JP6083265B2 - 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。
液体吐出ヘッドとしては、例えば、液滴を吐出する複数のノズルと、ノズルが通じる複数の個別液室と、複数の個別液室への液体供給路と、複数の液体供給路に通じる共通液室とを備え、共通液室から液体供給路に対して、液体供給路における液体の流れの方向と直交する方向から液体を供給するようにし、共通液室と液体供給路との間にフィルタ部材を配置した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、上述したように、共通液室から液体供給路に対して液体の流れをほぼ直角に曲げて供給し、更にフィィルタ部材を介在させることで、リフィル時の液体供給が間に合わなくなり、ノズルダウン(吐出不良)につなが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、リフィル時の液体供給遅れを低減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液室と、
前記複数の個別液室への液体供給路と、
前記複数の液体供給路に通じる共通液室と、を備え、
前記共通液室から前記液体供給路に対して、前記液体供給路における液体の流れの方向と交差する方向から液体を供給し、
前記共通液室の壁面の内、ノズル配列方向と直交する方向で、前記個別液室に近い側の壁面には、前記液体供給路に向かって漸次広がるように傾斜する傾斜面が形成され、前記傾斜面の前記液体供給路に近い側の端部付近はR面に形成され、
前記共通液室を形成する共通液室部材と前記液体供給路を形成している部材とが接着剤で接合され、
前記液体供給路を形成している部材には、前記共通液室部材と接合する接合面側に開口し、全周に亘って壁面を有する接着剤逃がし用の凹部が形成され、
前記凹部の一部には前記共通液室部材の前記R面と対向している
構成とした。
本発明によれば、リフィル時の液体供給遅れを低減することができる。
本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態の説明に供する同ヘッドの外観斜視説明図である。 図1のA―A線に沿うノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)の断面説明図である。 図1のB−B線に沿うノズル配列方向(液室短手方向)の断面説明図である。 振動板部材の平面説明図及び要部拡大説明図である。 本発明の第1実施形態における共通液室の壁面構造の説明に供する共通液室及び液体供給路部分の要部拡大断面説明図である。 同実施形態の作用説明に供する要部拡大断面説明図である。 比較例の作用説明に供する要部拡大断面説明図である。 同実施形態の作用説明に供する要部拡大断面説明図である。 本発明の第2実施形態における共通液室の壁面構造の説明に供する共通液室及び液体供給路部分の要部拡大断面説明図である。 比較例における共通液室の壁面構造の説明に供する共通液室及び液体供給路部分の要部拡大断面説明図である。 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。本発明の第1実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図1ないし図4を参照して説明する。図1は同ヘッドの外観斜視説明図、図2は図1のA―A線に沿うノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)の断面説明図、図3は図1のB−B線に沿うノズル配列方向(液室短手方向)の断面説明図、図4は振動板部材の平面説明図及び要部拡大説明図である。
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6、個別液室6に液体を供給する流体抵抗部7と、流体抵抗部7に通じる液導入部8とを形成している。ここでは、液導入部8及び流体抵抗部7で個別液室6への液体供給路70を形成している。
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、流体抵抗部7を経て複数の個別液室6に液体を供給する。フィルタ部9には、図4に示すように、液体を通過する多数のフィルタ孔91が形成されている。そして、フィルタ部9は、補強領域92が設けられて、2以上の個別流路5に対応する複数のフィルタ領域9Aに区画されている。
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、又は液室6側と反対の面)には撥水層を設けている。
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ている。この振動板部材3は個別液室6側から第1層3A、第2層3B、第3層3Cの3層(2層又は4層以上でもよい。)からなる複層構造としている。そして、第1層3Aで個別液室6に対応する部分に変形可能な振動領域30を形成している。
この振動板部材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。
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に対して所要数の圧電柱12A、12B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を振動板部材3の振動領域30に形成した島状の厚肉部である凸部30aに接合している。また、非駆動柱12Bを振動板部材3の厚肉部である凸部30bに接合している。
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。
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内に液体が流入する。
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実施形態における共通液室の壁面構造について図5を参照して説明する。図5は共通液室及び液体供給路部分の要部拡大断面説明図である。
