JP5338715B2 - Liquid ejection head and image forming apparatus - Google Patents
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本発明は特に振動板部材を有する液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。 The present invention particularly relates to a liquid discharge head and an image forming apparatus having a diaphragm member.
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などが知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙(紙に限定するものではなく、OHP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、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。)に対して吐出して、画像形成(記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。)を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。 As an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a copying machine, a plotter, or a complex machine of these, for example, a liquid discharge recording type image forming using a recording head composed of a liquid discharge head (droplet discharge head) that discharges ink droplets. Devices are known. This liquid discharge recording type image forming apparatus means that ink droplets are transported from a recording head (not limited to paper, including OHP, and can be attached to ink droplets and other liquids). Yes, it is also ejected onto a recording medium or a recording medium, recording paper, recording paper, etc.) to form an image (recording, printing, printing, and printing are also used synonymously). And a serial type image forming apparatus that forms an image by ejecting liquid droplets while the recording head moves in the main scanning direction, and a line type head that forms images by ejecting liquid droplets without moving the recording head There are line type image forming apparatuses using
なお、本願において、液体吐出記録方式の「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(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、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3次元的に造形して形成された像も含まれる。 In the present application, the “image forming apparatus” of the liquid discharge recording method is an apparatus that forms an image by discharging liquid onto a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, or the like. In addition, “image formation” 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 (simply It also means that a droplet is landed on a medium). “Ink” is not limited to ink, but is used as a general term for all liquids capable of image formation, such as recording liquid, fixing processing liquid, and liquid. DNA samples, resists, pattern materials, resins and the like are also included. In addition, the “image” is not limited to a planar one, but includes an image given to a three-dimensionally formed image, and an image formed by three-dimensionally modeling a solid itself.
従来の液体吐出ヘッドとしては、液室内の液体であるインクを加圧し圧力を発生するための圧力発生手段としての圧電体、例えば、圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子を用いた圧電アクチュエータを備え、積層型圧電素子のd33またはd31方向の変位で液室の壁面を形成する振動板部材の変形可能な振動領域を変形させ、液室内容積、圧力を変化させて液滴を吐出させるいわゆる圧電型ヘッドが知られている。また、振動板部材を使用する液体吐出ヘッドとしては静電型ヘッドなどもある。 As a conventional liquid discharge head, a piezoelectric body as pressure generating means for generating pressure by pressurizing ink, which is liquid in a liquid chamber, for example, a stacked piezoelectric element in which piezoelectric layers and internal electrodes are alternately stacked is used. A piezoelectric actuator that deforms the deformable vibration region of the vibration plate member that forms the wall surface of the liquid chamber by the displacement of the laminated piezoelectric element in the direction d33 or d31, and changes the volume and pressure of the liquid chamber to generate droplets. A so-called piezoelectric head for discharging is known. Further, as a liquid discharge head using a diaphragm member, there is an electrostatic type head or the like.
このような液体吐出ヘッドに使用される振動板部材(振動板とも称される。)としては、例えば電鋳によって形成したものが知られている。 As a diaphragm member (also referred to as a diaphragm) used for such a liquid discharge head, for example, a member formed by electroforming is known.
ところで、画像形成装置においては、高速高解像度記録のためにノズルピッチが小さくなる傾向にあり、その結果、液室間のピッチも小さくなる。このようなノズル、液室の狭ピッチ化に伴って、隣接ビット間での相互干渉が大きくなって吐出が不安定になったり、吐出不良が生じたりする。この隣接ビット間の干渉を抑え、効率的な振動板変位を得るために振動板部材の振動領域(ダイアフラム部)の薄膜化を行うことが必要となるが、薄膜化するとダイアフラム部にピンホールが発生しやすくなるという問題が生じる。 By the way, in the image forming apparatus, the nozzle pitch tends to be small for high-speed and high-resolution recording, and as a result, the pitch between the liquid chambers is also small. As the pitch between the nozzles and the liquid chambers becomes narrower, mutual interference between adjacent bits increases, resulting in unstable discharge or defective discharge. In order to suppress this interference between adjacent bits and to obtain efficient diaphragm displacement, it is necessary to reduce the thickness of the diaphragm region (diaphragm part) of the diaphragm member. There arises a problem that it is likely to occur.
