JP2008173939A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッド内側のノズルからの吐出により周囲に負圧が発生しその影響によりヘッド周辺のノズルから吐出された液滴に曲がる端ヨレが発生し、適正な位置へ着弾しない。
【解決手段】アクチュエータ基板１と、流路形成部材２と、ノズル板３とを積層し、液滴を吐出するノズル４が連通する流路５を形成し、ノズル４に対向してアクチュエータ基板１には熱電気熱変換素子６を設け、更に一方がノズル板３のノズル面３ａのノズル列４Ａ間で大気に開口し、他方がノズル面以外の面、すなわちノズル面３ａと反対側のアクチュエータ基板１の底面１ａで大気に開口して、ノズル面３ａ側とノズル面以外の面１ａ側とをヘッド内部を通じて連通する大気連通路８を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドユニット及び画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、記録液（液体）の液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）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、画像形成を行うことができる液体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、画像を形成するものに限らない。

このような画像形成装置に用いられる液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）としては、液滴を吐出するノズルが連通する液室（流路、加圧液室、圧力室なども同義である。）内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段（アクチュエータ手段）として、電気熱変換素子を用いて気泡による圧力を発生させるサーマル型ヘッド、圧電素子（電気機械変換素子）を用いて振動板を変形させて圧力を発生させる圧電型ヘッド、電極と振動板との間で生じる静電力で振動板を変形させて圧力を発生させる静電型ヘッドなどがある。

また、液体吐出ヘッドには、ノズルの軸方向と液体供給流れ方向が平行であるエッジシュータ型と、ノズルの軸方向と液体供給流れ方向が直交するサイドシュータ型とがある。エッジシュータ型は、例えばサーマル型ヘッドでは流路板に電気熱変換素子や配線を設けて天板を貼り付けることで基本的な構成が得られ、量産に向くため初期のプリンタで広く使用されていたが、その反面、リフィル応答速度が遅く、吐出パワーがサイドシュータ型よりも低く、キャビテーションが生じやすいデメリットがある。

一方、サイドシュータ型は、例えばサーマル型ヘッドではノズルが電気熱変換素子の真上に位置することで、液体を升で量る効果があり滴吐出量が均一化し、また、吐出する時に気泡が大気に連通するためキャビテーションが生じないことからヘッド寿命が長く、更に気泡発生方向と吐出方向が一致するので、吐出パワーが高まり、また流路側に大きな衝撃波が伝わらないので、リフィルが速く、メニスカスも安定するため、高速印字に適しており、現在のプリンタの主流となっている。

ところで、画像形成装置に対する高画質、高速、高信頼性の要求の高まりに伴って、液体吐出ヘッドのノズルの高密度化、多ノズル化は必須となっているが、これに伴いヘッド内側のノズルからの吐出により周囲に負圧が発生しその影響によりヘッド周辺のノズルから吐出された液滴に曲がり（以下、「端ヨレ」と言う。）が発生し、適正な位置へ着弾しないという問題が明らかになっている。この端ヨレの現象は、特に、高密度化、多ノズル化がし易く、小滴を多用するサーマル型でサイドシュータ型のヘッドにおいて顕著に現れる。

そこで、特許文献１に記載されているように、インク滴の体積が大きいインクを吐出する大ノズルの列からなる複数の大ノズル列群と、大ノズルから吐出されるインク滴より小さい体積のインクを吐出する小ノズルの列からなる複数の小ノズル列群とを含み、大ノズル列群と小ノズル列群との間隔が、大ノズル列群同士の間隔よりも広い構成としたインクジェット記録ヘッドがある。
特開２００５−１６９９２７号公報

また、特許文献２に記載されているように、同一平面上に所定の密度で所定の方向に配列された液体を吐出するための複数の吐出口と、少なくとも該複数の吐出口の配列範囲の側端部に、複数の吐出口の配列方向とは異なる方向に延在して、同一平面より突出した凸部領域とを有するインクジェット記録ヘッドがある。
特開２００４−２１６７７４号公報

また、端ヨレとは直接関係ないが、特許文献３には共通液室の内壁の振動板側の開口端縁に接する領域に一側の開口端を有し他側が外部に開口した気泡排出路を形成し、共通液室内で発生する気泡を気泡排出路を介して速やかに外部に排出するヘッドが記載されている。
特開２００３―０７２０６５号公報

