JP2008068503A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力吸収面を用いた効率的な共通液室の圧力減衰効果を得るともに、圧力吸収面自身の共振による副作用を抑えることで安定した滴吐出特性が得られる液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドを備える高品質な画像を高速で形成可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】共通液室５１の壁面の内、液室１１の並び方向に沿う方向の少なくとも１つの壁面は、他の壁面よりも剛性が低く、少なくとも振動によって圧力を吸収する圧力吸収面６とし、圧力吸収面６は液室１１の並び方向に沿う方向と直交する方向で圧力吸収面６に沿う方向にずれた複数（３つ）の部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃで形成されている構成とし、共振点のシフトを抑えつつ圧力吸収を可能とする。
【選択図】図３

Description

本発明は液体吐出ヘッド及び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が、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が液体吐出を行った加圧液室側へ伝わると、加圧液室の圧力を、予期しない値に変動させる要因となり、液滴を所望の質量、速度で飛ばすことができなくなり、吐出不良を引き起こす。特に、同時に複数の加圧液室から液滴を吐出させる場合に共通液室に個別液室から伝えられる圧力は非常に大きなものとなり、吐出不良が発生しやすい。すなわち、相互干渉が発生するようになる。

これを防ぐために、共通液室における圧力減衰効率を高める必要がある。その手段としては、一般に、共通液室の体積を大きく取る、或いは、壁面に振動板のような圧力吸収体を設けるといった手法がとられる。

例えば、特許文献１には個別液室内の圧力発生源（発熱抵抗体）と共通液室との間の領域に個別液室単位で圧力吸収体を設けることが記載されている。
特開平０６−１９１０３０号公報

特許文献２には共通液室内圧力変動吸収用の複数の圧力吸収体を設け、インク透過性フィルタを用いて圧力吸収体室を２分割することが記載されている。
特開２０００−１５８６６８号公報

特許文献３には、インク溜りのインク供給路側の内壁に振動を吸収する多孔質体からなる吸収部材を設けることが記載されている。
特開平０２−２２５０５０号公報

特許文献４には、複数のノズルが各々連通する複数の液室の並び方向をＸ方向としたときに、共通液室のＸ方向に沿う壁面の内の少なくとも一つの面は他の壁面よりも剛性を低くして圧力変化を吸収するための圧力吸収体面とし、この圧力吸収体面を形成する部材は厚さが均一でない構成とすることが記載されている。
特開２００５−１２５６３１号公報

特許文献５には、共通液室を構成する壁面の少なくとも一面に、加圧液室で発生する圧力波を吸収する圧力緩衝体を複数設けることが記載されている。
特開２００５−１３７３９２号公報

上述したように、圧力吸収体を用いる構成は、共通液室寸法を大きくすることなく圧力を吸収でき、また適切な吸収体を用いれば、圧力減衰効果は非常に高いため、特に広く用いられている。また、上述したように、圧力吸収体としては、共通液室の壁面の一部を、剛性の低い部材又は構造とし、壁面そのものの振動によって減衰する構成、或いは、共通液室壁面に、ゴムのように弾性の低い部材をコーティングすることによって、その部材の表面の変形によって減衰する構成などがあるが、このうち、壁面そのものの振動によって減衰する構成は、製造の容易さ（コスト面及び工法的難易度）と減衰効率の良さから特に優れている。

ところが、共通液室の壁面の剛性を下げ、振動が容易に起こる構成とすると、壁面そのものの共振による共通液室の圧力変動の発生が問題となってくる。つまり、共通液室の壁面の剛性を下げて圧力吸収面（体）として機能させた場合、壁面の剛性を下げない場合と比較すると、共振周波数が低下する。実験によれば、同じに面積の圧力吸収面をモデルとした場合、剛性を下げない場合には１６．８ｋＨｚで共振が生じ、剛性を下げた場合には４ｋＨｚで共振が生じることが確認された。

