JP2015071289A - 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力室内に液体の循環流が生じるタイプにおいて、ヘッド本体の大型化を回避することができる液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】圧力室１８Ａ，１８Ｂに記録液を供給する共通供給流路２１Ａ，２１Ｂと、圧力室１８Ａ，１８Ｂ内の記録液の一部が戻される共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂと、圧力室１８Ａ，１８Ｂ内に圧力を発生させる圧電素子１４Ａ，１４Ｂと、ノズル板１１とを備え、圧力室１８Ａ，１８Ｂに供給された記録液を、共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂへと循環させつつ、圧力室１８Ａ，１８Ｂ内に圧力が発生したとき、ノズル孔１１Ａ，１１Ｂから記録液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、圧力室１８Ａ，１８Ｂの長手方向において、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂを各々圧力室１８Ａ，１８Ｂに対して同じ側に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧力室内の記録液を循環させつつ、ノズル孔から記録液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置に関する。

一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機などの画像形成装置には、インクジェット記録等の液滴吐出ヘッドが搭載されている。液滴吐出ヘッドは、そのノズル孔から用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含む）に向かって記録液(インク)を吐出することにより用紙上に記録を行うことができる。このような液滴吐出ヘッドを用いれば、高精細なカラー画像を高速で記録することが可能となる。

上記液滴吐出ヘッドは、一般に複数のノズル列を有し、該ノズル列に対応して複数の圧力室が設けられている。これら複数の圧力室には、比較的容積の大きな共通の記録液貯留部(共通供給流路)が連通されているのが一般的である。

そして、これら複数の圧力室に選択的にエネルギーを印加することによって、ノズル孔から記録液が吐出され、任意の画像をオンデマンドで得ることができる。エネルギーの印加媒体としては、圧電素子やヒーターチップなどがある。

近年、より高品位な画像を、より速い印刷速度で出力することが求められるようになっている。前者の要求（つまり、より高品位な画像の出力という要求）に対しては、ノズルの数、ノズルの密度共に増加する傾向にある。それに伴い、各圧力室間隔は狭まっている。また、エネルギー印加の周波数も高くなる傾向にある。一方、後者の要求（つまり、より速い印刷速度で出力するという要求）に対しては、ヘッドの長尺化が試みられており、近年では記録媒体の幅全領域を覆うことのできる、いわゆるライン型プリンタもある。

さらに、このような液滴吐出技術は、画像の形成のみならず、いわゆる三次元造形システムや、ティッシューエンジニアリングなどのバイオサイエンス分野にも適用範囲が広がり、インクのみならず、さまざまな記録液を吐出する用途に使用されている。

また、記録液（インク）を圧力室に循環させつつ、圧電素子によって圧力室内に圧力を発生させ、圧力室内の記録液をノズル孔から吐出する液滴吐出ヘッドが知られている。この液滴吐出ヘッドは、記録液の循環方向に沿って、圧力室の上流側に共通供給流路が、下流側に共通戻り流路がそれぞれ設けられ、共通供給流路と共通戻り流路との間に圧力差を生じさせることで、圧力室内の記録液を循環させるようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このような液滴吐出ヘッドにおいては、圧力室内の記録液は常に流動しており、記録液内に含まれる物質が沈降するのを回避することができる。

さらに、エネルギー発生素子として、発熱抵抗体を用いた液滴吐出ヘッドの例であるが、記録液の循環方向に沿って圧力室の上流側に近い側において、上流側の循環路と下流側の循環路がインク貯留層に通じる構成が示されている（特許文献３参照）。

この特許文献３では、循環路が支持板の内部に形成され、流路形成基板は、グレーズドアルミナ基板や単結晶シリコン、金属等を用いて、フォトリソグラフィー手法で形成されるため、微細な加工が可能である。

しかしながら、特許文献１や特許文献２では、共通供給流路、圧力室、及び共通戻り流路が平面的に配置されている。すなわち、記録液の循環方向に沿って、共通供給流路は圧力室の上流側に、共通戻り流路は圧力室の下流側にそれぞれ配置され、共通供給流路、圧力室、及び共通戻り流路が略同一面上に位置している。その結果、液滴吐出ヘッドが、圧力室の長手方向に大きくなってしまうという問題がある。

また、上記構成の液滴吐出ヘッドには、記録液の流動方向が逆転しやすいという問題もある。すなわち、特にヘッドの駆動時（圧電素子を駆動させて、ノズルより液滴を吐出しているとき）においては、共通供給流路側から記録液を供給し、共通戻り流路側へと記録液を流動させる際、記録液の流動方向は常に一定であることが好ましい。これが逆転するような記録液の流動、つまり、記録液が共通戻り流路側から共通供給流路側へと流れると、記録液が圧力室内で衝突することになり、意図しない圧力のロスが生じる。

