JP2009045905A - ヘッドアレイユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のヘッドをつなぎ合わせて構成されるヘッドアレイユニットの温度上昇を効果的に抑制する。
【解決手段】ヘッドユニットは、液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材２０に複数配列されて構成され、ヘッド固定部材２０は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、供給口の個々を挟んで配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる温度調節流体流路（管路）２３と、管路に接続する少なくとも２つのポート１５，１５とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明はヘッドアレイ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（液滴吐出ヘッドともいう。）で構成した記録ヘッドを用いて、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（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。）を行ものがある。

なお、本願において、「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インク滴を吐出して画像形成を行う装置（単に液滴を吐出する液体吐出装置を含む）を意味し、また、「画像」とは、文字や図形等のなんらかの意味を有するものに限らず、パターンなどの有意でないものを含み、「画像形成」とは複数の液滴を吐出させて媒体に付着させることを意味し、また、「インク」とは所謂狭義のインクに限るものではなく、上記の意味での液滴として吐出される液体であれば特に限定されるものではない。

液体吐出ヘッドとしては、インクを充填した液室の壁の一部に振動板を設け、圧電アクチュエータ等により振動板を変位させ液室内の体積を変化させて圧力を高め液滴を吐出させる圧電型ヘッドや、液室内に通電によって発熱する発熱体を設けて、発熱体の発熱により生じる気泡によって液室内の圧力を高め、液滴を吐出させるサーマル型ヘッドが知られている。

このような液体吐出方式の画像形成装置においては、高速化を図るために、ノズル数、ヘッド数の増加などが行われている。最近では、短尺ヘッドを複数個つなぎ合わせる等して長尺のヘッドアレイユニット（特許文献１参照）を形成し、ヘッドを走査することなく画像を形成可能なライン型画像形成装置もある。また、高速化に対する別の解決方法としてインク吐出周波数を高くすることも行われている。
特開２００４−１６０９５２号公報

ところが、多ノズル化や駆動高速化は、ヘッドの温度上昇を助長する。ヘッドの温度が上がると、内部のインクの温度も上昇し、インクの粘度変化によって、ヘッドの吐出特性が影響を受ける。そこで、従来の画像形成装置では、吐出状態を一定に維持すべく、ヘッドの温度に基づいてインク吐出信号などを制御するようにしている。

しかしながら、ノズル数の多いヘッドアレイユニットを高速駆動する場合には、温度上昇が激しいため、上述したインク吐出信号の制御のみでは対応しきれなくなってきている。

そこで、特許文献２にはヘッドアレイユニットとしての長尺ヘッドのヘッド基板を支持する固定部材内部に吐出用液体が供給される共通液室とは独立した液体経路を設けて、液体を循環させることにより積極的にヘッドの温度を一定に保つことが記載されている。
特開２００６−１８１９４９号公報

しかしながら、特許文献２に記載のヘッドは、ヘッド基板の両端部のみ冷却媒体が流れる構造であり、最も蓄熱しやすいヘッド基板中央部を効果的に冷却できないという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数のヘッドをつなぎ合わせて構成されるヘッドアレイユニットの温度上昇を効果的に抑制し、安定した液体吐出性能を維持できるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係るヘッドアレイユニットは、液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数配列されて構成されたヘッドアレイユニットにおいて、ヘッド固定部材は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、供給口の個々を挟んで配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する構成とした。

本発明に係るヘッドアレイユニットは、液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数配列されて構成されたヘッドアレイユニットにおいて、ヘッド固定部材は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、供給口の周囲に配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する構成とした。

本発明に係るヘッドアレイユニットは、液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数千鳥配列されて構成されたヘッドアレイユニットにおいて、ヘッド固定部材は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、供給口の周囲に配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する構成とした。

これらの本発明に係るヘッドアレイユニットにおいて、管路は、ヘッドアレイユニットの長手方向に伸びた異なる複数の主管路と、異なる主管路をつなぐ副管路からなり、副管路はヘッドアレイユニットの長手方向に隣接する２つの液体吐出ヘッドの間に少なくとも２本設けられ、各々の副管路は主管路の長手方向の一方向に対して一方は鋭角に交差し、他方は鈍角に交差している構成とできる。

また、管路を流れる温度調節流体の流れの方向が切り替え可能である構成とできる。

この場合、ヘッドアレイユニットの少なくとも長手方向の異なる２箇所の温度に基づいて温度調節流体の流れの方向が決められる構成とできる。あるいは、液体吐出ヘッドの少なくとも長手方向の異なる２箇所の温度に基づいて温度調節流体の流れの方向が決められる構成とできる。

また、ヘッド固定部材は、温度調節流体を一方向に流したときに上流から下流に向かって熱伝達効率が大きくなる構成とできる。また、温度調節流体は液体吐出ヘッドから吐出される液体と同じである構成とできる。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係るヘッドアレイユニットを備えている構成とした。

本発明に係るヘッドアレイユニットによれば、液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数配列されて構成されたヘッドアレイユニットにおいて、ヘッド固定部材は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、液体供給口の個々を挟んで配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する構成としたので、温度上昇を効果的に抑制し、安定した液体吐出性能を維持できるようになる。

本発明に係るヘッドアレイユニットによれば、液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数配列されて構成されたヘッドアレイユニットにおいて、ヘッド固定部材は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、供給口の周囲に配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する構成としたので、温度上昇を効果的に抑制し、安定した液体吐出性能を維持できるようになる。

本発明に係るヘッドアレイユニットによれば、液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数千鳥配列されて構成されたヘッドアレイユニットにおいて、ヘッド固定部材は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、供給口の周囲に配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する構成としたので、温度上昇を効果的に抑制し、安定した液体吐出性能を維持できるようになる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係るヘッドアレイユニットを備えているので、安定した液体吐出を行うことができる。