また、共通液室におけるインクの残留振動を抑制するために、振動板部材の共通液室の壁面を変形可能な領域(ダンパ部)とし、このダンパ部のコンプライアンスを大きくすることが考えられるが、コンプライアンスを大きくするためには、ダンパ部を薄膜化するか面積を大きくする必要がある。薄膜化すると上述のようにピンホールが発生しやすくなり、また面積を大きくしても確率的にピンホールが発生しやすくなる。 In order to suppress the residual vibration of the ink in the common liquid chamber, the wall surface of the common liquid chamber of the diaphragm member may be a deformable region (damper part), and the compliance of the damper part may be increased. In order to increase the compliance, it is necessary to reduce the thickness of the damper portion or to increase the area. When the film thickness is reduced, pinholes are likely to occur as described above, and even if the area is increased, pinholes are likely to be generated stochastically.
振動板部材のダイアフラム部にこのようなピンホールが生じると、液室内のインクを加圧したときにピンホールからインクが漏れ、アクチュエータの誤作動等が生じることになる。 When such a pinhole is generated in the diaphragm portion of the diaphragm member, when the ink in the liquid chamber is pressurized, the ink leaks from the pinhole, causing an actuator malfunction or the like.
そこで、Ni電鋳部品である振動板部材のピンホール対策も兼ねて、金属層に樹脂を塗布してピンホールを樹脂で埋めるようにすることが行なわれている。 In view of this, as a countermeasure against pinholes in the diaphragm member which is a Ni electroformed part, a resin is applied to the metal layer to fill the pinholes with the resin.
また、特許文献1には、解決課題は異なるが振動板部材のダイアフラム部の両面あるいは片面の表面に撥水膜を形成する構成も開示されている。
しかしながら、樹脂を塗布してピンホールを完全に埋めるためには塗布膜厚が厚くなり、ダイアフラム部の振動特性(変位効率)が低下することになるという課題がある。また、特許文献1に開示されているように振動板部材の液室側表面に撥水層を形成すると、初期充填時の充填性が低下し、気泡が残留して、吐出不良(吐出不能や噴射曲がりなど)を生じ易くなり、また液室を形成する流路部材との接合性も低下するという課題がある。
However, in order to completely fill the pinhole by applying the resin, there is a problem that the coating film thickness is increased and the vibration characteristics (displacement efficiency) of the diaphragm portion are lowered. Further, as disclosed in
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、振動板部材の変位効率の低下、初期充填性の低下、接合性の低下を抑制しつつ、ピンホールが発生しても液体の漏れを防止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 prevents leakage of liquid even if pinholes occur while suppressing a decrease in displacement efficiency of the diaphragm member, a decrease in initial filling property, and a decrease in bondability. It aims to be able to prevent.
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、
液滴を吐出するノズルと、
前記ノズルが連通する液室と、
前記液室の壁面の一部を形成する振動板部材と、を備え、
前記振動板部材における前記液室の壁面の一部を形成する部分は、薄肉部と厚肉部とを有し、
前記振動板部材の薄肉部は少なくとも3層以上の構造であり、
両側の表面層の間の中間層が撥水層で形成されている
構成とした。
In order to solve the above-described problem, a liquid discharge head according to the present invention includes:
A nozzle for discharging droplets;
A liquid chamber in communication with the nozzle;
And a rotation plate member vibration that form a part of the wall of the liquid chamber,
The part forming a part of the wall surface of the liquid chamber in the diaphragm member has a thin part and a thick part,
The thin portion of the diaphragm member has a structure of at least three layers,
It was set as the structure by which the intermediate | middle layer between the surface layers of both sides was formed with the water repellent layer.
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。 The image forming apparatus according to the present invention includes the liquid discharge head according to the present invention.
