JP2008036871A - 液体吐出ヘッド、画像形成装置および液滴吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 液体吐出性の向上と、圧力室内に停留した気泡および液体の排除性の向上を両立させること。
【解決手段】
圧力室22と、圧力室22の容積を変化させるアクチュエータとしての圧電素子23と、圧力室22へ液体を供給するための液体供給口24と、圧力室22と連通し、圧電素子23が駆動されたときに圧力室22内の液体を吐出するノズル25と、ノズル25を介さないで圧力室22から気泡および液体を排出するための液体排出口26を備え、液体供給口24は、ノズル25の軸線25d上に配置され、液体排出口26は、ノズル25の配置面225に垂直な軸線25dを含む断面において、液体供給口24とは圧力室22を挟んで対角の位置に配置されている構成とした。
【選択図】 図2
【解決手段】
圧力室22と、圧力室22の容積を変化させるアクチュエータとしての圧電素子23と、圧力室22へ液体を供給するための液体供給口24と、圧力室22と連通し、圧電素子23が駆動されたときに圧力室22内の液体を吐出するノズル25と、ノズル25を介さないで圧力室22から気泡および液体を排出するための液体排出口26を備え、液体供給口24は、ノズル25の軸線25d上に配置され、液体排出口26は、ノズル25の配置面225に垂直な軸線25dを含む断面において、液体供給口24とは圧力室22を挟んで対角の位置に配置されている構成とした。
【選択図】 図2
Description
本発明は液体吐出ヘッド、画像形成装置および液滴吐出装置に係り、特に圧力室内の停留した気泡および液体を排出するための液体排出口を液体吐出口とは別に設けた液体吐出ヘッド、画像形成装置および液滴吐出装置に関する。
インクが充填される圧力室と、圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、圧力室へインクを供給するためのインク供給口と、圧力室と連通し、アクチュエータが駆動されたときに圧力室内のインクを吐出するノズル(インク吐出口)と、ノズルを介さないで圧力室の気泡やインクを排出するインク排出口を備えた液体吐出ヘッドが知られている。
例えば、特許文献1には、流路(圧力室に相当)のノズルの形成されていない他の一端にインク排出口が形成され、前記流路の中間にインク供給口が形成され、インク排出口はインク吸引部に接続され、インク供給口はインク貯蔵タンクに接続されているものが記載されている。流路内の気泡やインクは、インク排出口を経由して吸引排出される。
特開平4−259565号公報
しかしながら、特許文献1に記載のものでは、インク供給口からノズルまで流路(圧力室に相当)の約1/2の長さが必要で、また、インク供給口からノズルへのインクの流れがストレートでないので、インク吐出後のインクの再充填(リフィル)に時間がかかる。したがって、インク吐出の繰り返し周波数を低くせざるを得ないので、高粘度インクの吐出に不向きである。インク供給口からノズルへのインクの流れがストレートになるようにインク供給口およびノズルを配置しようとすると、インク供給口からノズルへのインクの流れから外れた領域が増えることにより、気泡やインクが停留し易くなって、気泡を排除し難くなるという課題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、液体吐出性の向上と、圧力室内に停留した気泡および液体の排除性の向上とを両立させることが可能な液体吐出ヘッド、画像形成装置および液滴吐出装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、液体が充填される圧力室と、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記圧力室へ液体を供給するための液体供給口と、前記圧力室と連通し、前記アクチュエータが駆動されたときに前記圧力室内の液体を吐出する液体吐出口と、前記液体吐出口を介さないで前記圧力室から気泡および液体を排出するための液体排出口と、を備え、前記液体供給口は、前記液体吐出口の軸線上に配置され、前記液体排出口は、前記液体吐出口の配置面に垂直な前記軸線を含む断面において、前記液体供給口とは前記圧力室を挟んで対角の位置に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
この発明によれば、液体供給口が液体吐出口の軸線上に配置されているので、液体供給口から液体吐出口への液体の流れがストレートとなり、液体吐出動作時の液体の再充填(リフィル)の流れがよくなる。したがって、高粘度の液体を用いる場合であっても、液体吐出の繰り返し周波数を高くすることができる。その一方で、液体排出口が液体吐出口の配置面に垂直な断面において液体供給口とは圧力室を挟んで対角の位置に配置されているので、圧力室内の停留した気泡および液体を十分に排除できる。すなわち、本発明によれば、液体吐出性の向上と、圧力室内に停留した気泡および液体の排除性の向上とを、両立させることが可能となる。
