参照)が設けられている。四フッ化エチレンニッケル共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性を有するフッ素樹脂、例えばフッ化ピッチ等を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素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層2dを設け、液体の液滴形状や飛翔特性を安定化させ、高品位の画像品質を得られるように構成している。
On the liquid discharge surface (nozzle surface side) of the
外部から液体を供給するための供給口3dと共通液室1cとなる彫り込みが形成されるフレーム7は、エポキシ系樹脂の射出形成により形成している。樹脂材料としては、ポリフェニレンサルファイド等であってもよい。
The
上述のように構成された液滴吐出ヘッド4において、記録信号に応じて圧電素子駆動部5aに駆動波形(10〜50Vのパルス電圧)を印加することにより、圧電素子駆動部5aに積層方向の変位が生じて振動板3を介して液室1aが加圧されて圧力が上昇し、ノズル2aから液滴が吐出される。その後、液滴吐出の終了に伴って液室1a内の液体圧力が減少し、液体の流れの慣性と駆動パルスの放電過程とによって液室1a内に負圧が発生して液体充填工程へと移行する。このとき、液体タンクから供給された液体は共通液室1cに流入し、共通液室1cから供給口3dを介して流体抵抗部1bを通り液室1a内に充填される。
In the
流体抵抗部1bは、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による再充填(リフィル)に対して抵抗となる。流体抵抗部1bを適宜に選択することにより、残留圧力の減衰とリフィル時間とのバランスが取れ、次の液滴吐出動作に移行するまでの時間(駆動周期)を短くすることができる。また、残留圧力を減衰させるため、振動板3にダンピング機能を持たせたダンパ部3eを設けることにより、より駆動周期を短くすることができる。
The
上述の構成において、凸部3b及び厚肉部3cの形状として、凸部3bの周囲を薄肉部3aで囲み、その周囲を厚肉部3cによって囲む構成がある。この形成方法としては、電鋳工法によるニッケルメッキ膜を2層重ねる方法があり、この電鋳工法によって突起物、例えばリブを形成してもよい。
In the above-described configuration, as the shapes of the
ここで、ニッケル電鋳による2層振動板の電鋳工程について図5を参照して説明する。図5(a)に示すように、電鋳支持基板211に薄肉部208を形成する第1層212を形成し、図5(b)に示すように、厚肉部207間に相当する部分が窓213となるレジストパターン214を形成してニッケル電鋳を行う。これにより図5(c)に示すように、第1層212上にニッケルが析出され堆積してニッケル層215が形成され、さらに電鋳を継続することで図5(d)に示すように、窓213から突出するまでニッケル層215が成長する。そして、エッジ効果によりレジストパターン214の表面方向にも肥大してオーバーハング部215aが形成される。このプロセスを継続すると、図5(e)に示すように、ニッケル層215は厚み方向と平面方向とにさらに伸長し、所定の成長の過程で電鋳を終了した後にレジストパターン214を除去する。これにより図5(f)に示すように、凹部216により囲まれた断面鋲型のアイランド状厚肉部206を備えた振動板が得られる。
Here, the electroforming process of the two-layer diaphragm by nickel electroforming will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, the
また振動板3としては、金属層や樹脂層を有する構成が考えられる。金属層を構成する部材としてはニッケル、42アロイ、SUS304が考えられ、酸化ケイ素やチタン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必要がなくなる。振動板3を樹脂層とすると、金属層に比して薄肉部3aの剛性が低くなることにより積層圧電素子5の変位効率を阻害することがなくなる。また、流路板1が金属である場合、樹脂層と金属との接合は金属同士の接合に比して接合強度が増強される。樹脂層は圧延フィルムであってもよく、これにより厚みが薄くなってもピンホール等の欠陥がほとんど皆無で信頼性の高い製品を提供することができる。
Moreover, as the
本実施形態において、振動板3と駆動手段である積層圧電素子5との接合領域に、接着剤に対して親和性を示す処理、例えば水酸基や酸化ケイ素薄膜層を形成すること等を行うことも考えられる。酸化ケイ素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3に熱的影響が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)等が適している。本実施形態では、ケイ素のスパッタリング後にスパッタ膜に対して酸化処理をして酸化ケイ素膜を生成している。酸化ケイ素膜の膜厚は、密着力が確保できる範囲で必要最小限の厚さとすることが、工程時間及び材料費から見て有利である。本実施形態では、酸化ケイ素膜の厚さを10〜2000Åの範囲で使用している。
In the present embodiment, a treatment showing affinity for the adhesive, such as forming a hydroxyl group or a silicon oxide thin film layer, may be performed in the bonding region between the