そのため、液滴を吐出させる周期が短くなる、つまり、ヘッドの駆動周波数が高くなると、圧力吸収面の共振周波数と重なる場合が発生する。通常、ヘッドの駆動周波数は、数ｋ〜十数ｋＨｚの範囲で使われることが多く、壁面の共振周波数よりは低くなっているが、剛性を下げた壁面では、駆動周波数にかかるほど共振周波数が下がる場合が生じてくる。このため、この壁面の振動が、噴射特性へ影響を与えるようになり、本来噴射特性を安定化させるための圧力吸収面が、逆に噴射特性を不安定にさせてしまうようになるという課題が生じる。

また、記録速度の高速化を図るためにヘッドのノズル数は増加する傾向にあり、それに伴って個別液室数が増え、各個別液室に液体を供給する共通液室の長さも長くなっている。この場合、共通液室の壁面を形成している圧力吸収面も長くなり、剛性が下がることによって、更に共振点が低周波側にシフトするようになり、更に駆動条件の設定が厳しくなる。特に、ライン型ヘッドのように、ノズル数が著しく多く、それに伴って共通液室の長さが長くなっているヘッドの長尺ヘッドの場合、この問題は特に顕著になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、圧力吸収面を用いた効率的な共通液室の圧力減衰効果を得るともに、圧力吸収面自身の共振による副作用を抑えることで安定した滴吐出特性が得られる液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドを備える高品質な画像を高速で形成可能な画像形成装置を提供することを目的としている。

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、液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルが連通する複数の液室と、複数の液室に液体を供給する共通液室とを備え、共通液室の壁面の内、液室の並び方向に沿う方向の少なくとも１つの壁面は、他の壁面よりも剛性が低く、少なくとも振動によって圧力を吸収する圧力吸収面であり、この圧力吸収面は液室の並び方向に沿う方向と直交する方向で面に沿う方向にずれた複数の部分で形成されている構成とした。

ここで、複数の部分は平面形状が略四角形状である構成とできる。また、共通液室の形状と圧力吸収面の形状が同じである構成とできる。また、圧力吸収面は、全体が単層である構成とできる。また、複数の部分は３つに分けられる構成とでき、この場合、３つの部分は略同じ面積であることが好ましい。また、圧力吸収面はＮｉにより形成されている構成とできる。

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。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、この圧力吸収面は液室の並び方向に沿う方向と直交する方向で圧力吸収面に沿う方向にずれた複数の部分で形成されている構成としたので、圧力吸収面の共振周波数を調整することができて、ヘッド駆動周波数と共振周波数を離すことができ、圧力吸収面を用いた効率的な共通液室の圧力減衰効果を得るともに、圧力吸収面自身の共振による副作用を抑えることで安定した滴吐出特性が得られる。

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、安定した滴吐出特性が得られるので、高速で高画質画像を形成できるようになる。

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５を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの液室並び方向と直交する方向に沿う図３のＡ−Ａ断面に相当する断面説明図、図２は同ヘッドの液室並び方向と直交する方向に沿う図３のＢ−Ｂ断面に相当する断面説明図、図３は同ヘッドの流路構成に関する模式的平面説明図、図４は同ヘッドの側面模式的断面説明図、図５は同ヘッドの圧力吸収面の平面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、流路部材１と、ノズル板２と、振動板部材３と、アクチュエータ基板４、フレーム部材５とを備えている。

流路部材１には液室（流路）１１及び連通路１２が形成されている。この流路部材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２層構造とする場合には打ち抜きなどの機械加工）をすることで、液室１１などの凹部をそれぞれ形成している。また、流路部材１とノズル板２或いは振動板３とを電鋳で一体形成することもでき、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。

ノズル板２には、各液室１１に対応して多数のノズル２１を形成し、流路部材１に接着剤接合している。このノズル板２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。このノズル２１の穴径はインク滴出口側の直径で約１５〜３５μｍとしている。

また、ノズル板２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で形成することができる。

振動板３は、液室１１側から第１層３ａ、第２層３ｂ、第３層３ｃ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、この振動板部材３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。

