JP6186700B2 - 液滴吐出ヘッド、画像形成装置、及び液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

液滴吐出ヘッド、画像形成装置、及び液滴吐出ヘッドの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、該液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置、及び前記液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。

一般に、プリンタ、ファックス、複写機、プロッタあるいはこれらの内の複数の機能を複合した装置として、例えばインク等の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置が知られている。画像形成装置としては、記録媒体(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、転写材、記録紙なども同義で使用する。)を搬送しながら液滴吐出ヘッドからインク滴を吐出させて、記録媒体にインクを付着させて画像形成を行うものが知られている。

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。

この液滴吐出ヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出する複数の並列されたノズルに個別に対応して配置された複数の液室を備え、該液室の少なくとも一部の壁面を振動板で形成し、この振動板を圧電素子等の圧力発生手段により変形させ、液室の容積を変化させることによりインク滴を吐出させる圧電型の液滴吐出ヘッドが知られている。

画像形成装置においては高画質化が要求されており、これに応えるためにインク滴の小滴化が図られている。微小なノズルから、数pL〜数十pLのインク滴を真っ直ぐ安定して吐出させるには、ヘッド内に異物を侵入させないことが重要となってくる。
インク製造工程で混入した異物やインク供給系に付着している異物等が存在すると、該異物が液滴によって流されて、ノズルを詰まらせて吐出不良が発生させたり、ノズル端に付着して噴射曲がりを発生させたりすることがある。

異物による吐出不良の発生を防ぐために、ヘッド内に異物を捕獲するためのフィルタを配置する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
フィルタは、できるだけノズルに近い位置に配置することにより、清浄度を確保できるエリアが狭められ、安定で高い清浄度を保つことが可能になる。特許文献1には、インク流路である加圧液室の一壁面を形成する振動板部材にフィルタ機能を有する開口部を設けた液体吐出ヘッドが記載されている。

特許文献1に記載の液滴吐出ヘッドを図16に示す。図16の破線で囲んだ領域に示すように、フィルタ部9に近接する流路板1は、振動板2の3層構造からなる部分と、部品の積層方向に重なるように配置されている。
このような液滴吐出ヘッドの製造方法において、流路板と振動板との接合強度を確保するために、振動板の3層構造部分と流路板とは、積層方向に重なった状態で流路板側と振動板側とから加圧治具を用いて加圧接合が行われる。

しかしながら、上記の加圧接合の方法では、流路部材と振動板との間に塗布された接着剤が加圧により溢出し、振動板に形成されたフィルタ部に達すると、毛細管力も働きフィルタ孔を通って接着剤が流れ出し、さらに流れ出した接着剤が加圧用の治具に付着することにより歩留まりが低下してしまう可能性がある。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、振動板と流路部材との間に必要とされる接合強度が確保され、かつ接合に用いた接着剤の流出が抑制された液滴吐出ヘッド、画像形成装置、及び液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルを形成するノズル板と、前記ノズルが連通する加圧液室を形成する流路部材と、前記加圧液室内の一面を形成する振動板とを少なくとも備える液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路部材と前記振動板との接合面は接着剤により接合され、前記振動板は部位によって積層数が異なる積層構造であり、前記加圧液室へ液体を供給可能な開口部に複数のフィルタ孔が形成されたフィルタ部を有し、前記フィルタ部に当接または近接する前記流路部材の側壁と、前記振動板の積層数が最も多い部位である厚肉部とが、積層方向において重ならなく、前記振動板が3層からなる積層構造であり、前記厚肉部は、前記フィルタ部が形成された第1層、該第1層に積層された第2層及び該第2層に積層された第3層で構成された部位であることを特徴とする液滴吐出ヘッドである。

本発明の液滴吐出ヘッドによれば、振動板と流路部材との間に必要とされる接合強度が確保され、かつ接合に用いた接着剤の流出が抑制された液滴吐出ヘッドを提供することができる。