請求項2に記載の発明は、液体が充填される圧力室と、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記圧力室へ液体を供給するための液体供給口と、前記圧力室と連通し、前記アクチュエータが駆動されたときに前記圧力室内の液体を吐出する液体吐出口と、前記液体吐出口を介さないで前記圧力室から気泡および液体を排出するための液体排出口と、を備え、前記液体供給口、前記液体排出口および前記液体吐出口への連通口が前記圧力室内で同一の面上に形成され、前記液体供給口が前記圧力室内で前記液体吐出口への連通口の近傍に配置され、前記液体排出口が前記圧力室内で前記液体吐出口への連通口とは対角の位置に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
この発明によれば、液体供給口、液体排出口および液体吐出口への連通口が圧力室内で同一の面上に形成され、液体供給口が液体吐出口への連通口の近傍に配置されているので、液体吐出動作時の液体の再充填(リフィル)の流れがよくなる。したがって、高粘度の液体を用いる場合であっても、液体吐出の繰り返し周波数を高くすることができる。その一方で、液体供給口、液体排出口および液体吐出口への連通口が圧力室内で同一の面上に形成され、液体排出口が圧力室内で液体吐出口への連通口とは対角の位置に配置されているので、圧力室内の停留した気泡および液体を十分に排除できる。すなわち、本発明によれば、液体吐出性の向上と、圧力室内に停留した気泡および液体の排除性の向上とを、両立させることが可能となる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記液体吐出面には凹部が形成され、前記凹部内の奥面に前記液体排出口が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
この発明によれば、液体吐出動作時に液体排出口から液体が漏れないように液体排出口を封止するキャップを装着しても、液体吐出面と被吐出媒体との間隔を液体排出口のキャップの高さに依存せず最適にすることが可能となるので、液体の着弾精度が向上する。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記凹部は、複数の前記圧力室で共通に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
例えば、凹部は、メッシュ状または縞状に形成する。
この発明によれば、液体排出口を封止するキャップも、複数の液体排出口に共通とすることが可能となるので、剛性がアップする。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れか1項に記載の発明において、前記液体排出口の径が前記液体吐出口の径よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
この発明によれば、液体排出口を介した圧力室内の気泡排除が容易になり、気泡残留が更に少なくなるので、安定した液体吐出が可能になる。また、圧力室内に停留し変質した液体の排除が容易になり、吐出性が更に向上する。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5の何れか1項に記載の液体吐出ヘッドを備え、該液体吐出ヘッドから液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出装置を提供する。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至5の何れか1項に記載の液体吐出ヘッドを備え、該液体吐出ヘッドから所定の被吐出媒体に向けてインクを吐出して前記被吐出媒体に画像を形成する画像形成装置を提供する。
本発明によれば、液体吐出性の向上と、圧力室内に停留した気泡および液体の排除性の向上とを両立させることができる。
以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
[液体吐出ヘッド]
図1は、液体吐出ヘッド20の一例の全体構成を示す平面透視図である。
図1は、液体吐出ヘッド20の一例の全体構成を示す平面透視図である。
図1に一例として示す液体吐出ヘッド20は、いわゆるフルライン型の液体吐出ヘッドであり、被吐出媒体96の搬送方向(図中に矢印Sで示す副走査方向)と直交する方向(図中に矢印Mで示す主走査方向)において、被吐出媒体96の幅Wmに対応する長さにわたり、被吐出媒体96に向けてインクを打滴する多数のノズル25(液体吐出口)を2次元的に配列させた構造を有している。
液体吐出ヘッド20は、液体が充填される圧力室22、圧力室22に連通するノズル25などを含んでなる複数の液体吐出素子21が、主走査方向Mおよび主走査方向Mに対して所定の鋭角θ(0度<θ<90度)をなす斜め方向の2方向に沿って配列されている。なお、図1では、図示の便宜上、一部の液体吐出素子21のみ描いている。
ノズル25は、具体的には、主走査方向Mに対して所定の鋭角θをなす斜め方向において、一定のピッチdで配列されており、これにより、主走査方向Mに沿った一直線上にd×cosθの間隔で配列されたものと等価に取り扱うことができる。
以下では、図示の便宜上、液体吐出素子21が互いに略直交する2方向に沿って配列されているものとして、すなわち、図1のθが略90度であるものとして、説明する。
