JP2015168189A - 液体吐出ヘッド、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】個別流路の壁面に振動減衰部材を保持するためにヘッド製作工程が複雑になる。
【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル４が形成されたノズル板１と、ノズル４が通じる複数の個別流路５１を形成する流路板２と、個別流路５１の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材３とを備え、流路板２のノズル板１と接合する接合面を含む個別流路５１の壁部であるノズル通路５の壁面とノズル板１との接合面に跨る壁部に凹部５２を設け、この凹部５２に振動減衰部材としての流路板２とノズル板１と接合する接着剤からなる振動減衰部材５３を保持している。
【選択図】図４

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。

液体吐出ヘッドから液滴を吐出するときに生じる残留圧力変動が生じて滴吐出特性が変動することから、流路板の個別流路の壁面に振動減衰部材を保持するものが知られている(特許文献１)。

特開２０１０−１６２８６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているように、個別流路の壁面に振動減衰部材を保持するためには、ヘッドの組み立て工程とは別の工程で流路板の凹部に振動減衰部材を注入して保持させる必要がある。

そのため、ヘッドの製造工程が複雑に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、簡単な構成で、個別流路内で残留振動を減衰できるように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形成されたノズル板と、
前記ノズルが通じる複数の個別流路を形成する流路板と、
前記個別流路の少なくとも一部の壁面を形成する壁面部材と、を備え、
前記流路板には、前記ノズル板及び前記壁面部材のいずれかと接合する接合面を含む前記個別流路の壁部に凹部が設けられ、
前記凹部には振動減衰部材が配置され、
前記振動減衰部材が前記流路板と前記ノズル板又は前記壁面部材とを接合する接着剤である
構成とした。

本発明によれば、簡単な構成で、個別流路内で残留振動を減衰できる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出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。 同ヘッドの要部断面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図である。 同じくノズル配列方向に沿う要部断面説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図である。 本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図である。 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、図４は同じく要部断面説明図である。

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、壁面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が通じる個別流路５１を形成している。個別流路５１は、ノズル４側を下流側とするとき、下流側からノズル４が通じるノズル通路５を介して通じる個別液室６と、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とで構成される。

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に形成した導入口部（導入穴部、供給口）９を通じて、個別流路５１に液体が導入され、液導入部８、流体抵抗部７を経て個別液室６に液体が供給される。なお、導入口部９にはフィルタが設けられても良い。

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、各個別液室６に対応してノズル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、又は個別液室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などの個別流路５１を形成する溝部を形成している。なお、シリコン基板に限らず、例えばＳＵＳなどの金属部材などを使用することもできる。

振動板部材３は、流路板２の少なくとも一部である個別液室６を含む個別流路５１の壁面を形成する壁面部材である。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、この液体吐出ヘッドにおける振動減衰に係わる構成について図４も参照して説明する。

流路板２のノズル板１と接合する接合面を含む個別流路５１の壁部、ここでは、ノズル通路５の壁面とノズル板１との接合面に跨る壁部に凹部５２を設けている。そして、この凹部５２に振動減衰部材としての流路板２とノズル板１と接合する接着剤からなる振動減衰部材５３を保持している。

ここでは、流路板２のノズル板１との接合面には個別液室６と反対側に溝部６１を形成しているので、この溝部６１と同時に凹部５２も形成する。この場合、流路板２をシリコン基板として、エッチングで溝部６１を形成するとき、溝部６１と同じ深さ（接合面からの高さ）の凹部５２を同時に形成できる。

これにより、凹部５２を容易に形成することができる。なお、溝部６１はノズル板１との接合面の開口面積を振動板部材３との接合面の開口面積と合わせることで、流路板２の反りを抑制するために形成される。

このように構成したので、滴吐出に伴う個別液室６で生じる残留振動がノズル通路５内に伝播することで、残留振動を減衰させることができ、安定した滴吐出を行うことができる。

また、ノズル通路５の壁面に振動減衰部材５３を配置することで、早期にノズルメニスカスの振動を抑制することができる。

そして、流路板２のノズル板１との接合面を含む壁部に凹部５２を設け、この凹部５２に保持する振動減衰部材５３を接着剤とすることで、簡単な構成で振動減衰部材５３を個別流路５１の壁面に保持して配置することができる。

