JP6606984B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置に関する。

液体吐出ヘッドを用いる記録装置は、低価格化、高画質化、汎用化などにより、一般家庭へのパソコンの普及などとともに、近年様々な用途で数多く使用されているが、大きな技術的課題として、高速化と高画質化があることが知られている。

この解決方法としては、圧電素子等の圧力発生手段の駆動周波数を上げる方法と、１ヘッドごとのノズル数を増やす方法が挙げられる。しかしながら、圧力発生手段の駆動周波数を上げると、加圧液室から共通液室へと伝播した圧力の反射によって加圧液室における圧力の挙動が複雑になり、正確にインク滴を吐出することが難しくなる。このため、共通液室における圧力変化を抑え、共通液室から加圧液室への圧力の伝播を抑える必要がある。

特許文献１には、共通液室の圧力上昇を効果的に防ぎ、圧力の反射による加圧液室への影響を少なくする目的で、共通液室を区画する壁に、撓んで共通液室の圧力変化を吸収するダンパ壁を複数形成し、それら複数のダンパ壁間にリブ状部分を設け、それらリブ状部分の間隔を違えてダンパ壁の大きさを変える構成が開示されている。

しかしながら、特許文献１では共通液室を区画する壁に、撓んで共通液室の圧力変化を吸収するダンパ壁を複数形成し、それら複数のダンパ壁間にリブ状部分を設けているため、装置の巨大化や部品点数の増加による複雑化、高コスト化となってしまう。さらに、リブ状部分の間隔を違えてダンパ壁の大きさを変えているが、設計の困難さを引き起こしてしまう。また、圧力の共振をなくして共通液室の圧力上昇を防ぎ、圧力の反射による加圧液室への影響を減らす試みがなされているが、共通液室の隔壁からの反射に対して抑制効果が弱いという問題があった。

また、特許文献２には、シリコン基板上の傾斜構造を制御することで吐出の効率化を狙う目的で、加圧液室の傾斜形状に関する構成が開示されている。
しかしながら、特許文献２では個別インク室で吐出するために必要な十分な圧力を発生させることができず、所望の印字品質を満足できないという従来の問題に着目して発明を構成している。そのため、加圧液室で発生した圧力が共通液室で反射し、再び加圧液室に戻り、インクの吐出特性に影響を与えるという問題が解決できていなかった。

そこで、本発明は、加圧液室で発生した圧力が加圧液室に戻り、加圧液室に影響することを安価かつ容易に抑制することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルが列設されたノズル板と、該ノズル板と接合された流路基板と、前記ノズル板とは反対側に前記流路基板と接合されたフレーム部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記流路基板に設けられ、前記ノズルに連通する加圧液室と、前記流路基板に設けられ、前記加圧液室に連通する共通液室と、前記フレーム部材側に設けられ、前記加圧液室に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備え、前記流路基板は前記加圧液室で発生した圧力が前記加圧液室に戻ることを抑制する圧力抑制手段を備え、前記加圧液室と前記共通液室は流体抵抗部を介して連通し、前記圧力抑制手段は前記共通液室における前記流体抵抗部と対向する壁面を傾斜させてなり、前記フレーム部材は前記共通液室と連通する供給液室を有し、前記ノズルの列設方向と垂直な断面において、前記共通液室の高さをｈ２とし、前記傾斜した壁面と前記ノズル板とが接する箇所から前記流路基板の垂直方向であって前記供給液室と交わる箇所と、前記供給液室の開口部の端部とまでの距離をＬ２とし、前記傾斜した壁面の角度において、前記ノズル板とのなす角をθとしたとき、該θは、
（９０°−θ）≧１／２＊ａｒｃｔａｎ（ｈ２／Ｌ２） ・・・式（２）
を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、加圧液室で発生した圧力が加圧液室に戻り、加圧液室に影響することを安価かつ容易に抑制することができる液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの一例における側面模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例における平面模式図である。 図２のＡ−Ａ線に沿うノズル列設方向と垂直な断面模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例におけるノズル列設方向と垂直な断面模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例における圧力の反射を説明するための模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例におけるノズル列設方向と垂直な断面模式図（ａ）及びノズル板と平行な断面模式図（ｂ）である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例におけるノズル列設方向と垂直な断面模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例におけるノズル列設方向と垂直な断面模式図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿うノズル列設方向と平行な断面模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例におけるノズル列設方向と垂直な断面模式図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを含む液体吐出装置を備えた本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。 本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例を示す要部平面模式図である。

