JP2016199032A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度検知手段が少ない場合でも、検知温度と液体吐出ヘッドに供給される液体の温度との差を低減することができ、最適な印写制御を行うことができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】複数のノズルと、ノズルに連通する複数の圧力室と、圧力室に圧力を発生させる圧力発生手段と、圧力室に液体を供給するための共通液室とを備える液体吐出ヘッドであり、共通液室は、開口部を有する分割部材により仕切られた第１の共通液室１１と第２の共通液室１２とからなり、第１の共通液室には、ノズル配列方向に液体供給口１４と液体排出口１６とが設けられ、かつ、第１の共通液室の両端には液体供給口又は液体排出口が配置され、液体供給口／液体排出口に液体を供給／排出させる液体輸送手段を備え、２つの液室におけるノズル配列方向に垂直な断面の断面積において、第２の共通液室の断面積が第１の共通液室の断面積よりも小さい。【選択図】図２

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置に関する。

液体吐出ヘッドでは、吐出する液体の粘度が温度によって変化するため、常に吐出液体の温度を検知し、液体の粘度に応じた適切な圧力発生手段の制御が行えるようにして、環境によらず一定の画像品質を維持できるようにしている。
液体吐出ヘッドにおいては、一部のノズル孔からのみ連続して吐出を行うと圧力発生手段によって生じる熱によって吐出液の温度に差が生じてしまう。これに対して、温度検知手段を多数配置し、より細かく吐出液の温度を調べることで吐出液の温度に合わせて適切な吐出の制御が可能になる。

しかし、より細かく吐出液の温度を調べようとすると温度検知手段の個数が増加するのみならず、吐出制御も複雑になるため、ヘッドの大型化やコスト増になってしまう。そのため、より少ない温度検知手段により、吐出制御することが望ましく、そのためには、ヘッド内での吐出液の温度差を減少させる必要がある。

特許文献１では、ヘッド内での吐出液の沈降防止や気泡排出のため、ヘッド内で吐出液を通過させる第１の経路と、第１の経路と並列に吐出液を通過させる第２の経路とを設けることが開示されている。このように２つの経路を形成し、ノズル孔の配置されていない第２の経路内で吐出液を循環させることにより、第１の経路での液体流量を減らして、循環による吐出への影響を軽減させている。
また、特許文献１の目的は吐出液の沈降防止や気泡排出であるが、このようにヘッド内で吐出液を循環させることでヘッドの温度上昇を抑制し、吐出液の温度上昇を抑制してヘッド内における吐出液の温度の偏りをなくす効果もある。

しかし、このような構成では、吐出する液体をノズル孔まで移送する経路は、第１の経路に対しその流入側から入って行くことになるため、流入側と流出側で温度差が生じやすくなってしまうという問題がある。これによって、ノズル配列方向での液体の温度に差が生じ、複数の温度検知手段を用いない場合、検知温度と液体温度に差が生じ、場所により液体吐出速度に差が生じてしまうことになる。

特許文献２では、スペーサ粒子を含んだ分散液を安定して吐出するため、ヘッド内部の空間を内部フィルターによって分割し、ヘッドに分散液を供給する輸送室と噴出口側の吐出室に分けることが開示されている。輸送室側で分散液を常時、循環させることによってスペーサ粒子の分散状態を維持し、常に安定した濃度の分散液を吐出できるようにするとともにフィルターを隔てることで循環による変動が吐出部に影響しにくいヘッドが開示されている。特許文献２においても、吐出液が常に循環する構成であるのでヘッド内部の温度上昇を抑制する効果がある。

しかし、特許文献２では、循環による分散液の分散状態の維持が目的であるため、供給経路内での移動時の液の温度変化には特に注意が払われていない。すなわち、フィルターにより分割される室の大きさについては触れられていないため、例えば、循環していない吐出室の容量が大きいと吐出される液が吐出室内に留まっている時間が長く、連続して吐出しているノズルと吐出されないでいたノズル近辺での液体に温度差が生じやすくなる。

