JP2015054445A - 液体吐出ヘッド、画像形成装置 - Google Patents

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Ryota Yoneda
良太 米田
崇裕 吉田
Takahiro Yoshida
崇裕 吉田
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

【課題】隣接間クロストークの抑制が十分でなく、吐出効率が十分でない。【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル4と、ノズル4が通じる複数の個別液室6と、複数の個別液室6に通じる複数の流体抵抗部7と、流体抵抗部7の上流側の液導入部8を有し、流体抵抗部間隔壁71のノズル配列方向の幅L1は、個別液室間隔壁61のノズル配列方向の幅L2よりも広く形成され、流体抵抗部7は、流路内に配置された島部70で分岐された複数の分岐流路7a、7aを有し、島部70の液体の流れ方向の先鋭化した下流側端部70aは、流体抵抗部間隔壁71よりも液体の流れ方向の上流側に位置している。【選択図】図4

Description

本発明は液体吐出ヘッド、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としてインクジェット記録装置などが知られている。
液体吐出ヘッドとしては、例えば、液滴を吐出する複数のノズルと、ノズルが通じる複数の個別液室と、複数の個別液室への液体供給路となる流体抵抗部と、流体抵抗部に通じる液導入部を備え、流体抵抗部は、流路を島部で複数の分岐した分岐流路で形成したものが知られている(特許文献1)。
特開2003−334951公報
上記特許文献1に開示の構成にあっては、島部の液体の流れ方向の下流側端が流体抵抗部間隔壁の幅が減少を開始する端よりも液体の流れ方向の下流側に位置して設けられている。
そのため、滴吐出に伴う圧力変動が隣接する個別液室に影響を与える隣接間クロストークの抑制が十分でなく、また、加圧液室の長さが短くなることから、吐出効率が高くない。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、隣接間クロストークの抑制及び吐出効率の向上を図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と、
前記ノズルが通じる複数の個別液室と、
前記複数の個別液室に通じる複数の流体抵抗部と、を有し、
前記流体抵抗部間隔壁のノズル配列方向の幅は、前記個別液室間隔壁のノズル配列方向の幅よりも広く、
前記流体抵抗部は、流路内に配置された島部で分岐された複数の分岐流路を有し、
前記島部の液体の流れ方向の下流側端部は、前記流体抵抗部間隔壁の液体の流れ方向の下流側端部よりも液体の流れ方向の上流側に位置している
構成とした。
本発明によれば、隣接間クロストークの抑制及び吐出効率の向上を図ることができる。
本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態の説明に供する同ヘッドの外観斜視説明図である。 図1のA―A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。 図1のB−B線に沿うノズル配列方向(液室短手方向)の断面説明図である。 本発明の第1実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図である。 比較例1の説明に供する流路部分の平面説明図である。 本発明の第2実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図である。 本発明の第3実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図である。 本発明の第4実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例の説明に供する機構部の側面説明図である。 同機構部の要部平面説明図である。
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。本発明の第1実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図1ないし図3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は図1のA―A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、図3は図1のB−B線に沿うノズル配列方向(液室短手方向)の断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、ノズル板1と、流路板(液室基板)2と、薄膜部材としての振動板部材3とを積層接合している。そして、振動板部材3を変位させる圧電アクチュエータ11と、共通流路部材としてのフレーム部材20とを備えている。
ノズル板1、流路板2及び振動板部材3によって、液滴を吐出する複数のノズル4に連なって通じる個別液室6、個別液室6に液体を供給する流体抵抗部7と、流体抵抗部7が通じる液導入部8とを形成している。液導入部8は、液体の流れの方向で流体抵抗部7の上流側に配置される流路であれば、個別液室6毎に設けるものに限定されず、1又は複数の個別液室6に対して共通に設けることもできる。
そして、フレーム部材20の共通流路としての共通液室10から振動板部材3に形成したフィルタ部9を通じて、液導入部8、流体抵抗部7を経て複数の個別液室6に液体を供給する。
ここで、ノズル板1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)で製造したものを用いている。これに限らず、その他の金属部材、樹脂部材、樹脂層と金属層の積層部材などを用いることができる。ノズル板1には、各個別液室6に対応して例えば直径10〜35μmのノズル4を形成し、流路板2と接着剤接合している。また、このノズル板1の液滴吐出側面(吐出方向の表面:吐出面、又は個別液室6側と反対の面)には撥水層を設けている。
流路板2は、単結晶シリコン基板をエッチングして、個別液室6、流体抵抗部7、液導入部8などを構成する溝部を形成している。なお、流路板2は、例えばSUS基板などの金属板を酸性エッチング液でエッチングし、あるいはプレスなどの機械加工を行って形成することもできる。