さらに、共通供給流路側からの記録液の供給と、共通戻り流路側からの記録液の戻りとによって、記録液のリフィル周期が重畳して、予期せぬ吐出の不具合を生じる恐れがある。

これを回避するために、特許文献１には、圧力室の一部に狭隘部を設けて流体抵抗を高めることで、記録液の流動方向を一定に保持することが示されている。しかし、この特許文献１では、ノズル孔に近い側の共通流路（例えば、共通戻り流路）よりリフィルすることになるが、リフィル振動を減衰する管路が短いために、その影響を大きく受け、好ましいことではない。

また、特許文献３においては、循環路が形成される支持板は、そのサイズが大きいために、コストの高い部品や製法を用いることになり、現実的ではない。すなわち、特許文献３においては、アルミニウムやＳＵＳなどの金属を用い、１ｍｍ以上の深さの溝を設けて、これを循環路としている。このような大きさの循環路は、当然ながら、圧力室よりも流体抵抗が格段に小さい。この場合、エネルギー発生素子により発生した圧力が、循環路側に逃げてしまい、圧力室の圧力が上がらず、吐出の効率が著しく低下する。

本発明の課題は、圧力室内に液体の循環流が生じるタイプにおいて、ヘッド本体の大型化を回避することができる液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、液滴を吐出する複数のノズルに各々連通された複数の圧力室と、該複数の圧力室に液体を供給する共通供給流路と、前記複数の圧力室に連通し圧力室内の液体の一部が戻される共通戻り流路と、該圧力室内に圧力を発生させるエネルギー発生素子とを備え、前記共通供給流路から前記圧力室に供給された液体を、前記共通戻り流路へと循環させつつ、前記エネルギー発生素子によって前記圧力室内に圧力が発生したとき、前記ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、前記圧力室の長手方向において、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路を前記圧力室に対して同じ側に配置したことを特徴とする。

本発明によれば、圧力室の長手方向において、共通供給流路及び共通戻り流路が圧力室に対して同じ側に配置されているので、液滴吐出ヘッドが圧力室に沿った方向に拡大されるのを抑えることができる。その結果、圧力室内に液体の循環流が生じるタイプにおいて、液滴吐出ヘッドの大型化を回避することが可能となる。

実施例１による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。 図１における流路形成基板を上方から見たときの図である。 図１における流路形成基板を下方から見たときの図である。 図１のＳＡ−ＳＡ線に沿った断面図である。 圧力室、戻り流路、及び連通路を示す斜視図である。 図２のＳＢ１−ＳＢ１線に沿った断面、またはＳＢ２−ＳＢ２線に沿った断面を示す図である。 図２のＳＣ１−ＳＣ１線に沿った断面、またはＳＣ２−ＳＣ２線に沿った断面を示す図である。 実施例２による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。 実施例３による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。 実施例４による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。 実施例５を示しており、実施例１〜４の液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置の構成図である。 図１１の画像形成装置の要部を示す平面図である。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

《実施例１》
図１は、実施例１による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。本実施例による液滴吐出ヘッド１０は、ノズル板１１、ノズル板１１上に設けられた流路形成基板１２、流路形成基板１２の上側に設けられた振動板１３、及び振動板１３上に設けられた積層型の圧電素子（ＰＺＴ）１４Ａ，１４Ｂを備えている。また、液滴吐出ヘッド１０は、圧電素子１４Ａ，１４Ｂの側面にそれぞれ取り付けられたフレキシブル基板１５Ａ，１５Ｂ、及び圧電素子１４Ａ，１４Ｂ上にそれぞれ設けられたベース部材１６を備えている。さらに、液滴吐出ヘッド１０はハウジング１７を備えており、このハウジング１７は、圧電素子１４Ａ，１４Ｂ、フレキシブル基板１５Ａ，１５Ｂ、及びベース部材１６等を内包している。なお、本実施例では、圧電素子１４Ａ，１４Ｂはエネルギー発生素子を構成している。また、ノズル板１１には、ノズルとしてノズル孔１１Ａ，１１Ｂが形成されている。

図２は図１の流路形成基板１２を上方（つまり、振動板１３側）から見たときの図、図３は同流路形成基板１２を下方（つまり、ノズル板１１側）から見たときの図である。

図２及び図３に示すように、流路形成基板１２は上面視または下面視で長方形の平板状を成している。流路形成基板１２の上面側（振動板１３との対向面側）には、圧力室１８Ａ，１８Ｂが各々複数個ずつ形成されている。また、流路形成基板１２の上面側には、長辺側の両端部（図の上下両側端部）に共通供給流路２１Ａ，２１Ｂがそれぞれ形成されている。圧力室１８Ａ，１８Ｂは溝状を成しているが、それらの上面は振動板１３（図１参照）で覆われている。また、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂも溝状を成しているが、それらの上面は振動板１３またはハウジング１７の底壁（図１参照）で覆われている。

