JP6603981B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び画像形成装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、圧力室内の記録液を循環させつつ、ノズル孔から記録液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置に関する。

一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機などの画像形成装置には、インクジェット記録等の液滴吐出ヘッドが搭載されている。液滴吐出ヘッドは、そのノズル孔から用紙(紙に限定するものではなく、OHPなどを含む)に向かって記録液(インク)を吐出することにより用紙上に記録を行うことができる。このような液滴吐出ヘッドを用いれば、高精細なカラー画像を高速で記録することが可能となる。

上記液滴吐出ヘッドは、一般に複数のノズル列を有し、該ノズル列に対応して複数の圧力室が設けられている。これら複数の圧力室には、比較的容積の大きな共通の記録液貯留部(共通供給流路)が連通されているのが一般的である。

そして、これら複数の圧力室に選択的にエネルギーを印加することによって、ノズル孔から記録液が吐出され、任意の画像をオンデマンドで得ることができる。エネルギーの印加媒体としては、圧電素子やヒーターチップなどがある。

近年、より高品位な画像を、より速い印刷速度で出力することが求められるようになっている。前者の要求(つまり、より高品位な画像の出力という要求)に対しては、ノズルの数、ノズルの密度共に増加する傾向にある。それに伴い、各圧力室間隔は狭まっている。また、エネルギー印加の周波数も高くなる傾向にある。一方、後者の要求(つまり、より速い印刷速度で出力するという要求)に対しては、ヘッドの長尺化が試みられており、近年では記録媒体の幅全領域を覆うことのできる、いわゆるライン型プリンタもある。

さらに、このような液滴吐出技術は、画像の形成のみならず、いわゆる三次元造形システムや、ティッシューエンジニアリングなどのバイオサイエンス分野にも適用範囲が広がり、インクのみならず、さまざまな記録液を吐出する用途に使用されている。

また、記録液(インク)を圧力室に循環させつつ、圧電素子によって圧力室内に圧力を発生させ、圧力室内の記録液をノズル孔から吐出する液滴吐出ヘッドが知られている。この液滴吐出ヘッドは、記録液の循環方向に沿って、圧力室の上流側に共通供給流路が、下流側に共通戻り流路がそれぞれ設けられ、共通供給流路と共通戻り流路との間に圧力差を生じさせることで、圧力室内の記録液を循環させるようになっている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。このような液滴吐出ヘッドにおいては、圧力室内の記録液は常に流動しており、記録液内に含まれる物質が沈降するのを回避することができる。

さらに、エネルギー発生素子として、発熱抵抗体を用いた液滴吐出ヘッドの例であるが、記録液の循環方向に沿って圧力室の上流側に近い側において、上流側の循環路と下流側の循環路がインク貯留層に通じる構成が示されている(特許文献3参照)。

この特許文献3では、循環路が支持板の内部に形成され、流路形成基板は、グレーズドアルミナ基板や単結晶シリコン、金属等を用いて、フォトリソグラフィー手法で形成されるため、微細な加工が可能である。

しかしながら、特許文献1や特許文献2では、共通供給流路、圧力室、及び共通戻り流路が平面的に配置されている。すなわち、記録液の循環方向に沿って、共通供給流路は圧力室の上流側に、共通戻り流路は圧力室の下流側にそれぞれ配置され、共通供給流路、圧力室、及び共通戻り流路が略同一面上に位置している。その結果、液滴吐出ヘッドが、圧力室の長手方向に大きくなってしまうという問題がある。

また、上記構成の液滴吐出ヘッドには、記録液の流動方向が逆転しやすいという問題もある。すなわち、特にヘッドの駆動時(圧電素子を駆動させて、ノズルより液滴を吐出しているとき)においては、共通供給流路側から記録液を供給し、共通戻り流路側へと記録液を流動させる際、記録液の流動方向は常に一定であることが好ましい。これが逆転するような記録液の流動、つまり、記録液が共通戻り流路側から共通供給流路側へと流れると、記録液が圧力室内で衝突することになり、意図しない圧力のロスが生じる。

さらに、共通供給流路側からの記録液の供給と、共通戻り流路側からの記録液の戻りとによって、記録液のリフィル周期が重畳して、予期せぬ吐出の不具合を生じる恐れがある。

これを回避するために、特許文献1には、圧力室の一部に狭隘部を設けて流体抵抗を高めることで、記録液の流動方向を一定に保持することが示されている。しかし、この特許文献1では、ノズル孔に近い側の共通流路(例えば、共通戻り流路)よりリフィルすることになるが、リフィル振動を減衰する管路が短いために、その影響を大きく受け、好ましいことではない。

また、特許文献3においては、循環路が形成される支持板は、そのサイズが大きいために、コストの高い部品や製法を用いることになり、現実的ではない。すなわち、特許文献3においては、アルミニウムやSUSなどの金属を用い、1mm以上の深さの溝を設けて、これを循環路としている。このような大きさの循環路は、当然ながら、圧力室よりも流体抵抗が格段に小さい。この場合、エネルギー発生素子により発生した圧力が、循環路側に逃げてしまい、圧力室の圧力が上がらず、吐出の効率が著しく低下する。