図2は、第1実施形態の液体吐出ヘッド20aについて、図1の2−2線に沿った垂直断面(液体吐出面225に垂直な断面である)を示す。
図2において、液体吐出ヘッド20aは、液体が充填される圧力室22と、圧力室22の容積を変化させるアクチュエータとしての圧電素子23と、圧力室22へ液体を供給するための液体供給口24と、圧力室22と連通し、圧電素子23が駆動されたときに圧力室22内の液体を吐出するノズル25(液体吐出口)と、ノズル25を介さないで圧力室22から気泡および液体を排出するための液体排出口26と、液体供給口24を介して圧力室22に連通する共通流路27を含んで構成される。
なお、図2には、図示の便宜上、ひとつの液体吐出素子21のみ描かれているが、液体吐出ヘッド20aは、実際には、図1に示したように2次元配列された複数の液体吐出素子21によって構成されている。ひとつの液体吐出素子21は、具体的には、圧力室22、圧電素子23、液体供給口24、ノズル25、および、液体排出口26を、それぞれひとつずつ有する。したがって、液体吐出ヘッド20aは、実際には、複数の圧力室22、複数の圧電素子23、複数の液体供給口24、複数のノズル25、および、複数の液体排出口26を備えている。
また、液体吐出ヘッド20は、ノズル板201、第1のノズル連通路板202(「凹型溝板」ともいう)、第2のノズル連通路板203(「液体排出口板」ともいう)、圧力室板204、振動板205、圧電素子隔壁板206、圧電素子保護板207および共通流路板208が順に積層された構造になっている。
ノズル板201の一方の面は、図1の被吐出媒体96に対向する液体吐出面225となっており、ノズル板201には、ノズル25としての開口が形成されている。
また、ノズル板201上に配置されている第1のノズル連通路板202と、第1のノズル連通路板202上に配置され、圧力室22の底面板を構成している第2のノズル連通路板203とを貫通して、ノズル連通路25bが形成されている。ノズル連通路25bは、上端(以下「ノズル連通口」という)において圧力室22に連通しており、下端においてノズル連通路25bよりも径が小さいノズル25に連通している。
また、ノズル板201と、ノズル板201上に配置されている第1のノズル連通路板202とを貫通して、凹型溝30(凹部)が形成されている。また、圧力室22の底面板を構成している第2のノズル連通路板203を貫通して、液体排出口26が形成されている。言い換えると、液体吐出面225には、凹型溝30が形成され、凹型溝30内の圧力室22側の奥面31に液体排出口26が形成されている。これにより、液体吐出時に液体排出口26から液体が漏れないように液体排出口26を後述の液体排出口キャップ(図5の40)で封止しても、液体吐出面225と被吐出媒体との間隔を最適値とすることが可能となり、ノズル25から吐出されるインクの着弾精度が向上して、被吐出媒体上に形成される画像の品質が向上する。
圧力室22の側壁を構成している圧力室板204上には、圧力室22の上面板を構成している振動板205が配置されている。振動板205上には、圧電素子23と、圧電素子23の周囲の隔壁28を構成している圧電素子隔壁板206が配置されている。圧電素子隔壁板206上には、圧電素子23上の空間を挟んで圧電素子23を覆う圧電素子保護板207が配置されている。圧電素子保護板207が共通流路27の底面板を構成しており、圧電素子保護板207の上は共通流路27となっている。共通流路板208は、共通流路27の上面板および側壁を構成している。
圧力室22の上面板を構成している振動板205と、振動板205上に配置されている圧電素子隔壁板206と、圧電素子隔壁板206上に配置され、共通流路17の底面板を構成している圧電素子保護板207とを貫通して、液体供給口24が形成されている。この液体供給口24は、共通流路27から各圧力室22へ個別に至る流路(個別流路)を構成している。
液体供給口24は、ノズル25およびノズル連通路25bの軸線25d上に配置されている。本例では、特に、ノズル25、ノズル連通路25bおよび液体供給口24の軸線が全て一致している。これにより、液体供給口24からノズル連通路25bを介したノズル25への液体の流れがストレートとなるので、液体供給口24から圧力室22への液体の再充填(リフィル)の流れがよくなって、高粘度の液体を用いる場合であっても、液体吐出の繰り返し周波数を高くすることができる。
なお、本例では、ノズル25よりも径が大きなノズル連通路25bが圧力室22とノズル25との間に設けられている場合について説明しているが、このようなノズル連通路25bがない場合、すなわち圧力室22の底面から液体吐出面225まで同じ径となっており圧力室22にノズル25が直接連通している場合であっても、本発明を適用できる。この場合にも、そのノズル(すなわち圧力室22の底面から液体吐出面225まで至るノズルである)の軸線上に、液体供給口24を設ける。
液体排出口26は、ノズル25が配置されている液体吐出面225に垂直な軸線25dを含む垂直断面において、液体供給口24とは圧力室22を挟んで対角の位置に配置されている。このように、液体排出口26が圧力室22の底面上で液体供給口24およびノズル連通口25cから最も離れた圧力室22の隅に配置されているので、液体供給口24やノズル連通口25cから抜けていかないで圧力室22内に停留している気泡および液体を十分に排除できる。
