JP2023167266A - 液体吐出装置、画像形成装置、および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易かつ安価なインクジェットヘッドおよび制御システムを用いて、速乾インクを安定して吐出することができる液体吐出装置、画像形成装置、および制御方法を提供する。【解決手段】本発明は、液体を吐出する少なくとも１つのノズル孔と、前記ノズル孔に連通する複数の圧力室と、前記圧力室に接続された流体抵抗部と、画像形成を行わない第１の液体を前記ノズル孔から吐出した後、画像形成を行う第２の液体を前記ノズル孔から吐出する制御部と、を備え、前記第１の液体を吐出する滴数は、複数の前記圧力室のうち、前記流体抵抗部から前記ノズル孔への液体の流れ方向に直交する断面積が所定の断面積より大きい前記圧力室の体積を超える量の液体の滴数である。【選択図】図１１

Description

本発明は、液体吐出装置、画像形成装置、および制御方法に関する。

インクジェットヘッドにおいて、ノズル孔近傍のインク（液体の一例）を循環させるフロースルー技術が開示されている（特許文献１参照）。フロースルー技術を用いることで、ノズル孔近傍のインクが乾燥および増粘することによるノズル孔の詰まりを抑制し、インクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドで速乾インクを使いこなすことができる。

しかしながら、フロースルー技術は、インクジェットヘッドおよびその制御システムの構成が複雑化して高価になるため、簡易かつ安価なシステムで速乾インクを使いこなすことが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易かつ安価なインクジェットヘッドおよび制御システムを用いて、速乾インクを安定して吐出することができる液体吐出装置、画像形成装置、および制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、液体を吐出する少なくとも１つのノズル孔と、前記ノズル孔に連通する複数の圧力室と、前記圧力室に接続された流体抵抗部と、画像形成を行わない第１の液体を前記ノズル孔から吐出した後、画像形成を行う第２の液体を前記ノズル孔から吐出する制御部と、を備え、前記第１の液体を吐出する滴数は、複数の前記圧力室のうち、前記流体抵抗部から前記ノズル孔への液体の流れ方向に直交する断面積が所定の断面積より大きい前記圧力室の体積を超える量の液体の滴数である。

本発明によれば、簡易かつ安価なインクジェットヘッドおよび制御システムを用いて、速乾インクを安定して吐出することができる、という効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置を備える画像形成装置の構成の一例を説明する図である。 図２は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が備える制御部の機能構成の一例を説明するブロック図である。 図３は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置を備える印刷装置の一例の要部平面説明図である。 図４は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置を備える印刷装置の一例の要部側面説明図である。 図５は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置が備える液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。 図６は、第１の実施の形態にかかる液体吐出ユニットの他の例の正面説明図である。 図７は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置が備える液体吐出ヘッドの構成の一例を示す図である。 図８は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面図である。 図９は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドのＡ－Ａ線の断面図である。 図１０は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドの下面の一例を示す図である。 図１１は、第１の実施の形態にかかる液体吐出ヘッドの圧力室の斜視図である。 図１２は、第１の実施の形態にかかる液体吐出ヘッドのノズル配列方向と垂直でかつ圧力室の長手方向の中央位置を通る断面図である。 図１３は、第１の実施の形態にかかる液体吐出ヘッドの圧力室の平面図である。 図１４は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドからの空吐出の滴数の決定方法の一例を説明するための図である。 図１５は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドからの空吐出の滴数の決定方法の一例を説明するための図である。 図１６は、第２の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドからの空吐出の滴数の決定方法の一例を説明するための図である。

以下に添付図面を参照して、液体吐出装置、画像形成装置、および制御方法の実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置を備える画像形成装置の構成の一例を説明する図である。画像形成装置２００は、制御部１０２と、ヘッドユニット１０３と、画像検査部１０４と、アンワインダー１０５と、乾燥部１０６と、リワインダー１０７と、を有する。

画像形成装置２００は、用紙Ｐ１にインクを吐出して画像を形成する。ここで、用紙Ｐ１は、記録媒体の一例であり、例えば、ロール紙であっても良い。また、インクは、液滴（液体）の一例である。なお、図１における方向Ｊは、用紙Ｐ１の幅方向に直交する方向で、画像形成装置２００内における用紙Ｐ１の供給側から排出側への方向を示している。幅方向は、図１の紙面に直交する方向である。

