JP2015217658A

JP2015217658A - 液体吐出ヘッドユニット、画像形成装置

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Publication number: JP2015217658A
Application number: JP2014105407A
Authority: JP
Inventors: 岩間　正美; Masami Iwama; 正美岩間
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2015-12-07
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: JP6299424B2

Abstract

【課題】ヘッドチップのつなぎ目部分での画質低下を低減させた液滴吐出ヘッドユニットを提供する。【解決手段】液滴を吐出する複数のノズルが配列され、各ノズルに対応する複数の圧電素子ＰＺＴを有する複数のヘッドチップ１０１を長尺方向に並べ、ヘッドチップ１０１の圧電素子ＰＺTの列は、圧電素子ＰＺＴに与える駆動波形の給電部に対して近い側と遠い側とがあり、ヘッドチップ並び方向において隣り合う２つのヘッドチップ１０１、１０１は、駆動波形の給電部に対して近い側同士、又は、駆動波形の給電部に対して遠い側同士が、ヘッドチップ並び方向で重複して配置されている。【選択図】図８

Description

本発明は液体吐出ヘッドユニット、画像形成装置に関する。

画像形成装置として、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）を記録ヘッドに用いた液体吐出記録方式の画像形成装置、例えばインクジェット記録装置が知られている。また、画像形成装置としては、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

ライン型画像形成装置で使用する用紙幅相当分のノズル列長さを有するフルライン型ヘッドや用紙幅の半分相当分のノズル列長さを有する長尺ヘッド（両者を併せて単に「長尺ヘッド」という。）としては、複数の短尺ヘッド（ヘッドチップ）を用紙幅方向に複数個並べて配列したマルチアレイヘッドなどが知られている（特許文献１）。

特開２０１２−１３９９８０号公報

ところで、ヘッドチップの複数のノズルに対応する各圧力発生手段（駆動素子）に駆動波形を与えるとき、複数の圧力発生手段に対応する複数のスイッチング手段に対し、スイッチング手段の並び方向に対応して一方側から駆動波形を供給する片側供給を行う構成が知られている。

このとき、駆動波形の供給側から遠くなる位置のスイッチング手段を介して与えられる圧力発生手段ほど駆動波形のなまりが大きくなる。そのため、駆動波形の供給側に近い側のスイッチング手段を介して駆動波形が与えられる圧力発生手段に対応するノズルと、駆動波形の供給側から遠い側のスイッチング手段を介して駆動波形が与えられる圧力発生手段に対応するノズルとでは、滴吐出特性とが異なる。

その結果、上述したように複数のヘッドチップを配列して長尺ヘッド（これを「液体吐出ヘッドユニット」という）を構成した場合、並び方向で隣り合うヘッドチップのつなぎ目で滴吐出特性が異なって、つなぎ目部分での画像品質が低下するという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ヘッドチップのつなぎ目部分での画質低下を低減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ユニットは、
液滴を吐出する複数のノズルが配列され、各ノズルに対応する複数の圧力発生手段を有する複数のヘッドチップを長尺方向に並べた液体吐出ヘッドユニットであって、
前記ヘッドチップの前記圧力発生手段の列は、前記圧力発生手段に与える駆動波形の給電部に対して近い側と遠い側とがあり、
ヘッドチップ並び方向において隣り合う２つの前記ヘッドチップは、前記駆動波形の給電部に対して近い側同士、又は、前記駆動波形の給電部に対して遠い側同士が、ヘッドチップ並び方向で重複して配置されている
構成とした。

本発明によれば、ヘッドチップのつなぎ目部分での画質低下を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドユニットの模式的平面説明図である。ヘッドチップの一例のノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）に沿う断面説明図である。同ヘッドチップのノズル配列方向（液室短手方向）に沿う断面説明図である。液体吐出ヘッドユニットを駆動するヘッド駆動制御装置の説明に供するブロック回路図である。駆動波形の一例を示す説明図である。駆動波形になまりが生じた例を示す説明図である。ヘッドチップの給電側に対するノズル位置と滴速度の関係の説明に供する説明図である。同実施形態におけるヘッドチップの配置説明に供する液体吐出ヘッドユニットの平面説明図及び同ヘッドユニットにおける滴速度Ｖｊの変化の説明に供する説明図である。比較例におけるヘッドチップの配置説明に供する液体吐出ヘッドユニットの平面説明図及び同ヘッドユニットにおける滴速度Ｖｊの変化の説明に供する説明図である。本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドユニットの模式的平面説明図である。各実施形態におけるヘッドチップへの給電例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一例の模式的説明図である。同装置の記録ヘッドユニットの一例の説明図である。