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。本発明の第１実施形態に係るヘッドアレイユニットについて図１ないし図６を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドアレイユニットを示す斜視説明図、図２は図１の仮想断面Ａに沿う断面説明図、図３は図２のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図、図４は図２のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図、図５は図２のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図、図６は液体吐出ヘッド要部拡大説明図である。

ヘッドアレイユニット１００は、複数（ここでは６個とするが、これに限らない。）の短尺の液体吐出ヘッド１ａ〜１ｆ（区別しないときは「液体吐出ヘッド１」という。）を、ヘッド長手方向と直交する方向に位置をずらして、ヘッド長手方向に配列されている、つまり、千鳥状に、ヘッド固定部材２０に固定して構成した、ライン型ヘッドなどの長尺ヘッドである。

液体吐出ヘッド１は、図６にも示すように、サーマル型ヘッドであり、発熱体基板２と流路基板３から構成される。流路基板３には液滴を吐出する複数のノズル５、各ノズル５が連通する複数の個別液室６が設けられ、発熱体基板３には各個別液室６に対応してそれぞれ発熱体素子４が設けられている。発熱体基板２には、図示しないＦＰＣなどの通電手段が接続されており、この通電手段を介して発熱体素子４にパルス電圧などが入力されることで発熱体素子４が駆動され、個別液室６内の液体に膜沸騰を生ぜしめ、ノズル５から液体の滴（液滴）が吐出される。本実施形態においては、図２及び図６に示すように、ヘッド長手方向に複数のノズル５を並べたノズル列が２列形成されており、各ノズル５に対応した個別液室６には、図２及び図３に示すように発熱体基板２の中央に設けられた共通液室７から液体が供給される構造となっている。

なお、ここでは、液室６内の吐出エネルギー作用部（発熱体部）へのインクの流れ方向とノズル５の開口中心軸とを直角となしたサイドシューター方式の構造としている。この方式は、発熱体素子４からのエネルギーをより効率良くインク滴の形成とその飛行の運動エネルギーへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点があり、高速駆動に適している。

そして、これら６個の液体吐出ヘッド１の発熱体基板２の共通液室７を形成する開口に対応して、図２及び図３に示すように、共通液室７に液体を供給する部材を兼ねたヘッド固定部材２０が接合されている。なお、本実施形態では、ヘッド固定部材２０に直接各液体吐出ヘッド１が接合されているが、両者の間にスペーサプレートなどの他の部材が介在するような構成でもよい。

ヘッド固定部材２０は、内部には６つの液体吐出ヘッド１全てに液体を供給する液体供給路２１が形成され、液体供給路２１の長手方向端部には液体を供給する供給ポート１２と液体を排出する排出ポート１３が形成されている。そして、この液体供給路２１に連通する液体供給口２２を介して液体吐出ヘッド１の共通液室７に液体を供給する。

なお、後述するが、このヘッド固定部材２０は図示しない液体供給経路内に配置され、供給ポート１２から液体供給路２１を通じて排出ポート１３に向けて液体を流して液体を循環させるようにしている。なお、図１などで供給ポート１２に向かう矢印、排出ポート１３から外側に向かう方向の矢印は、それぞれ液体の流入方向及び排出方向を示している（以下でも同様である。）。

また、ヘッド固定部材２０には、内部にヘッドユニット１００の温度を調節する温度調節流体が流れる温度調節流体流路２３が設けられ、長手方向両端部には温度調節流体流路２３に連通する温度調節流体ポート１５、１５が設けられている。この温度調節流体流路２３は、図３に示すように、各液体吐出ヘッド１の液体供給口２２の周囲を囲む形態で温度調節流体流路２３が設けられ、温度調節流体ポート１５を用いて温度調節流体が流れるようになっているとともに、前述したように液体供給路２１と液体吐出ヘッド１の間に温度調節流体流路２３が形成されているので、液体供給路２１内の液体と液体吐出ヘッド１の温度を効率よく所望の温度に調節することができる。したがって、前述したようなサーマル方式の液吐出ヘッド１を用いて高速駆動しても、蓄熱する不具合がなく安定して液吐出を行うことができる。

このように、ヘッドアレイユニットは、液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数配列されて構成され、ヘッド固定部材は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、供給口の周囲に配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する構成とすることで、温度上昇を効果的に抑制し、安定した液体吐出性能を維持できるようになる。

また、ヘッドアレイユニットは、液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数千鳥配列されて構成され、ヘッド固定部材は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、供給口の周囲に配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する構成とすることで、温度上昇を効果的に抑制し、安定した液体吐出性能を維持できるようになる。

次に、本発明の第２実施形態に係るヘッドアレイユニットについて図７ないし図１１を参照して説明する。なお、図７は同ヘッドアレイユニットを示す斜視説明図、図８は図７の仮想断面Ｂに沿う断面説明図、図９は図８のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、図１０は図８のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、図１１は図８のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。

このヘッドアレイユニット１００のヘッド固定部材２０では、温度調節流体流路２３に連通する温度調節流体ポート１５が両端に各々３個ずつ設けられている。そして、温度調節流体流路２３は、図１１に示すように、管状で異なる端面に設けられた温度調節流体ポート１５を直線的に連結する主管路２４と、主管路２４の間を接続する副管路２５から構成される。各液体吐出ヘッド１の液体供給口２２は、その周囲を主管路２４と副管路２５からなる温度調節流体流路２３によって囲まれる形態とされ、温度調節流体ポート１５を用いて温度調節流体が流れるようになっている。