制御部１０２は、画像形成装置２００を制御する制御装置である。アンワインダー１０５およびリワインダー１０７は、制御部１０２が出力する制御信号Ｔ１によって同期し、用紙Ｐ１を所定の速度で搬送する。アンワインダー１０５、リワインダー１０７、および複数の搬送ローラ１０８は、搬送機構１５０を構成する。

ヘッドユニット１０３は、ラインヘッド１３１と、ラインヘッド１３２と、ラインヘッド１３３と、ラインヘッド１３４と、を有する。ラインヘッド１３１～１３４のそれぞれは、液体吐出ヘッドの一例である。

アンワインダー１０５およびリワインダー１０７が搬送する用紙Ｐがヘッドユニット１０３の直下を通過する際に、ラインヘッド１３１～１３４のそれぞれは、画像情報に基づいてインクを吐出し、用紙Ｐ１上にインクを付与して画像を形成する。一例として、ラインヘッド１３１は、ブラックのインクを吐出し、ラインヘッド１３２は、シアンのインクを吐出し、ラインヘッド１３３は、マゼンタのインクを吐出し、ラインヘッド１３４は、イエローのインクを吐出することができる。

乾燥部１０６は、用紙Ｐ１を搬送しながら、ヘッドユニット１０３で用紙Ｐ１上に付与されたインクを加熱する加熱ドラムである。乾燥部１０６は、加熱によりインク中の水分等の液分を蒸発させ、用紙Ｐ１上にインクを固着させ、用紙Ｐ１に画像を定着させることができる。

画像検査部１０４は、用紙Ｐ１上に定着した画像を読み取り、画像の検査を行う。制御部１０２は、画像検査部１０４による画像検査データ等を含む受信信号Ｔ２を受信し、画像検査データを用いて各種補正処理を行うことができる。

画像形成装置２００は、図１に示した構成以外に他の機能部を適宜追加することもできる。例えば、アンワインダー１０５とヘッドユニット１０３との間に画像形成の前処理を行う前処理部を追加したり、乾燥部１０６とリワインダー１０７との間に画像形成の後処理を行う後処理部を追加したりすることができる。前処理部は、インクと反応して滲みを抑制するための処理液を用紙Ｐ１に塗布する処理液塗布処理を行うもの等を含むが、前処理の内容については特に制限はない。また、後処理部は、用紙を冷却させる冷却機構等を含むが、後処理の内容についても特に制限はない。

次に、図２を参照して、画像形成装置２００が備える制御部１０２の機能構成を説明する。図２は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が備える制御部の機能構成の一例を説明するブロック図である。

図２に示すように、制御部１０２は、温度制御部５０１と、搬送速度制御部５０２と、ヘッド吐出制御部５０３と、画像検査装置制御部５０４とを有する。制御部１０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がＲＯＭ（Read Only Memory）等に記憶されたプログラムをＲＡＭ（Random Access Memory）に展開して実行すること等によりこれらの機能を実現することができる。

温度制御部５０１は、乾燥部１０６の温度を制御する。搬送速度制御部５０２は、ヘッドユニット１０３と用紙Ｐ１を搬送方向に相対移動させる移動部の一例である。搬送速度制御部５０２は、アンワインダー１０５、リワインダー１０７、および搬送ローラ１０８等で構成される搬送機構１５０による搬送速度を制御する。ヘッド吐出制御部５０３は、駆動電圧波形を出力してラインヘッド１３１～１３４のそれぞれにインクを吐出させる。画像検査装置制御部５０４は、画像検査部１０４を制御する。

画像形成を行う際には、温度制御部５０１は、乾燥部１０６が所望の温度となるよう温度制御を開始する。搬送速度制御部５０２は、乾燥部１０６が所望の温度になって画像形成の準備が整うタイミングに合うように用紙Ｐ１の搬送を開始する。搬送速度制御部５０２による用紙Ｐ１の搬送速度が略一定の速度となり、かつ乾燥部１０６が所望の温度範囲となったら、ヘッド吐出制御部５０３は、ヘッドユニット１０３のラインヘッド１３１～１３４のそれぞれに駆動電圧波形を出力してインクを吐出させる。画像形成装置２００は、ラインヘッド１３１～１３４のそれぞれから吐出されたインクで、用紙Ｐ１上に画像を形成することができる。

