JP6205866B2 - 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、2以上の前記個別流路に対応する複数のフィルタ領域に区画する補強領域が設けられ、
前記液導入部側には、前記フィルタ部の補強領域に対応して隔壁が設けられ、
前記隔壁のノズル配列方向の幅が、前記補強領域のノズル配列方向の幅より広く、
前記フィルタ部の補強領域に対応する前記隔壁のノズル配列方向の幅は、前記個別流路間隔壁の前記液導入部より下流側の部分よりも広い
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線に沿う断面説明図である。 比較例1の流路部分の平面説明図である。 本発明の第2実施形態に係る液体吐出ヘッドの説明に供する図5のD−D線に沿う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)の断面説明図及び要部拡大図である。 本発明の第3実施形態に係る液体吐出ヘッドの流路部分の平面説明図である。 本発明の第4実施形態に係る液体吐出ヘッドの流路部分の平面説明図である。 本発明の第5実施形態に係る液体吐出ヘッドの流路部分の平面説明図である。 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。

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3aに接合している。また、非駆動柱12Bを振動板部材3の凸部3b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。これにより、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6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線に沿う断面説明図である。なお、図5ではフィルタ領域を見やすくするために塗りつぶしを施している(以下でも同じとする。)。

まず、図4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、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。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。

そして、図5に示すように、複数の個別流路5の間にはそれぞれ仕切りとなる隔壁51が形成されている。

ここで、フィルタ部9の補強領域92は、個別流路配列方向(ノズル配列方向でもある。)において、個別流路5間の隔壁51に対応する位置に設けられている。

そして、フィルタ部9の補強領域92に対応して、液導入部8側に、フィルタ領域9Aに対応して液導入部8を仕切る隔壁52が設けられている。この隔壁52は個別流路間の隔壁51を延長して形成している。

この隔壁52のノズル配列方向の幅L1は、フィルタ部9の補強領域92のノズル配列方向の幅L2よりも広く(L1>L2)している。また、隔壁52のノズル配列方向の幅L1は、液導入部8よりも下流側の個別流路5間の隔壁51のノズル配列方向の幅L3よりも広く(L1>L3)している。

ここで、比較例1について図7を参照して説明する。図7は同比較例1の流路部分の平面説明図である。

この比較例1は、フィルタ部9に補強領域92に対応して個別流路間隔壁51を同じ幅で延長して形成している。ここで、個別流路間隔壁51のノズル配列方向の幅L3は、フィルタ部9の補強領域92のノズル配列方向の幅L2よりも狭くなっている(L3<L2)。

そのため、比較例1にあっては、フィルタ部9の補強領域92の液導入部8側に、流れの澱み領域が発生し、この澱み領域に気泡400が滞留すると、気泡400の排出が困難になる。

これに対して、本実施形態では、隔壁52のノズル配列方向の幅L1がフィルタ部9の補強領域92のノズル配列方向の幅L2よりも広い(L1>L2)ので、フィルタ部9の補強領域92の液導入部8側に流れの澱み領域が発生することがなくなり、気泡が滞留することもなくなる。

これにより、液体の加圧供給や吸引を行うことで、フィルタ部9の全域で液体の流れが生じて、混入する気泡を容易に排出することができ、気泡排出性が向上する。

このように、フィルタ部には、2以上の個別流路に対応する複数のフィルタ領域に区画する補強領域が設けられ、液導入部側には、フィルタ部の補強領域に対応して隔壁が設けられ、隔壁のノズル配列方向の幅が、補強領域のノズル配列方向の幅よりも広い構成とすることで、気泡排出性を向上することができる。

次に、本発明の第2実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図8及び前述した図5を参照して説明する。図8は図5のD−D線に沿う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)の断面説明図及び要部拡大図である。なお、図を見やすくするため、要部拡大図ではフィルタ領域は空白にしている。

本実施形態では、ノズル配列方向と直交する方向において、液導入部8の個別流路5と反対側の端部8aは、フィルタ部9の個別流路5と反対側の端部9aよりも個別流路5側に位置している(出っ張っている。)。

これにより、フィルタ部9のノズル配列方向と直交する方向の端部9aの液導入部8側においても澱み領域がなくなり、気泡排出性が向上する。また、流路板2とフィルタ部9との接合領域が増えることでフィルタ部9が補強される。

次に、本発明の第3実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図9を参照して説明する。図9は同ヘッドの流路部分の平面説明図である。

本実施形態では、フィルタ部9に補強領域を設けないで、個別流路間隔壁51を同じ幅で液導入部8まで延長して、フィルタ部9に直接接合している。

ここでは、すべての個別流路間隔壁51を延長するのではなく、所定数毎に、つまり、延長された個別流路間隔壁51、51の間に2以上の個別流路5が対応するように延長している。

この場合、フィルタ部9に液導入部8側で澱みを生じる補強領域がないので、個別流路間隔壁51をそのまま延長しても澱み領域がなく、気泡排出性が向上する。

次に、本発明の第4実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図10を参照して説明する。図10は同ヘッドの流路部分の平面説明図である。

本実施形態では、隔壁52は、ノズル配列方向と直交する方向で個別流路5から離れるに従ってノズル配列方向の幅が広がるように形成されている。ここでは、平面で見て、隔壁52のノズル配列方向の両端面を斜めに形成している。

このように構成しても、フィルタ部9の補強領域92の液導入部8側に流れの澱み領域が発生することがなくなり、気泡が滞留することもなくなる。

次に、本発明の第5実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図11を参照して説明する。図11は同ヘッドの流路部分の平面説明図である。

本実施形態でも、隔壁52は、ノズル配列方向と直交する方向で個別流路5から離れるに従ってノズル配列方向の幅が広がるように形成されている。ここでは、平面で見て、隔壁52のノズル配列方向の両端面を湾曲させて形成している。

このように構成しても、フィルタ部9の補強領域92の液導入部8側に流れの澱み領域が発生することがなくなり、気泡が滞留することもなくなる。

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。キャリッジ233は、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を装着している。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つのノズル列を有している。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と分離パッド244を備えている。分離パッド244は、給紙コロ243に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる。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。また、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、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る。これにより、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
51 個別流路間の隔壁
52 隔壁
91 フィルタ孔
92 補強領域
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、2以上の前記個別流路に対応する複数のフィルタ領域に区画する補強領域が設けられ、
    前記液導入部側には、前記フィルタ部の補強領域に対応して隔壁が設けられ、
    前記隔壁のノズル配列方向の幅が、前記補強領域のノズル配列方向の幅より広く、
    前記フィルタ部の補強領域に対応する前記隔壁のノズル配列方向の幅は、前記個別流路間隔壁の前記液導入部より下流側の部分よりも広い
    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、2以上の前記個別流路に対応する複数のフィルタ領域に区画する補強領域が設けられ、
    前記液導入部側には、前記フィルタ部の補強領域に対応して隔壁が設けられ、
    前記隔壁のノズル配列方向の幅が、前記補強領域のノズル配列方向の幅より広く、
    前記フィルタ部の補強領域に対応して設けられた前記隔壁のノズル配列方向の幅は、前記個別流路から離れるに従って広く形成されている
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. ノズル配列方向と直交する方向において、前記液導入部の前記個別流路と反対側の端部は、前記フィルタ部の前記個別流路と反対側の端部よりも前記個別流路側に位置している
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  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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