以上より、温度検知手段が少ない場合でも、検知温度と液体吐出ヘッドに供給される液体の温度との差を低減することができ、最適な印写制御を行うことができる液体吐出ヘッドが望まれていた。

そこで、本発明は上記課題を鑑み、温度検知手段が少ない場合でも、検知温度と液体吐出ヘッドに供給される液体の温度との差を低減することができ、最適な印写制御を行うことができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、液体を吐出する複数のノズルと、該ノズルに連通する複数の圧力室と、該圧力室に圧力を発生させる圧力発生手段と、前記圧力室に液体を供給するための共通液室とを備える液体吐出ヘッドであって、前記共通液室は、ノズル配列方向に平行な面で隣接する２つの液室で構成され、該２つの液室は、液体を供給する液体供給部から液体を供給される第１の共通液室と、前記圧力室に液体を供給する第２の共通液室とからなるとともに、前記第１の共通液室と前記第２の共通液室は、開口部を有する分割部材により仕切られており、前記第１の共通液室には、前記ノズル配列方向に少なくとも１つの液体供給口と少なくとも１つの液体排出口とが設けられ、かつ、前記第１の共通液室の両端には前記液体供給口又は液体排出口のどちらかが配置され、前記液体供給口に液体を供給し、かつ、前記液体排出口から液体を排出させる液体輸送手段を備え、前記２つの液室におけるノズル配列方向に垂直な断面の断面積において、前記第２の共通液室の断面積が前記第１の共通液室の断面積よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、温度検知手段が少ない場合でも、検知温度と液体吐出ヘッドに供給される液体の温度との差を低減することができ、最適な印写制御を行うことができる液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す他の模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例における液体の流れを説明するための模式図である。 本発明に含まれない液体吐出ヘッドの一例における液体の流れを説明するための模式図である。 液体吐出ヘッドのノズル位置における温度差を示す模式図である。 分割部材の一例を示す模式図である。 分割部材の他の例を示す模式図である。 分割部材の他の例を示す模式図である。 分割部材の他の例を示す模式図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの一例を示す模式図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す模式図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す模式図である。 画像形成装置の構成の一例を示す斜視図である。 画像形成装置の構成の一例を示す側面図である。

以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズル４０と、該ノズル４０に連通する複数の圧力室３９と、該圧力室３９に圧力を発生させる圧力発生手段（圧電素子４２）と、前記圧力室３９に液体を供給するための共通液室とを備える。
前記共通液室は、ノズル配列方向に平行な面で隣接する２つの液室で構成され、該２つの液室は、液体を供給する液体供給部から液体を供給される第１の共通液室１１と、前記圧力室に液体を供給する第２の共通液室１２とからなる。
また、前記第１の共通液室１１と前記第２の共通液室１２は、開口部２１を有する分割部材２０により仕切られており、前記第１の共通液室には、前記ノズル配列方向に少なくとも１つの液体供給口１４と少なくとも１つの液体排出口１６とが設けられ、かつ、前記第１の共通液室１１の両端には前記液体供給口１４又は液体排出口１６のどちらかが配置され、前記液体供給口１４に液体を供給し、かつ、前記液体排出口１６から液体を排出させる液体輸送手段を備える。
そして、前記２つの液室におけるノズル配列方向に垂直な断面の断面積において、前記第２の共通液室１２の断面積が前記第１の共通液室１１の断面積よりも小さいことを特徴とする。以下詳細を説明する。

（液体吐出ヘッド）
本発明に係る液体吐出ヘッドについて図面を参照しながら説明する。なお、以下、ヘッドとあるのは、液体吐出ヘッドと同様の意味を示すものであり、吐出液と液体は同様の意味を示すものである。

図１に、本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態の構成における断面図を模式的に示す。図１は１つのノズルに対する断面図である。図１には、第１の共通液室１１、第２の共通液室１２、液体供給経路１３、支持部材１５、分割部材２０、振動板３２、ノズル板２４、連通板３３、流路板３４、ダンパー３５、ダンパー室３６、供給口３７、流体抵抗部３８、圧力室３９（個別液室）、ノズル４０、圧電素子４２（積層圧電素子）等が図示されている。