各ラインヘッド１３１～１３４によるインクの吐出タイミングは、調整用の画像形成を行い、その際に画像検査部１０４で読み取った着弾位置に基づいて、予め適正化しておく。なお、画像形成中に画像検査を行ってインクの吐出タイミングを調整することもできる。

次に、図３および図４を参照して、本実施の形態にかかる液体吐出装置を備える印刷装置５００の他の例について説明する。図３は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置を備える印刷装置の一例の要部平面説明図であり、図４は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置を備える印刷装置の一例の要部側面説明図である。

この印刷装置５００は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３が主走査方向Ｋに往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ，４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向Ｋに往復移動される。

このキャリッジ４０３には、液体吐出ヘッド１００およびヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット３００を搭載している。液体吐出ユニット３００の液体吐出ヘッド１００は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインクを吐出する。また、液体吐出ヘッド１００は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向Ｋと直交する副走査方向Ｌに配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。なお、主走査方向Ｋは、前述の液体吐出ヘッドにおける方向Ｘであり、副走査方向Ｌは、前述の液体吐出ヘッドにおける方向Ｙである。

この印刷装置５００は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２は、用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド１００に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は、静電吸着、あるいは、エアー吸引等で行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７およびタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向Ｌに周回移動する。

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向Ｋの一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド１００の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド１００のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２等で構成されている。

主走査移動機構４９３、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成した印刷装置５００においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向Ｌに搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向Ｋに移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１００を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。

次に、図５を参照して、本実施の形態にかかる液体吐出ユニットの他の例について説明する。図５は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置が備える液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。

この液体吐出ユニット３００は、前記液体吐出装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ，４９１Ｂおよび背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド１００と、を有する。

なお、この液体吐出ユニット３００の例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０を更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。

次に、図６を参照して、本実施の形態にかかる液体吐出ユニットの更に他の例について説明する。図６は、第１の実施の形態にかかる液体吐出ユニットの他の例の正面説明図である。

この液体吐出ユニット３００は、流路部品４４４が取り付けられた液体吐出ヘッド１００と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６と、を有する。

なお、流路部品４４４は、カバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１（図４参照）を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には、液体吐出ヘッド１００と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

本実施の形態において、液体吐出ヘッド１００から吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度または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、水または有機溶媒等の溶媒、染料または顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸またはたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、等を含む溶液、懸濁液、エマルジョン等であり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子または発光素子の構成要素または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（積層型圧電素子および薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体等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等を使用するものが含まれる。

液体吐出ユニット３００は、当該液体吐出ヘッド１００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が含まれる。例えば、液体吐出ユニット３００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４９３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等が含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッド１００と機能部品、機構が、締結、接着、係合等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１００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３００として、液体吐出ヘッド１００とヘッドタンク４４１が一体化されているものがある。また、チューブ等で互いに接続されて、液体吐出ヘッド１００とヘッドタンク４４１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３００のヘッドタンク４４１と液体吐出ヘッド１００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３００として、液体吐出ヘッド１００とキャリッジ４０３が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニット３００として、液体吐出ヘッド１００を走査移動機構４９３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１００と走査移動機構４９３が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッド１００とキャリッジ４０３と主走査移動機構４９３が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニット３００として、液体吐出ヘッド１００が取り付けられたキャリッジ４０３に、維持回復機構４２０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１００とキャリッジ４０３と維持回復機構４２０が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニット３００として、ヘッドタンク４４１若しくは流路部品４４４が取り付けられた液体吐出ヘッド１００にチューブが接続されて、液体吐出ヘッド１００と供給機構が一体化されているものがある。

主走査移動機構４９３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とする。

以上、本実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本実施の形態において、液体吐出装置は、液体吐出ヘッド１００または液体吐出ユニット３００を備え、液体吐出ヘッド１００を駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体吐出装置には、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、後処理装置等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、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布等の被記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セル等の媒体であり、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、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。

なお、本実施の形態の用語における、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。

図７は、第１の実施の形態にかかる液体吐出装置が備える液体吐出ヘッドの構成の一例を示す図である。以下の説明では、液体吐出ヘッド１００の構成の一例について説明するが、ラインヘッド１３１～１３４も同様の構成を有しているものとする。本実施の形態では、液体吐出ヘッド１００は、図７に示すように、ノズル板１と、個別流路部材である流路板２と、壁面部材としての振動板部材３と、圧電アクチュエータ１１（図８参照）と、共通液室部材２０と、供給ポート２８と、ヘッドカバー２９と、を備えている。ノズル板１と、流路板２と、振動板部材３とは積層接合されている。圧電アクチュエータ１１（図８参照）は、振動板部材３の変形部３０（図８参照）を変位させる。ヘッドカバー２９は、液体吐出ヘッド１００のフレーム部材を兼ねている。供給ポート２８は、共通液室部材２０内の共通供給流路に液体としてのインクを供給する。

