JP2020146876A - 液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルに連通する個別流路の側壁の厚みを、ノズル板に近づくにつれて大きくする形状とし、さらに、液体吐出への影響を抑える。【解決手段】本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル板と、ノズルに連通する個別流路を形成する流路部材とを備え、個別流路からノズルを介して液滴を吐出する。流路部材は、ノズル板に対し略垂直に接合する個別流路の側壁を形成し、側壁は、ノズル板に近づくにつれて厚みを増す形状であり、ノズル板の個別流路側は、ノズルの周囲が平面に形成されている。したがって、ノズル面の剛性を高めることができる。また、ノズル付近の液体流れを乱さず、液体吐出への影響を抑えることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、及び液体吐出装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機などの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）を記録ヘッドとして用いる液体吐出記録方式の画像形成装置（インクジェット記録装置など）が知られている。

液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルと、ノズルが通じる個別流路（液室）と、個別流路内の液体を加圧する圧力発生手段とを備え、圧力発生手段で発生した圧力で個別流路内の液体を加圧することによってノズルから液滴を吐出させる。

液体吐出ヘッドにおいて、ノズルを高密度に形成するためには、ノズル、個別流路、圧力発生手段（圧電素子など）を高密度に配置する必要がある。しかしその一方、隣接するチャンネル間隔が小さくなると、隔壁の剛性が低下する。

そのため、圧電素子の伸縮によりノズル面及び隔壁が変形すると、液滴に与える圧力が小さくなったり、吐出速度が低下したりするなど吐出特性に影響を及ぼすことになる。また、高密度に配置されたノズルでは、隣接する個別流路の変形により、構造クロストークが発生するおそれもある。

これに対し、特許文献１には、圧力発生室を流路形成基板に異方性エッチングにより形成し、横断面が略三角形状を有するようにすることで、隔壁の剛性を高める構成が開示されている。

また、特許文献２には、圧力室の内壁を一部曲面状とし、ノズルに近づくにつれてその間隔を狭くすることで、隔壁の剛性を高める構成が開示されている。

しかし、特許文献１のように、横断面が略三角形状となる形状では、インク流路の流体抵抗を下げるため、より大きな流路構造が必要となる。そのため、ヘッドの小型化や、ノズルの高密度配置が困難になるという問題がある。

特許文献２のインクジェットヘッドでは、ノズル面と直交する方向（吐出方向）への剛性を向上できるため、ノズル面の変形を抑えることができ有利である。しかし、圧力室の内壁で曲面状に形成された樹脂層にバリや寸法のばらつきが生じると、液体吐出に悪影響を及ぼすという問題がある。

そこで本発明は、ノズルに連通する個別流路の側壁の厚みを、ノズル板に近づくにつれて大きくする形状とし、さらに、液体吐出への影響を抑える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。

上記課題は、液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル板と、前記ノズルに連通する個別流路を形成する流路部材とを備え、前記個別流路から前記ノズルを介して液滴を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、前記流路部材は、前記ノズル板に対し略垂直に接合する前記個別流路の側壁を形成し、前記側壁は、前記ノズル板に近づくにつれて厚みを増す形状であり、前記ノズル板の前記個別流路側は、前記ノズルの周囲が平面に形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドによって解決される。

本発明の液体吐出ヘッドは、個別流路の側壁がノズル板に近づくにつれて厚みを増す形状であるため、ノズル面の剛性を高めることができる。また、ノズル板のノズル周囲が平面に形成されているため、側壁部の厚みを増す形状にばらつきが生じたとしても、ノズル付近の液体流れを乱さず、液体吐出への影響を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドをノズル方向から見た平面図である。 図１の液体吐出ヘッドのＡ−Ａ’線における断面図である。 図１の液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ’線における断面図である。 第１実施形態に係る、図１の液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ’線における断面図である。 第２実施形態に係る、図１の液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ’線における断面図である。 第３実施形態に係る、図１の液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ’線における断面図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の斜視図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の機構部の要部平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図（その２）である。

図１は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドをノズル方向から見た平面図であり、図２は、図１の液体吐出ヘッドのＡ−Ａ’線における断面図である。

液体吐出ヘッド１００は、液室基板となる流路部材１と、流路部材１の一方の面に接合した振動板部材２と、流路部材１の他方の面に接合したノズル板３とを備えている。これらの部材を接合することで、ノズル板３に形成された複数のノズル４にそれぞれ連通する個別流路６（以下、加圧液室ともいう）と、各加圧液室６に連通する液体抵抗部７及び連通路１０とが形成されている。