共通供給流路２１Ａ，２１Ｂは、流路形成基板１２の長辺方向に沿って真っ直ぐで且つ所定幅を有する帯状を成し、それらの両端部は流路形成基板１２の短辺側付近まで達している。共通供給流路２１Ａの長手方向の略中央、つまり、図１に示すように、共通供給流路２１Ａの上面を塞ぐハウジング１７の底壁には供給穴２２Ａが形成され、この供給穴２２Ａは、ハウジング１７に設けられた記録液供給流路２０Ａに連通している。また、共通供給流路２１Ｂの長手方向の略中央、つまり、共通供給流路２１Ｂの上面を塞ぐハウジング１７の底壁には供給穴２２Ｂが形成され、この供給穴２２Ｂは、ハウジング１７に設けられた記録液供給流路２０Ｂに連通している。

なお、図１において、記録液供給流路２０Ａは図示していない記録液タンクに接続されており、この記録液タンク内の液体（インク等であり、以下、記録液という）が記録液供給流路２０Ａに供給される。また、記録液供給流路２０Ｂも同記録液タンクに接続されており、この記録液タンク内の記録液が記録液供給流路２０Ｂに供給される。

図２に示すように、圧力室１８Ａは共通供給流路２１Ａに沿って複数設けられ、また圧力室１８Ｂは共通供給流路２１Ｂに沿って複数設けられている。そして、圧力室１８Ａの各々は共通供給流路２１Ａに連通し、また圧力室１８Ｂの各々は共通供給流路２１Ｂに連通している。なお、図２においては、圧力室１８Ａは、共通供給流路２１Ａの左右端部に３個ずつ示されており、他の圧力室１８Ａは省略されている。同様に、圧力室１８Ｂは、共通供給流路２１Ｂの左右端部に３個ずつ示されており、他の圧力室１８Ｂは省略されている。

圧力室１８Ａの各々は圧力室１８Ｂの各々に向けて形成されており、圧力室１８Ｂの各々は圧力室１８Ａの各々に向けて形成されている。各圧力室１８Ａは各圧力室１８Ｂよりも全体的にずれて形成され、各圧力室１８Ａと各圧力室１８Ｂとは千鳥足状に配置されている。圧力室１８Ａと圧力室１８Ｂは同数個ずつ設けられている。

図２において、各圧力室１８Ａの先端は、左下から右上に向かって斜めにカットされている。同様に、各圧力室１８Ｂの先端も、左下から右上に向かって斜めにカットされている。斜めにカットされた各圧力室１８Ａの先端部分には、連通路２３Ａが形成されている。同様に、斜めにカットされた各圧力室１８Ｂの先端部分には、連通路２３Ｂが形成されている。なお、これら連通路２３Ａ，２３Ｂの詳細については後述する。

本実施例では、圧力室１８Ａ，１８Ｂの途中にそれぞれ狭隘部（流体抵抗部）２４Ａ，２４Ｂが設けられている。これら狭隘部２４Ａ，２４Ｂの詳細についても後述する。

流路形成基板１２の下面側（ノズル板１１との対向面側）には、図３に示すように、短辺側の両端部（図の左右両端部）に戻り流路２５Ａ，２５Ｂが複数形成されている。また、流路形成基板１２の下面側には、長辺側の両端部（図の上下両側端部）に共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂがそれぞれ形成されている。戻り流路２５Ａ，２５Ｂは溝状を成しているが、その下面はノズル板１１（図１参照）で覆われている。また、共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂも溝状を成しているが、それらの下面はノズル板１１（図１参照）で覆われている。戻り流路２５Ａの各々は共通戻り流路２６Ａに連通し、また戻り流路２５Ｂの各々は共通戻り流路２６Ｂに連通している。

なお、図３においては、戻り流路２５Ａは、共通戻り流路２６Ａの左右端部に３個ずつ示されており、他の戻り流路２５Ａは省略されている。同様に、戻り流路２５Ｂは、共通戻り流路２６Ｂの左右端部に３個ずつ示されており、他の戻り流路２５Ｂは省略されている。

共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂは、流路形成基板１２の長辺方向に沿って真っ直ぐで且つ所定幅を有する帯状を成し、それらの両端部は流路形成基板１２の短辺側付近まで達している。なお、共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂの長さは、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの長さよりも長くなっている。

共通戻り流路２６Ａの一側端部（図３において右側端部）には、その上壁に戻り穴２７Ａが形成され、この戻り穴２７Ａは、ハウジング１７に設けられた記録液供給流路２９Ａ（図１参照）に連通している。また、共通戻り流路２６Ｂの一側端部（図３において右側端部）には、その上壁に戻り穴２７Ｂが形成され、この戻り穴２７Ｂは、ハウジング１７に設けられた記録液戻り流路２９Ｂ（図１参照）に連通している。

