JP2007307774A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】共通液室を通じて生じる相互干渉をレイアウト上の制約なく効率的に抑制することができない。
【解決手段】流路板1と、この流路板1の下面に接合した振動板2と、流路板1の上面に接合したノズル板3とによって液滴を吐出するノズル4が連通する加圧液室6、加圧液室6に液体を供給する供給路を兼ねた流体抵抗部7を構成するとともに、フレーム部材17に複数の加圧液室6に記録液を供給する共通液室8を形成し、共通液室8に振動板2と一体に形成されたダンパ部23を介して隣り合うダンパ室18を流路板1で形成し、ダンパ室18と外部とを連通する大気開放口24を振動板2に設けた。
【選択図】図1

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置に関する。

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えば、記録液(液体)の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体(以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。)を搬送しながら、液体としての記録液(以下、インクともいう。)を用紙に付着させて画像形成(記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。)を行なうものがある。

なお、「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し、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をも意味する。また、「液体」とは、記録液、インクに限るものではなく、吐出されるときに流体となるものであれば特に限定されるものではない。また、「液体吐出装置」とは液体吐出ヘッドから液体を吐出する装置を意味し、画像形成を行うものに限定されない。

液体吐出ヘッドとしては、個別流路(以下「加圧液室」という。)内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段(アクチュエータ手段)として圧電素子などで構成される圧電アクチュエータを用いたもの、発熱抵抗体などで構成されるサーマルアクチュエータを用いたもの、静電力を発生する静電アクチュエータを用いたものなどが知られている。

ところで、画像形成装置においては、より高品位な画像を、より速い印刷速度で出力できることが求められるようになっている。前者の要求に対しては、ノズルの数、密度共に増加する傾向にある。それに伴って、各加圧液室間隔は狭まくなり、また、吐出エネルギー印加の駆動周波数も高くなる傾向にある。後者の要求に対しては、ヘッドの長尺化が試みられており、媒体の幅全領域を覆うことのできるフルライン型ヘッドも実用化されつつある。

このような高密度化された多数のノズルを備えることが要求される液体吐出ヘッドにあっては、所定の加圧液室に加えた吐出エネルギーによって当該加圧液室の液体に圧力変動を生じるとともに、この加圧液室内で生じた圧力変動は複数の加圧液室に液体を供給する共通流路(以下「共通液室」という。)にも伝播する。

この共通液室に伝播した圧力変動によって隣接する加圧液室内の液体にも影響が及ぶ相互干渉が生じると、意図しないノズルからの液滴の漏洩や吐出や、吐出状態の不安定を誘発し、結果として高品位な画像出力を得ることを妨げることになる。

そこで、特許文献1にはインクを吐出する複数のノズルと、ノズルのそれぞれに対応して連通する複数の圧力室を並べて形成した、少なくとも一枚以上の平板からなる第一の平板層と、圧力室が並べられる方向に長い形状の共通インク室を形成した、少なくとも一枚以上の平板からなる第二の平板層と、一端を複数の圧力室のそれぞれに連通させ、他端を共通インク室に連通させた、インク流路と、共通インク室とインク供給源とを繋ぐインク供給通路と、第一の平板層と第二の平板層との間に位置する、薄膜状の平板部材と、平板部材に対し共通インク室と反対側で面する平板に形成される閉じた空間からなるダンパ室とを含むインクジェットヘッドが記載されている。
特開2003−311952号公報

特許文献2には個々の加圧液室へとインクを供給する共通液室を区画する壁に、撓んで共通液室の圧力変化を吸収するダンパ壁を複数形成し、それら複数のダンパ壁の少なくとも一部の弾性を異ならしめてなることが記載されている。
特開2006−007629号公報

特許文献3には共通液室に圧力を吸収するダンパ機構を設けることが記載されている。
特開2004−114315号公報

特許文献4にはインク貯留室の開口を塞ぐ振動板を介して圧力発生室を形成する部材とは異なる部材にダンパ用凹部を形成、ダンパ用凹部を外部と連通させる外部連通孔を形成すること、この連通孔の開口をフィルムで封止することが記載されている。
特開2002−103608号公報

特許文献5にはインク貯留室内に発泡性可撓性材料層を設けることが記載されている。
特開平07−171969号公報

特許文献6には複数の共通液室に連通し、かつ、大気と連通しないダンパ室を設けることが記載されている。
特開平08−20111号公報

特許文献7にはインク加圧室と共通インク室との連通部に振動吸収体を設けることが記載されている。
特開2000−43252号公報

特許文献8には複数の部材を積層して圧力発生室とダンパ室とを同じ高さ位置に、圧力発生室とダンパ室が隣接する共通液室とを異なる高さ位置に配置し、圧力発生室とダンパ室の壁面を振動板で形成するとともの共通液室とダンパ室との間の壁部を共通液室から圧力発生室へインクを供給するインク供給口を形成するインク供給口形成板で形成することが記載されている。
特開2002−68310号公報