連通路１０は、振動板部材２に形成された連通部９を介して共通液室８に連通している。共通液室８は、後述するフレーム部材１７に形成されている。共通液室８には、記録液供給部から記録液が供給されており、共通液室８に流入した記録液は、連通路１０及び液体抵抗部７を流通して、加圧液室６に供給するようになっている。各ノズル４から記録液が吐出された場合にその吐出量に応じて共通液室８から加圧液室６に記録液が流入する。

流路部材１は、ＳＵＳ基板をＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）にて機械加工することにより、各加圧液室６、液体抵抗部７、及び連通路１０などの開口、及び溝が形成されている。あるいは、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで形成してもよい。さらに、流路部材１は、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチングすることで、各加圧液室６などを形成することもできるし、また、流路部材１と、ノズル板３又は振動板部材２とを電鋳処理により一体形成することもできる。その他にも感光性樹脂などを用いた加工処理により流路を形成することもできる。

振動板部材２は、加圧液室６に接合する側から第１層２ａ、第２層２ｂ及び第３層２ｃの３層構造のニッケルプレートで形成されており、例えば電鋳処理により作製することができる。なお、振動板部材２は、例えば、ポリイミドなどの樹脂部材とＳＵＳ基板などの金属プレートとの積層部材、又は樹脂材料から形成した基板部材などを用いることもできる。

ノズル板３は、各加圧液室６に対応して多数のノズル４が形成されており、流路部材１に接着剤により接合している。ノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属材料、ポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂材料、シリコン材料、又はこれらを複数組み合わせた複合材料からなる基板部材を用いることができる。また、ノズル４の内側の形状は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、ノズル４の内径については、液滴吐出口側の直径で約２０μｍ〜３５μｍとしている。

ノズル板３の吐出面（吐出方向の外表面：ノズル面）には、撥水性の表面処理を施した撥水処理層が形成されている。撥水処理層としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）−ニッケル（Ｎｉ）共析メッキ処理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）の蒸着コートによるものが挙げられる。また、撥水処理層をシリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け処理により形成することもできる。こうした撥水処理層は、記録液物性に応じて選定して形成することで、記録液の滴形状及び飛翔特性を安定化させて、高品位の画像品質を得られるようにしている。

振動板部材２には、各加圧液室６に対応して第１層２ａで形成した変形可能な領域であるダイヤフラム部（振動領域）２Ａがそれぞれ設けられており、各ダイヤフラム部２Ａの中央部に第２層２ｂ及び第３層２ｃを積層して形成された凸部２Ｂが設けられている。各凸部２Ｂには、圧力発生手段（アクチュエータ手段）を構成する積層型の圧電素子１２Ａがそれぞれ接合している。

複数の圧電素子１２Ａは、１つの圧電素子部材１２にハーフカットの溝加工（スリット加工）により分断することなく櫛歯（くしば）状に形成されている。圧電素子部材１２は、複数の圧電素子１２Ａの配列方向に沿ってベース部材１３上に固定配置されている。圧電素子部材１２は、１列に配列された複数の圧電素子１２Ａの間に支柱部がそれぞれ設けられており、支柱部は、圧電素子であるものの駆動されることはない。各支柱部は、各加圧液室６の間の隔壁部にそれぞれ対応して接合している。

圧電素子部材１２は、例えば、厚さ１０μｍ〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に複数積層して形成されている。内部電極層は、積層方向に沿う両端面に交互に露出して選択電極（外部電極）である個別電極１５Ａ及び共通電極１５Ｂにそれぞれ電気的に接続している。なお、個別電極１５Ａは、ＦＰＣ（フレキシブルプリントケーブル）１６を介してヘッドドライバ（不図示）に接続されている。

圧電素子１２Ａの圧電定数はｄ３３（ｄ３３は内部電極面に垂直（厚み方向）の伸び縮みを指す）であり、圧電素子１２Ａの伸縮により振動領域２Ａを変位させて加圧液室６を収縮又は膨張させることで、加圧液室６内の記録液に圧力変動が生じる。すなわち、圧電素子１２Ａに駆動信号を印加して充電が行われると伸長し、また圧電素子１２Ａに充電された電荷が放電すると反対方向に収縮する。