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、振動板部材の変位効率の低下、初期充填性の低下、接合性の低下を抑制しつつ、ピンホールが発生しても液体の漏れを防止できる。 According to the liquid ejection head according to the present invention, reduction in the displacement efficiency of the vibration rotation plate member, deterioration of the initial filling property, while suppressing deterioration in bonding property, even if pinholes are generated can prevent leakage of liquid.
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、高い信頼性が得られ、高画質画像を形成することができるようになる。 According to the image forming apparatus of the present invention, since the liquid discharge head according to the present invention is provided, high reliability can be obtained and a high-quality image can be formed.
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。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図1ないし図4を参照して説明する。なお、図1は同ヘッドの分解斜視説明図、図2は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)に沿う断面説明図、図3及び図4は同ヘッドのノズル配列方向(液室短手方向)に沿う断面説明図、図4は1つの液室部分の拡大断面説明図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. An example of a liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an exploded perspective view of the head, FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view along a direction (liquid chamber longitudinal direction) orthogonal to the nozzle arrangement direction of the head, and FIGS. 3 and 4 are nozzle arrangement directions of the head. FIG. 4 is an enlarged sectional explanatory view of one liquid chamber portion.
この液体吐出ヘッドは、SUS基板で形成した流路板(流路部材、流路基板、液室基板)1と、この流路板1の下面に接合した振動板を形成する振動板部材2と、流路板1の上面に接合したノズル板3とを有し、これらによって液滴(液体の滴)を吐出する複数のノズル4がそれぞれノズル連通路5を介して連通する個別流路としての複数の液室(加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。)6、液室6にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部7、この流体抵抗部7を介して液室6と連通する連通部8を形成し、連通部8に振動板部材2に形成した供給口9を介して後述するフレーム部材17に形成した共通液室10からインクを供給する。
The liquid discharge head includes a flow path plate (flow path member, flow path substrate, liquid chamber substrate) 1 formed of a SUS substrate, and a
流路板1は、流路板1Aと連通板1Bとを接着して構成している。この流路板1は、SUS基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜き(プレス)などの機械加工することで、連通路5、加圧液室6、流体抵抗部7などの開口をそれぞれ形成している。なお、流路板1は、例えば単結晶シリコン基板をエッチングして形成することなどもできる。
The
振動板部材2は、詳細は後述するが、各液室6に対応してその壁面の一部を形成する変形可能な各振動領域(ダイアフラム部)2aを有し、この振動領域2aの中に、面外側(液室6と反対面側)に島状凸部2bが設けられ、この島状凸部2bに振動領域2a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100を配置している。
Although details will be described later, the
この圧電アクチュエータ100は、ベース部材13上に接着剤接合した複数(ここでは2つとする)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を加工して1つの圧電部材12に対して所要数の圧電素子柱12A、12Bを所定の間隔で櫛歯状に形成している。なお、圧電部材12の圧電素子柱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素子柱を駆動圧電素子柱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素子柱を非駆動圧電素子柱12Bとして区別している。そして、駆動圧電素子柱12Aの上端面(接合面)を振動板部材2の島状凸部2bに接合している。また、非駆動圧電素子柱12Bの上端面は液室間隔壁6Aに対応する位置で振動板部材2の厚肉部(島状凸部2bと同じ厚さ)2cに接合される。