前述したように液体供給路２１と液体吐出ヘッド１の間に温度調節流体流路２３が形成されているので、液体供給路２１内の液体と液体吐出ヘッド１の温度を効率よく所望の温度に調節することができる。

また、本実施形態では、温度調節流体流路２３が管路２４，２５で形成されるので、前記第１実施形態に比べて熱交換のための表面積が大きく温度調節効率が良く、また、第１実施形態に比べて高速に温度調節流体を流すことができ、サーマル方式の液吐出ヘッドを用いて高速駆動しても、蓄熱する不具合がなく安定して液吐出ヘッド１から液吐出を行うことができる。

なお、ここでは、管路２３（主管路２４、副管路２５）の断面は長方形であるが、これに限られるものではない。例えば、液体吐出ヘッド側を長辺とする台形断面の管路として、より温度交換効率が良好な構成とすることもできる。

また、温度調節流体流路２３を形成する部分は、熱伝導性の良好な材質であることが好ましい。例えば、金属等の熱伝導率の大きな材質で形成すると、記録ヘッド１が発生する熱を効果的に奪って記録ヘッドの蓄熱を防止することができる。

例えば、ＳＵＳ等の発泡金属（例えば、予備径６００μｍ、気孔率９５％程度のもの）を用いると温度調節液体との接触面積が大きくすることができるので、温度調節流体流路に使う材料として適している。熱伝導率が大きい材料として、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、マグネシア、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の熱伝導性フィラーが充填された樹脂も好適である。樹脂材料を用いると、各ポートや液体供給路等と一体的に形成することができ、生産性が向上する。また、ヘッド固定部材２０の液体吐出ヘッド１を固定する部分や温度調節流体流路２３を構成する部分を金属等の高熱伝導材料で形成し、液体供給路２１を安価な樹脂成型品で形成して両者を積層する構成とすることも有効である。

また、管路で温度調節流体流路２３を形成する場合は、図１２に示すように主管路２４と副管路２５が直角に交差する形態とすることもできるが、図１１に示すように主管路２４に対して副管路２５が斜めに接続する形態とすれば、管路の接続部における温度調節流体の流れの分岐や合流が滑らかに行えるので好ましい。ただし、図１１に示す例では、副管路２５が直管で副管路２５全体が主管路２４に対して斜めに接続される構成であるが、斜めとする部分が主管路２４との接続部だけの構成としてもよいし、曲管を用いて滑らかに接続するようにしてもよい。

次に、上記第２実施形態における温度調節流体ポート１５、主管路２４、副管路２５の他の形態について図１３ないし図１５を参照して説明する。
図１３に示す例（これを「Ａ方式」という。）は、温度調節流体ポート１５をヘッドアレイユニット１００の長手方向の両端に各々１個にまとめた構成である。図１４に示す例（これを「Ｂ方式」という。）は、温度調節流体排出ポート１５が各々３個の別の構成である。図１５に示す例（これを「Ｄ方式」という。）)は、温度調節流体ポート１５が各々２個の構成である。

このように、配管は様々に選択することができるが、いずれの形態の場合でも、一部に流れが集中したり、一部の流れが淀んだりしないで、全体に一様に温度調節流体が流れることが重要である。そのためには、主管路２４や副管路２５の太さを流れの分岐、合流の状況に対応して設定し、流量バランスを適正化することが好ましい。

ここで、この実施形態のヘッドアレイユニット１００のように液体吐出ヘッド１が２列千鳥配置される構成における温度調節流体が流れる流路部分の流量比について図１６及び図１７を参照して説明する。なお、各図における「Ｑ」は当該流路部分における流量を意味し、「２Ｑ」は「Ｑ」の２倍であること、「３Ｑ」はＱの３倍であることを意味している。

まず、液体供給口２２が小さい場合は、図１６に示すような流量比となるように配管することにより、全体に一様に温度調節流体を流すことができる。温度調節流体ポート同士の流量比の設定に関しては、管の太さを変えて調節しても良いし、個別にポンプを接続して、ポンプの出力を調節しても良い。

これに対し、液体供給口２２が大きく（細長く）、ヘッドアレイユニット１００の幅方向に隣接する液体供給口２２がヘッドアレイユニット１００の長手方向にオーバーラップするような場合には、図１７に示すような配管構成（流路構成）とし、図示した流量比設定とすると良い。

例えば、図１３及び図１７(ａ)に示すＡ方式では、温度調節流体用のポートが１つずつでシンプルな構成とできるものである。しかしながら、各液吐出ヘッドの温度調節能力としては、液体吐出ヘッド幅方向（短手方向）の長辺部に作用する管路の流量が大きいＢ方式（図１１及び図１７（ｂ）に示す構成）、あるいは、Ｃ方式（図１４及び図１７(ｃ)参照）が優れている。

Ｃ方式は特に蓄熱しやすいヘッドアレイユニット１００の幅方向の中央部の流量が大きいメリットがある。しかし、一方で、最もスペースの小さい液体供給口２２の隣接境界部の流量を大きくしなければならないので、ヘッドアレイユニット１００の幅方向に余裕のある場合でないと実施し難い。その点Ｂ方式は、液体供給口２２の隣接境界部の管路を幅狭に設定でき、各液体吐出ヘッド１の長辺の両側を大流量とすることができるのでコンパクトな構成ながらも効率の良い温度制御を行うことができる。

