JP2016060114A - Ink jet head, ink jet recording device using the former, and image forming device - Google Patents

Ink jet head, ink jet recording device using the former, and image forming device Download PDF

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伊藤 正博
Masahiro Ito
正博 伊藤
孝和 木平
Takakazu Kihira
孝和 木平
尚弥 近藤
Naoya Kondo
尚弥 近藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet head capable of homogenizing an ink density in a pressure chamber entirety for discharging ink containing pigment particles.SOLUTION: Conductive layers (an electrode U4 and an electrode L5) are individually formed on the face of the side of a pressure chamber 12 of a nozzle substrate 1 having a plurality of nozzle holes for discharging ink, and on the face of the opposite side. Between these electrodes, there are applied potential differences having controlled an electrification start, an electrification end and a weld time thereby to establish an electrophoresis phenomenon in the pressure chamber 12. This electrophoresis phenomenon performs a control to float ink particle components (pigment fine particles) which might otherwise precipitate on the bottom face of the pressure chamber 12. The pigment fine particles repeat the actions to precipitate and float thereby to move up and down in the pressure chamber 12 so that the ink is agitated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はインク滴を吐出して記録媒体上にインク画像を形成するプリンタ等のインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドに関し、またこのインクジェットヘッドを用いたインクジェット記録装置、画像形成装置に関する。   The present invention relates to an ink jet head mounted on an ink jet recording apparatus such as a printer that ejects ink droplets to form an ink image on a recording medium, and also relates to an ink jet recording apparatus and an image forming apparatus using the ink jet head.

インクジェットヘッド内には共通液室(インク貯留部、リザーバ)とインク供給路および個別液室(圧力室)がある。それらに充填されるインクを攪拌する手段としては以下のようなものが提案されている。
(1)インクジェットヘッドのキャリッジ動作などの物理的な作用でインクを攪拌する。
(2)インク供給部(インクタンク)と繋がるインクジェットヘッドに圧力差を発生させて共通液室のインクを攪拌する。
(3)インク吐出が起こらない程度の振動をアクチュエータで駆動して圧力室のインクを攪拌する。
(4)インクジェットヘッドのノズル面にキャップをするなどしてアクチュエータを振動して圧力室のインクを吐出しつつ攪拌する。
In the ink jet head, there are a common liquid chamber (ink reservoir, reservoir), an ink supply path, and an individual liquid chamber (pressure chamber). The following means have been proposed as means for stirring ink filled in them.
(1) The ink is agitated by a physical action such as a carriage operation of the inkjet head.
(2) A pressure difference is generated in the ink jet head connected to the ink supply unit (ink tank) to stir the ink in the common liquid chamber.
(3) Stir the ink in the pressure chamber by driving the vibration to such an extent that ink ejection does not occur.
(4) Stir while discharging the ink in the pressure chamber by vibrating the actuator by capping the nozzle surface of the inkjet head.

また電気的な作用を利用して共通液室インク流路の攪拌に関する従来技術としては、特許文献1に、流路基板上にセグメント電極を設け、電気泳動によって共通液室の顔料インクを攪拌するものが開示されている。特許文献2には、振動板に接する可撓性有孔板を設け、振動板と有孔板の変形差異を利用して攪拌するものが開示されている。特許文献3には、ノズル板のノズル周辺を電極として、圧力室の壁を構成する第2のプレートをもう一方の電極として、電気泳動によってインク中の帯電したインク粒子成分をノズル近傍に引き寄せるものが開示されている。特許文献3も、電気的な作用を利用してノズル近傍のインク濃度を大きくする技術に係るものである。   In addition, as a conventional technique related to stirring of the common liquid chamber ink flow path by utilizing electric action, Patent Document 1 provides a segment electrode on the flow path substrate, and stirs the pigment ink in the common liquid chamber by electrophoresis. Are disclosed. Patent Document 2 discloses a technique in which a flexible perforated plate in contact with a diaphragm is provided and stirring is performed using a deformation difference between the diaphragm and the perforated plate. In Patent Document 3, the periphery of the nozzle of the nozzle plate is used as an electrode, the second plate constituting the wall of the pressure chamber is used as the other electrode, and charged ink particle components in ink are attracted to the vicinity of the nozzle by electrophoresis. Is disclosed. Patent Document 3 also relates to a technique for increasing the ink density in the vicinity of the nozzles using an electrical action.

