JP2015168188A

JP2015168188A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置

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Publication number: JP2015168188A
Application number: JP2014045782A
Authority: JP
Inventors: 悠木村; Yu Kimura; 良太松藤; Ryota Matsufuji
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2014-03-08
Filing date: 2014-03-08
Publication date: 2015-09-28
Anticipated expiration: 2034-03-08
Also published as: JP6256114B2

Abstract

【課題】流路板にダンパ室を形成しても残留振動を抑制し安定した滴吐出動作を行うことができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル２０が形成されたノズル板２と、ノズル２０が通じる複数の個別液室２１を形成する流路板３と、個別液室２１の液体を供給する共通液室１０を形成する共通液室部材５と、共通液室１０の壁面の一部に変形可能なダンパ領域２４を形成する振動板部材４とを備え、流路板３には、ダンパ領域２４に対応して共通液室１０と反対側に凹部からなるダンパ室３５が設けられ、流路板３の振動板部材４と反対側にノズル板２が接合され、ノズル板２のダンパ室３５に対応する部分には、流路板３側に突出する凸部４１が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出装置に関する。

画像形成装置などの液体吐出装置として、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。

液体吐出ヘッドにおいては、液滴を吐出させるために個別液室を加圧したとき、個別液室で生じた圧力変動が、圧力波となって、複数の個別液室に液体を供給する共通液室（共通流路）にも伝播する。この共通液室に伝播した圧力波が、個別液室に逆伝播すると、個別液室の圧力を変動させ、ノズルのメニスカスを制御できなくなり、所要の滴速度、滴量（滴体積）で液滴を吐出できなくなったり、滴不吐出を引き起こすことになる。また、共通液室に伝播した圧力波が隣接する個別液室に伝播して液体にも影響が及ぶ相互干渉が生じると、意図しないノズルからの液滴の漏洩や吐出、吐出状態の不安定を誘発することになる。

そこで、従来、共通液室の壁面を形成している壁面部材の一部を変形可能なダンパ領域（ダンパ）とし、流路板にダンパ領域（ダンパ）を介して共通液室に対向する凹部からなるダンパ室を設けたものが知られている（特許文献１）。

特開２０１３−０６３５５２号公報

ところで、流路板に凹部からなるダンパ室を形成すると、ダンパ室の部分で剛性が低下することになる。特に、ノズル板と流路板とを積層して接合するとき、ダンパ室となる凹部の底壁部の加圧ができないことからノズル板との接合が十分でなく、ノズル板とダンパ室に対応する流路板の部分との間に空隙が生じることがある。

このようにノズル板と流路板との間に空隙が生じると、滴吐出時のアクチュエータの振動がノズル板で減衰せずに残留振動として残り、次の吐出に影響を及ぼして吐出異常を発生させる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、流路板にダンパ室を形成したときでも安定した滴吐出を行うことが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板と、
前記複数の個別液室の液体を供給する共通液室を形成する共通液室部材と、
前記共通液室の壁面の一部に変形可能なダンパ領域を形成する壁面部材と、を備え、
前記流路板には、前記ダンパ領域に対応して前記共通液室と反対側に凹部からなるダンパ室が設けられ、
前記流路板の前記壁面部材と反対側に前記ノズル板が接合され、
前記ノズル板の前記ダンパ室に対応する部分には、前記流路板側に突出する凸部が形成されている
構成とした。

本発明によれば、流路板にダンパ室を形成したときでも安定した滴吐出を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の要部断面説明図である。同実施形態におけるダンパ室周りの構成及び接合工程の説明に供する断面説明図である。比較例の構成及び接合工程の説明に供する断面説明図である。本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。同実施形態の作用効果の説明に供する断面説明図である。本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。同実施形態の作用効果の説明に供する断面説明図である。各実施形態における凸部及び凹部のノズル配列方向における形状ないし配置の第１例の説明に供する斜視説明図である。同じく第２例の説明に供する斜視説明図である。同じく第３例の説明に供する斜視説明図である。本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。本発明の第７実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。本発明の第８実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。本発明に係る液体吐出装置の一例の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を参照して説明する。図１は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の要部断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、ノズル板２と、流路板３と、壁面部材を兼ねる振動板部材４と、共通液室部材５とを積層を接合している。