図８は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面図である。図９は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドのＡ－Ａ線の断面図である。本実施の形態では、図８および図９に示すように、ノズル板１は、インクを吐出する複数のノズル孔４を有している。

流路板２と振動板部材３とにより、流体抵抗部７と、中間供給流路８とが画成されている。また、ノズル板１と流路板２と振動板部材３とにより、複数の圧力室６が画成されている。圧力室６は、ノズル孔４に連通する。流体抵抗部７は、各圧力室６に接続された個別流路である。中間供給流路８は１または複数（本実施の形態では１つ）の流体抵抗部７に通じる液導入部である。

振動板部材３は、複数の板材が積層されて構成され、本実施の形態では、２枚の金属板が積層されて構成される。また、振動板部材３は、圧電アクチュエータ１１に対向する変形部３０を有する。

変形部３０は、圧力室６の壁面の一部を構成し、圧電アクチュエータ１１により弾性変形可能な部分である。圧電アクチュエータ１１は、駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む。本実施の形態の変形部３０は、振動板部材３のその他の部分よりも板材の積層枚数が少なく、厚み方向の長さがその他の部分よりも小さい部分である。具体的には、１枚の金属板により変形部３０が構成されている。また、振動板部材３に切り込みを入れて部分的に変形可能とし、この変形可能な部分のうち圧力室６の壁面を構成する部分を変形部３０としてもよい。

この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接合した圧電部材にハーフカットダイシングによって溝加工をして、ノズル配列方向において、所要数の柱状の圧電素子１２を所定の間隔で櫛歯状に形成している。

変形部３０の上部には、変形部３０を支持する支持部材２７が設けられる。圧電素子１２は、支持部材２７に接合している。

この圧電素子１２は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものである。圧電素子１２は、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極（端面電極）に接続され、外部電極にフレキシブル配線部材１５が接続されている。

共通液室部材２０は、複数の圧力室６に通じる共通液室１０を形成している。共通液室１０は、振動板部材３に設けた開口部９を介して中間供給流路８に連通し、中間供給流路８を介して流体抵抗部７に通じている。

共通液室１０内のインクは、中間供給流路８、流体抵抗部７を介して圧力室６に供給される。圧力室６内のインクは、ノズル孔４から液体吐出ヘッド１００外へ吐出される。圧力室６において、インクの供給方向はＸ方向の流体抵抗部７側からノズル孔４側への方向である。

この液体吐出ヘッド１００においては、例えば、圧電素子１２に与える電圧を基準電位（中間電位）から下げることによって圧電素子１２が収縮する。この圧電素子１２の収縮により変形部３０が圧電素子１２側へ変形して圧力室６の容積が膨張することで、圧力室６内にインクが流入する。

その後、圧電素子１２に印加する電圧を上げて圧電素子１２を積層方向に伸長させることで、変形部３０をノズル孔４に向かう方向に変形させて圧力室６の容積を収縮させる。これにより、圧力室６内のインクが加圧され、ノズル孔４からインクが吐出される。

本実施の形態の液体吐出ヘッド１００は、非循環型の液体吐出ヘッドである。循環型の液体吐出ヘッドでは、圧力室６内に流入したインクを、循環流路等を介して循環させ、再び圧力室６へ流入させるが、本実施の形態の非循環型の液体吐出ヘッド１００では、このようなインクの循環を行わない。この液体吐出ヘッド１００の圧力室６には、ノズル孔４と流体抵抗部７の２つの開口部が設けられる。

図１０は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドの下面の一例を示す図である。液体吐出ヘッド１００は、図１０（ａ）に示すように、ノズル孔４が配列されたノズル列を一列有する構成であってもよいし、図１０（ｂ）に示すように、複数のノズル列を有する構成であってもよい。また、図１０（ｂ）のように、各ノズル列が平行に配列されている他、千鳥状に配列される等の構成であってもよい。また、図１０（ｃ）に示すように、複数の液体吐出ヘッド１００が配列されることにより、ヘッドユニット１０３を構成していても良い。また、図１０（ｄ）に示すように、隣接して設けられた一対の液体吐出ヘッド１００が、ヘッドユニット１０３内で千鳥状に配置されていても良い。また、これらに限らず、適宜最適なノズル孔４および液体吐出ヘッド１００の配置を選択できる。