戻り流路２５Ａの各々は戻り流路２５Ｂの各々に向けて形成されており、戻り流路２５Ｂの各々は戻り流路２５Ａの各々に向けて形成されている。各戻り流路２５Ａは各戻り流路２５Ｂよりも全体的にずれて形成され、各戻り流路２５Ａと各戻り流路２５Ｂとは千鳥足状に配置されている。戻り流路２５Ａと戻り流路２５Ｂは同数個ずつ設けられている。なお、戻り流路２５Ａは圧力室１８Ａの真下に、戻り流路２５Ｂは圧力室１８Ｂの真下にそれぞれ配置されている。

図３において、各戻り流路２５Ａの先端は、左上から右下に向かって斜めにカットされ、同様に、各戻り流路２５Ｂの先端も、左上から右下に向かって斜めにカットされている。斜めにカットされた各戻り流路２５Ａの先端部分には、上述の連通路２３Ａが形成されている。同様に、斜めにカットされた各戻り流路２５Ｂの先端部分には、上述の連通路２３Ｂが形成されている。

図４は、図１のＳＡ−ＳＡ線に沿った断面図である。図に示すように、流路形成基板１２には、一側が各戻り流路２５Ａ，２５Ｂの先端にそれぞれ接続された断面平行四辺形の連通路２３Ａ，２３Ｂが形成されている。連通路２３Ａ，２３Ｂの他側は、各圧力室１８Ａ，１８Ｂの先端にそれぞれ接続されている。

図５は、各圧力室１８Ａ，１８Ｂ、各戻り流路２５Ａ，２５Ｂ、及び圧力室１８Ａ，１８Ｂと戻り流路２５Ａ，２５Ｂと各々を接続する各連通路２３Ａ，２３Ｂを三次元的に示した図である。

上述したように、各圧力室１８Ａの途中には狭隘部２４Ａが設けられている。この狭隘部２４Ａは、圧力室１８Ａの側壁１８ＡＡよりも圧力室１８Ａの中心軸Ｌ側へ突出した突出壁２４ＡＡと、突出壁２４ＡＡの両側に設けられ突出壁２４ＡＡと側壁１８ＡＡとを接続する接続壁２４ＡＢとを有する。そして、対向する２つの突出壁２４ＡＡが対峙した部分が、他の部分（対向する２つの側壁１８ＡＡが対峙した部分等）よりも狭くなっている。

各圧力室１８Ｂの途中には狭隘部２４Ｂが設けられ、この狭隘部２４Ｂも、同様に、側壁１８ＢＡよりも突出した突出壁２４ＢＡと、突出壁２４ＢＡの両側の接続壁２４ＢＢとを有している。

各戻り流路２５Ａには、途中に上記狭隘部のようなものは設けられておらず、対向する２つの側壁２５ＡＡは互いに平行に配置されている。各戻り流路２５Ｂにも、途中に狭隘部のようなものは設けられておらず、対向する２つの側壁２５ＢＡは互いに平行に配置されている。

また、各圧力室１８Ａ，１８Ｂの先端は各々斜めにカットされ、さらに、各戻り流路２５Ａ，２５Ｂの先端も各々斜めにカットされている。そして、各圧力室１８Ａの先端と各戻り流路２５Ａの先端とを連通する連通路２３Ａが設けられ、また、各圧力室１８Ｂの先端と各戻り流路２５Ｂの先端とを連通する連通路２３Ｂが設けられている。

図６は、図２のＳＢ１−ＳＢ１線に沿った断面（ハウジング１７を含めて共通供給流路２１Ａの供給穴２２Ａ付近の断面）、またはＳＢ２−ＳＢ２線に沿った断面（ハウジング１７を含めて共通供給流路２１Ｂの供給穴２２Ｂ付近の断面）を示している。図に示すように、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの上面に形成された各供給穴２２Ａ，２２Ｂは、ハウジング１７の記録液供給流路２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ連通している。

図７は、図２のＳＣ１−ＳＣ１線に沿った断面（ハウジング１７を含めて共通戻り流路２６Ａの戻り穴２７Ａ付近の断面）、またはＳＣ２−ＳＣ２線に沿った断面（ハウジング１７を含めて共通戻り流路２６Ｂの戻り穴２７Ｂ付近の断面）を示している。図に示すように、共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂの上壁（流路形成基板１２の一部）に形成された各戻り穴２７Ａ，２７Ｂは、ハウジング１７の記録液戻り流路２９Ａ，２９Ｂにそれぞれ連通している。

上記構成の液滴吐出ヘッド１０において、流路形成基板１２はシリコンウエハからなり、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ、圧力室１８Ａ，１８Ｂ、戻り流路２５Ａ，２５Ｂ、及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂは、ＫＯＨ水溶液による異方性エッチングによって形成される。また、ノズル板１１及び振動板１３は、ニッケルの電鋳工法で形成される。

本実施例においては、圧電素子１４Ａ，１４Ｂの主変形方向と、ノズル孔１１Ａ，１１Ｂからの液滴（インク液滴）の吐出方向とが同一のフェイスシュータータイプの液滴吐出ヘッドとなっている。このような液滴吐出ヘッドは、流路形成基板１２に対するノズル板１１や振動板１３の接合が容易であり、近年、主流となりつつある。