この振動板部材３は、各液室１１に対応して第１層３ａで形成した変形可能部分３１と、第１ないし第３層３ａ〜３ｃで形成した凸部３２を有している。アクチュエータ基板４には、液室１１に対応して液室１１内の液体を加圧するエネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段としての積層型圧電素子４１が配置され、圧電素子４１は振動板部材３の凸部３２に接合されている。

フレーム部材５には各液室１１に振動板部材３に形成された連通口３３を介して液体を供給する共通液室５１と、この共通液室５１に外部から液体を供給する液体供給路５２が形成されている。このフレーム部材５１は例えば樹脂部材で形成される。

なお、この例では、連通口３３から液室１１までの間に開口断面積が液室１１よりも狭い流体抵抗となる部分を設けていないが、液室１１の長さを長くすることによって実質的に流体抵抗部として機能させることができる。もちろん、連通口３３から液室１１までの間に開口断面積が液室１１よりも狭い流体抵抗となる部分を設けることもできる。

そして、この共通液室５の壁面の内、液室１１の並び方向に沿う方向の少なくとも１つの壁面は、他の壁面よりも剛性が低く、少なくとも振動によって圧力を吸収する圧力吸収面６とし、図５に示すように、この圧力吸収面６は液室１１の並び方向に沿う方向と直交する方向で圧力吸収面６に沿う方向にずれた複数（ここでは、３つ）の部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃで形成されている構成とした。なお、液室の並び方向をｘ方向、圧力吸収面６に垂直な方向をｚ方向、ｘ方向とｚ方向に垂直な面をｙ方向とすると、圧力吸収面６を構成している部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃはｙ方向にずれて配置されている構成となる。

この圧力吸収面６は、図１及び図２に示すように、振動板部材３を構成している第３層３ｃの単層構成とし、圧力吸収面６となる領域以外は振動板部材３を構成する第１ないし第３層３ａ〜３ｃの３層構造として剛性を持たせている。圧力吸収面６を単層構成とすることによって圧力吸収面６の形状を単純化することができる。この場合、振動板部材３はＮｉによって形成しているが、圧力吸収面６をＮｉにより形成することで、簡単で容易なプロセスで形成することができる。

また、圧力吸収面６を構成する複数の部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、図５に示すように、平面形状で略四角形状としている。これにより、各部分をｙ方向にずらして配置することが容易になる。また、複数の部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃのように圧力吸収面を３つに分けることで、圧力吸収効果と後述する共振周波数をシフトする効果のバランスを向上させることができる。この場合、３つの部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃは略同じ面積とすることで、各部分の特性が略同じになってボトルネックとなる部分をなくすることができる。

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４１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４１が収縮し、振動板部材３の変形可能部分３１が下降して液室１１の容積が膨張することで、液室１１内に液体（インク）が流入し、その後圧電素子４１に印加する電圧を上げて圧電素子４１を積層方向に伸長させ、振動板部材３の変形可能部分３１をノズル２１方向に変形させて液室１１の容積／体積を収縮させることにより、液室１１内の液体が加圧され、ノズル２１から液滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子４１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の変形可能部分３１が初期位置に復元し、液室１１が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室５１から液室１１内に記録液が充填される。そこで、ノズル２１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２１から液滴を吐出させるために液室１１内に圧力変動を生じさせると、液室１１内の圧力変動が共通液室５１に伝播され、圧力吸収面６がない場合、共通液室５１に伝播した圧力変動が、当該液室１１や他の液室１１に伝播して、吐出特性を不安定にしたり、非吐出ノズルから液滴が吐出されたりする可能性があるが、圧力吸収面６を有することで、共通液室５１内に圧力変動が伝播したときには、圧力吸収面６が振動して圧力変動が吸収される。

このとき、圧力吸収面６は四角形状（四辺形）の３つの部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃがｙ方向にずれて形成されていることで、圧力吸収面６の共振周波数は、長手方向長さが短くなり、剛性が高くなることから、圧力吸収面６を１つの四角形状に形成した場合に比べて、高周波側にシフトする。これにより、ヘッドの駆動周波数に相当するような低周波で共振が発生することがなくなり、圧力吸収面６自体の振動によって圧力変動が液室１１側に伝播して噴射特性に対して影響を及ぼすことが抑制されるので、噴射特性が安定化するようになる。