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。 本発明の第1実施形態の説明に供する振動板と流路部材との接合工程の例を示した断面模式図である。 図3の部分拡大図と加圧力の勾配の例を示した説明図である。 従来の振動板と流路部材との接合工程の例を示した断面模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの第1実施形態の振動板の加圧面を流路部材側と反対側から見た模式図である。 図6のB−B断面の例を示す模式図である。 本発明の第2実施形態の説明に供する振動板と流路部材との接合方法の例を示した断面模式図である。 本発明の第3実施形態の説明に供する振動板と流路部材との接合方法の例を示した断面模式図である。 振動板のブリッジ部の機能の説明に供する平面説明図である。 ブリッジ部を切断した個片の振動板の説明に供する平面説明図である。 本発明の第4実施形態の説明に供する振動板の加圧面を示す模式図である。 本発明の画像形成装置の一例を示す機構部の側面図である。 本発明の画像形成装置の他の例を示す外観斜視図である。 本発明の画像形成装置の他の例を示す側面図である。 従来の液滴吐出ヘッドの一例を示す断面模式図である。

以下、本発明に係る液滴吐出ヘッド及び画像形成装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施例の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

図1は本発明に係る液滴吐出ヘッドの第1実施形態の説明に供する液滴吐出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)の断面説明図である。
図2に示すように、液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズル(ノズル孔)4を形成するノズル板3と、ノズル4が連通する加圧液室(流路)6を形成する流路部材(流路板)1と、加圧液室内6の一面を形成する振動板2とを少なくとも備えるとともに、この順に積層されてなる。
流路部材1と振動板2との接合面は、接着剤により接合される。
さらに、この液滴吐出ヘッドは、加圧液室6に液体を供給する流体抵抗部を兼ねた液体供給路11、ベース部材15、圧電部材12に接続する給電部材16、共通液室8、共通液室8を形成するフレーム部材17を備える。

フレーム部材17の共通流路としての共通液室8から振動板2に形成したフィルタ部9を通じて、液体供給路11を経て複数の加圧液室6に液体を供給する。

ここで、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3には、各加圧液室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1と接着剤接合している。また、このノズル板3の液滴吐出側面(吐出方向の表面:吐出面、又は加圧液室6側と反対の面)には撥水層を設けている。

流路板1は、単結晶シリコン基板をエッチングして、加圧液室6、液体供給路11を構成する溝部を形成している。なお、流路板1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2は部位によって積層数が異なる積層構造であり、図1の例では加圧液室6側から第1層2a、第2層2b、第3層2cからなる3層構造のニッケルプレートで形成したもので、例えば電鋳によって作製している。この振動板2の第1層2aには、共通液室8から加圧液室6へ液体を供給可能な開口部7が形成されている。そして、開口部7には複数の加圧液室6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9が形成されている。このフィルタ部9は、複数の連通孔であるフィルタ孔を千鳥状に配置し、あるいは、格子状に配置して構成している。また、このフィルタ部9を構成するフィルタ孔の内部形状(内側形状)は、テーパ形状、あるいは、ホーン形状に形成されている。このフィルタ孔の穴径は流路板1側の径でノズル4と同等かそれ以下の径となるよう形成されている。

さらに、振動板2は、流路板1の加圧液室6の壁面を形成する壁面部材を兼ね、加圧液室6に対応する部分に第1層2aで形成した変形可能な振動領域2Aを有している。この振動領域2Aの中央部に、第2層2b、第3層2cの2層構造の凸部2Bを形成し、この凸部2Bに後述する圧電アクチュエータ18を構成する圧電部材12を接合している。

そして、この振動板2の個別液室6とは反対側に、振動板2の振動領域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18を配置している。

この圧電アクチュエータ18は、ベース部材15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(不図示)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不図示の駆動圧電柱(駆動柱)、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不図示の非駆動圧電柱(非駆動柱)として区別している。