次に、第１の実施の形態における圧力室６の構成について、図１１～１３を用いて説明する。図１１は、第１の実施の形態にかかる液体吐出ヘッドの圧力室の斜視図である。図１２は、第１の実施の形態にかかる液体吐出ヘッドのノズル配列方向と垂直でかつ圧力室の長手方向の中央位置を通る断面図である。図１３は、第１の実施の形態にかかる液体吐出ヘッドの圧力室の平面図である。

図１１～１３に示すように、本実施の形態の圧力室６は、当該圧力室６の長手方向Ｘのノズル孔４側の断面Ｅ１が、その反対側の断面Ｅ２よりも広くなっている。具体的には、圧力室６は、その長手方向Ｘの途中に段差６ａを有する。圧力室６は、この段差６ａにより、ノズル孔４側の長手方向Ｘに直交する断面Ｅ１の面積が、ノズル孔４側の反対側の長手方向Ｘに直交する断面Ｅ２の面積よりも大きくなっている。本実施の形態では、特に、図１１に示すように、圧力室６の長手方向Ｘに直交する断面であって、変形部３０を含む断面Ｅ１，Ｅ２のうち、圧力室６の長手方向Ｘの中央位置４ａに最も近い断面Ｅ１を第１断面Ｅ１とし、中央位置４ａに最も遠い断面Ｅ２を第２断面Ｅ２とすると、第１断面Ｅ１の面積が第２断面Ｅ２の面積よりも大きい。すなわち、本実施の形態では、インクの流れ方向（長手方向Ｘ）に直交する断面の面積（断面積）が最も大きい圧力室６は、インクの流れ方向において、ノズル孔４に最も近い位置に設けられている。本実施の形態では、圧力室６の体積は、１０ｎＬ以下であることが好ましい。これにより、Ｔｃを小さくすることができる。

また、圧力室６は、図１２に示すように、長手方向Ｘの変形部３０が含まれる範囲であって、ノズル孔４の長手方向Ｘの中央位置４ａに最も近い位置を第１長手位置Ｘａとし、最も遠い位置を第２長手位置Ｘｂとする。そして、第１長手位置Ｘａにおける圧力室６のＺ方向の長さを第１長さＺ１、第２長手位置Ｘｂにおける圧力室６のＺ方向の長さを第２長さＺ２とすると、第１長さＺ１が第２長さＺ２よりも大きく設けられる。本実施の形態のように、長手方向Ｘのノズル孔４の中央位置４ａに最も近い位置は、長手方向Ｘの中央位置４ａと同じ位置であってもよい。

図１４および図１５は、第１の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドからの空吐出の滴数の決定方法の一例を説明するための図である。本実施の形態では、ヘッド吐出制御部５０３は、空吐出の後、画像形成の吐出を行う。ここで、空吐出は、画像形成を行わないインク（第１の液体の一例）をノズル孔４から吐出する第１の吐出の一例である。空吐出は、例えば、ノズル孔４内の水分等が蒸発し、粘度が変化したインクを除去するために、画像を形成するためのインクの吐出の直前に、印字対象物の非画像形成部または空吐出用のエリアにインクを吐出する。また、画像形成の吐出は、画像形成を行うインク（第２の液体の一例）をノズル孔４から吐出する第２の吐出の一例である。

ところで、ノズル孔４におけるノズルメニスカスからの水分等の蒸発によるインクの乾燥の影響によるインクの増粘は、ノズル孔４近傍のインクから拡散によって広がる。そのため、ノズルメニスカスからの水分等の蒸発によるインクの乾燥の影響によりインクの増粘が特に起こりやすいのは、圧力室６の断面積の大きな部分である。したがって、図１４に示すように、複数の圧力室６のそれぞれの断面積うちノズル孔４近傍の断面積がその他の部分と比べてより広い構成の液体吐出ヘッド１００（インクジェットヘッド等）においては、放置後の空吐出動作を実施する際に、空吐出のインクの滴数は、複数の圧力室６のうち、断面積が広い部分の体積を超える量とすることが好ましい。これにより、ノズルメニスカスからの水分等の蒸発によるインクの乾燥の影響によりインクの増粘が特に起こりやすい部分のインクをフレッシュなインクに置き換えることができ、フロースルー技術を用いることなく、より遅れの少ない吐出を行うことができる。その結果、簡易かつ安価なインクジェットヘッドおよび制御システムを用いて、速乾インクを安定して吐出することができる。