また本実施例では、圧電素子１４Ａ，１４Ｂは、３００ｄｐｉ（dot per inch）の間隔でダイシングされて、対向して２列に配列されている。ノズル孔１１Ａ，１１Ｂは、１列１５０ｄｐｉの間隔で２列千鳥足状に配列されており、これにより、ユーザは３００ｄｐｉの解像度を１スキャンで得ることができる。

圧力室１８Ａ，１８Ｂと戻り流路２５Ａ，２５Ｂは、それぞれ連通路２３Ａ，２３Ｂで互いに連通されている。これら連通路２３Ａ，２３Ｂは、基板を例えばＩＣＰエッチングなどにより深堀することで、形成することができる。

次に、本実施例の液滴吐出ヘッド１０の作用について説明する。

図１において、圧電素子１４Ａ，１４Ｂはベース部材１６に接着されており、これら圧電素子１４Ａ，１４Ｂには、図示していない電気回路及び制御系により、フレキシブル基板１５Ａ，１５Ｂを介して任意の駆動波形が印加される。圧電素子１４Ａ，１４Ｂは駆動波形が印加されることで変形し、振動板１３を介して、圧力室１８Ａ，１８Ｂ内の記録液にエネルギーを与える。

このエネルギーを受けて、圧力室１８Ａ，１８Ｂ内の記録液はノズル孔１１Ａ，１１Ｂから吐出される。ノズル孔１１Ａ，１１Ｂからの吐出により、圧力室１８Ａ，１８Ｂ内の記録液は減少するが、その減少した分の記録液は、記録液供給流路２０Ａ，２０Ｂ及び共通供給流路２１Ａ，２１Ｂを介して適宜供給される。

この場合、本実施例では、圧力室１８Ａ，１８Ｂの途中に狭隘部（流体抵抗部）２４Ａ，２４Ｂがそれぞれ設けられているので、圧力室１８Ａ，１８Ｂ内の記録液の流れが安定し、ノズル孔１１Ａ，１１Ｂからの記録液の液滴の吐出特性を最適化することができる。

記録液を供給する際には、供給ポンプなどを用いて、記録液供給流路２０Ａ，２０Ｂ内の圧力を、記録液戻り流路２９Ａ，２９Ｂ内の圧力よりも高く設定する。すると、記録液は、記録液供給流路２０Ａ，２０Ｂ→共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ→圧力室１８Ａ，１８Ｂ→連通路２３Ａ，２３Ｂ→戻り流路２５Ａ，２５Ｂ→共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂ→記録液戻り流路２９Ａ，２９Ｂの順に流れる。これにより、液滴吐出ヘッド１０の流路内への記録液の充填が完了する。上記記録液の流れは、記録液の循環方向を示している。

また、圧電素子１４Ａ，１４Ｂを駆動させ、記録液を液滴としてノズル孔１１Ａ，１１Ｂより吐出する際にも、記録液供給流路２０Ａ，２０Ｂ内の圧力を、記録液戻り流路２９Ａ，２９Ｂ内の圧力よりも高く設定する。ただし、この場合には、両者とも、大気圧よりも低い圧力にしておく。こうすることで、ノズル孔１１Ａ，１１Ｂには、静的には常に負圧が印加されることになる。ノズル孔１１Ａ，１１Ｂ付近を負圧に保つことで、ノズル孔１１Ａ，１１Ｂのメニスカスを、圧力室１８Ａ，１８Ｂ側に凹とすることができ、ノズル孔１１Ａ，１１Ｂからの記録液あふれなどによる吐出不良を抑制することが可能となる。負圧の形成方法としては、水頭差によるもの、タンク内のスポンジによるメニスカス保持力を利用するもの、タンクに設けられた可撓壁をバネで付勢するものなどがある。このような構成にすれば、液滴吐出時、不吐出時のいずれにおいても、圧力室１８Ａ，１８Ｂ内の記録液は、常に流動することができ、記録液内の沈降しやすい成分も、記録液内に満遍なく存在することができる。これにより、前記成分を吐出滴内に所望の量存在させることが可能になる。

また、本実施例によれば、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの下側に共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂが配置され、両者とも流路形成基板１２内に形成されている。つまり、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ圧力室１８Ａ，１８Ｂの長手方向において、各々圧力室１８Ａ，１８Ｂに対して同じ側に配置されている。このような構成にすると、圧力室１８Ａ，１８Ｂの両端部に共通供給流路２１Ａ，２１Ｂと共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂをそれぞれ配置する場合に比べて、液滴吐出ヘッド１０全体のサイズを小さくすることができる。さらに、このような構成にすることで、記録液の流路を比較的長くとることができるので、その記録液の流体抵抗が大きくなる。その結果、リフィル時の記録液流動の向きを、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂから圧力室１８Ａ，１８Ｂへと限定することが容易となり、エネルギーロスの低減、リフィル振動の重畳による吐出不具合の回避ができるというメリットがある。

