JP2019142112A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル近傍のインク温度（実際に吐出されるインク温度）と共通液室近傍のインク温度に差があるため、インクの温度検出精度を向上させる。【解決手段】インクなどの液体を吐出する複数のノズル３ａと、各ノズルに連通して該ノズルに液体を供給する加圧液室２ｂなどの複数の圧力室と、各圧力室内に圧力を発生させ、液体を各ノズルから吐出する積層型圧電素子５などの圧力発生手段と、圧力発生手段を支持するベース４などの支持部材と、支持部材に設けられた複数の温度検出素子９−１、９−２などの第１の温度検出手段と、圧力室に隣接して設けられた複数の温度検出素子９−２−１、９−２−２などの第２の温度検出手段と、を備える液体吐出ヘッド２０である。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体吐出装置及び画像形成装置に関する。

記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置では、複数のノズル開口の各々に対応する複数の圧電素子（例えばピエゾ素子）等の圧力発生手段がノズルに連通する圧力発生室内のインクを加圧することにより、ノズル開口からインク滴を吐出する。

このようなインクジェット記録装置において、インクの吐出を繰り返し行っていくと記録ヘッドが温度上昇し、インクの粘度が変化する結果、インク吐出量が変動し、画像の濃度が変化して所望の画質が得られなくなってしまう。そこで、記録ヘッドの温度を検出する温度検出手段を共通液室近傍に配置し、その温度検出結果に基づいて駆動波形や駆動電圧を変えるなどにより、インクの吐出滴量を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、特許文献１を含む今までの共通液室近傍の温度検出では、ノズル近傍のインク温度（実際に吐出されるインク温度）と共通液室近傍のインク温度に差があるため、インクの温度検出精度が不十分であるという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、インクの温度検出精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、液体を吐出する複数のノズルと、前記各ノズルに連通して該ノズルに前記液体を供給する複数の圧力室と、前記各圧力室内に圧力を発生させ、前記液体を前記各ノズルから吐出する圧力発生手段と、前記圧力発生手段を支持する支持部材と、前記支持部材に設けられた第１の温度検出手段と、前記圧力室に隣接して設けられた第２の温度検出手段と、を備える液体吐出ヘッドである。

本発明によれば、インクの温度検出精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面図である。 図１の液体吐出ヘッドの液室短手方向に沿う断面図である。 ヘッドドライバの一例について説明する図である。 （ａ）は従来例の液体吐出ヘッドの（ｂ）におけるＳａ−Ｓａの断面図、（ｂ）は（ａ）の要部を下面から視た断面図である。 （ａ）は本実施形態構成の液体吐出ヘッドの（ｃ）におけるＳｂ−Ｓｂ断面図、（ｂ）は（ｃ）におけるＳｃ−Ｓｃ断面図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）の要部を下面から視た断面図である。 複数の温度検出素子による温度検出によってノズル列ごとの温度分布を予測することを説明するグラフである。 シリアル型画像形成装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。 図７の機構部の要部を上から見た平面図である。 ライン型画像形成装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。 図９の機構部の要部を上から見た平面図である。

以下、図を参照して実施例を含む本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という）を詳細に説明する。各実施形態等に亘り、同一の機能および形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、混同の虞がない限り一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。

本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを説明する前に「液体吐出ヘッド」の概念等について説明しておく。
「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。

図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの基本構成について説明する。図１は、実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面図、図２は、図１の液体吐出ヘッドの液室短手方向に沿う断面図である。
図１及び図２に示すように、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド２０は、インク供給口１ａと共通液室１ｂとなる彫り込みを形成したフレーム１と、流体抵抗部２ａと加圧液室２ｂとなる彫り込み及びノズル３ａに連通する連通口２ｄを形成した流路板２とを備えている。

フレーム１には、熱伝導性の樹脂を用いて、樹脂成形でインク供給口１ａと共通液室１ｂとなる彫り込みを形成している。共通液室１ｂは、後述する圧力室として機能する加圧液室２ｂへ液体の一例としてインクを供給する機能を有する。共通液室１ｂを形成されたフレーム１は、筐体部材である。

