JP5515469B2 - 液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレス加工で形成した流路プレートを積層して流路ユニットを形成した圧電素子方式の液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液滴吐出ヘッド（液体吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、インクジェットヘッドからインク滴を、搬送される用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰ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、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。）に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行なうものであり、インクジェットヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、インクジェットヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

なお、本願において、液体吐出記録方式の「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こと（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。また、「インク」とは、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。また、「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3次元的に造形して形成された像も含まれる。

近年、インクジェット記録装置は高速印字、高画質印字の両立などのニーズが高まってきている。高速印字に関しては、印字媒体に対して平行に１パスで画像形成するライン型ヘッドユニット（ラインヘッド）を用いれば、シリアル方式のインクジェットプリンタに比べて高速印刷が可能となる。ラインヘッドの要求は高まってきており、長尺化した上でなおかつ部品精度を要求される。そのようなラインヘッドに対応したヘッドを形成するにはプレス加工を用いた流路の設計が最も望ましい。

プレス加工によって製造される流路プレートの場合でも、板を加圧することによる剪断力が加わるために、プレートに反りや撓みが生じてしまうという課題がある。プレートの反りやうねり、変形にばらつきが生じると、振動板と圧電素子との組合せに関して均一性が十分に得られない。

複数の流路プレートを積層してインク流路を形成する方法が特許文献１に開示されているが、プレスの打ち抜きによって形成した金属板や、それぞれが湾曲している部材を同一方向に積層すると、流路ユニット全体が大きく湾曲して、圧電素子と流路ユニットの接合の際に均一な接合を行えず、振動板と圧電素子との間に大きなギャップが生じてしまう。反りやうねりを低減する方法として、特許文献１では、部材の湾曲方向を互いに反対にして積層することにより、互いに湾曲しようとする変形を相対的に打ち消し低減する方法を開示している。
特許文献１でも言及されているが、これらの部材はロール材から切り取られて一つの流路プレートとされるため、流路プレートの湾曲の度合いもロール材の製造ロットによって異なる。また、ロール材の湾曲する方向を管理することも要求される。しかも、積層する枚数が偶数の場合は湾曲方向が反対のプレートを同数積層して平面に近い形状にすることが可能であるが、積層枚数が奇数の場合には、どちらかの湾曲方向のプレートが多くなるため、その方向に湾曲してしまい反りを打ち消すことができない。例えば、流路を形成する基本的な機能ノズルを有するオリフィスプレート、チャンバを有するチャンバプレート及び個別供給流路を有するリストリクタプレートの３枚を積層する場合である（この場合、振動板を有するダイアフラムプレートは他のプレートと比較して非常に薄いため剛性が低く、流路プレートの反りに対する影響は無視できる。）。

また、反りやうねりを低減する別の方法として、予め流路基板に反りを持たせておいて接合時の熱によって反りを矯正する方法が特許文献２に開示されている。この場合は、予め反りを持たせるために、成型時の型に意図的に反りを設けて形状を調整したり、形成した流路ユニットに強制的に荷重を加えて反りを追加する必要があり、型に対する特殊な加工又は適度な反りを持たせるための調整が必要となったり、基板に反りを付与する工程を追加する必要があるため、コストが高くなってしまう。