This
ここで、圧電部材12は、圧電材料層21と内部電極22A、22Bとを交互に積層したものであり、内部電極22A、22Bをそれぞれ端面、即ち圧電部材12の振動板部材2に略垂直な側面(積層方向に沿う面)に引き出して、この側面に形成された個別外部電極23及び共通外部電極24に接続し、外部電極23、24間に電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。なお、内側の共通外部電極24は圧電部材12の非駆動部に設けられた内部電極22Cを通じて個別外部電極23側の端面に引き出している。
Here, the
また、圧電部材12には駆動圧電素子柱12Aに駆動信号を与えるための可撓性を有する給電部材(配線部材)としてのフレキシブル配線基板であるFPC15が接続されている。FPC15には、図示しないが駆動圧電素子柱12Aに駆動波形を与えるドライバIC(駆動回路)が搭載され、また、FPC15は樹脂部材16にてベース部材13に固定されている。
The
なお、ここでは、上述したように、圧電部材12の圧電素子柱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素子柱を駆動圧電素子柱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素子柱を非駆動圧電素子柱12Bとして、図3に示すように、駆動用圧電素子柱12Aと支柱用圧電素子柱12Bとを交互に使用するバイピッチ構成としているが、図4に示すように、すべての圧電素子柱を駆動用圧電素子柱12Aとして使用するノーマルピッチ構成とすることもできる。
Here, as described above, the
ノズル板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)で製造している。このノズル板3には各液室6に対応して直径10〜35μmのノズル4を形成し、流路板1に接着剤接合している。そして、このノズル板3の液滴吐出側面(吐出方向の表面:吐出面、又は液室6側と反対の面)には撥水層を設けている。
The
さらに、これらの圧電素子12、ベース部材13及びFPC15などで構成される圧電アクチュエータ100の外周側には、エポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材17を接合している。そして、このフレーム部材17には前述した共通液室10を形成し、更に共通液室10に外部からインクを供給するための供給口19を形成し、この供給口19は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。
Further, a
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば押し打ち方式で駆動する場合には、図示しない制御部から記録する画像に応じて駆動用圧電素子柱12Aに20〜50Vの駆動パルス電圧を選択的に印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子柱12Aが変位して振動板2の振動領域2aをノズル板3方向に変形させ、液室6の容積(体積)変化によって液室6内の液体を加圧することで、ノズル板3のノズル4から液滴が吐出される。そして、液滴の吐出に伴って液室6内の圧力が低下し、このときの液流れの慣性によって液室6内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電素子柱12Aへの電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板2が元の位置に戻って液室6が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、共通液室10から液室6内にインクが充填され、次の駆動パルスの印加に応じて液滴がノズル4から吐出される。
In the liquid discharge head configured as described above, for example, when driven by a punching method, a driving pulse voltage of 20 to 50 V is selectively applied to the driving
なお、液体吐出ヘッドは、上記の押し打ち以外にも、引き打ち方式(振動板2を引いた状態から開放して復元力で加圧する方式)、引き−押し打ち方式(振動板2を中間位置で保持しておき、この位置から引いた後、押出す方式)などの方式で駆動することもできる。
In addition to the above-described pushing, the liquid ejection head is not limited to the pulling method (a method of releasing the
そこで、この液体吐出ヘッドにおける振動板部材の詳細について図5及び図6も参照して説明する。なお、図5は1つの液室に対応する部分の断面説明図、図6は振動板部材の拡大断面説明図である。
振動板部材2は、アクチュエータ(圧電部材12)側の表面となる金属層からなる第1層2Aと、第1層2A上に形成された撥水層からなる第2層(中間層)2Bと、第2層2B上に形成された液室側の表面層となる第3層(接合層)3Cとの3層構造としている。
Therefore, details of the diaphragm member in the liquid discharge head will be described with reference to FIGS. 5 is a cross-sectional explanatory view of a portion corresponding to one liquid chamber, and FIG. 6 is an enlarged cross-sectional explanatory view of the diaphragm member.
