JP6064470B2 - 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。

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、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）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。

液体吐出ヘッドにおいては、ノズルから液滴を吐出するために、ノズルの形状及び精度が滴体積や滴速度など滴吐出特性に大きな影響を与える。また、ノズルとなるノズル孔が形成されるノズル形成部材であるノズル基材の表面特性が、滴吐出特性に大きな影響を与えることも知られている。例えば、ノズル基材表面のノズル孔周辺部に液体（インク）が付着すると、滴吐出方向が曲げられ、あるいは、滴の大きさにバラツキが生じ、あるいは滴吐出速度が不安定になるなどの不都合が生じる。

そこで、ノズル板の滴吐出側表面に撥液膜（撥インク膜）を形成することにより、ノズルの滴吐出側表面の均一性を高めることで滴吐出特性の安定化を図っている。

そして、従来、ノズル板の表面からノズルの内壁面まで撥液膜を形成した液体吐出ヘッドが知られている（特許文献１、２）。

特開２００２−２１９８０８号公報 特開２００９−２２０４７１号公報

しかしながら、上述したようにノズル内壁面まで撥液膜を形成した場合、撥液膜の端部で急激に毛管力が変化するため、メニスカスが撥液膜の端部で局所的に止められるピン止めが発生して、噴射曲がりや不吐出などの滴吐出不良が生じ易くなるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、滴吐出不良の発生を低減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、
液滴を吐出するノズルが形成されたノズル板を備え、
前記ノズル板は、前記ノズルとなるノズル孔を形成したノズル基材の滴吐出面側表面及び前記ノズルの内壁面の少なくとも前記滴吐出面側に撥液膜が形成され、
前記ノズルの断面形状は、前記滴吐出面側と反対側に向かってノズル径が大きくなるテーパ形状又はラウンド形状若しくは逆ラウンド形状であり、
前記ノズルの前記テーパ形状又はラウンド形状若しくは逆ラウンド形状の内壁面に形成された前記撥液膜の表面は、滴吐出面側から前記滴吐出面側と反対側に向かって連続的に単位面積当りの撥液基の数が少なくなっている
構成とした。

本発明によれば、滴吐出不良の発生を低減することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの一例のノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図である。 同じくノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。 本発明の第１実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の拡大断面説明図である。 同実施形態のノズル内壁面の撥水膜表面の親液基と撥液基の変化の一例の説明に供する説明図である。 同じくノズル内壁面の撥液膜の接触角θの余弦（ｃｏｓθ）の変化の一例の説明に供する説明図である。 同じくノズル径の変化の説明に供する説明図である。 同じくノズル内の毛細管力に相当するｃｏｓθ／φの値の変化の一例の説明に供する説明図である。 同じく滴吐出時のメニスカスの状態の説明に供する説明図である。 比較例１の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 比較例２の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 同じくノズル内壁面の撥液膜の接触角θの余弦（ｃｏｓθ）の変化の一例の説明に供する説明図である。 同じくノズル内の毛細管力に相当するｃｏｓθ／φの値の変化の一例の説明に供する説明図である 比較例３の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 本発明の第２実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 同じくノズル径の変化の説明に供する説明図である。 同じくノズル内の毛細管力に相当するｃｏｓθ／φの値の変化の一例の説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 同じくノズル径の変化の説明に供する説明図である。 同じくノズル内の毛細管力に相当するｃｏｓθ／φの値の変化の一例の説明に供する説明図である。 第１実施形態に係るノズル板の製造方法の一例の説明に供する模式的断面説明図である。 本発明の第４実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 本発明の第５実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 本発明の第６実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 本発明の第７実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 同じくノズル内壁面の撥水膜の接触角が大きすぎる場合の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例の機構部全体の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１及び図２を参照して説明する。図１は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図、図２は同じくノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、流路板（液室基板、流路部材）１と、この流路板１の下面に接合した振動板部材２と、流路板１の上面に接合したノズル部材であるノズル板３とを有している。

これらによって液滴（液体の滴）を吐出する複数のノズル４がそれぞれ通路５を介して通じる複数の液室（加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、液室６にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、この流体抵抗部７を介して液室６と連通する連通部８を形成し、連通部８に振動板部材２に形成した供給口９を介して後述するフレーム部材１７に形成した共通液室１０からインクを供給する。

流路板１は、シリコン基板をエッチングして通路５、液室６、流体抵抗部７などの開口をそれぞれ形成している。なお、流路板１は、例えば、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（プレス）などの機械加工することで形成することもできる。

