JP5130100B2 - Liquid ejection head and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関し、特にノズル板を熱で変形させて液滴を吐出する液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドを備える画像形成装置に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head and an image forming apparatus, and more particularly to a liquid discharge head that discharges droplets by deforming a nozzle plate with heat and an image forming apparatus including the liquid discharge head.
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、液体の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体(以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。)を搬送しながら、液体を用紙に付着させて画像形成(記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。)を行うものがある。 As an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying machine, and a multifunction machine of these, for example, a liquid discharge apparatus including a recording head composed of a liquid discharge head that discharges liquid droplets is used. However, the material is not limited, and a recording medium, a recording medium, a transfer material, a recording paper, and the like are also used synonymously.) Printing, printing, and printing are also used synonymously).
なお、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し、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をも意味する。また、液体とは記録液、インクに限るものではなく、画像形成を行うことができる液体であれば特に限定されるものではない。また、液体吐出装置とは、液体吐出ヘッドから液体を吐出する装置を意味する。 The image forming apparatus means an apparatus for forming an image by discharging a liquid onto a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, etc. The term “not only” means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a medium but also giving an image having no meaning such as a pattern to the medium. Further, the liquid is not limited to the recording liquid and ink, and is not particularly limited as long as it is a liquid capable of forming an image. Further, the liquid discharge device means a device that discharges liquid from the liquid discharge head.
このような液体吐出装置を備えて画像を形成する画像形成装置に使用される液体吐出ヘッドとしては、特許文献1に記載されているように、ノズル板にヒータを備え、熱膨張の差でノズル板を変形させることによってノズルから液滴を吐出させるものが知られている。
その他、熱によるノズル板(可撓性膜なども含む意味である。)を変形させる液体吐出ヘッドとしては、特許文献2ないし4に記載のようなものもある。
また、本件のうち流体抵抗を変化させることに関しては、特許文献5に記載されているように、圧力室の側端に設けた流体抵抗流路部の底面を振動板と接合し、その底面にピエゾ圧電素子を接合したものがある。
一般的に、液体吐出ヘッドは、ノズルが臨む液室(流路)内の圧力を高めることによってノズルから液滴を吐出させる構成であるので、液室の圧力を効率的に高めて滴吐出に対して効率的に作用させるためには、液室内の圧力が逃げないことが望ましいことから、液室内に液体を供給する流路に流体抵抗部が設けられる。そして、特許文献5に記載されているように、滴吐出時に流体抵抗を増加させる構成を採用するものもある。
Generally, a liquid discharge head is configured to discharge liquid droplets from a nozzle by increasing the pressure in a liquid chamber (flow path) that the nozzle faces. On the other hand, in order to act efficiently, it is desirable that the pressure in the liquid chamber does not escape. Therefore, a fluid resistance portion is provided in the flow path for supplying the liquid into the liquid chamber. In addition, as described in
しかしながら、特許文献5に記載のように流体抵抗部の壁面を形成する振動板を圧電素子で変形させて流体抵抗値を増加させる構成では、流体抵抗を変化させる構成が複雑になるという課題がある。
However, in the configuration in which the diaphragm that forms the wall surface of the fluid resistance portion is deformed by a piezoelectric element and the fluid resistance value is increased as described in
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、より簡単な構成で流体抵抗を変化させて効率的な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。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to enable efficient droplet discharge by changing the fluid resistance with a simpler configuration.