流路板２は、シリコン単結晶基板を用いて、流体抵抗部２ａ、加圧液室２ｂ、液体導入部２ｃとなる彫り込み、及びノズル３ａに対する位置に連通口２ｄとなる貫通口をエッチング工法でパターニングした。エッチングで残された部分が加圧液室２ｂの隔壁２ｅ（図２参照）となる。
流体抵抗部２ａは、図１におけるインクの流れ方向（図の左方から右方への方向）において、圧力室である加圧液室２ｂへインクを供給する共通液室１ｂと、加圧液室２ｂとの間に設けられている。
加圧液室２ｂは、個別液室とも呼ばれ、各ノズル３ａに連通して各ノズル３ａにインクを供給する本発明の圧力室として機能する。圧力室である加圧液室２ｂは、複数設けられている。

液体吐出ヘッド２０はまた、インクを吐出するノズル３ａを複数形成したノズル板３と、凸部６ａ、ダイヤフラム部６ｂ及びインク流入口６ｃを有する振動板６と、振動板６に接着層を介して接合された積層型圧電素子５と、積層型圧電素子５を固定しているベース４とを備えている。

ノズル板３は、金属材料を用いて、例えば電鋳工法によるニッケル（Ｎi）メッキ膜等で形成したもので、インク滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル３ａを多数形成している。このノズル３ａの内部形状（内側形状）は、本実施形態例ではホーン形状に形成しているが、略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。

ノズル板３のインク吐出面（ノズル表面側）は、撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。ＰＴＦＥ−Ｎi共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、あるいはシリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けている。これにより、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質が得られるようにしている。

振動板６は、薄膜のダイヤフラム部６ｂと、このダイヤフラム部６ｂの中央部に形成した駆動部５ｅ（後述する）となる積層型圧電素子５と接合するアイランド部とも呼ばれる島状の凸部６ａと、支持部５ｆ（図２参照）に接合する梁を含む厚膜部と、インク流入口６ｃとなる開口とを電鋳工法によるニッケル（Ｎi）メッキ膜を２層重ねて形成している。

積層型圧電素子５は、ハーフカットのダイシング加工により櫛歯上に分割され、１つ毎に駆動部５ｅと非駆動部である支持部５ｆとして使用する。積層型圧電素子５は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層５ａと、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層５ｂとを交互に積層したものであり、内部電極層５ｂを交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極５ｃ、共通電極５ｄに電気的に接続したものである。

液体吐出ヘッド２０は、厚み方向変位であるd33方式での積層型圧電素子５を使用する構成としており、積層型圧電素子５の伸縮により個別液室である加圧液室２ｂを収縮、膨張させるようになっている。積層型圧電素子５に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また積層型圧電素子５に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
積層型圧電素子５は、圧力室である各加圧液室２ｂ内に圧力を発生させ、インクを各ノズル３ａから吐出する本発明の圧力発生手段として機能する。

駆動部５ｅの個別電極５ｃには、フレキシブルプリント基板７（以下、「ＦＰＣ７」と略称する）が半田接合されている。また、共通電極５ｄは、積層型圧電素子５の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣ７のグランド（Ｇｎｄ）電極に接合している。ＦＰＣ７には、後述する図３に示す集積回路（ＩＣ）等で構成されたヘッドドライバが実装されており、これにより駆動部５ｅへの駆動電圧印加を制御している。

図１において、７ａはＦＰＣ７の電気導体からなる配線部材を、７ｂはＦＰＣ７の電気絶縁材からなる基材を、７ｃは後述の図３に示すヘッドドライバ２１の駆動回路２６等を搭載した駆動ＩＣを、それぞれ表している。

ベース４は、チタン酸バリウム系セラミックからなり、積層型圧電素子５を２列配置して接合している。ベース４は、圧力発生手段としての積層型圧電素子５を支持し固定する支持部材として機能する。ベース４は、熱伝導性を有する。

液体吐出ヘッド２０の動作を説明する。上記のように構成された液体吐出ヘッド２０においては、記録信号に応じて駆動部５ｅに駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、駆動部５ｅに積層方向の変位が生起し、振動板６を介して加圧液室２ｂが加圧されて加圧液室２ｂ内のインクの圧力が上昇し、ノズル３ａからインク滴が吐出される。

その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室２ｂ内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室２ｂ内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、インクタンクから供給されたインクは共通液室１ｂに流入し、共通液室１ｂからインク流入口６ｃを経て液体導入部２ｃ、流体抵抗部２ａを通り、加圧液室２ｂ内に充填される。