このように、振動板として作用する面を分断すると、剛性の上昇による圧力吸収効果の低下が懸念されるが、液体吐出ヘッドの共通液室のように、チャンネル列方向、即ちｘ方向（液室の並び方向）に長い構造となる場合、その圧力吸収面としての効果は短手方向、即ちｙ方向（液室の並び方向と直交する方向であって圧力吸収面に沿う方向）により決定され、ｘ方向が多少短くなっても、圧力吸収効果に対して影響することはない。

この場合、このとき圧力吸収面は、全体が１層の構造とすることで、プロセス増加を伴うことなく剛性を制御することができる。つまり、通常、本発明のように圧力吸収面の剛性を制御しようとする場合、部分的に圧力吸収面の厚さを変えるという構成が採用されるが、この場合、には複数層の積層構造により圧力吸収体面を形成して部分的に積層数を変えることが多いが、これではプロセスが複雑になる。ただし、上記実施形態のように振動板部材の一部を圧力吸収面とする場合には、振動板部材の形成プロセスで圧力吸収面を形成できるので、プロセス増加は抑えられる。

また、圧力吸収体面は、上記実施形態のように液室並び方向で三分割する（実質的に３つの部分に分ける。）ことが好ましい。この分割数に限るものではないが、分割数を増やせばより共振周波数を高周波側にシフトできるが、駆動周波数帯を超えれば、それ以上あげる必要はない。逆に、分割数を多くしすぎると、剛性が高くなりすぎて、圧力吸収効果が低下する。

また、圧力吸収面の分割は、すべての部分の面積が、ほぼ同じになるようにすることが好ましい。圧力吸収面の共振周波数の中で、最も低周波、即ち噴射特性に利くと考えられるのは、分割した領域の中で、最もｘ方向の長さが長い（即ち面積が大きい）領域の共振によって発生する成分である。他方、最も圧力吸収効果が弱まるのは、ｘ方向の長さが短い（即ち面積が小さい）領域である。分割した領域（部分）で面積を変えると、これらがネックとなり全体の性能が低下する。面積を各領域（部分）で揃えることで、ネックとなる部分がない、つまり、すべての領域が同一特性になるようにすれば、最も良好な特性が得られる。

次に、本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図６を参照して説明する。なお、図６は同ヘッドの共通液室の平面説明図である。
ここでは、共通液室５１の平面形状（前述したｘｙ方向で言えばｘｙ面形状）を、前記第１実施形態で説明した圧力吸収面６の平面形状と同じにしている。つまり、共通液室５１は、液室１１の並び方向に沿う方向に対して垂直な方向の開口部分を、液室１１の並び方向に沿う方向と直交する方向で圧力吸収面を形成する面に沿う方向にずれた複数（ここでは、３つ）の部分５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃで形成されている構成とした。言い換えれば、共通液室５１の圧力吸収面を設ける開口部分は、ｙ方向で同じ位置にある部分５１Ａ、５１Ｃと、これらの部分５１Ａ、５１Ｃに対してｙ方向にずれた位置にある部分５１Ｂとで構成されていることになる。

この共通液室５１の開口部を1枚の変形可能な板部材で覆うことによって、図５に示すように、ｙ方向位置がずれた部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃからなる圧力吸収面６が形成されることになる。つまり、圧力吸収面６の平面形状は、共通液室５１の平面形状によって規定されている。

このように構成すれば、圧力吸収面６自体は一枚の平面として共通液室５１の開口部を塞ぐ天板として貼り付けることによって、所望の形状の圧力吸収面６が得られる。剛性の低い圧力吸収面に、形状を持たせて加工することは難しいが、共通液室形状は容易に加工できるので、複雑な形状の圧力吸収面でも、これまでと同様の製造プロセスにて加工できる。