そして、駆動柱を振動板2の振動領域2Aに形成した島状の凸部2Bに接合している。また、非駆動柱を振動板2の凸部(不図示)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給電部材16が接続されている。

フレーム部材17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8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が収縮し、振動板2の振動領域2Aが下降して加圧液室6の容積が膨張することで、加圧液室6内に液体が流入し、その後駆動柱に印加する電圧を上げて駆動柱を積層方向に伸長させ、振動板2の振動領域2Aをノズル4方向に変形させて加圧液室6の容積を収縮させることにより、加圧液室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、駆動柱に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板2の振動領域2Aが初期位置に復元し、加圧液室6が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室8から液体供給路11を通じて加圧液室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及び図4を参照して説明する。図3は本発明の第1実施形態の説明に供する流路部材1と振動板2との接合工程の状態の例を示した断面模式図である。図4は、図3の流路部材1と振動板2との接合部分のうち一点破線で囲んだ部分を拡大して示した説明図である。

まず、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドにおける流路部材1の外周部分と振動板2との接合部の構成について説明を行う。図3に示すように、フィルタ部9の液室長手方向における外周側に、第1層2a、第2層2b、第3層2cが積層された積層数が最も多い部位である(破線で囲んで示す)厚肉部20が形成されている。また、流路部材1の外周部分にはフィルタ部9に当接している側壁1aが形成されている。尚、側壁1aはフィルタ部9に当接している場合に限らず、近接していても良い。

本実施形態の構成では、厚肉部20は側壁1aよりも液滴吐出ヘッドの外周縁に近い位置に配置され、厚肉部20と側壁1aとが液滴吐出ヘッドを構成する部材の積層方向において重ならないように構成されている。つまり、隔壁1bにおける部材の積層方向からの投影領域には厚肉部20は位置していない。

振動板2と流路部材1を接合するために、側壁1aと振動板2の接合面には接着剤40が塗布されている。

ここで、振動板2と流路部材1は、各ノズル4に対応した流路である加圧液室6を形成するため、隔壁となる壁面の接合部を確実に封止する必要がある。そのために、製造工程において、振動板2と流路部材1の二つの部品のみを接合する方法が有効である。そのため、図3に示すように、振動板2及び流路部材1を加圧治具41、42により挟みこみ、振動板2側から加圧力42aと流路部材1側から加圧力41aを付与し、振動板2及び流路部材1の接合面に塗布された接着剤40を加圧硬化させる。

このとき、側壁1aはフィルタ部9に当接又は近接しているため、側壁1aと振動板2の接合面に塗布された接着剤40が加圧によりフィルタ部9を通って厚肉部20まで流れ出してしまうことがある。

図5に示す従来の構成では、流路部材1と振動板2との接合強度を確保するために、側壁1aと厚肉部20を、ヘッドを構成する部材の積層方向において重ねるように配置していた。これにより、振動板2側から付与される加圧力42aが加わる方向と流路部材1側から付与される加圧力41aが加わる方向を対向させて、側壁1aと厚肉部の接合面で大きな加圧力を得るようにしていた。

しかし、この構成では接着剤40の流れ出し量が多くなり、フィルタ部9を構成する連通孔であるフィルタ孔を通って厚肉部20まで流れ出した接着剤は加圧治具42まで到達し、振動板2と加圧治具42とが接着されてしまう。これにより、加圧治具42を外すときに振動板2と流路部材1との接合が剥がれる不良が発生してしまう。

一方、上述したように、本実施形態の構成では、図3に示すように厚肉部20と側壁1aとがヘッドを構成する部材の積層方向において重ならないように構成されている。これにより、図4に示すように、流路部材1と振動板2とを加圧治具41及び42で加圧する際、2つの加圧治具からの加圧力41a及び42aが加わる方向は対向せず、加圧力がかかる方向はずれている。
このため、流路部材1の側壁1aが、振動板2の厚肉部20から離れる位置にあるほど、その箇所での加圧力は低下する。一方、側壁1aと厚肉部20とが近接している部分では、2つの加圧治具からの加圧力の影響が大きいため、その箇所では加圧力が大きくなる。