ところで、上述のようなインクジェットヘッドで用いることがある顔料分散系インク(顔料インク)は、色材として褪色しにくいなどの長所を持つ顔料の微粒子をインク溶媒に分散させたものである。この顔料分散系インク(顔料インク)は、長時間の静置によって顔料の微粒子が沈降して沈殿・凝集してしまう。沈殿・凝集が発生したインクをそのまま吐出すると、ノズルの目詰まりなど吐出不安定の原因になる。また、記録媒体上に形成されるインク画像の歪や濃度ムラなどを引き起こす。   By the way, the pigment-dispersed ink (pigment ink) that may be used in the ink jet head as described above is obtained by dispersing fine particles of a pigment having an advantage such as being difficult to fade as a coloring material in an ink solvent. In this pigment-dispersed ink (pigment ink), fine particles of the pigment settle and precipitate and aggregate when left standing for a long time. If the ink in which precipitation / aggregation has occurred is ejected as it is, it may cause ejection instability such as nozzle clogging. In addition, the ink image formed on the recording medium is distorted and density unevenness is caused.

ノズルの目詰まりなどの不具合は、ノズル近傍に沈殿・凝集した顔料微粒子によるところが大きいのは明らかである。そのためには圧力室のインクを効率的に攪拌する必要がある。   It is clear that troubles such as nozzle clogging are largely due to pigment fine particles precipitated and aggregated in the vicinity of the nozzle. For this purpose, it is necessary to efficiently stir the ink in the pressure chamber.

特許文献1は、インクジェットヘッドの共通インク室に沈殿した顔料インクを電気泳動によって水平方向に移動・循環させようというもので、圧力室に沈殿している顔料微粒子に対してはじゅうぶんな攪拌効果が得られない虞がある。また特許文献2は、振動板と有孔板の変形量の差が大きいものでないと期待されるほどの効果が得られない虞がある。さらに特許文献3は、ノズル近傍のインクに対してインク濃度の均一化を図るもので、局所的なインクの攪拌作用を生じさせるものの、圧力室全体には攪拌効果が及ぶものではない。   Patent Document 1 is intended to move and circulate the pigment ink precipitated in the common ink chamber of the inkjet head in the horizontal direction by electrophoresis, and has a sufficient stirring effect on the pigment fine particles precipitated in the pressure chamber. There is a possibility that it cannot be obtained. Further, in Patent Document 2, there is a possibility that an effect as expected is not obtained unless the difference in deformation amount between the diaphragm and the perforated plate is large. Further, Patent Document 3 aims to make the ink density uniform with respect to the ink in the vicinity of the nozzles, and causes a local ink stirring action, but does not reach the entire pressure chamber.

本発明は、上述した従来の諸問題点に鑑みてなしたもので、顔料微粒子を迅速に溶媒中に分散させることができ、またノズル近傍を含む圧力室全体のインクに対して攪拌させることができ、それによって圧力室全体のインク濃度の均一化を図ることができるインクジェットヘッドとこれを用いたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and pigment fine particles can be quickly dispersed in a solvent, and can be stirred with respect to the ink in the entire pressure chamber including the vicinity of the nozzle. An object of the present invention is to provide an ink jet head capable of making the ink density uniform throughout the pressure chamber, and an ink jet recording apparatus using the ink jet head.

本発明に係るインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズル孔を有するノズル基板と、前記ノズル孔に連通する圧力室と、前記圧力室に充填したインク液を吐出する圧力を発生させる圧電素子アクチュエータと、前記圧電素子アクチュエータに接合されて前記圧力室に圧力を伝播させる振動板と、前記圧電素子アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と、を有し、顔料分散系インク等の電荷を帯びたインク粒子成分を含むインク液を前記ノズル孔から吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記ノズル基板の前記圧力室側の面と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に、電極となる導電層をそれぞれ形成し、これら導電層の間に通電開始、通電終了、通電時間等を制御した電位差を与えて前記圧力室内のインク液中に電気泳動現象を発生させ、該電気泳動現象によって前記圧力室の底面に沈降しようとする前記インク粒子成分を浮遊させる制御手段を有することを特徴とする。   An inkjet head according to the present invention includes a nozzle substrate having a plurality of nozzle holes for discharging ink, a pressure chamber communicating with the nozzle holes, and a piezoelectric element actuator for generating a pressure for discharging the ink liquid filled in the pressure chamber. And a diaphragm that is bonded to the piezoelectric element actuator and propagates pressure to the pressure chamber, and a voltage applying means that applies a voltage to the piezoelectric element actuator, and has a charge such as pigment dispersion ink. In an ink jet head that discharges ink liquid containing ink particle components from the nozzle holes, a conductive layer serving as an electrode is provided on the surface of the nozzle substrate on the pressure chamber side and on the surface of the diaphragm opposite to the pressure chamber. Each of these conductive layers is formed, and a potential difference is applied between these conductive layers to control energization start, energization end, energization time, etc. To generate electrophoresis phenomenon, characterized by having a control means to float the ink particles components to be settled to the bottom of the pressure chamber by the electrophoretic phenomenon.