なお、圧電素子部材１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室６内の記録液を圧力変動させる構成とすることも、圧電素子部材１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室６内の記録液を圧力変動させる構成とすることもできる。本実施形態ではｄ３３方向の変位を用いた構成を採っている。

ベース部材１３は、金属材料で形成することが好ましい。ベース部材１３の材質（材料）が金属であれば、圧電素子部材１２の自己発熱による蓄熱を防止することができる。さらに、振動板部材２の周囲にはフレーム部材１７が接着剤で接合されている。このフレーム部材１７には各加圧液室６に記録液を供給する共通液室８が形成されている。共通液室８には、記録液供給部から記録液が流入する流入口１８が設けられている。共通液室８から振動板部材２に形成した連通部９を介して加圧液室６に記録液が供給される。

共通液室８は、加圧液室６の並び方向（ノズル４の並び方向：これを「共通液室長手方向」という）に平面形状で長方形状に形成されている。共通液室８を形成する壁面の中で、少なくとも一つの壁面を振動板部材２の第１層２ａで形成することにより、フレーム部材１７で形成される他の壁面よりも剛性が低いダンパ部材２０となる。

なお、ダンパ部材２０は１層ではなく２層でもよいし、あるいはダンパ部材２０のみを振動板部材２と異なる材料で構成してもよい。また、ダンパ部材２０は、例えば金属Ｎｉのような気体の透過性が低い素材で構成されていることが望ましいが、樹脂膜などで形成されていてもよい。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいて、例えば圧電素子１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１２Ａが収縮し、振動板部材２が下降して加圧液室６の容積が膨張することで、加圧液室６内にインクが流入する。その後、圧電素子１２Ａに印加する電圧を上げて圧電素子１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材２をノズル４方向に変形させて加圧液室６の容積／体積を収縮させることにより、加圧液室６内の記録液が加圧され、ノズル４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子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が初期位置に復元し、加圧液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室８から加圧液室６内に記録液が充填される。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。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行うこともできる。引き打ちとは、基準電位から電位を下げて圧電素子１２Ａを収縮させて加圧液室６の内容積を増加した後、電位を基準電位まで戻すことによって振動板部材２を初期位置に復帰させて液滴を吐出させる打ち方である。また、押し打ちとは、基準電位から電位を上げて振動板部材２を加圧液室６側に押し込むことで液滴を吐出させる打ち方である。

このようにしてノズル４から液滴を吐出させるために加圧液室６内に圧力波を生じさせると、加圧液室６内の圧力波が液体抵抗部７、連通路１０、連通部９を通じて共通液室８に伝播される。これにより、共通液室８に圧力変動が生じるが、ダンパ部材２０が振動することで、伝播した圧力変動を減衰できる。

そのため、加圧液室６の圧力が変動して、所要の滴体積、滴速度で液滴を吐出できなくなったり、ノズルメニスカスを崩して、記録液が漏洩したり、液滴が吐出されたりすることが防止され、安定して液滴吐出を行うことができる。

続いて、液体吐出ヘッドにおいて、構造クロストークが生じるそのメカニズムについて説明する。

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図３は、図１の液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ’線における断面図である。図３（ａ）に示すように、駆動チャンネルとその隣にある隣接チャンネルは、流路部材１（隔壁）によって画定されている。

図３（ｂ）に示すように、駆動チャンネル側の圧電素子１２Ａが駆動して縮む際、液室を区画している隔壁も振動板部材２によって引っ張られる。その際、隔壁を介してノズル吐出方向に変形する力がノズル板３にも作用し、ノズル板３が変形することになる。

また、図３（ｃ）に示すように、駆動チャンネル及び隣接チャンネルの両方の圧電素子１２Ａが駆動して縮む際、それぞれの液室の体積増加量が小さくなる。

ノズル板３が変形することによって、圧電層（ＰＺＴ）の実質的な変形量（変形体積）が小さくなると、液滴に与える圧力が小さくなり、吐出速度が低下する。この影響の度合いは、隔壁の剛性が小さいほど、及び隣接距離が近くなるほど大きくなる。

さらにノズル４の高密度配置により、隣接するノズル間の距離が近いため、構造クロストークの影響も大きくなる。

従来技術では、個別流路（圧力室）の一部の隔壁を幅方向に大きくして剛性を高め、圧力室の変形を抑えることによってクロストークを低減している。しかし、ノズル配列方向の隔壁寸法を大きくし、剛性アップするために幅を広げると、隣接チャンネル間隔が広がることになる。したがって高密度な液室配置ができず、効果的でなかった。