上記の課題を解決するため、本発明の請求項1に係る液体吐出ヘッドは、
液滴を吐出するノズルが形成されたノズル板と、
前記ノズル板の前記ノズルの周囲部分を熱で撓ませて変形させるアクチュエータ手段と、
前記ノズル板に対向して前記ノズルに液体を供給する流路を形成する流路部材と、を備え、
前記ノズル板のノズルの周囲部分とこの周囲部分に対向する前記流路部材の対向面との間で流体抵抗路が形成され、
前記流路部材の前記対向面における前記ノズルと対向する部分に凹部が形成され、
前記ノズル板のノズルの周囲部分が変形されたときに前記流体抵抗路の流体抵抗値が、前記ノズル板のノズルの周囲部分が変形する前よりも高くなる
構成とした。
In order to solve the above-described problem, a liquid discharge head according to claim 1 of the present invention includes:
A nozzle plate on which nozzles for discharging droplets are formed;
And actuator means for deforming by bending in heat peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate,
A flow path member that forms a flow path for supplying liquid to the nozzle facing the nozzle plate, and
A fluid resistance path is formed between a peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate and an opposing surface of the flow path member facing the peripheral portion;
A recess is formed in a portion facing the nozzle on the facing surface of the flow path member,
The fluid resistance value of the fluid resistance path is higher when the peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate is deformed than before the peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate is deformed .
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。ここで、アクチュエータ手段をノズル板に備える画像形成装置においては、液体吐出ヘッドのノズル板の吐出面側を払拭するときにアクチュエータ手段に通電する構成とできる。 The image forming apparatus according to the present invention includes the liquid discharge head according to the present invention. Here, in the image forming apparatus provided with the actuator means on the nozzle plate, the actuator means can be energized when wiping the ejection surface side of the nozzle plate of the liquid ejection head.
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、簡単な構成で流体抵抗を変化させて効率的な滴吐出を行うことができる。 According to the liquid ejection head according to the present invention, it is possible to perform efficient droplet ejection by changing the fluid resistance with a simple configuration.
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、効率的な滴吐出を行うことができる。 According to the image forming apparatus according to the present invention, since the liquid ejection head according to the present invention is provided, efficient droplet ejection can be performed.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る液体吐出ヘッドの第1実施形態について図1及び図2を参照して説明する。なお、図1は図2のA−A線に沿う同ヘッドの断面説明図、図2は同ヘッドの要部模式的平面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、ノズル板1と流路部材(流路基板)2とが接合されて構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of a liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional explanatory view of the head along the line AA in FIG. 2, and FIG. 2 is a schematic plan explanatory view of the main part of the head.
This liquid discharge head is configured by joining a nozzle plate 1 and a flow path member (flow path substrate) 2.
ノズル板1には、液滴を吐出するノズル3が形成されている。このノズル板1は、3層構造となっており、外側の層11は熱膨張率の大きい材料、例えば、16×10E―6/℃のNi―Crで形成した層、内側の層12は熱膨張率の小さい材料、例えば、8×10E―6/℃のCrで形成した層であり、これらの層11、12の間に中間層としてノズル4の周囲を囲う平面形状が円形状のアクチュエータ手段であるヒータ層4が設けられており、バイメタル構造となっている。ヒータ層4には給電用の電極5が接続されている。
A
流路部材2には、インク供給口21とインク供給路22が形成されている。さらに、流路部材2にはノズル板1のノズル3及びノズル3の周囲部分(以下「ノズル周囲部分」という。)6に対向して凸部23が設けられ、この凸部23のノズル3及びノズル周囲部分6に対向する対向面24とノズル板1のノズル周囲部分6との間で、他の流路部分であるインク供給口21やインク供給路22よりも流体抵抗(値)が大きい流体抵抗流路7を形成している。
An
このように構成したこの液体吐出ヘッドにおいては、図1に白抜き矢印で示すようにインク供給口21から液体(インク)が供給されて、インク供給路22を介して流体抵抗路7に供給され、ノズル3内にインクが満たされる。この状態で、ヒータ層4に通電(給電)することによって、ヒータ層4の発熱によってバイメタル構造のノズル板1が加熱される。これにより、図3に示すように、ノズル板1のノズル周囲部分6が対向面24に近づく方向に撓んで変形し、ノズル3内にあるインクが加圧されて、ノズル3から液滴30が吐出される。