ここで、凹部５２は、ノズル配列方向と直交する方向の長さＬが、ノズル板１に垂直な方向の高さＨよりも長い構成としている。

これにより、振動減衰部材５３が十分に振動を吸収できるだけの体積を確保することができる。

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５及び図６を参照して説明する。図５は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図、図６は同ヘッドのノズル配列方向に沿う要部断面説明図である。

本実施形態では、流路板２の振動板部材３と接合する接合面を含む個別流路５１の壁部、ここでは、個別液室６とノズル通路５とのつなぎ部分で、個別液室６側と反対側の壁面と振動板部材３との接合面に跨る壁部に凹部５２を設けている。そして、この凹部５２に振動減衰部材としての流路板２と振動板部材３と接合する接着剤からなる振動減衰部材５３を保持している。

この場合、流路板２をシリコン基板で形成し、個別液室６をエッチングで形成するとき、個別液室６と同じ深さの凹部５２を形成することができる。

このように構成したので、前記第１実施形態と同様に、残留振動を減衰することができる。また、簡単な構成で振動減衰部材５３を個別流路５１の壁面に保持して配置することができる。

さらに、個別液室６へ液体が充填されるときに、個別液室６内を進行する液体が壁面（凹部５２が形成されている箇所の壁面）に反射されて共通液室６側へ圧力波が伝播されることも低減できる。

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７を参照して説明する。図７は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図である。

本実施形態では、前記第１実施形態及び第２実施形態を組み合わせて、流路板２のノズル板１との接合面側及び振動板部材３との接合面側のいずれにも凹部５２を設けて接着剤からなる振動減衰部材５３を保持している。

これにより、前記第１、第２実施形態の作用効果が得られる。さらに、流路板２のノズル板１との接合面側及び振動板部材３との接合面側のいずれか一方に凹部５２を形成する場合に比べて、流路板２のノズル板１との接合面側及び振動板部材３との接合面側の開口面積の差を少なくすることができて、接合による反りを低減することができる。

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８を参照して説明する。図７は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う要部断面説明図である。

本実施形態では、流路板２は、ノズル板１側から第１流路板２Ａ，第２流路板２Ｂ，第３流路板２Ｃの順に接着接合して構成している。

そして、ノズル板１と接合する第１流路板２Ａ、振動板部材３と接合する第３流路板２Ｃには、プレス加工などで、前記第３実施形態と同様に凹部５２、５２を形成して、接着剤からなる振動減衰部材５３を保持している。

上記各実施形態では、壁面部材が振動板部材である例で説明しているが、発熱抵抗体などの圧力発生手段を備えるアクチュエータ基板などでも同様に本発明を適用することができる。

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９及び図１０を参照して説明する。図９は同装置の機構部の側面説明図、図１０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。

また、圧力発生手段は、圧電アクチュエータに限らず、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用することもできる。

１ ノズル板
２ 流路板
３ 振動板部材
４ ノズル
５ ノズル通路
６ 個別液室
８ 液導入部
９ 導入口部
１０ 共通液室
１２ 圧電部材
２０ フレーム部材
５１ 個別流路
５２ 凹部
５３ 振動減衰部材
２３３ キャリッジ
２３４ａ、２３４ｂ 記録ヘッド

Claims (3)

1. 液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル板と、
   前記ノズルが通じる複数の個別流路を形成する流路板と、
   前記個別流路の少なくとも一部の壁面を形成する壁面部材と、を備え、
   前記流路板には、前記ノズル板及び前記壁面部材のいずれかと接合する接合面を含む前記個別流路の壁部に凹部が設けられ、
   前記凹部には振動減衰部材が配置され、
   前記振動減衰部材が前記流路板と前記ノズル板又は前記壁面部材とを接合する接着剤である
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記凹部は、ノズル配列方向と直交する方向の長さが、前記ノズル板に垂直な方向の高さよりも長い
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２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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