JP5176437B2 - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えば、インクの液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備え、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、インク滴を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。

なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する（単に液滴を吐出する）ことをも意味する。また、「インク」とは、狭義のインクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。

一般的に、液体吐出ヘッドは、インクを液滴として吐出する複数設けられたノズルと、各ノズルに対して独立した個別液室と、個別液室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段（圧電型アクチュエータ、サーマル型アクチュエータ、静電型アクチュエータなど）とを備え、個別液室内に圧力発生手段を用いて圧力を発生させ、内部に充填されているインクをノズルから液滴として吐出させる。

そして、各独立した個別液室には液体供給路を介して共通液室からインクを供給し、共通液室に外部からインク供給口を介して供給されたインクは、共通液室から各独立した個別液室内及びノズルまで分配される。

このような液体吐出ヘッドにおいては、インク供給口から供給されるインクが共通液室及び個別液室内を途切れること無く充填されている必要がある。特に、共通液室においては、気泡が残留状態であれば個別液室へのインク供給が不十分になって、吐出不良など安定的な吐出が得られなくなる。そのため、共通液室内の気泡残留を限りなく減らすことが必要である。

そこで、例えば、特許文献１には共通液室の気泡が残留するノズル並び方向（液室並び方向）の端部に、伸縮性を持った部材が設置され、ノズルより吸引手段で共通液室及びノズルへ液体供給を行い、吸引時には吸引圧力によって伸縮部が縮んだ状態となり、共通液室にインク供給後、吸引手段が停止し、共通液室端部に溜まった残留気泡は伸縮部材の復元力（伸びる方向）で吸い取られ伸縮部材の容積に収納されるようにしているヘッドが記載されている。
特開２００４−２４９５７１号公報

また、特許文献２には共通液室に常時大気と連通する孔が設けられ、残留気泡を放出する構成が記載されている。
特開平４−３５７０４５号公報

その他、特許文献３、４に記載のようなものもある。
特開２００４−１６９０７号公報 特開２００７−０３０４９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のヘッドにあっては、伸縮部材の復元力によって負の圧力が発生し吸い上げられる構成であるが、ノズルまで供給されたインクが負の圧力によって引き戻され、ノズル又は個別液室内のインクがなくなったり、あるいは、同時にノズルから外側の空気も吸い込んでしまい、却って吐出不良が生じ、安定した吐出を行うことができないという課題がある。

また、特許文献２に記載のヘッドにあっては、共通液室内のインクが連通孔を通じて常時大気と接していることになり、インク粘度の増加、インクの固化が発生するおそれがあり、ノズルや液室へのインク充填に不具合を起こし、吐出安定性に影響を及ぼすという課題がある。

さらに、画像形成装置の高速化に対応するために、ノズル数を増加してヘッドの長尺化が図られるようになっており、これに伴って共通液室の長さが長くなる傾向にあり、その結果、共通液室端部に残留気泡が発生しやすくなる。特に、共通液室内が空の状態であるときからインクを供給する初期充填では、共通液室の端部に気泡が顕著に残ってしまうという課題が顕著になっている。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、初期充填時に共通液室内に残留する気泡を低減して安定した滴吐出特性が得られるように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は、
液体を液滴として吐出する複数のノズルと、個々のノズルに対し連通する液室と、この液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、複数の液室に液体を供給する共通液室とを備え、前記共通液室に前記液体が供給される液体吐出ヘッドにおいて、
前記共通液室の液体流入方向の下流側端部に、液体圧力により可動する可動部材を有し、
前記可動部材は前記液体圧力により所定量移動した時に大気と前記共通液室内を連通する連通孔を有し、
前記可動部材の連通孔の開口断面積は前記ノズルの開口断面積よりも小さい
構成とした。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたものである。

本発明に係る液体吐出ヘッド及び本発明に係る画像形成装置によれば、初期充填時に液体を供給することで可動部材が移動して共通液室内が連通孔を介して大気に連通されて共通液室内の残留空気が連通孔を介して排出され、初期充填時に共通液室内に残留する気泡が低減して安定した滴吐出特性が得られるようになる。

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。まず、本発明の第１実施形態について図１を参照して説明する。なお、図１は同実施形態に係る液体吐出ヘッド及びインク供給系を示す模式的断面説明図である。
液体吐出ヘッド１は、液滴を吐出する複数のノズル２を形成したノズル板３と、各ノズル２が連通する液室を形成する流路板４と、液室の壁面を形成する振動板５と、各液室にインクを供給する共通液室６を形成したフレーム７と、振動板５を介して液室内のインクを加圧する図示しない圧電アクチュエータなどの圧力発生手段とを備えている。