さらに、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂと共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂが同方向に配置されているので、図１に示すように、液滴吐出ヘッド１０の短辺方向中央に圧電素子１４Ａ，１４Ｂを配置することが可能となる。圧電素子１４Ａ，１４Ｂと振動板１３、及びそれらに対応する圧力室１８Ａ，１８Ｂは、精度良く接合することが求められる。本実施例では、上記のように構成されているので、一列ずつ接合する場合に比べて、その接合工程を半分にすることができる。

本実施例によれば、圧力室１８Ａ，１８Ｂ内に記録液を循環させることによって、記録液の内容物を攪拌でき、かつ液滴吐出ヘッド１０全体を小型化することができる。

また、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂが流路形成基板１２に形成されているので、液滴吐出ヘッド１０を更に小型化することが可能である。

また、流路形成基板１２がシリコンで形成されているので、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ、圧力室１８Ａ，１８Ｂ、戻り流路２５Ａ，２５Ｂ、共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂを一部品内に形成することができる。これにより、部品点数及び組立てコストの削減を図ることが可能となる。

さらに、エネルギー発生素子として圧電素子１４Ａ，１４Ｂを設けたので、吐出力の強い液滴吐出ヘッドを実現でき、さまざまな記録液の吐出に対応可能となる。

記録液には、例えば白色インクの材料となる酸化チタンや細胞などの沈降しやすい物質が混入されているが、これらの物質が、ヘッド内部の流路で沈降すると、ノズル孔１１Ａ，１１Ｂより吐出する液滴内に所望量の物質を含有することができなくなる。本実施例の液滴吐出ヘッド１０では、記録液を循環させているので、酸化チタンや細胞などの沈降を防ぐことができる。

なお、本実施例では、供給穴２２Ａ，２２Ｂを共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの略中央に、戻り穴２７Ａ，２７Ｂを共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂの一側端部（図３において右側端部）にそれぞれ配置したが、これに限定されることはない。例えば、供給穴２２Ａ，２２Ｂを共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの略中央に、戻り穴２７Ａ，２７Ｂを共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂの他側端部（図３において左側端部）にそれぞれ配置してもよい。また、供給穴２２Ａ，２２Ｂを共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの一側端部（図２において右側端部）又は他側端部（図２において左側端部）に、戻り穴２７Ａ，２７Ｂを共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂの略中央にそれぞれ配置するようにしてもよい。

《実施例２》
図８は実施例２を示している。本実施例では、流路形成基板３０が金属板の積層構成を成している。すなわち、流路形成基板３０は、三枚のＳＵＳ板を塩化第二鉄などのエッチャントを用いて、エッチング加工した３枚の流路形成板３１，３２，３３から成っている。

流路形成板３１には、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ、狭隘部２４Ａ，２４Ｂを有する圧力室１８Ａ，１８Ｂ、及び戻り穴２７Ａ，２７Ｂ（図２参照）が形成されている。流路形成板３２には、連通路２３Ａ，２３Ｂ、及び戻り穴２７Ａ，２７Ｂ（図２参照）が形成されている。また流路形成板３３には、戻り流路２５Ａ，２５Ｂ、及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂが形成されている。

また、本実施例でも、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ圧力室１８Ａ，１８Ｂの長手方向において、各々圧力室１８Ａ，１８に対して同じ側に配置されている。

このように構成すれば、ハウジング１７を金属（例えばＳＵＳ）で形成することにより、記録液の腐食に強い液滴吐出ヘッドを実現することができ、記録液の選択肢を広げることが可能となる。他の構成は、実施例１の場合と同様である。

本実施例によれば、流路形成基板３０が３枚の流路形成板３１，３２，３３で構成されているので、さまざまな記録液に対して、耐性のある液滴吐出ヘッドとなり、記録液の選択肢を広げることが可能となる。

《実施例３》
図９は実施例３を示している。本実施例では、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂがハウジング１７に形成されている。実施例１や実施例２では、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂは流路形成基板１２に形成されている。このような構成であると、流路形成基板１２の高さに制限があるので、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂは、その高さ（深さ）を大きくすることができない。

しかし、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの高さが低いと、記録液の流体抵抗が大きくなる。そのため、例えば、記録液の粘度が高く且つ大量の記録液を同時に吐出するような場合、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ内の圧力損失の差異により、ノズル孔１１Ａ，１１Ｂからの記録液の液滴の吐出特性に違いが生じる。すなわち、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの中央に近いノズル孔１１Ａ，１１Ｂから吐出される液滴の特性と、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの端部に近いノズル孔１１Ａ，１１Ｂから吐出される液滴の特性とに違いが生じる懸念がある。それに加えて、圧力損失がノズル孔のメニスカス張力を上回り、吐出不良や不吐出を招く恐れがある。