以下、本発明の実施の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実施形態に係る液体吐出ヘッドユニットについて図１を参照して説明する。図１は同液体吐出ヘッドユニットの模式的平面説明図である。

この液体吐出ヘッドユニット１００は、複数のヘッドチップ１０１をベース部材１０２上に長尺方向、ここではノズル配列方向に沿って千鳥状に並べて配置したものである。

ここで、ヘッドチップ１０１の一例について図２及び図３を参照して説明する。図２は同ヘッドチップのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）に沿う断面説明図、図３は同ヘッドチップのノズル配列方向（液室短手方向）に沿う断面説明図である。

このヘッドチップ１０１は、例えば２枚のＳＵＳ基板１Ａ、１Ｂで構成した流路板１と、流路板１の一面に接合した振動板部材２と、流路板１の他面に接合したノズル板３とを有している。

これらによって液滴（液体の滴）を吐出する複数のノズル４がそれぞれ通路５を介して通じる個別流路としての複数の個別液室６、個別液室６に液体を供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、流体抵抗部７を介して個別液室６に通じる液導入部８を形成している。

そして、液導入部８に振動板部材２に形成した供給口９を介してフレーム部材１７に形成した共通液室１０から液体を供給する。

振動板部材２は各個別液室６に対応してその壁面を形成する各振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、振動領域２ａの面外側（液室６と反対面側）に島状凸部２ｂが設けられている。そして、振動板部材２の島状凸部２ｂに振動領域２ａを変形させる圧力発生手段（駆動素子、アクチュエータ手段）としての積層型圧電部材１２の圧電柱１２Ａの上端面（接合面）を接合している。また、積層型圧電部材１２の反対面はベース部材１３に接合している。

ここで、圧電部材１２は、圧電層２１と内部電極２２Ａ、２２Ｂとを交互に積層したものである。内部電極２２Ａ、２２Ｂは、それぞれ端面、即ち圧電部材１２の振動板部材２に略垂直な側面に引き出して、この側面に形成された端面電極（外部電極）２３、２４に接続し、端面電極（外部電極）２３、２４間に電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。ここで、外部電極２３を個別外部電極（個別電極）とし、外部電極２４を共通外部電極（共通電極）として使用する。

この圧電部材１２は、ハーフカットダイシングによって溝３１（図３）を加工して１つの圧電部材１２に対して所要数の柱状の圧電素子（圧電柱）１２Ａ、１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成したものである。なお、圧電部材１２の圧電柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を非駆動柱１２Ｂとして区別している。また、圧電部材１２の端部の非駆動柱１２Ｂは共通電極を外部に取り出すために幅広に形成した非駆動柱１２Ｂａとし、内部電極２３、２４がいずれも両端面まで形成されている。

また、圧電部材１２には駆動柱１２Ａに与える駆動信号を伝達するめの可撓性を有する配線基板（信号伝達手段）としてのＦＰＣ１５が接続されている。

ＦＰＣ１５には、駆動柱１２Ａの個別外部電極２３に接続する、駆動信号を伝達する配線である個別電極配線と、端部の非駆動圧電柱１２Ｂａに取り出される複数の駆動柱１２Ａの共通電極２４に接続された共通取出電極に接続する共通電極配線とを有している。

このＦＰＣ１５には、駆動柱１２Ａに対して画像データに応じて駆動信号を出力する駆動ＩＣ（ドライバＩＣ）１６が搭載されている。

ノズル板３には各個別液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤接合している。そして、このノズル板３の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面）には撥液層を設けている。

さらに、これらの圧電部材１２、ベース部材１３及びＦＰＣ１５などで構成される圧電アクチュエータの外周側には、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７を接合している。

そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室１０を形成している。更に、フレーム部材１７には、共通液室１０に外部から液体を供給するための供給口１９を形成し、この供給口１９は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどの液体供給源に接続される。