また、端部の流路精度を高める方法として、特許文献３に開示される方法がある。これは、低剛性領域を形成する領域をチャンネル配列方向と直交する方向において設けることによって、チャンネルごとの形状に合わせて端部の形状を低剛性化する方法である。しかし、ノズル列と直交する方向に低剛性となるように空隙部を形成することは、その分ヘッド幅方向のスペースが必要となり、ヘッドの小型化の妨げとなる。さらに、２列構成のインク流路を有するヘッドにおいては、ノズル間の距離を小さくすることができない。また、極力ノズル間ピッチを配置したときのそれぞれの列間での接合不良の確率が高くなり、それぞれの列のインクの混色などが懸念される。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、ヘッドのチャンネル数を増やし長尺化した場合でも寸法精度の高い流路ユニットを安価に形成可能なプレス加工を用いる場合に設計上の制限や、ロット管理が不要であり、かつヘッドサイズの小型化が可能であり、端部と中央部とで吐出特性のバラツキのない液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、液体の流路が形成された複数の流路プレートを積層することによって流路ユニットが形成された液滴吐出ヘッドであって、流路プレートの少なくとも一つは、金属板のプレス加工によって形成された複数のチャンネルが配列されており、金属板のプレス加工でチャンネルが形成された流路プレートは、チャンネル配列方向の両端部に複数の開口を有し、プレス加工によって発生したチャンネル配列方向のたわみの変極点が、チャンネルの列のそれぞれの端において、配列方向の端に位置するチャンネルよりも複数の開口側に位置することを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、上記本発明の第１の態様に係る液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、上記本発明の第１の態様に係る液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、複数の開口を、チャンネルをプレス加工で形成する工程と同じ工程で形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法を提供するものである。

本発明によれば、ヘッドのチャンネル数を増やし長尺化した場合でも寸法精度の高い流路ユニットを安価に形成可能なプレス加工を用いる場合に設計上の制限や、ロット管理が不要であり、かつヘッドサイズの小型化が可能であり、端部と中央部とで吐出特性のバラツキのない液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに画像形成装置を提供できる。

圧電素子方式のインクジェットヘッドの構成を示す図である。 インクジェットヘッドの主要部の斜視図である。 流路プレートのノズル側から見た平面図である。 流路プレートを形成する際に用いる一般的なプレス装置の構成を示す図である。 流路プレートの加工をする際のプレス装置と流路形状との関係を示す図である。 ダミーチャンネルを加工する手法の一例を示す図である。 インクジェットヘッドの流路ユニット、圧電アクチュエータ及びフレームの接合工程を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態に係るインクジェットヘッド主要部の斜視図である。 微小穴を千鳥格子状に配置した状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る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。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の機構部の要部平面説明図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の機構部全体の概略構成図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置の記録ヘッドの構成を示す図である。

〔第１の実施形態〕
図１にインクジェットヘッドの側面断面図、図２に、インクジェットヘッドの主要部の斜視図を示す。また、図３に、流路プレートのノズル側から見た平面図を示す。
オリフィスプレート２は複数のノズル１が列状に形成されている。チャンバプレート４は圧力発生室３が形成されている。リストリクタプレート６は、共通インク供給路１１と圧力発生室３とを連結し、圧力発生室３へのインク流入を制御する個別供給流路５が形成されている。ダイアフラムプレート９は、圧電素子の変位を効率よく圧力発生室３に伝えるための振動板７が形成されており、弾性を有する。また、ダイアフラムプレート９の共通インク供給路１１に面する領域には多数の小孔で形成されたフィルタ８を有する。
以下の説明において、オリフィスプレート２、チャンバプレート４及びリストリクタプレート６を総称する場合は流路プレート２９、オリフィスプレート２、チャンバプレート４、リストリクタプレート６及びダイアフラムプレート９を組み合わせたものを流路ユニット３０と表記する。

ノズル１、圧力発生室３、個別供給流路５の開口形状の加工精度は、インクジェットヘッドのインク吐出特性に大きな影響を及ぼす。複数のチャンネル間において、これらのチャンネル精度バラツキを低く抑えるため、流路プレート２９の製法には高い加工精度が要求される。このため、流路プレート２９はステンレスの精密プレス法によって形成される。精密プレスは熱による伸縮の影響を受けないため、他の製造方法として挙げられる電鋳や金属のエッチングなどの加工法と比較して、各チャンネルを位置精度良く形成することが可能である。

また、流路ユニット３０のダイアフラムプレート９の厚みは、圧電素子１４の変位を効率よく伝えるために２〜１０μｍが望ましい。２〜１０μｍの薄板の振動板は、エッチング又は電鋳法によって形成される。