振動板部材２は、各液室６に対応してその壁面を形成する各振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、振動領域２ａの面外側（液室６と反対面側）に島状凸部２ｂが設けられ、この島状凸部２ｂに振動領域２ａを変形させ、液滴を吐出させるエネルギーを発生する駆動素子（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての積層型圧電部材１２、１２の柱状の圧電素子（以下、「圧電柱」という。）１２Ａ、１２Ｂの上端面（接合面）を接合している。また、積層型圧電部材１２の下端面はベース部材１３に接合している。

ここで、圧電部材１２は、ＰＺＴなどの圧電材料層２１と内部電極２２ａ、２２ｂとを交互に積層したものであり、内部電極２２ａ、２２ｂをそれぞれ端面に引き出して、この側面に形成された端面電極（外部電極）２３ａ、２３ｂに接続し、端面電極（外部電極）２３ａ、２３ｂに電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。この圧電部材１２は、ハーフカットダイシングによる溝加工を施して１つの圧電部材に対して所要数の圧電柱１２Ａ、１２Ｂを形成したものである。

なお、圧電部材１２の圧電柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を圧電柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を圧電柱１２Ｂとして区別している。この場合、図２に示すように、駆動用圧電柱１２Ａと支柱用圧電柱１２Ｂとを交互に使用するバイピッチ構成でも、あるいは、すべての圧電柱を駆動用圧電柱１２Ａとして使用するノーマルピッチ構成のいずれでも採用できる。

これにより、ベース部材１３上に駆動素子としての複数の駆動用圧電柱１２Ａが並べて配置された駆動素子列（駆動用圧電柱１２Ａの列）が２列設けられた構成としている。

また、圧電部材１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室６内インクを加圧する構成としているが、積層型圧電部材１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて液室６内インクを加圧する構成とすることもできる。

そして、圧電部材１２の各駆動用圧電柱１２Ａの外部電極２３ａには駆動信号を与えるために配線手段としてのＦＰＣ１５を直接接続し、このＦＰＣ１５には圧電部材１２の各駆動用圧電柱１２Ａに対して選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１６が実装されている。なお、すべての圧電柱１２Ａの外部電極２３ｂは電気的に共通に接続されてＦＰＣ１５の共通配線に同じく接続される。

ノズル板３は、各液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を構成するノズル孔が形成されたノズル基材３１の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面、ノズル形成面）に撥液膜３２を形成して構成している。

また、ＦＰＣ１５を実装した（接続した）圧電部材１２及びベース部材１３などで構成される圧電型アクチュエータユニットの外周側には、エポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７を接合している。そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室１０を形成し、更に共通液室１０に外部からインクを供給するための供給口１９を形成し、この供給口１９は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動用圧電柱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柱１２Ａが収縮し、振動板部材２の振動領域２ａが下降して液室６の容積が膨張することで、液室６内に液体が流入し、その後圧電柱１２Ａに印加する電圧を上げて圧電柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材２をノズル４方向に変形させて液室６内の液体が加圧され、ノズル４から液滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電柱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、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１０から液室６内に液体が充填される。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なうこともできる。

次に、本発明の第１実施形態について図３を参照して説明する。図３は同実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の拡大断面説明図である。

ノズル板３は、ノズル４となるノズル孔４１を形成したノズル基材３１の滴吐出面側表面３１ａ及びノズル４の内壁面（ノズル孔４１の周面）に撥液膜（撥液層）３２を成膜したものである（ノズル内壁面の撥液膜３２を撥液膜３２ａとする）。なお、ノズル基材３１と撥液膜３２との間に、ノズル基材３１と撥液膜３２との密着性を向上するためのＳｉＯ_２などの下地膜を成膜しても良い。

ここで、図４に示すように、ノズル内壁面の撥液膜３２ａの表面は、滴吐出面側から滴吐出面側と反対側（液室６側）に向かって連続的に単位面積当りの撥液基（撥水基）の数が少なくなっている。言い換えれば、ノズル内壁面の撥液膜３２ａは、ノズル４の内壁面では、液室側から滴吐出面に向かって連続的に単位面積当りの親液基（親水基）の数が多くなっている。

これにより、ノズル内壁面の撥液膜３２ａの接触角θは、滴吐出面側から液室面側に向かって連続的に小さくなり、接触角θの余弦（ｃｏｓθ）は、図５に示すように、滴吐出面側から液室面側に向かって連続的に大きくなる。