このような問題を回避するために、本実施例では、比較的容積を大きく取りやすい、ハウジング１７内に共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂを形成するようにしている。このような構成とすることで、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂにおける記録液の流体抵抗を小さくすることが可能となる。

本実施例では、流路形成基板４０が設けられ、この流路形成基板４０は、狭隘部２４Ａ，２４Ｂがそれぞれ形成された圧力室１８Ａ，１８Ｂ、連通路２３Ａ，２３Ｂ、及び戻り流路２５Ａ，２５Ｂを有している。戻り流路２５Ａ，２５Ｂはそれぞれ共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂに直接接続されている。他の構成は、実施例１の場合と同様であり、特に、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ圧力室１８Ａ，１８Ｂの長手方向において、各々圧力室１８Ａ，１８Ｂに対して同じ側に配置されている。

本実施例によれば、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂがハウジング１７に形成されているので、流路全体の流体抵抗が小さくなり、高粘度の記録液を吐出可能となり、記録液の選択肢を更に広げることができる。

なお、本実施例においても、流路形成基板４０を、実施例２のように３枚の金属板の積層構造にすることができる。

《実施例４》
図１０には実施例４を示している。本実施例では、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂはハウジング１７内に、共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂは流路形成基板５０内にそれぞれ形成されている。流路形成基板５０は、狭隘部２４Ａ，２４Ｂがそれぞれ形成された圧力室１８Ａ，１８Ｂ、連通路２３Ａ，２３Ｂ、戻り流路２５Ａ，２５Ｂ、及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂを有している。

また、本実施例でも、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ及び共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ圧力室１８Ａ，１８Ｂの長手方向において、各々圧力室１８Ａ，１８Ｂに対して同じ側に配置されている。

このように構成すれば、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂが流路形成基板５０に形成されていないので、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ内での記録液の流体抵抗を小さく抑えつつ、液滴吐出ヘッド１０全体のサイズを小さくすることができる。

なお、上記とは逆に、共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂをハウジング１７内に、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂを流路形成基板５０にそれぞれ形成するようにしてもよい。

本実施例によれば、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂはハウジング１７内に設けられているので、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂの流路面積を大きく取ることができる。その結果、共通供給流路２１Ａ，２１Ｂ内の流体抵抗を小さくすることができ、高粘度の記録液を吐出することが可能となり、記録液の選択肢を広げることができる。

また、共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂが流路形成基板１２に形成されているので、共通戻り流路２６Ａ，２６Ｂの流体抵抗を低く保ちつつ、液滴吐出ヘッド１０を小型化することが可能となる。

なお、本実施例においても、流路形成基板５０を、実施例２のように３枚の金属板の積層構造にすることができる。

《実施例５》
図１１及び図１２は実施例５を示している。本実施例では、実施例１〜４の液滴吐出ヘッド１０を搭載した画像形成装置１００を示している。なお、図１１は画像形成装置１００を側方から見たときの全体構成図、図１２は画像形成装置１００の要部を示す平面図である。

画像形成装置１００には、図１１において手前側と奧側に側板（図示省略）がそれぞれ設けられ、これら側板間にガイドロッド１０１とガイドレール１０２が掛け渡されている。ガイドロッド１０１とガイドレール１０２にはキャリッジ１０３が摺動自在に支持されている。そして、キャリッジ１０３は、主走査モータ１０４の回転力がタイミングベルト１０５を介して伝えられることにより、ガイドロッド１０１とガイドレール１０２に沿って、図１２の矢印左右方向（主走査方向）に摺動する。

キャリッジ１０３には、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する４個の記録ヘッド１０７が設けられている。記録ヘッド１０７は、複数のインク吐出口が主走査方向と交叉する方向に配列され、かつインク滴吐出方向が下方に向くよう装着されている。なお、記録ヘッド１０７は、実施例１〜４で示した液滴吐出ヘッド１０と同じものであり、圧電素子などの圧電アクチュエータが内蔵されている。

また、キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するためのサブタンク１０８が搭載されている。このサブタンク１０８には、インク供給チューブ（図示省略）を介してメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。

画像形成装置１００の下部には給紙カセット１１０が設けられ、この給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上には用紙１１２が積載されている。用紙積載部１１１の端部近傍には、半月コロ（給紙ローラ）１１３と、給紙ローラ１１３に対向して分離パッド１１４が設けられている。分離パッド１１４は、摩擦係数の大きな材質で形成され、かつ給紙ローラ１１３側に付勢されている。そして、給紙ローラ１１３は、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離し、その分離した用紙１１２を分離パッド１１４に接続して設けられたガイド１１５へ給送する。