なお、液体排出口26の径φeは、ノズル25の径φnよりも、大きい。これにより、圧力室22内の気泡の排除が容易になるので、安定した吐出が可能となる。また、圧力室22内に停留して変質したインクの排除が容易になるので、被吐出媒体上に形成される画像の品質が向上する。
なお、液体排出口26の径φeが大き過ぎると、液体排出口26の開放時に圧力室22から共通流路27へインクが戻ってしまう。共通流路27内の圧力(背圧Pb)よりも、液体排出口26のメニスカスの表面張力(4・σ/φe)が大きいことが必要である(Pb<4・σ/φe)。一般には、背圧Pbは0〜1000Pa、インクの表面張力は20〜40mN/m2である。これを満たすφeの最大値は80μmである。すなわち、φn<φe≦80μmとする。
図3は、図2の3−3線に沿った水平断面(液体吐出面225に平行な断面である)において、圧電素子23の配置側から見た水平断面図である。
図3に示す様に、凹型溝30は、孤立せず、複数の圧力室22で共通に設けられている。
本例の圧力室22は、短辺および長辺を有する略長方形状の水平断面を有する。圧力室22の一方(図3では左側)の短辺近傍にノズル連通口25cが配置されている。液体供給口24は、ノズル連通口25cと同一側(図3では左側)の短辺近傍に配置されている。液体排出口26は、ノズル連通口25cとは反対側(図3では右側)の短辺近傍に配置されている。
図4は、第1実施形態の液体吐出ヘッド20aにおける、ノズル板201の一部を拡大して示す拡大平面図である。
図4に示すように、本実施形態では、凹型溝30は、液体吐出面225上に格子形状(メッシュ形状ともいう)で形成されおり、全ての液体排出口26に共通に設けられている。すなわち、凹型溝30は、全ての圧力室22に共通に設けられている。
液体吐出ヘッド20aには、液体吐出動作時、液体排出口26を封止する図5の液体排出口キャップ40が装着される一方で、液体排出口26を介した圧力室22内の気泡および液体の排出時には、ノズル25を封止する図8のノズルキャップ50が装着される。なお、液体排出口キャップ40は、液体吐出動作時に液体吐出ヘッド20aに装着されることから、「液体吐出用キャップ」ともいう。また、ノズルキャップ50は、液体排出口26から圧力室22内の気泡および液体を吸引するための後述の吸引部(図18の89)に連結されており、「液体排出口吸引用キャップ」ともいう。一方で、本実施形態における液体排出口キャップ40は、吸引部には連結されておらず、後述する初期充填などでノズル25に対する吸引を行うときには、図5の液体排出口キャップ40とともに、吸引部に連結された図5のノズル吸引用キャップ60が、液体吐出ヘッド20aに装着される。
図5において、液体排出口キャップ40は、液体吐出ヘッド20aの凹型溝30に対応して格子形状で形成されており、図1に示すノズル25の配列と同様に2次元配列された開口41と、液体吐出ヘッド20aの凹型溝30に嵌合して、液体吐出ヘッド20aの液体排出口26を封止する梁部42を有する。
図5に示す液体排出口キャップ40の一部分6を拡大して図6の平面図に示す。また、液体排出口キャップ40の梁部42が液体吐出ヘッド20aの凹型溝30に嵌合する直前の様子を図7の垂直断面図に示す。なお、図7に示す液体排出口キャップ40の断面は、図6の7−7線に沿った垂直断面を示している。
図7において、液体排出口キャップ40の梁部42の高さhbは、液体吐出ヘッド20aの凹型溝30の深さddよりも小さい。また、液体排出口キャップ40の梁部42の幅wbは、液体吐出ヘッド20aの凹型溝30の幅wdよりも小さく、液体吐出ヘッド20aの液体排出口26の径φeよりも大きい。
本例の液体排出口キャップ40の梁部42は、SUS材(ステンレス材)等の剛性を有する金属材料からなる剛性層43、および、シリコンゴム等の弾性を有する弾性層44の2層構造になっている。
液体排出口キャップ40が液体吐出ヘッド20aに装着されると、液体吐出ヘッド20aの凹型溝30に液体排出口キャップ40の梁部42が嵌合し、その梁部42の弾性層44が液体吐出ヘッド20aの凹型溝30の奥面31に当接する。この奥面31に当接する液体排出口キャップ40の梁部42の当接面、すなわち弾性層44の上面には、V型溝45が形成されている。装着時、V型溝45は、液体排出口26の列方向に沿って、液体排出口26の両側に配置されている。ここで、列方向とは、図1において主走査方向Mに対して鋭角θをなす斜め方向である。
このように液体排出口キャップ40の梁部42が、格子形状になっているとともに、剛性層43および弾性層44からなる2層構造で構成され、さらに弾性層44にV型溝45が形成されていることにより、キャップ全体の剛性が確保されるとともに、液体排出口26からの液体漏れが確実に防止される。
図5において、ノズル吸引用キャップ60は、液体排出口キャップ40を介して、液体吐出ヘッド20の液体吐出面225を覆う。液体排出口キャップ40によって全ての液体排出口26が封止された状態で、液体排出口キャップ40の開口41を介して、ノズル25から液体を受け取る。ノズル吸引用キャップ60は凹形状を有し底部には液体吸引口61が形成されており、液体吸引口61は後述の吸引部(図18の89)としての図示省略のポンプに接続されている。