一方、ノズル４の径（ノズル径）φは、ノズル４を断面形状でテーパ形状としているので、図６に示すように、滴吐出面側から液室面側に向かって連続的に小さくなる。

ここで、ノズル４内の毛細管力はノズル径φに反比例し、接触角θの余弦、すなわちｃｏｓθに比例する。したがって、本実施形態では、ｃｏｓθ／φの値は、図７に示すように一定に近くなる。つまり、毛細管力は、変曲点がなく、液室面側から滴吐出面側まで連続的に変化する。

このように、ノズル４の内壁面において、毛細管力の変化が少なくなることで、図８に示すように、液室６内の液体４０を加圧して液滴を吐出させるとき、ノズル４の中心（滴吐出方向の中心位置）Ｏに対して対称形状のメニスカス４２が形成される。

これにより、滴３００に分離する前の尾引き部分３０１はノズル４の中心位置Ｏとなって、滴３００は滴吐出方向が曲がることなく吐出される。

ここで、比較例１について図９を参照して説明する。図９は同比較例１の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。

この比較例１では、ノズル基材３１の滴吐出面側表面３１ａのみに撥液膜３２を形成し、ノズル４の内壁面には撥液膜３２を形成していない。

この比較例１では、ノズル４のエッジ部でノズル径φと接触角θが急激に変化する点、すなわち、メニスカス４２が止められる点が存在することになる。そのため、滴吐出のためにメニスカス４２の端部が振動した場合、部分的にメニスカス４２の端部がトラップされる（これを「ピン止め」という。）。このピン止め現象は、ノズル４内の毛細管力の急激な変化によって引き起こされ、前述したように、毛細管力は、ノズル径φに反比例し、接触角θの余弦（ｃｏｓθ）に比例している。

このようなメニスカス４２のピン止めが発生すると、図９に示すように、滴３００が分離される前の尾引き部分３０１がピン止めされた側に引き寄せられてノズル４の中心位置Ｏからずれるため、滴の形成が非対称となって、噴射曲がりが生じやすくなり、印刷画像のスジやムラの原因となる。

次に、比較例２について図１０を参照して説明する。図１０は同比較例２の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。

この比較例２では、ノズル基材３１の滴吐出面側表面３１ａに撥液膜３２を形成し、更にノズル４の内壁面の途中まで撥液膜３２（ノズル内壁面撥液膜３２ｂ）を形成している。

この比較例２では、ノズル４内での接触角θの余弦（ｃｏｓθ）は、図１１に示すように、撥液膜３２が無い部分と有る部分でそれぞれ一定の値を示す。そのため、ｃｏｓθ／φの値は、図１２に示すように、ノズル内壁面撥液膜３２ｂのノズル内端部にあたる箇所で急激に変化し、メニスカスがとどまりやすい箇所となる。

つまり、この比較例２においても、図１０に示すように、メニスカス４２が局所的に止められる点が存在し、液滴吐出のためにメニスカス４２の端部が振動した場合に部分的にメニスカス４２の端部がトラップされる。そのため、滴の形成が非対称となって、噴射曲がりが生じやすくなり、印刷画像のスジやムラの原因となる。

次に、比較例３について図１３を参照して説明する。図１３は同比較例３の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。

この比較例３では、本実施形態と同様に、ノズル４の内壁面全体に撥液膜３２（ノズル内壁面撥液膜３２ｃ）を形成しているが、ノズル内壁面における撥液膜３２ｃは親液基の数が一定である。

そのため、ノズル４の入口でメニスカス４２が部分的にピン止めされ、ノズル４内へ液体４０が充填されず、不吐出の原因となる。

これに対し、本実施形態によれば、上述したように、ノズル４の内壁面における撥液膜３２ａは滴吐出面側から液室側に向けて撥液基の数が少なくなることで、毛細管力が局所的に変化する変曲点がなくなり、メニスカス４２が部分的にピン止めされることがなくなり、噴射曲がりや不吐出が低減する。

次に、本発明の第２実施形態について図１４を参照して説明する。図１４は同実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。

本実施形態では、ノズル４の断面形状をラウンド形状としている。このラウンド形状では、ノズル径φはノズル４の滴吐出面側から液室側に向かって大きくなる。このようなノズル形状を有するノズル板は例えば電鋳法で容易に形成することができる。

また、撥液膜３２はノズル４の内壁面まで形成し、前記第１実施形態と同様に、ノズル４の内壁面に形成された撥液膜３２ａの表面では、滴吐出面側から滴吐出面側と反対側（液室６側面）に向かって連続的に単位面積当たりの撥液基の数が少なくなっている。