このように共通液室５１の形状で圧力吸収面６の形状を規定したヘッドの一例について図７及び図８を参照して説明する。なお、図７は同ヘッドの液室長手方向に沿う図８のＣ−Ｃ線に相当する模式的断面説明図、図８は同じく模式的平面説明図である。なお、これらの図においては液室などを構成する部材は省略して示している。
この例では、共通液室５１から長さの異なる供給路１３Ａと１３Ｂを設け、この供給路１３Ａ、１３Ｂと液室１１との間に同じ開口断面積及び長さの流体抵抗部１４を設けている。これによって、共通液室５１から液室１１の間に位置する流体抵抗部１４の流体抵抗が各液室１１について同じになるようにしている。

次に、共通液室５１の形状で圧力吸収面６の形状を規定したヘッドの他の例について図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの液室長手方向に沿う図１０のＤ−ＤＡ線に相当する模式的断面説明図、図１０は同じく模式的平面説明図である。なお、これらの図においては液室などを構成する部材は省略して示している。
この例では、共通液室５１から長さの異なる供給路５３Ａと５３Ｂを設け、この供給路５３Ａ、５３Ｂと液室１１との間に、振動板部材３に開口断面積及び長さが同じ流体抵抗部３４を設けている。これによって、共通液室５１から液室１１の間に位置する流体抵抗部３４の流体抵抗が各液室１１について同じになるようにしている。

次に、本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１１を参照して説明する。なお、図１１は図ヘッドの液室並び方向と直交する方向に沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドでは、流路部材１に液室１１、供給路１３、共通液室５１を形成し、アクチュエータ基板７にはエネルギー発生手段として液室１１内の液体に膜沸騰を生じさせる電気熱変換素子７１を備えることでサーマル型ヘッドとしている。そして、流路部材１に形成した共通液室５１の開口部に天板６１を接合して圧力吸収面６を形成している。

ここで、具体的な実施例について説明する。
〈実施例１〉
上記第２実施形態の構成を第３実施形態に適用し、１５０ｄｐｉで３８４チャンネル（１チャンネルとは１つのノズル、液室、エネルギー発生手段で構成される部分をいう。）並んだ液室１１を有し、各液室１１内には発熱体抵抗体７１を備えたヘッドにおいて、深さ２ｍｍの共通液室５１の１つの壁面を圧力吸収面６とし、圧力吸収面６を構成する各部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、ｘ方向長さが１８ｍｍ（全体で５４ｍｍになる。）、ｙ方向長さは１．６ｍｍ、部分６Ａ、６Ｃと部分６Ｂとをｙ方向に１ｍｍずらした構成とした。
〈比較例１〉
実施例１と同じヘッド構成で、共通液室５１の１つの壁面を、図１２に示すように、ｘ方向長さ５４ｍｍ、ｙ方向長さ１．６ｍｍの矩形状の圧力吸収面６とした。

これらの実施例１、比較例１の各ヘッドについて、すべてのチャンネルを同時に駆動して、駆動時の共通液室圧力特性に関して評価を行った。評価は、駆動周波数を変えた場合の圧力変動の最大値により行った。実施例１の評価結果を図１３に、比較例１の評価結果を図１４に示している。

これらの図１３及び図１４の比較結果から、比較例１のヘッドでは駆動周波数が９〜１０ｋＨｚ付近、１４ｋＨｚ、１６ｋＨｚ付近で共振が発生し、かつ、その圧力も極めて大きくなる（１４ｋＨｚ、１６ｋＨｚ付近）。これに対し、実施例１のヘッドでは１１ｋＨｚ、１４ｋＨｚ付近で共振が発生し、しかも、圧力もかなり小さくなっており、本発明を適用したヘッドでは共通液室における圧力の共振点を減らし、その共振による圧力変動レベルも小さくできることが分かる。