特許文献9には共通液室の壁面を圧力吸収体によるダンパ面とすることが記載されている。
特開2004−284106号公報

上述した特許文献1に記載のインクジェットヘッドにあっては共通液室の壁面となる薄膜に面するダンパ室によって共通液室に生じる圧力変動を吸収する構成となっている。
しかしながら、このダンパ室は閉じた部屋になっているため、特にライン型ヘッドなど長尺のヘッドにおいては、多数の加圧液室にエネルギーを印加したときに生じる、比較的大きな圧力変動に対して、十分な緩衝効果を得られず、吐出が不安定になるという課題がある。

また、特許文献2に記載のヘッドにあっては特許文献1と同様に共通液室の壁面の一部を薄膜で構成して共通液室に生じた圧力変動を緩和せしめるが、薄膜が直接大気に面し、ダンパ室のような閉じた空間を設けていない点で特許文献1と異なる。このように構成すれば、大気は共通液室の容積に対して無限の大きさを持つとみなすことができて、圧力変動を吸収するに十分である。

しかしながら、この構成にあっては、薄膜面は必ず大気に接しなければならないため、レイアウト上の制約が大きくなるという課題がある。また、薄膜部が露出するため、記録媒体とヘッドが、何らかの要因(例えばジャムなど)で接触した場合、この薄膜部が損傷を受けて、共通液室内の液体が外部に流出してしまう可能性があるという課題もある。また、特にライン型ヘッドなど長尺のヘッドにおいては、薄膜部の面積が大きくなるために、部品としての剛性を保つことが困難になり、組立性の低下に繋がる。

また、特許文献3に記載のヘッドにあっては共通液室に圧力を吸収するダンパ機構を設けることで同文献に記載されているように組立て工程が複雑になる。

また、特許文献4に記載のヘッドにあっては圧力発生室の側方にインク貯留室を形成し、このインク貯留室と振動板を介してダンパ用凹部を隣接させて配置するために、インク貯留室として大きな容量を確保することが難しく、特にライン型ヘッドなど長尺のヘッドにおいては、補充供給が間に合わなくなるおそれがある。

また、特許文献5に記載のヘッドにあってはインク貯留室内に発泡性可撓性材料層を設けているが、発泡性可撓性材料層の加工配置が難しく、高周波駆動化、ノズル数の増加に伴って高くなる共通液室への圧力を十分に吸収することが難しくなる。

また、特許文献6に記載のヘッドにあってはダンパ室自体がインクで満たされているため滞留によって粘度が上昇したインクが共通液室から圧力発生室に供給されて滴吐出不良を生じるおそれがある。

特許文献7に記載のヘッドにあってはインク加圧室と共通インク室との連通部に振動吸収体を設けるので、滴吐出特性自体が変動を受けるおそれがある。

特許文献8に記載のヘッドにあっては共通液室とダンパ室との間の壁部を圧力発生室へインクを供給するインク供給口を形成するインク供給口形成板で形成するために部品点数が多くなる。

特許文献9に記載のヘッドにあっては共通液室の壁面を圧力吸収体によるダンパ面とするために、上記特許文献2に記載のヘッドと同様に、特にライン型ヘッドなど長尺のヘッドにおいては、薄膜部の面積が大きくなるために、部品としての剛性を保つことが困難になり、組立性の低下に繋がる。また、共通液室のダンパ面が共通液室内の圧力を吸収するために変形し振動する構造であると、その振動が減衰しきらないとその振動で圧力変動が生じ滴吐出のタイミングでメニスカスの完全な復帰がなされない現象が起こり、メニスカス制御性が困難になり、吐出滴の体積や速度や噴射方向にバラツキが生じるおそれがある。

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、レイアウト上の制約を低減しつつ、相互干渉を効率的に抑制した液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置、画像形成装置を提供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、液体を吐出するノズルが連通する複数の個別流路と、この個別流路の少なくとも1つの壁面を形成する振動板と、複数の個別流路に液体を供給する共通流路と、個別流路を形成する部材によって形成される、共通流路に隣接するダンパ室と、共通液室とダンパ室との間の壁部を形成する振動板と一体の変形可能な部分とを有する構成とした。

ここで、ダンパ室を外部と連通する連通路が設けられている構成とすることが好ましく、この場合、連通路はノズルが開口する面とは反対側で外部に開口していることが、特に連通路は振動板を変形させる圧電素子が設けられた空間に開口していることが好ましい。また、個別流路を形成する流路部材とノズルを形成したノズル板又は振動板は電鋳で一体形成されていることが好ましい。