フレーム１２は、圧電アクチュエータ挿入開口部１０と共通インク供給路１１とが形成されている。フレーム１２は、ステンレス材の切削加工又は樹脂材のモールド成型で製作され、不図示のインクタンクからインクを共通インク供給路１１まで導くインク導入部１３が接合されている。図ではフレーム１２の圧電アクチュエータ挿入開口部１０は大きく開口しているが、圧電素子１４ごとに仕切りを有するように開口することで剛性を高め、複数チャンネルを駆動させた時の相互干渉、いわゆるクロストークを低減できる構造としても良い。

圧電アクチュエータ１６は、複数の圧電素子１４と、それを固定するための導体パターニングがなされた固定部材１５とを有する。圧電素子１４は、圧力発生室３及び振動板７の各々に対応するように配置され、圧電素子１４の一端面は振動板７に接着される。流路ユニット３０と圧電アクチュエータ１６の固定部材１５の両端には位置決めするための案内穴が配置される。流路ユニット３０と圧電アクチュエータ１６との接合組立において、精密加工されて位置決めピンによって一時的に連結し、接着することにより精度良く組み立てられる。固定部材１５には、それぞれの圧電素子１４に外部駆動回路から独立した電気信号を送るための個別電極３１及び共通電極が形成されている。これらの電極により、外部駆動回路から選択的な電気信号が圧電素子１４に印加され、圧電素子１４は歪を生じる。圧電素子１４は、固定部材１５上に保持されているため、振動板７に優先的に変位を与え、圧力発生室３の圧力を高める。

インクジェットヘッドがノズル１からインクを吐出する原理は上記通りであり、記録媒体上にインク画像を形成する装置に用いられる。

インクジェットヘッドは、高画質印字のための微小液滴を吐出するためには、それぞれの流路形状や数十μｍ単位の穴形状を、板厚４０〜１００μｍのプレートに高精度、高密度に加工する必要がある。
図４に、流路プレート２９を形成する際に用いる一般的なプレス装置の構成を示す。プレス加工における剪断型は、プレス機のスライドに取り付けられて上下運動する上型１８と、ボルスターに固定されて用いられる下型１９とで構成される。上型１８が下降することにより、流路プレート２９を剪断加工し、各々のチャンネルが形成される。上型１８は、ダイセット２０ａ、ストリッパプレート２１、パンチ２２、サブガイドポスト２３、パンチプレート２４、不図示のパッキングプレート及びショルダーボルトで構成される。一方、下型１９は、ダイ２５、サブガイドブッシュ２６、ロケーションピン２７、ダイプレート２８、及びダイセット２０ｂで構成される。パンチ２２及びダイ２５は同じ形状に精密に機械加工され、適正クリアランスを保つように固定される。ストリッパプレート２１は、ダイプレート２８とともに流路プレート２９を挟み込んで固定することで、流路プレート２９とパンチ２２とを所定の位置に案内する。また、パンチ２２について上がるのをはぎ取る役目も果たす。ダイセット２０ａ、２０ｂは、サブガイドブッシュ２６とサブガイドポスト２３とによって上下の金型の芯合わせを容易且つ確実にし、段取り替えを短時間で行うために使用される。
プレスの形状精度は剪断切り口面の形状と湾曲とで判断され、通常は、剪断面が大きく、だれ、破断面、返り湾曲が小さい方が好ましい。ここでは板厚４０〜１００μｍの薄板を加工するため、当然湾曲が発生しやすくなる。