In the liquid discharge head configured as described above, liquid (ink) is supplied from the
このとき、ノズル周囲部分6が対向面24側に近づくことによって、対向面24とノズル周囲部分6との間で形成されている流体抵抗路7の開口断面積が小さくなって、流体抵抗路7の流体抵抗値が増加するので、ノズル3側からインク供給路22に向かって流れるインクの流れが低減される。
At this time, when the nozzle
このため、ノズル3に発生した圧力はインク供給路22へ伝わりにくくなり、もっぱらインクの吐出エネルギーとして使われるようになることから、吐出効率が大幅に向上し、低電圧駆動、低消費電力が可能となる。
For this reason, the pressure generated in the
このように、液滴を吐出するノズルが形成されたノズル板と、このノズル板のノズルの周囲部分を熱で撓ませて変形させるアクチュエータ手段と、ノズル板に対向してノズルに液体を供給する流路を形成する流路部材とを備え、ノズル板のノズルの周囲部分とこの周囲部分に対向する流路部材の対向面との間で流体抵抗路が形成され、ノズル板のノズルの周囲部分が変形されたときに流体抵抗路の流体抵抗値が変化する構成とすることで、簡単な構成で流体抵抗を変化させて効率的な滴吐出を行うことができる。 In this way, a nozzle plate on which nozzles for discharging droplets are formed, actuator means for deflecting and deforming the peripheral portions of the nozzles of this nozzle plate with heat, and supplying the liquid to the nozzles facing the nozzle plate And a flow resistance member is formed between the peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate and the opposing surface of the flow channel member facing the peripheral portion, and the peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate By adopting a configuration in which the fluid resistance value of the fluid resistance path changes when the is deformed, it is possible to change the fluid resistance with a simple configuration and perform efficient droplet discharge.
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第2実施形態について図4及び図5を参照して説明する。なお、図4は同ヘッドの断面説明図、図5は同ヘッドの要部模式的平面説明図である。
ここでは、流路部材2には、ノズル板1のノズル3と凸部23を挟んで反対側にインク供給口21を配置し、インク通路26から流体抵抗路7にインクを供給している。これにより、ヘッドの横幅が小さくなり、コストダウンを図れる。
Next, a second embodiment of the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 is a cross-sectional explanatory view of the head, and FIG. 5 is a schematic plan explanatory view of the main part of the head.
Here, in the
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第3実施形態について図6を参照して説明する。なお、図6は同ヘッドの断面説明図である。
ここでは、ノズル板1のノズル周囲部分6と流路部材2の対向面24との間で流体抵抗路7を形成するとともに、流路部材2の対向面24にはノズル板1のノズル3に対向する部分にインク溜りとなる凹部25を形成している。これにより、ノズル3が対向する部分のインク容量が多くなってノズル3からの乾燥による固着などを大幅に防ぐことができる。
Next, a third embodiment of the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a sectional view of the head.
Here, the
ここで、これらの液体吐出ヘッドの駆動について説明する。上述したように液体吐出ヘッドは、ヒータ層4に給電することによってノズル周囲部分6を変形させることによって液滴を吐出させる。このとき、ノズル板1のノズル周囲部分6が対向面24に当接しない状態で液滴を吐出させる構成とすることで、ヒータ層4に与える給電量によってノズル板1の変位量(ノズル周囲部分6の変位量)を変化させることができ、ノズル3から吐出する液滴の大きさを可変にすることができる。このようにすれば、多値画像を記録でき階調性に優れた高画質を得ることができる。
Here, driving of these liquid discharge heads will be described. As described above, the liquid discharge head discharges droplets by deforming the nozzle
また、ノズル板1のノズル周囲部分6が対向面24に当接する状態で液滴を吐出させる構成とすることで、ノズル板1のノズル周囲部分6の変位量がいつも一定になるので、液滴を安定して吐出することができ、高画質を得ることができる。
Further, by adopting a configuration in which droplets are ejected while the nozzle
また、予めインク滴が吐出しない程度にヒータ層4に給電して、流体抵抗路7の大きさを変化させて所定の流体抵抗とし、その後、滴を吐出するための給電を行って液滴を吐出させる構成とすることもできる。このように、流体抵抗の大きさをあらかじめ変化させておき、その後滴吐出することで、液滴の大きさを変化させることができるので、階調性に優れる高画質を得ることができる。
In addition, power is supplied to the
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを含む本発明に係る画像形成装置の一例について図7を参照して説明する。なお、図7は同装置の機構部全体の概略構成図である。
この画像形成装置は、装置本体201の内部に画像形成部202等を有し、装置本体201の下方側に多数枚の記録媒体(用紙)203を積載可能な給紙トレイ204を備え、この給紙トレイ204から給紙される用紙203を取り込み、搬送機構205によって用紙203を搬送しながら画像形成部202によって所要の画像を記録した後、装置本体201の側方に装着された排紙トレイ206に用紙203を排紙する。
Next, an example of the image forming apparatus according to the present invention including the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the entire mechanism section of the apparatus.
