JP2014162159A - 液体吐出ヘッド、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤逃がし用凹部に通じる空気抜き穴から接着剤が溢れやすい。
【解決手段】 流路板２には、液体供給路７の流体抵抗部を形成する中央部の島状凸部５２には、振動板部材３との接合面側に接着剤逃がし用の凹部５３が形成され、振動板部材３には、流路板２との接合部位である島状凸部５２に対応して、接着剤逃がし用の凹部５３に通じる空気抜き穴５３が形成され、空気抜き穴５３は、流路板２との接合面側の開口径よりも接合面と反対側の面（外部面）の開口径が小さくなるように形成している。
【選択図】図７

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。

液体吐出ヘッドは、例えば、ノズルを形成したノズル板と、ノズルが通じる個別液室などの個別流路を形成する流路板と、個別液室の壁面を形成する振動板部材などの壁面部材と、を接着剤接合して構成するものが知られている。

このように薄層部材を接着剤接合するとき、接着剤の溢れによって流路がふさがれることを防止する必要がある。

そこで、ノズル板に接着剤溜め用の凹部を形成するもの（特許文献１）、接着剤逃げ部と空気抜け穴を設けるもの（特許文献２）が知られている。

特開２００２−０５２７２３号公報 特開２００２−０９６４７８号公報

しかしながら、上述した特許文献２に開示されているように接着剤逃げ部に通じる空気抜き穴を設けると、空気抜き穴から接着剤が外部に溢れ出してしまうという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、空気抜き穴から接着剤が外部に溢れ出すことを低減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、
少なくとも２つの薄層部材を接着剤で接合して流路を形成した液体吐出ヘッドであって、
少なくとも一方の薄層部材には、接合部位に対応して空気抜き穴が形成され、
前記空気抜き穴は、接合面側の開口径よりも前記接合面と反対側の開口径が小さい
構成とした。

本発明によれば、空気抜き穴から接着剤が外部に溢れ出すことを低減できる。

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。 同じく接着剤逃がし用凹部及び空気抜き穴部分の拡大断面説明図である。 本発明の第２実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図である。 図８のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。 同じく接着剤逃がし用凹部及び空気抜き穴部分の拡大断面説明図である。 本発明の第３実施形態の説明に供する空気抜き穴部分の断面説明図である。 同実施形態の他の例の説明に供する空気抜き穴部分の壁面部の断面説明図である。 本発明の第４実施形態の説明に供する空気抜き穴部分の断面説明図である。 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３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の一部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。この振動板部材３も、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７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、図７は接着剤逃がし用凹部及び空気抜き穴部分の拡大断面説明図である。

本実施形態においては、一方の薄層部材は振動板部材３であり、他方の薄層部材は流路板２である。

流路板２には、液体供給路７の流体抵抗部を形成する中央部の島状凸部５２には、振動板部材３との接合面側に接着剤逃がし用の複数の凹部５３が形成されている。なお、複数の凹部５３に代えて1つの長い凹部（溝）を形成することもできる。

一方、振動板部材３には、流路板２との接合部位である島状凸部５２に対応して、接着剤逃がし用の凹部５３に通じる空気抜き穴５４が形成されている。

ここで、振動板部材３は、電鋳で作製した、第１層３Ａ、第２層３Ｂ、第３層３Ｃからなる三層構造の複層部材である。そして、空気抜き穴５４は、流路板２との接合面側の開口径よりも接合面と反対側の面（外部面）の開口径が小さくなるように形成している。

この場合、振動板部材３は、流路板２との接合面から離れる層ほど、つまり、第１層３Ａ、第２層３Ｂ、第３層３Ｃの順にオーバーハング形状部３ａが大きくなることで、上述したように、外部側に向かうに従って開口径が小さくなるように形成している。

また、振動板部材３の第１層３Ａ〜第３層３Ｃの各オーバーハング形状部３ａは、流路板２の凹部５３の外周より内側に突き出している。

このように構成したので、流路板２と振動板部材３とを接着剤接合するとき、余剰の接着剤６０が接着剤逃がし用凹部５３に逃げる。このとき、凹部５３には空気抜き穴５４が通じているので、積極的に接着剤６０が侵入することができ、液体供給路７を接着剤６０で塞いでしまうことが防止される。