ガイド１１５へ給送された用紙１１２は、カウンタローラ１２２と搬送ガイド１２３を介して搬送ベルト１２１へ送られる。カウンタローラ１２２は、ガイド１１５へ給送された用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのものである。搬送ガイド１２３は、カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１間を略鉛直上方に送られる用紙１１２を、略９０度方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるためのものである。また、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５と、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電ローラ１２６とが設けられている。なお、搬送ベルト１２１は、用紙１１２を静電吸着して搬送する。

搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されている。副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、図１２のベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成されている。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には、記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９が配置されている。

また、図１１に示すように、搬送ローラ１２７の軸には、スリット円板１３４が取り付けられ、このスリット円板１３４のスリットをセンサ１３５（図１２参照）で検出する。これにより、搬送ローラ１２７の回転量（搬送ベルト１２１の移動量）を検知することができる。なお、スリット円板１３４やセンサ１３５はエンコーダ１３６を構成している。

帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置されている。帯電ローラ１２６の軸両端には２.５Ｎの加圧力が掛けられている。

また、図１１に示すように、キャリッジ１０３の前方側にはスリットを形成したエンコーダスケール１４２が設けられ、キャリッジ１０３の前面側には前記スリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１４３が設けられている。これらエンコーダスケール１４２やエンコーダセンサ１４３は、キャリッジ１０３の主走査方向位置（ホーム位置に対する位置）を検知するためのエンコーダ１４４を構成している。

さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するために、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とが設けられている。

また、画像形成装置１００の背部（図の左側）には両面給紙ユニット１６１が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１６１は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。

このように構成された画像形成装置１００においては、用紙積載部１１１から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送される。さらに、用紙１１２は、先端が搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０度搬送方向を転換される。

このとき、図示していない制御回路の高圧電源から、帯電ローラ１２６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る。これにより、搬送ベルト１２１は、交番する帯電電圧パターン、つまり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ることになる。このプラス／マイナス交互に帯電した搬送ベルト１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１０３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２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１１２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１１２を排紙トレイ１５４に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１６１に送り込む。両面給紙ユニット１６１では、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）、再度、カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。そして、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベルト１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する。

本実施例によれば、信頼性が高く、且つコンパクトな画像形成装置を得ることができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、画像形成装置１００は、プリンタ、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することができる。

また、本発明は、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液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、もしくは、これらを備える画像形成装置にも適用することができる。

１０ 液滴吐出ヘッド
１１ ノズル板
１１Ａ，１１Ｂ ノズル孔（ノズル）
１２，３０，４０，５０ 流路形成基板
１３ 振動板
１４Ａ，１４Ｂ 圧電素子（エネルギー発生素子）
１７ ハウジング
１８Ａ，１８Ｂ 圧力室
２０Ａ，２０Ｂ 記録液供給流路
２１Ａ，２１Ｂ 共通供給流路
２３Ａ，２３Ｂ 連通路
２４Ａ，２４Ｂ 狭隘部
２５Ａ，２５Ｂ 戻り流路
２６Ａ，２６Ｂ 共通戻り流路
２９Ａ，２９Ｂ 記録液戻り流路
３１，３２，３３ 流路形成板
１００ 画像形成装置

特許第４６１７７９８号公報 特許第３０９７７１８号公報 特開２００２−２５４６４３号公報

Claims (10)

1. 液滴を吐出する複数のノズルに各々連通された複数の圧力室と、
   該複数の圧力室に液体を供給する共通供給流路と、
   前記複数の圧力室に連通し圧力室内の液体の一部が戻される共通戻り流路と、
   該圧力室内に圧力を発生させるエネルギー発生素子とを備え、
   前記共通供給流路から前記圧力室に供給された液体を、前記共通戻り流路へと循環させつつ、前記エネルギー発生素子によって前記圧力室内に圧力が発生したとき、前記ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、
   前記圧力室の長手方向において、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路を前記圧力室に対して同じ側に配置したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記圧力室、前記共通供給流路、前記共通戻り流路、前記エネルギー発生素子、前記ノズルは少なくとも一対ずつ設けられ、且つ前記エネルギー発生素子は前記共通供給流路と前記共通戻り流路との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記共通供給流路及び前記共通戻り流路は、前記圧力室が形成された流路形成基板に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記圧力室毎に設けられた戻り流路を介して前記圧力室と前記共通戻り流路とが連通され、前記戻り流路は、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路が形成された前記流路形成基板に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記圧力室が形成された流路形成基板を保持するハウジングが設けられ、
   前記共通供給流路及び前記共通戻り流路は、前記ハウジングに形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記圧力室が形成された流路形成基板を保持するハウジングが設けられ、
   前記共通供給流路は前記ハウジングに、前記共通戻り流路は前記流路形成基板にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記圧力室が形成された流路形成基板を保持するハウジングが設けられ、
   前記共通供給流路は前記流路形成基板に、前記共通戻り流路は前記ハウジングにそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記流路形成基板が、シリコンで形成されていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
9. 前記流路形成基板が、金属板の積層構造で形成されていることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする画像形成装置。