このように構成したヘッドチップ１０１においては、例えば、圧電部材１２の駆動柱１２Ａに与える電圧を基準電位から下げることによって駆動柱１２Ａが収縮し、振動板部材２の振動領域２ａが変形して個別液室６の容積が膨張する。これにより、個別液室６内に液体（インク）が流入する。

その後、圧電部材１２の駆動柱１２Ａに与える電圧を上げて駆動柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材２の振動領域２ａをノズル４方向に変形させて個別液室６の容積を収縮させる。これにより、個別液室６内のインクが加圧され、ノズル４から液滴が吐出される。

そして、圧電部材１２の駆動柱１２Ａ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２の振動領域２ａが初期位置に復元し、個別液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０から個別液室６内にインクが充填される。そこで、ノズル４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。

次に、液体吐出ヘッドユニットを駆動するヘッド駆動制御装置について図４を参照して説明する。図４は１つのヘッドチップに係るヘッド駆動制御装置の説明に供するブロック回路図である。

１つのヘッドチップ１０１には、前述したように、各ノズル４に対応して圧力発生手段である駆動柱１２Ａ（ここでは、「圧電素子ＰＺＴ」という。）が配置されている。

一方、駆動波形生成回路６０１は、例えば図５に示すような駆動波形を生成して出力する。この駆動波形生成部６０１で生成された駆動波形は、ヘッドチップ１０１の駆動ＩＣ１６にＦＰＣ１５などの配線手段を介して供給され、駆動ＩＣ１６内に含まれるアナログスイッチで構成したスイッチ手段ＳＷを介して、各圧電素子ＰＺＴに与えられる。

波形選択制御回路６０２は、画像データに応じてスイッチ手段ＳＷのＯＮ／ＯＦＦを制御する信号を出力する。これにより、スイッチ手段ＳＷがＯＮ状態になった圧電素子ＰＺＴに駆動波形（駆動信号）が入力される。

ここで、駆動ＩＣ１６の複数のスイッチ手段ＳＷの列に対する駆動波形（駆動信号）の供給（給電）は片側（列の一方の端部側）から行うようにしている。これにより、ノズル配列方向に並ぶ複数の圧電素子ＰＺＴの列は、駆動波形の給電部側（具体的には駆動ＩＣ１６の駆動波形入力部１６２を給電部とする。）に近い端部側（給電部側端部）と遠い端部側（給電部側と反対側端部）とがあることになる。

具体的には、例えば図１１に示すように、ノズル列に対応した圧電素子ＰＺＴに、制御装置３００で生成した駆動信号をＦＰＣ１５経由で給電している。ＦＰＣ１５はノズル列の片側にのみ接続されていて、駆動信号の電流は、制御装置３００からＦＰＣ１５を通じて駆動信号配線３０１、駆動ＩＣ１６、個別配線３０２、圧電素子ＰＺＴ、共通電極配線３０３を経由し、ＦＰＣ１５を通じて制御装置３００に戻る。

図４に戻って、駆動波形生成回路６０１から供給される駆動波形を駆動ＩＣ１６の各スイッチ手段ＳＷに対して供給する供給回路は、駆動信号配線と、駆動ＩＣ内配線の合成抵抗成分Ｒと、共通電極配線の抵抗成分Ｒ１と、スイッチ手段ＳＷがＯＮ状態にされている圧電素子ＰＺＴの容量成分Ｃとで構成されるＲＣローパスフィルタ（ＬＰＦ）の回路となる。

このＬＰＦを駆動波形が通過することによって、駆動波形の高周波成分がカットされる。そのため、駆動波形の給電部側から遠くなるほど駆動波形が通るＬＰＦの段数が増加し、図６に示すように、駆動波形のなまりが生じる。特に、同時に駆動する圧電素子ＰＺＴの数が多くなるほど、ＬＰＦの数が多くなって、駆動波形のなまり量も大きくなる。

この駆動波形のなまりによって滴速度Ｖｊが低下することになる。そのため、図７に示すように、駆動波形の給電部側に近いノズルから遠い（給電部側と反対側の）ノズルに向かうに従って滴速度Ｖｊが低下していくことになる。