本発明の課題は、圧力室内に液体の循環流が生じるタイプにおいて、ヘッド本体の大型化を回避することができる液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、液体を吐出する複数のノズルに各々連通する複数の圧力室と、前記圧力室と前記ノズルとを連通させる連通路と、前記液体の流れ方向において上流から複数の前記圧力室に連通し、前記圧力室に液体を供給する共通供給流路と、前記液体の流れ方向において下流から複数の前記圧力室に連通し、前記共通供給流路から前記圧力室に供給された前記液体の一部が、複数の前記圧力室からそれぞれ戻される共通戻り流路と、前記圧力室内に圧力を発生させるエネルギー発生素子とを備え、前記液体の吐出方向から見たときの前記圧力室の長手方向において、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路を前記圧力室に対して同じ側に配置し、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路は、前記圧力室が形成された流路形成基板とは異なる流路部材に設けられ、前記流路部材内で前記液体の吐出方向及び前記圧力室の並び方向と直交する方向から見て重なるように配置されることを特徴とする。

本発明によれば、圧力室の長手方向において、共通供給流路及び共通戻り流路が圧力室に対して同じ側に配置されているので、液滴吐出ヘッドが圧力室に沿った方向に拡大されるのを抑えることができる。その結果、圧力室内に液体の循環流が生じるタイプにおいて、液滴吐出ヘッドの大型化を回避することが可能となる。

実施例1による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。 図1における流路形成基板を上方から見たときの図である。 図1における流路形成基板を下方から見たときの図である。 図1のSA−SA線に沿った断面図である。 圧力室、戻り流路、及び連通路を示す斜視図である。 図2のSB1−SB1線に沿った断面、またはSB2−SB2線に沿った断面を示す図である。 図2のSC1−SC1線に沿った断面、またはSC2−SC2線に沿った断面を示す図である。 実施例2による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。 実施例3による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。 実施例4による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。 実施例5を示しており、実施例1〜4の液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置の構成図である。 図11の画像形成装置の要部を示す平面図である。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

《実施例1》
図1は、実施例1による液滴吐出ヘッドの縦断面図である。本実施例による液滴吐出ヘッド10は、ノズル板11、ノズル板11上に設けられた流路形成基板12、流路形成基板12の上側に設けられた振動板13、及び振動板13上に設けられた積層型の圧電素子(PZT)14A,14Bを備えている。また、液滴吐出ヘッド10は、圧電素子14A,14Bの側面にそれぞれ取り付けられたフレキシブル基板15A,15B、及び圧電素子14A,14B上にそれぞれ設けられたベース部材16を備えている。さらに、液滴吐出ヘッド10はハウジング17を備えており、このハウジング17は、圧電素子14A,14B、フレキシブル基板15A,15B、及びベース部材16等を内包している。なお、本実施例では、圧電素子14A,14Bはエネルギー発生素子を構成している。また、ノズル板11には、ノズルとしてノズル孔11A,11Bが形成されている。

図2は図1の流路形成基板12を上方(つまり、振動板13側)から見たときの図、図3は同流路形成基板12を下方(つまり、ノズル板11側)から見たときの図である。

図2及び図3に示すように、流路形成基板12は上面視または下面視で長方形の平板状を成している。流路形成基板12の上面側(振動板13との対向面側)には、圧力室18A,18Bが各々複数個ずつ形成されている。また、流路形成基板12の上面側には、長辺側の両端部(図の上下両側端部)に共通供給流路21A,21Bがそれぞれ形成されている。圧力室18A,18Bは溝状を成しているが、それらの上面は振動板13(図1参照)で覆われている。また、共通供給流路21A,21Bも溝状を成しているが、それらの上面は振動板13またはハウジング17の底壁(図1参照)で覆われている。

共通供給流路21A,21Bは、流路形成基板12の長辺方向に沿って真っ直ぐで且つ所定幅を有する帯状を成し、それらの両端部は流路形成基板12の短辺側付近まで達している。共通供給流路21Aの長手方向の略中央、つまり、図1に示すように、共通供給流路21Aの上面を塞ぐハウジング17の底壁には供給穴22Aが形成され、この供給穴22Aは、ハウジング17に設けられた記録液供給流路20Aに連通している。また、共通供給流路21Bの長手方向の略中央、つまり、共通供給流路21Bの上面を塞ぐハウジング17の底壁には供給穴22Bが形成され、この供給穴22Bは、ハウジング17に設けられた記録液供給流路20Bに連通している。

なお、図1において、記録液供給流路20Aは図示していない記録液タンクに接続されており、この記録液タンク内の液体(インク等であり、以下、記録液という)が記録液供給流路20Aに供給される。また、記録液供給流路20Bも同記録液タンクに接続されており、この記録液タンク内の記録液が記録液供給流路20Bに供給される。

