JP6364724B2 - 液体吐出ヘッド、画像形成装置 - Google Patents

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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が通じる複数の個別液室と複数の個別液室に液体を供給する共通液室との間に、液体をろ過するフィルタ領域が形成された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2012−056262公報
上述したフィルタ部材は、薄層の部材であるために、ノズル配列方向でフィルタ領域を複数領域に分ける補強リブ(補強領域、隔壁部)が設けられる。
ところが、補強領域を設けると、補強領域の部分で液体の流れに淀みが生じて気泡排出性が低下するという課題が生じる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、フィルタ部材の剛性を高めつつ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がそれぞれ通じる複数の個別液室と、
前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室と、
前記共通液室から前記個別液室に供給される前記液体をろ過するフィルタ部材と、を備え、
前記フィルタ部材は、ノズル配列方向において、隔壁部で隔てられた複数のフィルタ領域を有し、
液体の流れの方向において、前記隔壁部の前記フィルタ領域の表面からの高さは、前記隔壁部を除く前記フィルタ領域の周囲部分の前記フィルタ領域の表面からの高さより低く、
前記フィルタ部材は複層構造をなし、
前記隔壁部の最上部及び前記フィルタ領域の周囲部分の最上部は、前記複層構造のうちの最上層によって構成される
構成とした。
本発明によれば、フィルタ部材の剛性を高めつつ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。 図4のC−C線に沿う断面説明図である。 図4のD−D線に沿う断面説明図である。 同実施形態の作用説明に供する説明図である。 同じくフィルタ部の平面説明図である。 比較例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断面説明図である。 本発明の第3実施形態の異なる例の説明に供する断面説明図である。 本発明の第4実施形態の説明に供するフィルタ領域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のフレーム部材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。
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。
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、流体抵抗部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及び後述するフィルタ部9を形成するフィルタ部材を兼ねている。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5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8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(a)はフィルタ部の模式的平面説明図、図5(b)は図5(a)のC−C線に沿う断面説明図、図6は図4のD−D線に沿う断面説明図である。
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穴90が形成されている。
フィルタ部9には、隔壁部となる補強領域92が設けられて、2以上の個別液室6に対応する複数のフィルタ領域91に区画されている。補強領域92によって複数のフィルタ領域91に区画することにより、フィルタ部9全体として流路圧力に耐え得る強度を確保することができる。
フィルタ領域91は第1層(1層目)3Aの1層で形成され、補強領域92及び補強領域92を除くフィルタ領域91の周囲部分93はいずれも第2層(2層目)3B及び第3層(3層目)3Cで形成されている。
このとき、第3層3Cは、補強領域92を形成する部分の厚みを、補強領域92を除くフィルタ領域91の周囲部分93の厚みよりも薄く形成している。
これにより、液体の流れの方向において、隔壁部である補強領域92のフィルタ領域91の表面からの高さH2は、隔壁部(補強領域92)を除くフィルタ領域91の周囲部分93のフィルタ領域91の表面からの高さH1より低くなる(H2<H1)。
なお、隣り合うフィルタ領域91、91間の補強領域92は、ノズル4の並び方向(以下、「ノズル配列方向」という。)と直交する方向に延びるリブ状であり、振動板部材3と一体に形成されている。
このように構成した本実施形態の作用について図7ないし図9も参照して説明する。図7は本実施形態の説明に供する説明図であり、(a)はフィルタ部の模式的平面説明図、(b)は(a)のE−E線に沿う断面説明図である。図8は同じくフィルタ部の平面説明図であり、フィルタ穴の図示は省略している。図9は比較例の説明に供する説明図であり、(a)はフィルタ部の模式的平面説明図、(b)は(a)のF−F線に沿う断面説明図である。
まず、図9に示す比較例は、フィルタ領域591以外は3層構造とすることで、フィルタ領域591Aの周囲部分93及び補強領域592の高さを同じにしたものである。
このような構成にすると、フィルタ領域591の隅511の部分で、補強領域592からフィルタ領域591に向かう流れ510が生じない、あるいは、緩やかになる、澱み領域が発生し易くなる。そのため、この澱み領域で気泡が滞留し易くなり、気泡排出性が低下することになる。
これに対し、本実施形態では、図7に示すように、補強領域92の高さH2を周囲部分93の高さH1よりも低くしているので、周囲部分93から補強領域92を経てフィルタ領域91までスムーズな流れ110が発生して、澱み領域が発生しない。これにより、気泡排出性が向上する。