This image forming apparatus includes an
また、装置本体201に対して着脱可能な両面ユニット207を備え、両面印刷を行うときには、一面(表面)印刷終了後、搬送機構205によって用紙203を逆方向に搬送しながら両面ユニット207内に取り込み、反転させて他面(裏面)を印刷可能面として再度搬送機構205に送り込み、他面(裏面)印刷終了後排紙トレイ206に用紙203を排紙する。
In addition, a
ここで、画像形成部202は、例えばブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の液滴を吐出する、フルライン型の4個の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド211k、211c、211m、211y(色を区別しないときには「記録ヘッド211」という。)を備え、各記録ヘッド211は液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ213に装着している。
Here, the
また、各記録ヘッド211に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構212k、212c、212m、212y(色を区別しないときには「維持回復機構212」という。)を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド211と維持回復機構212とを相対的に移動させて、記録ヘッド211のノズル面に維持回復機構212を構成するキャッピング部材などを対向させる。
Further,
なお、ここでは、記録ヘッド211は、用紙搬送方向上流側から、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた1又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドにインクを供給するインクカートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。さらに、2つのヘッドを段違いで直線状に並べてライン型ヘッドとすることもできる。
Here, the
給紙トレイ204の用紙203は、給紙コロ(半月コロ)221と図示しない分離パッドによって1枚ずつ分離され装置本体201内に給紙され、搬送ガイド部材223のガイド面223aに沿ってレジストローラ225と搬送ベルト233との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材226を介して搬送機構205の搬送ベルト233に送り込まれる。
The
また、搬送ガイド部材223には両面ユニット207から送り出される用紙203を案内するガイド面223bも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構205から戻される用紙203を両面ユニット207に案内するガイド部材227も配置している。
In addition, a
搬送機構205は、駆動ローラである搬送ローラ231と従動ローラ232との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト233と、この搬送ベルト233を帯電させるための帯電ローラ234と、画像形成部202に対向する部分で搬送ベルト233の平面性を維持するプラテン部材235と、搬送ベルト233から送り出す用紙203を搬送ローラ231側に押し付ける押さえコロ236と、その他図示しないが、搬送ベルト233に付着した記録液(インク)を除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなるクリーニングローラなどを有している。
The transport mechanism 205 includes an
この搬送機構205の下流側には、画像が記録された用紙203を排紙トレイ206に送り出すための排紙ローラ238及び拍車239を備えている。
A
このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト233は矢示方向に周回移動し、高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ334と接触することで正に帯電される。この場合、帯電ローラ234の帯電電圧は所定の時間間隔で極性を切り替えることによって、搬送ベルト233を所定の帯電ピッチで帯電させる。
In the image forming apparatus configured as described above, the
ここで、この高電位に帯電した搬送ベルト233上に用紙203が給送されると、用紙203内部が分極状態になり、搬送ベルト233上の電荷と逆極性の電荷が用紙203の搬送ベルト233と接触している面に誘電され、搬送ベルト233上の電荷と搬送される用紙203上に誘電された電荷同士が互いに静電的に引っ張り合い、用紙203は搬送ベルト233に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト233に強力に吸着した用紙203は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。
Here, when the
そして、搬送ベルト233を周回させて用紙203を移動させ、記録ヘッド211から液滴を吐出することで、用紙203上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙203は排紙ローラ238によって排紙トレイ206に排紙される。
Then, the
このように、この画像形成装置においては本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッドを備えているので、高い滴吐出効率で液滴を吐出させて高速で画像を形成することができる。 As described above, since the image forming apparatus includes the recording head including the liquid discharge head according to the present invention, it is possible to discharge a droplet with high droplet discharge efficiency and form an image at high speed.