すなわち、側壁1aにおけるフィルタ部9に近い部分程加圧力が低下するため、接着剤40の流れ出し量が低減され、接着剤40が振動板2側の加圧治具42に到達することを回避できる。一方、流路部材1の外周部に近くなるにつれ加圧力は増大するため、確実な接着を行うことができ、高いシール性が得られる。
このように、加圧力に勾配を持たせることが可能となり、振動板と流路部材との間に必要とされる接合強度が確保され、かつ接合に用いた接着剤の流れ出し量を低減することができる。

このように、振動板に形成されたフィルタ部に当接または近接する流路部材の側壁と、振動板の積層数が最も多い厚肉部とが、積層方向において重ならないように配置して、振動板と流路部材を接着剤により接合する構成とすることにより、振動板と流路部材との間に必要とされる接合強度が確保され、かつ接合に用いた接着剤の流れ出し量を低減することができる。

次に、流路部材側と反対側から振動板の加圧面を見た模式図を図6に示す。図6において、斜線のハッチング部分は振動板2の厚肉部20の第3層2cを示し、ノズル配列方向(紙面の左右方向)に配列された厚肉部20の第3層2cは流路部材1に設けられた複数の加圧液室6を隔てる隔壁に相当する箇所に配置された厚肉部20の第3層2cである。

図6に示すように、フィルタ部9は複数の加圧液室6ごとに区切られており、複数の加圧液室6に連通していることが好ましい。これにより、加圧液室6当たりの開口面積を広く確保することが可能となり、フィルタの圧力損失を低減することができ、十分な通液量を確保することができる。また、異物等によって部分的にフィルタが目詰まりした場合においても、他のエリアからインク供給が可能となるため、吐出性能の信頼性を確保することができる。

図7は、図6のB−B断面図である。
隔壁1bと、第1層2a、第2層2b、第3層2cが積層された厚肉部は積層方向において重なるように形成されている。これにより、隔壁1bと振動板2とのシール性を確保し、加圧液室6内の液体の漏れを防ぐことができる。

次に、本発明の第2実施形態について図8を参照して説明する。
図8は、本発明の第2実施形態の説明に供する流路部材と振動板との接合工程の状態の例を示した断面模式図である。

前記第1実施形態の構成では、振動板2の第2層2bと第3層2cのいずれも、側壁1aとヘッドを構成する部材の積層方向において重ならないように構成されていたが、本実施形態の構成では、振動板2の第2層2bは側壁1aと重なっているが、第3層2cは側壁1aと重なっていない構成になっている。つまり、第3層2cのみが側壁1aにおける部材の積層方向からの投影領域には位置していない構成となっている。尚、この構成以外については図2に示す第1実施形態における液滴吐出ヘッドの構成と同じである。

これにより、前記第1実施形態の構成と同様に、厚肉部20は側壁1aと重なっていないため、加圧力に勾配を持たせることが可能であり、振動板2と流路部材1との間に必要とされる接合強度が確保され、かつ接合に用いた接着剤40の流れ出し量を低減することができる。さらに、本実施形態の構成では、第2層2bが側壁1aと重なっているため、前記第1実施形態の構成よりも接合強度が得られる。

次に、本発明の第3実施形態について図9を参照して説明する。
図9は、本発明の第3実施形態の説明に供する流路部材と振動板との接合工程の状態の例を示した断面模式図である。

本実施形態の構成では、振動板2の第3層2cが側壁1aと重なっているが、第2層2bは側壁1aと重なっていない構成である。つまり、第2層2bのみが側壁1aにおける部材の積層方向からの投影領域に位置していない。この構成により、第1層2aと第3層2cとの間でフィルタ部9側に開口した凹部22が形成される。