図５に、流路プレート２９の加工をする際のプレス装置と流路形状との関係を示す。パンチ２２、ダイ２５、パンチプレート２４、ダイプレート２８、ストリッパプレート２１と、流路プレート２９に設けられるダミーチャンネル３５（ダミーノズル１’、ダミー圧力発生室３’、ダミー個別供給流路５’）及びインク吐出チャンネル３６並びに流路プレート２９の反り、撓みの関係を表したものである。なお、プレス装置と流路プレート２９の関係を明確にするために、流路プレート２９はプレートのパンチ２２方向から見た平面を示している。それぞれのチャンネルを打ち抜く際にストリッパプレート２１及びダイプレート２８によって流路プレート２９を押さえ、位置ズレしないように固定する。流路プレート２９を固定するに際してストリッパプレート２１が流路プレート２９を押さえる状態によって、プレートの反りや撓みの形状に大きな影響を及ぼす。

具体的には、ストリッパプレート２１の全面にわたってインク吐出チャンネル３６が存在する場合（図５（ａ））と、インク吐出チャンネル３６の端部のように片側を完全にプレートとして押さえる（片側にはインク吐出チャンネル３６が存在しない）状態の場合（図５（ｂ））とで、プレートの反りや撓みの形状が異なる。各チャンネルは、形状精度、位置精度を良好にするために、ダイプレート２８とストリッパプレート２１との荷重力によって押さえるときに、プレートをしっかり固定する必要がある。チャンネル内の中央部のようにストリッパプレート２１内全面にわたってインク吐出チャンネル３６が存在する場合は、ダイプレート２８及びストリッパプレート２１で押さえる面積が少ないため、しっかり加圧力を加え、プレスする際にプレートが動かないようにして形状精度、位置精度を良好にする必要がある。
その状態で逆に端部のようにストリッパプレート２１とダイプレート２８に対して押さえる面積が多い場合は、プレートにかかる負荷が必要以上に大きくなる。その状態で端部のチャンネルを打ち抜く場合、ストリッパプレート２１とダイプレート２８とで押さえることのできる領域には、過度に押さえ荷重が働いてしまうため、流路プレート２９にはストリッパプレート２１側に負荷がかかってしまい、チャンネル中央部内とはたわみが異なり、反り形状が大きくなってたわみの変極点３７が発生してしまう。たわみの変極点３７はダイプレート２８とストリッパプレート２１とでの押さえに起因しているため、一般的なプレス加工装置で加工する場合には必ず発生してしまう。

図２、図３、図５に示すように、各流路プレート２９のインク吐出チャンネル３６と同形状のいわゆるダミーチャンネル３５を、最端部のインク吐出チャンネル３６をプレス加工する時の位置において、ストリッパプレート２１及びダイプレート２８の位置する領域以上に設けることにより、ストリッパプレート２１とダイプレート２８とで押さえる面内において、中央部のチャンネルをプレスする場合と端部のチャンネルをプレスする場合とで、構造的にはインク吐出チャンネル３６の端部と中央部とでの差を無くすことができる。
このように、プレス加工型のストリッパプレート２１とダイプレート２８とで押さえる面内で剛性が同一になるようにすることで、ストリッパプレート２１とダイプレート２８とでの押さえによって起こるたわみの変極点３７を、アクチュエータ接合領域よりも外側にできる。このようにすることで、アクチュエータと流路振動板との接合領域にばらつきがなくなり、振動板への圧力特性を同一にすることができ、印字品質の良好なインクジェットヘッドを実現できる。また、インク吐出チャンネル３６と同形状のパンチ２２とすることにより、ダミーチャンネル３５をプレスするためのパンチ２２やダイ２５のプレス型を準備する必要が無くなり、コストを増加させること無く加工が可能となる。ダミーチャンネル３５は、流路プレート２９を加工するパンチ２２を用いてインク吐出チャンネル３６形成時に作成される。