本実施形態の撥水処理では、メッキ被膜あるいは撥水剤コーティング等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、スプレーコータ等の方法が使用可能であり、それ以外にも真空蒸着によって成膜する方法も使用されている。この方法によれば、撥水膜の密着性が向上する。本実施形態において、薄肉部の厚さは2〜10μm、液室短手方向の薄肉部領域の長さは10〜50μmである。 In the water repellent treatment of this embodiment, the water repellent film is formed by a known method such as a plating film or a water repellent coating. As a water repellent treatment method, a spin coater, a roll coater, a screen printing, a spray coater, or the like can be used. In addition, a method of forming a film by vacuum deposition is also used. According to this method, the adhesion of the water repellent film is improved. In the present embodiment, the thickness of the thin part is 2 to 10 μm, and the length of the thin part region in the liquid chamber short direction is 10 to 50 μm.
本実施形態では、樹脂層としてポリフェニレンサルファイド(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、ポリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリバラバン酸(PPA)樹脂、ポリサルホン(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やポリカーボネート樹脂等を用いてもよい。 In this embodiment, polyphenylene sulfide (PPS) resin is used as the resin layer. However, other polymer materials that can be stretched, such as polyimide (PI) resin, polyetherimide (PEI) resin, polyamideimide (PAI) resin, are used. , Polybalavanic acid (PPA) resin, polysulfone (PSF) resin, polyethersulfone (PES) resin, polyetherketone (PEK) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, polyolefin (APO) resin, polyethylene naphthalate ( PEN) resin, aramid resin, polypropylene resin, vinylidene chloride resin, polycarbonate resin, or the like may be used.
図6ないし図10は、本発明の特徴部を採用した第1の実施形態を示している。図6において、振動板3の供給口3dには、異物を除去するための複数の孔部を有するフィルタ3fが設けられている。フィルタ3fの孔部の径は5〜20μm程度であり、ノズル2aの径よりも小さくなるように形成されている。本実施形態では、振動板3に形成されている供給口3dに関し、共通液室1cに面しているほぼ全域をフィルタ3fが設けられる領域としている。ここで、接着剤の流れ出しを堰き止める領域をフィルタ3fに設けてもよい。
6 to 10 show a first embodiment in which the features of the present invention are employed. In FIG. 6, the
フィルタ3fに対向するノズル板2側の流路板1の壁面には、ダンパ機能を持たせるために彫り込まれたダンパ室1dと薄肉化処理を施した薄膜部としての液室ダンパ1eとが設けられている。また、液室ダンパ1eに面したノズル板2には、液室ダンパ1eとの接触を回避する凹部としての空気を流す空間であるダンパ空気室2bが設けられている。流路板1の薄肉化処理やノズル板2におけるダンパ空気室2bの形成方法としてはエッチング法が挙げられる。
On the wall surface of the
上述の構成により、共通液室1cに面する供給口3dのほぼ全域にフィルタ3fを形成することにより、フィルタの孔部の径をノズル2aの径よりも小さくした場合であっても液体を不足することなく供給することができる。また、ノズル2aから液体を吐出させるために発生させた圧力の残留圧力振動をノズル板2と流路板1に設けた液室ダンパ1eと流体抵抗部1bとフィルタ3fのフィルタ抵抗で囲まれた領域で減衰させることにより、短時間で次の液滴を吐出することが可能となる。また、各ノズル2aに連通したダンパ空気室2bで個別に圧力振動を減衰させるので、残留圧力振動が他のノズル2a及び液室1aに影響することがなく、吐出品質を向上することができる。さらに、液滴吐出ヘッド4の製作時の初期段階で液室1a内に異物が混入しないようにフィルタ3fによって供給口3dを閉塞することができるので、液滴吐出ヘッドの歩留まりを向上することができ高品質で高速な液滴吐出ヘッドを安価に提供することができる。
With the above-described configuration, the