流体抵抗部２ａは、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くすることができる。

図３を参照して、液体吐出ヘッド２０の積層型圧電素子を制御するヘッドドライバについて説明する。図３は、液体吐出ヘッド２０の積層型圧電素子を制御するヘッドドライバの一例について説明する図である。
図３に示すように、ヘッドドライバ２１は、画像形成時に１印刷周期内に複数の駆動パルス（駆動信号）で構成される駆動波形を生成して出力する駆動波形生成部２５と、印刷画像に応じた３ビットの画像データ（階調信号０、１、２）と、クロック信号、ラッチ信号（ＬＡＴ）を処理する後述の回路等とを備えている。
なお、滴制御信号は、ヘッドドライバ２１に格納された駆動波形を指示する３ビットの信号となる。

ヘッドドライバ２１は、データ転送部からの転送クロック及びシリアル通信データにより画像データ及び波形データを入力するシフトレジスタ２２と、シフトレジスタ２２の各レジスト値をラッチ信号によってラッチするためのラッチ回路２３と、Ｄ１〜Ｄ３２０で表す駆動波形データ信号ライン２４と、上記した駆動波形生成部２５とを備えている。ヘッドドライバ２１はまた、Ｄｒｖで表す駆動回路２６と、ＶＤＯ１〜ＶＤＯ３２０で表す駆動波形アンプライン２７と、ＰＺＴ−１〜ＰＺＴ−３２０で表すピエゾ素子からなる積層型圧電素子５とを備えており、階調データにより駆動信号が選択されて積層型圧電素子５に印加される。
なお、Ｄ１〜Ｄ３２０で表す駆動波形データ信号ライン２４、ＶＤＯ１〜ＶＤＯ３２０で表す駆動波形アンプライン２７、ＰＺＴ−１〜ＰＺＴ−３２０で表すピエゾ素子からなる積層型圧電素子５は、液体吐出ヘッド２０のノズル（１〜３２０チャンネル（ｃｈ））にそれぞれ対応して設定されている。

図４を参照して、従来構成の液体吐出ヘッド２０Ｘにおける温度検出素子の搭載位置及び共通液室近傍のインク温度の検出について説明する。図４（ａ）は従来例の液体吐出ヘッドの図４（ｂ）におけるＳａ−Ｓａの断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の要部を下面から視た断面図である。
図４に示す液体吐出ヘッド２０Ｘは、図１〜図３及び後述の図５に示す本実施形態の液体吐出ヘッド２０と比較して、温度検出素子９Ｘとしてサーミスタを用いて共通液室１ｂ近傍のフレーム１内に配置・搭載し、共通液室１ｂ近傍のインク温度を検出する点が相違する。

液体吐出ヘッドの液室に充填されたインクの温度を検出する温度検出手段として、サーミスタを用いた温度検出素子がある。温度検出素子９Ｘは、図４に示すように、フレーム１の略中央に形成された温度検出素子配置用穴１Ｘｃの底部に配置され、熱伝導性の接着剤などで固定されている。図４において、９Ｘａは温度検出素子９Ｘに接続された電極線を表している。

従来の液体吐出ヘッド２０Ｘでは、インクを加圧液室２ｂ（個別液室）に供給する共通液室１ｂを持つフレーム１に対してサーミスタからなる温度検出素子９Ｘが搭載され、単一の温度検出素子９Ｘによってヘッド内の複数のノズル列に対してインクの温度を検出している。
しかしながら、液体吐出ヘッド２０Ｘにおける温度検出素子９Ｘのように共通液室１ｂ近傍の温度検出では、ノズル３ａ近傍のインク温度（実際に吐出されるインク温度）と共通液室１ｂ近傍のインク温度に差があるため、インクの温度検出精度が不十分であるという問題があった。

図５及び図６を参照して、本実施形態構成の液体吐出ヘッド２０における温度検出素子の特有の配置位置及びインク温度の検出について説明する。図５（ａ）は本実施形態構成の液体吐出ヘッドの図５（ｃ）におけるＳｂ−Ｓｂ断面図、図５（ｂ）は図５（ｃ）におけるＳｃ−Ｓｃ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）、図５（ｂ）の要部を下面から視た断面図である。図６は複数の温度検出素子による温度検出によってノズル列ごとの温度分布を予測することを説明するグラフである。
図５に示す液体吐出ヘッド２０は、図４に示した従来構成の液体吐出ヘッド２０Ｘと比較して、単一の温度検出素子９Ｘに代えて、複数の温度検出素子９−１、９−３を支持部材であるベース４に設けた点、及び複数の温度検出素子９−２−１、９−２−２を圧力室である加圧液室２ｂに隣接して設けた点が相違する。
複数の温度検出素子９−１、９−３は、本発明に係る第１の温度検出手段として機能する。複数の温度検出素子９−２−１、９−２−２は、本発明に係る第２の温度検出手段として機能する。