共通液室は、開口部２１を備えた分割部材２０によって循環側の第１の共通液室１１と吐出側の第２の共通液室１２とに分割されている。詳細は後述するが、本実施形態では、ノズル配列方向と垂直な断面の断面積において、第１の共通液室１１の断面積が第２の共通液室１２の断面積よりも大きくなるように構成されている。

吐出側の第２の共通液室１２には各ノズルに液を供給するための個別流路２２があり、流体抵抗部３８を経て圧力発生手段を備えた圧力室３９に至っている。圧力発生手段として圧電素子４２（積層圧電素子）を備えており、振動板３２を介して圧力室３９の容積を変化させることによってノズルから液体を吐出させることができる。
なお、本実施形態では圧力発生手段として積層圧電素子が用いられているが、これに限られるものではなく、適宜変更が可能である。

図２は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの別の断面模式図を示すものである。
図２には、第１の共通液室１１、第２の共通液室１２、液体供給口１４、液体排出口１６、温度検知手段１８、液体貯留手段１０（インクタンク）が図示されている。

本実施形態では、液体吐出ヘッド内に複数のノズルが配列され、ノズル配列方向に吐出液を供給するための共通液室が設けられている。共通液室は分割部材２０により第１及び第２の２つの共通液室に仕切られ、第１の共通液室１１の両端には液体を供給する液体供給口１４と液体を排出する液体排出口１６が設けられている。吐出時も液体を循環できるように液体輸送手段としてポンプＰが設けられている。図２の矢印に示されるように、ポンプＰにより吐出液は液体供給経路１３、液体供給口１４、液体排出口１６、液体貯留手段１０を循環する。

共通液室内を２つに分割し、循環側の第１の共通液室１１内で吐出液を循環させることにより、ヘッド内の発熱によるヘッドの温度上昇を抑制し、かつ、ヘッド内での吐出液の温度差を少なくすることができる。このため、１つの温度検知手段１８によって検知された温度によって圧電素子４２に加える電圧を調整しても検知温度と吐出液温度の差による吐出液の速度バラつきをなくすことができる。また、第２の共通液室１２では、液体吐出による流動が起こるのみで循環による流れは発生しないため、吐出に対する循環の影響を少なくすることができる。

一般にヘッドの温度上昇に対して液体が吐出されることによって、熱が排熱される効果があり、分割部材より吐出側の吐出液は吐出されないで留まっている場合、排熱されないため温度が上昇する。これに対し、一般に吐出液のノズル孔表面での乾燥を防止するために液体吐出しない程度の振動を液室内の液体に加えることが行われる。この場合、発生する熱量はわずかであるが、吐出による排熱を伴わないため、液体の温度上昇を招くことになる。

このため、吐出されない部分は、吐出して排熱している部分に比べて温度が上昇する。吐出側の容量（第２の共通液室１２の容量）が大きいと、温度上昇した液体の量が多く、循環側から新たな液体が供給されて吐出されるまでの時間が長くなり、その分、吐出液のノズル配列方向での温度差が生じやすく、その影響も大きい。

これに対して本実施形態では、第１の共通液室１１の断面積が第２の共通液室１２の断面積よりも大きくすることで、ノズル４０から吐出される液体の移動経路において、ノズル配列方向の移動が常に循環側（第１の共通液室１１側）で行われるようにしていることが特徴になっている。また、吐出側の容量（第２の共通液室）を十分に小さくすることで吐出側の吐出液量を小さくできるため、上記の温度差を少なくすることができる。循環している吐出液に対して、ヘッド内に留まっている吐出液の比率が小さいため、温度変化が起こりにくく、温度の差が生じている吐出液の量を低減でき、影響を小さく（吐出開始により、均一な温度分布に戻りやすい）することができる。