次に、この画像形成装置における記録ヘッドの維持回復動作の一例について図8をも参照して説明する。
ここでは、維持回復機構212として、記録ヘッド211のノズル面1aを払拭(ワイピング)するワイピング部材251を矢示方向に移動走査される走査部材252上に備えている。
そして、ワイピング動作を行うときには、記録ヘッド211のヒータ層4に液滴を吐出しない程度に給電してノズル板1の表面の温度を上昇させ、この状態でワイピング部材251を移動走査して記録ヘッド211のノズル面1aをワイピングする。
Next, an example of the operation of maintaining and recovering the recording head in this image forming apparatus will be described with reference to FIG.
Here, as the maintenance and recovery mechanism 212, a wiping
When performing the wiping operation, power is supplied to the
このように、アクチュエータであるヒータ層に通電してノズル板表面(吐出側表面)の温度が上昇することにより、付着しているインク、樹脂などが軟化し付着力が低下するので、ワイピング部材によるノズル板表面のクリーニングが容易になり、ワイピング部材の押し付け力を低下させることができて、ノズル面に施される撥水層の摩耗などを低減して、ヘッドの耐久性が向上する。なお、同様に、ノズル板を予備加熱(滴吐出しない程度の加熱)してインクの再充填を行うようにすることもできる。 In this way, the heater layer, which is an actuator, is energized and the temperature of the nozzle plate surface (discharge side surface) rises, so that the adhering ink, resin, etc. are softened and the adhesion force is reduced. The nozzle plate surface can be easily cleaned, the pressing force of the wiping member can be reduced, the wear of the water repellent layer applied to the nozzle surface is reduced, and the durability of the head is improved. Similarly, the nozzle plate can be preheated (heated so as not to eject droplets) to be refilled with ink.
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第3実施形態について図9及び図10を参照して説明する。なお、図9は同ヘッドの要部平面説明図、図10は図9の断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズル111が形成されたノズル板101と、このノズル板101に対向してノズル111に液体を供給する流路112の壁面を形成する変位部材である振動板部材102と、この振動板部材102を熱で撓ませて変形させるアクチュエータ手段であるヒータ層124と、振動板部材102を挟んでノズル板101と反対側に配置され、振動板部材102のノズル板101と反対側の面に液体が流れる流路113を形成する保持部材103とを備え、ノズル板101のノズル111の周囲部分106とこの周囲部分106に対向する振動板部材102の対向面との間で流路112よりも流体抵抗の大きい流体抵抗路107が形成されている。
Next, a third embodiment of the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9 is an explanatory plan view of the main part of the head, and FIG. 10 is an explanatory sectional view of FIG.