以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

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、本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は同液体吐出ヘッドの側面模式図、図２は同じく平面模式図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿うノズル列設方向と垂直な断面模式図である。

本実施形態の液体吐出ヘッドＨは、例えばＳＵＳ基板で形成した流路基板１と、流路基板１の下面に接合した振動板２と、流路基板１の上面に接合したノズル板３とを有している。これらによって液滴（液体の滴）を吐出するノズル４が連通する個別流路としての加圧液室（圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、加圧液室６に液体であるインク（記録液）を供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、複数の加圧液室６に記録液を供給する共通液室８を形成している。なお、共通液室８には図示しない記録液タンクから供給路を介して記録液が供給される。

ここで、流路基板１は、リストリクタプレート１Ａとチャンバーブレート１Ｂとを接着して構成されている。流路基板１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、各加圧液室６、流体抵抗部７、共通液室８などの開口をそれぞれ形成している。なお、流体抵抗部７は、リストリクタプレート１Ａの部分を開口し、チャンバーブレート１Ｂの部分を開口しないことで形成してもよいし、後述する図６（ａ）のように一部を開口させることで形成してもよい。

振動板２は、流路基板１を構成するチャンバーブレート１Ｂに接着接合している。振動板２は、例えば、ポリイミドなどの樹脂部材１１ＡにＳＵＳ基板から形成した凸部１１Ｂを接合して形成している。この他、例えば、ニッケルの金属プレートから形成したものなどを用いることもできる。なお、上述したように流体抵抗部７の振動板２側のチャンバーブレート１Ｂを振動板２と接合することで、振動板２の薄いポリイミドなどの樹脂部材１１Ａを介して加圧液室６内の圧力が外部に逃げることを防ぎ、効率的に液滴を吐出することが可能になる。

ノズル板３は、各加圧液室６に対応して直径１０〜３０μｍの多数のノズル４を形成し、流路基板１のリストリクタプレート１Ａに接着剤接合している。このノズル板３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、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。

そして、振動板２の面外側（加圧液室６と反対面側）に凸部１１Ｂを介して各加圧液室６に対応して圧力発生手段（アクチュエータ手段）を構成する積層型圧電素子１２（圧電素子と称することもある）をそれぞれ接合し、これらの積層型圧電素子１２をベース部材１３に接合している。複数の圧電素子１２は１つの圧電素子部材に溝加工（スリット加工）によって分断することなく形成したものであり、圧電素子部材は複数個圧電素子１２の並び方向に沿ってベース部材１３上に固定配置している。また、圧電素子１２の一端面には駆動波形を与えるためのＦＰＣ（Flexible printed circuits）ケーブル１４を接続している。

なお、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることも、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることもできる。本実施形態ではｄ３３方向の変位を用いた構成をとっている。

ベース部材１３は金属材料で形成することが好ましい。ベース部材１３の材質（材料）が金属であれば、圧電素子１２の自己発熱による蓄熱を防止することができる。圧電素子１２とベース部材１３は接着剤により接着接合しているが、チャンネル数が増えると、圧電素子１２の自己発熱により１００℃近くまで温度が上昇し、接合強度が著しく低下することになる。また、自己発熱によりヘッド内部の温度上昇が発生し、インク温度が上昇するが、インクの温度が上昇すると、インク粘度が低下し、噴射特性に大きな影響を与える。したがって、ベース部材１３を金属材料で形成して圧電素子１２の自己発熱による蓄熱を防止することで、これらの接合強度の低下、インク粘度の低下による噴射特性の劣化を防止することができる