これにより、前記第1実施形態及び前記第2実施形態の構成と同様に、厚肉部20は側壁1aと重なっていないため、加圧力に勾配を持たせることが可能であり、振動板20と流路部材1との間に必要とされる接合強度が確保され、かつ接合に用いた接着剤40の流れ出し量を低減することができる。さらに、本実施形態の構成では、厚肉部20側に流れ出した接着剤40は凹部22によりトラップされるため、より確実に接着剤が加圧治具42に到達することを回避できる。

なお、前記第1実施形態、第2実施形態で説明した接着剤40の流れ出しは、流出が広範に生じた場合を模式的に示したものであり、これに限定されず、より流出が抑制された態様であることが好ましい。
さらに、振動板2の積層数は3層に限定されず、振動板2の積層数が最も多い厚肉部が流路部材1の側壁1aと積層方向において重ならない限り、上記効果が得られる。

次に、本発明の第4実施形態について図10、図11、図12を参照して説明する。 図10は、振動板のブリッジ部の機能の説明に供する平面説明図である。図11は、ブリッジ部を切断した個片の振動板の説明に供する平面説明図である。図12は本発明の第4実施形態における振動板の加圧面を示す模式図である。

まず図10、図11を用いて振動板2のブリッジ部35について説明する。積層構造を有する振動板2は、例えば電気鋳造で製作する場合、基板上に複数のチップを一度に製作することが高生産性の点から好ましく、複数の部品を連結させて一括でハンドリングするため、製造工程中では部材の外周に部材同士を繋ぐブリッジ部35を設けている。この製造工程中で用いるブリッジ部35は振動板2を個片に分割する際に、図10に示すように破線で示す部分をカットすることでヘッドとして組み立てた後も残る場合と、ヘッド組立て時にブリッジ部35を完全に除去する場合もある。

ところが、振動板2は、ダイヤフラム部分や共通液室のダンパー部を構成する厚みの薄い部分がある部材であり、振動板2を個片に分割する際に、ブリッジ部周辺の変形が顕著になって接合不良を生じることがある。この点について図11を参照して説明する。ここではブリッジ部35が残った状態の個片に分割された振動板2を示している。振動板2のブリッジ部35周辺(図中の点線領域)では、ブリッジ部35の切断時の応力により変形が生じている。そのため、ブリッジ部35周辺のみ加圧不良が発生しやすくなり、流路部材1との接合不良が生じてしまう。

次に本実施形態の振動板の構成について図12を参照して説明する。本実施形態の振動板2では、図12に示すように、ブリッジ部35に対向する位置にブリッジ部35に振動板の第1層目2a、第2層2及び第3層目2cが積層された厚肉部20を設けている。これによって、変形の大きい部分を局所的に加圧することが可能となり、接合不良の発生を低減することができる。

上述のように、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、液滴を吐出するノズル4を形成するノズル板3と、ノズル4が連通する加圧液室6を形成する流路部材1と、加圧液室内の一壁面を形成する振動板2とを少なくとも備えるとともに、この順に積層してなる方法において、振動板2は部位によって積層数が異なる積層構造とし、加圧液室6に液体を供給可能な開口部7に複数のフィルタ孔が形成されたフィルタ部9を形成し、流路部材1と振動板2との接合面に接着剤を塗布し、フィルタ部9に当接または近接する流路部材1の側壁1aと、振動板2の積層数が最も多い厚肉部20とを、積層方向において重ならないように積層し、側壁1a及び厚肉部20を加圧し、流路部材1と振動板2とを接合する工程を含む。

〔画像形成装置〕
本発明の画像形成装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを少なくとも備える。
本発明の画像形成装置の一実施態様として、図13に装置の機構部の側面図を示す。
画像形成装置50は、ブラック(B)とシアン(C)とマゼンタ(M)とイエロー(Y)の4色にそれぞれ対応した本発明の液滴吐出ヘッド5B,5C,5M,5Yを有する。各液滴吐出ヘッド5には維持機構装置51があり、パージ処理、ワイピング処理などの保全動作時には液滴吐出ヘッド5のノズル面に対向する位置に移動する。
液滴吐出ヘッド5は、記録媒体の印字領域幅以上の長さのノズル列を有するライン型からなる。