図7(a)は、液滴吐出ヘッド4が上からノズル板2、流路板1、振動板3と重ね合わされた状態を示しており、図7(b)は図7(a)の1−1断面である液室1aの断面を、図7(c)は図7(a)の2−2断面であるダンパ室1d及びダンパ空気室2bの断面をそれぞれ示している。また図8はノズル板2を示しており、ノズル板2にはノズル2aに対応して空間であるダンパ空気室2bが形成されている。ダンパ空気室2bはダンパ空気通路2cを介して外部に連通されており、ダンパ空気室2b内の空気が出し入れされることによりダンパ空気室2b内の液体残留圧力振動が減衰される。なお、ダンパ空気室2b内に高粘度のジェル等を封入してもよく、この場合にはダンパ空気通路2cが外部に連通していなくてもよい。
FIG. 7A shows a state in which the
図11は、ダンパ空気通路の変形例を示している。この変形例に示すダンパ空気通路2eは、ノズル2aに対応して設けられたダンパ空気室2bとそれぞれ個別に形成されていることにより、別チャンネルの圧力振動が及ぼす影響をより受けにくくなるように構成されている。
FIG. 11 shows a modification of the damper air passage. The
図9は流路板1を示しており、流路板1は液室1a領域、流体抵抗部1b領域、ダンパ室1d領域の3つの領域を有している。流路板1の形成方法として、液室1a領域及び流体抵抗部1b領域はプレス加工等の機械加工やエッチング加工が挙げられ、ダンパ室1d領域はエッチング加工等でハーフエッチングして薄膜領域を形成する方法が挙げられる。本実施形態では、薄膜として1〜20μmの厚みを有するものを考えている。
FIG. 9 shows the
図10(a)は振動板3を示している。本実施形態ではフィルタ3f領域の全域にわたって孔部が形成されている構成としているが、接着剤の流れ出し等でフィルタ3fの孔部が詰まらないように、フィルタ3f領域の外周部に孔部を持たない領域を設けてもよい。この領域としては、5〜50μmが好ましい。
FIG. 10A shows the
図10(b)、(c)はフィルタ3fの孔部形状を示している。図10(b)はストレート形状のタイプAであり、このような孔部形状であってもフィルタとしての役割を十分に果たす。図10(c)は厚み方向に共通液室1c側からダンパ室1d側に向けて、すなわち内部側から外部側に向けて次第に直径が小さくなるテーパ形状のタイプBを示している。共通液室1c側からダンパ室1d側への液体の流れではフィルタ3fにより異物を引っ掛けることができ、ダンパ室1d側から共通液室1c側への液体の流れではダンパ室1d側の孔径が小さいことによりフィルタ3fの流体抵抗が高く、残留圧力を減衰させる効果を向上することができる。これにより、高品質かつ長寿命の液滴吐出ヘッドを提供することができる。
10B and 10C show the hole shape of the
図12は、本発明の第2の実施形態に用いられる流路板を示している。この流路板1Aは、上述した流路板1と比較すると、ダンパ室1d領域の液室ダンパ1eの膜厚が異なる点を除いては同一である。流路板1Aは、液室ダンパ1eの膜厚が一定ではなく、ダンパ室1dを形成する壁面に沿って5〜20μm程度の幅でさらに薄膜化された部位である最薄膜化層1fが形成されている。最薄膜下層1fは、液室ダンパ1eに比してその厚みが5〜15μm程度薄くなるように形成されている。この構成とすることにより、ダンパ室1dに変形容易な最薄膜下層1fを設けることで残留圧力振動を減衰させる効率が向上し、より素早く残留圧力振動を減衰することができる。
FIG. 12 shows a flow path plate used in the second embodiment of the present invention. This
図13は、本発明の第3の実施形態に用いられる流路板を、図14は本発明の第3の実施形態の変形例に用いられる流路板をそれぞれ示している。図13に示す流路板1Bは、上述した流路板1Aと比較すると、最薄膜下層1fがダンパ室1dを形成する壁面に沿って形成されているのみでなく、液室ダンパ1eを2つに分割するようにも形成されている点において相違している。また、図14に示す流路板1Cは、最薄膜下層1fがダンパ室1dを形成する壁面に沿って形成されていると共に、液室ダンパ1eを3以上の複数に分割するように形成されている。この構成によれば、液室ダンパ1eと最薄膜下層1fとがそれぞれ複数個に分割されているので、第2の実施形態よりもさらに残留圧力振動の減衰効果を向上することができる。
FIG. 13 shows a flow path plate used in the third embodiment of the present invention, and FIG. 14 shows a flow path plate used in a modification of the third embodiment of the present invention. Compared with the above-described
本発明が適用可能な液滴吐出ヘッドであ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、インク流路の向きと吐出口の向きとが異なるサイドシュータ方式の何れでもよい。以下に、このインクジェットヘッドの一例を示す。 An inkjet head, which is a droplet discharge head to which the present invention can be applied, includes an edge shooter method in which the shape from the ink flow path to the discharge port is linear, and a side shooter method in which the direction of the ink flow path differs from the direction of the discharge port Any of these may be used. Below, an example of this inkjet head is shown.