また、本実施形態では、液体の循環により、ヘッドの温度変化（圧力発生手段による発熱）を抑制することができる。また、循環している吐出液を吐出させることによって吐出液のヘッド内の温度バラつきを抑制できる。

上記の効果によってヘッド内の温度バラつきを抑制できるので、少ない温度検知手段によって吐出液の温度検知をした場合の検知温度と吐出液温度の差を減少させることができ、吐出液の速度バラつきを抑制できる。これにより、最適な印写制御を行うことができる。

図２では、ポンプを排出側に配置して第１の共通液室１１内で吐出液を循環させる例を示したが、循環のための液体輸送手段はこれに限定されるものではない。また、図２は、第１の共通液室１１の両端に液体供給口１４と液体排出口１６を配置する構成例を示したが、これに限られるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、第１の共通液室１１の中央部に液体供給口１４を設け、両端に液体排出口１６を設置する構成なども可能である。

図３は、図１におけるヘッドの吐出部近傍を拡大したものである。上述したようにノズル配列方向につながる共通液室は分割部材２０によって２つに分割され、第１の共通液室１１では液体供給経路１３にあるポンプによって液体供給口１４から液体排出口１６側に液体を循環させている。第１の共通液室１１ではノズル配列方向に液体が循環し、これと平行する第２の共通液室１２に対して吐出で消費される分の液体を供給している。この際、第１の共通液室１１の断面積が第２の共通液室１２に対して大きくなるようになっている。

第１の共通液室１１内を吐出される分以上の吐出液を常時循環させることによってヘッド内の温度上昇を抑制するとともに、吐出液がヘッド内に留まって温度が上昇することを防止することができる。

また、ヘッド内のあるノズル４０から吐出する場合、吐出液は流体抵抗の低い第１の共通液室１１内をノズル配列方向に移動し、ノズル４０の上部で分割部材２０内の移動可能な開口部２１から、第２の共通液室１２に供給され、吐出されることになる。このため液体供給口１４から吐出に至る吐出液の経路の移動時間を最短にすることができるので、ヘッド内でのインクの温度上昇を抑制できる。

このように、吐出液が循環するによって、ヘッド内の温度上昇を抑制する効果とヘッド内で液体供給口１４から吐出に至る経過時間を短くすることによるヘッド内での吐出液の温度上昇を抑制する効果を得ることができる。これらの効果によって吐出の有無や液体貯留手段１０からの距離などによる吐出液の温度差の発生を抑制できる。
このためノズル配列方向での温度検知手段を多く設けなくても検知温度と吐出液の温度の差が生じることなく、安定した吐出が可能である。

一方、図４は、本発明に含まれないものであり、図３と同様にヘッドの吐出部近傍を拡大した図である。図４は、ノズル配列方向と垂直な断面における第２の共通液室１２の断面積を第１の共通液室１１の断面積と同等以上となるようにした場合の比較図である。
この場合、吐出液は消費されるノズル列までの移動に際して相対的に抵抗の低い吐出側の共通液室（第２の共通液室１２側）を通過する。第２の共通液室１２内での液体の移動は吐出の消費によってのみ発生するため、第１の共通液室１１の液体供給口１４から吐出に至るまでの吐出液の移動時間が長くなる。

循環している第１の共通液室１１内の吐出液の温度は上昇が抑制されているが、循環していない第２の共通液室１２内では吐出のための圧力発生手段で生じる熱によって温度が上昇する。したがって、吐出される液の温度が上昇し、例えば、液体供給口１４に近いノズルと遠いノズルで温度差が生じやすくなる。

図５はノズル位置による温度差を模式的に示した図であり、図３及び図４のａ〜ｄにおける吐出液温度と共通液室内移動量との関係を示す模式図である。
循環側では移動が早く移動量に対する温度上昇が少ないが、吐出側では移動が吐出による流出になるので移動が遅く移動量に対する温度上昇が大きい。このため、図３ではノズル位置が異なっても大きな温度差にはならないが（図４のａ，ｂ）、図４では温度差が大きくなってしまう（図４のｃ，ｄ）。
さらに、循環側（第１の共通液室１１側）の断面積を大きくすることで循環する吐出液の流体抵抗を減らし、循環による圧力差の発生を抑制することができる効果もある。