図2に示すように、圧力室18Aは共通供給流路21Aに沿って複数設けられ、また圧力室18Bは共通供給流路21Bに沿って複数設けられている。そして、圧力室18Aの各々は共通供給流路21Aに連通し、また圧力室18Bの各々は共通供給流路21Bに連通している。なお、図2においては、圧力室18Aは、共通供給流路21Aの左右端部に3個ずつ示されており、他の圧力室18Aは省略されている。同様に、圧力室18Bは、共通供給流路21Bの左右端部に3個ずつ示されており、他の圧力室18Bは省略されている。

圧力室18Aの各々は圧力室18Bの各々に向けて形成されており、圧力室18Bの各々は圧力室18Aの各々に向けて形成されている。各圧力室18Aは各圧力室18Bよりも全体的にずれて形成され、各圧力室18Aと各圧力室18Bとは千鳥足状に配置されている。圧力室18Aと圧力室18Bは同数個ずつ設けられている。

図2において、各圧力室18Aの先端は、左下から右上に向かって斜めにカットされている。同様に、各圧力室18Bの先端も、左下から右上に向かって斜めにカットされている。斜めにカットされた各圧力室18Aの先端部分には、連通路23Aが形成されている。同様に、斜めにカットされた各圧力室18Bの先端部分には、連通路23Bが形成されている。なお、これら連通路23A,23Bの詳細については後述する。

本実施例では、圧力室18A,18Bの途中にそれぞれ狭隘部(流体抵抗部)24A,24Bが設けられている。これら狭隘部24A,24Bの詳細についても後述する。

流路形成基板12の下面側(ノズル板11との対向面側)には、図3に示すように、短辺側の両端部(図の左右両端部)に戻り流路25A,25Bが複数形成されている。また、流路形成基板12の下面側には、長辺側の両端部(図の上下両側端部)に共通戻り流路26A,26Bがそれぞれ形成されている。戻り流路25A,25Bは溝状を成しているが、その下面はノズル板11(図1参照)で覆われている。また、共通戻り流路26A,26Bも溝状を成しているが、それらの下面はノズル板11(図1参照)で覆われている。戻り流路25Aの各々は共通戻り流路26Aに連通し、また戻り流路25Bの各々は共通戻り流路26Bに連通している。

なお、図3においては、戻り流路25Aは、共通戻り流路26Aの左右端部に3個ずつ示されており、他の戻り流路25Aは省略されている。同様に、戻り流路25Bは、共通戻り流路26Bの左右端部に3個ずつ示されており、他の戻り流路25Bは省略されている。

共通戻り流路26A,26Bは、流路形成基板12の長辺方向に沿って真っ直ぐで且つ所定幅を有する帯状を成し、それらの両端部は流路形成基板12の短辺側付近まで達している。なお、共通戻り流路26A,26Bの長さは、共通供給流路21A,21Bの長さよりも長くなっている。

共通戻り流路26Aの一側端部(図3において右側端部)には、その上壁に戻り穴27Aが形成され、この戻り穴27Aは、ハウジング17に設けられた記録液供給流路29A(図1参照)に連通している。また、共通戻り流路26Bの一側端部(図3において右側端部)には、その上壁に戻り穴27Bが形成され、この戻り穴27Bは、ハウジング17に設けられた記録液戻り流路29B(図1参照)に連通している。

戻り流路25Aの各々は戻り流路25Bの各々に向けて形成されており、戻り流路25Bの各々は戻り流路25Aの各々に向けて形成されている。各戻り流路25Aは各戻り流路25Bよりも全体的にずれて形成され、各戻り流路25Aと各戻り流路25Bとは千鳥足状に配置されている。戻り流路25Aと戻り流路25Bは同数個ずつ設けられている。なお、戻り流路25Aは圧力室18Aの真下に、戻り流路25Bは圧力室18Bの真下にそれぞれ配置されている。

図3において、各戻り流路25Aの先端は、左上から右下に向かって斜めにカットされ、同様に、各戻り流路25Bの先端も、左上から右下に向かって斜めにカットされている。斜めにカットされた各戻り流路25Aの先端部分には、上述の連通路23Aが形成されている。同様に、斜めにカットされた各戻り流路25Bの先端部分には、上述の連通路23Bが形成されている。

図4は、図1のSA−SA線に沿った断面図である。図に示すように、流路形成基板12には、一側が各戻り流路25A,25Bの先端にそれぞれ接続された断面平行四辺形の連通路23A,23Bが形成されている。連通路23A,23Bの他側は、各圧力室18A,18Bの先端にそれぞれ接続されている。

図5は、各圧力室18A,18B、各戻り流路25A,25B、及び圧力室18A,18Bと戻り流路25A,25Bと各々を接続する各連通路23A,23Bを三次元的に示した図である。

上述したように、各圧力室18Aの途中には狭隘部24Aが設けられている。この狭隘部24Aは、圧力室18Aの側壁18AAよりも圧力室18Aの中心軸L側へ突出した突出壁24AAと、突出壁24AAの両側に設けられ突出壁24AAと側壁18AAとを接続する接続壁24ABとを有する。そして、対向する2つの突出壁24AAが対峙した部分が、他の部分(対向する2つの側壁18AAが対峙した部分等)よりも狭くなっている。