先ず、エッジシュータ方式のインクジェットヘッドを説明する。エッジシュータ方式のインクジェットヘッド10を示す図15において、このインクジェットヘッド10は、吐出エネルギ発生体17(発生体17に吐出信号を印加する電極及び発生体17に必要に応じて設けられる保護層等は省略)を有する基板11に、流路14の側壁及びオリフィス15を構成する壁材12及び流路14の覆いを構成する天板13を積層した構成を有している。
First, an edge shooter type inkjet head will be described. In FIG. 15 showing the edge shooter
このインクジェットヘッド10においては、インクが蓄えられている図示しない液室から流路14にインクが充填された状態で、図示しない電極を介して記録信号を吐出エネルギ発生体17に印加すると、発生体17から発生した吐出エネルギが流路14内のインクに発生体17上方(吐出エネルギ作用部)で作用し、結果としてインクがオリフィス15から液滴として吐出される。吐出されたインク滴は、オリフィス15の前方に送り込まれた記録紙等の被記録材に付着する。
In the
このようなエッジシュータ方式のインクジェットヘッドでは、各部分の精度よい微細化やオリフィスのマルチ化、あるいは小型化が極めて容易であり、また量産性に富むという利点を有する。その一方で、インク滴吐出時の応答周波数やインク的の飛翔速度に限界がある。また、電熱変換素子が発熱することでインク中に気泡が発生するが、この気泡が温度低下により収縮し、吐出エネルギ発生体17近辺で消滅する際の衝撃により吐出エネルギ発生体17が徐々に破壊される。この現象はキャビテーション現象と呼ばれ、エッジシュータ方式のインクジェットヘッドにおいて特に顕著である。このためエッジシュータ方式のインクジェットヘッドは、寿命が比較的短い。
Such an edge shooter-type ink jet head has the advantage that each part can be precisely miniaturized, the orifices can be multi-sized or miniaturized, and the mass productivity is high. On the other hand, there are limits to the response frequency and ink-like flying speed when ejecting ink droplets. In addition, bubbles are generated in the ink due to the heat generated by the electrothermal conversion element. The bubbles contract due to a decrease in temperature, and the
次に、サイドシュータ方式のインクジェットヘッドを説明する。サイドシュータ方式のインクジェットヘッド20を示す図16において、このインクジェットヘッド20は天板23にオリフィス25を設け、流路24内の吐出エネルギ作用部へのインクの流れ方向21とオリフィス25の開口中心軸22とを直角とした構成である。
Next, a side shooter type inkjet head will be described. In FIG. 16 showing the side shooter type
上述の構成とすることにより、吐出エネルギ発生体27からのエネルギをより効率よくインク滴の形成及びその飛翔運動エネルギへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有し、吐出エネルギ発生体27に発熱素子を用いた場合において特に効果的である。またサイドシュータ方式であれば、エッジシュータ方式において問題となる、気泡消滅時の衝撃により吐出エネルギ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の発生を回避することができる。つまり、サイドシュータ方式において気泡が成長して成長した気泡がオリフィスに達すれば、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が発生しない。このため、インクジェットヘッドの寿命が長いという長所を有する。
With the above-described configuration, the energy from the
次に、上述した液滴吐出ヘッド4またはインクジェットヘッド10,20を備えた画像形成装置100について説明する。図17及び図18において、図示しない左右の側板に張架されたガイドロッド101とガイドレール102とでキャリッジ103を摺動自在に保持し、主走査モータ104の作動によりタイミングベルト105を介して図18に矢印で示す主走査方向にキャリッジ103を移動走査する。キャリッジ103には、例えばイエロ(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4個の液滴吐出ヘッドである記録ヘッド107が、複数の液滴吐出口を主走査方向と直交する方向に配列されており、液滴吐出方向を下方に向けて装着されている。液滴吐出ヘッドとしては、圧電素子等の圧電アクチュエータを用いたものを使用している。
Next, the
またキャリッジ103には、記録ヘッド107に各色のインクを供給するためのサブタンク108がそれぞれの色毎に搭載されている。各サブタンク108には、図示しないインク供給チューブを介してメインタンクであるインクカートリッジからインクが補充される。本実施形態では、サブタンク108と記録ヘッド107とでヘッドカートリッジ106を構成しているが、サブタンク108を別に設ける構成、サブタンク108を用いずにインクカートリッジをキャリッジ103に搭載する構成等を採用してもよい。
In addition, a
画像形成装置100の下部には、給紙カセット110等の用紙積載部(圧板)111上に積載された用紙112を給紙する給紙部が配設されている。この給紙部は、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離給送する半月コロ状の給紙ローラ113、給紙ローラ113に対向配置された高摩擦抵抗部材からなる分離パッド114を有しており、分離パッド114は給紙ローラ113側に付勢されている。