特許文献４には記録ヘッドにヘッド移動方向に開口部を持つ空気流入口を形成し、該空気流入口から導き入れた空気を記録ヘッドのインク吐出方向と同方向で、且つ、吐出口よりヘッド移動方向前方に設けられた排出口から排出するようにしたものが記載されている。
特開２００２−２７２８５９号公報

特許文献５にはエアーダクトからノズルにエアーを送りながらノズルからインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドにおいて、エアーダクトに可動手段を設け、インクジェット記録時および記録待機時にはエアーダクトをノズルプレートのノズル形成面より突出させてエアーを噴射し、記録ヘッドの保全動作時にはエアーダクトをノズルプレート側に後退させてエアーを噴射するインクジェット式記録ヘッドが記載されている。
特許第３７８１２８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成にあっては、ヘッド面積が大きくなることや減圧の発生そのものに対する対策でないため、例えばノズル径やノズル数などの設計が変わればその都度最適化が必要となりコストアップにつながる。また、特許文献２に記載の構成にあっては、凸部のみでは周囲からの空気の流れを完全に遮断することは難しく、また前者と同様に減圧の発生そのものに対する対策でないため根本的な対策となっていない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、端ヨレをなくした液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドユニット及びこれを備える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、液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が、ノズルの並び方向と交差する方向に複数並べて配列されたノズル面を有する液体吐出ヘッドにおいて、一方がノズル面の複数のノズル列に挟まれた領域内で大気に開口し、他方がノズル面以外の面で大気に開口して、ノズル面側とノズル面以外の面側とをヘッド内部を通じて連通する大気連通路が設けられている構成とした。

ここで、ノズルから液滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段にノズルが対向して設けられている構成とすることが好ましい。この場合、圧力発生手段が電気熱変換素子であることが好ましい。また、大気連通路の他方が開口するノズル面以外の面はノズル面と反対側の面であることが好ましい。また、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体収容手段が一体に設けられている構成とすることができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドユニットは、液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドを複数個一体に形成した液体吐出ヘッドユニットにおいて、この液体吐出ヘッドユニットの複数のノズル列の配列方向で最も外側のノズル列よりも内側に、一方がノズル面で大気に開口し、他方がノズル面以外の面で大気に開口して、ノズル面側とノズル面以外の面側とをヘッドユニット内部を通じて連通する大気連通路が設けられている構成とした。

ここで、隣り合う液体吐出ヘッドのヘッド間にも大気連通路が設けられている構成とすることができる。また、各液体吐出ヘッドのノズル列に対応し、かつ各ノズル列の内側に大気連通路が設けられている構成とすることができる。

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又は液体吐出ヘッドユニット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、一方がノズル面の複数のノズル列に挟まれた領域内で大気に開口し、他方がノズル面以外の面で大気に開口して、ノズル面側とノズル面以外の面側とをヘッド内部を通じて連通する大気連通路が形成されている構成としたので、滴吐出に伴ってノズル列間のノズル面側空間が負圧になろうとするときに大気連通路を介して大気がノズル面側に供給されるので、減圧状態にならず、滴吐出の曲がり（端ヨレ）が発生しない。

本発明に係る液体吐出ヘッドユニットによれば、この液体吐出ヘッドユニットの複数のノズル列の配列方向で最も外側のノズル列よりも内側に、一方がノズル面で大気に開口し、他方がノズル面以外の面で大気に開口して、ノズル面側とノズル面以外の面側とをヘッドユニット内部を通じて連通する大気連通路が設けられている構成としたので、滴吐出に伴って最も外側のノズル列より内側のノズル面側空間が負圧になろうとするときに大気連通路を介して大気がノズル面側に供給されるので、減圧状態にならず、滴吐出の曲がり（端ヨレ）が発生しない。

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又は液体吐出ヘッドユニットを備えているので、端ヨレがなく高画質画像を形成することができる。