次に、分割部材２０について詳細を説明する。
従来例、例えば特許文献２ではフィルターにより液室を分割しているが、本実施形態における分割部材２０はフィルターの機能を外すことができる。すなわち、共通液室を分割し、かつ、分割状態で吐出液体が移動可能な開口部２１があればよい。さらに、フィルターの場合、例えば、ノズル径に対して開口部の径が小さいなどの制約が求められる（特許文献２の請求項３参照）が、本実施形態における分割部材２０の開口部２１にはその制約がなく、吐出液が移動可能であればよい。

分割部材の開口部は適宜変更することが可能であるが、ノズル径よりも分割部材の開口部の代表長さが大きいことが好ましい。ノズル径よりも分割部材の開口部の代表長さが大きい場合、分割部材のフィルターの機能を取り除くことができる。分割部材２０をフィルターとしないメリットとしては、目詰まりによる供給の不均一性を防止できる点が挙げられる。フィルターとして目詰まりした場合、目詰まりした部分では吐出液が供給されにくくなり、第２の共通液室１２内を液体が移動する必要が生じるため、温度差が生じてしまう。本実施形態の分割部材２０によれば、ノズル径よりも分割部材２０の開口部の代表長さが大きいため、これらの不具合を防止することができる。
ここで開口部の代表長さとは、開口部が円形の場合は開口部の直径であり、開口部が楕円形の場合は楕円の短径であり、開口部がスリットの場合は開口部のスリット幅である。

上述のように、ノズル径よりも分割部材の開口部の代表長さが大きいことが好ましいが、これに限られるものではなく、ノズル径よりも分割部材の開口部の代表長さを小さくすることもできる。この場合、分割部材にフィルター機能を付加することができ、他にフィルター部材が備えられている場合、当該フィルター部材を取り除くことができる。さらに液体が循環することによりフィルターの目詰まりを防ぐ効果も期待できる。
また、その他の態様として、分割部材の他にフィルター部材を設けてもよい。この場合、分割部材はフィルター機能を有していないことが好ましい。
また、その他の態様として、分割部材の開口部の代表長さが、ノズル径よりも大きいもの、小さいものが混在していてもよい。

分割部材２０は、２つの共通液室間での液体の温度差を減少させることに寄与できるように、金属製として、吐出液の熱伝導率よりも高い素材であることが好ましい。例えば、水系の吐出液（水の熱伝導率：０．５８２Ｗ／ｍＫ）に対して、ＳＵＳ材（１６．７Ｗ／ｍＫ）を好適に使用できる。アルミや銅はさらに熱の良導体であるが、水系の吐出液に対して腐食などの接液性に課題があるためＳＵＳ材を使用することが好ましい。

図６は、分割部材の一例における平面図を模式的に示すものであり、分割部材２０における開口部２１の配置が図示されている。なお、図６において、液体供給口１４及び液体排出口１６が破線で図示されているが、分割部材２０に形成されているものではなく、ヘッドを上面から見た場合における液体供給口１４及び液体排出口１６の配置を模式的に示すものである。

本実施形態において、分割部材２０は開口部２１をノズル配列に対して均等になるように有している。これによって各ノズルへ吐出液を供給する経路として直近の開口部２１を通して循環側から吐出側に移送されることになるのでノズル位置による差異が生じにくくなる。

図７は、分割部材の他の例における平面図を模式的に示すものである。図６に示されるようにノズル配列範囲のみに開口部２１が配置されていても、液体の供給には問題ないが、供給液室に気泡が混入した場合、排出できずに残ってしまうことがある。気泡が混入すると吐出不良が生じてしまう。