この液体吐出ヘッド１のフレーム７には、共通液室６の長手方向（ノズル２の並び方向）の一端部から共通液室６にインクを供給するインク供給口９が設けられているとともに、共通液室６の他端部側（インク流入方向下流側）には、共通液室６の他端部と大気とを連通させる大気連通機構１１が備えられている。

この大気連通機構１１は、フレーム７に、共通液室６に供給されるインクの圧力（液体圧力）によって可動する可動部材１２が共通液室６内に対して移動自在に装着され、この可動部材１２には、この可動部材１２が液体圧力により所定量移動した時に大気と共通液室６内を連通する連通孔１３が形成されている。

そして、可動部材１２には、この可動部材１２を共通液室８方向に付勢する弾性部材１４が設けられている。この弾性部材１４は例えば引っ張りコイルばねで構成しているが、弾性部材であれば特に限定されず、ばねの他にゴム等の高分子材料などを挙げることができる。

連通孔１３は、可動部材１２の肉厚部分の中で、共通液室６側の開口と９０度異なる方向にもう一方の開口１３ａを有している。連通孔１３の開口断面積は、前述したノズル２の開口断面積よりも小さいものとし、少なくとも共通液室６に面する連通孔１３の開口１３ｂの開口断面積はノズル２の開口断面積よりも小さいことが好ましい。これにより、共通液室６内に充填されるインク１０が連通孔１１内に侵入しないようにすることができる。ただし、具体的には、この場合の連通孔１３の開口断面積はインクの粘度と表面張力によって定まる。

また、可動部材１２の連通孔１３が大気と共通液室６とを連通したことを検出する検出器１５を設けている。この検出器１５は、例えば連通孔１３から放出される空気の圧力や風量の検出、連通孔１３そのものの位置の検出によって連通孔１３が大気と共通液室６とを連通したこと（排出側開口１３ａが大気に開放されたこと）を検出する。

一方、この液体吐出ヘッド１のインク供給口９に外部の液体貯留部であるインクタンク２０からのインクを供給する供給路２１を接続し、この供給路２１の途中にはインクを加圧して供給する（圧送する）ポンプ２２を設けている。

また、液体吐出ヘッド１のノズル板３の前方側には、ノズル板３の各ノズル２を形成したノズル面３ａに当接して密封（又は密閉）する封止部材３０がノズル面３ａに対して進退可能に配置される。この封止部材３０は、ノズル板３及びノズル２と密着する部分にゴムやエラストマーなどの弾性部材を有するものが好ましい。

次に、この実施形態における液体吐出ヘッド１に対する初期インク充填動作について図２ないし図５を参照して説明する。
まず、図２に示すように、インクタンク２０からインク１０を液体吐出ヘッド１のノズル２まで充填するために、ポンプ２２を駆動して、インクタンク２０から液体吐出ヘッド１に対してインク１０を圧送する（圧力を加えて送る）。

このとき、可動部材１２に設けた弾性部材１４は、充填時のインク１０にかかる圧力より大きい反力で、可動部材１２を共通液室６側に付勢している。共通液室６にインク１０が充填され、共通液室６から流路板４内の個別液室に分配され、各ノズル２内までの充填が完了する。この状態では、共通液室６のインク流入方向下流側の端部付近にノズル２より押し出せなかった残留気泡（残留空気）１７が残っている。

次いで、図３に示すように、封止部材３０をノズル板３側に移動させてノズル面３ａに隙間なく密着させ、ノズル板３のすべてのノズル２を密閉状態とする。これにより、ポンプ２２より下流側に位置する共通液室６、図示しない液体供給路、個別液室、ノズル２で形成される液体流路が閉ざされた経路が構成される。

この状態で、ポンプ２２を駆動して更にインク１０の供給を行うと、初期のインク供給時よりも高い圧力が共通液室６内のインク１０にかかり、このインク１０にかかる圧力が弾性部材１４の反力（復元力）よりも大きくなることで、可動部材１２は図３に示す矢示方向への移動を開始する。この可動部材１２の移動によって発生する容積部分には、インク１０の加圧と残留気泡１７の浮力の効果により、残留気泡１７が発生した容積部分に移動することとなる。

さらに、図４に示すように、インク１０をポンプ２２によって加圧し続けると、可動部材１２も更に共通液室６から離間する方向に移動して、共通液室６の端部の残留気泡１７は、可動部材１２の移動によって発生する容積部分に押し込まれた状態となり、共通液室６内は端部までインク１０で満たされ、当該端部から繋がっている液室やノズル２もインク１０が満たされる。