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を含む本発明に係る液体吐出ヘッドユニットの第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は同ヘッドの要部平面説明図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドユニットＨＵは、複数個（ここでは３個で図示）の液体吐出ヘッドＨを一体に形成したものである。つまり、この液体吐出ヘッドユニットＨＵは、３個の液体吐出ヘッドＨに共通のアクチュエータ基板１と、流路形成部材２と、ノズル板３とを積層し、液滴を吐出するノズル（ノズル穴）４が連通する流路（液室）５を形成し、ノズル４に対向してアクチュエータ基板１には流路５の一部を仕切られた個別流路５Ａ内に膜沸騰による気泡を発生させて吐出エネルギーを発生させる圧力発生手段としての熱電気熱変換素子（発熱抵抗体：ヒータ）６をそれぞれ設け、また流路５に記録液（インク）を供給するインク供給穴７を形成している。

ここで、ノズル板３のノズル面３ａには、複数のノズル４が列状に並べられて構成される複数のノズル列４Ａが、ノズル４の並び方向と交差する方向に並べて配列されている。また、１つの液体吐出ヘッドＨには２つのノズル列４Ａ、４Ａが配置されている。

そして、一方がノズル板３のノズル面３ａで大気に開口し、他方がノズル面以外の面、すなわちノズル面３ａと反対側のアクチュエータ基板１の底面１ａで大気に開口して、ノズル面３ａ側とノズル面以外の面１ａ側とをヘッド内部を通じて連通する大気連通路８を形成している。この大気連通路８は、ノズル板３に形成された大気連通孔８ａ、流路形成部材２に形成された大気連通孔８ｂ、アクチュエータ基板１に形成された大気連通孔８ｃで構成されている。

ここで、１つの液体吐出ヘッドＨにおいては、一方がノズル面３ａの２つのノズル列４Ａ、４Ａに挟まれた領域内で大気に開口し、他方がノズル面以外の面である底面１ａで大気に開口して、ノズル面３ａ側とノズル面以外の面である底面１ａ側とをヘッド内部を通じて連通する大気連通路８が設けられている構成となる。

また、液体吐出ヘッドユニットＨＵにおいては、この液体吐出ヘッドユニットＨＵの複数のノズル列４Ａの配列方向で最も外側のノズル列４Ａ（４Ｍ）よりも内側に、一方がノズル面３ａで大気に開口し、他方がノズル面以外の面である底部１ａで大気に開口して、ノズル面３ａ側とノズル面以外の面である底面１ａ側とをヘッドユニット内部を通じて連通する大気連通路８が設けられている構成となる。さらに、この液体吐出ヘッドユニットＨＵでは、各ノズル列４Ａに対応して大気連通路８が設けられている構成としている。

ここで、ノズル板３の製造工程の一例について図４ないし図６を参照して説明する。なお、図４は同製造工程の説明に供する模式的説明図、図５はノズル板の要部平面説明図、図６は図５のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。
ここでは、ノズル板３のノズル４及び大気連通路８を構成する大気連通孔８ａはレーザを用いて形成している。レーザ加工方法には、大別して次の２つの方式があるが、本発明ではいずれの方法を用いてもよい。１つは、レーザを光学系で絞り込みノズル板３上に焦点を当てて１孔１孔穿孔する方法である。もう１つは、マスクを使用して多くのノズル穴を一度に穿孔する方法である。前者は、１点ずつ穿孔箇所を移動する際に時間がかかるため、後者の方が加工効率、即ち生産コストの点で優れている。

さらに、マスクを使用する方法は、図５に示すように、穿孔前のノズル板３に犠牲層２０を介してマスク２１を密着させ、レーザ光２２を照射する方式（密着型）と、図示しないが、マスクとノズル板の間にレンズを介在させる方式（レンズ介在型）とがある。前者の密着型は、マスクとノズル板の密着度によって光の干渉度合いが変わってしまう。また、密着度が１つのノズル板上でばらつく場合、穿孔されるノズルの形状、大きさがばらつくことになり、ひいては滴吐出量のばらつきにつながってしまうという不利な点がある。これに対して、後者のレンズ介在型はマスクの密着度に依存することなく、均一なノズル穿孔ができる点で最も優れた方式である。

レーザの光源としては、エキシマレーザが好ましい。ＹＡＧレーザでは穴が開くもののエッジ面が荒れ、また赤外線であるＣＯ_２レーザでは穴の周囲にクレーターを生じるという欠点を有しており、これらのレーザ加工はいわゆるレーザ熱加工であって、光エネルギーを熱エネルギーに変換することにより加工を行うため、加工形状を崩しやすく微細な加工を行うことは困難である。これに対し、エキシマレーザによるレーザアブレーション加工は、炭素原子の共有結合を切断する光化学反応によって昇華エッチングを行うものであるため、加工形状を崩しにくく、非常に高精度の加工が行えるものである。ここで、レーザアブレーション加工方法とは、液相状態を介することなくレーザにより昇華加工を行う方法を意味するものである。