複数の温度検出素子９−２−１、９−２−２は、圧力室である加圧液室２ｂの壁面の一部を構成する振動板６に隣接して設けられていると共に、流体抵抗部２ａの上方近傍に設けられている。

複数の温度検出素子９−１、９−３は、図５（ｃ）に示すように、支持部材であるベース４の長手方向において、ベース４の中心を挟んで両側（図５（ｃ）の左右両側）にそれぞれ設けられている。

図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、複数のノズル３ａが配列されたノズル列を複数備えており、複数の温度検出素子９−２−１、９−２−２は、それぞれのノズル列に対応するように配置されている。

温度検出素子９−１、９−３、９−２−１、９−２−２は、それぞれの配設位置が異なるため配設位置を明確にすべく符号を変えているが、共通のサーミスタを用いている。温度検出素子９−１、９−３、９−２−１、９−２−２は、電極線９ａに接続されている。温度検出素子９−１、９−３は、ベース４の略中央に形成された温度検出素子配置用穴４ｃの底部に配置され、熱伝導性の接着剤などで固定されている。温度検出素子９−２−１、９−２−２は、フレーム１におけるノズル列ごとのノズルの近傍に熱伝導性の接着剤などで固定されている。

図６に示すグラフは、個別のノズルに対応したチャンネル（ｃｈ）位置（ｎ１、ｎ２・・・３２０）を横軸に取り、温度検出素子９−１、９−３、９−２−１、９−２−２により検出された温度[℃]を縦軸に取っている。
この構成により、図６に示すグラフのように、複数の温度検出素子９−１、９−３により、ノズル列内（図５（ｃ）の液室長手方向：後述の図７及び図８等の副走査方向Ｆに相当する）の温度を検出（Ｔ１、Ｔ２）し、サンプリングすることにより、ノズル列内の温度分布を予測することが可能となる。

また、ノズルごとのノズル近傍に配設した複数の温度検出素子９−２−１、９−２−２により、ノズル列ごとの１点（図５（ｃ）の液室短手方向）の温度を検出（Ｔ０）することにより、ノズル列ごとの温度分布を予測することが可能となる。
上述のとおり、第１の温度検出手段である複数の温度検出素子９−１、９−３と、第２の温度検出手段である複数の温度検出素子９−２−１、９−２−２とを組み合わせて用いることにより、ノズル列ごとの温度分布を予測すると共に、上述のノズル列内の予測値と併せて、液体吐出ヘッド内のノズル全体の温度分布を予測することが可能となる。

従って、本実施形態によれば、特有の配設位置に配置された複数の温度検出素子によって個別ノズル近傍ごとの液体の温度分布を検出し、ヘッド内のノズル全体の温度分布を検出することができる。これにより、インクの温度検出精度を向上させることができる。換言すれば、個別ノズルごとの液体の温度分布を予測し、ヘッド内のノズル全体の温度分布を予測可能な、インクの温度検出精度を向上させることができる液体吐出ヘッドを提供することができる。

また、複数の温度検出素子によって検出されたノズル列内、ノズル列ごとの温度分布に基づいて、画像による濃度補正が実施できることで、温度分布の変動による濃度変動を抑制することができる。

また、複数の温度検出素子により検出された温度分布に基づいて、個別のノズルごとに吐出される液滴量の補正が可能になることにより、温度分布の変動による濃度変動を抑制することができる。

更に、複数の温度検出素子を全てのノズル近傍に配置することにより、より高精度にノズル近傍の液体の温度を検出することができる。

また、ノズル個別で駆動できる場合は各ノズルに電圧補正を実施して吐出速度・着弾位置の補正を実施することで、より高精度に補正をすることができ、ひいては高品位な画質を得ることができる。