そして、可動部材１２が共通液室６から離間する方向に所定量移動した時に、連通孔１３の共通液室６側開口と反対側の開口である排出開口１３ａが大気に開放されるので、共通液室６内が連通孔１３を介して大気に開放される。これにより、可動部材１２の移動によって発生した容積部分に押し込められた残留気泡１７が大気へ放出される。

なお、検出器１５によって連通孔１３が大気と共通液室６内とを連通したことを検出した時にポンプ２２の駆動を停止して、共通液室６内のインク１０に対する加圧を停止することで、インク１０が強制的に連通孔１３を通じて大気側（外部）に漏れ出すことを防止している。

また、ポンプ２２による加圧がなくなり、可動部材１２の移動によって発生した容積部分に押し込められた残留気泡１７が大気へ放出されることで、可動部材１２に対する共通液室６内側からの圧力がなくなるので、図５に示すように、可動部材１２は弾性部材１４の復元力によって矢示方向に共通液室６側に移動して略初期状態に戻り、連通孔１３はフレーム７内に収容されて、共通液室６と大気との連通が遮断された状態になる。

このように、共通液室の液体流入方向の下流側端部に、液体圧力により可動する可動部材を有し、この可動部材は液体圧力により所定量移動した時に大気と共通液室内を連通する連通孔を有していることで、初期充填時に液体を供給することで可動部材が移動して共通液室内が連通孔を介して大気に連通されて共通液室内の残留空気が排出されるようにすることができ、初期充填時に共通液室内に残留する気泡が低減して安定した滴吐出特性が得られるようになる。

なお、この実施形態では、連通孔１３が大気開放されたことを検出手段によって検出しているが、残留気泡１７の残量、可動部材１２の移動量及び連通孔１３の排出側開口１３ａの位置関係から、一定のバラツキ範囲が分かっている場合は、ポンプ２２を時間管理で動作及び停止させる構成とすることもできる。ただし、確実に残留気泡１７の排出と同期させてポンプ２２を停止させるには、検出手段１５を使用することが好ましい。

次に、本発明の第２実施形態について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同実施形態に係る液体吐出ヘッド及びインク供給系を示す模式的断面説明図、図７は初期充填時の模式的断面説明図である。
この実施形態では、液体吐出ヘッド１の共通液室６にインクを供給するインク供給口９が、共通液室６の長手方向の中央部に配置されている。そのため、インク供給口９から共通液室６へインクを充填するときのインク流入方向下流側の端部は共通液室６の長手方向両端部になる。そこで、共通液室６の長手方向両端部にそれぞれ前記第１実施形態の連通孔１３を有する可動部材１２及び弾性部材１４で構成される大気連通機構１１，１１が２組配置されている。

さらに、フレーム７には２つの可動部材１２の移動によって開閉される連通路１８が形成されている。この連通路１８は可動部材１２が連通孔１３の排出側開口１３ａが大気開放される前の段階で、可動部材１２が共通液室６から離間する方向に移動したときに、可動部材１２の移動によって形成される共通液室６の両端部側の２つの空間を連通する位置に開口１８ａ、１８ｂが設けられている。

この実施形態における液体吐出ヘッド１に対してインクの初期充填を行うときの動作は前記第１実施形態と同様であるが、可動部材１２の連通孔１３の排出側開口１３ａが大気に開放される前に、図７に示すように、可動部材１２の移動によって形成される共通液室６の両端部の容積部分が連通路１８で連通される。したがって、共通液室６の両端部の残留気泡１７の量が異なっている場合でも、連通路１８を通じて一方から他方に移動して均一化され、２つの可動部材１２の移動量がほぼ同じになり、可動部材１２の連通孔１３の排出側開口１３ａが大気に開放されるタイミングがほぼ同じになる。これにより、共通液室６の両端部の一方の残留気泡１７が排出されなくなることを防止できる。

つまり、ポンプ２２でインク１０を加圧して共通液室６内に供給することで、共通液室６のインク流入方向下流側の両端部にはノズル２より押し出せなかった残留気泡１７が残っている状態になり、この状態で、封止部材３０でノズル面３ａを密閉して加圧しながらインク１０を更に供給することでインク１０かかる圧力が高くなり、弾性部材１４の反力より勝ることで可動部材１２は矢示方向への移動を開始し、可動部材１２の移動によって発生する容積部分には、インク１０の加圧と残留気泡１７の浮力の効果により、残留気泡１７が発生した容積部分に移動することとなる。