そこで、ここでは、レンズ介在型でエキシマレーザを用いて図５及び図６に示すように、ノズル４及び大気連通孔８ａをノズル板３に形成している。この場合、複数のノズル４を並べたノズル列４Ａ、４Ａ間に大気連通孔８ａを並べた大気連通孔列８Ａを配置している。

次に、同ヘッド全体の製造工程について図７及び図８を参照して説明する。なお、図７は同製造工程の説明に供する図１のＢ−Ｂ線に沿う断面に相当する断面説明図、図８は同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する断面説明図である。
先ず、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、Ｓｉ基板３１上にヒーターの熱を効率よく記録液（インク）に伝えるための蓄熱層として熱酸化膜３２を膜厚１〜３μｍ程度で形成し、次に電子ビーム蒸着やスパッタ法などによりヒーターとなる発熱抵抗層３３を膜厚０．３〜１μｍ程度で成膜する。発熱抵抗層材料としては、ＨｆＢ_２、ＺｒＢ_２等の金属ホウ化物は特性がよく一般的に使用されるが、その他の材料でも通電されることによって所望の熱が発生するものであればよい。この発熱抵抗層の上にＡｌやＣｕ等の低抵抗配線材料層３４を膜厚０．３〜１μｍ程度で発熱抵抗層と同様に電子ビーム蒸着やスパッタ法などにより成膜する。

次に、各図（ｂ）に示すように、リソグラフィ及びエッチング技術によりレジスト３０を用いて低抵抗配線材料３４及び発熱抵抗層３３を所望の配線パターン３５を形成し、更に各図（ｃ）に示すように、再度リソグラフィ及びエッチング技術により配線パターン３５上の低抵抗配線材料３４を所望のヒーター形状にパターニングしヒーター３６を形成する（低抵抗配線材料３４は断面に現れないので図示されていない。）。

次に、各図（ｄ）に示すように、膜厚０．５〜３μｍ程度のＳｉＯ_２等の耐インク層３７及びインクの消泡時に発生するキャビテーションに耐えるための耐キャビテーション層３８として膜厚０．５〜１μｍ程度のＴａ等をスパッタ等により成膜する。

次に、各図（ｅ）に示すように、リソグラフィ技術によりＳｉ基板３１に大気連通孔８ｃ及びインク供給孔７を形成するためのレジストパターン３０を形成し、このレジストパターン３０をマスクに耐キャビテーション層３８及び耐インク層３７をメタルドライエッチング装置にてドライエッチングを行って開口する。さらに、酸化膜ドライエッチ装置により熱酸化膜３２のドライエッチングを行い酸化膜３２を開口する。これにより、大気連通孔８ｃ及びインク供給口７のための掘り込み３９、３０を形成してＳｉ基板３１を露出させる。

次に、各図（ｆ）に示すように、ＩＣＰドライエッチング装置を用いてＳｉ基板３１を貫通エッチングすることでＳｉ基板３１に大気連通孔８ｃ及びインク供給孔７が形成される。ＩＣＰエッチャーのエッチングではエッチングとデポプロセスを交互に切り替えて側壁を守りながらエッチングを進行させるボッシュプロセスを使用することが有効である。具体的にはエッチングステップにおいては圧力１００〜２００ｍＴ、コイルパワー２０００〜３０００Ｗ、１サイクルエッチング時間７〜１０ｓｅｃ、ＳＦ_６流量３００〜５００ｓｃｃｍ、プラテンパワー６０〜１００Ｗ、デポステップにおいては圧力２０〜５０ｍＴ、コイルパワー１８００〜２５００Ｗ、１サイクルデポ時間３〜５ｓｅｃ、Ｃ_４Ｆ_８流量１００〜２００ｓｃｃｍのエッチング条件で良好な形状を得ることができる。

次に、各図（ｇ）に示すように、レジスト除去後、耐インク性をもつ膜、例えばポリパラキシリレン等を蒸着装置にて蒸着する。このとき、ＩＣＰエッチング部においても耐インク性のある膜１１が成膜され、アクチュエータ基板１が完成する。

