JP2012166427A - 液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加圧液室Aがノズル列に沿って配列されたノズルユニット10と、加圧液室に連通する共通液室をノズル列ごとに備えたフレーム部材20とを接合し、共通液室内の液体が加圧液室へ供給されるように構成されており、フレーム部材は、ノズルユニットに接合される接合面側に位置して各共通液室の一部を形成する貫通孔B1,B2,B3,B4を備えた金属部21と、金属部の貫通孔に連通して各共通液室の他部を形成する溝B5を備えた樹脂部22とを接合したものであり、ヘッド幅方向における金属部の貫通孔間の間隔が樹脂部の溝間の間隔よりも狭い。
【選択図】図1
Description
この液体吐出ヘッド300は、多数のノズル(吐出口)303aが配列された2以上のノズル列が並列に配置されたノズルユニット310と、共通液室Bを有する共通液室部材320とが、互いに接合された構造となっている。ノズルユニット310は、ノズル303aが形成されたノズル基板303、流路板301、振動板302などを積層して、各ノズル303aに対して供給される液体を貯留する個別液室Aがノズル列に沿って形成された構成となっている。共通液室部材320の共通液室Bはノズル列ごとに設けられており、各共通液室Bは、対応するノズル列に沿って配列された複数の個別液室Aに連通している。この液体吐出ヘッド300は、ノズルユニット310と共通液室部材320とが互いに接合され、これによりノズルユニット310の各個別液室Aと共通液室部材320の共通液室Bとが連通して、共通液室B内の液体が個別液室Aへ供給されるように構成されている。
液体吐出ヘッド300は、ノズルユニット310が共通液室部材320の接合面に密着するように接合されるため、共通液室部材320の接合面の平面度が悪いと、これに伴ってノズルユニット310のノズル面の平面度も悪くなる。ノズル面の平面度が悪いと、液滴が記録材上の目標着弾位置からずれて着弾してしまう現象(印字のヨレ)が発生してしまう。樹脂材料で作製される共通液室部材320においては、その接合面について高い平面度を確保することは困難である。そのため、印字のヨレが発生しやすいという問題点がある。
液体吐出ヘッド300のノズルユニット310は、図8に示したように、ノズル基板303、流路板301、振動板302などのノズルユニット用板部材をそれぞれ微細に加工した上で互いに積層することにより作製することができる。このようなノズルユニット用板部材301,302,303を単一のシート素材から複数個製作する場合、ノズルユニット用板部材一個当たりの加工費を少なくするためには、1シート素材当たりの取り数を増やして、1回の加工で作製されるノズルユニット用板部材の数を増やすことが望まれる。ところが、特許文献1に開示の液体吐出ヘッドのように、共通液室部材320が樹脂材料により作製されたものである場合、必要な強度を確保する等との関係で、ノズル列に沿ってそれぞれ延びる各共通液室B間の壁部の肉厚を薄くすることができない。そのため、共通液室B間の間隔(図8中左右方向における共通液室B間の距離)を狭めることができず、その結果、各共通液室Bにそれぞれ連通するノズルユニット310の個別液室Aの列間の間隔を狭めることもできなくなる。このようにノズルユニットの個別液室の列間隔を狭めることができないために、ノズル列の配列方向に対して直交する方向におけるノズルユニット310の寸法を小さくすることができない。よって、ノズル基板303、流路板301、振動板302などのノズルユニット用板部材を単一のシート素材から複数個製作する場合に、1シート素材当たりの取り数を増やすことができず、ノズルユニット用板部材一個当たりの加工費を少なくすることができないので、製造コストを小さくできないという問題点がある。
なお、この問題点は、ノズルユニット用板部材を積層して作成されるノズルユニットに限らず、ノズルユニットの寸法を小さくすることでノズルユニットの製造コストを小さくできる場合には、同様に生じ得るものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の液体吐出ヘッドにおいて、上記ノズルユニットは、上記ノズル列が形成されたノズル基板と、個別液室を含む液体流路を形成するための流路板と、個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板とを積層して接合したものであり、上記吐出駆動手段は、上記振動板を駆動することにより各個別液室内の液体を昇圧させることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の液体吐出ヘッドにおいて、上記共通液室部材の金属部は、3枚以上の金属板を積層した金属積層板で構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3の液体吐出ヘッドにおいて、上記3枚以上の金属板には、貫通孔間の間隔が異なっている少なくとも2種類の金属板が含まれており、上記金属積層板は、上記ノズルユニットに接合される接合面に近いほど貫通孔間の間隔が狭くなるように上記3枚以上の金属板を積層させたものであることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項3の液体吐出ヘッドにおいて、上記3枚以上の金属板には、ノズル列の配列方向に対して直交する方向について最外測に位置する2つの貫通孔の外側端間の距離が異なっている少なくとも2種類の金属板が含まれており、上記金属積層板は、上記ノズルユニットに接合される接合面に近いほど上記2つの貫通孔の外側端間の距離が短くなるように上記3枚以上の金属板を積層させたものであることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、液体吐出ヘッドから記録材に対して液滴を吐出して該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記液体吐出ヘッドとして、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを用いたことを特徴とするものである。
しかも、本発明では、ノズルユニットに接合される接合面側に位置する共通液室部材の一部だけを、共通液室を形成するための加工処理あるいは接合処理が高コストとなる金属材料で形成された金属部とし、共通液室部材の他部を樹脂材料で形成される樹脂部としている。このように、その一部を、共通液室を形成するための加工処理が射出成型等の低コストの処理で実現できる樹脂部とした分、共通液室部材の全体を金属材料で形成する場合と比較して、製造コストを小さくすることができる。
更に、本発明における共通液室部材は、ノズルユニットに接合される接合面側が金属材料で形成されているので、樹脂材料で形成されている場合よりも、共通液室間の間隔(ノズル列の配列方向に対して直交する方向における共通液室間の距離)を狭くすることが可能である。そこで、本発明では、各共通液室の接合面側の一部を形成する金属部の貫通孔間の間隔を、各共通液室の他部を形成する樹脂部の溝間の間隔よりも狭くしている。これにより、共通液室部材の全体が樹脂材料で形成されている場合よりも、接合面に開口する共通液室の出口開口部の間隔を狭めることができる。その結果、各共通液室の出口開口部と連通するノズルユニットの個別液室の列間隔を狭めることができるので、ノズル列の配列方向に対して直交する方向におけるノズルユニットの寸法を小さくすることができる。
図1は、本実施形態における液体吐出ヘッド100をノズル列に対して直交する断面に沿って切断した断面図である。
図2は、本実施形態における液体吐出ヘッド100をノズル列に沿って切断した断面図である。
本実施形態の液体吐出ヘッド100は、主に、ノズルユニット10と、共通液室部材としてのフレーム部材20と、吐出駆動手段としての圧電素子ユニット30とから構成される。
本実施形態における液体吐出ヘッド100は、例えば、圧電素子ユニット30の第2の圧電素子柱32aに印加する電圧を基準電位から下げることによって、第2の圧電素子柱32aが収縮し、振動板2の対応部分が下降して加圧液室Aの容積を膨張させることができる。これにより、共通液室B内のインクが、対応する加圧液室A内に流入する。その後、第2の圧電素子柱32aに印加する電圧を上げて第2の圧電素子柱32aを積層方向に伸長させると、振動板2の対応部分がノズル方向へ変位し、その加圧液室Aの容積を収縮させることができる。これにより、その加圧液室A内のインクが昇圧されて、その加圧液室Aに連通したノズル3aからインク滴が吐出(噴射)される。 そして、第2の圧電素子柱32a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の対応部分が初期位置に復元し、これにより加圧液室Aが膨張して負圧が発生する。このとき、加圧液室A内には共通液室Bからのインクが充填され、ノズルのメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴の吐出のための動作に移行する。