振動板部材3は、流路板2の個別液室6の壁面を形成する壁面部材及び後述するフィルタ部9を形成するフィルタ部材を兼ねている。この振動板部材3は個別液室6側から第1層3A、第2層3B、第3層3Cの3層(2層又は4層以上でもよい。)からなる複層構造としている。そして、第1層3Aで個別液室6に対応する部分に変形可能な振動領域30を形成している。
この振動板部材3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)で製造したものを用いている。これに限らず、その他の金属部材、樹脂部材、樹脂層と金属層の積層部材などを用いることができる。
そして、この振動板部材3の個別液室6とは反対側に、振動板部材3の振動領域30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)としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ11を配置している。
この圧電アクチュエータ11は、ベース部材13上に接着剤接合した複数の積層型圧電部材12を有し、圧電部材12にはハーフカットダイシングによって溝加工して1つの圧電部材12に対して所要数の圧電柱12A、12Bを所定の間隔で櫛歯状に形成している。
圧電部材12の圧電柱12A、12Bは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動圧電柱(駆動柱)12A、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を非駆動圧電柱(非駆動柱)12Bとして区別している。
そして、駆動柱12Aを振動板部材3の振動領域30に形成した島状の厚肉部である凸部30aに接合している。また、非駆動柱12Bを振動板部材3の厚肉部である凸部30bに接合している。
この圧電部材12は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極が設けられ、駆動柱12Aの外部電極に駆動信号を与えるための可撓性を有するフレキシブル配線基板としてのFPC15が接続されている。
フレーム部材20は、例えばエポキシ系樹脂或いは熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイト等で射出成形により形成し、図示しないヘッドタンクや液体カートリッジから液体が供給される共通液室10が形成されている。
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動柱12Aに印加する電圧を基準電位から下げることによって駆動柱12Aが収縮し、振動板部材3の振動領域30が下降して個別液室6の容積が膨張することで、個別液室6内に液体が流入する。
その後、駆動柱12Aに印加する電圧を上げて駆動柱12Aを積層方向に伸長させ、振動板部材3の振動領域30をノズル4方向に変形させて個別液室6の容積を収縮させることにより、個別液室6内の液体が加圧され、ノズル4から液滴が吐出(噴射)される。
そして、駆動柱12Aに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材3の振動領域30が初期位置に復元し、個別液室6が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室10から液体供給路5を通じて個別液室6内に液体が充填される。そこで、ノズル4のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。
なお、このヘッドの駆動方法については上記の例(引き−押し打ち)に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。
次に、本発明の第1実施形態について図4を参照して説明する。図4は同実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図である。
本実施形態において、流体抵抗部7、7間の隔壁(流体抵抗部間隔壁)71のノズル配列方向の幅L1は、個別液室6,6間の隔壁(個別液室間隔壁)61のノズル配列方向の幅L2よりも広く形成されている。また、流体抵抗部間隔壁71のノズル配列方向の幅L1は、液導入部8,8間の隔壁(液導入部間隔壁81のノズル配列方向の幅L3よりも広く形成されている。
ここで、流体抵抗部間隔壁71は、液体の流れ方向において幅L1を有する領域とする。
流体抵抗部7は、流路内に配置された島部70で分岐された複数の分岐流路7a、7aを有している。
そして、島部70の液体の流れ方向の先鋭化した下流側端部(島部先鋭端部)70aは、流体抵抗部間隔壁71の液体の流れ方向下流側端部よりも、液体の流れ方向の上流側に位置している。
このように、厚みの厚い(幅の広い)流体抵抗部間隔壁71は、島部70の先鋭化した下流側端部70aよりも個別液室6側まで臨んでいるので、隣接間クロストークを抑制することができる。
また、同じ流体抵抗を得るための流体抵抗部7の長さを短くすることができるので、振動板部材3の振動領域(ダイヤフラム)30を長く形成することができる。したがって、同じ滴速度を得るための振動領域30を変位させるために圧力発生手段に与える電圧が小さくて済み、吐出効率を向上させることができる。
また、流路板2にシリコン基板を使用することで、エッチングによって分岐流路7a、7bを形成することができ、流体抵抗部長さを短くするために効果的である。
ここで、比較例1について図5を参照して説明する。図5は比較例1の説明に供する流路部分の平面説明図である。
この比較例1では、厚みの厚い(幅の広い)流体抵抗部間隔壁71の液体の流れ方向の下流側端部が、島部70の先鋭化した下流側端部70aと同じ位置(又は上流側の位置)になるように形成されている。
そのため、個別液室6側での隔壁の幅が狭くなって、隣接間クロストークを確実に抑制することができない。
また、振動領域30の液体の流れ方向の上流側端部は、島部70の先鋭化した端部70aの位置によって制限されるため、本実施形態に比べて長さが短くなり、吐出効率が十分でない。
次に、本発明の第2実施形態について図6を参照して説明する。図6は同実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図である。
本実施形態では、島部70のノズル配列方向の幅aは、流体抵抗部間隔壁71のノズル配列方向の幅L1と略同じである。なお、島部70の幅aは、島部70の幅が狭まる領域でなく、矩形状の部分の幅である。