また、Ｄ方式（図１５及び図１７(ｄ)参照）は、温度調節流体用のポートが両側各２つであり、Ｂ方式やＣ方式に対しては温度調節能力が劣るが、シンプルな構成とできる。

また、Ａ方式では温度調節流体用のポートが各１つであるためにポートが故障するとヘッドアレイユニット１００の温度調節が完全に停止してしまうため、液体吐出ヘッド１の駆動周波数を下げるなど駆動を大幅に制限しなければならないが、他の方式では複数ずつポートがあるので、性能低下はあるものの、ある程度の温度調節は可能で、液体吐出ヘッド１の駆動制限を緩和することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係るヘッドアレイユニットについて図１８を参照して説明する。
この実施形態は、上記第２実施形態における主管路２４を連結する副管路２５を省略しし、主管路２４のみの構成としたものである。このような構成でも、液体吐出ヘッド１a、１b、１cの列も液体吐出ヘッド１ｄ、１e、１ｆの列も、どちらも主管路２４が各々の液体吐出ヘッド１の液体供給口２２を挟むように配置され、各列の液体吐出ヘッド１の両サイドを温度調節流体が流れるので、温度調節を行うことができる。この方式は、副管路を設けた構成より若干温度調節能力は劣るが、構成がシンプルであるため著しく製造が容易であるというメリットがある。

このように、ヘッド固定部材は、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、供給口の個々を挟んで配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する構成とすることで、温度上昇を効果的に抑制し、安定した液体吐出性能を維持できるようになる。

次に、本発明の第４実施形態に係るヘッドアレイユニットについて図１９を参照して説明する。なお、図１９は同ヘッドアレイユニットの斜視説明図である。
ここでは、上記第２実施形態のヘッドアレイユニット１００において、各液体吐出ヘッド１の両端部に温度センサ２７が設けられている。

ヘッドアレイユニット１００を用いて液体を吐出すると液体吐出ヘッド１の発熱でヘッドアレイユニット１００の温度が変化する。温度変化によって液体の吐出特性が変化しないように温度調節流体を流してヘッドアレイユニット１００の温度調節をするが、温度調節流体は液体吐出ヘッド１と熱の出し入れを行うので、温度調節流体自体の温度もヘッドアレイユニット１００内で変化する。

例えば、ヘッドアレイユニット１００の発熱を抑えるための冷媒として温度調節流体を流す場合、ヘッドアレイユニット１００の発熱量が多い場合には、ヘッドアレイユニット１００の中を流れる間に温度調節流体の温度が上昇するため、温度調節流体の供給側の温度調節流体ポート１５付近と温度調節流体の排出側の温度調節流体ポート１５付近では、温度調節流体の温度が異なり、冷却効果に差が生じる。その結果、ヘッドアレイユニット１００の長手方向に温度分布が生じてヘッドの長手方向で液体の吐出特性がばらついてしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、各液体吐出ヘッド１に温度センサ２７を設けているため、ヘッドアレイユニット１００の温度をもとに温度調節流体の全体の流量を調節できるだけでなく、ヘッドアレイユニットの温度分布１００を検知して温度調節流体の流れの方向を切り替えることで、ヘッドアレイユニット１００内の温度勾配を小さく抑えることができる。

なお、ここでは、液体吐出ヘッド１の両端に１つずつ温度センサ２７を設けているが、温度センサ２７は液体吐出ヘッド１自体にある必要はなく、ヘッド固定部材２０に設けることもできる。ただし、温度センサ２７は液体吐出ヘッド１の液体吐出回路と一緒に形成することが可能であるので、液体吐出ヘッド１に設ける方が好ましい。

また、温度センサ２７は各液体吐出ヘッド１に必ずしも２個必要ではなく、１個でも良いが、両端に２個設けると、より細かい温度制御が可能である。つまり、１つの液体吐出ヘッド１内の温度勾配をキャンセルするように温度調節流体を制御するといったことも可能となる。

さらに、温度センサを少なくする構成としては、例えばヘッドアレイユニット１００の両端の液体吐出ヘッド１にのみ設けるようにしても、温度調節流体の流れ方向をヘッドアレイユニット１００の温度勾配に関する実測情報をもとに制御することができる。

さらには、温度センサを用いず、液体吐出信号などからヘッドアレイユニット１００の温度分布を予測し、温度調節流体を制御することもできる。

次に、本発明の第５実施形態に係るヘッドアレイユニットについて図２０を参照して説明する。なお、図２０は同ヘッドアレイユニットの平断面説明図である。
上述した第４実施形態では、温度調節流体の流れの方向を制御してヘッドアレイユニット１００の温度勾配の発生を抑制しているが、ヘッドアレイユニット１００の構造によって温度調節流体の流れの方向を変えずに温度勾配を抑制することもできる。

そこで、この第５実施形態では、温度調節流体が流れる温度調節流体管路を流体の位置口側から出口側に向かって順次分岐させて形成している。つまり、本実施形態では図中の矢印Ｊから矢印Ｍの方向のみに温度調節流体が流れる。

例えば、温度調節流体が冷媒でありヘッドアレイユニット１００を冷却する場合について説明すると、温度調節流体がポート１５ｉに入り、液体吐出ヘッド１を１ａ→１ｄ→１ｂ→１ｅ→１ｃ→１ｆの順（液体供給口２２でいうと、２２ａ→２２ｄ→２２ｂ→２２ｅ→２２ｃ→２２ｆの順）に冷やしながら流れる。下流に流れるに従って温度調節流体自体の温度が上昇するので、温度調節流体自体の冷却能力は減少する。そこで、温度調節流体の流れの上流から下流に向かって管路（主管路２４、副管路２５）の本数を増加し、熱交換する表面積を増やすようにし、下流ほど熱伝達効率を大きくしている。