まず、共通液室10から液体供給路70に対しては、液体供給路70における液体の流れの方向(矢印300の方向)と交差する方向から液体を供給している。ここで、共通液室10から液体供給路70への液体供給方向は滴吐出方向と同じであり、液体供給路70における液体の流れの方向は滴吐出方向と直交する方向であって、ノズル配列方向と直交する方向である。
そして、共通液室10の壁面の内、ノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)で、個別液室6に近い側の壁面には、液体供給路7に向かって漸次広がるように傾斜する傾斜面80が形成されている。図5の例では、傾斜面80の傾斜角度θは約11度に設定している。
このように構成したので、共通液室10からフィルタ部9を通じて液体供給路70の液導入部8に液体が供給されるとき、図6に示すように、共通液室10の傾斜面80に沿った液体の流れ301が発生する。
これにより、共通液室10から液導入部8に液体が供給されるとき、液導入部8に入った液体の流れが液体供給路7の流れに方向転換するときの抵抗が小さくなり、スムーズに液体供給路7の流れに移行することができる。
すなわち、図7に示すように、共通液室10から液導入部8に供給される液体の流れ302が液体供給路7に沿って直角に方向転換する場合、フィルタ部9があるために抵抗が大きくなり、スムーズに液体供給路7の流れに移行することができない。その結果、リフィル時の供給不足が生じるおそれがある。
これに対し、本実施形態のように、共通液室10から液導入部8に液体が供給されるとき、傾斜面80で僅かであっても液体の流れ301に傾きが生じて、液体供給路7における流れの方向に対してなす角度が鈍角になることで、方向転換がスムーズに行われる。
したがって、高周波駆動によってリフィル間隔が短くなった場合でも、速やかに共通液室10から個別液室6に液体を供給することができて、リフィル不足になるノズルダウンなどを生じるおそれがなくなる。
この場合、共通液室10のフィルタ部9側(液体供給路70に通じる側)の一部に傾斜面80を形成することで、壁面全体が傾斜面である場合よりも共通液室10の減少を少なくすることができる。
また、本実施形態においては、フィルタ部材を兼ねている振動板部材3は、前述したように第1層3Aないし第3層3Cの3層構造であり、第1層3Aでフィルタ部9を形成している。そして、フィルタ部9を形成する第1層3Aと異なる第3層3Cと共通液室部材であるフレーム部材20とを接着剤で接合している。
なお、本実施形態では、振動板部材3を、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)で複数層に形成している。そのため、第1層3Aないし第3層3Cの端部はそれぞれオーバーハング部が形成される。
さらに、本実施形態では、フィルタ部9に近接する第3層3Cのフィルタ部9側の端部は、第2層3Bのフィルタ部9側の端部よりも、液室長手方向で、フィルタ部9から離れた位置に形成されているので、第3層3Cのオーバーハング部と第2層3Bとの間に空間が形成される。
これにより、フレーム部材20と振動板部材3を接合する接着剤が、第3層3Cのオーバーハング部付近まで流れ出しても、前述した空間内で流れ出した接着剤を逃がすことができるので、フィルタ部9への接着剤の流れ出しを低減することができる。
ここで、フレーム部材20と接合する第3層3Cの接合面に、接着剤逃がし用の凹部85を形成している。
これにより、図8に示すように、振動板部材3とフレーム部材20とを接着剤86で接合するときの余剰接着剤86Aを凹部85に逃がすことができ、余剰接着剤86Aがフィルタ部9に侵入してフィルタ孔91を塞ぐことを防止できる。
そして、余剰接着剤を逃がす凹部85を振動板部材3側に形成することで、フレーム部材20と振動板部材3との接合位置ズレが生じた場合のはみ出しを低減できる。つまり、フレーム部材20側に凹部を形成した場合、接合位置ズレによって凹部が露出して余剰接着剤がフィルタ部9に回り込むおそれがある。
また、本実施形態では、共通液室10の壁面の内、ノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)で、個別液室6に近い側の壁面の端部付近はR面(アール面)81に加工されている。これにより、フレーム部材20のR面81に対向した振動板部材3との間の空間で、フィルタ部9側へ流れ出す接着剤を溜めることができ、よりフィルタ部9への接着剤のはみ出しを低減できる。
また、本実施形態では、凹部85に近いフレーム部材20の領域に、傾斜面80が形成されている。傾斜面80の領域ではフレーム部材20が切り欠かれている形状であるため、余剰接着剤86Aが凹部85から溢れたとしても、余剰接着剤86Aのフィルタ部9へのはみ出しを低減できる。
つまり、フレーム部材20におけるフィルタ部9に最も近い端部は、切り欠き形状を設けない構成よりも、フィルタ部9から離れた位置に存在するため、フレーム部材20をつたってフィルタ部9方向へ移動する接着剤がフィルタ部9まではみ出す量を低減できる。
次に、本発明の第2実施形態について図9を参照して説明する。図9は、同実施形態における共通液室の壁面構造の説明に供する共通液室及び液体供給路部分の要部拡大断面説明図である。
本実施形態では、前述した余剰接着剤86Aを逃がす凹部85の一部に前述したフレーム部材20に形成されたR面81が対向した状態で、フレーム部材20と振動板部材3が接合される点が第1実施形態と異なる。
つまり、図9に示すように、フレーム部材20に形成されたR面81が対向した凹部85の領域では、隙間が形成される。
これにより、フレーム部材20と振動板部材3とを接着剤86により接合するときには、隙間から凹部90内の空気が逃げるため、余剰接着剤86Aの凹部85への侵入が凹部85内の空気に妨げられず、効率的に余剰接着剤86Aを凹部85に逃がすことができる。
これに対して、図10に示す本実施形態の比較例では、凹部85にフレーム部材20に形成されたR面81が対向していないので、前述した隙間が形成されない。そのため、凹部85内の空気を逃がすことができず、余剰接着剤86Aの凹部85への侵入が凹部85内の空気に妨げられて、余剰接着剤86Aを十分に凹部85に逃がすことができない。