本発明によれば、沈降した顔料微粒子を電気泳動によって上下に揺動させることで、顔料微粒子を迅速に溶媒中に分散させることができる。またノズル板全面に電極が設けてあることから、ノズル近傍を含む圧力室全体のインクに対して攪拌させることができる。その結果、圧力室全体のインク濃度の均一化を図ることができる。   According to the present invention, the pigment fine particles can be rapidly dispersed in the solvent by causing the settled pigment fine particles to swing up and down by electrophoresis. Further, since the electrode is provided on the entire surface of the nozzle plate, the ink in the entire pressure chamber including the vicinity of the nozzle can be agitated. As a result, the ink density in the entire pressure chamber can be made uniform.

本発明の実施形態1の構成を示す概念的断面図である。It is a conceptual sectional view showing the composition of Embodiment 1 of the present invention. 実施形態1の動作を説明するために図1から切り出した拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view cut out from FIG. 1 for explaining the operation of the first embodiment. 実施形態1の動作を説明するために要部を図2よりも拡大した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view in which a main part is enlarged from FIG. 2 in order to explain the operation of the first embodiment. 本発明の実施形態2の構成を示す図1相当の概念的断面図である。FIG. 3 is a conceptual cross-sectional view corresponding to FIG. 薄膜型ピエゾ方式のヘッドへの応用した例を図示した模式的断面図である。It is the typical sectional view showing the example applied to the head of a thin film type piezo system. 図5を側面から見た模式的断面図である。It is typical sectional drawing which looked at FIG. 5 from the side. インクジェット記録装置の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of an ink jet recording apparatus. 図7に示したインクジェット記録装置の機構部を説明するための側面図である。It is a side view for demonstrating the mechanism part of the inkjet recording device shown in FIG.

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
<実施形態1>
図1は本発明の実施形態1の構成を示す概念的断面図である。
図中1はノズル基板、2は液室基板(支持板)である。たとえばノズル基板1、液室基板2ともにSiから構成する。ノズル基板1にはノズル3が形成されている。電極U(4)および電極L(5)は導電性薄膜などの導電性材料からなる。また振動板6は金属あるいは非金属、圧電素子アクチュエータ7はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)から形成されている。さらに、FPC8はフレキシブルプリント基板、ベース材9はSUS(ステンレス鋼材)、フレーム10はエポキシ樹脂製である。図中11は駆動回路、12は圧力室である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view showing the configuration of Embodiment 1 of the present invention.
In the figure, 1 is a nozzle substrate, and 2 is a liquid chamber substrate (support plate). For example, both the nozzle substrate 1 and the liquid chamber substrate 2 are made of Si. A nozzle 3 is formed on the nozzle substrate 1. The electrode U (4) and the electrode L (5) are made of a conductive material such as a conductive thin film. The diaphragm 6 is made of metal or nonmetal, and the piezoelectric element actuator 7 is made of PZT (lead zirconate titanate). Further, the FPC 8 is a flexible printed circuit board, the base material 9 is SUS (stainless steel material), and the frame 10 is made of epoxy resin. In the figure, 11 is a drive circuit, and 12 is a pressure chamber.