このように、下流ほど熱伝達効率を大きくすることにより、冷媒の温度は上流と下流で異なっても、上流と下流の温度を均一に調節することができる。

このように温度調節流体の流れの下流ほど熱伝達効率を大きくする構成は、上記実施形態のように管路を増やして熱交換表面を増やす構成に限るものではない。例えば、例えば、管路と液体吐出ヘッドの距離を下流ほど近づける構成とすることができる。また、ヘッド固定部材内で管路の占める割合を下流の方を多くする構成とすることもできる。さらには、下流側のみファンなどによって冷却したり、ヘッドアレイユニットの構造を下流側ほど放熱しやすい形状にする構成とすることもできる。

なお、本実施形態の構成では、下流側のポート１５を４つ設ける構成としているが、１つにまとめる構成とすることもできる。ポート１５を複数の構成とすると、ポート１５の更に下流側に弁を設けることにより、ヘッドアレイユニットの温度分布を測定して適宜弁を走査することでヘッドアレイユニットの温度分布をより細かく制御することが可能となる。

上記各実施形態では、６個の液体吐出ヘッドを２列の千鳥配列とするヘッドアレイユニットの例を示したが、ヘッドアレイユニットの構成はこれに限られるものではない。２次元的に多数の液体吐出口を有するヘッドアレイユニットに形成される液体吐出ヘッドの配置に応じて、適宜、ハニカム形状の配管で構成される温度調節流体流路を液体吐出ヘッドの液体供給口周囲を囲む形態で液体吐出ヘッドの裏面に配置し、温度調節流体流路の内部に温度調節流体を流すことで、液体吐出ヘッドの裏面全体をくまなく効率よく温度制御できる。

また、温度調節液体を出入りさせるポートも両端のみではなく、例えば流出入するポートを長手方向の適所に設けることもできる。このようにすると、ヘッドアレイユニットをブロックごとに温度調節することもできる。

次に、本発明に係る画像形成装置に本発明に係るヘッドアレイユニットを備える例について説明する。なお、ここでは、液体としてインクを吐出し、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用可能なインクジェットプリンタに適用した例を説明するが、本発明に係る画像形成装置は、狭義のインク以外の液体、例えばＤＮＡ試料やレジスト、パターン材料などを吐出する画像形成装置にも適用することができる。

まず、本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について図２１ないし図２３を参照して説明する。なお、図２１は同画像形成装置の構成図、図２２は同装置の維持回復時の状態を示す説明図、図２３は液体供給経路の説明に供する模式的説明図である。
この画像形成装置は、搬送される最大の紙幅に対応した長さを有するヘッドユニット１００からなる記録ヘッド（１００Ｋ、１００Ｃ、１００Ｍ、１００Ｙ）が異なる４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色）のインクごとに４つ設けられたラインプリンタである。４つの記録ヘッド１は、ヘッドフレーム３６に固定されており、図示しないヘッド昇降機構により４つのヘッド１が同時に上下に移動可能な構成となっている。

記録ヘッド１００Ｋ、１００Ｃ、１００Ｍ、１００Ｙのすぐ下方にはインクにより画像が記録される記録紙が搬送される。記録紙は、給紙トレイ３８に積載保持されており、図示しない分離給紙機構により１枚ずつ送り出され、紙搬送ベルト３０によって搬送され、記録完了後、排紙トレイ３９に排紙される。

紙搬送ベルト３０は、ベルト搬送ローラ３１とテンションローラ３２によって張架されており、表層は樹脂材で構成された高抵抗層、裏層は樹脂材料にカーボンによる抵抗制御を行った中抵抗層の２層構造である。この紙搬送ベルト３０には、金属ローラの外層に中抵抗層が形成され最外層に薄い高抵抗層が形成された帯電ローラ３３が接触されている。

そこで、帯電ローラ３３に高電圧を印加することにより、紙搬送ベルト３０と帯電ローラ３３のニップ部近傍のエアーギャップで放電が生じ、紙搬送ベルト３０上に電荷が付着する。帯電ローラ３３に印加する電圧を正負の交流電圧とすると、紙搬送ベルト３０上には正負の電荷が交互にストライプ状に付着する。このように帯電した紙搬送ベルト３０に記録紙を供給すると、静電力によって記録紙が紙搬送ベルト３０に吸着する。記録紙が強固に紙搬送ベルト３０に保持された状態で印字を行うことができるため、高速に用紙を搬送しながら印字を行う場合でも、安定した印字品質を得ることができる。

記録ヘッド１００Ｋ、１００Ｃ、１００Ｍ、１００Ｙを構成するヘッドユニット１００の各液体吐出ヘッド１は、前述した第１実施形態で示すような発熱体４の駆動によるインクの膜沸騰により吐出圧を得るサーマル方式のものとし、液室６内の吐出エネルギー作用部（発熱体部）へのインクの流れ方向とノズル５の開口中心軸とを直角となしたサイドシューター方式の構成としている。

このような構成とすることによって、発熱体４からのエネルギーをより効率良くインク滴の形成とその飛行の運動エネルギーへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有する。また、エッジシューター方式において問題となる気泡が消滅する際の衝撃により発熱体４を徐々に破壊する、いわゆるキャビテーション現象をサイドシューターであれば回避することができる。つまり、サイドシューターにおいて気泡が成長し、その気泡がノズル５に達すれば気泡が大気に通じることになり温度低下による気泡の収縮が起こらない。そのため、記録ヘッドの寿命が長いという長所を有する。