本実施形態例では、ノズル列内の温度分布を検出する構成として、２つの温度検出素子で実施しているが、３個以上の温度検出素子を使用してより高精度に温度分布を予測してもよい。
また、実際のインクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドにおいては、駆動ノズルの数・場所に応じて温度分布が変化するため、画像により駆動チャンネル（ｃｈ）数・場所を予測した情報を出荷時に記録媒体に記録し、印刷時に画像に応じた補正を行うことも実施可能である。

図７及び図８を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出ユニット、液体吐出装置を含むシリアル型画像形成装置について説明する。図７は、同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図８は、同機構部の要部を上から見た平面図である。
図７及び図８に示す画像形成装置は、シリアル型画像形成装置であり、主な機構部は、キャリッジ２３３等を備えた画像形成部２９３、給紙カセット２９０及び給送手段等を備えた給紙部２９４、搬送ベルト２５１及び各種搬送部材等を備えた搬送部２９５、排紙ローラ２６２及び排紙トレイ２９１等を備えた排紙部２９６がある。

図８に示す装置本体の左右には、側板２３７Ａ、２３７Ｂが固着・配置されている。側板２３７Ａ、２３７Ｂには、ガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２が横たわるように架け渡されている。これらガイドロッド２３１、２３２により、キャリッジ２３３を主走査方向Ｓに摺動自在に保持している。キャリッジ２３３は、図示を省略した主走査モータによってキャリッジ２３３を固定したタイミングベルトを介して矢印方向（キャリッジ２３３の主走査方向Ｓ）に移動走査される。

キャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」という。）を搭載している。記録ヘッド２３４には、複数のノズルからなるノズル列が主走査方向Ｓと直交する副走査方向Ｆに配列されており、キャリッジ２３３は、ノズルからのインク滴吐出方向が下方になるように記録ヘッド２３４を装着している。

記録ヘッド２３４は、図５の液体吐出ヘッド２０において特有の配設位置に配置された複数の温度検出素子９−１、９−３及び複数の温度検出素子９−２−１、９−２−２と同様の構成を備えていて、上述した基本的な効果を奏するものである。

記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。

また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「サブタンク２３５」という。）を搭載している。サブタンク２３５には、カートリッジ装填部２９２に着脱自在に装着される各色のインクカートリッジ２６５ｙ、２６５ｍ、２６５ｃ、２６５ｋから、各色の供給チューブ２３６を介して、各色のインクが補給される。なお、各色のインクカートリッジ２６５ｙ、２６５ｍ、２６５ｃ、２６５ｋは、区別しないときは「インクカートリッジ２６５」と称する。各色の供給チューブ２３６は、各色のインク供給路となる。

一方、給紙カセット２９０は、用紙Ｐを載置し、装置本体側に設けられた給紙ローラ２４３に用紙Ｐを接触させる給送位置（図７に示す位置状態）と該給送位置から下降した下降位置との間で揺動可能な底板２４１を有している。給紙カセット２９０の底板２４１上に積載した用紙Ｐを給紙するために、底板２４１上の用紙Ｐを１枚ずつ分離給送する給紙ローラ２４３及び給紙ローラ２４３に対向し、用紙Ｐに対する摩擦係数の大きな材質からなる分離手段としての分離パッド２４４を備えている。この分離パッド２４４は、ばね等の付勢手段によって給紙ローラ２４３側に付勢されている。

そして、給紙カセット２９０から給紙された用紙Ｐを記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、搬送部２９５が配置されている。搬送部２９５は、用紙Ｐを案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８及び給送された用紙Ｐを静電吸着して記録ヘッド２３４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２５１を備えている。

この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向Ｆ）に周回するように構成されている。この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。搬送ベルト２５１は、図示を省略した副走査モータにより、タイミングベルトを介して搬送ローラ２５２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。

記録ヘッド２３４で記録された用紙Ｐを排紙するための排紙部２９６として、搬送ベルト２５１から用紙Ｐを分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロである拍車２６３と、排紙ローラ２６２の下方に配置された排紙トレイ２９１とを備えている。

装置本体の背面部には、図７に示す両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は、搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙Ｐを取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は、手差しトレイ２７２としている。

更に、図８に示すように、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し回復するための維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１は、キャップ部材２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ部材２８２」という。）と、ワイパ部材２８３と、空吐出受け２８４と、キャリッジロック２８７等とを備えている。キャップ部材２８２は、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャッピングするためのものであり、ワイパ部材２８３は、ノズル面をワイピングするためのワイパブレード等からなる。空吐出受け２８４は、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ものであり、キャリッジロック２８７は、維持回復機構２８１による維持回復動作を行えるようにキャリッジ２３３をロックするためのものである。