さらに、振動板２の周囲にはフレーム部材１７を接着剤で接合している。そして、このフレーム部材１７には、振動板２の樹脂部材１１Ａで構成した変形可能な部分としての振動板フィルタ部（供給開口部）１９を介して共通液室８に隣接する供給液室１６が形成されている。振動板フィルタ部１９は共通液室８及び供給液室１６の壁面を形成する。なお、供給液室１６と共通液室８との間の壁部を形成する変形可能な部分としての振動板フィルタ部１９を、振動板２を構成する部材で形成しているが、振動板２と兼用せずに別部材とすることもできる。

また、フレーム部材１７には供給液室１６と外部（大気）とを連通する連通路２０を形成している。この場合、連通路２０はノズル４が形成された面と反対側（フレーム部材１７の面）に開口することで大気と連通する。つまり、ノズル面側に開口させると、ノズル面をワイピングしたときなどに記録液が連通路２０を通じて供給液室１６内に侵入するおそれがある（そのため、いわゆるノズルカバーなどで覆われた空間に開口させる必要がある。）、ノズル面とは反対側に開口することで供給液室１６内への記録液の侵入を防止することができる。

また、連通路２０は振動板フィルタ部１９に対向しない位置に形成している。これにより、連通路２０内に異物が挿入されて振動板フィルタ部１９が損傷されることを防止できる。

また、本実施形態の液体吐出ヘッドでは、圧電素子１２は３００ｄｐｉの間隔で形成し、それが対向して２列に並んでいる構成としている。また、加圧液室６及びノズル４は例えば１列１５０ｄｐｉの間隔で２列を千鳥状に並べて配置しており、３００ｄｐｉの解像度を１スキャンで得ることができる。この場合、１列に並ぶ複数の圧電素子１２は、交互に駆動する圧電素子１２と単なる支柱部となる駆動されない圧電素子１２となる。

また、上述したように本実施形態の液体吐出ヘッドは、ほとんどの部材をＳＵＳから形成し、その熱膨張係数を揃えているので、ヘッドの組立中、あるいは、使用中における熱膨張による種々の不具合を避けることができる。

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１２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１２が収縮し、振動板２が下降して加圧液室６の容積が膨張する。これにより、加圧液室６内にインクが流入し、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、振動板２をノズル４方向に変形させて加圧液室６の容積／体積を収縮させる。加圧液室６の容積／体積を収縮させことにより、加圧液室６内の記録液が加圧され、ノズル４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１２に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板２が初期位置に復元し、加圧液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室８から加圧液室６内に記録液が充填される。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。

このようにして、ノズル４から液滴を吐出するために、加圧液室６で圧力を発生させると、圧力は流体抵抗部７を介して共通液室８や供給部側（供給液室１６側）へも伝播していく。この圧力が壁面に反射されることで加圧液室６に戻ってきてしまい、ノズル４のメニスカス状態が変化することで吐出の状態が変わってしまう。このため、液滴吐出に対して影響が生じる。

これに対して、本実施形態の液体吐出ヘッドにおいては、流路基板１には、加圧液室６で発生した圧力が加圧液室６に戻ることを抑制する圧力抑制手段３０が備えられているため、圧力が反射される方向（移動していく方向）を変え、加圧液室６に圧力が反射されないようにすることができる。加圧液室６に圧力が反射されないようにすることで、ノズル４へのメニスカスへの影響を抑制することができる。

また、本実施形態では、共通液室８と加圧液室６との間に流体抵抗部７が設けられ、圧力抑制手段は、流体抵抗部７よりも上流側の液室（本実施形態では共通液室８）に備えられている。圧力抑制手段は、加圧液室６で発生し上流側へ伝播する圧力を、該上流側の液室よりもさらに上流側の液室に導いている。これにより、加圧液室６に圧力が戻ることを抑制することができる。