次に、各図（ｈ）に示すように、アクチュエータ基板１上に流路形成部材２としてドライフィルムレジストを貼りリソグラフィ技術により流路６及び大気連通孔８ｂを形成する。

次に、各図（ｉ）に示すように、前述したノズル板３を接着する。これにより、ノズル板３の大気連通穴８ａ、流路形成部材２の大気連通孔８ｂ、アクチュエータ基板１の大気連通孔８ｃが連通して大気連通路８が形成される。

そこで、このように構成した液体吐出ヘッドにおける端ヨレの防止作用について図９及び図１０をも参照して説明する。
大気連通路８を設けた液体吐出ヘッドにおいては、図９（ａ）に示すように、画像データの端部領域でのノズルから液滴が吐出されることにより、吐出インク滴周囲のある粘性を持つ空気がインク滴とほぼ同じ方向へ動くことになる。すると、ノズル列全体の空気がインク滴と同じ方向に動くようになり、その部分は減圧状態になる。そのために、吐出インク滴周囲以外の空気は、減圧されている方向へ移動するようになり、白抜き矢印で示されるような気流（大気圧の流れ）が発生し、ノズル列の端部領域にあるノズルから吐出されるインク滴の吐出方向がこの気流によってノズル列中央部方向に曲げられて狙いの位置からずれた位置４１に着弾することになる。その結果、図９（ｂ）に示すように、着弾領域４３，４４がノズル列の中央部分にずれることになり、スジ４５（端ヨレ）が生じることになる。

これに対して、図１０に示すように、大気連通路８を設けた液体吐出ヘッドにおいては、液滴吐出時にはアクチュエータ基板１、流路形成部材２を経由して最短距離でノズル４近傍の大気連通路８の開口からノズル面側に大気が供給されるため、滴吐出で減圧状態とならない。よって、ノズル列の端部においても端ヨレが発生せず、設計通りの位置４２に液滴を着弾させることができ、高品質の印字が可能となる。

このように、この液体吐出ヘッドにおいては、一方がノズル面の複数のノズル列に挟まれた領域内で大気に開口し、他方がノズル面以外の面で大気に開口して、ノズル面側とノズル面以外の面側とをヘッド内部を通じて連通する大気連通路が形成されているので、滴吐出に伴ってノズル列間のノズル面側空間が負圧になろうとするときに大気連通路を介して大気がノズル面側に供給されるので、減圧状態にならず、滴吐出の曲がり（端ヨレ）が発生しない。

また、複数の液体吐出ヘッドを一体に形成した液体吐出ヘッドユニットにおいては、液体吐出ヘッドユニットの複数のノズル列の配列方向で最も外側のノズル列よりも内側に、一方がノズル面で大気に開口し、他方がノズル面以外の面で大気に開口して、ノズル面側とノズル面以外の面側とをヘッドユニット内部を通じて連通する大気連通路が設けられている構成としたので、滴吐出に伴って最も外側のノズル列より内側のノズル面側空間が負圧になろうとするときに大気連通路を介して大気がノズル面側に供給されるので、減圧状態にならず、滴吐出の曲がり（端ヨレ）が発生しない。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを含む本発明に係る液体吐出ヘッドユニットの第２実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同ヘッドの要部平面説明図、図１２は図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。

