JP6011015B2 - 液体吐出ヘッド、画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は液体吐出ヘッド、画像形成装置に関する。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。
液体吐出ヘッドにおいては、液体中に異物が混入すると、滴吐出不良が発生することから流路中に液体をろ過するフィルタ部材を設けるようにしている。
従来、ノズルが通じる複数の個別流路がすべて通じる液導入部と共通液室との間に、複数の個別流路のノズル配列方向の全領域にわたって液体をろ過するフィルタ部を設け、フィルタ部にはノズル配列方向で2以上の個別流路に対応する間隔で複数の補強リブが形成され、補強リブによりフィルタ部が複数のフィルタ領域に分割されているものが知られている(特許文献1)。
特開2011−025663号公報
しかしながら、上述した特許文献1に開示されているようにフィルタ部に補強リブを設けて複数のフィルタ領域に分割した場合、補強リブが設けられた部分は液体の流れが生じなくなり、淀みが発生して気泡排出性が低下するという課題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、気泡排出性を向上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と、
前記ノズルが通じる複数の個別流路と、
前記複数の個別流路に通じる液導入部と、
前記複数の個別流路に液体を供給する共通液室と、を備え、
前記共通液室と前記液導入部との間には、複数の個別流路のノズル配列方向の全領域にわたって液体をろ過する複数のフィルタ孔が形成されたフィルタ部が設けられ、
前記フィルタ部には、ノズル配列方向において、1又は複数の補強リブが設けられ、
前記補強リブは、ノズル配列方向と直交する方向において、前記フィルタ部の全幅に対して部分的に設けられて、前記リブで区画された隣り合うフィルタ領域は前記補強リブがない領域で通じており、
前記補強リブがない領域にも前記フィルタ孔が形成され、
前記補強リブは、前記個別流路のノズル配列方向における中心位置に対応して設けられている
構成とした。
本発明によれば、気泡排出性を向上することができる。
本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の説明に供する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)に沿う断面説明図である。 同じくノズル配列方向(液室短手方向)に沿う図1のA−A断面を表した断面説明図である。 本発明の第1実施形態の説明に供する振動板部材の平面説明図及び要部拡大説明図である。 同じく液体供給路近傍の流路部分の平面説明図である。 同じくフィルタ部の拡大平面説明図である。 同実施形態の作用説明に供する流路部分の平面説明図である。 比較例1の説明に供する液体供給路近傍の流路部分の平面説明図である。 同じく図7のB−B線に沿う断面説明図である。 本発明の第2実施形態の説明に供する液体供給路近傍の流路部分の平面説明図である。 同実施形態の作用説明に供する流路部分の平面説明図である。 本発明の第3実施形態の説明に供する液体供給路近傍の流路部分の平面説明図である。 本発明の第4実施形態の説明に供する液体供給路近傍の流路部分の平面説明図である。 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の説明に供する機構部の側面説明図である。 同機構部の要部平面説明図である。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図1及び図2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(液室長手方向)に沿う断面説明図、図2はノズル配列方向(液室短手方向)に沿う図1のA−A断面を表わした断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、ノズル板1と、流路板(液室基板)2と、薄膜部材としての振動板部材3とを積層接合している。そして、振動板部材3を変位させる圧電アクチュエータ11と、共通流路部材としてフレーム部材20とを備えている。
ノズル板1、流路板2及び振動板部材3によって、液滴を吐出する複数のノズル4に連なって通じる個別液室(加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。)6、個別液室6に液体を供給する流体抵抗部を兼ねた液体供給路7と、液体供給路7に連なる液導入部8とを形成している。ここでは、個別液室6と流体抵抗部を含む液体供給路7で個別流路5を構成しているが、流体抵抗部を持たないで、液導入部8からそのまま個別液室6に通じるときには、個別液室6が個別流路5となる。
そして、フレーム部材20の共通流路としての共通液室10から振動板部材3に形成したフィルタ部9を通じて、液導入部8、液体供給路7を経て複数の個別液室6に液体を供給する。
ここで、ノズル板1は、ニッケル(Ni)の金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法(電鋳)で製造したものを用いている。これに限らず、その他の金属部材、樹脂部材、樹脂層と金属層の積層部材などを用いることができる。ノズル板1には、各個別液室6に対応して例えば直径10〜35μmのノズル4を形成し、流路板2と接着剤接合している。また、このノズル板1の液滴吐出側面(吐出方向の表面:吐出面、又は個別液室6側と反対の面)には撥液層を設けている。
流路板2は、単結晶シリコン基板をエッチングして、個別液室6、液体供給路7、液導入部8などを構成する溝部を形成している。なお、流路板2は、例えばSUS基板などの金属板を酸性エッチング液でエッチングし、あるいはプレスなどの機械加工を行って形成することもできる。
振動板部材3は、流路板2の個別液室6の壁面を形成する壁面部材を兼ね、第1ないし第3層3A〜3Cにて構成され、第1層3Aによって個別液室6に対応する部分に変形可能な振動領域30を有している。