This liquid discharge head is a vibration member that is a displacement member that forms a wall surface of a
振動板部材102は、前述した実施形態のノズル板1と同様な3層構造となっており、ノズル板101側の相対的に熱膨張率の小さい材料からなる層121と、ノズル板101と反対側の相対的に熱膨張率の大きい材料からなる層122と、これらの層121、122の間の中間層としてアクチュエータ手段であるヒータ層124が設けられており、バイメタル構造となっている。ヒータ層124には給電用の電極125が接続されている。
The
保持部材103には、インク供給口131と流路113が形成されている。また、流路部材103にはノズル板101のノズル111と反対側に振動板部材102の変位方向を規定する規定部133が設けられている。また、振動板部材102には流路113と流路112を連通する通路114が設けられている。
In the holding
このように構成したこの液体吐出ヘッドにおいては、インク供給口131から液体(インク)が供給されて、流路113、通路114、流路112を介して流体抵抗路107に供給され、ノズル111内にインクが満たされる。この状態で、振動板部材102のヒータ層124に通電(給電)することによって、ヒータ層124の発熱によってバイメタル構造の振動板部材102が加熱される。これにより、振動板部材102の中央部がノズル板101のノズル111に向かって変形し、ノズル111内にあるインクが加圧されて、ノズル111から液滴が吐出される。
In this liquid discharge head configured as described above, liquid (ink) is supplied from the
このとき、振動板部材102がノズル周囲部分106に近づく方向に撓むことにより流体抵抗路107の開口断面積が小さくなって、流体抵抗路107の流体抵抗値が増加するので、ノズル111側から流路112に向かって流れるインクの流れが低減され、もっぱらインクの吐出エネルギーとして使われるようになることから、吐出効率が大幅に向上し、低電圧駆動、低消費電力が可能となる。
At this time, since the
そして、アクチュエータ手段であるヒータ層124を含む振動板部材102は液体中に配置されることになるので、ヒータ層124からの熱伝達が保持部材103やノズル板101などに蓄熱されなくなり、安定的に連続した駆動を行うことができる。
Since the
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第4実施形態について図11を参照して説明する。なお、図11は同ヘッドの要部断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、上記第3実施形態と略同様な構成であるが、ノズル板101と振動板102とでノズル111が臨む液室142を形成し、振動板部材102の通路を流体抵抗部107とすることで、振動板部材102の熱による変位によって液室142内のインクを加圧してノズル111から液滴を吐出させる構成としたものである。
Next, a fourth embodiment of the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view of the main part of the head.
This liquid discharge head has substantially the same configuration as that of the third embodiment, but the
この構成においても、ヒータ層124を含む振動板部材102は液体であるインク中に配置されるので、ヒータ層124からの熱伝達が保持部材103やノズル板101などに蓄熱されなくなり、安定的に連続した駆動を行うことができる。
Also in this configuration, since the
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第5実施形態について図12を参照して説明する。なお、図12は同ヘッドの要部断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、流路部材300と、液滴を吐出するノズル311が形成されたノズル板301と、このノズル板301に対向してノズル311が連通する圧力室312及び圧力室312に液体を供給する流路313の壁面を形成する変位部材である振動板部材302と、この振動板部材302を例えば熱で撓ませて変形させるアクチュエータ手段であるヒータ層304と、振動板部材302を挟んでノズル板301(圧力室312)と反対側に配置され、アクチュエータ手段で振動板部材302が変位させられたときに振動板部材302が当接するストッパ部材305とを備えている。
Next, a fifth embodiment of the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is an explanatory cross-sectional view of the main part of the head.