各圧力室18Bの途中には狭隘部24Bが設けられ、この狭隘部24Bも、同様に、側壁18BAよりも突出した突出壁24BAと、突出壁24BAの両側の接続壁24BBとを有している。

各戻り流路25Aには、途中に上記狭隘部のようなものは設けられておらず、対向する2つの側壁25AAは互いに平行に配置されている。各戻り流路25Bにも、途中に狭隘部のようなものは設けられておらず、対向する2つの側壁25BAは互いに平行に配置されている。

また、各圧力室18A,18Bの先端は各々斜めにカットされ、さらに、各戻り流路25A,25Bの先端も各々斜めにカットされている。そして、各圧力室18Aの先端と各戻り流路25Aの先端とを連通する連通路23Aが設けられ、また、各圧力室18Bの先端と各戻り流路25Bの先端とを連通する連通路23Bが設けられている。

図6は、図2のSB1−SB1線に沿った断面(ハウジング17を含めて共通供給流路21Aの供給穴22A付近の断面)、またはSB2−SB2線に沿った断面(ハウジング17を含めて共通供給流路21Bの供給穴22B付近の断面)を示している。図に示すように、共通供給流路21A,21Bの上面に形成された各供給穴22A,22Bは、ハウジング17の記録液供給流路20A,20Bにそれぞれ連通している。

図7は、図2のSC1−SC1線に沿った断面(ハウジング17を含めて共通戻り流路26Aの戻り穴27A付近の断面)、またはSC2−SC2線に沿った断面(ハウジング17を含めて共通戻り流路26Bの戻り穴27B付近の断面)を示している。図に示すように、共通戻り流路26A,26Bの上壁(流路形成基板12の一部)に形成された各戻り穴27A,27Bは、ハウジング17の記録液戻り流路29A,29Bにそれぞれ連通している。

上記構成の液滴吐出ヘッド10において、流路形成基板12はシリコンウエハからなり、共通供給流路21A,21B、圧力室18A,18B、戻り流路25A,25B、及び共通戻り流路26A,26Bは、KOH水溶液による異方性エッチングによって形成される。また、ノズル板11及び振動板13は、ニッケルの電鋳工法で形成される。

本実施例においては、圧電素子14A,14Bの主変形方向と、ノズル孔11A,11Bからの液滴(インク液滴)の吐出方向とが同一のフェイスシュータータイプの液滴吐出ヘッドとなっている。このような液滴吐出ヘッドは、流路形成基板12に対するノズル板11や振動板13の接合が容易であり、近年、主流となりつつある。

また本実施例では、圧電素子14A,14Bは、300dpi(dot per inch)の間隔でダイシングされて、対向して2列に配列されている。ノズル孔11A,11Bは、1列150dpiの間隔で2列千鳥足状に配列されており、これにより、ユーザは300dpiの解像度を1スキャンで得ることができる。

圧力室18A,18Bと戻り流路25A,25Bは、それぞれ連通路23A,23Bで互いに連通されている。これら連通路23A,23Bは、基板を例えばICPエッチングなどにより深堀することで、形成することができる。

次に、本実施例の液滴吐出ヘッド10の作用について説明する。

図1において、圧電素子14A,14Bはベース部材16に接着されており、これら圧電素子14A,14Bには、図示していない電気回路及び制御系により、フレキシブル基板15A,15Bを介して任意の駆動波形が印加される。圧電素子14A,14Bは駆動波形が印加されることで変形し、振動板13を介して、圧力室18A,18B内の記録液にエネルギーを与える。

このエネルギーを受けて、圧力室18A,18B内の記録液はノズル孔11A,11Bから吐出される。ノズル孔11A,11Bからの吐出により、圧力室18A,18B内の記録液は減少するが、その減少した分の記録液は、記録液供給流路20A,20B及び共通供給流路21A,21Bを介して適宜供給される。

この場合、本実施例では、圧力室18A,18Bの途中に狭隘部(流体抵抗部)24A,24Bがそれぞれ設けられているので、圧力室18A,18B内の記録液の流れが安定し、ノズル孔11A,11Bからの記録液の液滴の吐出特性を最適化することができる。

記録液を供給する際には、供給ポンプなどを用いて、記録液供給流路20A,20B内の圧力を、記録液戻り流路29A,29B内の圧力よりも高く設定する。すると、記録液は、記録液供給流路20A,20B→共通供給流路21A,21B→圧力室18A,18B→連通路23A,23B→戻り流路25A,25B→共通戻り流路26A,26B→記録液戻り流路29A,29Bの順に流れる。これにより、液滴吐出ヘッド10の流路内への記録液の充填が完了する。上記記録液の流れは、記録液の循環方向を示している。