そして、この振動板部材3の個別液室6とは反対側に、振動板部材3の振動領域30を変形させる駆動手段(アクチュエータ手段、圧力発生手段)としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ11を配置している。
この圧電アクチュエータ11は、ベース部材13上に接着剤接合した複数の積層型圧電部材12を有し、圧電部材12にはハーフカットダイシングによって溝加工して1つの圧電部材12に対して所要数の柱状の圧電素子(圧電柱)を所定の間隔で櫛歯状に形成している。
圧電部材12の圧電柱12A、12Bは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動圧電柱(駆動柱)12A、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を非駆動圧電柱(非駆動柱)12Bとして区別している。
そして、駆動柱12Aは振動板部材3の振動領域30に第2層3B及び第3層3Cで形成した島状の凸部3aに接合されており、非駆動柱12Bは振動板部材3の同じく凸部3bに接合されている。
この圧電部材12は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極が設けられ、駆動柱12Aの外部電極に駆動信号を与えるための可撓性を有するフレキシブル配線基板としてのFPC15が接続されている。
フレーム部材20は、例えばエポキシ系樹脂或いは熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイト等で射出成形により形成し、図示しないヘッドタンクや液体カートリッジから液体が供給される共通液室10が形成されている。
また、共通液室10の一部の壁面は、振動板部材3を構成する1つの層で形成された変形可能な領域としてのダンパ領域21としている。
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動柱12Aに印加する電圧を基準電位から下げることによって駆動柱12Aが収縮し、振動板部材3の振動領域30が下降して個別液室6の容積が膨張することで、個別液室6内に液体が流入し、その後駆動柱12Aに印加する電圧を上げて駆動柱12Aを積層方向に伸長させ、振動板部材3の振動領域30をノズル4方向に変形させて個別液室6の容積を収縮させることにより、個別液室6内の液体が加圧され、ノズル4から液滴が吐出(噴射)される。
そして、駆動柱12Aに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材3の振動領域30が初期位置に復元し、個別液室6が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室10から液体供給路7を通じて個別液室6内に液体が充填される。そこで、ノズル4のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。
なお、このヘッドの駆動方法については上記の例(引き−押し打ち)に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。
次に、本発明の第1実施形態について図3ないし図5を参照して説明する。図3は同実施形態の説明に供する振動板部材の平面説明図及び要部拡大説明図、図4は同じく液体供給路近傍の流路部分の平面説明図、図5は同じくフィルタ部の拡大平面説明図である。
まず、図3に示すように、振動板部材3には、共通液室10と液導入部8との間に、複数の個別流路5のノズル配列方向の全域にわたって液体をろ過するフィルタ部9が設けられ、フィルタ部9には液体を通過する複数(多数)のフィルタ孔91が形成されている。
また、図4に示すように、複数の個別流路5はそれぞれ隣り合う隔壁51にて仕切られている。なお、液体供給路7の途中には島状の凸部7aが設けられることで流体抵抗部が形成されている。
ここで、フィルタ部9には、図4及び図5に示すように、ノズル配列方向において、複数の補強リブ92(リブ92a、92bからなる)が設けられている。なお、補強リブ92は、フィルタ部9が形成された振動板部材3の第1層3A上に例えば振動板部材3の第2層3Bによって形成されるが、振動板部材3の第2層3Bと第3層3Cをともに積層して形成してもよい。
この補強リブ92は、ノズル配列方向と直交する方向において、フィルタ部9の全幅D1に対して部分的に設けられている。つまり、補強リブ92を構成するリブ92a、92bの同方向の幅をそれぞれD2、D3とするとき、D1>(D2+D3)の関係にある。
これにより、補強リブ92で区画された隣り合うフィルタ領域9A、9Aは、補強リブ92がない領域(これを「連結領域」という。)93、即ち、ここではリブ92aとリブ92bとの間の連結領域93を介して通じており、この連結領域93にもフィルタ孔91aが形成されている。
このように構成したので、図6に示すように、共通液室10の液体はフィルタ部9を通過して個別流路5に流れる。このとき、それぞれフィルタ領域9Aでは白抜き矢印301で示すよう液体の流れが生じるとともに、連結領域93でもフィルタ孔91aが形成されているので、白抜き矢印302で示すよう液体の流れが生じる。
補強リブ92上に滞留する気泡は、特に個別流路5に近い側に滞留したものが個別流路に時折流れ込んで吐出不良を引き起こすが、このように構成することによって、個別流路5に近い側の補強リブ92が設けられている領域に液体の流れを確保することができて、気泡の滞留が防止され、気泡排出性が向上する。
ここで、比較例1について図7及び図8を参照して説明する。図7は比較例1の説明に供する液体供給路近傍の流路部分の平面説明図、図8は同じく図7のB−B線に沿う断面説明図(図8のB−B線の位置が図7のB−B線の位置に相当)である。
この比較例1でも、フィルタ部9に、ノズル配列方向において、複数の補強リブ192を設けているが、補強リブ192は、ノズル配列方向と直交する方向において、フィルタ部9の全幅にわたる範囲に設けられている。