このように構成したので、ノズル４のノズル径φの値が図１５に示すようにカーブを描きながらも減少していくため、ｃｏｓθ／φは図１６に示すように、変曲点がないまま、カーブを描きながらも一定に近い値をとりつづける。

これにより、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第３実施形態について図１７を参照して説明する。図１７は同実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。

本実施形態では、ノズル４の断面形状を逆ラウンド形状としている。この逆ラウンド形状でも、ノズル径φはノズル４の滴吐出面側から液室側に向かって大きくなる。このようなノズル形状を有するノズル板は例えばエッチングで容易に形成することができる。

また、撥液膜３２はノズル４の内壁面まで形成し、前記第１実施形態と同様に、ノズル４の内壁面に形成された撥液膜３２ａの表面では、滴吐出面側から滴吐出面側と反対側（液室６側）に向かって連続的に単位面積当たりの撥液基の数が少なくなっている。

このように構成したので、ノズル４のノズル径φの値が図１８に示すようにカーブを描きながらも減少していくため、ｃｏｓθ／φは図１９に示すように、変曲点がないまま、カーブを描きながらも一定に近い値をとりつづける。

次に、前記第１実施形態に係るノズル板の製造方法の一例について図２０を参照して説明する。図２０は同説明に供する模式的断面説明図である。

まず、図２０（ａ）に示すように、ノズル基材３１の滴吐出面及び内壁面に撥液膜３２を形成する。

その後、図２０（ｂ）に示すように、ノズル４の液室側からプラズマ等のエネルギーの照射５１を行う。このプラズマ等のエネルギーの照射５１により、撥液膜３２は液室側に近い部分がより優先的にエッチングされて撥液基が除去される。

この場合、単純にプラズマ照射を行うことで、本願発明のような特性が得られるものではなく、撥液基の数が勾配をもつ特性を得るためには、撥液膜の材料や撥液膜の重合度などによって、プラズマ発生源のガス種、処理時の真空度、エネルギー（電圧・電流）・処理時間などを調整する必要がある。このときのプラズマ照射が強すぎると、内壁の撥液基はほとんど無くなり、弱すぎると撥液膜が除去されなくなる。

したがって、撥液膜の材料や撥液膜の重合度などに応じて、プラズマ照射時の上述したエネルギーや処理時間などを、撥液膜３２は液室側に近い部分がより優先的にエッチングされて撥液基が除去されるように調整する。

これにより、図２０（ｃ）に示すように、ノズル４の内壁面に形成された撥液膜３２ａの表面は、滴吐出面側から滴吐出面側と反対側（液室側）に向かって連続的に単位面積当たりの撥液基の数が少なくなるノズル板３が得られる。

つまり、一般的に撥液膜３２の接触角θは、撥液膜３２を構成する分子中の撥液基の数により増減することが知られている。

例えば、撥液膜３２がＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）により構成されている場合、特に撥液性を示す官能基は−ＣＦ３（トリフルオロメチル）基である。撥液膜３２に含まれる他の官能基と比較し、撥液基の数が連続的に減少する形状を作製することで接触角θが連続的に減少する形状を得ることになる。

このような形状を得る方法の一例として、上述したように、ノズル基材３１のノズル内壁及び両面全体に撥液膜３２を成膜した後、液室側からプラズマ等のエネルギーの照射５１を行う。

このプラズマ等のエネルギー照射５１により撥液膜３２は液室側に近い部分がより優先的にエッチングされる。そのため、撥液膜３２内の撥液基の数が減り、接触角θがノズル内壁で連続的に減少する形状を得ることができる。

撥液基の数を評価する方法として、飛行時間二次イオン質量分析などが有効な方法である。検出された二次イオンに含まれる撥液基由来の二次イオンが多いほど、撥液基の比率が高く、接触角θが大きい。本発明においては、ノズル断面中の撥液基が図４に示すように、液室側から滴吐出面側に向けて撥液基の数が多くなっていることが理想である。

なお、上述した製造方法は、前記第２、第３実施形態及び後述する実施形態のノズル板の撥水膜の製造方法にも同様に適用することができる。

次に、本発明の第４実施形態について図２１を参照して説明する。図２１は同実施形態のノズル板のノズル部分の説明図である。

本実施形態では、ノズル板３のノズル４の断面形状（ノズル基材３１のノズル孔４１の断面形状）を、ノズル４の滴吐出面側にノズル径φが一定である直線部分４ａを有し、直接部分４ａの端部から液室側に向かって拡がる（ノズル径φが大きくなる）テーパ部分４ｂを有する形状としている。