これに対して図７では分割部材２０の開口部２１を共通液室内全域に設けている。すなわち、分割部材２０は開口部２１をノズル配列方向の全領域に対して有している。図７に示されるように、図６の構成とは異なり、液体供給口１４や液体排出口１６が形成される位置の周辺においても開口部２１が形成されている。これによって吐出側に気泡の混入や発生があった際にこれを共通液室内に留めることなく排出することが可能になる。すなわち、気泡は開口部２１を通して循環側に排出され、循環によって共通液室内から排出される。これにより、気泡の混入による吐出不良の発生を防止できる。

図８は、分割部材の他の例における平面図を模式的に示すものである。図６、図７の実施形態では、開口部２１として円形の場合の例を示しているが、これに限定されるものでなく、例えば図８のようなスリット形状であってもよい。

また、吐出によって生じた圧力変動が他のノズルの吐出に影響することがないように、ヘッド内には圧力変動に応じて体積が変化するダンパー３５を設けることが一般に行われており、本発明においても好適に用いられる。
図１では吐出側の共通液室である第２の共通液室１２にダンパー部（ダンパー３５、ダンパー室３６）を形成している。図示されるように、第２の共通液室１２における分割部材２０とは反対側の面にダンパー部が形成されている。ここで、ダンパー部を循環側の共通液室である第１の共通液室１１に設けた場合、第１の共通液室１１と第２の共通液室１２との間に分割部材２０があるため、他のノズルへの圧力変動の伝播を防止することができず、吐出側で伝播して影響する可能性がある。一方、図１に示されるように、吐出側の共通液室である第２の共通液室１２に設けることによりこれを防止することができる。

図１に示されるように、第２の共通液室１２は、振動板３２によって各ノズル４０へ通じる個別流路２２と仕切られている。ここで、個別流路２２に吐出液を供給する供給口３７と並列になるように振動板３２の一部を薄膜になるようにしてダンパー３５が形成されている。吐出液の圧力変動によってダンパー３５が変形し、第２の共通液室１２の容積を変化させることで、圧力変動が吐出するノズルとは別の他のノズルに影響することを防止することができる。また、ダンパー３５の変形に対応できるように流路板３４の対応部分に凹みを設け、ダンパー室３６を形成している。なお、ダンパー室３６は図示しない連通路によって外気と連通している。

図９に上記構成における平面の模式図を示す。なお、図９は分割部材２０やダンパー３５の位置関係を説明するための図であり、ダンパー３５が分割部材２０に形成されているものではない。そのため、ダンパー３５は破線で示されている。
本実施形態では、ダンパー部は共通液室内全域にわたって形成されるが、ノズル配列方向に対して一体で形成すると薄膜部分が大きくなり剛性が低くなるため、間に区切りを設けて分割されていることが好ましい。

次に、第１の共通液室１１の断面積と第２の共通液室１２の断面積との関係について、詳細を説明する。上記実施形態では、ノズル配列方向と垂直な断面の断面積において、第１の共通液室１１の断面積が第２の共通液室１２の断面積よりも大きくなるように構成された形態について説明した。

ここで、流量差及び吐出液の粘度の温度特性を考慮し、ノズル配列方向と垂直な断面の断面積において、第１の共通液室１１の断面積は、第２の共通液室１２の断面積の２倍以上であることが好ましい。

ヘッドにおける吐出液の粘度は温度によって変化し、高温であるほど粘度が低下する。粘度が低下すると管内を流れる場合の流体抵抗は低下し、ほぼ粘度に比例する。
分割部材２０によって区切られた第１の共通液室１１と第２の共通液室１２では、第２の共通液室１２の吐出液の温度が高くなる。第２の共通液室１２では第１の共通液室１１にある輸送手段による吐出液の流れはなく、吐出による消費のみによる流れになるため共通液室内に留まっている時間が長く、温度が高くなる。また、第２の共通液室１２では、発熱源である圧力発生手段（圧電素子４２）と接触している個別液室、個別流路と接しており、熱の影響を受けやすい。