図8は、ノズルキャップ50の一例を示す斜視図である。
図8において、ノズルキャップ50は、液体吐出ヘッド20aのノズル25を封止する凸部52を有する。
図8のノズルキャップ50を液体吐出ヘッド20a側(すなわちノズルキャップ50の上方)から見た平面図を図9に示す。また、図9の10A−10A線に沿った断面図を図10(A)に示し、図9の10B−10B線に沿った断面図を図10(B)に示す。
本例では、図8および図9に示すように、ノズル25封止用の凸部52が液体吐出ヘッド20aの各ノズル列毎に形成されている。言い換えると、ノズル25封止用の凸部52が縞形状に形成されている。これにより、ノズルキャップ50の剛性が確保される。
ノズルキャップ50は、液体吐出ヘッド20aの液体吐出面225に対向する上段部501と、液体吐出ヘッド20aの液体排出口26から液体を吸引するための液体吸引口51が形成されている下段部502とからなる。上段部501には、液体吐出ヘッド20aのノズル25を封止する複数の凸部52と、複数の凸部52間に位置し、液体吐出ヘッド20aの液体排出口26から液体を受け取る複数の凹部53と、下段部502の共通空間55に連通する上下段連通口54とが形成されている。液体吐出ヘッド20aの複数の液体排出口26から排出された液体は、上下段連通口54を介して、下段部502の共通空間55に集められる。共通空間55の底面を構成する底面板56には液体吸引口51が形成されており、この液体吸引口51には後述の吸引部(図18の89)としての図示省略のポンプが接続されている。
図11は、他の例のノズルキャップ500を示す平面図である。図9に示した前述のノズルキャップ50が各ノズル25列毎に凸部52が形成されていたのに対して、図11に示すノズルキャップ500は、各ノズル25毎に凸部52(突起)が形成されている。なお、図11の10A−10A線に沿った垂直断面は図10(A)に示す通りであり、図11の10B−10B線に沿った垂直断面は図10(B)に示す通りである。
次に、第1実施形態の液体吐出ヘッド20aの製造処理の一例について、図12の工程図を用いて説明する。
まず、図12(A)の平面図に示すように、まだノズル25が形成されていないノズル板201と、ノズル連通路25bの一部としての開口が形成されている第1のノズル連通路板202と、ノズル連通口25cおよび液体排出口26が形成されている第2のノズル連通路板203とを用意する。
次に、図12(B)の断面図に示すように、ノズル板201、第1のノズル連通路板202および第2のノズル連通路板203を接合する。
次に、図12(C)の断面図に示すように、ノズル板201の液体吐出面225側から、ノズル板201および第1のノズル連通路板202に対して、エッチングすることにより、凹型溝30を形成する。
次に、図12(D)の断面図に示すように、レーザ加工により、ノズル板201にノズル25を形成する。
これにより、図2の液体吐出ヘッド20aのうちで、ノズル板201、第1のノズル連通路板202および第2のノズル連通路板203からなる下部構造体211、すなわち、ノズル25、ノズル連通路25b、液体排出口226および凹型溝30を有する下部構造体211が得られる。
別途、図2の液体吐出ヘッド20aのうちで、圧力室板204、振動板205、圧電素子隔壁板206、圧電素子保護板207および共通流路板208からなる上部構造体212を作成して、下部構造体211を接合することで、図2に示す液体吐出ヘッド20aが得られる。
次に、第1実施形態の液体吐出ヘッド20aの製造処理の他の例について、図13の工程図を用いて説明する。
まず、図13(A)の平面図に示すように、まだ開口が形成されていない第1のノズル連通路板202と、ノズル連通口25cおよび液体排出口26が形成されている第2のノズル連通路板203とを用意する。
図13(B)の断面図に示すように、第1のノズル連通路板202および第2のノズル連通路板203を接合する。
次に、図13(C)の断面図に示すように、第1のノズル連通路板202に対して、エッチングすることにより、凹型溝30の一部を形成する。
次に、図13(D)の断面図に示すように、まだノズル25が形成されていないノズル板201を、第1のノズル連通路板202に接合する。
次に、図13(E)の断面図に示すように、ノズル板201の液体吐出面225側からノズル板201に対してエッチングすることにより、ノズル25および凹型溝30の残り部分を形成する。これにより、図2の液体吐出ヘッド20aのうちで下部構造体211が得られるので、別途、残りの上部構造体212を作成して、下部構造体211を接合することで、図2に示す液体吐出ヘッド20aが得られる。
図14および図15は、第2実施形態に係る液体吐出ヘッド20bの垂直断面(液体吐出面225に垂直な断面である)を示す図である。これらの図14および図15における図16―図16線に沿った水平断面(液体吐出面225に水平な断面である)であって圧電素子23側から見た水平断面を、図16に示す。言い換えると、図16の図14―図14線に沿った垂直断面図が図14であり、図16の図15―図15線に沿った垂直断面図が図15である。