ノズル板２には、液滴を吐出する複数のノズル２０が配列されている。このノズル板２は、例えば、ステンレス（ここでは、ＳＵＳ３１６）を用いてプレス加工でノズル２０を形成している。

流路板３は、ノズル２０に通じる個別液室である圧力室２１と、圧力室２１に通じる流体抵抗部２７と、流体抵抗部２７が通じる液導入部２８とを形成している。この流路板３は、例えばステンレス（ここではＳＵＳ３１６）を用いてプレス加工で形成し、プレスによる変形、バリは両面研磨によりほぼ平らとなるように後処理をした。

振動板部材４は、３層構造（これに限らない）として、１層目によって圧力室２１の一部の壁面を変位可能な振動領域４ａとして形成する。また、振動板部材４には、共通液室１０と各圧力室２１の液導入部２８とを通じる液体供給路９が形成されている。この振動板部材４は、Ｎｉ電鋳で形成している。

この振動板部材４の振動領域４ａの圧力室２１とは反対側には圧電アクチュエータ８を配置している。

圧電アクチュエータ８は、ノズル列に合わせてベース部材３３に例えばノズルピッチの半分のピッチで柱状の圧電素子（圧電柱）を形成した圧電部材３２を接合している。圧電部材３２の各圧電柱は振動板部材４の振動領域４ａに形成された凸部４ｂと接合されている。圧電部材３２の１つおきの圧電柱にはフレキシブル配線部材に備えられる駆動ＩＣからフレキシブル配線部材を介して駆動信号が与えられる。

また、流路板３と共通液室部材５とは壁面部材である振動板部材４を挟んで積層されている。

そして、共通液室１０の壁面を形成する振動板部材４の部分の一部には、振動板部材４の１層目によって形成した薄層の変形可能な領域（ダンパ：以下「ダンパ領域」という。）２４を設けている。

流路板３には、ダンパ領域２４に対応してダンパ領域２４を挟んで共通液室１０と反対側に凹部（凹形状部）からなるダンパ室３５を形成している。ダンパ室３５は、図示しない大気開放通路４１を通じて大気（外部）に開放されている。

この液体吐出ヘッドでは、圧電アクチュエータ８を駆動することで振動板部材４の振動領域４ａが変位して、圧力室２１の液体が加圧されて、ノズル２０から液滴が吐出される。

次に、本実施形態におけるダンパ室周りの構成及び接合工程について図２も参照して説明する。図２は同説明に供する断面説明図である。

流路板３には、前述したように、凹部からなるダンパ室３５が形成されている。ここで、流路板３のダンパ室３５は、凹部の底壁部３５ａが残った状態で形成されている。

そして、ノズル板２のダンパ室３５の底壁部３５ａに対応する部分には、流路板３側に突出する凸部４１が形成されている。

この凸部４１の大きさ（平面視の面積）は、ダンパ室３５ａの底壁部３５ａの大きさより小さい。

また、凸部４１の高さ方向の大きさは、ノズル板２と流路板３とを接合したときに、ダンパ室３５の側壁とノズル板２との接合面の位置よりも、凸部４１とダンパ室３５の底壁部３５ａとの接合面の位置がダンパ領域２４側になる大きさとしている。

このように構成したので、図２（ａ）に示す状態から流路板３とノズル板２及び振動板部材４とを接着剤接合するとき、図２（ｂ）に示すように、ノズル板２の凸部４１が流路板３の底壁部３５ａの接合面に当たり、その後、図２（ｃ）に示すように、流路板３の底壁部３５ａを変形させながら（ダンパ領域２４側に押し込みながら）、ノズル板２と流路板３とが合わさって接合される。