図６にダミーチャンネル３５を加工する別の手法を示す。インク吐出チャンネル３６を加工する前のシート状のブランク材４１から外径形成する過程において、同時にダミーチャンネル３５を形成しておく。ダミーチャンネル３５の加工後に、インク吐出チャンネル３６を形成する。ダミーチャンネル３５については、プレート剛性を同一にする機能は必要であるが、インク吐出チャンネル３６に求めるような数μｍ単位の加工精度は必要としていない。インクジェットヘッドは、一つのヘッド内に１００〜３０００に及ぶチャンネルが配置される。そのような多数のインク吐出チャンネル３６をパンチ２２でプレスするが、繰り返しパンチ２２を使用することによってパンチ２２自身の摩耗が発生してしまい、インク吐出チャンネル３６の形状精度が維持できなくなってしまう。従って、ダミーチャンネル３５までプレス加工によって形成すると、パンチ２２の寿命を縮めてしまうこととなる。パンチ２２の交換頻度が多くなることは、パンチ２２自身のコストの他、プレス型への交換工程が入ってしまいコスト高となる。したがって、パンチ２２を用いずにダミーチャンネル３５を形成することで、パンチ２２の長寿命化を図り、コストを低減できる。

図７に、インクジェットヘッドの流路ユニット３０、圧電アクチュエータ１６及びフレーム１２の接合工程を示す。接合工程は、（ａ）流路ユニット接合工程、（ｂ）アクチュエータ接合工程、（ｃ）フレーム接合工程からなる。流路ユニット３０は、図７（ａ）に示すように、それぞれのプレート（オリフィスプレート２、チャンバプレート４、リストリクタプレート６、ダイアフラムプレート９）を積層して加圧面の平坦度がでた高剛性の加圧ジグ８によって加圧されながら接着される。それぞれのプレートはたわみ方向が同一方向となるように積層される。たわみ方向が相反するように積層するとプレート間にギャップなどが生じてしまい、インク流路内でリークを起こす可能性があるためである。

これにより、変極点３７内側のインク吐出チャンネル領域のたわみは平坦化される。たわみの変極点３７の外側も加圧ジグ３８によってある程度平坦化されるが、圧電アクチュエータ１６と接合できるほどの平坦面とはならない。しかし、たわみの変極点３７を圧電アクチュエータ１６の外側にすることにより、圧電アクチュエータ１６と接合する面は平坦化できる。これにより、振動板７の変位をインク吐出チャンネル３６内において均一化でき、チャンネル間での吐出特性ばらつきの少ない良好なインクジェットヘッドとすることができる。流路ユニット３０におけるダイアフラムプレート９は、圧電素子１４の変位を効率よく伝えるため２〜１０μｍの薄板であるため、他の流路プレートにならう。
その後、図７（ｃ）に示すように、圧電アクチュエータ１６に流路ユニット３０を接合したものをフレーム１２に接合するが、フレーム１２側に対して凹となるように接合することにより、流路ユニット３０とフレーム１２とが密着するため、接合強度が強固になる。これにより、フレーム１２と流路ユニット３０との間でのインク漏れの発生を防止できる。また、剛性の高いフレーム１２と流路ユニット３０とを接合するため、たわみの変極点３７もフレーム１２に倣って接合され、最終的にヘッドの反りやうねりを小さくできる。

このように、プレス加工によって発生するたわみの変極点がチャネルの外側に位置するようにノズル配列方向のチャンネル外側の剛性を低下させることにより、積層して形成した流路ユニットの圧電アクチュエータとの接合面を平坦化できる。よって、アクチュエータと振動板との間のギャップを均一に接合できる。これにより、振動板の変位特性がチャンネル間で均一となり、吐出特性のバラツキが小さいインクジェットヘッドを実現できる。また、プレスによってダミーチャンバを加工して強制的に変形させることにより、素材の持っているたわみの影響を低減でき、流路プレートを形成する各プレートの反りの影響も低減できる。さらに、チャンネル配列方向へ剛性を低下させる開口を形成するため、チャンネル配列方向に直交するヘッドのサイズを小さくできる。しかも狭幅化した場合は、大きな開口を開けて剛性を低下させることがないため、プレートの外形部におけるプレートの折れなどの組み立て時の不具合を低減できる。