このため、第２の共通液室１２内の吐出液の方が温度が高くなり、粘度が低くなる。粘度が低いと流体抵抗が低くなり、結果として、温度の高い第２の共通液室１２の吐出液の方が相対的に同じ圧力差において流れやすくなる。これを考慮すると、第２の共通液室に対して、第１の共通液室の断面積は２倍以上であることが好ましい。

例えば、第１の共通液室において吐出による消費に加えて、同程度の流量を流したとすると、第２の共通液室における流量は第１の共通液室１１における流量の２倍になる。
断面積が同じである場合、２つの共通液室内の吐出液の温度差により、第１の共通液室１１の吐出液の粘度が２倍程度になると仮定すると、第１の共通液室１１の方が流体抵抗が大きくなってしまう。

管内の層流状態の流れに対する流体抵抗は、管の直径の４乗に反比例するので断面積の２乗に反比例する。したがって上記の条件において、第１の共通液室１１の流体抵抗を第２の共通液室１２の流体抵抗と同等以下であることが好ましく、同等以下とするには第１の共通液室１１の断面積は、第２の共通液室１２の断面積の２倍以上である必要がある。第１の共通液室１１の流体抵抗が第２の共通液室１２の流体抵抗と同等以下の場合、各ノズルから吐出する液体のノズル列方向の移動を第１の共通液室１１内で行う方が抵抗が小さくなり、図３で示したように第１の共通液室１１内で移動が行われるようにすることができ、ノズル配列方向における液体の温度差をより小さくすることができる。

これらのことから、流量差及び吐出液の粘度の温度特性を考慮し、ノズル配列方向と垂直な断面の断面積において、第１の共通液室１１の断面積は、第２の共通液室１２の断面積の２倍以上であることが好ましい。

また、ノズル配列方向と垂直な断面の断面積において、第１の共通液室１１の断面積は、第２の共通液室１２の断面積の５倍以下であることが好ましい。この場合、共通液室を分割部材２０によって第１の共通液室１１と第２の共通液室１２に分割する効果がより得られる。

なお、「液体吐出ヘッド」とは、ノズルから液体を吐出・噴射する機能部品である。
吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

（液体吐出ユニット）
本発明で「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに他の機能部品、機構が一体化したものであり、液体を吐出する機能に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。一例を図１０に示す。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。一例を図１１に示す。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。一例を図１２に示す。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

（液体を吐出する装置）
次に、本発明に係る液体を吐出する装置について説明する。本発明において「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は同装置の斜視説明図、図１４は同装置の機構部の側面説明図である。なお、以下、画像形成装置を例に挙げて説明するが、液体を吐出する装置としてはこれに限られるものではない。

本実施形態における画像形成装置には、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載された液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等が収納されている。

装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（または給紙トレイ）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができる。そして、給紙カセット８４または手差しトレイ８５から給送される用紙８３が取り込まれ、印字機構部８２によって所要の画像が記録された後、後面側に装着された排紙トレイ８６に用紙８３が排紙される。
印字機構部８２には、左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３が主走査方向に摺動自在に保持されている。

このキャリッジ９３にはイエロー（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本発明に係る液体吐出ヘッドからなるヘッド９４が複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列され、インク滴吐出方向を下方に向けて液体吐出ヘッドが装着されている。またキャリッジ９３にはヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５が交換可能な態様で装着されている。

インクカートリッジ９５には上方に大気と連通する大気口、下方には液体吐出ヘッドにインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体が設けられている。この多孔質体の毛管力により、液体吐出ヘッドに供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、液体吐出ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドとしてもよい。

ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、キャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００が張装されている。このタイミングベルト１００はキャリッジ９３に固定されており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。

また、画像形成装置には、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２が設けられている。さらに、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とが設けられている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３をヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９が設けられている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２が設けられている。さらに、画像形成装置には、用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６が配設されている。

記録時には、キャリッジ９３が移動しながら画像信号に応じてヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後、次の行の記録が行われる。記録終了信号又は用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３が排紙される。