給紙トレイ52は厚板53と、記録紙30を給紙する給送回転体54がベース55に取り付けられている。厚板53はベース55に取り付けられた回転軸を中心に回転可能であり、圧板ばね56により給紙回転体54に押圧される。給紙回転体54と対向する圧板53の部位には記録紙30の重送を防止するため、人工皮等の摩擦係数の大きい材質からなる不図示の分離パッドが設けられている。また、圧板53と回転給紙体54の当接を解除する不図示のリリースカムが設けられている。

画像記録装置50は、待機状態ではリリースカムが圧板53を所定位置まで押し下げている。これにより圧板53と給送回転体54の当接は解除される。この状態で搬送ローラ57の有する駆動力がギア等により給送回転体54及びリリースカムに伝達されると、リリースカムが圧板53から離れて圧板53は上昇して記録紙30が給送回転体54に当接し、給送回転体54の回転に伴い記録紙30はピックアップされ給紙を開始し、不図示の分離爪によって1枚ずつ分離される。給送回転体54は記録紙30をプラテン58に送り込むべく回転する。記録紙30はガイド55,60の間を通過して搬送ローラ57まで導かれプラテン58まで搬送される。その後、再び記録紙30と給送回転体54との当接を解除した待機状態となって搬送ローラ57からの駆動力が切られる。また、手差しトレイ61から供給された記録紙30も給送回転体62により搬送ローラ57からプラテン58まで搬送される。プラテン58まで搬送された記録紙30は液滴吐出ヘッド5B,5C,5M,5Yにより紙搬送速度と液滴吐出のタイミングを制御された信号に基づき所望の画像が形成される。画像が記録された記録紙30は排紙ローラ63と拍車64とにより搬送されて排紙トレイ65に排出される。
このようにライン型の液滴吐出ヘッド5B,5C,5M,5Yを使用して記録紙30に所望の画像を迅速に形成することができる。

次に、本発明の液滴吐出ヘッド5を搭載した他の画像形成装置の態様について、図14に示す斜視図と、図15に示す機構部の構成を示す側面図を参照して説明する。
画像形成装置100は、装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ101とキャリッジ101に搭載した液滴吐出ヘッド5及び液滴吐出ヘッド5に対してインクを供給するインクカートリッジ102等で構成される印字機構部103等を収納し、装置本体の下方部には前方側から多数枚の記録紙30を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい)104を抜き差し自在に装着されている。また、記録紙30を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ105を有し、給紙カセット104あるいは手差しトレイ105から給送される記録紙30を取り込み、印字機構部103によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ106に排紙する。

印字機構部103は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド107と従ガイドロッド108とでキャリッジ101を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ101にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(B)の各色のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッド5を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ101には液滴吐出ヘッド5に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ102を交換可能に装着している。

インクカートリッジ102は上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッド5へインクを供給する供給口が設けられ、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド5へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、液滴吐出ヘッド5としては各色の液滴吐出ヘッド5を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個の液滴吐出ヘッドでもよい。

ここでキャリッジ101は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド107に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド108に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ101を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ109で回転駆動される駆動プーリ110と従動プーリ111との間にタイミングベルト112を張装し、このタイミングベルト112をキャリッジ101に固定しており、主走査モータ109の正逆回転によりキャリッジ101が往復駆動される。