これにより、流路板2と振動板部材3とを接着剤で接合するときに、島部70と流体抵抗部間隔壁71の接着強度が略同じになる。接着強度を略同じにすることで、ノズル間の滴吐出特性のバラツキを低減できる。
次に、本発明の第3実施形態について図7を参照して説明する。図7は同実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図である。
本実施形態では、流体抵抗部間隔壁71に液体の流れの方向に沿って複数の凹部72を形成している。
これにより、流路板2と振動板部材3とを接着剤で接合するときに接着剤を凹部71に逃がすことができる。
そして、流体抵抗部間隔壁71のノズル配列方向における凹部72の片側の幅bを島部70の幅aと略同じにしている。
これにより、流体抵抗部間隔壁71及び島部70と振動板部材3との接着強度を略均一にすることができる。
次に、本発明の第4実施形態について図8を参照して説明する。図8は同実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図である。
本実施形態では、流体抵抗部間隔壁71及び島部70には、液体の流れ方向に沿って複数の凹部72、73がそれぞれ設けられ、流体抵抗部間隔壁71の凹部72と島部70の凹部73とは、千鳥状に配置されている。
これにより、接着剤のはみ出し量が均一になって接着強度を均一にすることができる。
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9及び図10を参照して説明する。図9は同装置の機構部の側面説明図、図10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に横架したガイド部材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ている。そして、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と同ヘッドに供給するインクを収容するタンクを一体化した記録ヘッド234を搭載している。記録ヘッド234は、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。そして、一方の記録ヘッド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)の液滴を吐出する。また、他方の記録ヘッド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、1ヘッド当たり4ノズル列配置とし、1個のヘッドで4色の各色を吐出させることもできる。
また、記録ヘッド234のタンク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に対向する分離パッド244を備えている。
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、搬送ガイド部材247と、先端加圧コロ249を有する押さえ部材248とを備えている。さらに、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。)を備えている。また、維持回復機構281は、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を備えている。また、維持回復機構は281は、増粘した記録液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記録液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を配置している。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る。更に、用紙242は、先端を搬送ガイド237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。
そして、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るので、高画質画像を安定して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する。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 ノズル板
2 流路板
3 振動板部材
4 ノズル
5 個別流路
6 個別液室
7 流体抵抗部
8 液導入部
9 フィルタ部
9A フィルタ領域
10 共通液室
12 圧電部材
20 フレーム部材
61 個別液室間隔壁
70 島部
71 流体抵抗部間隔壁
233 キャリッジ
234a、234b 記録ヘッド

Claims (5)

  1. 液滴を吐出する複数のノズルと、
    前記ノズルが通じる複数の個別液室と、
    前記複数の個別液室に通じる複数の流体抵抗部と、を有し、
    前記流体抵抗部間隔壁のノズル配列方向の幅は、前記個別液室間隔壁のノズル配列方向の幅よりも広く、
    前記流体抵抗部は、流路内に配置された島部で分岐された複数の分岐流路を有し、
    前記島部の液体の流れ方向の下流側端部は、前記流体抵抗部間隔壁の液体の流れ方向の下流側端部よりも液体の流れ方向の上流側に位置している
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記島部のノズル配列方向の幅は、前記流体抵抗部間隔壁のノズル配列方向の幅と略同じであることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記流体抵抗部間隔壁には、凹部が設けられており、
    前記凹部の片側における前記流体抵抗部間隔壁のノズル配列方向の幅は、前記島部のノズル配列方向の幅と略同じである
    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。
  4. 前記流体抵抗部間隔壁及び前記島部には、液体の流れ方向に沿って複数の凹部がそれぞれ設けられ、
    前記流体抵抗部間隔壁の凹部と前記島部の凹部とは、千鳥状に配置されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 請求項1ないし4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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