本発明によれば、液体吐出ヘッドの構成の変更が少なく、加圧液室から伝播、反射して戻ってくる圧力を抑えることができ、液体吐出ヘッドの吐出性能を高めることができる。また、従来技術では実現が困難であったが、大型化、部品点数が増えて構成が困難になる等の複雑化、設計が困難となって高コスト化してしまうことなく、圧力の反射による加圧液室の影響を抑制することができる。

次に、本実施形態の詳細について説明する。本実施形態において、加圧液室６は流路基板１に設けられ、加圧液室６と共通液室８は流体抵抗部７を介して連通し、圧力抑制手段３０は共通液室８における流体抵抗部７と対向する壁面を傾斜させてなる。図３に示されるように、共通液室８における流体抵抗部７とは反対側の壁面が傾斜している。加圧液室６で発生した圧力が流体抵抗部７を介して共通液室８に伝播していく際に、反射する壁面に角度（傾斜）をつけることで圧力が反射される方向を変え、加圧液室６に圧力が反射されることを抑制することができる。

図に示すように共通液室８の加圧液室６に対向する位置に傾斜面を形成することで、加圧液室６から発生した圧力が傾斜面によって反射方向が変わる。このため、加圧液室６内に圧力が戻らないようになり、加圧液室６への圧力の反射を抑制でき、液滴吐出の高速化が可能となる。また、本実施形態の構成であれば、従来構成からの変更が少なく、流路基板１の一部の変更のみで対応でき、コスト増加を抑えつつ特性改善を行うことができる。

次に、上記実施形態における壁面の傾斜について図４、図５を用いて説明する。図４は図２におけるＡ−Ａ断面、すなわちノズルの列設方向と垂直な断面の一部を模式的に示した図であり、図５は本実施形態における加圧液室６で生じた圧力が共通液室８に伝播し、壁面で反射する様子を模式的に説明するための図である。

図４では、共通液室の高さをｈ（なお、後述するｈ１及びｈ２はｈと同じ値である）とし、傾斜した壁面の端部とノズル板３とが接する箇所から流体抵抗部７までの距離をＬ１とし、傾斜した壁面の角度において、ノズル板３とのなす角をθとしている。このとき、θとしては下記式（１）を満たすことが好ましい。

（９０°−θ）≧１／２＊ａｒｃｔａｎ（ｈ１／Ｌ１） ・・・式（１）

上記の式は流体抵抗部７までの距離Ｌ１を基準にした規定であり、流体抵抗部７が壁面を有するような構成の際に適している。規定された角度以上にすることで、流体抵抗部７から先に圧力が反射されて侵入しにくくなる。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は上記の式を説明するための図である。加圧液室６で発生した圧力がノズル板３と平行に圧力抑制手段に進行していくことが図５（ａ）中の矢印で示されている。また、圧力抑制手段により圧力が反射されていることが図中の矢印で示されている。この場合、圧力が進行する方向と斜面とのなす角、圧力が反射する方向と斜面とのなす角は、図に示されているようにθとなる。このとき、図５（ｂ）のように、Ｌとｈを辺に持つ三角形の角度をｘとして、上記の式を導くことができる。

また、図４に示されるように、傾斜した壁面とノズル板３とが接する箇所から流路基板１の垂直方向であって供給液室１６と交わる箇所と、供給液室１６の開口部の端部とまでの距離をＬ２としている。このとき、θとしては下記式（２）を満たすことが好ましい。

（９０°−θ）≧１／２＊ａｒｃｔａｎ（ｈ２／Ｌ２） ・・・式（２）

上記の式は、供給液室１６の開口部との距離を基準にした規定であり、流体抵抗部７が狭窄形状である場合や供給部（供給液室１６）にダンパを有するような場合に適している。規定された角度以上にすることで、供給部側に圧力を反射させて、加圧液室６への影響を抑制することができる。加圧液室６で発生し上流側へ伝播する圧力を、該上流側の液室よりもさらに上流側の液室に導くことができる。また、供給部側からの影響は供給部の体積やダンパの寄与により略なくなる。