The
第1層2Aは、Ni電鋳(エレクトロフォーミング法)で形成して、島状凸部2bを一体に設けている。
The
この第1層2Aの製造工程について図7を参照して説明する。同図(a)に示すように電鋳支持基板41に薄肉部(ダイアフラム部)2aの一部を形成する第一層42を形成し、同図(b)に示すように厚肉部(島状凸部2b、厚肉部2c)間に相当する部分が窓となるレジストパターン44を形成して例えばニッケル電鋳を行うことで、同図(c)に示すように、第一層42上にニッケルが析出され堆積してニッケル層45が形成され、更に電鋳を継続することで、同図(d)に示すように、窓から突出するまでニッケル層45が成長すると、エッジ効果によりパターン44の表面方向にも肥大して所謂オーバーハング部が生じる。このプロセスを継続していくと、同図(e)に示すようにニッケル層45は厚み方向と平面方向にさらに伸長し、所定の成長の段階で電鋳を終了した後、パターン44を除去することで、同図(f)に示すように、凹部により囲まれた断面鋲型のアイランド状厚肉部(島状凸部2b、厚肉部2c)を備えた金属膜(メッキ膜)が得られる。
The manufacturing process of the
このような製造方法を用いることで、振動板部材2のダイアフラム部2aを構成する薄肉部と島状凸部2b、厚肉部2cを構成する厚肉部を同一の工程で作製できる。また、厚肉部のパターン形成にフォトリソグラフィを用いることができ、高いパターン精度が得られる。
By using such a manufacturing method, the thin part which comprises the
本発明では、この第1層2Aの流路板を接合する側に、撥水層(第2層2B)と接合層(第3層2C)とを、例えばそれぞれの100nmの厚みで順次形成している。
In the present invention, a water repellent layer (
第2層(中間層)2Bは、例えばアルコキシシランを有するパーフルオロポリエーテル、シリコーン、PTFEの共析メッキ膜などで形成した撥水層である。 The second layer (intermediate layer) 2B is a water-repellent layer formed of, for example, a perfluoropolyether having alkoxysilane, silicone, or a PTFE eutectoid plating film.
このうち、撥水層として、アルコキシシランを有するパーフルオロポリエーテルを成膜する方法としては、同材料からなるオプツールDSX(商品名、ダイキン工業社製)を200〜400℃で真空蒸着することでインクに対する必要な撥水性を得ることができる。なお、蒸着の条件は、オプツールDSX原液をロータリーポンプにより10-1Pa程度まで減圧し、その状態で室温から徐々に約450℃まで昇温させることで蒸着する。蒸着後の膜は、およそ70℃で10分間加熱乾燥処理を施すことで得る。 Among these, as a method of forming a perfluoropolyether having alkoxysilane as a water repellent layer, Optool DSX (trade name, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) made of the same material is vacuum-deposited at 200 to 400 ° C. Necessary water repellency for the ink can be obtained. The deposition conditions are such that the OPTOOL DSX stock solution is depressurized to about 10-1 Pa with a rotary pump, and the temperature is gradually raised from room temperature to about 450 ° C. in this state. The film after vapor deposition is obtained by performing a heat drying treatment at approximately 70 ° C. for 10 minutes.
この第2層2Bを形成する撥水層は第1層2Aにピンホールが発生している場合でもインクの漏れを抑制する。すなわち、図8に示すように、ピンホール51におけるインクメニスカス52の保持力(メニスカス保持力)は、ピンホール半径a、インクの表面張力γ、インクと基材の接触角をθとすると、2πaγcosθで表すことができる。このメニスカス保持力がインク圧力による力より大きければ、インクの漏れを抑制できる。メニスカス保持力を高めるためには、接触角θを大きくする必要があり、撥水層(第2層2B)を設けることにより、大きな接触角θを得ることができ、ピンホール51からのインクの漏れを抑制できる。
The water-repellent layer forming the
なお、ここで、撥水層(第2層2B)の厚さは、数nmと単分子膜程度の厚さが好ましい。このようにすることで、Niと強固に結合した撥水層となり、接合層(第3層2C)との密着性も高くなる。
Here, the thickness of the water-repellent layer (
第3層(接合層)2Cは、例えばSiO2で形成している。 The third layer (bonding layer) 2C is made of, for example, SiO 2 .