維持回復機構２８１の下方側には、維持回復動作のうちの空吐出受け２８４に対する空吐出及びワイパ部材２８３の清掃によって空吐出受け２８４から生じる廃液を収容するための交換されない第１廃液タンク２８５を備えている。また、維持回復機構２８１の側方側には、カートリッジ装填部２９２の下側に装置本体の前面側から交換可能な第２廃液タンク２８６を、それぞれ備えている。

また、キャリッジ２３３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液体回収容器である空吐出受けとも呼ばれるインク回収ユニット２８８を配置している。このインク回収ユニット２８８には、記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

上述したように構成したこの画像形成装置においては、給紙カセット２９０から用紙Ｐが１枚ずつ分離給送され、ほぼ鉛直上方に給送された用紙Ｐはガイド部材２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送される。こうして搬送される用紙Ｐは、更に先端を搬送ガイド部材２４７で案内され、先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、ほぼ９０°搬送方向を転換される。

この際、帯電ローラ２５６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２５１が交番する帯電電圧パターン、即ち、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２５１上に用紙Ｐが給送されると、用紙Ｐが搬送ベルト２５１に静電的に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙Ｐが副走査方向Ｆに搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙Ｐ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Ｐ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Ｐを排紙トレイ２９１に排紙する。

そして、記録ヘッド２３４のノズルの維持回復を行うときには、キャリッジ２３３をホーム位置である維持回復機構２８１に対向する位置に移動する。そして、キャップ部材２８２によるキャッピングを行って上記ノズルからの吸引を行うノズル吸引、画像形成に寄与しない液滴を吐出する空吐出などの維持回復動作を行うことにより、安定した液滴吐出による画像形成を行うことができる。

上述した図７及び図８のシリアル型画像形成装置では、図５に示した実施形態に係る液体吐出ヘッド２０と同様の構成を具備する記録ヘッド２３４を備えている。従って、図７及び図８のシリアル型画像形成装置によれば、特有の配設位置に配置された複数の温度検出素子によって個別ノズル近傍ごとの液体の温度分布を検出し、ヘッド内のノズル全体の温度分布を検出することができる。これにより、インクの温度検出精度を向上させることができる。
また、複数の温度検出素子によって検出された温度分布に基づいて、画像による濃度補正することができる。また、ノズル個別で駆動できる場合は各ノズルに電圧補正を実施してより高精度に補正をすることができる。これらの補正によって、高品位な画質を得ることができる。

上記構成のキャリッジ２３３は、本発明に係る液体吐出ヘッド及びヘッドタンクと一体にした液体吐出ユニットを構成している。
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような積層型圧電素子を使用した圧電アクチュエータ以外にも、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でもよい。

「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出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。

また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

本願において、「液体を吐出する装置」（以下「液体吐出装置という。」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「液体吐出装置」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、「液体吐出装置」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、「液体吐出装置」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、シート、たとえば、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、その他、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（ＯＨＰシートを含む）、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、「液体吐出装置」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上述したシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させない後述するライン型装置などが含まれる。

また、「液体吐出装置」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。

図９及び図１０を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出ユニット、液体吐出装置を含むライン型の画像形成装置の例について説明する。図９は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す断面図、図１０は、本発明に係る画像形成装置を上から見た平面図である。
図９及び図１０に示す画像形成装置は、ライン型画像形成装置であり、装置本体１１と、用紙Ｐを積載し給紙する給紙トレイ１２と、印刷された用紙Ｐを排紙積載する排紙トレイ１３と、用紙Ｐを給紙トレイ１２から排紙トレイ１３まで搬送する搬送ユニット１４とを備えている。

図９及び図１０に示す画像形成装置はまた、搬送ユニット１４によって搬送される用紙Ｐに液滴を吐出し印字する記録ヘッドを構成するヘッドモジュールアレイ５０を含む画像形成ユニット１５と、印刷終了後又は所要のタイミングで画像形成ユニット１５の各ヘッドモジュールアレイ５０の複数のヘッドの維持回復を行う維持回復機構であるヘッドクリーニング装置１６と、ヘッドクリーニング装置１６を開閉する搬送ガイド部１７と、画像形成ユニット１５のヘッドモジュールアレイ５０にインクを供給するサブタンクやメインタンクで構成されるインク供給系とを備えている。