また、図8(a)に示すように、フィルタ領域91の隅91aも、液体(インク)はニュートン流体であるため、流速が他の領域に比べて遅くなる部分がある。しかしながら、補強領域92の高さH2が周囲部分93の高さH1よりも低くなっているので、図8(b)に示す流れ110aが生じる。この流れ110aによって、フィルタ領域91の隅91aに溜まろうとする気泡は、流速が比較的速い中央部へと流れる。これにより、気泡排出性が向上する。
このように、液体の流れの方向において、隔壁部のフィルタ領域の表面からの高さは、隔壁部を除くフィルタ領域の周囲部分のフィルタ領域の表面からの高さより低い構成とすることで、フィルタ部材の剛性を高めつつ気泡排出性を向上することができる。
なお、上記実施形態では、フィルタ部9(フィルタ部材)を3層構造とした例で説明しているが、2層構造にして、2層目は、補強領域92を形成する部分の厚みを、補強領域92を除くフィルタ領域91の周囲部分93の厚みよりも薄く形成するようにすることもできる。
また、フィルタ部材を単層構造として、上述したと同様に、液体の流れの方向において、隔壁部である補強領域のフィルタ領域の表面からの高さが、隔壁部(補強領域)を除くフィルタ領域の周囲部分のフィルタ領域の表面からの高さより低くなるように形成することもできる。
さらに、1つのフィルタ領域が複数の個別液室に対応する構成で説明しているが、個々の個別液室毎にフィルタ領域を設けて、各フィルタ領域間に隔壁部が配置される構成にも同様に適用することができる。
次に、本発明の第2実施形態について図10を参照して説明する。図10は同実施形態の説明に供する断面説明図である。
本実施形態では、フィルタ領域91は第1層3Aの1層で形成され、補強領域92は第1層3A及び第2層3Bで形成され、補強領域92を除くフィルタ領域91の周囲部分93は第1層3A、第2層3B及び第3層3Cの3層で形成されている。
これにより、液体の流れの方向において、隔壁部である補強領域92のフィルタ領域91の表面からの高さは、隔壁部(補強領域92)を除くフィルタ領域91の周囲部分93のフィルタ領域91の表面からの高さより低くなる(H2<H1)。
このようにしても、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、本発明の第3実施形態の異なる例について図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断面説明図である。
本実施形態は、補強領域92のノズル配列方向の幅が、フィルタ領域91の表面に近づくに従って直線(曲線でもよい)的(図11(a))に、あるいは、段階的(図11(a))に広くなるように形成している。
これによって、更にスムーズな液体の流れを生じさせることができて、気泡排出性を更に向上できる。
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フィルタ領域の平面説明図である。
本実施形態では、平面(液体の流れの方向と直交する方向の面)で見て、矩形状のフィルタ領域91には、円形のフィルタ穴90Aが配置されるとともに、周縁部分に半円形状のフィルタ穴90Bが配置されている。
このようにすることで、円形のフィルタ穴90Aだけではフィルタ穴90Aを配置できない領域にも半円形状のフィルタ穴90Bを配置することができて、フィルタ効率が向上する。
次に、フィルタ領域及びフィルタ穴について説明する。
フィルタ穴90の穴径(穴の最も長いところの長さ)は、ノズル4の穴径の4/5以下とすることが好ましい。これにより、ノズルに詰まる大きさの異物を確実に除去できる。
また、フィルタ穴90の穴径(穴の最も長いところの長さ)は、流体抵抗部7の液体の流れ方向と直交する方向の断面における最も短い距離の2/3以下とすることが好ましい。これにより、流体抵抗部に詰まる大きさの異物を確実に除去できる。
また、1つの個別液室に対応するフィルタ穴90の開口面積の総和が1つのノズル4の穴面積の10倍以上であることが好ましい。これにより、フィルタによる流体抵抗が大きくなりすぎない。
フィルタ領域91の液体の流れ方向における厚みが、ノズル板1の厚みの1/5以下であることが好ましい。これにより、フィルタによる流体抵抗を小さくすることができる。
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る。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
6 個別液室
8 液導入部
9 フィルタ部
10 共通液室
12 圧電部材
90 フィルタ穴
91 フィルタ領域
92 補強領域(隔壁部)
93 周囲部分
20 フレーム部材
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がそれぞれ通じる複数の個別液室と、
    前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室と、
    前記共通液室から前記個別液室に供給される前記液体をろ過するフィルタ部材と、を備え、
    前記フィルタ部材は、ノズル配列方向において、隔壁部で隔てられた複数のフィルタ領域を有し、
    液体の流れの方向において、前記隔壁部の前記フィルタ領域の表面からの高さは、前記隔壁部を除く前記フィルタ領域の周囲部分の前記フィルタ領域の表面からの高さより低く、
    前記フィルタ部材は複層構造をなし、
    前記隔壁部の最上部及び前記フィルタ領域の周囲部分の最上部は、前記複層構造のうちの最上層によって構成される
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記最上層の厚みが前記隔壁部の部分で薄くなっている
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記フィルタ部材は、3層構造をなし、
    1層目で前記フィルタ領域が形成され、
    2層目で前記隔壁部が形成され、
    2層目及び3層目で前記フィルタ領域の周囲が形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記フィルタ領域には、円形のフィルタ穴が配置されるとともに、周縁部分に半円形状のフィルタ穴が配置されている
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか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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