また、圧電素子14A,14Bを駆動させ、記録液を液滴としてノズル孔11A,11Bより吐出する際にも、記録液供給流路20A,20B内の圧力を、記録液戻り流路29A,29B内の圧力よりも高く設定する。ただし、この場合には、両者とも、大気圧よりも低い圧力にしておく。こうすることで、ノズル孔11A,11Bには、静的には常に負圧が印加されることになる。ノズル孔11A,11B付近を負圧に保つことで、ノズル孔11A,11Bのメニスカスを、圧力室18A,18B側に凹とすることができ、ノズル孔11A,11Bからの記録液あふれなどによる吐出不良を抑制することが可能となる。負圧の形成方法としては、水頭差によるもの、タンク内のスポンジによるメニスカス保持力を利用するもの、タンクに設けられた可撓壁をバネで付勢するものなどがある。このような構成にすれば、液滴吐出時、不吐出時のいずれにおいても、圧力室18A,18B内の記録液は、常に流動することができ、記録液内の沈降しやすい成分も、記録液内に満遍なく存在することができる。これにより、前記成分を吐出滴内に所望の量存在させることが可能になる。

また、本実施例によれば、共通供給流路21A,21Bの下側に共通戻り流路26A,26Bが配置され、両者とも流路形成基板12内に形成されている。つまり、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bは、それぞれ圧力室18A,18Bの長手方向において、各々圧力室18A,18Bに対して同じ側に配置されている。このような構成にすると、圧力室18A,18Bの両端部に共通供給流路21A,21Bと共通戻り流路26A,26Bをそれぞれ配置する場合に比べて、液滴吐出ヘッド10全体のサイズを小さくすることができる。さらに、このような構成にすることで、記録液の流路を比較的長くとることができるので、その記録液の流体抵抗が大きくなる。その結果、リフィル時の記録液流動の向きを、共通供給流路21A,21Bから圧力室18A,18Bへと限定することが容易となり、エネルギーロスの低減、リフィル振動の重畳による吐出不具合の回避ができるというメリットがある。

さらに、共通供給流路21A,21Bと共通戻り流路26A,26Bが同方向に配置されているので、図1に示すように、液滴吐出ヘッド10の短辺方向中央に圧電素子14A,14Bを配置することが可能となる。圧電素子14A,14Bと振動板13、及びそれらに対応する圧力室18A,18Bは、精度良く接合することが求められる。本実施例では、上記のように構成されているので、一列ずつ接合する場合に比べて、その接合工程を半分にすることができる。

本実施例によれば、圧力室18A,18B内に記録液を循環させることによって、記録液の内容物を攪拌でき、かつ液滴吐出ヘッド10全体を小型化することができる。

また、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bが流路形成基板12に形成されているので、液滴吐出ヘッド10を更に小型化することが可能である。

また、流路形成基板12がシリコンで形成されているので、共通供給流路21A,21B、圧力室18A,18B、戻り流路25A,25B、共通戻り流路26A,26Bを一部品内に形成することができる。これにより、部品点数及び組立てコストの削減を図ることが可能となる。

さらに、エネルギー発生素子として圧電素子14A,14Bを設けたので、吐出力の強い液滴吐出ヘッドを実現でき、さまざまな記録液の吐出に対応可能となる。

記録液には、例えば白色インクの材料となる酸化チタンや細胞などの沈降しやすい物質が混入されているが、これらの物質が、ヘッド内部の流路で沈降すると、ノズル孔11A,11Bより吐出する液滴内に所望量の物質を含有することができなくなる。本実施例の液滴吐出ヘッド10では、記録液を循環させているので、酸化チタンや細胞などの沈降を防ぐことができる。

なお、本実施例では、供給穴22A,22Bを共通供給流路21A,21Bの略中央に、戻り穴27A,27Bを共通戻り流路26A,26Bの一側端部(図3において右側端部)にそれぞれ配置したが、これに限定されることはない。例えば、供給穴22A,22Bを共通供給流路21A,21Bの略中央に、戻り穴27A,27Bを共通戻り流路26A,26Bの他側端部(図3において左側端部)にそれぞれ配置してもよい。また、供給穴22A,22Bを共通供給流路21A,21Bの一側端部(図2において右側端部)又は他側端部(図2において左側端部)に、戻り穴27A,27Bを共通戻り流路26A,26Bの略中央にそれぞれ配置するようにしてもよい。

《実施例2》
図8は実施例2を示している。本実施例では、流路形成基板30が金属板の積層構成を成している。すなわち、流路形成基板30は、三枚のSUS板を塩化第二鉄などのエッチャントを用いて、エッチング加工した3枚の流路形成板31,32,33から成っている。

流路形成板31には、共通供給流路21A,21B、狭隘部24A,24Bを有する圧力室18A,18B、及び戻り穴27A,27B(図2参照)が形成されている。流路形成板32には、連通路23A,23B、及び戻り穴27A,27B(図2参照)が形成されている。また流路形成板33には、戻り流路25A,25B、及び共通戻り流路26A,26Bが形成されている。