Under the
また、給紙部から給送された用紙112を記録ヘッド107の下方で搬送するための搬送部として、用紙112を静電吸着して搬送する搬送ベルト121、給紙部からガイド115を介して送られる用紙112を搬送ベルト121との間で挟持して搬送するカウンタローラ122、ほぼ鉛直上方に送られる用紙112をほぼ直角に方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせる搬送ガイド123、押さえ部材124によって搬送ベルト121側に付勢された先端加圧コロ125、及び搬送ベルト121の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ126等を備えている。
Further, as a transport unit for transporting the
無端状ベルトからなる搬送ベルト121は搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されており、副走査モータ131からの駆動力をタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して伝達されることにより搬送ローラ127が図17のベルト走行方向である副走査方向に周回する。搬送ベルト121の裏面側には記録ヘッド107による画像形成領域に対応してガイド部材129が設けられている。搬送ローラ127の軸には図18に示すようにスリット円板134が取り付けられており、スリット円板134の近傍にはスリット円板134の回転を検知するセンサ135が設けられ、スリット円板134とセンサ135とによってエンコーダ136が構成されている。
A
帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触して搬送ベルト121の走行に伴い従動回転し、加圧力として支軸の両端にそれぞれ2.5Nの荷重が掛けられている。キャリッジ103の前方には、図17に示すようにスリットが形成されたエンコーダスケール142が配設され、キャリッジ103の前面にはエンコーダスケール142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143が配設されている。これ等によりキャリッジ103の主走査方向位置(ホームポジションに対する位置)を検知するエンコーダ144が構成されている。
The charging
記録ヘッド107で記録された用紙112を排紙する排紙部として、搬送ベルト121から用紙112を分離する分離部、排紙ローラ152及び排紙コロ153、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154が設けられている。また装置背面部には、両面給紙ユニット161が着脱自在に設けられている。両面給紙ユニット161は、搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させ、再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に向けて給送する。
As a paper discharge unit that discharges the
上述のように構成された画像形成装置100では、給紙部から用紙112が1枚ずつ分離給送され、ほぼ鉛直上方に給紙された用紙112はガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟持されて搬送され、さらに先端を搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125によって搬送ベルト121に押し付けられ、ほぼ直角に搬送方向を転換される。
In the
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126に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返されるように交番電圧が印加され、搬送ベルト121が交番帯電電圧パターン、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とが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラスとマイナスとが交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力によって吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。
At this time, an alternating voltage is applied from a high voltage power supply to the charging
そこで、キャリッジ103を移動させつつ画像信号に応じて記録ヘッド107を駆動することにより、停止している用紙112に液滴を吐出して1行分を記録し、用紙112を所定量搬送後、次の記録動作を行う。記録終了信号または用紙112の後端が記録領域に達した信号を受けることにより、記録動作が終了して用紙112が排紙トレイ154に排出される。
Therefore, by driving the
両面画像形成の場合には、表面(最初に画像形成する面)の記録が終了したときに搬送ベルト121を逆回転させることで、記録済みの用紙112を両面給紙ユニット161内に送り込み、用紙112を反転させて(裏面が画像形成面となる状態)再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給送し、タイミング制御を行って上述と同様に搬送ベルト121上に搬送し、裏面に画像形成を行った後に排紙トレイ154に排出する。
In the case of double-sided image formation, the