なお、図14、図15、図16において、図2および図3に示した第1実施形態に係る液体吐出ヘッド20aの構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付してあり、既に説明した内容については説明を省略する。図14および図15には、図示の便宜上、液体吐出素子21がひとつのみ描かれているが、本実施形態の液体吐出ヘッド20bは、第1実施形態の液体吐出ヘッド20aと同様に、実際には、図1に示したように2次元配列された複数の液体吐出素子21によって構成されている。したがって、液体吐出ヘッド20bは、実際には、複数の圧力室22、複数の圧電素子23、複数の液体供給口24、複数のノズル25、および、複数の液体排出口26を備えている。
本実施形態の液体吐出ヘッド20bは、図14および図15に示すように、垂直断面において、圧力室22を基準に液体吐出面225側に共通流路27が配置された構造(「内蔵流路構造」という)となっている。詳細には、圧力室板204とノズル板201との間の第1のノズル連通路板202(凹型溝板)に、共通流路27が形成されている。
液体供給口24、ノズル連通口25c、および、液体排出口26は、いずれも、圧力室22の底面に配置されている。言い換えると、液体供給口24、および、液体排出口26は、ノズル連通口25cと同じように、垂直断面において、圧力室22を基準に液体吐出面225側に形成されている。
また、液体供給口24は、圧力室22内の底面上で、ノズル連通口25cの近傍に配置されている。これにより、液体供給口24からノズル連通路25bを介してノズル25へ液体が流れ易くなるので、液体供給口24から圧力室22への液体の再充填(リフィル)の流れがよくなって、高粘度の液体を用いる場合であっても、液体吐出の繰り返し周波数を高くすることができる。
液体排出口26は、圧力室22の底面上で、ノズル連通口25cとは対角の位置に配置されている。このように、液体排出口26が圧力室22内の底面上で液体供給口24やノズル連通口25cから最も離れた圧力室22の隅の位置に配置されているので、液体供給口24やノズル25から抜けていかないで圧力室22内に停留している気泡および液体を十分に排除できる。
本例の圧力室22は、短辺および長辺を有する略長方形状の水平断面を有している。圧力室22の一方(図16では左側)の短辺近傍にノズル連通口25cが配置されている。液体供給口24は、ノズル連通口25cと同一側(図16では左側)の短辺近傍に配置されている。液体排出口26は、ノズル連通口25cとは反対側(図16では右側)の短辺近傍に配置されている。より詳細には、図16に示す圧力室22の水平断面において、液体供給口24が圧力室22内の底面上の図中左上端部に形成され、ノズル連通口25cが液体供給口24の近傍の圧力室22内の底面上の図中左下端部に形成され、液体排出口26がノズル連通口25cとは対角の圧力室22内の底面上の図中右上端部に形成されている。
図17は、第2実施形態の液体吐出ヘッド20bにおける、ノズル板201の一部を拡大して示す平面図である。
図17に示すように、本実施形態では、凹型溝30は、液体吐出面225上に縞形状で形成されおり、列方向の液体排出口26に共通に設けられている。すなわち、凹型溝30は、列方向の圧力室22に共通に設けられている。ここで、列方向とは、図1において主走査方向Mに対して鋭角θをなす斜め方向である。
[画像形成装置]
図18は、液体吐出ヘッド20(第1実施形態の液体吐出ヘッド20aまたは第2実施形態の液体吐出ヘッド20b)を備えた画像形成装置80の全体構成の概略を示すブロック図である。
図18は、液体吐出ヘッド20(第1実施形態の液体吐出ヘッド20aまたは第2実施形態の液体吐出ヘッド20b)を備えた画像形成装置80の全体構成の概略を示すブロック図である。
図18において、画像形成装置80は、主として、液体吐出ヘッド20、液体排出口キャップ40(液体吐出用キャップ)、ノズルキャップ50(排出口吸引用キャップ)、ノズル吸引用キャップ60、通信インターフェース81、システムコントローラ82、メモリ83a、83b、搬送用モータ84、搬送ドライバ840、プリント制御部85、給液部86、給液制御部860、ヘッドドライバ87、キャップ装脱部88、および、吸引部89を含んで構成されている。
本画像形成装置80は、K(黒)、C(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロ)の各色毎に合計4つの液体吐出ヘッド20を備える。
また、本画像形成装置80は、K、C、M、Yの各色毎に、液体排出口キャップ40、ノズルキャップ50およびノズル吸引用キャップ60を備える。
通信インターフェース81は、ホストコンピュータ90から送信される画像データを受信する画像データ入力手段である。通信インターフェース81には、有線又は無線のインターフェースを適用することができる。この通信インターフェース81によって画像形成装置80に取り込まれた画像データは、この画像データ記憶用の第1のメモリ83aに一旦記憶される。
システムコントローラ82は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従って画像形成装置80の全体を制御する主制御手段である。すなわち、システムコントローラ82は、通信インターフェース81、搬送ドライバ840、プリント制御部85等の各部を制御する。