〈実施例２〉
上記第２実施形態の構成を第３実施形態に適用し、１５０ｄｐｉで３８４チャンネル（１チャンネルとは１つのノズル、液室、エネルギー発生手段で構成される部分をいう。）並んだ液室１１を有し、各液室１１内には発熱体抵抗体７１を備えたヘッドにおいて、深さ３ｍｍの共通液室５１の１つの壁面を圧力吸収面６とし、圧力吸収面６を構成する各部分６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、ｘ方向長さが１８ｍｍ（全体で５４ｍｍになる。）、ｙ方向長さは２．６ｍｍ、部分６Ａ、６Ｃと部分６Ｂとをｙ方向に１．４ｍｍずらした構成とした。〈比較例２〉
実施例２と同じヘッド構成で、共通液室５１の１つの壁面を、図１２に示すように、ｘ方向長さ５４ｍｍ、ｙ方向長さ２．６ｍｍの矩形状の圧力吸収面６とした。

このヘッドを画像形成装置としてプリンタに搭載し、各種パターンにて印写試験を行ったところ、比較例１のヘッドを搭載したプリンタでは、一部のパターンで不良画質が発生したが、実施例２のヘッドを搭載したプリンタにおいては、不良画質の発生することのない、良好な結果が得られた。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置を含む画像形成装置の一例について図１５を参照して説明する。なお、図１５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、この画像形成装置においては本発明を実施した滴吐出特性が安定したライン型液体吐出ヘッドを備えているので、高速で、高画質記録を行うことができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例について図１６及び図１７を参照して説明する。なお、図１６は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１７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２１０ｋ、２１０ｃ、２１０ｍ、２１０ｙ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。）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、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、本発明を実施した滴吐出特性が安定した液体吐出ヘッドを搭載しているので、高密度化も可能となり高画質、高速記録に対応できる画像形成装置を得ることができる。

なお、上記実施形態では本発明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、例えば、前述したように、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料などを吐出する液体吐出装置や画像形成装置で用いる液体吐出ヘッドにも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室並び方向と直交する方向に沿う図３のＡ−Ａ断面に相当する断面説明図である。 同ヘッドの液室並び方向と直交する方向に沿う図３のＢ−Ｂ断面に相当する断面説明図である。 同ヘッドの流路構成に関する模式的平面説明図である。 同ヘッドの側面模式的断面説明図である。 同ヘッドの圧力吸収面の平面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの共通液室形状の平面説明図である。 同実施形態に係るヘッド構成の一例を示す液室長手方向に沿う図８にＣ−Ｃ線に相当する模式的断面説明図である。 同じく模式的平面説明図である。 同実施形態に係るヘッド構成の他の例を示す液室長手方向に沿う図１０にＣ−Ｃ線に相当する模式的断面説明図である。 同じく模式的平面説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室並び方向と直交する方向に沿う断面説明図である。 比較例の説明に供する共通液室形状の平面説明図である。 実施例の駆動周波数に対する共通液室圧力変化の評価結果を示す説明図である。 比較例の駆動周波数に対する共通液室圧力変化の評価結果を示す説明図である。 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ヘッドを含む液体吐出装置を備えた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…流路部材
２…ノズル板
３…振動板部材
４…アクチュエータ基板
５…フレーム部材
６…圧力吸収面
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ…圧力吸収面を構成する部分
１１…液室
２１…ノズル
４１…圧電素子
５１…共通液室
７１…電気熱変換素子
１０１ｋ、１０１ｃ、１０１ｍ、１０１ｙ…記録ヘッド
２３４ａ、２３４ｂ…記録ヘッド

Claims (8)

1. 液滴を吐出する複数のノズルと、
   各ノズルが連通する複数の液室と、
   複数の液室に液体を供給する共通液室とを備え、
   前記共通液室の壁面の内、前記液室の並び方向に沿う方向の少なくとも１つの壁面は、他の壁面よりも剛性が低く、少なくとも振動によって圧力を吸収する圧力吸収面であり、
   この圧力吸収面は前記液室の並び方向に沿う方向と直交する方向で面に沿う方向にずれた複数の部分で形成されている
   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、前記複数の部分は平面形状が略四角形状であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記共通液室の形状と前記圧力吸収面の形状が同じであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力吸収面は、全体が単層であ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、前記複数の部分は３つに分けられることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 請求項５に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記３つの部分は略同じ面積であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力吸収面はＮｉにより形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 液体吐出ヘッドを備えて媒体に画像を形成する画像形成装置において、前記請求項１ないし７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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