JP6119276B2 - 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、複数の個別液室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備え、フィルタ部にはノズル配列方向で2以上の液室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に分割され、リブに対応して液室間隔壁が設けら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
上述した特許文献1に開示されている構成にあっては、補強リブに対応して設けられた隔壁のノズル配列方向の幅が補強リブのノズル配列方向の幅よりも狭く、フィルタ部の液導入部側で澱みが発生し、気泡排出性が低くな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、本発明の請求項1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、複数のフィルタ孔が形成されて、前記液体をろ過するフィルタ部が設けられ、
前記フィルタ部には、複数のフィルタ領域に区画する補強部が設けられ、
前記補強部の一部は、液体の流れの方向で、前記フィルタ孔の一部と隙間をおいて対向し
前記補強部は、前記個別流路間の隔壁に、前記フィルタ部を形成する部材を挟んで対向する位置に設けられ、
前記補強部のノズル配列方向の幅は、前記個別流路間の隔壁のノズル配列方向の幅よりも広い
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第1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。 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。 同じく流路部分の平面説明図である。 図5のC−C線に沿う断面に相当し、図7のD−D線に沿う断面説明図である。 フィルタ領域の拡大説明図である。 比較例1の図5のC−C線に沿う断面に相当し、図9のE−ED線に沿う断面説明図である。 同じくフィルタ領域の拡大説明図である。 比較例と実施形態における流速の違いの説明に供する説明図である。 本発明の第2実施形態の説明に供する図6と同様な断面説明図である。 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、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。この振動板部材3も、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実施形態について図4ないし図7を参照して説明する。図4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5は同じく流路部分の平面説明図、図6は図5のC−C線に沿う断面に相当し、図7のD−D線に沿う断面説明図、図7はフィルタ領域の拡大説明図である。
まず、振動板部材3には、図4に示すように、共通液室10と液導入部8との間に、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多数のフィルタ孔91が形成されている。
ここで、図5に示すように、液導入部8側は、個別流路5間の隔壁51を延長して、各個別流路5毎の液導入部8に分割している。ただし、1つの液導入部8が2以上の個別流路5に通じるように分割することもできるし、あるいは、1つの液導入部8がすべての個別流路5に通じるようにすることもできる。
一方、図6に示すように、フィルタ部9側も、液導入部8側の隔壁51に対向して補強領域となる補強部92を設けて、各個別流路5毎のフィルタ領域9Aに分割している。なお、補強部92を2以上の個別流路5毎に設けて、フィルタ部9を複数のフィルタ領域9Aに分割し、1つのフィルタ領域9Aが2以上の個別流路5に対応するように分割してもよい。
この補強部92のノズル配列方向の幅は、個別流路5間の隔壁51のノズル配列方向の幅よりも広くしている。
また、フィルタ部9を形成する振動板部材3は、前述したようにNi電鋳で形成した三層構造のものを使用している。そして、図6に示すように、フィルタ部9は、振動板部材3の第1層と同じ第1層93aで形成している。また、補強部92は、振動板部材3の第2層、第3層である第2層93b、第3層93cとで形成した2層構造としている。
フィルタ部9に補強部92を設ける理由は次のとおりである。すなわち、フィルタ部9は、本実施形態では1層の薄層形状であるため、フィルタ部9を個別流路5が配列されている領域に亘って形成すると、フィルタ部9の剛性が低下して破損しやすくなる。そこで、ノズル配列方向において、一定間隔で、複数層構造からなる補強部92を形成して、フィルタ部9を区画することで、フィルタ部9の強度を補強している。さらに、補強部92があることにより、流路板2との接合時に十分に振動板部材3を加圧することができるため、接合強度が増すという利点もある。
この場合、補強部92を構成している第2層93b、第3層93cのフィルタ領域9A側には、電鋳によってオーバーハング形状をなす部分(以下「オーバーハング形状部」という。)93dが生じる。
そして、補強部92の一部である第2層93bは、フィルタ部9(第1層93a)に隙間94をおいて対向し、オーバーハング部93dは、液体の流れの方向(図6の矢印F方向)で、フィルタ孔91の一部と隙間をおいて対向(以下、「オーバーラップ」という。
している。
つまり、フィルタ部9の補強部92を構成する第2層93bを、フィルタ領域9Aに突き出すように形成している。