The liquid discharge head includes a
また、ノズル板301のノズル311の周囲に凸部306を形成して圧力室312を形成するともに、この凸部306とこの凸部306に対向する振動板部材302の対向面との間で、圧力室312と流路313とを連通する流路313よりも流体抵抗の大きい、流体抵抗路307が形成されている。なお、流路313への液体供給は図示しない供給口によって行われる。
Further, the
振動板部材302は、図13に示すように、例えばポリシリコン層などからなる振動板層321と、ヒータ層304と、絶縁層322と、耐接液(耐インク)層323などで構成され、初期状態において耐接液層323側に撓む初期撓みが付与されている。この場合、振動板部材302の周囲は固定されているので、中央部(ノズル311に対向する部分)がストッパ部材305に向かって撓むことになる。
As shown in FIG. 13, the
ここで、振動板部材302のヒータ層304に通電することによって面方向へ伸張し、振動板部材302は耐接液層323側への初期撓みが与えられているので、図14(a)に示すようにストッパ部材305側へ変位してストッパ部材305に当接するが、更に振動板部材302が伸張することで周囲が固定されていることから、図14(b)に示すように、ノズル311側に向かって変位して圧力室312の液体を加圧し、これによりノズル311から液滴が吐出される。
Here, when the
このとき、振動板部材302がノズル周囲部分の凸部306に近づく方向に撓むことにより流体抵抗路307の開口断面積が小さくなって、流体抵抗路307の流体抵抗値が増加するので、ノズル311側から圧力室312に向かって流れるインクの流れが低減され、もっぱらインクの吐出エネルギーとして使われるようになることから、吐出効率が大幅に向上し、低電圧駆動、低消費電力が可能となる。
At this time, the
ここで、上述した振動板部材302の製造工程の一例について図15を参照して説明する。
まず、図15(a)に示すようにシリコン基板401上にシリコン窒化膜(Si3N4)402をLPCVD法で0,2μm厚みに成膜し、次いで同図(b)に示すようにシリコン窒化膜402上にスパッタ法により金属膜(ヒータ層)403を0.2μm厚みに成膜してリソエッチ法で所定の形状にパターニングし、更に同図(c)に示すように金属膜403上にポリシリコン層404をLPCVD法により0.5μm厚みに成膜し、次に同図(d)に示すようにポリシリコン層404上にシリコン酸化膜405をLPCVD法により0.2μm厚みに成膜した後、同図(e)に示すようにシリコン基板401をエッチングして圧力室312、流路313となる凹部406を形成する。
Here, an example of the manufacturing process of the
First, as shown in FIG. 15A, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) 402 is formed to a thickness of 0.2 μm by LPCVD on a
この場合、シリコン窒化膜402及び金属膜403は引張り応力膜、ポリシリコン層404及びシリコン酸化膜405は圧縮応力膜であることから、振動板部材302は全体としてシリコン酸化膜405側に撓んだ形状になる。
In this case, since the
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第6実施形態について図16を参照して説明する。なお、図16は同ヘッドの要部断面説明図である。
ここでは、上記第5実施形態の構成の液体吐出ヘッドにおいて、振動板部材302側にノズル板301のノズル311の周囲部分とこの周囲部分に対向する振動板部材302の対向面との間で圧力室312と流路313とを連通する流路313よりも流体抵抗の大きい流体抵抗路307を形成する凸部306が形成されている。
Next, a sixth embodiment of the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is an explanatory cross-sectional view of the main part of the head.
Here, in the liquid ejection head having the configuration of the fifth embodiment, the pressure between the peripheral portion of the
この場合、振動板部材302のヒータ層304に通電したときには振動板部材302は図17に示すように変位する。
In this case, when the
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第7実施形態について図18を参照して説明する。なお、図18は同ヘッドの要部断面説明図である。
ここでは、上記第6実施形態の構成の液体吐出ヘッドにおいて、ストッパ部材305を振動板部材302の中央部と外周部との間に配置している。このように構成しても、前記第5、第6実施形態と同様に、振動板部材302はストッパ部材305、305に当接した後ノズル311側へ変位して液滴が吐出される。
Next, a seventh embodiment of the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is an explanatory cross-sectional view of the main part of the head.
Here, in the liquid discharge head having the configuration of the sixth embodiment, the
これらの第3ないし第7実施形態の液体吐出ヘッドを前述した画像形成装置に搭載することもできる。 The liquid discharge heads of these third to seventh embodiments can be mounted on the image forming apparatus described above.
なお、本発明に係る画像形成装置は、インクジェットプリンタ以外にも、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ/ファックス/コピア複合機などにも適用することができる。さらに、インク以外の液体(記録液)、例えばレジスト、医療分野におけるDNA試料などを吐出させる画像形成装置などにも適用することができる。 The image forming apparatus according to the present invention can be applied to a facsimile machine, a copying machine, a printer / fax / copier multifunction machine, etc., in addition to an inkjet printer. Furthermore, the present invention can also be applied to an image forming apparatus that discharges a liquid (recording liquid) other than ink, such as a resist or a DNA sample in the medical field.