図2は実施形態1の動作を説明するために図1から切り出した拡大断面図である。
顔料微粒子Ppは分散剤(図示せず)によって表面が正または負に帯電している。電極U(4)と電極L(5)の間に電圧を印加すると、顔料微粒子Ppは表面に帯電している電荷と反対の電極とは引き合い、帯電している電荷と同じ電極とは反撥する。そのため圧力室12の中で電気泳動が起き、顔料微粒子Ppが上下に移動する。そして、図2中に矢印で示したように、電極U(4)と電極L(5)の極性が反対になるように交互に極性を入れ替えると、顔料微粒子Ppに作用する電気泳動の方向が変わる。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view cut out from FIG. 1 for explaining the operation of the first embodiment.
The surface of the pigment fine particles Pp is positively or negatively charged by a dispersant (not shown). When a voltage is applied between the electrode U (4) and the electrode L (5), the pigment fine particle Pp attracts the opposite electrode to the charge charged on the surface and repels the same electrode as the charged charge. . Therefore, electrophoresis occurs in the pressure chamber 12, and the pigment fine particles Pp move up and down. Then, as shown by arrows in FIG. 2, when the polarities are alternately switched so that the polarities of the electrodes U (4) and L (5) are opposite, the direction of electrophoresis acting on the pigment fine particles Pp is changed. change.

図3は、実施形態1の動作を説明するために要部を図2よりも拡大した断面図である。
長く静置されたインクジェットヘッドでは、圧力室を満たすインク液の顔料微粒子Ppの成分が沈降してノズル基板1上に沈殿している。顔料微粒子Ppが沈殿したままでインクを吐出すると、ノズル3の目詰まりやインク画像の歪や濃度ムラを発生させてしまう。たとえば表面が負に帯電している顔料微粒子Ppがインクに含まれているとすると、電極U(4)が正(電極Lが負)のときは電気泳動によって電極U(5)に向かって動く。反対に電極U(4)が負(電極Lが正)のときは電気泳動(及び重力)によって電極L(5)に向かって動く。
FIG. 3 is a cross-sectional view in which the main part is enlarged from FIG. 2 in order to explain the operation of the first embodiment.
In the ink jet head that has been allowed to stand for a long time, the components of the pigment fine particles Pp of the ink liquid that fills the pressure chamber settle and settle on the nozzle substrate 1. If ink is ejected while the pigment fine particles Pp are precipitated, the nozzle 3 is clogged, the ink image is distorted, and density unevenness occurs. For example, if pigment fine particles Pp whose surface is negatively charged are included in the ink, when the electrode U (4) is positive (the electrode L is negative), it moves toward the electrode U (5) by electrophoresis. . Conversely, when the electrode U (4) is negative (the electrode L is positive), it moves toward the electrode L (5) by electrophoresis (and gravity).

ここで駆動回路11で電極U(4)および電極L(5)に架電する極性の正負と架電時間をコントロールして、顔料微粒子Ppを圧力室12の中で揺動させてインクを攪拌する。
はじめ、沈殿している顔料微粒子Ppを浮かび上がらせるために、電極U(4)と顔料微粒子Ppが引き合う(あるいは電極L(5)と顔料微粒子Ppが反撥し合う)力を発生させる。そのためには図3(a)に示すように、駆動回路11から電極U(4)を正、電極L(5)を負とする電圧パルスを送出し、電極U(4)と電極L(5)の間に電位差を発生させる。すると電気泳動により顔料微粒子Ppは電極U(4)に向かって移動する。しかしながら、同じ極性のまま長時間にわたって架電すると、顔料微粒子Ppが電極U(4)に到達して凝集してしまう。
Here, the polarity of the voltage applied to the electrodes U (4) and L (5) and the charging time are controlled by the drive circuit 11, and the pigment fine particles Pp are swung in the pressure chamber 12 to stir the ink. To do.
First, in order to raise the pigment fine particles Pp that have precipitated, a force is generated to attract the electrode U (4) and the pigment fine particles Pp (or to repel the electrode L (5) and the pigment fine particles Pp). For this purpose, as shown in FIG. 3A, a voltage pulse with the electrode U (4) positive and the electrode L (5) negative is sent from the drive circuit 11, and the electrode U (4) and electrode L (5) are sent. ) To generate a potential difference. Then, the pigment fine particles Pp move toward the electrode U (4) by electrophoresis. However, if electricity is applied for a long time with the same polarity, the pigment fine particles Pp reach the electrode U (4) and aggregate.