このようにした場合、補強リブ192が設けられている部分では、フィルタ孔91がなくなるため、液体が流れない淀み領域が生じることになり、気泡が滞留しやすく、気泡排出性が低下することになる。
この場合、補強リブ192を設けなければ、すべての領域で液体の流れを得ることができるものの、フィルタ部9自体の剛性が低下して、安定したフィルタ機能が得られなくなる。
そこで、本実施形態のように補強リブ92を部分的に設けることで、液体の淀みを解消して気泡排出性を向上しつつ、フィルタ部9自体の剛性を確保して、安定したフィルタ機能を発揮させることができる。
次に、本発明の第2実施形態について図9及び図10を参照して説明する。図9は同実施形態の説明に供する液体供給路近傍の流路部分の平面説明図、図10は同じく作用説明に供する流路部分の平面説明図である。
本実施形態では、連結領域93を個別流路5側とは反対側に設けている。つまり、フィルタ孔91aが形成された連結領域93を、個別流路5における液体の流れ方向で最上流側に位置させている。
これによって、補強リブ92上を含むフィルタ部9の全領域における流速を確保することができて、更に気泡排出性が向上する。
次に、本発明の第3実施形態について図11を参照して説明する。図11は同実施形態の説明に供する液体供給路近傍の流路部分の平面説明図である。
本実施形態では、補強リブ92を、ノズル配列方向において、個別流路間隔壁51と同じ位置(図中一点鎖線で示す)に設けている。この場合、1つのフィルタ領域9Aは、複数の個別流路5に対応している。
このように、複数の個別流路5に対して1つのフィルタ領域9Aを配置することで、開口面積を大きくすることができ、圧力損失を小さくすることができる。また、補強リブ92を個別流路間隔壁51の位置に対応させる、つまり、隣り合うフィルタ領域9A、9A間の連結領域93を個別流路間隔壁51に対応させることで、個別流路5の延長領域をすべてフィルタ9で構成することができ、個別流路5への液体供給量を確保しやすくなる。
このとき、補強リブ92と個別流路間隔壁51との位置関係は中心線が重なるものに限られず、少なくとも一部が重なる構成であればよく、さらには、補強リブ92の幅が個別流路間隔壁51の幅よりも小さく、個別流路間隔壁51の延長領域に補強リブ92がすべて含まれることが好ましい。
次に、本発明の第4実施形態について図12を参照して説明する。図12は同実施形態の説明に供する液体供給路近傍の流路部分の平面説明図である。
本実施形態では、補強リブ92を、ノズル配列方向において、個別流路5の中心位置(図中一点鎖線位置)と同じ位置に設けている。
このように、補強リブ92を個別流路5の中心位置と同じ位置に設ける、つまり、隣り合うフィルタ領域9A、9A間の連結領域93を個別流路5の中心に配置することで、最も流速の速い箇所に補強リブ92を配置でき、補強リブ92の直下に滞留した気泡を効率よく排出させることが可能となる。
これに対し、個別流路5の中心位置に対して補強リブ92の位置がずれている場合、ずれが大きくなるほど流速は低下し、補強リブ92の直下は上流側からの液体の流れを確保しにくいため、気泡排出効率が低下する。
なお、以上の各実施形態を適宜組み合わせて適用することもできる。また、振動板部材でフィルタ部を形成しているが、フィルタ部を形成するフィルタ部材を設けることもできる。
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図13及び図14を参照して説明する。図13は同装置の機構部の側面説明図、図14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。
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。
記録ヘッド234は、それぞれ2つのノズル列を有し、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、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、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、1ヘッド当たり4ノズル列配置とし、1個のヘッドで4色の各色を吐出させることもできる。
また、記録ヘッド234のヘッドタンク235には各色の供給チューブ236を介して、供給ユニットによって各色のインクカートリッジ210から各色のインクが補充供給される。
一方、給紙トレイ202の用紙積載部(圧板)241上に積載した用紙242を給紙するための給紙部として、用紙積載部241から用紙242を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙コロ)243及び給紙コロ243に対向し、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。
そして、この給紙部から給紙された用紙242を記録ヘッド234の下方側に送り込むために、用紙242を案内するガイド245と、カウンタローラ246と、搬送ガイド部材247と、先端加圧コロ249を有する押さえ部材248とを備えるとともに、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。
この搬送ベルト251は、無端状ベルトであり、搬送ローラ252とテンションローラ253との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。また、この搬送ベルト251の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ256を備えている。この帯電ローラ256は、搬送ベルト251の表層に接触し、搬送ベルト251の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト251は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ252が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。