搬送用モータ84は、紙などの被吐出媒体を搬送するためのローラやベルト等に動力を与える。この搬送用モータ84によって、被吐出媒体と液体吐出ヘッド20とが相対的に移動される。
搬送ドライバ840は、システムコントローラ82からの指示に従って搬送用モータ84を駆動する回路である。
給液部86は、インクを貯蔵するインク貯蔵手段としてのインクタンク(図示を省略)から液体吐出ヘッド20までインクを流動させる管路及びポンプなどによって構成されている。給液制御部860は、給液部86を用いて、液体吐出ヘッド20に対してインクを供給する制御を行うものである。
プリント制御部85は、画像形成装置80に入力される画像データに基づいて、液体吐出ヘッド20が被吐出媒体に向けて吐出(打滴)を行って被吐出媒体上にドットを形成するために必要なデータ(ドットデータ)を生成する。すなわち、プリント制御部85は、システムコントローラ82の制御に従い、第1のメモリ83a内の画像データから打滴用のドットデータを生成するための各種の加工、補正などの画像処理を行う画像処理手段として機能し、生成したドットデータをヘッドドライバ87に供給する。
プリント制御部85には第2のメモリ83bが付随しており、プリント制御部85における画像処理時にドットデータ等が第2のメモリ83bに一時的に格納される。
なお、図18において第2のメモリ83bはプリント制御部85に付随する態様で示されているが、第1のメモリ83aと兼用することも可能である。また、プリント制御部85とシステムコントローラ82とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。
ヘッドドライバ87は、プリント制御部85から与えられるドットデータ(実際には第2のメモリ83bに記憶されたドットデータである)に基づき、液体吐出ヘッド20の圧電素子23に対して吐出用駆動信号を出力する。このヘッドドライバ87から出力された吐出用駆動信号が液体吐出ヘッド20の圧電素子23に与えられることによって、液体吐出ヘッド20のノズル25から被吐出媒体に向けて液体(液滴)が吐出される。
キャップ装脱部88は、プリント制御部85の指示に従って、液体吐出ヘッド20に対する各種キャップ(液体排出口キャップ40、ノズルキャップ50、ノズル吸引用キャップ60)の装着および脱着を行う。
第1に、液体吐出ヘッド20の圧力室22内に停留した気泡および液体を排除するために、液体吐出ヘッド20の液体排出口26に対して吸引を行うときには、キャップ装脱部88は、液体吐出ヘッド20に図8のノズルキャップ50のみが装着された状態に設定する。第2に、液体吐出ヘッド20のノズル25にインクのメニスカス位置を設定するために、液体吐出ヘッド20のノズル25に対して吸引を行うときには、液体吐出ヘッド20に図5の液体排出口キャップ40および図8のノズルキャップ50が装着された状態に設定する。第3に、液体吐出ヘッド20から被吐出媒体96に向けてインクを吐出して、被吐出媒体上に画像を形成するときには、液体吐出ヘッド20に図5の液体排出口キャップ40のみが装着された状態に設定する。
本例では、キャップ装脱部88は、周知の機構部品(例えばカムやリンク機構などの部品)、および、駆動用の周知の電気部品(例えばモータなど)からなる。
プリント制御部85は、各種キャップ(液体排出口キャップ40、ノズルキャップ50、ノズル吸引用キャップ60)の装着状態および脱着状態を判断して、必要なキャップの装着および不要なキャップの脱着をキャップ装脱部88に指示する。
吸引部89は、ノズルキャップ50の吸引口51およびノズル吸引用キャップ60の吸引口61に接続されている。具体的には、吸引部89は、ポンプ、ポンプの駆動に必要な電気部品を含んで構成されている。
プリント制御部85は、液体吐出ヘッド20のノズル25に対する吸引、または、液体吐出ヘッド20の液体排出口26に対する吸引を行うときには、吸引部89を用いて吸引を行う。
次に、液体吐出ヘッド20の初期充填処理の一例について、図19の概略フローチャートを用いて、説明する。
まず、液体吐出ヘッド20にいずれのキャップ40、50、60も装着されていない状態で、キャップ装脱部88を用いて、図8の液体排出口吸引用のノズルキャップ50を液体吐出ヘッド20に装着する(S1)。これにより、ノズル25が封止されるとともに、液体排出口26が吸引部89に接続される。
次に、液体吐出ヘッド20内の加圧(供給側加圧)を行うとともに、吸引部89を駆動する(S2)。これにより、図20(A)に示すように、圧力室22内に停留した気泡および液体が液体排出口26を介して吸引される。
次に、キャップ装脱部88を用いて、ノズルキャップ50を液体吐出ヘッド20から脱着する(S3)。これによりノズル25の封止が解除されて開放される。
次に、キャップ装脱部88を用いて、液体排出口キャップ40、ノズル吸引用キャップ60の順で液体吐出ヘッド20に装着する(S4)。液体排出口キャップ40の装着により液体排出口26が封止されるともに、ノズル吸引用キャップ60の装着によりノズル25が吸引部89に接続される。