そこで次に、図3(b)に示すように、駆動回路11から電極U(4)を負、電極L(5)を正とする電圧パルスを送出して電極U(4)と電極L(5)の間に電位差を発生させる。すると電気泳動と重力によって顔料微粒子は電極L(5)に向かって移動する。それにより、顔料微粒子Ppが電極U(4)に到達して凝集しないようにする。すなわち駆動回路11自体あるいはその制御装置等の制御手段(マイクロコンピュータ等の公知の手段を採用可)によって電圧パルスの極性と時間をコントロールし、上述の動作を繰り返させることで、顔料微粒子Ppが上下に移動し、インクが攪拌される。   Therefore, next, as shown in FIG. 3B, a voltage pulse is sent from the drive circuit 11 to make the electrode U (4) negative and the electrode L (5) positive to send the electrode U (4) and the electrode L ( A potential difference is generated during 5). Then, the pigment fine particles move toward the electrode L (5) by electrophoresis and gravity. This prevents the pigment fine particles Pp from reaching the electrode U (4) and aggregating. That is, by controlling the polarity and time of the voltage pulse by the drive circuit 11 itself or a control means such as its control device (a known means such as a microcomputer can be adopted) and repeating the above-described operation, the pigment fine particles Pp move up and down. And the ink is agitated.

なお電極U(4)は振動板6に接合しているが、振動板6を動かすような作用は発生しないので、振動板6と振動板6に接合している圧電素子アクチュエータ7への影響は非常に小さい。   Although the electrode U (4) is joined to the diaphragm 6, no action is generated to move the diaphragm 6. Therefore, the influence on the diaphragm 6 and the piezoelectric element actuator 7 joined to the diaphragm 6 is not affected. Very small.

これらの動作はインクをノズル3から吐出する前の準備段階で実施する。なぜならば、ノズル3からインクを吐出させることで減圧となる圧力室12にはインク供給部(図示せず)から新たなインクが供給され、そのインク流によって顔料微粒子Ppが沈降せずに移動するからである。   These operations are performed in a preparation stage before ink is ejected from the nozzle 3. This is because new ink is supplied from an ink supply unit (not shown) to the pressure chamber 12 which is decompressed by ejecting ink from the nozzle 3, and the pigment fine particles Pp move without being settled by the ink flow. Because.

以上のように、沈降した顔料微粒子Ppを電気泳動によって上下に揺動させることで、顔料微粒子Ppを迅速に溶媒中に分散させられる。またノズル基板1の全面に電極を設けることで、ノズル3の近傍を含む圧力室12全体のインクに対して攪拌させることができる。その結果、圧力室12全体のインク濃度の均一化を図ることができる。   As described above, the pigment fine particles Pp are rapidly dispersed in the solvent by causing the settled pigment fine particles Pp to swing up and down by electrophoresis. Further, by providing electrodes on the entire surface of the nozzle substrate 1, the ink in the entire pressure chamber 12 including the vicinity of the nozzle 3 can be agitated. As a result, the ink density of the entire pressure chamber 12 can be made uniform.

<実施形態2>
図4は本発明の実施形態2の構成を示す図1相当の概念的断面図である。図1の実施形態と同一または共通する構成要素には同一の符号を付して説明する。
この実施形態は、例えば振動板6がNiのように導電体であり、これを電極U(4)の代替として振動板6をそのまま利用したものである。実施形態1の電極U(4)に架電する場合と同様に振動板6を駆動することはないので、振動板6とそれに接合している圧電素子アクチュエータ7への影響は非常に小さい。またインクジェットヘッド製造工程で電極U(4)を作成する工程が不要になるのでコスト増を抑えて実施形態1と同等の効果を得ることができる。
<Embodiment 2>
FIG. 4 is a conceptual cross-sectional view corresponding to FIG. 1 showing the configuration of the second embodiment of the present invention. Components that are the same as or in common with the embodiment of FIG.
In this embodiment, for example, the diaphragm 6 is a conductor such as Ni, and the diaphragm 6 is used as it is as an alternative to the electrode U (4). Since the diaphragm 6 is not driven in the same manner as when the electrode U (4) is charged in the first embodiment, the influence on the diaphragm 6 and the piezoelectric element actuator 7 bonded thereto is very small. Moreover, since the process of creating the electrode U (4) in the inkjet head manufacturing process is not required, an effect equivalent to that of the first embodiment can be obtained while suppressing an increase in cost.

<実施形態3>
なお、以上の実施形態1、2の説明では積層型ピエゾ方式のヘッドで図示して説明したが、本発明は積層型ピエゾ方式のヘッドに限定されるものではない。
例えば図5は薄膜型ピエゾ方式のヘッドへの応用した例を図示した模式的断面図であり、図1に対応するものである。図6は、図5を側面から見た模式的断面図である。
<Embodiment 3>
In the above description of the first and second embodiments, the description has been made with reference to the laminated piezo type head. However, the present invention is not limited to the laminated piezo type head.
For example, FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of application to a thin-film piezo head, which corresponds to FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of FIG. 5 viewed from the side.