本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルが連通する複数の個別流路と、この個別流路の少なくとも1つの壁面を形成する振動板と、複数の個別流路に液体を供給する共通流路と、この共通流路に隣接するダンパ室と、共通液室とダンパ室との間の壁部を形成する振動板と一体の変形可能な部分と、ダンパ室内に充填された制振材料と、ダンパ室と外部とを連通する少なくとも2つの連通路とを有する構成とした。

ここで、制振材料は液体である構成とでき、この場合、液体はオイル系材料であることが好ましい。あるいは、制振材料は粘弾性材料である構成とでき、この場合、粘弾性材料はシリコーン系材料であることが好ましい。また、連通路は制振材料が充填された状態で開口が封止されていることが好ましい。

これらの本発明に係る液体吐出ヘッドにおいては、共通液室は振動板の外周部を保持するフレーム部材に形成されていることが好ましい。

本発明に係る液体カートリッジは、本発明に係る液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドに液体を供給するタンクとを一体化したものである。

本発明に係る液体吐出装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。

なお、本発明において、「連通路」とは、ダンパ室と外部とを通じる部分(外部に開放されている場合及び封止ないし閉じている場合のいずれも含む。)という意味であり、「通路」だけでなく、「通路」とまでは言えない「開口」をも含む意味である。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、個別流路を形成する流路部材によって形成される、共通流路に隣接するダンパ室と、共通液室とダンパ室との間の壁部を形成する振動板と一体の変形可能な部分とを有する構成としたので、流路部材とは別に共通液室を設けることができて簡単な構成で共通液室の容量を確保することができ、ダンパ室の壁面となる変形可能な部分が外部に露出しないのでレイアウト上の制約が低減し、圧力変動も吸収できて相互干渉を効率的に抑制することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、共通流路に隣接するダンパ室と、共通液室とダンパ室との間の壁部を形成する振動板と一体の変形可能な部分と、ダンパ室内に充填された制振材料と、ダンパ室と外部とを連通する少なくとも2つの連通路とを有する構成としたので、ダンパ室の壁面となる変形可能な部分が外部に露出しないのでレイアウト上の制約が低減し、ダンパ室内に制振材料が充填されているので大きな圧力変動も吸収できて相互干渉を効率的に抑制することができる。

本発明に係る液体カートリッジによれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、レイアウト上の制約が低減し、圧力変動も吸収できて相互干渉を効率的に抑制することができる液体吐出ヘッド一体型の液体カートリッジが得られる。

本発明に係る液体吐出装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、安定した滴吐出を行うことができる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、安定した滴吐出を行うことができ、高画質画像を形成できる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る液体吐出ヘッドの第1実施形態について図1ないし図3を参照して説明する。なお、図1は同液体吐出ヘッドの分解斜視説明図、図2は同じく液室長手方向(ノズル並び方向と直交する方向)に沿う断面説明図、図3は同じく液室短手方向(ノズル並び方向)に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、流路板(液室基板)1と、この流路板1の下面に接合した振動板2と、流路板1の上面に接合したノズル板3とを有し、これらによって液滴(液体の滴)を吐出するノズル4が連通する個別流路としての加圧液室(圧力室、加圧室、流路などとも称される。)6、加圧液室6に液体であるインク(記録液)を供給する供給路を兼ねた流体抵抗部7、本発明に係るダンパ室18を形成している。

ここで、流路板1は、SUS基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜きなどの機械加工することで、各加圧液室6、流体抵抗部7、ダンパ室18などの開口をそれぞれ形成している。なお、後述するように、流路板1とノズル板3或いは振動板2とを電鋳で一体形成することもできる。また、結晶面方位(110)の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液(KOH)などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで形成したものや、その他感光性樹脂などを用いることもできる。

振動板2は、図2に示すように液室6側から第1層2a、第2層2b、第3層2cの3層構造のニッケルプレートで形成したもので、例えば電鋳によって作製している。なお、この振動板2は、例えば、ポリイミドなどの樹脂部材とSUS基板などの金属プレートとの積層部材、或いは、樹脂部材から形成したものなどを用いることもできる。

ノズル板3は、各加圧液室6に対応して多数のノズル4を形成し、流路板1に接着剤接合している。このノズル板3としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、ポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル4の内部形状(内側形状)は、ホーン形状(略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。)に形成し、このノズル4の穴径はインク滴出口側の直径で約20〜35μmとしている。さらに、各列のノズルピッチは150dpiとした。

また、ノズル板3のノズル面(吐出方向の表面:吐出面)には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、PTFE−Ni共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂(例えばフッ化ピッチなど)を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、記録液物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、記録液の滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。

そして、振動板2には、図2に示すように、各加圧液室6に対応して第1層2aで形成したダイアフラム部2Aの中央部に第2層2b、第3層2cの2層構造の凸部2Bを形成し、この凸部2Bに圧力発生手段(アクチュエータ手段)を構成する圧電素子12をそれぞれ接合している。また、各加圧液室6の隔壁6Aに対応して3層構造部分(厚肉部2B)に支柱部13を接合している。