この液体吐出ヘッド１は、例えば次のようにして製作することができる。まず、発熱体基板２は、熱酸化によって形成されたＳｉＯ２膜を有するシリコンウエハ上に発熱抵抗体層としてＨｆＢ_２をＲＦマグネトロンスパッタで積層し、更に電極層としてＡｌをＥＢ蒸着法で積層する。次に、フォトリソ技術によりＡｌ層をリン酸硝酸系エッチング液でエッチングした。次に、ＲＩＥを用いて、発熱抵抗体層をエッチングする。発熱体４を露出するために、露出部分に相当する部分を除いた部分にレジスト膜を形成し、エッチング液で処理してレジストの設けられていない部分にあるＡｌをエッチングして、一対の電極間に発熱体４を設ける。最後に、電気熱変換体上に保護層としてのＳｉＯ_２層を、更に発熱体配列部以外の部分にポリイミド層を設けて発熱体基板２を形成する。

次いで、この発熱体基板２上に、溶解可能な樹脂層としてポリメチルイソプロペニルケトン（東京応化工業（株）社製ＯＤＵＲ−１０１０）をＰＥＴ上に塗布、乾燥しドライフィルムとしたものをラミネートにより転写する。プリベーク後、個別液室６に対応するパターン露光を行い、メチルイソブチルケトン／キシレン＝２／１を用いて現像する。次に、エポキシ樹脂、光カチオン重合開始剤、シランカップリング剤からなる樹脂組成物をメチルイソブチルケトン／キシレン混合溶媒に５０ｗｔ％の濃度で溶解し、スピンコートにて感光性被覆樹脂層を形成する。その後、ノズル５に対応するパターン露光及びアフターベークを行った後、メチルイソブチルケトンで現像を行い、ノズル５を形成する。

さらに、メチルイソブチルケトン中に超音波を付与しつつ浸漬し、残存している溶解可能な樹脂を溶出し、１５０℃ １時間加熱し感光性被覆材料層を完全に硬化させた。最後に、共通液室７を、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液）によるシリコンの異方性エッチングにより形成する。このとき、作製した液室部材２がダメージを受けないように、環化ゴムからなる保護層でシリコン基板のノズル５を形成した側の面を保護する。

以上により、６００ｄｐｉ／列、１２００ＣＨ／列（１列に１２００個のノズル５が配置されているという意味）、ノズル列間距離２４０μｍの短尺の液体吐出ヘッド１を作製することができる。

液体吐出ヘッド１を固定するヘッド固定部材２０には、図２ないし図５に示すように、液体吐出ヘッド１の共通液室７に連通する液体供給口２２と液体供給路２１を設け、液体供給路２１に連通する液体供給ポート１２、液体排出ポート１３を長手方向端部に形成した。また、液体供給路２１と液体吐出ヘッド１の間に温度調節流体流路２３を形成し、温度調節流体流路２３に連通する温度調節流体ポート１５をヘッド固定部材２０に設けた。図２の矢印Ｋで示す境界の液体吐出ヘッド１側をステンレスの切削加工品の貼り合わせで形成し、液体供給路２１側を変性ＰＰＥ樹脂の成型加工で形成し、両者を接着してヘッド固定部材２０を製作した。図１に示すように６つの液体吐出ヘッド１（１ａ〜１ｆ）は１つのヘッド固定部材２０に接合されて、同じ色のインクが供給され、ヘッドを単一で使用する場合に対して６倍の幅の記録を行うことができるようにした。

このようにして形成したヘッドアレイユニット１００を図２３に示すようなインク供給系（経路）に接続している。このインク供給系において、ヘッドタンク７０はヘッドアレイユニット１００にインクを供給すると共に、気泡を受け入れて外部に排出する機能を有するもので、内部が第１インク室７１と上部に大気開放口７３が設けられた第２インク室７２に分けられており、ポンプＰ２によって第２インク室７２から第１インク室７１にインクを移送可能になっている。第２インク室７２にはインクカートリッジ７６が接続されており、フィルタ７５によってろ過されたインクがポンプＰ１によってヘッドタンク７０の第２インク室７２に補充可能な構成となっている。

このヘッドタンク７０の第２インク室７２の底面にはインクポートが設けられ、常開のバルブＶ２を介してヘッドアレイユニット１００のヘッド固定部材２０の排出ポート１３に接続されている。また、第２インク室７２のインク量はインク液面とヘッドアレイユニット１００の水頭差ｈが一定の値（１０〜１５０ｍｍ）になるように液位検知センサ７４の検知結果に基づいて管理される。

ここで、通常の画像形成時においては、ポンプＰ１、Ｐ２は停止状態、バルブＶ２のみ開状態にする。インクは、第２インク室７２から排出ポート１３を経由してヘッドアレイユニット１００に供給される。インク消費により第２インク室７２の液面が所定の位置よりも低くなると、液位検知センサ７４が検出する。その場合は、バルブＶ１を開き、ポンプＰ１を動作させてインクカートリッジ７６から第２インク室７２にインクを補充する。補充停止は液位検知センサ７４を利用して制御する。

また、ヘッドの目詰まり等が生じた場合は、ヘッドアレイユニット１００の回復動作を行う。図２１の状態からヘッドアレイユニット１００が上方に移動し、維持ユニット３５が水平方向に移動（図２１の状態から図面の右方向に移動）して、ヘッドアレイユニット１００の真下に配置される。そして、ヘッドアレイユニット１００が少し下降して、図２４に示すように維持ユニット３５のキャップ４０に密着した状態にする。