SiO2層の成膜方法としては、
(1)SiO2を真空中で蒸発させ薄膜形成する。または、Siを蒸発させ、酸素プラズマ中を通過させて誘電体を基板上で形成する真空蒸着法、
(2)SiO2をターゲット材料として、Arプラズマなどで原子やクラスターをたたき出し基板上に薄膜形成する酸化物スパッタリング法、
(3)Siターゲットを原料とし、酸素を含む反応性ガスで参加しながら基板上に薄膜形成する反応性スパッタリング法、
(4)基板を回転しながら、Siターゲットでのスパッタ−金属薄膜形成と異なるゾーンでの酸化を繰り返し実施しSiO2薄膜を形成するメタモードスパッタリング法、
などが挙げられる。
As a method for forming the SiO 2 layer,
(1) SiO 2 is evaporated in vacuum to form a thin film. Or a vacuum deposition method in which Si is evaporated and passed through oxygen plasma to form a dielectric on the substrate,
(2) An oxide sputtering method in which SiO 2 is used as a target material and atoms and clusters are knocked out with Ar plasma or the like to form a thin film on a substrate,
(3) a reactive sputtering method in which a thin film is formed on a substrate while using a Si target as a raw material and participating in a reactive gas containing oxygen;
(4) A meta mode sputtering method in which a SiO 2 thin film is formed by repeatedly performing oxidation in a different zone from sputtering-metal thin film formation with an Si target while rotating the substrate.
Etc.
このように、第2層2Bとしてアルコキシシランを有するパーフルオロポリエーテル層、第3層2CとしてSiO2層を用いた場合、両層を真空雰囲気下で連続形成できるため、生産性も高く、膜質、層間の密着性も安定した3層膜を形成できる。
Thus, when the perfluoropolyether layer having alkoxysilane is used as the
また、第2層2BとしてPTFEの共析メッキ膜、第3層2Cとして第1層と同じNi電鋳膜を採用すると、図7で説明した製造工程における第1層の製造工程において、第3層2C、第2層2B、第1層2Aを順次メッキすることにより、層間密着性の高い3層膜を形成することもできる。
Further, when the eutectoid plated film of PTFE is adopted as the
撥水層上にこの第3層2Cを形成することで振動板部材2と流路板1とを接着剤接合するときに、接着剤の濡れ性を高め、接合を良好に行なうことができる。接合層がないと、撥水層(第2層2B)と接着剤との濡れ性が著しく悪く、接合不良につながる。
By forming the third layer 2C on the water repellent layer, when the
ここで、振動板部材2の中間層(第2層2B)は液室6と反対側の表面層である金属層(第1層2A)よりも撥水性が高く、また、中間層(第2層2B)は液室6側の表面層である金属層(第3層2C)よりも撥水性が高い構成となる。
Here, the intermediate layer (
上述したように中間層を撥水層とすることで、ピンホールを埋めるほどの厚さの層を形成する必要がなく、スパッタ法などの薄膜成膜法にて形成した厚みでも十分にメニスカス保持力によってピンホールからのインクの漏れを抑制することができる。これにより、振動板部材の変位効率の低下を低減することができる。また、流路部材と接合する接合面側に接合層を設けていることができ、インクの初期充填性の低下や接合強度の低下などを防止することができる。 By making the intermediate layer a water-repellent layer as described above, there is no need to form a layer thick enough to fill the pinhole, and the meniscus can be sufficiently retained even with a thin film deposition method such as sputtering. The leakage of ink from the pinhole can be suppressed by the force. Thereby, the fall of the displacement efficiency of a diaphragm member can be reduced. In addition, a bonding layer can be provided on the bonding surface side to be bonded to the flow path member, and it is possible to prevent a decrease in initial ink filling property and a decrease in bonding strength.
このように、振動板部材の振動領域は少なくとも3層以上の構造であり、両側の表面層の間の中間層が撥水層で形成されている構成とすることで、振動板部材の変位効率の低下、初期充填性の低下、接合性の低下を抑制しつつ、ピンホールが発生しても液体の漏れを防止することができる。 As described above, the vibration region of the diaphragm member has a structure of at least three layers, and the intermediate layer between the surface layers on both sides is formed of a water-repellent layer. The liquid leakage can be prevented even if pinholes are generated, while suppressing the decrease in the initial state, the decrease in the initial filling property, and the decrease in the bonding property.