このとき、共通液室６の両端部で発生した残留気泡１７の量が、それぞれ異なっている場合、両方に設けた可動部材１２の移動量に違いが生じることになる。このように２つの可動部材１２の移動量に差が生じると、連通孔１３の排出側開口１３ａが大気に開放されるタミンングに差が生じたり、一方の可動部材１２の移動量が不足して連通孔１３が大気に開放されない状態になったりする。そうすると、共通液室６の両端部のいずれか一方の残留気泡１７が排出されない状態になり、両端部の残留気泡１７を確実に排出するためには、一方の可動部材１２の連通孔１３が大気に開放されたにも関わらず、必要以上に移動（加圧）することとなり、大気開放された側の連通孔１３からインク１０を押し出してしまうおそれがある。

そこで、連通路１８によって可動部材１２の移動で生じる可動容積部分をつなぐことで、当該容積部分に押し込まれた残留気泡１７の量及び２つの可動部材１２の移動量をそれぞれ同じにして、必要以上の加圧をすることなく、確実に２つの可動部材１２の連通孔１３による大気開放を行って残留気泡１７を排出できるようにする。

なお、ここではインク供給口９が共通液室６の長手方向の中央部に位置している例で説明している、両端部以外のいずれかの箇所に設けられる場合にも同様に適用することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載する画像形成装置の一例について図８及び図９を参照して説明する。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、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本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド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。なお、ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の記録ヘッドを備えることもできるし、図１０に示すようにノズル面２３４ａに４色の液滴を吐出する複数のノズル２３４ｎを並べたノズル列Ｎｋ、Ｎｃ、Ｎｍ、Ｎｙを有する１つの記録ヘッド構成とすることもできる。

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バッファタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「バッファタンク２３５」という。）を搭載している。このバッファタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、供給ユニット２２４によって各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３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２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２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とを備えるとともに、給送された用紙２４２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）に周回するように構成している。また、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。この搬送ベルト２５１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。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２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２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット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２４２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。

さらに、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、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」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ーブレード２８３と、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２８４などを備えている。

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インク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、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。

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２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド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、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１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、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２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

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２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２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２４２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２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

この画像形成装置において、前述した実施形態で説明したポンプ（加圧手段）２１としては供給ユニット２２４を用いている。また、密閉状態を形成する封止部材３０の記録ヘッド２３４に対する進退動作は、例えば、維持回復機構２８１のキャップ２８２を昇降させる機構を用いて行うようにすることも、或いは、別途独立した機構を設けることもできる。ここでは、維持回復機構２８１の側方に封止部材３０を配置して、維持回復機構２８１の駆動系を用いて進退動作をさせるようにしている。

このように、この画像形成装置においては、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、初期充填時に確実に共通液室の気泡を排出できて、安定した画像形成を行うことができるようになる。

次に、本発明を適用する液体吐出ヘッドの一例について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同ヘッドの分解斜視説明図、図１２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッド１００は、流路板（液室基板）１０１と、この流路板１０１の下面に接合した振動板部材１０２と、流路板１０１の上面に接合したノズル板１０３とを有し、これらによって液滴（液体の滴）を吐出するノズル１０４がノズル連通路（連通管）１０５を介して連通する個別液室（加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）１０６を形成し、後述する共通液室１０８からインクを供給する。

ここで、流路板１０１は、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜きなどの機械加工することで形成したもの、流路板１０１とノズル板１０３とを電鋳で一体形成したもの、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たものや、その他感光性樹脂などを用いることもできる。

振動板部材１０２は、図２に示すように３層構造のニッケルプレートで形成したもので、例えば電鋳によって作製している。なお、この振動板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、或いは、樹脂部材から形成したものなどを用いることもできる。

ノズル板１０３は、各個別液室１０６に対応して多数のノズル１０４を形成し、流路板１０１に接着剤接合している。このノズル板１０３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、ポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル板１０３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。

そして、振動板部材１０２には、図１２に示すように、各個別液室１０６に対応して形成した変形可能な領域であるダイアフラム部１０２Ａの中央部に２層構造の凸部１０２Ｂを形成し、この凸部１０２Ｂに圧力発生手段（アクチュエータ手段）を構成する圧電素子１１２をそれぞれ接合している。なお、個別液室１０６、１０６間には支柱部１１３（図１１参照）が接合される。

これらの圧電素子１１２及び支柱部１１３は積層型圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施して櫛歯状に分割して形成したもので、支柱部１１３も圧電素子であるが駆動電圧を印加しないために単なる支柱となっている。この積層型圧電素子部材はベース部材１１５に接合している。また、圧電素子１１２には駆動電圧を与えるＦＰＣ１１６が接続されている。