さらに、記録ヘッド234で記録された用紙242を排紙するための排紙部として、搬送ベルト251から用紙242を分離するための分離爪261と、排紙ローラ262及び排紙コロ263とを備え、排紙ローラ262の下方に排紙トレイ203を備えている。
また、装置本体の背面部には両面ユニット271が着脱自在に装着されている。この両面ユニット271は搬送ベルト251の逆方向回転で戻される用紙242を取り込んで反転させて再度カウンタローラ246と搬送ベルト251との間に給紙する。また、この両面ユニット271の上面は手差しトレイ272としている。
さらに、キャリッジ233の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド234のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構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、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け284などを備えている。
また、キャリッジ233の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け288を配置し、この空吐出受け288には記録ヘッド234のノズル列方向に沿った開口部289などを備えている。
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ202から用紙242が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙242はガイド245で案内され、搬送ベルト251とカウンタローラ246との間に挟まれて搬送され、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。
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。
そこで、キャリッジ233を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド234を駆動することにより、停止している用紙242にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙242を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙242の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙242を排紙トレイ203に排紙する。
このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えるので、高画質画像を安定して形成することができる。
なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、OHP、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。
また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、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、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、DNA試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。
また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。
また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
1 ノズル板
2 流路板
3 振動板部材
4 ノズル
5 個別流路
6 個別液室
8 液導入部
9 フィルタ部
9A フィルタ領域
10 共通液室
12 圧電部材
20 フレーム部材
91、91a フィルタ孔
92、92a、92b 補強リブ
93 連結領域
233 キャリッジ
234a、234b 記録ヘッド

Claims (4)

  1. 液滴を吐出する複数のノズルと、
    前記ノズルが通じる複数の個別流路と、
    前記複数の個別流路に通じる液導入部と、
    前記複数の個別流路に液体を供給する共通液室と、を備え、
    前記共通液室と前記液導入部との間には、複数の個別流路のノズル配列方向の全領域にわたって液体をろ過する複数のフィルタ孔が形成されたフィルタ部が設けられ、
    前記フィルタ部には、ノズル配列方向において、1又は複数の補強リブが設けられ、
    前記補強リブは、ノズル配列方向と直交する方向において、前記フィルタ部の全幅に対して部分的に設けられて、前記リブで区画された隣り合うフィルタ領域は前記補強リブがない領域で通じており、
    前記補強リブがない領域にも前記フィルタ孔が形成され、
    前記補強リブは、前記個別流路のノズル配列方向における中心位置に対応して設けられている
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記補強リブは前記個別流路側に寄せて設けられ、前記個別流路側と反対側に前記補強リブがない領域が設けら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。
  3. ノズル配列方向において、前記補強リブが区画される複数のフィルタ領域は、それぞれ複数の前記個別流路に通じていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 請求項1ないしのいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
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