そこで、本実施形態におけるヘッドチップの配置と滴速度について図８も参照して説明する。図８は同説明に供する液体吐出ヘッドユニットの模式的平面説明図及び同ヘッドユニットにおける滴速度Ｖｊの変化を説明する説明図である。

本実施形態の液体吐出ヘッドユニット１００では、図８（ａ）に示すように、ヘッドチップ並び方向において、隣り合う２つのヘッドチップ１０１は、駆動波形の給電部側に対して近い給電部側端部同士、又は、駆動波形の給電部側に対して遠い給電部側と反対側端部同士が、ヘッドチップ並び方向で重複して、隣り合って配置されている構成としている。

これにより、図８（ｂ）に示すように、ヘッドチップ並び方向において、隣り合う２つのヘッドチップ１０１は、滴速度Ｖｊが逆方向に変化することになる。したがって、例えば、各ヘッドチップ１０１の滴速度Ｖｊの変化量がほぼ同じとすると、液体吐出ヘッドユニット１００全体での滴速度Ｖｊは、個々のヘッドチップ１０１の滴速度Ｖｊの最大変化量が１つのヘッドチップ１０１の滴速度Ｖｊの変化量で収まることになる。

そして、隣り合うヘッドチップ１０１，１０１のつなぎ目部分における滴速度Ｖｊがほぼ同じになるので、滴速度Ｖｊの差によるスジが目立たなくなり、つなぎ目部分における画質の低下を低減することができて、画質を向上することができる。

ここで、比較例の液体吐出ヘッドユニットについて図９を参照して説明する。図９は同説明に供する液体吐出ヘッドユニットの模式的平面説明図及び同ヘッドユニットにおける滴速度Ｖｊの変化の説明に供する説明図である。

この比較例では、図９（ａ）に示すように、複数のヘッドチップ１０１はいずれも駆動波形の給電部側端部を同じ側にして配置されている。

この構成では、ヘッドチップ並び方向において隣り合うヘッドチップ１０１、１０１では、一方のヘッドチップ１０１の給電側端部と他方のヘッドチップ１０１の給電部側と反対側端部とが隣り合うことになる。

したがって、図９（ｂ）に示すように、例えば、滴速度Ｖｊが速い給電部側端部と滴速度Ｖｊが遅い給電部と反対側端部とがつなぎ目部分で隣り合うことになり、つなぎ目部分での滴速度Ｖｊの変化が大きくなる。

そのため、ヘッドチップ１０１、１０１のつなぎ目部分で滴速度の差によるスジが発生して画像品質が低下することになる。

次に、本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドユニットについて図１０を参照して説明する。図１０は同液体吐出ヘッドユニットの模式的平面説明図である。

本実施形態では、複数のヘッドチップ１０１は、ノズル配列方向をヘッドチップ並び方向に対して傾斜させて配置されている。

このようにヘッドチップ１０１を斜めに配置することで、ノズル間隔を印刷に必要なドット間隔よりも広くすることができ、ヘッドチップの製作が容易になる。

なお、上記各実施形態において、複数のヘッドチップ１０１は、実験などで予め滴速度Ｖｊの低下量を測定しておき、特性に近いもの同士を組み合わせることが好ましい。

次に、本発明に係る画像形成装置の一例について図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は同画像形成装置の説明図、図１３は同装置の記録ヘッドユニットの平面説明図である。

この画像形成装置は、ライン型画像形成装置である。給紙トレイ４０１に積載された被記録媒体である用紙４００は、給紙コロ４０２によって、破線で図示する搬送経路に沿って搬送される。搬送経路に搬送された用紙４００は、タイミング合わせ兼スキュー補正ローラ（所謂レジストローラ）対４０３を経由して、ベルト搬送ユニット４０４へ搬送される。

ベルト搬送ユニット４０４は、所定のタイミングにて駆動される搬送ローラ４０５と、テンションローラ４０６と、これらローラ４０５、４０６間に掛け回された無端状の搬送ベルト４０７を備えている。