また、本実施例でも、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bは、それぞれ圧力室18A,18Bの長手方向において、各々圧力室18A,18に対して同じ側に配置されている。

このように構成すれば、ハウジング17を金属(例えばSUS)で形成することにより、記録液の腐食に強い液滴吐出ヘッドを実現することができ、記録液の選択肢を広げることが可能となる。他の構成は、実施例1の場合と同様である。

本実施例によれば、流路形成基板30が3枚の流路形成板31,32,33で構成されているので、さまざまな記録液に対して、耐性のある液滴吐出ヘッドとなり、記録液の選択肢を広げることが可能となる。

《実施例3》
図9は実施例3を示している。本実施例では、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bがハウジング17に形成されている。実施例1や実施例2では、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bは流路形成基板12に形成されている。このような構成であると、流路形成基板12の高さに制限があるので、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bは、その高さ(深さ)を大きくすることができない。

しかし、共通供給流路21A,21Bの高さが低いと、記録液の流体抵抗が大きくなる。そのため、例えば、記録液の粘度が高く且つ大量の記録液を同時に吐出するような場合、共通供給流路21A,21B内の圧力損失の差異により、ノズル孔11A,11Bからの記録液の液滴の吐出特性に違いが生じる。すなわち、共通供給流路21A,21Bの中央に近いノズル孔11A,11Bから吐出される液滴の特性と、共通供給流路21A,21Bの端部に近いノズル孔11A,11Bから吐出される液滴の特性とに違いが生じる懸念がある。それに加えて、圧力損失がノズル孔のメニスカス張力を上回り、吐出不良や不吐出を招く恐れがある。

このような問題を回避するために、本実施例では、比較的容積を大きく取りやすい、ハウジング17内に共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bを形成するようにしている。このような構成とすることで、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bにおける記録液の流体抵抗を小さくすることが可能となる。

本実施例では、流路形成基板40が設けられ、この流路形成基板40は、狭隘部24A,24Bがそれぞれ形成された圧力室18A,18B、連通路23A,23B、及び戻り流路25A,25Bを有している。戻り流路25A,25Bはそれぞれ共通戻り流路26A,26Bに直接接続されている。他の構成は、実施例1の場合と同様であり、特に、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bは、それぞれ圧力室18A,18Bの長手方向において、各々圧力室18A,18Bに対して同じ側に配置されている。

本実施例によれば、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bがハウジング17に形成されているので、流路全体の流体抵抗が小さくなり、高粘度の記録液を吐出可能となり、記録液の選択肢を更に広げることができる。

なお、本実施例においても、流路形成基板40を、実施例2のように3枚の金属板の積層構造にすることができる。

《実施例4》
図10には実施例4を示している。本実施例では、共通供給流路21A,21Bはハウジング17内に、共通戻り流路26A,26Bは流路形成基板50内にそれぞれ形成されている。流路形成基板50は、狭隘部24A,24Bがそれぞれ形成された圧力室18A,18B、連通路23A,23B、戻り流路25A,25B、及び共通戻り流路26A,26Bを有している。

また、本実施例でも、共通供給流路21A,21B及び共通戻り流路26A,26Bは、それぞれ圧力室18A,18Bの長手方向において、各々圧力室18A,18Bに対して同じ側に配置されている。

このように構成すれば、共通供給流路21A,21Bが流路形成基板50に形成されていないので、共通供給流路21A,21B内での記録液の流体抵抗を小さく抑えつつ、液滴吐出ヘッド10全体のサイズを小さくすることができる。

なお、上記とは逆に、共通戻り流路26A,26Bをハウジング17内に、共通供給流路21A,21Bを流路形成基板50にそれぞれ形成するようにしてもよい。

本実施例によれば、共通供給流路21A,21Bはハウジング17内に設けられているので、共通供給流路21A,21Bの流路面積を大きく取ることができる。その結果、共通供給流路21A,21B内の流体抵抗を小さくすることができ、高粘度の記録液を吐出することが可能となり、記録液の選択肢を広げることができる。

また、共通戻り流路26A,26Bが流路形成基板12に形成されているので、共通戻り流路26A,26Bの流体抵抗を低く保ちつつ、液滴吐出ヘッド10を小型化することが可能となる。

なお、本実施例においても、流路形成基板50を、実施例2のように3枚の金属板の積層構造にすることができる。

《実施例5》
図11及び図12は実施例5を示している。本実施例では、実施例1〜4の液滴吐出ヘッド10を搭載した画像形成装置100を示している。なお、図11は画像形成装置100を側方から見たときの全体構成図、図12は画像形成装置100の要部を示す平面図である。

画像形成装置100には、図11において手前側と奧側に側板(図示省略)がそれぞれ設けられ、これら側板間にガイドロッド101とガイドレール102が掛け渡されている。ガイドロッド101とガイドレール102にはキャリッジ103が摺動自在に支持されている。そして、キャリッジ103は、主走査モータ104の回転力がタイミングベルト105を介して伝えられることにより、ガイドロッド101とガイドレール102に沿って、図12の矢印左右方向(主走査方向)に摺動する。

