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

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

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。

液体吐出ヘッドの一例の全体構成を示す平面透視図 第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの垂直断面図 図２の３−３線に沿った水平断面図 第１実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル板の一例の一部を拡大して示す拡大平面図 液体排出口キャップおよびノズル吸引用キャップの一例を示す斜視図 液体排出口キャップの一部を拡大して示す平面図 液体吐出ヘッドの凹型溝および液体排出口キャップの梁部の垂直断面を示す垂直断面図 ノズルキャップの一例を示す斜視図 図８のノズルキャップの平面図 図８のノズルキャップの垂直断面図 ノズルキャップの他の例を示す平面図 第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造処理の一例の説明に用いる工程図 第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造処理の他の例の説明に用いる工程図 第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの第１の垂直断面図 第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの第２の垂直断面図 図１４の１６−１６線に沿った水平断面図 第２実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル板の一例の一部を拡大して示す拡大平面図 画像形成装置の全体構成の概略を示すブロック図 初期充填処理の一例の流れの概略を示すフローチャート 初期充填処理の一例の説明に用いる説明図

符号の説明

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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