〔第２の実施形態〕
図８に、インクジェットヘッド主要部の斜視図を示す。また、図９に、流路プレートのノズル側から見た平面図を示す。
本実施形態においては、それぞれの流路プレート２９は、プレス加工型のストリッパプレート２１とダイプレート２８とで押さえる面内において中央部のチャンネルをプレスする場合と端部のチャンネルをプレスする場合とにおいて剛性が同一となるようにする方式として、各々流路チャンネルの外側に微小穴４２を多数配置することにより、流路チャンネル外側の剛性を低下させている。この場合、互いに積層されるプレート微小穴４２の位置が互いにずれるように微小穴４２を加工する。これによりたわみの変極点３７を外側にするだけでなく、流路プレート２９を接着するさいに互いに微小穴４２の積層面側に流路プレート２９が存在するために接着剤が中に入り込んでアンカーパターンとして接着効果が高まるため、単純にダミーチャンネルを増やした場合よりも流路ユニット３０の接合強度を高められる。そのため、インクのリークをより確実に防ぐことが可能となる。この場合、図９に示すように微小穴４２を千鳥格子状に配置することで、多数の微小穴４２を効率よく配置することが可能となる。

この他については第１の実施形態と同様であるため、重複する説明は割愛する。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることなく様々な変形が可能である。

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画像形成装置の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１１は同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画像形成装置であり、左右の側板２２１Ａ、２２１Ｂ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と、同ヘッドに駆動信号を与える電気回路基板と、同ヘッドに供給するインクを収容するタンクを一体化した液体吐出ヘッドユニットからなる記録ヘッド２３４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つのノズル列を有する液体吐出ヘッドユニット２３４ａ、２３４ｂを１つのベース部材に取り付けて構成したもので、一方のヘッド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、他方のヘッド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、１ヘッド当たり４ノズル列配置とし、１個のヘッドで４色の各色を吐出させることもできる。

また、記録ヘッド２３４のタンク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空吐出受け２８８を配置し、この空吐出受け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。

このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えるので、信頼性が向上する。

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画像形成装置の他の例について図１２を参照して説明する。なお、図１２は同装置の機構部全体の概略構成図である。
この画像形成装置は、ライン型画像形成装置であり、装置本体４０１の内部に画像形成部４０２等を有し、装置本体４０１の下方側に多数枚の記録媒体（用紙）４０３を積載可能な給紙トレイ４０４を備え、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。

また、装置本体４０１に対して着脱可能な両面ユニット４０７を備え、両面印刷を行うときには、一面（表面）印刷終了後、搬送機構４０５によって用紙４０３を逆方向に搬送しながら両面ユニット４０７内に取り込み、反転させて他面（裏面）を印刷可能面として再度搬送機構４０５に送り込み、他面（裏面）印刷終了後排紙トレイ４０６に用紙４０３を排紙する。

ここで、画像形成部４０２は、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色の液滴を吐出する、ライン型の４個の本発明に係る液体吐出ヘッドと当該液体吐出ヘッドにインクを供給するサブタンクを一体化して構成した記録ヘッド４１１ｙ、４１１ｍ、４１１ｃ、４１１ｋ（色を区別しないときには「記録ヘッド４１１」という。）を備え、各記録ヘッド４１１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に装着している。

なお、１つの記録ヘッド４１１は、図１３に示すように、複数（この例では６個）のサブタンク一体型の本発明に係る液体吐出ヘッド５０１Ａ〜５０１Ｆをベース部材５０２に所定の位置関係で配列して構成しているが、１つのフルライン型液体吐出ヘッドで構成することもできる。

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４１２ｙ、４１２ｍ、４１２ｃ、４１２ｋ（色を区別しないときには「維持回復機構４１２」という。）を備え、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。

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、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、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４４３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。更に、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、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、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などを有している。なお、搬送機構としては例えばエアー吸引によって搬送ベルトに被記録媒体を吸着させるものなども使用できる。

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、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。

このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、信頼性が向上する。

なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の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、前述したように、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができ、また、前述したように狭義のインク以外の液体や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。

１ ノズル
１’ ダミーノズル
２ オリフィスプレート
３ 圧力発生室
３’ ダミー圧力発生室
４ チャンバプレート
５ 個別供給流路
５’ ダミー個別供給流路
６ リストリクタプレート
７ 振動板
８ フィルタ
９ ダイアフラムプレート
１０ 圧電アクチュエータ挿入開口部
１１ 共通インク供給路
１２ フレーム
１３ インク導入部
１４ 圧電素子
１５ 固定部材
１６ 圧電アクチュエータ
１８ 上型
１９ 下型
２０ ダイセット
２１ ストリッパプレート
２２ パンチ
２３ サブガイドポスト
２４ パンチプレート
２５ ダイ
２６ サブガイドブッシュ
２７ ロケーションピン
２８ ダイプレート
２９ 流路プレート
３０ 流路ユニット
３１ 個別電極
３２ 記録ユニット
３３ 印刷媒体
３４ インクカートリッジ
３５ ダミーチャンネル
３６ インク吐出チャンネル
３７ 変極点
３８ 加圧ジグ
４０ 駆動源
４１ ブランク材
４２ 微小穴

特開２００８−０８７２５９号公報 特開平９−１３１８８１号公報 特開２００５−５９３９３号公報

Claims (12)

1. 液体の流路が形成された複数の流路プレートを積層することによって流路ユニットが形成され、前記流路に面して設けられ、圧電部材が接合された振動板を変位させて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、
   前記流路プレートの少なくとも一つは、金属板のプレス加工によって形成された複数のチャンネルが配列されており、
   前記金属板のプレス加工でチャンネルが形成された流路プレートは、チャンネル配列方向の両端部に複数の開口を有し、
   前記プレス加工によって発生した前記チャンネル配列方向のたわみの変極点が、チャンネルの列のそれぞれの端において、配列方向の端に位置するチャンネルよりも前記複数の開口側に位置することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記金属板のプレス加工でチャンネルが形成された流路プレートとして、前記複数の流路プレートは、ノズルが形成されたノズルプレート、圧力室が形成された圧力室プレート、前記圧力室に液体を供給する個別供給流路が形成された個別供給流路プレートを含むことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記複数の開口が、同じ流路プレートに形成されたチャンネルと同一形状かつ同一の配列ピッチで形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記複数の開口は、同じ流路プレートに形成されたチャンネルよりもそれぞれが小さい多数の穴であることを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記流路プレートの複数に前記多数の穴で形成された複数の開口を有し、前記流路プレートを積層した時に前記多数の穴同士が重ならない位置に形成されていることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記流路プレートの複数に、前記複数の開口が形成され、前記複数の開口が形成された流路プレート同士は、前記チャンネルの配列方向のたわみが同一方向となるように積層されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッド。
7. 積層された複数の前記流路プレートからなる流路ユニットが、前記流路ユニットを保持するフレームに凹となるように接合されており、前記流路ユニットの凹形状が、前記チャンネル配列方向のたわみにより形成されたものであることを特徴とする請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１から７のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、
   前記複数の開口を、前記チャンネルをプレス加工で形成する工程と同じ工程で形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
10. 請求項１から７のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、
    前記複数の開口を、前記チャンネルをプレス加工で形成する工程よりも前の、前記流路プレートの外形を加工する工程において形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記チャンネル配列方向端部をプレス加工する際に、プレス加工型のストリッパプレートとダイプレートとで押さえる面内での流路プレートの剛性が、チャンネル配列方向中央部と同一となるように前記開口を形成することを特徴とする請求項９又は１０記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記複数の開口を、同じ流路プレートに形成されるチャンネルと同一形状かつ同一の配列ピッチ、なおかつ、前記ストリッパプレート及び前記ダイプレートの幅以上の範囲に形成することを特徴とする請求項１１記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。

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