次に、上記実施形態における液体吐出ヘッドの一変形例(以下、本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
図4は、本変形例1における液体吐出ヘッド100をノズル列に対して直交する断面に沿って切断した断面図である。
本変形例1におけるフレーム部材20は、その金属部21が、上記実施形態と同様に、4枚の金属板からなる金属積層板で構成されている。ただし、4枚の金属板には、ヘッド幅方向について2つの貫通孔の外側端間の距離が異なっている2種類の金属板が含まれている。具体的には、樹脂部22と接合される第4金属板21dにおける2つの貫通孔の外側端間の距離よりも、他の金属板21a,21b,21cにおける2つの貫通孔の外側端間の距離の方が短く形成されている。なお、本変形例1では、2つの貫通孔の内側端間の距離はすべての金属板で同じとなっているが、異なるようにしてもよい。
次に、上記実施形態における液体吐出ヘッドの他の変形例(以下、本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
図5は、本変形例2における液体吐出ヘッド100をノズル列に対して直交する断面に沿って切断した断面図である。
本変形例2におけるフレーム部材20は、その金属部21が、上記実施形態と同様に、4枚の金属板からなる金属積層板で構成されているが、各金属板21a,21b,21c,21dにおける2つの貫通孔は、いずれも同じ寸法かつ同じ位置に形成されている。ただし、各金属板21a,21b,21c,21dにおける2つの貫通孔B1,B2,B3,B4間の間隔は樹脂部の溝B5間の間隔よりも狭くなっている。
しかも、本変形例2によれば、単一種類の金属板を積層させて金属部21を構成しているので、複数種類の金属板を積層させて金属部21を構成する場合と比較して、製造コストを下げることが可能である。
次に、上記実施形態における液体吐出ヘッドの更に他の変形例(以下、本変形例を「変形例3」という。)について説明する。
図6は、本変形例3における液体吐出ヘッド100をノズル列に対して直交する断面に沿って切断した断面図である。
本変形例3におけるフレーム部材20は、その金属部21が貫通孔B6を有する金属ブロックで構成されている。ただし、金属ブロックに形成される2つの貫通孔B6間の間隔は樹脂部の溝B5間の間隔よりも狭くなっている。
図7は、本実施形態におけるインクジェット方式の画像形成装置を示す説明図である。
この画像形成装置は、ライン型画像形成装置であり、装置本体201の内部に画像形成部202等を有し、装置本体201の下方側に多数枚の記録材(用紙)203を積載可能な給紙トレイ204を備え、この給紙トレイ204から給紙される用紙203を取り込み、搬送機構205によって用紙203を搬送しながら画像形成部202によって所要の画像を記録した後、装置本体201の側方に装着された排紙トレイ206に用紙203を排紙する。
なお、本実施形態では、本発明に係る液体吐出ヘッド100をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ/ファックス/コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、狭義のインク以外の液体や定着処理液などを用いる画像形成装置あるいは画像形成装置以外の装置にも適用することができる。
また、本実施形態において、ノズルユニット10は、ノズル列が形成されたノズル基板3と、加圧液室Aを含む液体流路を形成するための流路板1と、加圧液室Aの少なくとも一部の壁面を形成する振動板2とを積層して接合したものであり、圧電素子ユニット30は、振動板2を駆動することにより各加圧液室A内のインクを昇圧させる。これにより、ノズルユニット10をより低コストに製造することができる。
また、本実施形態(変形例3を除く。)において、フレーム部材20の金属部21は、3枚以上の金属板21a,21b,21c,21dを積層した金属積層板で構成されているので、金属部21をより低コストに製造することができる。
また、本実施形態(変形例2及び3を除く。)において、3枚以上の金属板21a,21b,21c,21dには、貫通孔間の間隔が異なっている少なくとも2種類の金属板が含まれており、その金属部21を構成する金属積層板は、ノズルユニット10に接合される接合面に近いほど貫通孔間の間隔が狭くなるように当該3枚以上の金属板を積層させたものである。これにより、金属部21内の共通液室部分の壁面は階段状となり、徐々にヘッド内側へ変位したものとなるので、金属部21の共通液室部分内のインクをスムーズにノズルユニット10の加圧液室Aへ送り込むことができる。