具体的には、ヘッド吐出制御部５０３は、空吐出により吐出するインクの滴数を、複数の圧力室６のうち、流体抵抗部７からノズル孔４へのインクの流れ方向（長手方向Ｘ）に直交する断面積が所定の断面積より大きい圧力室６の体積を超える量の液体の滴数に決定する。ここで、所定の断面積は、予め設定される断面積であり、少なくとも、複数の圧力室６のうち、インクの流れ方向に直交する断面積が最も小さい圧力室６の断面積より大きい。このように決定された滴数の空吐出を行うことで、ノズルメニスカスからの水分等の蒸発によるインクの乾燥の影響によりインクの増粘が特に起こりやすい部分のインクをフレッシュなインクに置き換えることができる。その結果、より遅れの少ないインクの吐出を行うことができる。特に、ノズル孔４から吐出するインクが、水、有機溶剤、および顔料を含むインクである場合、染料インクより乾燥および増粘によりノズル孔４が詰まりやすいが、本実施の形態にかかる液体吐出ヘッド１００によれば、画像品質が良好で、速乾性が高いため高生産性が実現できる水系顔料インクを用いたシステムを実現できる。

本実施の形態では、ヘッド吐出制御部５０３は、空吐出により吐出するインクの滴数を、インクの流れ方向と直交する断面積が最も大きい圧力室６の体積を超える量のインクの滴数に決定する。これにより、より少ない空吐出のインクの量で、特に増粘が進みやすい部分のインクを排出することができるため、空吐出で消費するインクのコストを減らしながら、より遅れの少ないインクの吐出を行うことができる。

例えば、ヘッド吐出制御部５０３は、以下の式（１）を用いて、空吐出のインクの滴数Ｎを決定する。

ここで、Ａ１＝Ｘａ１×Ｙａ１×Ｚａ１である。Ｖは、１回の空吐出動作にて吐出されるインク滴の体積（滴体積）である。Ｘａ１は、圧力室６のノズル孔４を含む面のＸ方向の長さである。Ｙａ１は、圧力室６のノズル孔４を含む面のＹ方向の長さである。Ｚａ１は、第１長手位置Ｘａにおける圧力室６のＺ方向の長さである。

このように、第１の実施の形態にかかる画像形成装置によれば、フロースルー技術を用いることなく、より遅れの少ない吐出を行うことができるので、簡易かつ安価なインクジェットヘッドおよび制御システムを用いて、速乾インクを安定して吐出することができる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、複数の圧力室の断面積が、インクの流れ方向の上流側から下流側に向かって、インクの吐出時の重力方向に対して下方に設けられる段差によって複数回変化する例である。以下の説明では、第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略する。

本実施の形態では、複数の圧力室６の長手方向Ｘと直交する方向（Ｙ方向およびＺ方向）における断面の断面積が、インクの流れ方向（長手方向Ｘ）の上流側から下流側に向かって、インクの吐出時の重力方向に対して下方に設けられる複数の段差により変化する。これにより、インクの吐出異常の原因となる気泡は重力により上方に溜まるため、段差を下段に形成することで、段差に気泡が滞留するのを防ぐことができ、より安定した液体吐出ヘッド１００を実現することができる。

図１６は、第２の実施の形態にかかる画像形成装置が有する液体吐出ヘッドからの空吐出の滴数の決定方法の一例を説明するための図である。ここでは、複数の圧力室６間に段差６ａがｎ個あり、圧力室６の断面積が複数回変化する場合における空吐出の滴数の決定方法について説明する。

ヘッド吐出制御部５０３は、空吐出の滴数Ｎを、１≦ｉ≦ｎの間の任意のｉについて、下記の式（２）を用いて決定する。

ここで、長手方向Ｘにおいてノズル孔４側から数えて、ｊ目の段差と、ｊ－１番目の段差の間の領域（圧力室６）の体積Ａｊは、Ａｊ＝Ｘａｊ×Ｙａｊ×Ｚａｊと表される。Ｘａｊは、ｊ番目の段差と、ｊ－１番目の段差の間の領域（圧力室６）のＸ方向の長さである。Ｙａｊは、ｊ番目の段差とｊ－１番目の段差の間の領域のＹ方向の長さである。Ｚａｊは、ｊ番目の段差と、ｊ－１番目の段差の間の領域のＺ方向の長さである。ここで、ｉ＝１とすると、より少ない空吐出量で、特に増粘が進みやすい部分のインクを排出することができるため、空吐出で消費するインクのコストを減らすことができる。