なお、本発明に係る液体吐出ヘッドは、ヘッドにインクを供給するカートリッジを一体化した構成のヘッド一体型カートリッジ又はカートリッジ一体型のヘッドとして構成することもできる。また、上記実施形態では、振動板部材が3層構造である例で説明しているが4層以上の層構成とすることもでき、この場合、両面の表面層以外の中間層の少なくとも1層を撥水層とすればよい。 The liquid discharge head according to the present invention can also be configured as a head-integrated cartridge or a cartridge-integrated head in which a cartridge for supplying ink to the head is integrated. In the above embodiment, the example in which the diaphragm member has a three-layer structure has been described. However, the diaphragm member may have a layer structure of four or more layers. In this case, at least one intermediate layer other than the surface layers on both sides is used. May be a water repellent layer.
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。なお、図9は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、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、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。
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 FIGS. FIG. 9 is a schematic configuration diagram for explaining the overall configuration of the mechanism portion of the apparatus, and FIG. 10 is a plan view for explaining a main portion of the mechanism portion.
This image forming apparatus is a serial type image forming apparatus, and a
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ユニットからなる記録ヘッド234を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。
The
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234a、234bを1つのベース部材に取り付けて構成したもので、一方のヘッド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、他方のヘッド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、それぞれ吐出する。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。
The
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235a、235b(区別しないときは「サブタンク235」という。)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。
The
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に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド244を備え、この分離パッド244は給紙コロ243側に付勢されている。
On the other hand, as a paper feed unit for feeding the
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とを備えるとともに、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。
In order to feed the
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。
The
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。
Further, as a paper discharge unit for discharging the
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。
A double-
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。)と、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と、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。
Further, a maintenance /
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、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。
In addition, in the non-printing area on the other side of the
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、更に先端を搬送ガイド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。
In this image forming apparatus configured as described above, the
このとき、帯電ローラ256に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト251が交番する帯電電圧パターン、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、マイナス交互に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。
At this time, a positive output and a negative output are alternately applied to the charging
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。
Therefore, by driving the
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ているので、信頼性の高い安定した滴吐出を行なうことができて、高速で、高画質画像を形成することができる。 As described above, since the image forming apparatus includes the liquid discharge head according to the present invention as a recording head, it is possible to perform highly reliable and stable droplet discharge and to form a high-quality image at high speed. Can do.
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他の例について図11を参照して説明する。なお、図11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、ライン型画像形成装置であり、装置本体401の内部に画像形成部402等を有し、装置本体401の下方側に多数枚の記録媒体(用紙)403を積載可能な給紙トレイ404を備え、この給紙トレイ404から給紙される用紙403を取り込み、搬送機構405によって用紙403を搬送しながら画像形成部402によって所要の画像を記録した後、装置本体401の側方に装着された排紙トレイ406に用紙403を排紙する。
Next, another example of the image forming apparatus according to the present invention including the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, FIG. 11 is a schematic block diagram of the whole mechanism part of the apparatus.
This image forming apparatus is a line type image forming apparatus, has an
また、装置本体401に対して着脱可能な両面ユニット407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405によって用紙403を逆方向に搬送しながら両面ユニット407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405に送り込み、他面(裏面)印刷終了後排紙トレイ406に用紙403を排紙する。
Also, a
ここで、画像形成部402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411k、411c、411m、411y(色を区別しないときには「記録ヘッド411」という。)を備え、各記録ヘッド411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413に装着している。
Here, the
また、各記録ヘッド411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412k、412c、412m、412y(色を区別しないときには「維持回復機構412」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411と維持回復機構412とを相対的に移動させて、記録ヘッド411のノズル面に維持回復機構412を構成するキャッピング部材などを対向させる。
In addition, a maintenance /
なお、ここでは、記録ヘッド411は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー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記録液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。 Here, the recording head 411 is arranged to eject droplets of each color in the order of black, cyan, magenta, and yellow from the upstream side in the paper conveyance direction, but the arrangement and the number of colors are not limited to this. Further, as the line-type head, one or a plurality of heads provided with a plurality of nozzle rows for discharging droplets of each color at a predetermined interval can be used, and a recording liquid cartridge for supplying ink to the heads can be used. It can be integrated or separate.