これらの圧電素子12及び支柱部13は積層型圧電素子部材14にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施して櫛歯状に分割して形成したもので、支柱部13も圧電素子であるが駆動電圧を印加しないために単なる支柱となっている。この積層型圧電素子部材14はベース部材15に接合している。

なお、圧電素子12(圧電素子部材14)は、例えば厚さ10〜50μm/1層のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の圧電層と、厚さ数μm/1層の銀・パラジューム(AgPd)からなる内部電極層とを交互に積層したものであり、内部電極を交互に端面の端面電極(外部電極)である個別電極、共通電極に電気的に接続し、これらの電極にFPCケーブル16を介して駆動信号を供給するようにしている。

また、圧電素子12の圧電方向としてd33方向の変位を用いて加圧液室6内記録液を加圧する構成とすることも、圧電素子12の圧電方向としてd31方向の変位を用いて加圧液室6内記録液を加圧する構成とすることもできる。本実施形態ではd33方向の変位を用いた構成をとっている。

ベース部材15は金属材料で形成することが好ましい。ベース部材13の材質(材料)が金属であれば、圧電素子12の自己発熱による蓄熱を防止することができる。圧電素子12とベース部材13は接着剤により接着接合しているが、チャンネル数が増えると、圧電素子12の自己発熱により100℃近くまで温度が上昇し、接合強度が著しく低下することになる。また、自己発熱によりヘッド内部の温度上昇が発生し、インク温度が上昇するが、インクの温度が上昇すると、インク粘度が低下し、噴射特性に大きな影響を与える。したがって、ベース部材15を金属材料で形成して圧電素子12の自己発熱による蓄熱を防止することで、これらの接合強度の低下、記録液粘度の低下による噴射特性の劣化を防止することができる

さらに、振動板2の周囲には例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材17を接着剤で接合している。

このフレーム部材17には、各加圧液室6に記録液を供給する共通液室8を形成し、共通液室8から振動板2に形成した供給口9、流体抵抗部7の上流側に形成した流路10、流体抵抗部7を介して加圧液室6に記録液が供給される。なお、フレーム部材17には共通液室8に外部から記録液を供給するための記録液供給口19も形成される。また、共通液室8は、図1に示すように、加圧液室6の並び方向(ノズル並び方向:これを「共通液室長手方向」とする)に平面形状で長方形状に形成している。

ここで、加圧液室6の壁面を形成する部材である振動板2で共通液室8の一部の壁面を形成し、この共通液室8の壁面を形成する部分をダンパエリア21(ただし、物理的に区画された領域ではない。)としている。

このダンパエリア21は、図4(共通液室8側から見た図である。)にも示すように、3層構造の振動板2の3層構造部分(加圧液室6側から第1層2aないし第3層2cとする。)で形成した厚肉部22と、第2層2b及び第3層2cを形成しないで(一部を肉抜きして)第1層2aの1層構造とした部分で構成した平面矩形状の変形可能な部分であるダンパ部23とによって構成している。つまり、ダンパ部23は隣接する共通液室8とダンパ室18との間の壁部を形成する変形可能な部分である。この場合、厚肉部22とダンパ部23とは共通液室8の長手方向(ノズル配列方向)でストライプ状に配置されることになる。

なお、厚肉部22を2層構造とし、ダンパ部23を1層構造とし、あるいは、厚肉部22を3層構造とし、ダンパ部23を2層構造としても良い。また、共通液室8の一部の壁面を形成する振動板2の少なくとも共通液室8側は耐インク性(耐液性)を有することが好ましい。

そして、ダンパエリア21は共通液室8内の圧力を吸収するためにダンパ部23が変形可能であり、このダンパエリア21の共通液室8に対して反対に位置する他面は流路板1に形成したダンパ室18の壁面の一部を形成している。ダンパ室18は、振動板2に形成された外部(大気)に連通した連通路としての大気連通口24を通して大気開放される空間であり、ダンパ部23の振動を減衰させる機能を持つことにより正確なメニスカス制御が可能となる。

大気連通口24は、フレーム部材17と圧電素子12の組み付けの隙間となる空間25に開口する位置に形成している。これにより、振動板2のみに大気連通口24を形成することでダンパ室18を大気開放させる(外部に連通させる)ことが可能であり、他の部品への加工が必要なく、製作コストを抑えることができる。

また、ダンパ室18と外部とを連通する連通路(ここでは大気開放口24)をノズル4が形成された面と反対側に開口することで、ダンパ室18への記録液の進入を防止することができる。つまり、ノズル面側に連通路を開口させると、ノズル面をワイピングしたときなどに記録液が連通路を通じてダンパ室18内に侵入するおそれがある(そのため、所謂ノズルカバーなどで覆われた空間に開口させる必要がある。)、ノズル面とは反対側に開口することでダンパ室18内への記録液の侵入を防止することができる。