キャリッジ103には、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する4個の記録ヘッド107が設けられている。記録ヘッド107は、複数のインク吐出口が主走査方向と交叉する方向に配列され、かつインク滴吐出方向が下方に向くよう装着されている。なお、記録ヘッド107は、実施例1〜4で示した液滴吐出ヘッド10と同じものであり、圧電素子などの圧電アクチュエータが内蔵されている。

また、キャリッジ103には、記録ヘッド107に各色のインクを供給するためのサブタンク108が搭載されている。このサブタンク108には、インク供給チューブ(図示省略)を介してメインタンク(インクカートリッジ)からインクが補充供給される。

画像形成装置100の下部には給紙カセット110が設けられ、この給紙カセット110などの用紙積載部(圧板)111上には用紙112が積載されている。用紙積載部111の端部近傍には、半月コロ(給紙ローラ)113と、給紙ローラ113に対向して分離パッド114が設けられている。分離パッド114は、摩擦係数の大きな材質で形成され、かつ給紙ローラ113側に付勢されている。そして、給紙ローラ113は、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離し、その分離した用紙112を分離パッド114に接続して設けられたガイド115へ給送する。

ガイド115へ給送された用紙112は、カウンタローラ122と搬送ガイド123を介して搬送ベルト121へ送られる。カウンタローラ122は、ガイド115へ給送された用紙112を搬送ベルト121との間で挟んで搬送するためのものである。搬送ガイド123は、カウンタローラ122と搬送ベルト121間を略鉛直上方に送られる用紙112を、略90度方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせるためのものである。また、押さえ部材124で搬送ベルト121側に付勢された先端加圧コロ125と、搬送ベルト121表面を帯電させるための帯電ローラ126とが設けられている。なお、搬送ベルト121は、用紙112を静電吸着して搬送する。

搬送ベルト121は、無端状ベルトであり、搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されている。副走査モータ131からタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ127が回転されることで、図12のベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成されている。なお、搬送ベルト121の裏面側には、記録ヘッド107による画像形成領域に対応してガイド部材129が配置されている。

また、図11に示すように、搬送ローラ127の軸には、スリット円板134が取り付けられ、このスリット円板134のスリットをセンサ135(図12参照)で検出する。これにより、搬送ローラ127の回転量(搬送ベルト121の移動量)を検知することができる。なお、スリット円板134やセンサ135はエンコーダ136を構成している。

帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触し、搬送ベルト121の回動に従動して回転するように配置されている。帯電ローラ126の軸両端には2.5Nの加圧力が掛けられている。

また、図11に示すように、キャリッジ103の前方側にはスリットを形成したエンコーダスケール142が設けられ、キャリッジ103の前面側には前記スリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ143が設けられている。これらエンコーダスケール142やエンコーダセンサ143は、キャリッジ103の主走査方向位置(ホーム位置に対する位置)を検知するためのエンコーダ144を構成している。

さらに、記録ヘッド107で記録された用紙112を排紙するために、搬送ベルト121から用紙112を分離するための分離部と、排紙ローラ152及び排紙コロ153と、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154とが設けられている。

また、画像形成装置100の背部(図の左側)には両面給紙ユニット161が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット161は搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。

このように構成された画像形成装置100においては、用紙積載部111から用紙112が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙112はガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟まれて搬送される。さらに、用紙112は、先端が搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125で搬送ベルト121に押し付けられ、略90度搬送方向を転換される。

このとき、図示していない制御回路の高圧電源から、帯電ローラ126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。これにより、搬送ベルト121は、交番する帯電電圧パターン、つまり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とになる。このプラス/マイナス交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力で吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ103を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド107を駆動することにより、停止している用紙112にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙112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112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112を排紙トレイ154に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト121を逆回転させることで、記録済みの用紙112を両面給紙ユニット161に送り込む。両面給紙ユニット161では、用紙112を反転させて(裏面が印刷面となる状態にして)、再度、カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。そして、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベルト121上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ154に排紙する。

本実施例によれば、信頼性が高く、且つコンパクトな画像形成装置を得ることができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。

例えば、画像形成装置100は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。

また、本発明は、インク以外の液体、例えばDNA試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、もしくは、これらを備える画像形成装置にも適用することができる。

10 液滴吐出ヘッド
11 ノズル板
11A,11B ノズル孔(ノズル)
12,30,40,50 流路形成基板
13 振動板
14A,14B 圧電素子(エネルギー発生素子)
17 ハウジング
18A,18B 圧力室
20A,20B 記録液供給流路
21A,21B 共通供給流路
23A,23B 連通路
24A,24B 狭隘部
25A,25B 戻り流路
26A,26B 共通戻り流路
29A,29B 記録液戻り流路
31,32,33 流路形成板
100 画像形成装置

特許第4617798号公報 特許第3097718号公報 特開2002−254643号公報

Claims (14)