本発明に係る画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ、複写機、これ等の複合機等にも適用可能であり、インク以外の液体、例えばDNA試料やレジスト、パターン材料等を吐出する液滴吐出ヘッドやヘッドカートリッジ、これ等を備えた画像形成装置にも適用可能である。 The image forming apparatus according to the present invention can be applied to a printer, a facsimile, a copying machine, a complex machine of these, and the like, and a liquid droplet ejection head that ejects a liquid other than ink, such as a DNA sample, a resist, a pattern material, and the like. It can also be applied to a head cartridge and an image forming apparatus including these.
1,1A,1B,1C 流路板(液室基板)
1a 液室
1b 流体抵抗
1c 共通液室
1e 薄膜部(液室ダンパ)
1f 最薄膜化層
2 ノズル板
2a ノズル
2b 凹部(ダンパ空気室)
3 振動板
3d 供給口
3f フィルタ
4 液滴吐出ヘッド
5 駆動手段(積層圧電素子)
7 フレーム
10,20 液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)
100 画像形成装置
106 ヘッドカートリッジ
107 液滴吐出ヘッド(記録ヘッド)
1, 1A, 1B, 1C Channel plate (liquid chamber substrate)
1f
DESCRIPTION OF
7
100
Claims (6)
前記供給口は前記液室と前記流体抵抗を除く前記流路に設けられ、前記供給口と対向する前記流路板には薄膜部が形成され、前記薄膜部と対向する前記ノズル板には前記薄膜部との接触を回避する凹部が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A nozzle plate having a plurality of nozzles for discharging liquid as droplets, a liquid chamber for storing the liquid and communicating with the nozzles, and a flow path having fluid resistance formed in a flow path for flowing the liquid to the liquid chamber A plate, drive means for generating pressure to pressurize the liquid in the liquid chamber, and a diaphragm having a supply port for forming at least one wall surface of the liquid chamber and supplying the liquid to the liquid chamber; A liquid having a frame having a common liquid chamber for storing the liquid until it flows into the liquid chamber, and a filter having a plurality of holes provided in the supply port between the common liquid chamber and the diaphragm. In the droplet discharge head,
The supply port is provided in the flow path excluding the liquid chamber and the fluid resistance, a thin film portion is formed in the flow path plate facing the supply port, and the nozzle plate facing the thin film portion is A droplet discharge head, wherein a recess for avoiding contact with the thin film portion is formed.
前記孔部はテーパ形状であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 1,
The droplet discharge head, wherein the hole has a tapered shape.
前記薄膜部はその外周部にさらに薄膜化された最薄膜部を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 1 or 2,
The thin-film portion has a thinnest thin-film portion further thinned on the outer peripheral portion thereof.
前記薄膜部の内部にはさらに薄膜化された部位が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to any one of claims 1 to 3,
A droplet discharge head, wherein a thinned portion is formed inside the thin film portion.
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