これらの図において、13は流体抵抗部、14は供給部、15は共通液室、16で示す線はインク流路を示す。また図中21は上部電極(個別電極)、22は下部電極(共通電極)、23は圧電層(PZT)である。また24は圧電素子保護空間、25は配線用空間である。配線用空間25内にはバイパス配線26が配線されている。図中27は上部電極パッド部、28は保護基板(サブフレーム)、29は層間絶縁膜、30はパッシベーション層、31は引き出し配線である。また32は保護基板28の柱、33は流路隔壁である。   In these drawings, 13 is a fluid resistance section, 14 is a supply section, 15 is a common liquid chamber, and a line indicated by 16 is an ink flow path. In the figure, 21 is an upper electrode (individual electrode), 22 is a lower electrode (common electrode), and 23 is a piezoelectric layer (PZT). Reference numeral 24 denotes a piezoelectric element protection space, and reference numeral 25 denotes a wiring space. A bypass wiring 26 is wired in the wiring space 25. In the figure, 27 is an upper electrode pad portion, 28 is a protective substrate (subframe), 29 is an interlayer insulating film, 30 is a passivation layer, and 31 is a lead wiring. Reference numeral 32 denotes a column of the protective substrate 28, and 33 denotes a flow path partition wall.

薄膜型ピエゾ方式のヘッドの場合、ピエゾ(圧電素子)に電界を印加するための電極(図示の例では電極U(4))が振動板6の上面に設けられている。したがって振動板6そのものを電気泳動のための電極U(4)に代用するためには、振動板6の上面に絶縁層(図示の例では層間絶縁膜29)を設けることで可能となる。   In the case of a thin film piezo type head, an electrode (electrode U (4) in the illustrated example) for applying an electric field to the piezo (piezoelectric element) is provided on the upper surface of the diaphragm 6. Therefore, in order to substitute the diaphragm 6 itself for the electrode U (4) for electrophoresis, it is possible to provide an insulating layer (an interlayer insulating film 29 in the illustrated example) on the upper surface of the diaphragm 6.

<実施形態4>
以下、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載した画像形成装置の一例であるインクジェット記録装置について図1及び図2を参照して説明する。図7はインクジェット記録装置の斜視説明図、図8はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
<Embodiment 4>
Hereinafter, an ink jet recording apparatus as an example of an image forming apparatus equipped with an ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory perspective view of the ink jet recording apparatus, and FIG. 8 is an explanatory side view of a mechanism portion of the ink jet recording apparatus.

このインクジェット記録装置は一例であるが、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッドを備える。記録装置本体81の内部には、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部82等を収納している。また、記録装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(あるいは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができる。これにより、給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。   This ink jet recording apparatus is an example, but includes a recording head including a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 81 and an ink jet head embodying the present invention mounted on the carriage. Inside the recording apparatus main body 81 is housed a printing mechanism portion 82 and the like configured by an ink cartridge for supplying ink to the recording head. Further, a paper feed cassette (or a paper feed tray) 84 on which a large number of sheets 83 can be stacked from the front side can be detachably attached to the lower part of the recording apparatus main body 81. Further, the manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be turned over. As a result, the paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and after a required image is recorded by the printing mechanism unit 82, the paper is discharged onto the paper discharge tray 86 mounted on the rear side.

印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向に摺動自在に保持している。このキャリッジ93には本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド94を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、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94は、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する。またキャリッジ93には記録ヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。   The printing mechanism 82 holds a carriage 93 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 91 and a sub guide rod 92 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). A recording head 94 composed of an ink jet head according to the present invention is mounted on the carriage 93 in such a manner that a plurality of ink discharge ports (nozzles) are arranged in a direction crossing the main scanning direction and the ink droplet discharge direction is directed downward. . The recording head 94 ejects ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). Further, each ink cartridge 95 for supplying ink of each color to the recording head 94 is replaceably mounted on the carriage 93.

インクカートリッジ95は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。そして、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド94を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。   The ink cartridge 95 has an air port that communicates with the atmosphere upward, a supply port that supplies ink to the inkjet head below, and a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the inkjet head is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the porous body. Further, although the recording heads 94 for the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used.