次に、本発明に係るその他の本実施形態について図６を用いて説明する。図６（ａ）は図２におけるＡ−Ａ断面の一部を模式的に示した図であり、上述した図３等のように共通液室８における流体抵抗部７と対向する壁面を傾斜させている。図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＣ−Ｃ断面を模式的に示すものであり、ノズル板３と垂直な方向から圧力抑制手段を見たときの要部模式図である。

図示されるように、圧力抑制手段は流体抵抗部７の方向に凸形状に湾曲している。凸形状にすることにより、共通液室８の壁面（圧力抑制手段）への圧力が拡散されて反射されることで、共通液室８内の隣接する１経路間の圧力差異が小さくなり、吐出のばらつきをさらに改善することができる。また、供給部側から戻ってくる圧力がある場合においても圧力を拡散させることができ、戻りの圧力影響を抑制することができる。

次に、本発明に係るその他の本実施形態について説明する。上記の実施形態と共通する事項については説明を省略する。図７は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの要部模式図である。本実施形態では、加圧液室６がフレーム部材１７に設けられており、流路基板１はノズル４に連通する個別液室５を有し、個別液室５と共通液室８は隔壁２３により隔てられ、共通液室８、加圧液室６、個別液室５、ノズル４の順に液体が流れ、吐出するように形成されている。隔壁２３は共通液室８側に圧力抑制手段を有している。

図示されているように、本実施形態の圧力抑制手段３０は共通液室８における加圧液室６と対向する面の一部を傾斜させてなる。このように圧力抑制手段を形成することにより、３次元的に流路が配置されている場合でも、加圧液室６で発生した圧力が加圧液室６に戻ることを抑制することができる。なお、ここでは共通液室８の面の一部を傾斜させていると表現しているが、図７に示されるように、隔壁２３が共通液室側に傾斜部を有していると表現してもよい。

本実施形態において、共通液室８における傾斜させた面（傾斜部）は適宜変更することが可能である。その変形例を図８に示す。図８では傾斜させた面が加圧液室６まで達している。すなわち図示されるように、傾斜は加圧液室６から連続的に形成されている。これにより、加圧液室６で発生した圧力が加圧液室６に戻ることを抑制することができる。
なお、図７、図８では共通液室８の圧力を吸収するダンパ部２２が図示されているが、詳細は後述する。

図示されているように、本実施形態では、共通液室８と加圧液室６との間に流体抵抗部７が設けられ、圧力抑制手段は、流体抵抗部７よりも上流側の液室（本実施形態では共通液室８）に備えられている。圧力抑制手段は、加圧液室６で発生し上流側へ伝播する圧力を、該上流側の液室よりもさらに上流側の液室に導いている。これにより、加圧液室６に圧力が戻ることを抑制することができる。

次に、本発明に係るその他の実施形態について説明する。上記実施形態と共通する事項については説明を省略する。本実施形態では、圧力抑制手段は共通液室８におけるノズル４の列設方向の両端面に設けられるとともに、該両端面を傾斜させてなる。本実施形態を説明するための模式図を図９に示す。図９は図２におけるＢ−Ｂ断面を示したものであり、図２に示されるように、ノズル４の配列方向における断面である。図９（ａ）は上記実施形態における構成であり、図９（ｂ）は本実施形態における構成である。

図９（ａ）は共通液室８におけるノズル４の列設方向の両端面に傾斜を有さない従来技術と同様の形状である。この場合、ノズル４の列設方向の端部や端部に近いノズル４が圧力の反射の影響を受け、吐出特性に影響が生ずることがある。
これに対し、本実施形態の図９（ｂ）では両端面に傾斜を有しており、これによってノズル列設方向に拡散していく圧力に対しても傾斜によって共通液室内で反射して残留する圧力を取り除くことができる。これにより、ノズル列設方向の端部や端部に近いノズル４で生じる吐出特性への影響、吐出不安定を改善することができる。