なお、ベルト搬送ユニット４０４の搬送ベルト４０７で用紙４００を保持するには、静電吸着や空気吸引による吸着等による手段や、その他の公知の手段を用いることができる。

用紙４００は、ベルト搬送ユニット４０４で記録ヘッドユニット２００に対向して搬送され、記録ヘッドユニット２００が画像データに応じて駆動されて液滴が吐出されることで、画像が形成される。

記録ヘッドユニット２００は、前記第１実施形態に係る複数の液体吐出ヘッドユニット１００で構成され、図１３に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のインク滴を吐出する液体ヘッドユニット２１１Ｙ、２１１Ｍ、２１１Ｃ、２１１Ｋを備えている。

そして、記録ヘッドユニット２００にて画像が形成された用紙４００は、デカーラユニット４０９に搬送されて、デカール（カール矯正）される。

デカーラユニット４０９を通過した用紙４００は、そのまま排紙の場合、分離爪４１０によって、搬送経路４１１を経て、排紙ローラ４１２へ搬送されて排紙される。

また、反転排紙又は裏面印字（両面印刷）する場合は、分離爪４１０が図示の位置から反時計回りに切り替えられ、搬送経路４１３を通過し、ガイド部材４１４を経て、叩きコロ４１５に送られる。叩きコロ４１５に送られた用紙４００は、回転方向を切り替えた叩きコロ４１５によって、逆向きに搬送される。

そして、そのまま反転排紙の場合は、第２分離爪４１６を経て、搬送経路４１７を通過して、排紙ローラ４１２へ送られて排紙される。

また、裏面印字する場合は、叩きコロ４１５によって逆向き搬送された用紙４００は、図示の位置から反時計回りに切り替えられた第２分離爪４１６と両面反転ローラ４１８の間を経て、搬送経路４１９を通過して、レジストローラ対４０３へ送られる。

また、記録ヘッドユニット２００の性能を維持回復するため、維持回復ユニット４０８が備えられている。維持回復ユニット４０８は、記録ヘッドユニット２００の各ヘッドチップのノズル面をキャッピングするキャップ４２０、キャップ４２０に接続された図示しない吸引ポンプ、キャップ４２０内にインクを吸引したときヘッドに残留するインクを払拭するワイパ４２１を備えている。

ここでは、維持回復動作を行うときには、記録ヘッドユニット２００が上昇し、維持回復ユニット４０８が記録ヘッドユニット２００の各記録ヘッドの下方まで移動して、維持回復動作が行われる。また、維持回復ユニット４０８のキャップ４２０は、待機時には、記録ヘッドユニット２００の各ヘッドチップの湿度を保つ保湿キャップも担っており、非印刷時には、記録ヘッドユニット２００が上昇して、維持回復ユニット４０８は記録ヘッドユニット２００の下方まで移動して、保湿キャッピングを行う。

このように本発明に係る液体吐出ヘッドユニットを備えることでヘッドチップ配列方向における画質の低下が抑制されて高画質画像を形成することができる。

１流路板
２振動板部材
３ノズル板
４ノズル
６個別液室
１０共通液室
１２圧電部材
１２Ａ駆動柱（圧電素子ＰＺＴ；圧力発生手段）
１５ＦＰＣ
１６駆動ＩＣ
１００液体吐出ヘッドユニット
１０１ヘッドチップ
２００記録ヘッドユニット
２１１Ｙ、２１１Ｍ、２１１Ｃ、２１１Ｋ液体吐出ヘッドユニット
４００用紙（被記録媒体）
４０４ベルト搬送ユニット
６０１駆動波形生成回路

Claims

液滴を吐出する複数のノズルが配列され、各ノズルに対応する複数の圧力発生手段を有する複数のヘッドチップを長尺方向に並べた液体吐出ヘッドユニットであって、
前記ヘッドチップの前記圧力発生手段の列は、前記圧力発生手段に与える駆動波形の給電部に対して近い側と遠い側とがあり、
ヘッドチップ並び方向において隣り合う２つの前記ヘッドチップは、前記駆動波形の給電部に対して近い側同士、又は、前記駆動波形の給電部に対して遠い側同士が、ヘッドチップ並び方向で重複して配置されている
ことを特徴する液体吐出ヘッドユニット。
前記複数のヘッドチップは、ノズル配列方向をヘッドチップ並び方向に対して傾斜させて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドユニット。
請求項１又は２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。