一方、給紙カセット104にセットした記録紙30を液滴吐出ヘッド5の下方側に搬送するために、給紙カセット104から記録紙30を分離給装する給紙ローラ113及びフリクションパッド114と、記録紙30を案内するガイド部材115と、給紙された記録紙30を反転させて搬送する搬送ローラ116と、この搬送ローラ116の周面に押し付けられる搬送コロ117及び搬送ローラ116からの記録紙30の送り出し角度を規定する先端コロ118とを有する。搬送ローラ116は副走査モータによってギア列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ101の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ116から送り出された記録紙30を液滴吐出ヘッド5の下方側で案内するため用紙ガイド部材である印写受け部材119を設けている。この印写受け部材119の用紙搬送方向下流側には、記録紙30を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ120と拍車121を設け、さらに記録紙30を排紙トレイ106に送り出す排紙ローラ123と拍車124と、排紙経路を形成するガイド部材125,126とを配設している。

この画像形成装置100で記録時には、キャリッジ101を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド5を駆動することにより、停止している記録紙30にインクを吐出して1行分を記録し、その後、記録紙30を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または記録紙30の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ記録紙30を排紙する。

また、キャリッジ101の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド5の吐出不良を回復するための回復装置127を配置している。回復装置127はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ101は印字待機中にはこの回復装置127側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド5をキャッピングして吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

また、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド5の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

上記のように、図13に示した画像形成装置50、図14及び図15に示した画像形成装置100について説明したが、本発明の液滴吐出ヘッド5を、インク以外の液滴、例えばパターニング用の液体レジストを吐出する装置に適用しても良い。
本発明の液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置は、インク等の液体に混入した異物によるノズル詰まりや、吐出時における液体の噴射曲がりの発生がなく、高品位な画像を形成することができる。

1 流路部材(流路板)
2 振動板
2a 第1層
2b 第2層
2c 第3層
2A 振動領域
2B 凸部
3 ノズル板
4 ノズル(ノズル孔)
5 液滴吐出ヘッド
6 加圧液室(流路)
7 開口部
8 共通液室
9 フィルタ部
11 液体供給路
12 圧電部材
15 ベース部材
16 給電部材
17 フレーム部材
18 圧電アクチュエータ(駆動手段)
20 振動板厚肉部
22 振動板凹部
35 ブリッジ部
40 接着剤
41、42 加圧部材
50、100 画像形成装置

特開2008−213196号公報

Claims (5)

  1. 液滴を吐出するノズルを形成するノズル板と、前記ノズルが連通する加圧液室を形成する流路部材と、前記加圧液室内の一面を形成する振動板とを少なくとも備える液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記流路部材と前記振動板との接合面は接着剤により接合され、
    前記振動板は部位によって積層数が異なる積層構造であり、前記加圧液室へ液体を供給可能な開口部に複数のフィルタ孔が形成されたフィルタ部を有し、
    前記フィルタ部に当接または近接する前記流路部材の側壁と、前記振動板の積層数が最も多い部位である厚肉部とが、積層方向において重ならなく、
    前記振動板が3層からなる積層構造であり、
    前記厚肉部は、前記フィルタ部が形成された第1層、該第1層に積層された第2層及び該第2層に積層された第3層で構成された部位であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  2. 前記第1層と、前記第2層のみが積層方向において前記流路部材の前記側壁と重なり、前記第3層は積層方向において前記側壁と重ならないことを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
  3. 前記第1層と前記第3層のみが積層方向において前記流路部材の前記側壁と重なり、前記第2層は積層方向において前記側壁と重ならないことを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする画像形成装置。
  5. 液滴を吐出するノズルを形成するノズル板と、前記ノズルが連通する加圧液室を形成する流路部材と、前記加圧液室内の一壁面を形成する振動板とを少なくとも備えるとともに、この順に積層してなる液滴吐出ヘッドの製造方法において、
    前記振動板は部位によって積層数が異なる積層構造とし、前記加圧液室に液体を供給可能な開口部に複数のフィルタ孔が形成されたフィルタ部を形成し、
    前記流路部材と前記振動板との接合面に接着剤を塗布し、
    前記フィルタ部に当接または近接する前記流路部材の側壁と、前記振動板の積層数が最も多い厚肉部とを、積層方向において重ならないように積層し、前記側壁及び前記厚肉部を加圧し、前記流路部材と前記振動板とを接合する工程を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
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