次に、液体吐出ヘッド20内の加圧(供給側加圧)を行うとともに、吸引部89を駆動する(S5)。これにより、図20(B)に示すように、圧力室22およびノズル連通路25bに液体が再充填されて、ノズル25にメニスカス位置が設定される。
次に、キャップ装脱部88を用いて、ノズル吸引用キャップ60のみを液体吐出ヘッド20から脱着する(S6)。そうすると、液体吐出ヘッド20には液体吐出用の液体排出口キャップ40のみが装着された状態となる。すなわち、液体排出口26が封止されているとともに、ノズル25が開放された状態となる。
次に、必要に応じて、液体吐出ヘッド20の液体吐出面210のワイピング、および、パージ(空吐出)を行い(S7)、液体吐出動作開始まで待機する(S8)。
以上の初期充填処理は、図18のプリント制御部85を構成しているマイクロコンピュータが所定のプログラムに従って実行する。
なお、液体吐出ヘッド20のアクチュエータが圧電素子によって構成されている場合を例に説明したが、アクチュエータは圧電素子に限定されない。例えば電熱素子(ヒータ)によってアクチュエータを構成してもよい。
また、液体としてインクを液体吐出ヘッド20が吐出する場合を例に説明したが、本発明における液体はインクに限定されない。例えば、配線用の導電性材料を含む液体を吐出する場合にも、本発明を適用できる。
本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。
20(20a、20b)…液体吐出ヘッド、21…液体吐出素子、22…圧力室、23…圧電素子、24…液体供給口、25…ノズル(液体吐出口)、25b…ノズル連通路、25c…ノズル連通口、26…液体排出口、27…共通流路、28…圧電素子の隔壁、30…凹型溝(液体吐出ヘッドの凹部)、31…凹型溝の奥面、40…液体排出口キャップ(液体吐出用キャップ)、41…液体排出口キャップの吸引口、42…液体排出口キャップの梁部、43…液体排出口キャップの梁部の剛性層、44…液体排出口キャップの梁部の弾性層、45…液体排出口キャップの梁部のV型溝、50、500…ノズルキャップ(液体排出口吸引用キャップ)、51…ノズルキャップの吸引口、52…ノズルキャップの凸部、60…ノズル吸引用キャップ、61…ノズル吸引用キャップの吸引口、80…画像形成装置、85…プリント制御部、88…キャップ装脱部、89…吸引部、201…ノズル板、202…第1のノズル連通路板(凹型溝板)、203…第2のノズル連通路板(液体排出口板)、204…圧力室板、205…振動板、206…圧電素子隔壁板、207…圧電素子保護板、208…共通流路板、225…液体吐出面
Claims (7)
- 液体が充填される圧力室と、
前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、
前記圧力室へ液体を供給するための液体供給口と、
前記圧力室と連通し、前記アクチュエータが駆動されたときに前記圧力室内の液体を吐出する液体吐出口と、
前記液体吐出口を介さないで前記圧力室から気泡および液体を排出するための液体排出口と、
を備え、
前記液体供給口は、前記液体吐出口の軸線上に配置され、
前記液体排出口は、前記液体吐出口の配置面に垂直な前記軸線を含む断面において、前記液体供給口とは前記圧力室を挟んで対角の位置に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 液体が充填される圧力室と、
前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、
前記圧力室へ液体を供給するための液体供給口と、
前記圧力室と連通し、前記アクチュエータが駆動されたときに前記圧力室内の液体を吐出する液体吐出口と、
前記液体吐出口を介さないで前記圧力室から気泡および液体を排出するための液体排出口と、
を備え、
前記液体供給口、前記液体排出口および前記液体吐出口への連通口が前記圧力室内で同一の面上に形成され、
前記液体供給口は、前記圧力室内で前記液体吐出口への連通口の近傍に配置され、
前記液体排出口が、前記圧力室内で前記液体吐出口への連通口とは対角の位置に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記吐出面には凹部が形成され、前記凹部内の奥面に前記液体排出口が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記凹部は、複数の前記圧力室で共通に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記液体排出口の径が前記液体吐出口の径よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項1乃至5の何れか1項に記載の液体吐出ヘッドを備え、該液体吐出ヘッドから液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出装置。
- 請求項1乃至5の何れか1項に記載の液体吐出ヘッドを備え、該液体吐出ヘッドから所定の被吐出媒体に向けてインクを吐出して前記被吐出媒体に画像を形成する画像形成装置。
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