また、連通路となる大気開放口24はダンパ部23に対向しない位置に形成している。これにより、大気開放口24から異物が挿入されてダンパ部23が損傷されることを防止できる。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子12に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子12が収縮し、振動板2が下降して加圧液室6の容積が膨張することで、加圧液室6内にインクが流入し、その後圧電素子12に印加する電圧を上げて圧電素子12を積層方向に伸長させ、振動板2をノズル4方向に変形させて加圧液室6の容積/体積を収縮させることにより、加圧液室6内の記録液が加圧され、ノズル4から記録液の滴が吐出(噴射)される。

そして、圧電素子12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が初期位置に復元し、加圧液室6が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室8から加圧液室6内に記録液が充填される。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うこともできる。

このようにしてノズル4から液滴を吐出させるために加圧液室6内に圧力変動が生じさせると、加圧液室6内の圧力変動が流体抵抗部7を通じて共通液室8に伝播され、共通液室8に伝播した圧力変動が他の流体抵抗部7を介して他の加圧液室6に伝播することがある。これにより、ダンパ室18がない場合、この他の加圧液室6のノズル4が液滴を吐出させないチャンネルであるときには、記録液が漏洩したり、液滴が吐出されたりする可能性がある。また、この他の加圧液室6のノズル4が液滴を吐出させるチャンネルであるときには、滴吐出に対して影響を与える可能性がある。

これに対して、この液体吐出ヘッドにおいては、共通液室8に振動板2と一体のダンパ部23を介して隣接するダンパ室18を設けているので、共通液室8内に圧力変動が伝播したときには、ダンパ部23が変形(変位)して圧力変動が吸収される。これにより、圧力波が加圧液室6に戻ることが防止されてメニスカスの制御性も安定する。

このとき、多数のノズル4が同時に駆動されて液滴が吐出され、共通液室8に大きな圧力変動が伝播された場合でも、ダンパ室18が大気開放口24を介して外部に連通しているので、ダンパ部23は十分に変形することができて、大きな圧力変動でも効率的に吸収することができる。

つまり、ダンパ室18が密閉された空間であるときにはダンパ部24の変形に対してダンパ室18内の空気が抵抗となってダンパ部24が十分に変形することができず、大きな圧力変動を吸収できないのに対し、ダンパ室18が大気開放されていることで、ダンパ室18内の空気がダンパ部23の変形に対する抵抗となることを防止できる。

そして、ダンパ部23をダンパ室18と共通液室8との間の壁部として設けて直接大気に接しない構成としているので、レイアウト上の制約も低減する。つまり、ダンパ部23が直接大気に接しているときにはジャムなどが生じたときに破損しないようなレイアウトにしなければならず制約が多くなるのに対し、ダンパ部23がダンパ室18で保護されているので、このようなレイアウト上の制約が低減するのである。

また、連通路の外部(大気)側開口を完全な開口部とすることにより、ダンパ室18と外部との間での空気の出入りが容易であり、開口に変形可能な手段を設けた場合(完全な開口部でない場合)に比べて相対的に高い緩衝効果が得られる。

また、ダンパ部23を加圧液室6の一面に配置される振動板2と同一の層としてほぼ同一の厚みで同一部材上に形成することで、ヘッドの構成部品の数を減らすことができるとともに、同一の工程で同時に形成することが可能となる。さらに、加圧液室6を構成する部品及び共通液室8を構成する部品を形成後、液室壁面を形成する部分とダンパ部からなる層を含む振動板2を接合するだけで、加圧液室部及び共通液室部を形成することが可能となって、製造コスト、製造工数及び組立て工数などを減らすことができる。

また、同様にダンパ室18を流路板1に形成される加圧液室6と同一の深さ(もしくは貫通形状)として同一部材(ここでは流路板1)に形成させることでヘッドの構成部品の数を減らすことができるとともに、同一の工程で同時に形成することが可能となる。これにより、一度の接合で加圧液室6及びダンパ室18を形成することが可能となって、製造コスト、製造工数及び組立て工数などを減らすことができる。

さらに、加圧液室6とダンパ室18とを加圧液室を形成する部材で形成することによって、共通液室8をフレーム部材17などに形成することができ、共通液室の大容量化を図ることができ、特に長尺ヘッドのようにノズル数が増加した場合でも加圧液室に対する記録液の供給不足を生じることがなく、安定した滴吐出を行うことができる。

なお、本実施形態では圧力発生手段として圧電素子を用いているが、発熱体を加熱して熱エネルギーの作用によって液に気泡を発生させる方法を用いても良く、本発明に係る液体吐出ヘッドにおける圧力発生手段は限定されるものではない。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第2実施形態について図5を参照して説明する。なお、図5は同液体吐出ヘッドの模式的説明図である。なお、第1実施形態と対応する部分には同じ符号を付している。
このヘッドにおいても、共通液室8から流体抵抗部7を介して加圧液室6に記録液が供給され、図示しない圧力発生手段によって加圧液室6内の記録液が加圧されることによってノズル4から液滴が吐出される。