ここで、キャリッジ93は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト100を張装している。このタイミングベルト100はキャリッジ93に固定してあり、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。   Here, the carriage 93 is slidably fitted to the main guide rod 91 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 92 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). doing. In order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 100 is stretched between a driving pulley 98 and a driven pulley 99 that are rotationally driven by a main scanning motor 97. The timing belt 100 is fixed to the carriage 93, and the carriage 93 is reciprocated by forward and reverse rotation of the main scanning motor 97.

一方、給紙カセット84にセットした用紙83を記録ヘッド94の下方側に搬送するために、給紙ローラ101等を備えている。給紙ローラ101及びフリクションパッド102は、給紙カセット84から用紙83を分離給装する。用紙83を案内するガイド部材103と、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104とを備える。さらに、搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105及び搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106とを備えている。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。   On the other hand, in order to convey the paper 83 set in the paper feed cassette 84 to the lower side of the recording head 94, a paper feed roller 101 and the like are provided. The paper supply roller 101 and the friction pad 102 separate and supply the paper 83 from the paper supply cassette 84. A guide member 103 that guides the paper 83 and a conveyance roller 104 that reverses and conveys the fed paper 83 are provided. Further, a conveyance roller 105 pressed against the peripheral surface of the conveyance roller 104 and a leading end roller 106 that defines a feeding angle of the paper 83 from the conveyance roller 104 are provided. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.

そして、キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83を記録ヘッド94の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材109を設けている。この印写受け部材109の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設けてある。さらに用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115,116とを配設してある。   A printing receiving member 109 is provided as a paper guide member that guides the paper 83 sent from the transport roller 104 below the recording head 94 in accordance with the movement range of the carriage 93 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 109 in the sheet conveyance direction, a conveyance roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to send out the sheet 83 in the sheet discharge direction are provided. Further, a paper discharge roller 113 and a spur 114 for feeding the paper 83 to the paper discharge tray 86, and guide members 115 and 116 for forming a paper discharge path are provided.

記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。   At the time of recording, the recording head 94 is driven according to the image signal while moving the carriage 93, thereby ejecting ink onto the stopped sheet 83 to record one line. Record the line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 83 has reached the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.

また、キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を配置している。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ93は印字待機中にはこの回復装置117側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   Further, a recovery device 117 for recovering the ejection failure of the recording head 94 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 93. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during printing standby, and the recording head 94 is capped by the capping unit, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド94の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。これにより、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去し、吐出不良状態から回復させる。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。   When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the recording head 94 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the discharge port with a suction unit through a tube. As a result, ink, dust or the like adhering to the ejection port surface is removed by the cleaning means, and the ejection failure state is recovered. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

なお、将来的な工業用途においては、特殊なインク、例えば大きな帯電性粒子や生細胞、を吐出させるヘッドに応用できる可能性がある。   In future industrial applications, there is a possibility of application to a head that ejects special ink, for example, large charged particles or living cells.

なお本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and many variations are possible by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention.

1 :ノズル基板
2 :液室基板
3 :ノズル
4、5 :電極
6 :振動板
7 :圧電素子アクチュエータ
8 :FPC
9 :ベース材
10 :フレーム
11 :駆動回路
12 :圧力室
13 :流体抵抗部
14 :供給部
15 :共通液室
16 :インク流路
21 :上部電極(個別電極)
22 :下部電極(共通電極)
23 :圧電層(PZT)
24 :圧電素子保護空間
25 :配線用空間
26 :バイパス配線
28 :保護基板
29 :層間絶縁膜
30 :パッシベーション層
31 :引き出し配線
32 :保護基板の柱
33 :流路隔壁
81 :記録装置本体
82 :印字機構部
83 :用紙
84 :給紙カセット
85 :手差しトレイ
86 :排紙トレイ
91 :主ガイドロッド
92 :従ガイドロッド
93 :キャリッジ
94 :記録ヘッド
95 :インクカートリッジ
97 :主走査モータ
98 :駆動プーリ
99 :従動プーリ
100 :タイミングベルト
101 :給紙ローラ
102 :フリクションパッド
103 :ガイド部材
104 :搬送ローラ
105 :搬送コロ
106 :先端コロ
107 :副走査モータ
109 :印写受け部材
111 :搬送コロ
112 :拍車
113 :排紙ローラ
114 :拍車
115 :ガイド部材
116 :ガイド部材
117 :回復装置
L :電極
Pp :顔料微粒子
1: Nozzle substrate 2: Liquid chamber substrate 3: Nozzles 4 and 5: Electrode 6: Vibration plate 7: Piezoelectric element actuator 8: FPC
9: Base material 10: Frame 11: Drive circuit 12: Pressure chamber 13: Fluid resistance unit 14: Supply unit 15: Common liquid chamber 16: Ink channel 21: Upper electrode (individual electrode)
22: Lower electrode (common electrode)
23: Piezoelectric layer (PZT)
24: Piezoelectric element protection space 25: Wiring space 26: Bypass wiring 28: Protection substrate 29: Interlayer insulating film 30: Passivation layer 31: Lead-out wiring 32: Protection substrate column 33: Channel partition wall 81: Recording device main body 82: Printing mechanism 83: Paper 84: Paper feed cassette 85: Manual feed tray 86: Paper discharge tray 91: Main guide rod 92: Secondary guide rod 93: Carriage 94: Recording head 95: Ink cartridge 97: Main scanning motor 98: Drive pulley 99: driven pulley 100: timing belt 101: feed roller 102: friction pad 103: guide member 104: transport roller 105: transport roller 106: tip roller 107: sub-scanning motor 109: printing receiving member 111: transport roller 112: Spur 113: Paper discharge roller 114: Spur 115 : Guide member 116: guide member 117: recovery device L: electrode Pp: pigment fine particles