この状態で、図２３のバルブＶ１、Ｖ２を閉じてポンプＰ２のみを一定時間駆動する。これにより、第１インク室７１内のインクが加圧されてヘッドアレイユニット１００に流れ込む。このとき、バルブＶ２が閉じているので、インクはヘッドアレイユニット１００のノズル５から排出される。この排出されるインクと一緒にヘッドの目詰まりの原因となっていた気泡や異物が除去される。ポンプＰ２を停止後、ヘッドアレイユニット１００をキャップと非接触状態になるレベルに上昇し、維持ユニット３５を水平方向に移動（図２２の状態から図面の右方向に移動）して、図２５に示すようにヘッドアレイユニット１００のノズル面をワイパブレード４１でワイピングする。ワイピングによりノズル５にメニスカスが形成された後、バルブV２を開いてヘッドアレイユニット１００を水頭差ｈに相当する負圧状態に保持する。

キャップ４０内にはヘッドアレイユニット１００から排出されたインクが溜まるので、それをポンプ４５で吸引して廃液タンク４４に廃出する。なお、キャップ４０内のインクをフィルタを用いてろ過すれば、廃液タンク４４ではなくヘッドタンク７０の第２インク室７２に戻すようにして吸引したインクをも再利用することも可能である。

その後、ヘッドアレイユニット１００の昇降及び維持ユニット３５の水平移動により図２１の状態で記録動作を行うか、図２２の状態で記録指示があるまで待機する。この回復動作により、目詰まりが解消し、ヘッドアレイユニット１００を良好な状態に維持することができる。

一方、図２３に示すように、ヘッド固定部材２０の温度調節流体ポート１５には樹脂チューブとポンプＰ３を介して温度調節流体タンク５０と接続し、温度調節流体タンク５０内に収容される温度調節流体５１を循環可能な配管経路を形成している。温度調節流体５１としては水を用いた。

以上のような画像形成装置を用いて連続印字を行った。まず、温度調節流体５１をヘッドアレイユニット１００に供給しない状態で連続印字を行った。その結果、文字画像のみの印字では問題なく印字できたが、写真画像の印字では、初期的には良好な印字品質が得られたが、５００枚目ぐらいから画像データにないドットがチリ状に出力紙に多数付着され、所望の画質が得られない不具合が生じた。

次に、温度調節流体５１を２ｃｃ／ｓの流量で循環させながら、先と同様の写真画像で評価を行った。その結果、５００枚以上の枚数の印字でも画質劣化することなく印字を継続することができた。

次に、本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について説明ずる。
ここでは、第１実施形態の画像形成装置において、ヘッドアレイユニット１００を図１９に示す温度センサ２７を搭載した液体吐出ヘッド１を６個ヘッド固定部材２０上に固定したものを用いた。ヘッド固定部材２０の内部は、図１１に示すように液体供給路２１とハニカム状に配管された管状の温度調節流体流路２３が設けられるものとした。図８の矢印Ｌで示す境界の液体吐出ヘッド１側をステンレスの切削加工品の貼り合わせで形成し、液体供給路２１側を変性ＰＰＥ樹脂の成型加工で形成し、両者を接着してヘッド固定部材２０を製作した。

この画像形成装置を用いて第１実施形態と同様に連続印字試験を行った。温度調節流体としては水を用い、図１７（ｂ）の流量比となるように温度調節ポート１５に樹脂チューブを接続し、図２３に示すように温度調節流体タンク５０と循環流路系を構成した。

そして、１ｃｃ／ｓの流量で温度調節流体５１を循環させながら写真画像を連続印字したところ、良好な画質で多数枚の印字を行うことができた。ここで使用したヘッドアレイユニット１００は、温度調節流体流路２３が管状に形成されているので、温度調節流体流路２３内の温度調節流体の入れ替えが第１実施形態で用いたヘッドアレイユニットのものよりも確実に行えるので、流量を小さくしても同じ効果を得ることができた。

次に、印字する画像を、ベタ画像に変更して連続印字を行った。その結果、多数枚印字した場合に、図１９に示す液体吐出ヘッド１ｆで描画する部分に異常画像が出る結果となった。各液体吐出ヘッド１ａ〜１ｆの温度センサ２７の検出温度を測定したところ、液体吐出ヘッド１ａが最も温度が低く、液体吐出ヘッド１ｆが最も温度が高く、その差は１０℃であることが判明した。そこで、温度調節流体の流量を２ｃｃ／ｓとしたところ、前述した両端の液体吐出ヘッド１ａと１ｆの温度差は３℃に下げることができ、同じ条件でベタ画像を多数枚連続印字しても異常画像が出なくすることができた。

また、６つの液体吐出ヘッド１の温度センサ２７の出力値をもとに、図２３に示すポンプＰ３の送液方向を逆転させる制御を行ったところ、温度調節流体５１の流量が１ｃｃでも各液体吐出ヘッド１の温度ばらつきを４℃程度に抑えることができ、ベタ画像を良好に連続印字することができた。

なお、図２３に示すインク供給系のような吐出する液体を循環させるシステムを有する場合には、バルブＶ２を開いた状態でポンプＰ２を駆動し、ヘッドアレイユニット１００の液体供給路２１内の液体を静かに循環させながら液体を吐出させることが可能である。その場合には、液体供給路２１内の液体の流れ方向と逆方向に温度調節流体流路２３内の温度調節流体５１を流すとヘッドアレイユニット１００に温度勾配ができにくく好適である。

次に、本発明に係る画像形成装置の第３実施形態について図２６を参照して説明する。
ここでは、ヘッドアレイユニット１００に供給する温度調節流体としてヘッドアレイユニット１００が吐出する液体を流用している。つまり、ヘッドアレイユニット１００の一方のポート１５を第１インク室７１に接続し、他方のポート１５はポンプＰ３を介して第１インク室７１に接続している。

この構成はヘッドアレイユニット１００が吐出する液体が高粘度である場合は、温度制御するために必要な流量を得るためのポンプＰ３の負荷が大きくなるため好適ではない。しかしながら、低粘度液体を吐出する場合には、上記実施形態における温度調節流体タンク５０が不要となり、装置が簡易になるメリットがある。