例えば、ノズル基材３１をプレス加工してノズル４となるノズル孔４１を形成する場合、上述したノズル４の形状を得るパンチは、直線部分４ａとテーパ部分４ｂに対応する形状を有する。

ここで、直線部分４ａを設けることで、ノズル孔４１を形成するときにパンチの押し込み量が変化した場合でも、ノズル４の滴吐出面におけるノズル径φが変化することを防ぐことができる。

次に、本発明の第５実施形態について図２２を参照して説明する。図２２は同実施形態のノズル板のノズル部分の説明図である。

本実施形態では、ノズル板３のノズル４の断面形状（ノズル基材３１のノズル孔４１の断面形状）を、ノズル４の滴吐出面側からノズル径φが漸次大きくなるテーパ部分４ｂを有し、テーパ部分４ｂの端部から液室側に向かってノズル径φが一定の直接部分４ａを有する形状としている。

上述したように、ノズル基材３１をプレス加工してノズル４となるノズル孔４１を形成する場合、最もパンチが折れやすくなるのは、滴吐出面付近の細い部分である。そこで、パンチが進入する側の液室付近の太い部分を増やしておくことで、パンチ折れを防ぐことができる。

次に、本発明の第６実施形態について図２３を参照して説明する。図２３は同実施形態のノズル板のノズル部分の説明図である。

本実施形態では、ノズル板３のノズル４の断面形状（ノズル基材３１のノズル孔４１の断面形状）を、ノズル４の滴吐出面側からノズル径φが一定となる直線部分４ａ１と、直線部分４ａ１の端部からノズル径φが漸次大きくなるテーパ部分４ｂを有し、テーパ部分４ｂの端部から液室側に向かってノズル径φが一定の直接部分４ａ２を有する形状としている。

これにより、前記第４、第５実施形態の作用効果を併せて得ることができる。

次に、本発明の第７実施形態について図２４及び図２５を参照して説明する。図２４及び図２５は同実施形態の説明に供するノズル板のノズル部分の説明図である。

液体吐出ヘッドに液体を充填したとき、図２４に示すように、ノズル４内におけるメニスカス４２はノズルエッジ部にて形成されていることが好ましい。

ここで、ノズル４の内壁面の接触角θが高すぎるとき、図２５に示すように、液体がノズルエッジまで充填されず、ノズル４内の途中でメニスカス４２が形成されるおそれがある。

そこで、ノズル４の内壁面に形成する撥液膜３２ａの接触角θの上限を８０°以下とすることが好ましい。これにより、上述した図２４に示すように、ノズル４内全体に液体を充填することができる。

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２６を参照して説明する。図２６は同装置の機構部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を備えている。

そして、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、例えばブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の液滴を吐出する、フルライン型の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド４１１ｋ、４１１ｃ、４１１ｍ、４１１ｙ（色を区別しないときには「記録ヘッド４１１」という。）を備えている。

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、フルライン型とは、１つで１ライン分を構成する場合も、複数のヘッドを千鳥状に配置して１ライン分を構成する場合のいずれも含まれる。

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。）を備えている。

そして、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、ブランク、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液体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、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。その後、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。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。

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、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、高速で、高画質画像を安定して形成することができる。

なお、本願において、「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。

また、「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、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。

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、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、画像形成装置には、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

１ 流路板
２ 振動板部材
３ ノズル板
４ ノズル
６ 個別液室
１２ 圧電部材
１７ フレーム部材
３１ ノズル基材
３２ 撥液膜
３２ ノズル内壁面の撥液膜
４１１ｋ、４１１ｃ、４１１ｍ、４１１ｙ 記録ヘッド

Claims (4)

1. 液滴を吐出するノズルが形成されたノズル板を備え、
   前記ノズル板は、前記ノズルとなるノズル孔を形成したノズル基材の滴吐出面側表面及び前記ノズルの内壁面の少なくとも前記滴吐出面側に撥液膜が形成され、
   前記ノズルの断面形状は、前記滴吐出面側と反対側に向かってノズル径が大きくなるテーパ形状又はラウンド形状若しくは逆ラウンド形状であり、
   前記ノズルの前記テーパ形状又はラウンド形状若しくは逆ラウンド形状の内壁面に形成された前記撥液膜の表面は、滴吐出面側から前記滴吐出面側と反対側に向かって連続的に単位面積当りの撥液基の数が少なくなっている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記ノズルの内壁面は、滴吐出面側に、滴吐出方向と平行な直線部分を有してい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. 前記ノズルの内壁面における前記撥液膜の液体に対する静的接触角の上限が８０°以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 請求項１ないし３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。

Images