流路板３とノズル板２が接合された状態では、底壁部３５ａの弾性力でノズル板２の凸部４１と底壁部３５ａの間に空気などが残留することなく接合される。

これにより、滴吐出時のアクチュエータの残留振動が低減し、流路板にダンパ室を形成したときでもダンパ機能を損なうことなく安定した滴吐出を行うことができる。

ここで、比較例について図３も参照して説明する。図３は同比較例の構成及び接合工程の説明に供する断面説明図である。

この比較例では、ノズル板２には上記実施形態の凸部４１がなく平面となっている。

ここで、流路板３に比較例のノズル板２及び振動板部材４を接着剤接合するとき、ダンパ室３５の底壁部３５ａは加圧することができず、しかも底壁部３５ａは厚みが薄く剛性が低い状態にある。

そのため、接合時にノズル板２と流路板３との接合加圧力を高くすると、図３（ｂ）に示すように、底壁部３５ａが内側（ダンパ室３５側）に変形し、ノズル板２の本来接合される領域との間に空隙３００が発生することがある。

このように空隙３００が発生すると、滴吐出時のアクチュエータ８の振動がノズル板２で減衰せずに残留振動として残り、次の吐出に影響を及ぼして吐出異常を発生させる。

これに対して、上記実施形態の構成にあっては、ダンパ室３５の底壁部３５ａとノズル板２の凸部４１との間は確実に接合されるので、圧力変動による底壁部の振動や残留振動が低減し、安定した滴吐出を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図４を参照して説明する。図４は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板２の凸部４１と反対側に凹部４２を形成している。

このように、ノズル板２のノズル面側に凹部４２を設けてあることで、ノズル板２のノズル面の残留液体を払拭するときに、余剰の液体を凹部４２に留めることができ、ノズル２０付近のインクを確実に除去することができる。また、ノズル板２に凸部４１を設ける加工を行う場合、プレスにより凹部４２と凸部４１を作製する方法での加工が容易であり、ヘッドの低コスト化につながる。

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５を参照して説明する。図５は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板２のダンパ室３５の底壁部３５ａと対向する領域内にノズル配列方向と直交する方向で複数の凸部４１を設けている。

このように構成することで、図６に示すように、凸部４１間に余剰接着剤５０を溜めることができ、流路板３とノズル板２の接合をより確実に行うことができる。

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を参照して説明する。図７は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板２にノズル配列方向と直交する方向で複数の凸部４１を設けるとともに、ノズル板２のノズル面側に凹部４２を設けている。

このように構成することで、図８に示すように、凸部４１間に余剰接着剤５０を溜めることができ、流路板３とノズル板２の接合をより確実に行うことができる。

次に、上記実施形態における凸部及び凹部のノズル配列方向における形状ないし配置の異なる例について図９ないし図１１を参照して説明する。

図９に示す第１例は、凸部４１及び４２をノズル配列方向で連続して凸部４１及び４２を形成した例である。

図１０に示し第２例は、凸部４１及び４２をノズル配列方向と直交する方向で連続し、ノズル配列方向で断続的に形成した例である。

図１１に示し第３例は、凸部４１及び４２をノズル配列方向と直交する方向及びノズル配列方向のいずれでも断続的（すなわちマトリクス状）に形成した例である。

いずれの形状、配置であっても、残留振動を抑えて安定した滴吐出動作を行うことができる。

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１２を参照して説明する。図１２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板２に設けた凸部４１は、ダンパ室３５の底壁部３５ａの中央部に対応する部分が最も高い部分４１ａであり、その周囲を部分４１ａよりも低い部分４１ｂとしたものである。

このように、底壁部３５ａの中央部にあたる凸部部分４１ａを高くしておくことで、空隙が生じやすい中央部を接合時により確実に加圧し、接合部分の残留振動によって発生する滴吐出特性の変動を抑えることができる。