なお、温度調節流体タンク５０も含めて温度調節流体の配管の一部に加熱装置や冷却装置を接続して温度調節流体自体の温度を積極的に制御する構成とすることもできる。また、図２７に示すように、吐出する液体がインクカートリッジ７６から直接的にヘッドアレイユニット１００に供給されるのみで、ヘッドタンクなどのサブタンクを用いて循環しない構成にも適用できる。

また、ヘッドアレイユニットは短尺ヘッドを複数千鳥状に配列されて構成されたもので、液体吐出ヘッドはノズルアレイが２次元的に多数配置され、ノズルアレイに液体を供給する液体供給口が複数設けられる構成のヘッドについても、同様に液体供給口を囲むようにノズルアレイの背面に温度調節流体流路を形成すれば、同様の効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係るヘッドアレイユニットの斜視説明図である。 図１の仮想断面Ａに沿う断面説明図である。 図２のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図である。 図２のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図である。 図２のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図である。 液体吐出ヘッドの要部拡大説明図である。 本発明の第２実施形態に係るヘッドアレイユニットの斜視説明図である。 図７の仮想断面Ｂに沿う断面説明図である。 図８のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。 図８のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。 図８のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 同実施形態の比較例に係るヘッドアレイユニットの平断面説明図である。 同実施形態の他の第１例を示す平断面説明図である。 同実施形態の他の第２例を示す平断面説明図である。 同実施形態の他の第３例を示す平断面説明図である。 相対的に短い液供給口を有し、主管路と副管路で構成される温度調節流体流路の構成と各部における流量比の関係の一例を示す説明図である。 相対的に長い液供給口を有し、主管路と副管路で構成される温度調節流体流路の構成と各部における流量比の関係の一例を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係るヘッドアレイユニットの平断面説明図である。 本発明の第４実施形態に係るヘッドアレイユニットの斜視説明図である。 本発明の第５実施形態に係るヘッドアレイユニットの平断面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の第１実施形態の説明に供する構成図である。 同装置の維持回復時の状態を示す説明図である。 同装置の液体供給経路の説明に供する模式的説明図である。 同画像形成装置の維持回復動作の説明に供する説明図である。 同じく維持回復動作の説明に供する説明図である。 本発明に係る画像形成装置の第２実施形態の説明に供する同装置の液体供給経路の説明に供する模式的説明図である。 本発明に係る画像形成装置の第３実施形態の説明に供する同装置の液体供給経路の説明に供する模式的説明図である。

符号の説明

１、１ａ〜１ｆ…液体吐出ヘッド
２…発熱体基板
３…流路形成部材
５…ノズル
６…液室
７…共通液室
２０…ヘッド固定部材
２１…液体供給路
２２、２２ａ〜２２ｆ…液体供給口
２３…温度調節流体流路（管路）
２４…主管路
２５…副管路
１００…ヘッドユニット
１００Ｋ、１００Ｃ、１００Ｍ、１００Ｙ…記録ヘッド

Claims (10)

1. 液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数配列されて構成されたヘッドアレイユニットにおいて、
   前記ヘッド固定部材は、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、
   前記供給口の個々を挟んで配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、
   前記管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する
   ことを特徴とするヘッドアレイユニット。
2. 液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数配列されて構成されたヘッドアレイユニットにおいて、
   前記ヘッド固定部材は、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、
   前記供給口の周囲に配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、
   前記管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する
   ことを特徴とするヘッドアレイユニット。
3. 液滴を吐出する液体吐出ヘッドがヘッド固定部材に複数千鳥配列されて構成されたヘッドアレイユニットにおいて、
   前記ヘッド固定部材は、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給口と、
   前記供給口の周囲に配され、このヘッドアレイユニットの温度を調節する温度調節流体が流れる管路と、
   前記管路に接続する少なくとも２つのポートと、を有する
   ことを特徴とするヘッドアレイユニット。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のヘッドアレイユニットにおいて、
   前記管路は、前記ヘッドアレイユニットの長手方向に伸びた異なる複数の主管路と、異なる主管路をつなぐ副管路からなり、前記副管路は前記ヘッドアレイユニットの長手方向に隣接する２つの液体吐出ヘッドの間に少なくとも２本設けられ、各々の前記副管路は前記主管路の長手方向の一方向に対して一方は鋭角に交差し、他方は鈍角に交差している
   ことを特徴とするヘッドアレイユニット。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のヘッドアレイユニットにおいて、
   前記管路を流れる前記温度調節流体の流れの方向が切り替え可能である
   ことを特徴とするヘッドアレイユニット。
6. 請求項５に記載のヘッドアレイユニットにおいて、
   前記ヘッドアレイユニットの少なくとも長手方向の異なる２箇所の温度に基づいて前記温度調節流体の流れの方向が決められる
   ことを特徴とするヘッドアレイユニット。
7. 請求項５に記載のヘッドアレイユニットにおいて、
   前記液体吐出ヘッドの少なくとも長手方向の異なる２箇所の温度に基づいて前記温度調節流体の流れの方向が決められる
   ことを特徴とするヘッドアレイユニット。
8. 請求項１ないし４のいずれかに記載のヘッドアレイユニットにおいて、
   前記ヘッド固定部材は、前記温度調節流体を一方向に流したときに上流から下流に向かって熱伝達効率が大きくなる
   ことを特徴とするヘッドアレイユニット。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のヘッドアレイユニットにおいて、前記温度調節流体は前記液体吐出ヘッドから吐出される前記液体と同じであることを特徴とするヘッドアレイユニット。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載のヘッドアレイ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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