続いて、本発明の特徴的構成について説明する。

図４は、第１実施形態に係る、図１の液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ’線における断面図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１００ａは、流路部材１が、ノズル板３に対し略垂直に接合して加圧液室６の側壁１ａを形成している。この側壁１ａの厚みｔは、ノズル板３に近づくにつれて徐々に大きくなっている。すなわち、側壁１ａは、ノズル板３に近づくにつれて厚みｔを増す形状である。

そのため、本実施形態の液体吐出ヘッド１００ａは、ノズル板３のノズル方向Ｃ（ノズル面と直交する方向）の剛性を高め、ノズル面の厚み方向の変形を抑えることができる。そして、ノズルを高密度に配置した液体吐出ヘッドであっても、構造クロストークの発生を抑えることができる。

この側壁１ａの形状は、例えば流路部材１の製造時に、プレス加工に用いるパンチにテーパをつけることで形成できる。また、フライス加工時にテーパ形状のエンドミルを併用するなどの方法でも形成できる。

また本実施形態のノズル板３は、図４に示すように、加圧液室６側にあるノズル４の周囲３ａが平面に形成されている。すなわち、ノズル板３のノズル４と流路部材１（側壁１ａ）との間（ノズル板３の周囲３ａ）を平面に形成することで、ノズル４と側壁１ａを離間している。そのため、流路部材１（側壁１ａ）のテーパに寸法のばらつきがあったり、バリが生じたりしても、ノズル４付近で液体の乱れた流れ（乱流）が生じにくく、異常吐出や吐出曲がりの発生を抑制できる。また、流路部材１（側壁１ａ）のテーパ加工に、高い加工精度が不要となるので、製造コストを抑制できる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る、図１の液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ’線における断面図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１００ｂは、第１実施形態と同じく、流路部材１がノズル板３に対し略垂直に接合して加圧液室６の側壁１ｂを形成し、この側壁１ｂの厚みｔは、ノズル板３に近づくにつれて徐々に大きくなっている。ただし、ノズル板３と流路部材１（側壁１ｂ）の接合部分が、ラウンド形状（曲率が連続的に変化する曲面）で構成される形状となっている点で異なる。

この形状は、例えば、流路部材１の製造時に、先端がボール形状のエンドミルを使用してフライス加工するなどの方法で容易に形成できる。

また、この第２実施形態においても、加圧液室６側にあるノズル板３のノズル４の周囲３ａを平面に形成することで、ノズル４と側壁１ｂを離間している。したがって、ノズル４付近で液体の乱れた流れ（乱流）が生じにくく、異常吐出や吐出曲がりの発生を抑制できる。

（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係る、図１の液体吐出ヘッドのＢ−Ｂ’線における断面図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１００ｃは、ノズル板３と流路部材１（側壁１ｃ）とが、ステンレス鋼で一体成形されている点で、第１、第２実施形態と異なる。また、ノズル板３と流路部材１（側壁１ｃ）の接続部分は、ラウンド形状（曲率が連続的に変化する曲面）で構成される形状となっている。

また、この第３実施形態においても、加圧液室６側にあるノズル板３のノズル４の周囲３ａを平面に形成することで、ノズル４と側壁１ｃを離間している。

この形状は、ノズル板３と流路部材１の一体形成部品を製造する際に、先端がボール形状のエンドミルを使用してフライス加工するなどの方法で容易に形成できる。

このように第３実施形態の液体吐出ヘッド１００ｃは、ノズル板３と流路部材１とを剛性の高いステンレス鋼で一体成形することで、ノズル板３と流路部材１に介される剛性の低い接着剤層が不要となる。そのため、ノズル板３のノズル方向Ｃ（ノズル面と直交する方向）の剛性をさらに高め、ノズル面の厚み方向の変形をより一層抑えることができる。そして、ノズルを高密度に配置された液体吐出ヘッドであっても、構造クロストークの発生をより一層抑えることができる。

また、ノズル４と側壁１ｃを離間していることから、ノズル４付近で液体の乱れた流れ（乱流）が生じにくく、異常吐出や吐出曲がりの発生を抑制できる。さらに、流路部材１（側壁１ａ）の加工に、高い加工精度が不要となるので、製造コストを抑制できる。