そして、共通液室8と変形可能な部分であるダンパ部23を介してダンパ室18が隣接して設けられ、このダンパ室18を外部に連通する少なくとも2つの連通路24A、24Bが設けられている。

さらに、ダンパ室18内には制振材料26を充填している。ダンパ室18へ制振材料26を充填するときには、例えば、一方の連通路24Aから制振材料26を押し込み(注入し)、他方の連通路24Bから気体抜きを行って充填する。あるいは、制振材料26の充填方法としては、一方の連通路24Aから気体をポンプ等で負圧状態として真空引きし、同時に他方の連通路24Bから制振材料26を注入するなどして行うことができる。

この場合、制振材料26を注入した後の、ダンパ室18に備えられた外部と連通する連通路24A、24Bは封止材によって封止することで制振効果を向上させることができ、また、制振材料26が外部へ漏れることを防止できる。

なお、この制振材料26を充填する構成では、前記第1実施形態の配置に限らず、ダンパ室18とダンパ部23は、共通液室8との配置関係が上記の条件を満たすのであれば、液体吐出ヘッドを構成するどの部材に配置されていてもかまわない。

このように構成することにより、液滴吐出のために加圧液室6に圧力を与えたとき、共通液室8に伝播した圧力変動によってダンパ部23が変形して、このダンパ部23の変形が制振材料26で吸収される。このとき、大きな圧力変動が共通液室8に伝播されてもダンパ室18内に制振材料26が充填されているので、十分に圧力を吸収することができ、安定した滴吐出を行うことができる。

ここで、制振材料26は粘弾性物質であることが好ましい。振動を減衰させるのに弾性と粘性の両方を備えることが効果的であり、更に、粘度が共通液室8内の液体よりも粘度が高い物質であることがより好ましい。粘弾性物質としては、シリコン系樹脂、合成ゴム系樹脂、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴムなどが好ましく、また、これらを含む発泡体等であってもよい。

制振材料26の形成方法は原液の塗布と硬化による形成の他、成型品にしてそれを配置或いは配置することにより形成してもよい。また、制振材料26は、振動減衰に有効な弾性と粘性を備えるゲル状の物質が好適であり、更にシリコーンゲルは弾性と粘性の温度変化が小さく好適である。また、制振材料26としては、オイルのような液体であってもよく、この場合は、シリコンオイル等が好ましい。

また、本実施形態のように制振材料26が共通液室8内の液体(本実施形態ではインク:記録液)に接しない構造であるため、制振材料26が耐液性を持たなくてもよく、記録液や制振材料26の種類の選択枝が広い。これにより、ヘッドの製造コストを低減しやすく、使用出来る記録液種も多いため高画質化し易くなる。

次に、この第2実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例について図6を参照して説明する。なお、図6は同液体吐出ヘッドの分解斜視説明図である。なお、第1実施形態と対応する部分には同じ符号を付している。
流路板1に形成したダンパ室18は流路板1に形成した溝部からなる連通路24A,24Bによって外部と連通し、このダンパ室18には図示しない制振材料(上記制振材料26)が充填されている。この液体吐出ヘッドを組立て後、前述したように、例えば、一方の連通路24Aからダンパ室18に制振材料を押し込み(注入し)、他方の連通路24Bから気体抜きを行って充填する。

なお、この形態においては、連通路24A、24Bが流路板1の側面に開口するので、ノズル面に付着する記録液が連通路内に侵入して制振材料26と反応を生じないように、図7に示すように、ノズル板1の周縁部を保護するノズルカバー30で流路板1の側面を覆っていることが好ましい。また、ダンパ室18内に制振材料26を充填しない構成であっても同様にノズルカバー30で連通路の開口を覆うことが好ましい。

次に、共通液室8の構造の他の例について図8を参照して説明する。なお、図8はフレーム部材の斜視説明図である。
この例では、共通液室8は長手方向の端部8a、8aで短手方向の幅が狭くなり深さが浅くなる形状となっている。共通液室8をこのような形状とすることにより記録液の流れ性と気泡排出性を高めることができる。

次に、流路板とノズル板を一体形成した液体吐出ヘッドの例について図9を参照して説明する。なお、図9は同液体吐出ヘッドの要部断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、電鋳法によってノズル板51Aと液室部材(流路板)51Bとを一体化したノズル流路部材51と振動板2とを接合して、液滴を吐出するノズル54、ノズル54が連通する液室56、前述した図示しないダンパ室などを形成している。そして、流路板51Bは、液室56を形成するとともに各液室56を隔てる液室間隔壁56Aを形成している。なお、その他の部分の構成は前記実施形態と同様であるので、同じ符号を付してその部分の説明を省略する。