また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７が配置されており、回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。
キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止することができる。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持することができる。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等をクリーニング手段により除去でき、吐出不良を回復することができる。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

１０ 液体貯留手段
１１ 第１の共通液室
１２ 第２の共通液室
１３ 液体供給経路
１４ 液体供給口
１５ 支持部材
１６ 液体排出口
１８ 温度検知手段
２０ 分割部材
２１ 開口部
２２ 個別流路
２４ ノズル板
３２ 振動板
３３ 連通板
３４ 流路板
３５ ダンパー
３６ ダンパー室
３７ 供給口
３８ 流体抵抗部
３９ 圧力室
４０ ノズル
４２ 積層圧電素子
８１ 記録装置本体
８２ 印字機構部
８３ 用紙
８４ 給紙カセット
８５ 手差しトレイ
８６ 排紙トレイ
９１ 主ガイドロッド
９２ 従ガイドロッド
９３ キャリッジ
９４ ヘッド
９５ インクカートリッジ
９７ 主走査モータ
９８ 駆動プーリ
９９ 従動プーリ
１００ タイミングベルト
１０１ 給紙ローラ
１０２ フリクションパッド
１０３ ガイド部材
１０４ 搬送ローラ
１０５ 搬送コロ
１０６ 先端コロ
１０７ 副走査モータ
１０９ 印写受け部材
１１１ 搬送コロ
１１２、１１４ 拍車
１１３ 排紙ローラ
１１５、１１６ ガイド部材
１１７ 回復装置
４０１ ガイド部材
４０３ キャリッジ
４０４ 液体吐出ヘッド
４０５ 主走査モータ
４０６ 駆動プーリ
４０７ 従動プーリ
４０８ タイミングベルト
４１２ 搬送ベルト
４１３ 搬送ローラ
４１４ テンションローラ
４４０ 液体吐出ユニット
４４１ ヘッドタンク
４４２ カバー
４４３ コネクタ
４４４ 流路部品
４５６ チューブ
４９１Ａ、４９１Ｂ 側板
４９１Ｃ 背板
４９３ 主走査移動機構

特開２０１４−１４１１０２号公報 特開２００６−１２６４９６号公報

Claims (11)

1. 液体を吐出する複数のノズルと、該ノズルに連通する複数の圧力室と、該圧力室に圧力を発生させる圧力発生手段と、前記圧力室に液体を供給するための共通液室とを備える液体吐出ヘッドであって、
   前記共通液室は、ノズル配列方向に平行な面で隣接する２つの液室で構成され、
   該２つの液室は、液体を供給する液体供給部から液体を供給される第１の共通液室と、前記圧力室に液体を供給する第２の共通液室とからなるとともに、前記第１の共通液室と前記第２の共通液室は、開口部を有する分割部材により仕切られており、
   前記第１の共通液室には、前記ノズル配列方向に少なくとも１つの液体供給口と少なくとも１つの液体排出口とが設けられ、かつ、前記第１の共通液室の両端には前記液体供給口又は液体排出口のどちらかが配置され、
   前記液体供給口に液体を供給し、かつ、前記液体排出口から液体を排出させる液体輸送手段を備え、
   前記２つの液室におけるノズル配列方向に垂直な断面の断面積において、前記第２の共通液室の断面積が前記第１の共通液室の断面積よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第１の共通液室の断面積は、前記第２の共通液室の断面積の２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記開口部の代表長さは、前記ノズルのノズル径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記分割部材は、前記開口部をノズル配列に対して均等になるように有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記分割部材は、前記開口部をノズル配列方向の全領域に対して有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第２の共通液室は、前記分割部材とは反対側の面にダンパー部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記ダンパー部は、ノズル配列方向に分割されていることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記分割部材は、前記液体の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記開口部は、円形状又はスリット形状であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出ユニット。
11. 請求項１〜９のいずれかに記載の液体吐出ヘッド又は請求項１０に記載の液体吐出ユニットを備えることを特徴とする液体を吐出する装置。
    

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