装置本体１１は、前後側板及びステーなどで構成されており、給紙トレイ１２上に積載されている用紙Ｐは、給紙ローラ２９及び分離ローラ３０によって１枚ずつ搬送ユニット１４に給紙される。

搬送ユニット１４は、搬送駆動ローラ４１Ａと搬送従動ローラ４１Ｂと、これらの搬送駆動ローラ４１Ａと搬送従動ローラ４１Ｂとの間に掛け回された無端状の搬送ベルト４３とを備えている。この搬送ベルト４３の表面には複数の吸引穴が形成されており、搬送ベルト４３の下部には用紙Ｐを吸引する吸引ファン４４が配置されている。また、搬送駆動ローラ４１Ａ、搬送従動ローラ４１Ｂ上部には、それぞれ搬送ガイドローラ４２Ａ、４２Ｂが図示を省略したガイド部材に保持されて、自重にて搬送ベルト４３に当接している。

搬送ベルト４３は、搬送駆動ローラ４１Ａがモータにより回転されることで周回移動し、用紙Ｐは搬送ベルト４３上に吸引ファン４４により吸い付けられ、搬送ベルト４３の周回移動によって搬送される。なお、搬送従動ローラ４１Ｂ、搬送ガイドローラ４２Ａ、４２Ｂは、搬送ベルト４３に従動して回転する。

搬送ユニット１４の上部には、用紙Ｐに印字する液滴を吐出するヘッドモジュールアレイ５０で構成される画像形成ユニット１５が矢示Ａ方向（及び逆方向）に移動可能に配置されている。この画像形成ユニット１５は、維持回復動作時（クリーニング時）にはヘッドクリーニング装置１６上方まで移動され、画像形成時には図１の位置に戻される。

画像形成ユニット１５は、搬送ベルト４３上に吸着保持されて搬送される用紙Ｐに対して４色分のインク（イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））の液滴を吐出するライン型記録ヘッドを構成するヘッドモジュールアレイ５０を有している。

ヘッドモジュールアレイ５０では、各列の記録ヘッド１０１にインクを分配して供給する分岐部材５４が一体に設けられている。分岐部材５４には、図示を省略したサブタンクからインクが供給される。このサブタンクには、メインタンクからインクが供給される。なお、使用するインク色はこれら４色に限らず、再現する色や階調の領域を拡大するためにレッド、グリーン、ブルー、グレー等の色を加える構成となる場合もある。

記録ヘッド１０１は、図５の液体吐出ヘッド２０において特有の配設位置に配置された複数の温度検出素子９−１、９−３及び複数の温度検出素子９−２−１、９−２−２と同様の構成を備えていて、上述した基本的な効果を奏するものである。

また、ヘッド配列方向（図１０においてＸ方向、用紙搬送方向に対して直交する方向）において隣り合う２つの記録ヘッド１０１の端部の１又は複数のノズルが重なり合う（重複する）ように記録ヘッド１０１は配列されている。これにより、２つの記録ヘッド１０１それぞれのノズルによって同じ記録位置（ドット位置）に記録を行うことができる。
この同じ記録位置に記録を行うことのできる記録ヘッド１０１の端部のノズルを「重複ノズル」といい、重複ノズルの領域を「繋ぎ部」、「ノズル列重複部分」、「重複ノズル領域（又は部分）若しくは「オーバーラップ領域（又は部分）」という。

搬送ユニット１４の下流側には、用紙Ｐを排紙トレイ１３に排紙する搬送ガイド部１７が設けられている。搬送ガイド部１７にて案内されて搬送される用紙Ｐは、排紙トレイ１３に排紙される。排紙トレイ１３は、用紙Ｐの幅方向を規制する対のサイドフェンス３１と用紙Ｐの先端を規制するエンドフェンス３２を備えている。

ヘッドクリーニング装置１６は、維持回復機構であり、画像形成ユニット１５の各記録ヘッドの各ヘッド１０１に対応するキャップ部材６２及びワイパ部材と、キャップ部材６２で記録ヘッド１０１のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングした状態でノズルからインクを吸引するための吸引ポンプ６３が配置されている。