ここで、液室間隔壁56Aを含む流路板51Bは、金属材料で形成し、厚み(液室56の並び方向の幅)が振動板2から離れるにしたがって連続的に薄くなっている形状、すなわち、隔壁56Aの壁面56aが振動板側からノズル板側に向って連続的に傾斜するテーパ形状に形成している。

このように液室間隔壁を金属材料で形成し、この隔壁の少なくとも一部の厚みが振動板側から離れるにしたがって連続的に薄くなっている形状とすることによって、液室間隔壁と振動板の接合面積を十分に確保しながら、高密度化にも対応可能となり、しかも、低コスト化、高信頼性化を図ることができる。

そして、このようにノズル板と流路板を一体形成した部材を用いることで、流路部材でダンパ室を形成する場合に、振動板をノズル流路部材に接合するだけで良く、更に部品点数の削減、組み付け工数の削減を図ることができる。

次に、本発明に係る液体カートリッジについて図10を参照して説明する。なお、図10は同液体カートリッジの一例を示す斜視説明図である。
この液体カートリッジ90は、ノズル91を有する本発明に係る液体吐出ヘッド92と、この液体吐出ヘッド92に液体としての例えば記録液を供給する液体収容部(タンク)93とを一体に備えている。

これによって、レイアウト上の制約が低減し、圧力変動も吸収できて相互干渉を効率的に抑制することができる液体吐出ヘッド一体型の液体カートリッジが得られる。

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液体吐出装置を含む画像形成装置の一例について図11を参照して説明する。なお、図11は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。
この画像形成装置は、媒体の印字領域幅以上の長さのノズル列(ノズル4を並べたもの)を有するフルライン型ヘッドからなる記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置である。

この画像形成装置は、例えばブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の液滴を吐出する、フルライン型の4個の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド101k、101c、101m、101y(色を区別しないときには「記録ヘッド101)という。)を備え、各記録ヘッド101はノズル4を形成した面を下方に向けて図示しないヘッドホルダに装着している。また、各記録ヘッド101に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構102を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド101と維持回復機構102とを相対的に移動させて、記録ヘッド101のノズル面に維持回復機構102を構成するキャッピング部材などを対向させる。

なお、ここでは、記録ヘッド101は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンダ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた1又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドに記録液を供給する記録液カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。

給紙トレイ103は、用紙104を載置する底板105と、用紙104を給送するための給紙コロ(半月コロ)106を備えている。底板105はベース108に取り付けられた回転軸109を中心に回転可能であって、加圧ばね110によって給紙コロ106側に付勢されている。なお、給紙コロ106に対向して、用紙104の重送を防止するため、人工皮、コルク材等の摩擦係数の大きい材質からなる図示しない分離パッドが設けられている。また、底板105と給紙コロ106の当接を解除する図示しないリリースカムが設けられている。

そして、この給紙トレイ103から給紙された用紙104を搬送ローラ112とピンチローラ113との間に送り込むために用紙104を案内するガイド部材110、111を設けている。

搬送ローラ112は、図示しない駆動源によって回転されて、送り込まれる用紙104を記録ヘッド101に対向して配置したプラテン115に向けて搬送する。プラテン115は、記録ヘッド101と用紙104とのギャップを維持することができるものであれば、剛体構造体でもよいし、搬送ベルトなどを用いることもできる。

プラテン115の下流側には、画像が形成された用紙104を排紙するための排紙ローラ116及びこれに対向する拍車117を配置し、排紙ローラ116によって画像が形成された用紙104を排紙トレイ118に排紙する。

また、排紙トレイ118と反対側には、用紙104を手差し給紙するための手差しトレイ121と、手差しトレイ121に載置された用紙104を給紙する給紙コロ122を配置している。この手差しトレイ121から給紙される用紙104はガイド部材111に案内されて搬送ローラ112とピンチローラ113との間に送り込まれる。

この画像形成装置においては、待機状態では、リリースカムが給紙トレイ103底板105を所定位置まで押し下げ、底板105と給紙コロ106との当接を解除している。そして、この状態で、搬送ローラ112が回転されることによって、この回転駆動力が図示しないギア等により給紙コロ106及び図示しないリリースカムに伝達されて、リリースカムが底板105から離れて底板105が上昇し、給紙コロ106と用紙104が当接し、給紙コロ106の回転に伴って用紙104がピックアップされて給紙が開始され、図示しない分離爪によって一枚ずつ分離される。

そして、給送コロ106の回転によって用紙104がガイド部材110、111に案内されて搬送ローラ112とピンチローラ113との間に送り込まれ、搬送ローラ112によって用紙104がプラテン115上に送り出される。その後、用紙104の後端は給紙コロ106のDカット部に対向して当接が解除され、搬送ローラ112によってプラテン115上に搬送される。なお。給紙コロ106と搬送ローラ112との間に、補助的に、搬送回転対を設けることもできる。