1…ノズル板(ノズル部材)
2…流路部材
3…ノズル
4…ヒータ層(アクチュエータ手段)
6…ノズル周囲部分
7…流体抵抗路
23…凸部
24…対向面
25…凹部
101…ノズル板
102…振動板部材(変位部材)
103…保持部材
124…ヒータ層(アクチュエータ手段)
211k、211c、211m、211y…記録ヘッド
212k、212c、212m、212y…維持回復機構
301…ノズル板
302…振動板部材(変位部材)
304…ヒータ層
305…ストッパ部材
307…流体抵抗路
308…凸部
311…ノズル
312…圧力室
313…流路
1 ... Nozzle plate (nozzle member)
2 ...
6 ... Nozzle
103 ... Holding
211k, 211c, 211m, 211y ...
304 ...
Claims (6)
前記ノズル板の前記ノズルの周囲部分を熱で撓ませて変形させるアクチュエータ手段と、
前記ノズル板に対向して前記ノズルに液体を供給する流路を形成する流路部材と、を備え、
前記ノズル板のノズルの周囲部分とこの周囲部分に対向する前記流路部材の対向面との間で流体抵抗路が形成され、
前記流路部材の前記対向面における前記ノズルと対向する部分に凹部が形成され、
前記ノズル板のノズルの周囲部分が変形されたときに前記流体抵抗路の流体抵抗値が、前記ノズル板のノズルの周囲部分が変形する前よりも高くなる
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A nozzle plate on which nozzles for discharging droplets are formed;
And actuator means for deforming by bending in heat peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate,
A flow path member that forms a flow path for supplying liquid to the nozzle facing the nozzle plate, and
A fluid resistance path is formed between a peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate and an opposing surface of the flow path member facing the peripheral portion;
A recess is formed in a portion facing the nozzle on the facing surface of the flow path member,
The liquid, wherein when the peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate is deformed, the fluid resistance value of the fluid resistance path is higher than before the peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate is deformed. Discharge head.
前記ノズル板の前記ノズルの周囲部分を熱で撓ませて変形させるアクチュエータ手段と、
前記ノズル板に対向して前記ノズルに液体を供給する流路を形成する流路部材と、を備え、
前記ノズル板のノズルの周囲部分とこの周囲部分に対向する前記流路部材の対向面との間で流体抵抗路が形成され、
前記ノズル板のノズルの周囲部分が変形されたときに前記流体抵抗路の流体抵抗値が、前記ノズル板のノズルの周囲部分が変形する前よりも高くなり、
前記流路部材には前記ノズル及びノズルの周囲部分に対向する部分に凸部を有し、
前記凸部の前記ノズル板と対向する面と前記ノズル板のノズルの周囲部分との間で前記流体抵抗路が形成され、
前記流路部材は前記凸部を挟んで前記ノズル板のノズルと反対側に前記液体を供給する供給口が配置されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A nozzle plate on which nozzles for discharging droplets are formed;
Actuator means for deforming the nozzle plate by deflecting the peripheral portion of the nozzle with heat;
A flow path member that forms a flow path for supplying liquid to the nozzle facing the nozzle plate, and
A fluid resistance path is formed between a peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate and an opposing surface of the flow path member facing the peripheral portion;
When the peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate is deformed, the fluid resistance value of the fluid resistance path is higher than before the peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate is deformed,
The flow path member has a convex portion at a portion facing the nozzle and a peripheral portion of the nozzle,
The fluid resistance path is formed between a surface of the convex portion facing the nozzle plate and a peripheral portion of the nozzle of the nozzle plate,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein a supply port for supplying the liquid is disposed on the side of the flow path member opposite to the nozzle of the nozzle plate with the convex portion interposed therebetween.
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