これにより、フィルタ領域9Aは、図7に示すように、液体の流れの方向で見て、フィルタ孔91の一部のフィルタ孔91aは他のフィルタ孔91よりも液体の流れの方向からの投影面積が小さくなる。
言い換えれば、本実施形態では、フィルタ孔91を個別流路5の隔壁51の近くまで形成している。
つまり、フィルタ孔91を形成している電鋳層の第1層93aは厚さ約3μmで形成されているが、これを補強し、フィルタ部9をフィルタ領域9Aに区画するために厚みを設けた第2層93b、第3層93cが存在している。
そして、この第2層93b、第3層93cによる領域よりもフィルタ孔91を形成する領域を広く確保するために、第2層93bよりもフィルタ孔91が隔壁51のより近くに配置されている。
このような構造にすることで、フィルタ配置領域が拡大し、淀み点が減少することから、吸引・加圧をおこなったときに、フィルタ部9の下流側でインクの流れが生じ、容易に気泡排出を行うことができる。
ここで、比較例1について図8及び図9を参照して説明する。図8は同比較例1の図5のC−C線に沿う断面に相当し、図9のE−ED線に沿う断面説明図、図9は同じくフィルタ領域の拡大説明図である。
この比較例1では、液体の流れの方向で、補強部92を構成する第2層92bなどとオーバーラップする位置にはフィルタ孔91を形成しない構成としている。
この比較例1の構成にあっては、図10(a)に示すように、フィルタ孔91を通過した直後の流速は、いずれのフィルタ孔91を通過した場合でもほぼ同じになる。なお、図10では、流れを矢印で示し、矢印の長さで流速の大きさを示し、矢印の長さが長いほど流速も大きいことを表している。
そのため、補強部92よりも液導入部8側の隔壁51の幅が狭いと、液導入部8側で淀み点が発生し、気泡が滞留する可能性がある。
これに対して、本実施形態では、図10(b)に示すように、補強部92を構成する第2層93bなどとオーバーラップする位置にあるフィルタ孔91aは、液体の流れ方向で、他のフィルタ孔91よりも投影面積が小さくなり、他のフィルタ孔91よりも流速が僅かに増加する。
つまり、補強部92よりも液導入部8側の隔壁51の幅が狭い場合、補強部92のフィルタ部9に突き出た領域の下流側では流速が小さくなり気泡が滞留してしまう。しかし、本実施形態のように、フィルタ部9における隔壁51側に位置するフィルタ孔92aの一部を、フィルタ部9に突き出た補強部92にオーバーラップさせることで、フィルタ孔92aの投影面積を小さくし、この領域の流速を増加させている。
それによって、補強部92よりも液導入部8側の隔壁51の幅が狭い場合であっても、液導入部8側で淀み点が発生せず、速い流速によって気泡が排出されて、気泡が滞留することが防止される。
次に、本発明の第2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図6と同様な断面説明図である。
本実施形態では、前記第1実施形態における補強部92を構成する第3層93cのノズル配列方向の幅を第2層93bと同じにしたものである。
このような構成でも、前記第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
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12及び図13を参照して説明する。図12は同装置の機構部の側面説明図、図13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
51 個別流路間の隔壁
91 フィルタ孔
92 補強部
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、複数のフィルタ孔が形成されて、前記液体をろ過するフィルタ部が設けられ、
    前記フィルタ部には、複数のフィルタ領域に区画する補強部が設けられ、
    前記補強部の一部は、液体の流れの方向で、前記フィルタ孔の一部と隙間をおいて対向し
    前記補強部は、前記個別流路間の隔壁に、前記フィルタ部を形成する部材を挟んで対向する位置に設けられ、
    前記補強部のノズル配列方向の幅は、前記個別流路間の隔壁のノズル配列方向の幅よりも広い
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 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、複数のフィルタ孔が形成されて、前記液体をろ過するフィルタ部が設けられ、
    前記フィルタ部には、複数のフィルタ領域に区画する補強部が設けられ、
    前記補強部の一部は、液体の流れの方向で、前記フィルタ孔の一部と隙間をおいて対向し、
    前記フィルタ部は、前記個別流路の壁面を形成する振動板部材に形成されている
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 前記補強部は、少なくとも2層構造をなしていることを特徴とする請求項1又は2に記載液体吐出ヘッド。
  4. 前記補強部は、前記個別流路間の隔壁に、前記フィルタ部を形成する部材を挟んで対向する位置に設けられ、
    前記補強部のノズル配列方向の幅は、前記個別流路間の隔壁のノズル配列方向の幅よりも広い
    ことを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 請求項1ないし4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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