次に、本発明に係るその他の実施形態について説明する。上記実施形態と共通する事項については説明を省略する。本実施形態では、共通液室におけるフレーム部材とは反対側の面に１つ以上のダンパ部が備えられ、該ダンパ部のうち少なくとも１つは共通液室８における圧力を吸収するように撓むことを特徴とする。

本実施形態を説明するための模式図を図１０に示す。図１０では共通液室８、フレーム部材１７とは反対側の面にダンパ部２２が形成されていることが図示されている。ダンパ部２２は共通液室８の圧力を吸収するように撓むため、加圧液室６によって発生した圧力が共通液室８に及ぼす影響を低減することができる。

ダンパ部２２の形状や材料等は、特に制限されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、ダンパの材料としてポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）等が挙げられ、ＰＶＤＣで形成されるダンパを囲むように例えばＳＵＳ製のダンパ枠を設けてもよい。また、ダンパ部２２にヘッドカバーを設けてよい。

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液体吐出装置を含む画像形成装置の一例について図１１を参照して説明する。なお、図１１は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。
この画像形成装置は、媒体の印字領域幅以上の長さのノズル列（ノズル４を並べたもの）を有するフルライン型ヘッドからなる記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置である。

この画像形成装置は、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４個の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｍ、１０１ｙ（色を区別しないときには「記録ヘッド１０１）という。）を備え、各記録ヘッド１０１はノズル４を形成した面を下方に向けて図示しないヘッドホルダに装着している。また、各記録ヘッド１０１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１０２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１０１と維持回復機構１０２とを相対的に移動させて、記録ヘッド１０１のノズル面に維持回復機構１０２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１０１は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンダ、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記録液を供給する記録液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１０３は、用紙１０４を載置する底板１０５と、用紙１０４を給送するための給紙コロ（半月コロ）１０６を備えている。底板１０５はベース１０８に取り付けられた回転軸１０９を中心に回転可能であって、加圧ばね１０７によって給紙コロ１０６側に付勢されている。なお、給紙コロ１０６に対向して、用紙１０４の重送を防止するため、人工皮、コルク材等の摩擦係数の大きい材質からなる図示しない分離パッドが設けられている。また、底板１０５と給紙コロ１０６の当接を解除する図示しないリリースカムが設けられている。

そして、この給紙トレイ１０３から給紙された用紙１０４を搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込むために用紙１０４を案内するガイド部材１１０、１１１を設けている。

搬送ローラ１１２は、図示しない駆動源によって回転されて、送り込まれる用紙１０４を記録ヘッド１０１に対向して配置したプラテン１１５に向けて搬送する。プラテン１１５は、記録ヘッド１０１と用紙１０４とのギャップを維持することができるものであれば、剛体構造体でもよいし、搬送ベルトなどを用いることもできる。

プラテン１１５の下流側には、画像が形成された用紙１０４を排紙するための排紙ローラ１１６及びこれに対向する拍車１１７を配置し、排紙ローラ１１６によって画像が形成された用紙１０４を排紙トレイ１１８に排紙する。

また、排紙トレイ１１８と反対側には、用紙１０４を手差し給紙するための手差しトレイ１２１と、手差しトレイ１２１に載置された用紙１０４を給紙する給紙コロ１２２を配置している。この手差しトレイ１２１から給紙される用紙１０４はガイド部材１１１に案内されて搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込まれる。

この画像形成装置においては、待機状態では、リリースカムが給紙トレイ１０３底板１０５を所定位置まで押し下げ、底板１０５と給紙コロ１０６との当接を解除している。そして、この状態で、搬送ローラ１１２が回転されることによって、この回転駆動力が図示しないギア等により給紙コロ１０６及び図示しないリリースカムに伝達されて、リリースカムが底板１０５から離れて底板１０５が上昇し、給紙コロ１０６と用紙１０４が当接し、給紙コロ１０６の回転に伴って用紙１０４がピックアップされて給紙が開始され、図示しない分離爪によって一枚ずつ分離される。