なお、ノズル板３と流路部材１（側壁１ｃ）の接続部分は、ラウンド形状に限定されず、他の形状として、テーパ形状などとしてもよい。また、使用する材料はステンレス鋼に限定されない。同一材料（例えば単結晶シリコン基板）で一体成形してもよい。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る液体吐出装置（画像形成装置）の一例について図を参照しながら説明する。

図７は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の斜視図である。

本実施形態の液体吐出装置は、液体吐出ヘッドを備えるインクジェット記録装置であり、装置本体２００と、給紙トレイ２５と、排紙トレイ２６とを備えている。さらに、装置本体２００の前面には、インクカートリッジを装填するためのカートリッジ装填部２７を有し、その上面は操作ボタンや表示器などを設ける操作／表示部５としている。カートリッジ装填部２７には、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色インクをそれぞれ収容した複数のインクカートリッジ３０ｋ、３０ｃ、３０ｍ、３０ｙが装填されている。

図８は本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図であり、図９は同装置の機構部の要部平面説明図である。

この画像形成装置はシリアル型インクジェット記録装置である。装置本体２００の左右の側板２１Ａ、２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド３１、３２でキャリッジ３３を主走査方向に摺動自在に保持している。そして、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図９で矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ３３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本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド３４ａ、３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド３４」という。他の部材も同様）が搭載されている。各記録ヘッド３４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド３４は、それぞれ２つのノズル列を有している。そして、記録ヘッド３４ａ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、それぞれ吐出する。また、記録ヘッド３４ｂ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。なお、記録ヘッド３４としては、１つのノズル面に複数のノズルを並べた各色のノズル列を備えるものなどを用いることもできる。

また、キャリッジ３３には、記録ヘッド３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するための第２インク供給部としてのヘッドタンク３５ａ、３５ｂを搭載している。一方、カートリッジ装填部２７には各色のインクカートリッジ（メインタンク）３０ｙ、３０ｍ、３０ｃ、３０ｋが着脱自在に装着される。そして、インクカートリッジ３０から供給ポンプユニット２４によって各色の供給チューブ３６を介して各ヘッドタンク３５に各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２５の用紙積載部（圧板）４１上に積載した用紙４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部４１から用紙４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）４３及び給紙コロ４３に対向する分離パッド４４を備えている。この分離パッド４４は、摩擦係数の大きな材質からなり、また、給紙コロ４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙４２を記録ヘッド３４の下方側に送り込むために、用紙４２を案内するガイド部材４５と、カウンタローラ４６と、搬送ガイド部材４７と、先端加圧コロ４９を有する押さえ部材４８とを備える。そして、給送された用紙４２を静電吸着して記録ヘッド３４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５１を備えている。

この搬送ベルト５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ５２とテンションローラ５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ５６を備えている。この帯電ローラ５６は、搬送ベルト５１の表層に接触し、搬送ベルト５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ５２が回転駆動されることによって図８のベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド３４で記録された用紙４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト５１から用紙４２を分離するための分離爪６１と、排紙ローラ６２及び排紙コロである拍車６３とを備え、排紙ローラ６２の下方に排紙トレイ２６を備えている。

また、装置本体２００の背面部には両面ユニット７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット７１は搬送ベルト５１の逆方向回転で戻される用紙４２を取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ４６と搬送ベルト５１との間に給紙する。また、この両面ユニット７１の上面は手差しトレイ７２としている。

さらに、キャリッジ３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド３４の、ノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復機構８１を配置している。

この維持回復機構８１には、記録ヘッド３４の各ノズル面をキャッピングするためのキャップ８２ａ、８２ｂ（区別しないときは「キャップ８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパブレード８３を備えている。

また、維持回復機構８１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空吐出受け８４と、キャリッジ３３をロックするキャリッジロック８７を備えている。