なお、段差部（ｊ番目の段差とｊ－１番目の段差の間の領域）の体積の算出方法は、上記式（２）に限るものではなく、液室（圧力室）の形状が立方体の組み合わせでない場合は、当然、段差部の体積は、その立体の体積を算出するのにふさわしい方法を使う。例えば、圧力室６がプレス工法で形成して円形である場合、シリコンの異方性エッチングで形成して多角形形状である場合は、円または多角形の面積と高さの積により体積を求める。

このように、第２の実施の形態にかかる画像形成装置によれば、インクの吐出異常の原因となる気泡は重力により上方に溜まるため、段差６ａを下段に形成することで、段差６ａに気泡が滞留するのを防ぐことができ、より安定した液体吐出ヘッド１００を実現することができる。

なお、上記実施の形態では、本発明の画像形成装置を、コピー機能、プリンタ機能、スキャナ機能およびファクシミリ機能のうち少なくとも２つの機能を有する複合機に適用した例を挙げて説明するが、複写機、プリンタ、スキャナ装置、ファクシミリ装置等の画像形成装置であればいずれにも適用することができる。

１ ノズル板
２ 流路板
３ 振動板部材
４ ノズル孔
６ 圧力室
７ 流体抵抗部
８ 中間供給流路
９ 開口部
１０ 共通液室
１１ 圧電アクチュエータ
１２ 圧電素子
１３ ベース部材
２０ 共通液室部材
２７ 支持部材
２８ 供給ポート
２９ ヘッドカバー
３０ 変形部
１００ 液体吐出ヘッド
１０２ 制御部
２００ 画像形成装置
５００ 印刷装置
５０３ ヘッド吐出制御部

特開２０１８－１０３６１６号公報

Claims (8)

1. 液体を吐出する少なくとも１つのノズル孔と、
   前記ノズル孔に連通する複数の圧力室と、
   前記圧力室に接続された流体抵抗部と、
   画像形成を行わない第１の液体を前記ノズル孔から吐出した後、画像形成を行う第２の液体を前記ノズル孔から吐出する制御部と、を備え、
   前記第１の液体を吐出する滴数は、複数の前記圧力室のうち、前記流体抵抗部から前記ノズル孔への液体の流れ方向に直交する断面積が所定の断面積より大きい前記圧力室の体積を超える量の液体の滴数である、液体吐出装置。
2. 前記断面積が最も大きい前記圧力室は、前記流れ方向において、前記ノズル孔に最も近い位置に設けられる、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記第１の液体を吐出する滴数は、複数の前記圧力室のうち前記断面積が最も大きい前記圧力室の体積を超える量の液体の滴数である、請求項１に記載の液体吐出装置。
4. 複数の前記圧力室の前記断面積は、前記流れ方向の上流側から下流側に向かって、液体の吐出時の重力方向に対して下方に設けられる段差により変化する、請求項１に記載の液体吐出装置。
5. 前記圧力室の体積は、１０ｎＬ以下である、請求項１に記載の液体吐出装置。
6. 前記ノズル孔から吐出する液体は、水、有機溶剤、および顔料を含むインクである、請求項１に記載の液体吐出装置。
7. 請求項１に記載の液体吐出装置を備える画像形成装置。
8. 液体を吐出する少なくとも１つのノズル孔と、前記ノズル孔に連通する複数の圧力室と、前記圧力室に接続された流体抵抗部と、を備える液体吐出装置の制御方法であって、
   画像形成を行わない第１の液体を前記ノズル孔から吐出する第１の吐出工程と、
   前記第１の吐出工程の後、画像形成を行う第２の液体を前記ノズル孔から吐出する第２の吐出工程と、を含み、
   前記第１の液体を吐出する滴数は、複数の前記圧力室のうち、前記流体抵抗部から前記ノズル孔への液体の流れ方向に直交する断面積が所定の断面積より大きい前記圧力室の体積を超える量の液体の滴数である、制御方法。

Images