そして、給送コロ１０６の回転によって用紙１０４がガイド部材１１０、１１１に案内されて搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込まれ、搬送ローラ１１２によって用紙１０４がプラテン１１５上に送り出される。その後、用紙１０４の後端は給紙コロ１０６のＤカット部に対向して当接が解除され、搬送ローラ１１２によってプラテン１１５上に搬送される。なお。給紙コロ１０６と搬送ローラ１１２との間に、補助的に、搬送回転対を設けることもできる。

このようにしてプラテン１１５上を搬送される用紙１０４に対して、記録ヘッド１から液滴を吐出して画像を形成し、画像が形成された用紙１０４は排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１８に排紙される。なお、画像形成時における紙搬送の速度と液滴吐出のタイミングは図示しない制御部によって制御される。

また、プラテン１１５は、記録ヘッド１０１と用紙１０４とのギャップを維持することができるものであれば、剛体構造体でもよいし、搬送ベルトなどを用いることもできる。

このように、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えることによって、高速で高画質画像を形成することができる。

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液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１３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図１３で矢示方向（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。

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ヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク２３５」という。）を搭載している。このヘッドタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、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図１３の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、図１３に示すように、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、図１３に示すように、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。

このようなシリアル型画像形成装置であっても、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えることによって、安定した滴吐出特性が得られるので、高速で高画質画像を記録できるようになる。

なお、上記実施形態では本発明に係る液体吐出装置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、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も適用することができる。また、記録液以外の液体を用いる液体吐出装置や画像形成装置にも適用することができる。

１ 流路基板
１Ａ リストリクタプレート
１Ｂ チャンバープレート
２ 振動板
３ ノズル板
４ ノズル
５ 個別液室
６ 加圧液室
７ 流体抵抗部
８ 共通液室
１１ 振動板アイランド部
１１Ａ 樹脂部材
１１Ｂ 凸部
１２ 圧電素子
１３ ベース部材
１４ ＦＰＣケーブル
１６ 供給液室
１７ フレーム部材
１９ 振動板フィルタ部（供給開口部）
２０ 連通路
２２ ダンパ部
２３ 隔壁
３０ 圧力抑制手段
４０ ドライバＩＣ
１０１、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｍ、１０１ｙ 記録ヘッド
１０２ 維持回復機構
１０３ 給紙トレイ
１０４ 用紙
１０５ 底板
１０６ 半月コロ（給紙コロ）
１０７ 加圧ばね
１０８ ベース
１０９ 回転軸
１１０、１１１ ガイド部材
１１２ 搬送ローラ
１１３ ピンチローラ
１１５ プラテン
１１６ 排紙ローラ
１１７ 拍車
１１８ 排紙トレイ
１２１ 手差しトレイ
１２２ 給紙コロ
２０２ 給紙トレイ
２０３ 排紙トレイ
２１０ インクカートリッジ
２２１Ａ、２２１Ｂ 側板
２３１、２３２ ガイドロッド
２３３ キャリッジ
２３４、２３４ａ、２３４ｂ 記録ヘッド
２３５、２３５ａ、２３５ｂ ヘッドタンク
２３６ 供給チューブ
２３７ 搬送ガイド
２４１ 用紙積載部（圧板）
２４２ 用紙
２４３ 給紙コロ
２４４ 分離パッド
２４５ ガイド部材
２４６ カウンタローラ
２４７ 搬送ガイド部材
２４８ 押さえ部材
２４９ 先端加圧コロ
２５１ 搬送ベルト
２５２ 搬送ローラ
２５６ 帯電ローラ
２６１ 分離爪
２６２ 排紙ローラ
２６３ 排紙コロ
２７１ 両面ユニット
２７２ 手差しトレイ
２８１ 維持回復機構
２８２、２８２ａ、２８２ｂ キャップ
２８３ ワイパーブレード
２８４ 空吐出受け
２８８ インク回収ユニット（空吐出受け）
２８９ 開口部