この実施形態では液体吐出ヘッドユニットＨＵを構成する複数の液体吐出ヘッドＨの隣り合うノズル列４Ａ（４Ｎ）、４Ａ（４Ｎ）間にも大気連通路８を設けている。これにより、隣り合う液体吐出ヘッドＨのノズル列間に対応する空間が負圧状態になることを防止でき、端ヨレだけでなく、液体吐出ヘッドユニット内部における曲がり抑えることができる。つまり、前記第１実施形態で個々の液体吐出ヘッドのノズル列間に大気が導入されると、隣り合う液体吐出ヘッドＨのノズル列間の空間との間で差が生じて滴曲がりが生じるおそれがあるが、この空間内にも大気を導入することでこのような不都合を抑えることができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを含む本発明に係る液体吐出ヘッドユニットの第３実施形態について図１３及び図１４を参照して説明する。なお、図１３は図１のＡ−Ａ線に相当する断面と同様な断面説明図、図１４は図１のＢ−Ｂ線に相当する断面と同様な断面説明図である。
この実施形態では液体吐出ヘッドユニットＨＵを構成する各液体吐出ヘッドＨに対して供給する記録液（液体）を収容する記録液収容手段である液体タンク５１〜５３を一体に設けている。この場合、ここではヘッドの背面側に大気連通路８の他方が開口しているので、液体タンク５１〜５３は大気連通路８の他方開口を塞がない形状に形成している。また、液体タンク５１〜５３は、例えば異なる色の記録液が収容され、それぞれ供給穴７を介して液体吐出ヘッドＨの流路５に記録液を供給する。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドユニットを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同装置の機構部を示す概略構成図、図１６は同装置の要部平面説明図である。
左右のメイン側板１０１Ａ、１０１Ｂに横架した主ガイドロッド１１１と従ガイドロッド１１２とでキャリッジ１１３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１１３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液滴を吐出する複数のノズル列を有する本発明に係る液体吐出ヘッドユニットからなる記録ヘッド１１４を複数のノズル（吐出口）を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。この記録ヘッド１１４は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各液滴を吐出する複数のノズル４を並べた各色のノズル列を備えている。

また、キャリッジ１１３には、記録ヘッド１１４に各色のインクを供給するための各色のヘッドタンク１１５を搭載している。この各色のヘッドタンク１１５には各色の可撓性を有する供給チューブ１１６を介して、カートリッジ装填部１１７に装着された各色のインクカートリッジ１２０から各色のインクが補充供給される。このカートリッジ装填部１１７にはインクカートリッジ１２０内のインクを送液するための送液手段である供給ポンプユニット１１８が設けられている。なお、供給チューブ１１６は前ステー１２１上に保持部材１２２にて途中部分が保持されている。

一方、給紙トレイ１４０の用紙積載部（圧板）１４１上に積載した用紙１４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１４１から用紙１４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）１４３及び給紙コロ１４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１４４を備え、この分離パッド１４４は給紙コロ１４３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１４２を記録ヘッド１１４の下方側に送り込むために、用紙１４２を案内するガイド部材１４５と、カウンタローラ１４６と、搬送ガイド部材１４７と、先端加圧コロ１４９を有する押さえ部材１４８とを備えるとともに、給送された用紙１４２を静電吸着して記録ヘッド１１４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１５１を備えている。

この搬送ベルト１５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１５２とテンションローラ１５３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１５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１５６を備えている。この帯電ローラ１５６は、搬送ベルト１５１の表層に接触し、搬送ベルト１５１の回動に従動して回転するように配置されている。さらに、搬送ベルト１５１の裏側には、記録ヘッド１１４による印写領域に対応してプラテン部となるガイド部材１５７を配置している。この搬送ベルト１５１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１５２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１１４で記録された用紙１４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１５１から用紙１４２を分離するための分離爪１６１と、排紙ローラ１６２及び排紙コロ（拍車コロ）１６３とを備え、排紙ローラ１６２の下方に排紙トレイ１６３を備えている。

また、装置本体の背面部には両面ユニット１７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット１７１は搬送ベルト１５１の逆方向回転で戻される用紙１４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１４６と搬送ベルト１５１との間に給紙する。また、この両面ユニット１７１の上面は手差しトレイ１７２としている。

さらに、キャリッジ１１３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド１１４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維持回復機構１８１を配置している。この維持回復機構１８１には、記録ヘッド１１４の各ノズル１１を一括してキャピングするためのキャップ部材１８２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１８３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１８４などを備えている。

そして、この維持回復機構１８１による維持回復動作で生じる記録液の廃液、キャップ１８２に排出されたインク、あるいはワイパーブレード１８３に付着してワイパークリーナ１８５で除去されたインク、空吐出受け１９４に空吐出されたインクは図示しない廃液タンクに排出されて収容される。

また、キャリッジ１１３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１８８を配置し、この空吐出受け１８８には記録ヘッド１１４のノズル列方向に沿った開口部１８９などを備えている。