次に、本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１３を参照して説明する。図１３は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板２に設けた凸部４１は、ダンパ室３５の底壁部３５ａの中央部に対応する部分が最も高い部分４１ａであり、その周囲を部分４１ａよりも低い部分４１ｂとしている。そして、凸部４１と反対側に形成する凹部４２は、ダンパ室３５の底壁部３５ａの中央部に対応する部分が最も高い深い部分４２ａであり、その周囲を部分４２ａよりも浅い部分４２ｂとしている。
たものである。

これにより、前記第５実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、前記第２実施形態と同様の作用効果も得られる。

次に、本発明の第７実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１４を参照して説明する。図１４は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板２に設けた複数の凸部４１は、ダンパ室３５の底壁部３５ａの中央部に対応する凸部４１Ａが最も高く、その周囲の凸部４１Ｂを凸部４１Ａより低くしたものである。

このように、底壁部３５ａの中央部にあたる凸部４１Ａを高くしておくことで、空隙が生じやすい中央部を接合時により確実に加圧し、接合部分の残留振動によって発生する滴吐出特性の変動を抑えることができる。

次に、本発明の第８実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１５を参照して説明する。図１５は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板２に設けた複数の凸部４１は、ダンパ室３５の底壁部３５ａの中央部に対応する凸部４１Ａが最も高く、その周囲の凸部４１Ｂを凸部４１Ａより低くしたものである。そして、凸部４１と反対側に形成する凹部４２は、ダンパ室３５の底壁部３５ａの中央部に対応する部分が最も高い深い部分４２ａであり、その周囲を部分４２ａよりも浅い部分４２ｂとしている。
たものである。

これにより、前記第７実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、前記第２実施形態と同様の作用効果も得られる。

次に、本発明に係る液体吐出装置の一例について図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は同装置の機構部の側面説明図、図１７は同機構部の要部平面説明図である。

この液体吐出装置は、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、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２つの記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（以下、区別しないときは「記録ヘッド２３４」というようにいう。他の部材も同じ。）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液体吐出ヘッドで構成される。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。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、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２３５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。分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。

そして、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を案内するガイド部材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。

そして、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ローラ２５６を備えている。

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ッピングするためのキャップ２８２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ワイパ部材２８３を備えている。また、維持回復機構２８１は、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はガイド部材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の先端が搬送ガイド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備えているので、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、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、「液体吐出装置」は画像形成装置を含み、媒体に液体を吐出する装置を意味する。

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。

２ノズル板
３流路板
４振動板部材
５共通液室部材
８圧電アクチュエータ
１０共通液室
２０ノズル
２１圧力室（個別液室）
２４ダンパ領域（ダンパ）
３５ダンパ室
３５底壁部
４１凸部
４２凹部
２３３キャリッジ
２３４ａ、２３４ｂ記録ヘッド

Claims

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板と、
前記複数の個別液室の液体を供給する共通液室を形成する共通液室部材と、
前記共通液室の壁面の一部に変形可能なダンパ領域を形成する壁面部材と、を備え、
前記流路板には、前記ダンパ領域に対応して前記共通液室と反対側に凹部からなるダンパ室が設けられ、
前記流路板の前記壁面部材と反対側に前記ノズル板が接合され、
前記ノズル板の前記ダンパ室に対応する部分には、前記流路板側に突出する凸部が形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記流路板の前記ダンパ室に対応する前記ノズル板側の面は前記ノズル板の凸部に倣って変形している
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記ノズル板には前記凸部が複数形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
前記複数の凸部の間に前記ノズル板と前記流路板とを接合する接着剤に溜まっている
ことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
前記ノズル板の前記凸部は、前記ダンパ室の中央部に対応する部分が他の部分よりも高くなっている
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。
請求項１ないし５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液体吐出装置。