JP6205866B2 - 液体吐出ヘッド、画像形成装置 - Google Patents

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３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。

Images