そして、空気抜き穴５４は、流路板２の凹部５３側から外部に向かって段階的に小さく形成されているので、凹部５３に侵入した接着剤６０は段階的に堰き止められて、空気抜き穴５４から外部に溢れ出すことが防止される。

このとき、振動板部材３が電鋳で形成され、空気抜き穴５４の内周部に突き出すオーバーハング形状部３ａを有する形状であることから、第１層３Ａと第２層３Ｂとの間、第２層３Ｂと第３層３Ｃとの間でも、段階的に接着剤６０が止められる。

さらに、第２層３Ｂのそれぞれのオーバーハング形状部３ａの付け根を空気抜き穴５４から遠ざかる方向に後退させて、第１層３Ａと第２層３Ｂのそれぞれのオーバーハング形状部３ａの重なり幅（ノズル配列方向における幅）を、第３層３Ｃと第２層３Ｂのそれぞれのオーバーハング形状部３ａの重なり幅よりも広くすることができる。これにより、流路板２の凹部５３に近い側で接着剤６０を堰き止める空間を大きくして、より接着剤６０の溢れ出し防止効果を大きくすることができる。

このように、空気抜き穴は、接合面側の開口径よりも接合面と反対側の開口径が小さい構成とすることで、空気抜き穴から接着剤が外部に溢れ出すことを低減できる。

なお、本実施形態では、振動板部材が三層構造である例で説明しているが、二層構造或いは四層以上の構造とすることもできる。

次に、本発明の第２実施形態について図８ないし図１０を参照して説明する。図８は同実施形態の説明に供する流路部分の平面説明図、図９は図８のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、図１０は接着剤逃がし用凹部及び空気抜き穴部分の拡大断面説明図である。

本実施形態は、液体供給路７の流体抵抗部に対応する流路間隔壁５１に接着剤逃がし用凹部５３を形成し、振動板部材３に凹部５３に通じる空気抜き穴５４を形成している。空気抜き穴５４の形状は前記第１実施形態と同様である。

このように構成しても、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振動板部材の空気抜き穴部分の断面説明図である。

本実施形態では、振動板部材３に大径部と小径部の二段階形状の空気抜き穴５４を形成している。

このように構成しても、前記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、振動板部材３を電鋳以外の方法で形成することができる。

さらに、振動板部材を電鋳以外の方法で形成する場合でも、第１実施形態と同様に振動板部材に接着剤を堰き止める構成を適用することができる。例えば、図１２では、振動板部材３に複数段の凹溝５６ａ、５６ｂを形成することで、上下段の凹溝５６ａ、５６ｂそれぞれで接着剤を堰き止めている。

次に、本発明の第４実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態の説明に供する振動板部材の空気抜き穴部分の断面説明図である。

本実施形態では、振動板部材３の空気抜き穴５４が接着剤逃がし用空間を兼ねている。

このように構成すれば、流路板２側の加工は不要になり、また、前記第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、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、これに限るものでなく、振動板部材を使用しない液体吐出ヘッドにも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１４及び図１５を参照して説明する。図１４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る。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
７ 液体供給路
８ 液導入部
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
５３ 接着剤逃がし用凹部
５４ 空気抜き穴
２３３ キャリッジ
２３４ａ、２３４ｂ 記録ヘッド

Claims (6)

1. 少なくとも２つの薄層部材を接着剤で接合して流路を形成した液体吐出ヘッドであって、
   少なくとも一方の薄層部材には、接合部位に対応して空気抜き穴が形成され、
   前記空気抜き穴は、接合面側の開口径よりも前記接合面と反対側の開口径が小さい
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記一方の薄層部材と接合される他方の薄層部材には、前記一方の薄層部材の前記空気抜き穴に対応して凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記空気抜き穴が形成された薄層部材は複層部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 液滴を吐出するノズルが通じる個別液室を形成する流路板と、
   前記個別液室の一部の壁面を形成する壁面部材と、を有し、
   前記流路板と前記壁面部材とが接着剤で接合され、
   前記一方の薄層部材が前記壁面部材である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
5. 前記壁面部材は、電鋳で形成された複層部材であり、前記空気抜き穴を形成している部分で、前記流路板との接合面から離れる層ほどオーバーハング形状部が大きくなる
   ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 請求項１ないし５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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