また、この画像形成装置においては、印刷終了後、液滴を吐出する記録ヘッド１０１の各記録ヘッド１０１のノズル面をヘッドクリーニング装置１６のキャップ部材６２でキャッピングした状態でノズルからインクを吸引する場合、あるいは、記録ヘッドの各ヘッド１０１のノズル面に付着したインクをワイピング部材で清掃する場合は、図９にも示すように、印刷停止後、搬送ユニット１４全体が搬送従動ローラ４１Ｂを支点に矢印Ｂ方向に揺動する。これにより、画像形成ユニット１５との間の空間を画像形成時よりも大きくすることで、画像形成ユニット１５の移動スペースを確保するようにしている。このとき、ヘッドクリーニング装置１６上部に配置されている搬送ガイド部１７の搬送ガイド板７１も支点７２にて矢印Ｃ方向上方に揺動され、ヘッドクリーニング装置１６の上方が開放される。

そして、搬送ユニット１４と搬送ガイド部１７がそれぞれ解放（解除）された後に、画像形成ユニット１５が用紙通紙方向（矢示Ａ方向）に移動し、ヘッドクリーニング装置１６上方で停止され、キャップ部材６２などが上昇して記録ヘッドの各ヘッド１０１のクリーニング動作（維持回復動作）に移行する。

上述した図９及び図１０のライン型画像形成装置では、図５に示した実施形態に係る液体吐出ヘッド２０と同様の構成を具備する記録ヘッド１０１を備えている。従って、図９及び図１０のライン型画像形成装置によれば、特有の配設位置に配置された複数の温度検出素子によって個別ノズル近傍ごとの液体の温度分布を検出し、ヘッド内のノズル全体の温度分布を検出することができる。これにより、インクの温度検出精度を向上させることができる。
また、複数の温度検出素子によって検出された温度分布に基づいて、画像による濃度補正することができる。また、ノズル個別で駆動できる場合は各ノズルに電圧補正を実施してより高精度に補正をすることができる。これらの補正によって、高品位な画質を得ることができる。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記実施形態等に記載した技術事項を適宜組み合わせたものであってもよい。

本発明の実施の形態に適宜記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ フレーム（筐体部材）
１ｂ 共通液室
２ 流路板
２ａ 流体抵抗部
２ｂ 加圧液室（圧力室の一例）
３ ノズル板
３ａ ノズル
４ ベース（支持部材の一例）
５ 積層型圧電素子（圧力発生手段の一例）
６ 振動板
７ ＦＰＣ
９−１、９−３ 温度検出素子（第１の温度検出手段の一例）
９−２−１、９−２−２ 温度検出素子（第２の温度検出手段の一例）
２０ 液体吐出ヘッド

特開２００１−０５４９４３号公報

Claims (8)

1. 液体を吐出する複数のノズルと、
   前記各ノズルに連通して該ノズルに前記液体を供給する複数の圧力室と、
   前記各圧力室内に圧力を発生させ、前記液体を前記各ノズルから吐出する圧力発生手段と、
   前記圧力発生手段を支持する支持部材と、
   前記支持部材に設けられた第１の温度検出手段と、
   前記圧力室に隣接して設けられた第２の温度検出手段と、
   を備える液体吐出ヘッド。
2. 前記第２の温度検出手段は、前記圧力室の壁面の一部を構成する振動板に隣接して設けられ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. 前記液体の流れ方向において、前記圧力室へ前記液体を供給する共通液室と、前記圧力室との間に設けられた流体抵抗部を備え、
   前記第２の温度検出手段は、前記流体抵抗部の上方に設けられることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第１の温度検出手段を複数備え、
   前記第１の温度検出手段は、前記支持部材の長手方向において、前記支持部材の中心を挟んで両側にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記複数のノズルが配列されたノズル列を複数備え、
   前記第２の温度検出手段を、それぞれの前記ノズル列に対応するように配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の液体吐出ヘッド。
6. 請求項１〜５の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドの共通液室に供給する液体を格納するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載して移動可能なキャリッジ、液体の供給機構、維持回復機構及び主走査移動機構の少なくとも一つと、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ユニット。
7. 請求項１〜５の何れか１つに記載の液体吐出ヘッド又は請求項６記載の液体吐出ユニットを備え、前記液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させることを特徴とする液体吐出装置。
8. 請求項１〜５の何れか１つに記載の液体吐出ヘッド、請求項６記載の液体吐出ユニット又は請求項７記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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