さらに、このヘッドの維持回復機構８１の下方側には、維持回復動作によって生じる廃液を収容するための廃液タンク９０が装置本体２００に対して交換可能に装着される。

また、キャリッジ３３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インク回収ユニット（空吐出受け）８８を配置している。このインク回収ユニット８８には記録ヘッド３４のノズル列方向に沿った開口部８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２５から用紙４２が１枚ずつ分離給紙される。次いで、略鉛直上方に給紙された用紙４２は、ガイド部材４５で案内され、搬送ベルト５１とカウンタローラ４６との間に挟まれて搬送される。さらに用紙４２は、その先端が搬送ガイド部材４７で案内され、先端加圧コロ４９で搬送ベルト５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ５６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。搬送ベルト５１は、交番する帯電電圧パターン、すなわち、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る。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト５１上に用紙４２が給送されると、用紙４２は搬送ベルト５１に吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって用紙４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３４を駆動することにより、停止している用紙４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙４２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４２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４２を排紙トレイ２６に排紙する。

本発明に係る液体吐出ヘッドを具備することによって、小型、低コスト、高画質な印刷装置が実現できる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例について図１０を参照しながら説明する。

図１０は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図（その２）である。

この画像形成装置はフルライン型ヘッドを備えたライン型画像形成装置である。装置本体４０１の内部に画像形成部４０２及び用紙を搬送する搬送機構４０５などを備え、装置本体４０１の下方側に多数枚の用紙４０３を積載可能な給紙トレイ４０４を備える。

この給紙トレイ４０４から給紙される用紙４０３を取り込み、搬送機構４０５によって用紙４０３を搬送しながら画像形成部４０２によって所要の画像を記録した後、装置本体４０１の側方に装着された排紙トレイ４０６に用紙４０３を排紙する。

画像形成部４０２は、記録液となる液体を収容した液体タンクを一体にし、用紙の幅方向（搬送方向と直交する方向）の長さ相当のノズル列を有する本発明に係る液体吐出ヘッドで構成したライン型ヘッド４１１ｙ、４１１ｍ、４１１ｃ、４１１ｋを備える。これらのライン型ヘッド４１１ｙ、４１１ｍ、４１１ｃ、４１１ｋは液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ４１３に装着されている。

また、各記録ヘッド４１１に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構４１２ｋ、４１２ｃ、４１２ｍ、４１２ｙ（色を区別しないときには「維持回復機構４１２」という。）を備える。パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド４１１と維持回復機構４１２とを相対的に移動させて、記録ヘッド４１１のノズル面に維持回復機構４１２を構成するキャッピング部材などを対向させる。

なお、ここでは、記録ヘッド４１１は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた１又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドにインクを供給する記録液カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。

給紙トレイ４０４の用紙４０３は、給紙コロ（半月コロ）４２１と図示しない分離パッドによって１枚ずつ分離され、装置本体４０１内に給紙される。次いで、搬送ガイド部材４２３のガイド面４２３ａに沿ってレジストローラ４２５と搬送ベルト４３３との間に送り込まれる。そして、所定のタイミングでガイド部材４２６を介して搬送機構４０５の搬送ベルト４３３に送り込まれる。

また、搬送ガイド部材４２３には両面ユニット４０７から送り出される用紙４０３を案内するガイド面４２３ｂも形成されている。さらに、両面印刷時に搬送機構４０５から戻される用紙４０３を両面ユニット４０７に案内するガイド部材４２７も配置している。

搬送機構４０５は、駆動ローラである搬送ローラ４３１と従動ローラ４３２との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト４３３と、この搬送ベルト４３３を帯電させるための帯電ローラ４３４とを備える。また、画像形成部４０２に対向する部分で搬送ベルト４３３の平面性を維持するプラテン部材４３５と、搬送ベルト４３３から送り出す用紙４０３を搬送ローラ４３１側に押し付ける押さえコロ４３６とを備える。

さらに、その他図示しないが、搬送ベルト４３３に付着した記録液（インク）を除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなるクリーニングローラと、用紙４０３を除電するための導電ゴムを主体とした除電ローラなどを備える。

この搬送機構４０５の下流側には、画像が記録された用紙４０３を排紙トレイ４０６に送り出すための排紙ローラ４３８及び拍車４３９を備えている。

このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト４３３は矢示方向に周回移動し、高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ４３４と接触することで帯電される。そして、この高電位に帯電した搬送ベルト４３３上に用紙４０３が給送されると、用紙４０３は搬送ベルト４３３に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト４３３に強力に吸着した用紙４０３は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。

そして、搬送ベルト４３３を周回させて用紙４０３を移動させ、記録ヘッド４１１から液滴を吐出することで、用紙４０３上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙４０３は排紙ローラ４３８によって排紙トレイ４０６に排紙される。