給紙トレイ404の用紙403は、給紙コロ(半月コロ)421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401内に給紙され、搬送ガイド部材423のガイド面423aに沿ってレジストローラ425と搬送ベルト433との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材426を介して搬送機構405の搬送ベルト433に送り込まれる。
The
また、搬送ガイド部材423には両面ユニット407から送り出される用紙403を案内するガイド面423bも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構405から戻される用紙403を両面ユニット407に案内するガイド部材427も配置している。
In addition, the
搬送機構405は、駆動ローラである搬送ローラ431と従動ローラ432との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト433と、この搬送ベルト433を帯電させるための帯電ローラ434と、画像形成部402に対向する部分で搬送ベルト433の平面性を維持するプラテン部材435と、搬送ベルト433から送り出す用紙403を搬送ローラ431側に押し付ける押さえコロ436と、その他図示しないが、搬送ベルト433に付着した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
この搬送機構405の下流側には、画像が記録された用紙403を排紙トレイ406に送り出すための排紙ローラ438及び拍車439を備えている。
On the downstream side of the
このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト433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434と接触することで帯電され、この高電位に帯電した搬送ベルト433上に用紙403が給送されると、用紙403は搬送ベルト433に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト433に強力に吸着した用紙403は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。
In the image forming apparatus configured as described above, the
そして、搬送ベルト433を周回させて用紙403を移動させ、記録ヘッド411から液滴を吐出することで、用紙403上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙403は排紙ローラ438によって排紙トレイ406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、信頼性の高い安定した滴吐出を行なうことができて、高速で、高画質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 perform highly reliable and stable droplet discharge and to form a high-quality image at high speed. can do.
なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ/ファックス/コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、狭義のインク以外の液体や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。 In the above embodiment, the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to an image forming apparatus having a printer configuration. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to an image forming apparatus such as a printer / fax / copier multifunction machine. it can. Further, the present invention can be applied to an image forming apparatus using a liquid other than the narrowly defined ink, a fixing processing liquid, or the like.
1 流路板(流路部材)
2 振動板部材
2A 第1層(表面層;金属層)
2B 第2層(中間層;撥水層)
2C 第3層(表面層;接合層;金属層)
2a 振動領域(ダイアフラム部)
2b 島状凸部
3 ノズル板
4 ノズル
6 液室
10 共通液室
12 圧電部材
12A 駆動圧電素子柱
12B 非駆動圧電素子柱
13 ベース部材
15 FPC(配線部材)
100 圧電アクチュエータ
233 キャリッジ
234a、234b 記録ヘッド
411k、411c、411m、411y 記録ヘッド
1 Channel plate (channel member)
2
2B 2nd layer (intermediate layer; water repellent layer)
2C 3rd layer (surface layer; bonding layer; metal layer)
2a Vibration area (diaphragm part)
2b Island-shaped
100
Claims (7)
前記ノズルが連通する液室と、
前記液室の壁面の一部を形成する振動板部材と、を備え、
前記振動板部材における前記液室の壁面の一部を形成する部分は、薄肉部と厚肉部とを有し、
前記振動板部材の薄肉部は少なくとも3層以上の構造であり、
両側の表面層の間の中間層が撥水層で形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A nozzle for discharging droplets;
A liquid chamber in communication with the nozzle;
And a rotation plate member vibration that form a part of the wall of the liquid chamber,
The part forming a part of the wall surface of the liquid chamber in the diaphragm member has a thin part and a thick part,
The thin portion of the diaphragm member has a structure of at least three layers,
A liquid discharge head, wherein an intermediate layer between surface layers on both sides is formed of a water repellent layer.
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