特開平05−254118号公報JP 05-254118 A 特開2013−176852号公報JP 2013-176852 A 特開2011−167930号公報JP 2011-167930 A

Claims (6)

インクを吐出する複数のノズル孔を有するノズル基板と、
前記ノズル孔に連通する圧力室と、
前記圧力室に充填したインク液を吐出する圧力を発生させる圧電素子アクチュエータと、
前記圧電素子アクチュエータに接合されて前記圧力室に圧力を伝播させる振動板と、
前記圧電素子アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と、
を有し、
顔料分散系インク等の電荷を帯びたインク粒子成分を含むインク液を前記ノズル孔から吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズル基板の前記圧力室側の面と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に、電極となる導電層をそれぞれ形成し、
これら導電層の間に通電開始、通電終了、通電時間等を制御した電位差を与えて前記圧力室内のインク液中に電気泳動現象を発生させ、該電気泳動現象によって前記圧力室の底面に沈降しようとする前記インク粒子成分を浮遊させる制御手段を有する、
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
A nozzle substrate having a plurality of nozzle holes for discharging ink;
A pressure chamber communicating with the nozzle hole;
A piezoelectric element actuator for generating a pressure for discharging the ink liquid filled in the pressure chamber;
A diaphragm that is bonded to the piezoelectric element actuator and propagates pressure to the pressure chamber;
Voltage applying means for applying a voltage to the piezoelectric element actuator;
Have
In an inkjet head that discharges ink liquid containing charged ink particle components such as pigment-dispersed ink from the nozzle holes,
A conductive layer to be an electrode is formed on the surface of the nozzle substrate on the pressure chamber side and on the surface of the diaphragm on the side opposite to the pressure chamber,
An electrophoretic phenomenon is generated in the ink liquid in the pressure chamber by applying a potential difference that controls energization start, energization end, energization time, etc. between these conductive layers, and the electrophoretic phenomenon will cause sedimentation on the bottom surface of the pressure chamber. A control means for floating the ink particle component
An inkjet head characterized by that.
請求項1に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記振動板に形成される前記導電層が導電性材料からなり、該振動板を前記電極に代用する、
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
The inkjet head according to claim 1, wherein the conductive layer formed on the diaphragm is made of a conductive material, and the diaphragm is substituted for the electrode.
An inkjet head characterized by that.
請求項1または2に記載のインクジェットヘッドにおいて、積層型ピエゾ方式のヘッドであることを特徴とするインクジェットヘッド。   3. The ink jet head according to claim 1, wherein the ink jet head is a stacked piezo head. 請求項1または2に記載のインクジェットヘッドにおいて、薄膜型ピエゾ方式のヘッドであることを特徴とするインクジェットヘッド。   3. The ink jet head according to claim 1, wherein the ink jet head is a thin film type piezo head. 請求項1ないし4のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを用いたことを特徴とするインクジェット記録装置。   An ink jet recording apparatus using the ink jet head according to claim 1. 請求項1ないし4のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを用いたことを特徴とする画像形成装置。
An image forming apparatus using the ink jet head according to claim 1.
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