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11及び図12を参照して説明する。図11は同装置の機構部の側面説明図、図12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ている。そして、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。
このキャリッジ233には、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と同ヘッドに供給するインクを収容するタンクを一体化した記録ヘッド234を搭載している。記録ヘッド234は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
記録ヘッド234は、それぞれ2つのノズル列を有する。そして、一方の記録ヘッド234aの一方のノズル列はブラック(K)の液滴を、他方のノズル列はシアン(C)の液滴を吐出する。また、他方の記録ヘッド234bの一方のノズル列はマゼンタ(M)の液滴を、他方のノズル列はイエロー(Y)の液滴を吐出する。なお、ここでは2ヘッド構成で4色の液滴を吐出する構成としているが、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に対向する分離パッド244を備えている。
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とを備えている。さらに、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。)を備えている。また、維持回復機構281は、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード283を備えている。また、維持回復機構は281は、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を配置している。この空吐出受け288には記録ヘッド234のノズル列方向に沿った開口部289などを備えている。
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ202から用紙242が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙242はガイド245で案内され、搬送ベルト251とカウンタローラ246との間に挟まれて搬送される。更に、用紙242は、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。
そして、帯電した搬送ベルト251上に用紙242が給送されると、用紙242が搬送ベルト251に吸着され、搬送ベルト251の周回移動によって用紙242が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ233を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド234を駆動することにより、停止している用紙242にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙242を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙242の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙242を排紙トレイ203に排紙する。
このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを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する。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
80 傾斜面
85 凹部
233 キャリッジ
234a、234b 記録ヘッド

Claims (5)

  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液室と、
    前記複数の個別液室への液体供給路と、
    前記複数の液体供給路に通じる共通液室と、を備え、
    前記共通液室から前記液体供給路に対して、前記液体供給路における液体の流れの方向と交差する方向から液体を供給し、
    前記共通液室の壁面の内、ノズル配列方向と直交する方向で、前記個別液室に近い側の壁面には、前記液体供給路に向かって漸次広がるように傾斜する傾斜面が形成され、前記傾斜面の前記液体供給路に近い側の端部付近はR面に形成され、
    前記共通液室を形成する共通液室部材と前記液体供給路を形成している部材とが接着剤で接合され、
    前記液体供給路を形成している部材には、前記共通液室部材と接合する接合面側に開口し、全周に亘って壁面を有する接着剤逃がし用の凹部が形成され、
    前記凹部の一部には前記共通液室部材の前記R面と対向している
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記共通液室と前記液体供給路との間には液体をろ過するフィルタ部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. 前記液体供給路を形成している部材が前記フィルタ部を形成している
    ことを特徴とする請求項に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記液体供給路を形成している部材は、複層構造の部材であり、
    前記フィルタ部を形成する層と異なる層が前記共通液室部材と接合され、
    前記共通液室部材と接合される層の接合面に前記凹部が形成されている
    ことを特徴とする請求項に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 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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