このように構成したインクジェット記録装置においては、給紙トレイ１４０から用紙１４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１４２はガイド１４５で案内され、搬送ベルト１５１とカウンタローラ１４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１４７で案内されて先端加圧コロ１４９で搬送ベルト１５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御部のＡＣバイアス供給部から帯電ローラ１５６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１５１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１５１上に用紙１４２が給送されると、用紙１４２が搬送ベルト１５１に吸着され、搬送ベルト１５１の周回移動によって用紙１４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１１４を駆動することにより、停止している用紙１４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１４２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１４２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１４２を排紙トレイ１６３に排紙する。

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１１３は維持回復機構１８１側に移動されて、キャップ部材１８２で記録ヘッド１１４の吐出面（ノズル面）がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことにより記録液乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ部材１８２で記録ヘッド１１４の吐出面をキャッピングした状態でここでは図示しない吸引ポンプによってノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行う。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１１４の安定した吐出性能を維持する。

このようにこの画像形成装置では信頼性の高い本発明に係る液体吐出ヘッドユニット（又は液体吐出ヘッド）からなる記録ヘッド１１４を備えているので、端ヨレがなく高画質画像を形成することができる。

また、上記各実施形態では本発明に係る画像形成装置としてプリンタ構成で説明したが、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適用することができる。また、インク以外の液体である記録液、定着処理液、ＤＮＡ試料、レジストなどを用いる画像形成装置、その他の液滴を吐出する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を含む本発明に係る液体吐出ヘッドユニットの第１実施形態を示す要部平面説明図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 ノズル板の製造工程の一例の説明に供する模式的説明図である。 ノズル板の要部平面説明図である。 図５のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。 同ヘッド全体の製造工程の説明に供する図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する断面説明図である。 同じく図１のＢ−Ｂ線に沿う断面に相当する断面説明図である。 同液体吐出ヘッドにおける端ヨレの防止作用の説明に供する比較例の模式的説明図である。 同液体吐出ヘッドにおける端ヨレの防止作用の説明に供する模式的説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを含む本発明に係る液体吐出ヘッドユニットの第２実施形態を示す要部平面説明図である。 図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを含む本発明に係る液体吐出ヘッドユニットの第３実施形態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する断面説明図である。 同じく図１のＢ−Ｂ線に沿う断面に相当する断面説明図である。 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機構部を示す概略構成図である。 同装置の要部平面説明図である。

符号の説明

ＨＵ…液体吐出ヘッドユニット
Ｈ…液体吐出ヘッド
１…アクチュエータ基板
２…流路形成部材
３…ノズル板
４…ノズル
５…流路（液室）
６…発熱抵抗体（ヒーター）
７…インク供給口
８…大気連通路
８ａ、８ｂ、８ｃ…大気連通孔
５１〜５３…記録液収容手段（液体タンク）
１１３…キャリッジ
１１４…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）

Claims (9)

1. 液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が、前記ノズルの並び方向と交差する方向に複数並べて配列されたノズル面を有する液体吐出ヘッドにおいて、
   一方が前記ノズル面の前記複数のノズル列に挟まれた領域内で大気に開口し、他方が前記ノズル面以外の面で大気に開口して、前記ノズル面側と前記ノズル面以外の面側とをヘッド内部を通じて連通する大気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。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズルから液滴を吐出させる圧力を発生する圧力発生手段に前記ノズルが対向して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、前記圧力発生手段が電気熱変換素子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、前記大気連通路の他方が開口する前記ノズル面以外の面は前記ノズル面と反対側の面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、この液体吐出ヘッドに液体を供給する液体収容手段が一体に設けられていることを特徴する液体吐出ヘッド。
6. 液滴を吐出する複数のノズルが並べて配列されたノズル列が設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドを複数個一体に形成した液体吐出ヘッドユニットにおいて、
   この液体吐出ヘッドユニットの複数のノズル列の配列方向で最も外側のノズル列よりも内側に、一方が前記ノズル面で大気に開口し、他方が前記ノズル面以外の面で大気に開口して、前記ノズル面側と前記ノズル面以外の面側とをヘッドユニット内部を通じて連通する大気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ユニット。
7. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドユニットにおいて、隣り合う前記液体吐出ヘッドのヘッド間にも前記大気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ユニット。
8. 請求項６又は７に記載の液体吐出ヘッドユニットにおいて、各液体吐出ヘッドのノズル列に対応し、かつ各ノズル列の内側に前記大気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ユニット。
9. 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、請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド又は請求項６ないし８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドユニットを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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