このようなライン型画像形成装置においても、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えることによって、小型、低コスト、高画質な印刷装置が実現できる。

続いて、本願において用いられる用語について、明確な定義を示す。

「液体吐出装置」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、液体を吐出する装置である。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。

「液体吐出装置」としては、例えば、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や、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、図形など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などを形成するもの、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、壁紙や床材などの建材、衣料用のテキスタイル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、又は加熱、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、水や有機溶媒などの溶媒、染料や顔料などの着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤などの機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウムなどの生体適合材料、天然色素などの可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどである。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次元造形用材料液など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がある。また、原材料が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もある。

「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よい。

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。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。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。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。

「液体吐出ヘッド」とは、ノズルから液体を吐出・噴射する機能装置である。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（積層型圧電素子又は薄膜型圧電素子）、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が用いられる。

本明細書において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。

「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。

「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明した。この実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して使用できる。例えば、複数の実施形態をそれぞれ組み合わせてもよい。

１ 流路部材
１ａ、１ｂ、１ｃ 側壁
２ 振動板部材
２Ａ ダイヤフラム部（振動領域）
２Ｂ 凸部
２ａ 第１層
２ｂ 第２層
２ｃ 第３層
３ ノズル板
４ ノズル
５ 表示部
６ 加圧液室（個別流路）
７ 液体抵抗部
８ 共通液室
９ 連通部
１０ 連通路
１２ 圧電素子部材
１２Ａ 圧電素子
１３ ベース部材
１５Ａ 個別電極
１５Ｂ 共通電極
１７ フレーム部材
１８ 流入口
２０ ダンパ部材
２１Ａ、２１Ｂ 側板
２４ 供給ポンプユニット
２５、４０４ 給紙トレイ
２６、４０６ 排紙トレイ
２７ カートリッジ装填部
３０ｙ、３０ｍ、３０ｃ、３０ｋ インクカートリッジ
３１、３２ ガイドロッド
３３ キャリッジ
３４ａ、３４ｂ 記録ヘッド
３５ａ、３５ｂ ヘッドタンク
３６ 供給チューブ
４１ 用紙積載部
４２、４０３ 用紙
４３ 給紙コロ
４４ 分離パッド
４５、４２６、４２７ ガイド部材
４６ カウンタローラ
４７、４２３ 搬送ガイド部材
４８ 押さえ部材
４９ 先端加圧コロ
５１、４３３ 搬送ベルト
５２、４３１ 搬送ローラ
５３ テンションローラ
５６、４３４ 帯電ローラ
６１ 分離爪
６２、４３８ 排紙ローラ
６３、４３９ 拍車
７１、４０７ 両面ユニット
７２ 手差しトレイ
８１、４１２ｙ、４１２ｍ、４１２ｃ、４１２ｋ 維持回復機構
８２ａ、８２ｂ キャップ
８３ ワイパブレード
８４ 空吐出受け
８７ キャリッジロック
８８ インク回収ユニット
８９ 開口部
９０ 廃液タンク
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 液体吐出ヘッド
２００、４０１ 装置本体
４０２ 画像形成部
４０５ 搬送機構
４１１ｙ、４１１ｍ、４１１ｃ、４１１ｋ ライン型ヘッド
４１２ｙ、４１２ｍ、４１２ｃ、４１２ｋ 維持回復機構
４１３ ヘッドホルダ
４２３ａ、４２３ｂ ガイド面
４２５ レジストローラ
４３２ 従動ローラ
４３５ プラテン部材
４３６ 押さえコロ
Ｃ ノズル方向
ｔ 厚み

第３４０７５１４号明細書 特開平７−８１０６８号公報

Claims (6)

1. 液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル板と、
   前記ノズルに連通する個別流路を形成する流路部材とを備え、
   前記個別流路から前記ノズルを介して液滴を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、
   前記流路部材は、前記ノズル板に対し略垂直に接合する前記個別流路の側壁を形成し、
   前記側壁は、前記ノズル板に近づくにつれて厚みを増す形状であり、
   前記ノズル板の前記個別流路側は、前記ノズルの周囲が平面に形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記ノズル板と前記側壁の接合部分は、テーパ形状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. 前記ノズル板と前記側壁の接合部分は、曲面で構成される形状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。
4. 前記ノズル板と前記流路部材は、同一材料で一体成形されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記ノズル板と前記流路部材は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の前記液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。

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