また、本実施形態(変形例3を除く。)において、3枚以上の金属板21a,21b,21c,21dには、ヘッド幅方向について最外測に位置する2つの貫通孔の外側端間の距離が異なっている少なくとも2種類の金属板が含まれており、その金属部21を構成する金属積層板は、ノズルユニット10に接合される接合面に近いほど当該2つの貫通孔の外側端間の距離が短くなるように当該3枚以上の金属板を積層させたものである。これにより、金属部21内の共通液室部分の壁面は階段状となり、徐々にヘッド内側へ変位したものとなるので、金属部21の共通液室部分内のインクをスムーズにノズルユニット10の加圧液室Aへ送り込むことができる。
2,302 振動板
3,303 ノズル基板
3a,303a ノズル
10,310 ノズルユニット
20 フレーム部材
21a,21b,21c,21d 金属板
21 金属部
22 樹脂部
30 圧電素子ユニット
31 ベース部材
32 圧電素子部材
100,300 液体吐出ヘッド
211k,211c,211m,211y 記録ヘッド
320 共通液室部材
A 加圧液室
B 共通液室
Claims (6)
- 複数のノズルが配列された2以上のノズル列が並列に配置され、かつ、各ノズルに対して供給される液体を貯留する個別液室がノズル列に沿って配列されたノズルユニットと、
ノズル列に沿って配列された複数の個別液室に連通する共通液室をノズル列ごとに備えた共通液室部材と、
各個別液室内の液体を昇圧することにより個別液室内の液体を対応するノズルから吐出させる吐出駆動手段とを有し、
上記ノズルユニットの各個別液室の入口開口部とこれに対応する上記共通液室部材の共通液室の出口開口部とが連通するように該ノズルユニットと該共通液室部材とを接合し、共通液室内の液体が個別液室へ供給されるように構成した液体吐出ヘッドにおいて、
上記共通液室部材は、上記ノズルユニットに接合される接合面側に位置して各共通液室の一部を形成する貫通孔を備えた金属部と、該金属部の貫通孔に連通して各共通液室の他部を形成する溝を備えた樹脂部とを接合したものであり、
ノズル列の配列方向に対して直交する方向における上記金属部の貫通孔間の間隔が上記樹脂部の溝間の間隔よりも狭いことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1の液体吐出ヘッドにおいて、
上記ノズルユニットは、上記ノズル列が形成されたノズル基板と、個別液室を含む液体流路を形成するための流路板と、個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板とを積層して接合したものであり、
上記吐出駆動手段は、上記振動板を駆動することにより各個別液室内の液体を昇圧させることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項1又は2の液体吐出ヘッドにおいて、
上記共通液室部材の金属部は、3枚以上の金属板を積層した金属積層板で構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項3の液体吐出ヘッドにおいて、
上記3枚以上の金属板には、貫通孔間の間隔が異なっている少なくとも2種類の金属板が含まれており、
上記金属積層板は、上記ノズルユニットに接合される接合面に近いほど貫通孔間の間隔が狭くなるように上記3枚以上の金属板を積層させたものであることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 請求項3の液体吐出ヘッドにおいて、
上記3枚以上の金属板には、ノズル列の配列方向に対して直交する方向について最外測に位置する2つの貫通孔の外側端間の距離が異なっている少なくとも2種類の金属板が含まれており、
上記金属積層板は、上記ノズルユニットに接合される接合面に近いほど上記2つの貫通孔の外側端間の距離が短くなるように上記3枚以上の金属板を積層させたものであることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 液体吐出ヘッドから記録材に対して液滴を吐出して該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
上記液体吐出ヘッドとして、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを用いたことを特徴とする画像形成装置。
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