さらに、振動板部材１０２の周囲にはフレーム部材１１７を接着剤で接合している。このフレーム部材１１７は、強度及び精度を必要とするため、粉砕または球状のシリカ（ＳｉＯ２）の粉末を含有する、熱硬化性エポキシ樹脂によって形成されている。なお、含有物としては金属粉末でも構わない。また、基材となる樹脂においては、熱可塑性樹脂、例えばポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）で製作されたものでも可能である。

このフレーム部材１１７には、各個別液室１０６にインクを供給する共通液室１０８を形成し、共通液室１０８から振動板部材１０２に形成した供給口１０９を介して個別液室１０６にインクが供給される。また、フレーム部材１１７には各共通液室１０８に外部からインクを供給するためのインク供給口１１９も形成される。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子１１２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１１２が収縮し、振動板部材１０２のダイアフラム部１０２Ａが下降して個別液室１０６の容積が膨張することで、個別液室１０６内にインクが流入し、その後圧電素子１１２に印加する電圧を上げて圧電素子１１２を積層方向に伸長させ、振動板部材１０２のダイアフラム部１０２Ａをノズル１０４方向に変形させて個別液室１０６の容積／体積を収縮させることにより、個別液室１０６内の記録液が加圧され、ノズル１０４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１１２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１０２のダイアフラム部１０２Ａが初期位置に復元し、個別液室１０６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０８から個別液室１０６内に記録液が充填される。そこで、ノズル１０４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。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。

そして、この液体吐出ヘッド１００に、前述した実施形態で説明したように共通液室１０８の両端部側に共通液室１０８と大気を連通させる大気連通機構１１を設けることで、前述したように初期インク充填時における残留気泡を低減することができ、安定した液滴吐出を行うことができるようになる。

なお、上記実施形態では本発明に係る液体吐出ヘッドを画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、また、例えば、前述したように、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料などを吐出する画像形成装置や同装置で用いる液体吐出ヘッドにも適用することができる。また、シリアル型画像形成装置だけでなくライン型画像形成装置にも適用でき、同様にライン型液体吐出ヘッドのような長尺ヘッドに適用することが有効である。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッド及びインク供給系を示す模式的断面説明図である。 同実施形態におけるインク初期充填の説明に供する模式的断面説明図である。 同じく模式的断面説明図である。 同じく模式的断面説明図である。 同じく模式的断面説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッド及びインク供給系を示す模式的断面説明図である。 同実施形態におけるインク初期充填の説明に供する模式的断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載する画像形成装置の一例の機構部の概要を示す側面模式的説明図である。 同じく要部平面説明図である。 同じく記録ヘッドの他の例を説明する平面説明図である。 本発明を適用する液体吐出ヘッドの一例を示す分解斜視説明図である。 同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。

符号の説明

１…液体吐出ヘッド
２…ノズル
３…ノズル板
４…流路板
５…振動板
６…共通液室
７…フレーム
９…インク供給口
１０…インク
１１…大気連通機構
１２…可動部材
１３…連通孔
１４…弾性部材
１５…検出器
１７…残留気泡
１８…連通路
２０…インク潮流部
２１…供給路
２２…ポンプ
３０…封止部材
２３４…記録ヘッド

Claims (10)

1. 液体を液滴として吐出する複数のノズルと、個々のノズルに対し連通する液室と、この液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段と、複数の液室に液体を供給する共通液室とを備え、前記共通液室に前記液体が供給される液体吐出ヘッドにおいて、
   前記共通液室の液体流入方向の下流側端部に、液体圧力により可動する可動部材を有し、
   前記可動部材は前記液体圧力により所定量移動した時に大気と前記共通液室内を連通する連通孔を有し、
   前記可動部材の連通孔の開口断面積は前記ノズルの開口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. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記可動部材はヘッドフレームに進退可能に装着され、前記連通孔を遮断する状態に付勢する弾性部材を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記共通液室のノズルの並び方向両端部に前記可動部材が配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項３に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記２つの可動部材が移動することで生じる空間を相互に連通する連通路が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 請求項４に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記連通路は前記可動部材が移動して前記連通孔が大気と前記共通液室とを連通する前に前記２つの空間を連通する位置に設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 液体吐出ヘッドを備えて画像を形成する画像形成装置において、請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６に記載の画像形成装置において、前記共通液室に液体を供給するときに、前記液体吐出ヘッドのノズルが形成された面を密閉する封止手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項６又は７に記載の画像形成装置において、前記共通液室に液体を加圧して供給する加圧供給手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８に記載の画像形成装置において、前記加圧供給手段は前記可動部材の連通孔が大気と前記共通液室内を連通した直後に加圧を停止することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９に記載の画像形成装置において、前記可動部材の連通孔が大気と前記共通液室内を連通したことを検出する手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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