  1. 液体を吐出する複数のノズルに各々連通する複数の圧力室と、
    前記圧力室と前記ノズルとを連通させる連通路と、
    前記液体の流れ方向において上流から複数の前記圧力室に連通し、前記圧力室に液体を供給する共通供給流路と、
    前記液体の流れ方向において下流から複数の前記圧力室に連通し、前記共通供給流路から前記圧力室に供給された前記液体の一部が、複数の前記圧力室からそれぞれ戻される共通戻り流路と、
    前記圧力室内に圧力を発生させるエネルギー発生素子とを備え、
    前記液体の吐出方向から見たときの前記圧力室の長手方向において、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路を前記圧力室に対して同じ側に配置し、
    前記共通供給流路及び前記共通戻り流路は、前記圧力室が形成された流路形成基板とは
    異なる流路部材に設けられ、前記流路部材内で前記液体の吐出方向及び前記圧力室の並び方向と直交する方向から見て重なるように配置される
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 液体を吐出する複数のノズルに各々連通する複数の圧力室と、
    前記圧力室と前記ノズルとを連通させる連通路と、
    前記液体の流れ方向において上流から複数の前記圧力室に連通し、前記圧力室に液体を供給する共通供給流路と、
    前記液体の流れ方向において下流から複数の前記圧力室に連通し、前記共通供給流路から前記圧力室に供給された前記液体の一部が、複数の前記圧力室からそれぞれ戻される共通戻り流路と、
    前記圧力室内に圧力を発生させるエネルギー発生素子とを備え、
    前記ノズルからの前記液体の吐出方向と直交する方向において、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路を前記ノズルからみて同じ側に配置し、
    前記共通供給流路及び前記共通戻り流路は、前記圧力室が形成された流路形成基板とは
    異なる流路部材に設けられ、前記流路部材内で前記液体の吐出方向及び前記圧力室の並び方向と直交する方向から見て重なるように配置される
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 液体を吐出する複数のノズルと、
    前記液体の流れ方向において上流から複数の前記ノズルにそれぞれ連通する複数の連通
    路と、
    前記液体の流れ方向において上流から複数の前記連通路にそれぞれ連通する複数の圧力
    室と、
    前記液体の流れ方向において上流から複数の前記圧力室に連通し、複数の前記圧力室に
    液体を供給する共通供給流路と、
    前記液体の流れ方向において下流から複数の前記ノズルに連通し、前記ノズルから吐出
    されなかった前記液体が戻される共通戻り流路と、
    前記圧力室内に圧力を発生させるエネルギー発生素子とを備え、
    前記ノズルからの前記液体の吐出方向と直交する方向において、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路を前記エネルギー発生素子からみて同じ側に配置し、
    前記共通供給流路及び前記共通戻り流路は、前記圧力室が形成された流路形成基板とは
    異なる流路部材に設けられ、前記流路部材内で前記液体の吐出方向及び前記圧力室の並び方向と直交する方向から見て重なるように配置される
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  4. 液体を吐出する複数のノズルと、
    前記液体の流れ方向において上流から複数の前記ノズルにそれぞれ連通する複数の連通
    路と、
    前記液体の流れ方向において上流から複数の前記連通路にそれぞれ連通する複数の圧力
    室と、
    前記液体の流れ方向において上流から複数の前記圧力室に連通し、複数の前記圧力室に
    液体を供給する共通供給流路と、
    前記液体の流れ方向において下流から複数の前記ノズルに連通し、前記ノズルから吐出
    されなかった前記液体が戻される共通戻り流路と、
    前記圧力室内に圧力を発生させるエネルギー発生素子とを備え、
    前記ノズルからの前記液体の吐出方向と直交する方向において、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路を前記ノズルからみて同じ側に配置し、
    前記共通供給流路及び前記共通戻り流路は、前記圧力室が形成された流路形成基板とは
    異なる流路部材に設けられ、前記流路部材内で前記液体の吐出方向及び前記圧力室の並び方向と直交する方向から見て重なるように配置される
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  5. 前記流路部材は、前記流路形成基板と隣接して配置される
    ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記流路形成基板は、前記エネルギー発生素子により変位する振動板を含み、
    前記流路部材は、前記流路形成基板との間に前記振動板を挟んで配置される
    ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記流路部材は、前記圧力室が形成された流路形成基板を保持するハウジングである
    ことを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記圧力室は、前記液体の流れ方向において前記共通供給流路と前記共通戻り流路との間に配置されている
    ことを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記ノズルは、前記圧力室の長手方向において、
    前記圧力室に対して、前記共通供給流路及び前記共通戻り流路が配置された側と反対側にある
    ことを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記圧力室が形成された流路形成基板を保持するハウジングが設けられ、
    前記共通供給流路及び前記共通戻り流路は、前記ハウジングに形成されていることを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 前記流路形成基板が、シリコンで形成されていることを特徴とする請求項10に記載の液体吐出ヘッド。
  12. 前記流路形成基板が、金属板の積層構造で形成されていることを特徴とする請求項10に記載の液体吐出ヘッド。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液体吐出装置。
  14. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
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