特開２００６−７６２９号公報 特開２０１０−１５８８９９号公報

Claims (9)

1. 液体を吐出するノズルが列設されたノズル板と、該ノズル板と接合された流路基板と、前記ノズル板とは反対側に前記流路基板と接合されたフレーム部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記流路基板に設けられ、前記ノズルに連通する加圧液室と、
   前記流路基板に設けられ、前記加圧液室に連通する共通液室と、
   前記フレーム部材側に設けられ、前記加圧液室に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備え、
   前記流路基板は前記加圧液室で発生した圧力が前記加圧液室に戻ることを抑制する圧力抑制手段を備え、
   前記加圧液室と前記共通液室は流体抵抗部を介して連通し、
   前記圧力抑制手段は前記共通液室における前記流体抵抗部と対向する壁面を傾斜させてなり、
   前記フレーム部材は前記共通液室と連通する供給液室を有し、
   前記ノズルの列設方向と垂直な断面において、
   前記共通液室の高さをｈ２とし、前記傾斜した壁面と前記ノズル板とが接する箇所から前記流路基板の垂直方向であって前記供給液室と交わる箇所と、前記供給液室の開口部の端部とまでの距離をＬ２とし、前記傾斜した壁面の角度において、前記ノズル板とのなす角をθとしたとき、該θは、
   （９０°−θ）≧１／２＊ａｒｃｔａｎ（ｈ２／Ｌ２） ・・・式（２）
   を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記ノズルの列設方向と垂直な断面において、
   前記共通液室の高さをｈ１とし、前記傾斜した壁面の端部と前記ノズル板とが接する箇所から前記流体抵抗部までの距離をＬ１とし、前記傾斜した壁面の角度において、前記ノズル板とのなす角をθとしたとき、該θは、
   （９０°−θ）≧１／２＊ａｒｃｔａｎ（ｈ１／Ｌ１） ・・・式（１）
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記ノズル板と垂直な方向から前記圧力抑制手段を見たときに、該圧力抑制手段は前記流体抵抗部の方向に凸形状に湾曲してい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. 液体を吐出するノズルが列設されたノズル板と、該ノズル板と接合された流路基板と、前記ノズル板とは反対側に前記流路基板と接合されたフレーム部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、
   前記フレーム部材に設けられ、前記ノズルに連通する加圧液室と、
   前記流路基板に設けられ、前記加圧液室に連通する共通液室と、
   前記フレーム部材側に設けられ、前記加圧液室に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備え、
   前記流路基板は前記加圧液室で発生した圧力が前記加圧液室に戻ることを抑制する圧力抑制手段を備えるとともに、前記ノズルに連通する個別液室をさらに有し、前記個別液室と前記共通液室は隔壁により隔てられ、前記共通液室、前記加圧液室、前記個別液室、前記ノズルの順に前記液体が流れ、前記液体が吐出するように形成されており、
   前記隔壁は前記共通液室側に圧力抑制手段を有し、
   前記圧力抑制手段は、前記共通液室における前記加圧液室と対向する面の一部を、前記ノズル板の面方向に沿った面を基準としたときに該基準となる面に対して傾斜させてなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 前記傾斜させた面が前記加圧液室まで達していることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記圧力抑制手段は、前記共通液室における前記ノズルの列設方向の両端面に設けられるとともに、該両端面を傾斜させてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記共通液室における前記フレーム部材とは反対側の面に１つ以上のダンパ部が備えられ、該ダンパ部のうち少なくとも１つは前記共通液室における圧力を吸収するように撓むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
8. 液体吐出ヘッドから液滴を吐出する液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項１〜７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする液体吐出装置。
9. 液体吐出ヘッドから液滴を吐出させて画像を形成する画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項１〜７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。

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