このようにしてプラテン115上を搬送される用紙104に対して、記録ヘッド1から液滴を吐出して画像を形成し、画像が形成された用紙104は排紙ローラ116によって排紙トレイ118に排紙される。なお、画像形成時における紙搬送の速度と液滴吐出のタイミングは図示しない制御部によって制御される。

このように、本発明に係るライン型の液体吐出ヘッドを備えることによって、高速で高画質画像を形成することができる。

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液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例について図12及び図13を参照して説明する。なお、図12は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、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201A、201B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、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図13で矢示方向(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からなる記録ヘッド234a、234b(区別しないときは「記録ヘッド234」という。)を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、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、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。

また、キャリッジ233には、記録ヘッド234のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク235a、235b(区別しないときは「ヘッドタンク35」という。)を搭載している。このサブタンク235には各色の供給チューブ36を介して、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に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド244を備え、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を案内するガイド部材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とを備えるとともに、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図13の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1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、図13に示すように、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、図13に示すように、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液体回収容器であるインク回収ユニット(空吐出受け)288を配置し、このインク回収ユニット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、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。

このようなシリアル型画像形成装置であっても、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えることによって、安定した滴吐出特性が得られるので、高速で高画質画像を記録できるようになる。

なお、上記実施形態では本発明に係る液体吐出装置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も適用することができる。また、記録液以外の液体を用いる液体吐出装置や画像形成装置にも適用することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの第1実施形態の分解斜視説明図である。 同液体吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。 同じく液室短手方向に沿う断面説明図である。 同液体吐出ヘッドの振動板を共通液室側から見た斜視説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの第2実施形態の模式的説明図である。 同実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例を説明する分解斜視説明図である。 同液体吐出ヘッドの連通路をノズルカバーで覆う例の要部断面説明図である。 共通液室の他の例を説明するフレーム部材の斜視説明図である。 本発明に係る他の液体吐出ヘッドの構成の説明に供する断面説明図である。 本発明に係る液体カートリッジの斜視説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを含む液体吐出装置を備えた本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。 同じく要部平面説明図である。

符号の説明

1…流路板
2…振動板
3…ノズル板
4…ノズル
6…加圧液室
8…共通液室
12…圧電素子
13…支柱部
18…ダンパ室
21…ダンパエリア
22…厚肉部
23…ダンパ部
24…大気開放口(連通路)
25…圧電素子が配置された空間
101…記録ヘッド(液体吐出ヘッド)
234…記録ヘッド(液体吐出ヘッド)

Claims (15)

  1. 液体を吐出するノズルが連通する複数の個別流路と、
    この個別流路の少なくとも1つの壁面を形成する振動板と、
    複数の個別流路に液体を供給する共通流路と、
    前記個別流路を形成する部材によって形成される、前記共通流路に隣接するダンパ室と、
    前記共通液室とダンパ室との間の壁部を形成する前記振動板と一体の変形可能な部分と
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記ダンパ室を外部と連通する連通路が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 請求項2に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記連通路は前記ノズルが開口する面とは反対側で外部に開口していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  4. 請求項3に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記連通路は前記振動板を変形させる圧電素子が設けられた空間に開口していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記個別流路を形成する流路部材と前記ノズルを形成したノズル板又は前記振動板は電鋳で一体形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  6. 液体を吐出するノズルが連通する複数の個別流路と、
    この個別流路の少なくとも1つの壁面を形成する振動板と、
    複数の個別流路に液体を供給する共通流路と、
    この共通流路に隣接するダンパ室と、
    前記共通液室とダンパ室との間の壁部を形成する前記振動板と一体の変形可能な部分と、
    前記ダンパ室内に充填された制振材料と、
    前記ダンパ室と外部とを連通する少なくとも2つの連通路と
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
  7. 請求項6に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記制振材料は液体であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  8. 請求項7に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記液体はオイル系材料であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  9. 請求項6に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記制振材料は粘弾性材料であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  10. 請求項9に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記粘弾性材料はシリコーン系材料であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  11. 請求項6ないし10のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記連通路は前記制振材料が充填された状態で開口が封止されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  12. 請求項1ないし11のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記共通液室は前記振動板の外周部を保持するフレーム部材に形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  13. 液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドに液体を供給するタンクとを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液体吐出ヘッドが請求項1ないし12のいずれかに記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
  14. 液体吐出ヘッドから液滴を吐出する液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項1ないし12のいずれかに記載の液体吐出ヘッド又は請求項13に記載の液体カートリッジであることを特徴とする液体吐出装置。
  15. 液体吐出ヘッドから液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項1ないし12のいずれかに記載の液体吐出ヘッド又は請求項13に記載の液体カートリッジであることを特徴とする画像形成装置。
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