JP6781942B2 - 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の吐出孔のそれぞれから液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、及びこれを用いて画像を形成する画像形成装置に関するものである。

従来より、液滴を吐出する複数の吐出孔に個別に通じて液体に圧力をかける複数の圧力発生室と、それらに供給する液体を収容する供給液室と、複数の圧力発生室のそれぞれから回収した液体を受け入れる循環液室とを有する液滴吐出ヘッドが知られている。

例えば、特許文献１に記載の液滴吐出ヘッドは、インク液滴を吐出する吐出孔たる複数のノズル、それらに個別に連通してインクに圧力をかけるための複数の圧力発生室、それら圧力発生室に供給するインクを収容する供給液室たる共通供給流路などを有している。また、複数の圧力発生室から回収したインクを受け入れる循環液室たる共通回収流路、複数の圧力発生室と共通供給流路とを個別に連通させる複数の個別供給流路、複数の圧力発生室と共通回収流路とを個別に連通させる複数の個別回収流路なども有している。共通供給流路から個別供給流路を経て圧力発生室に送られたインクは、圧力発生室の外壁に固定された圧電素子の駆動によって圧力がかけられると、圧力発生室に連通するノズルから液滴として吐出する。同時に、圧力発生室内のインク中の気泡が一部のインクとともに個別回収流路に進入した後に共通回収流路に回収される。その後、共通回収流路内のインクは共通供給流路に戻されて再利用される。

かかる構成において、圧力発生室内からインクとともに回収した気泡を、何らかの手段によって消泡し、消泡後のインクを共通供給路に戻すようにすれば、インクを無駄に捨てることなく気泡に起因する不吐出の発生を抑えることができる。

しかしながら、圧力発生室内のインクに圧力をかけた際に、そのインクを個別回収流路やその先の共通回収流路に進入させることで、ノズルからの液滴の吐出量を不足させてしまうおそれがある。

上述した課題を解決するために、本発明の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数の吐出孔と、それら吐出孔に個別に通じて内部の液体に圧力をかける複数の圧力発生室と、それら圧力発生室のそれぞれに供給する液体を収容する供給液室と、それら圧力発生室のそれぞれと前記供給液室とを通じさせる複数の供給路と、複数の前記圧力発生室のそれぞれから回収した液体を回収する循環液室と、複数の前記圧力発生室のそれぞれと前記循環液室とを連通させる複数の循環路とを有し、複数の前記循環路のそれぞれに、長さ方向の全域における一部領域で径が小さく、かつ前記循環路の長さ方向に延在する小径部を設け、複数の前記循環路におけるそれぞれの前記小径部及びこれより大径の大径部を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第一板状部材と、前記大径部を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第二板状部材とを重ね合わせ、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材のスリット又は凹部とを重ねた箇所を前記大径部として機能させるとともに、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材のスリットや凹部でない部分を重ねた箇所を前記小径部としたことを特徴とするものである。

本発明によれば、圧力発生室内のインクを共通回収流路等の循環液室に回収することに起因する液滴の吐出量の不足を抑えることができるという優れた効果がある。

実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示す要部構成図。 同要部構成を示す平面図。 同画像形成装置の液滴吐出ヘッド４３４を示す横断面図。 図３のＡ−Ａ’断面を示す平断面図。 図３のＢ−Ｂ’断面を示す平断面図。 同液滴吐出ヘッドを示す斜視図。 第一実施例に係る画像形成装置の液滴吐出ヘッドを示す横断面図。 図７のＢ−Ｂ’断面を示す平断面図。 第二実施例に係る画像形成装置の液滴吐出ヘッドを示す横断面図。 第三実施例に係る画像形成装置の液滴吐出ヘッドを示す横断面図。 第四実施例に係る画像形成装置の液滴吐出ヘッドを示す横断面図。 実施形態に係る画像形成装置の供給・循環機構を液滴吐出ヘッドとともに示すブロック図。

以下、本発明を適用した画像形成装置の一実施形態について説明する。
なお、記録シートは材質が紙に限定されるものではなく、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である。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記録媒体に付与する態様も含む（単に液滴を媒体に着弾させる態様）。

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。画像形成装置によって使用される「液体」は、記録液、インクに限られるものではなく、吐出されるときに流体となるものであれば特に限定されるものではない。また、「液滴吐出装置」は液滴吐出ヘッドから液体を吐出する装置であり、従前の記録装置、印刷装置、画像形成装置、液滴吐出装置、液体吐出装置、処理液塗布装置、立体造形装置などと称される装置が全て含まれ、画像形成を行うものに限定されない。

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、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置の何れも含まれる。シリアル型画像形成装置は、キャリッジに搭載された液滴吐出ヘッドをシート送り方向と直交する主走査方向に移動させることで記録を行うものである。また、ライン型画像形成装置は、記録領域の略全幅にわたって液滴を吐出する複数の吐出口(ノズル)を列設したライン型ヘッドを用いるものである。実施形態では、シリアル型を採用した例について説明するが、シリアル型に限られるものではない。

液体吐出ヘッドは、インク滴（記録液体）を吐出させるためのアクチュエータ手段の種類により、幾つかの方式に大別される。例えば液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで圧力発生室内の圧力を変化させて、インク滴を吐出させるピエゾ方式のものがある。また、液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴を吐出させるバブルジェット（登録商標）方式のものもある。また、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置された液室外の個別電極との間に電界を形成して振動板を変形させて、液室内の圧力や体積を変化させることでノズルからインク滴を吐出させる静電型のものもある。実施形態では、ピエゾ方式を採用した例について説明するが、ピエゾ方式に限られるものではない。

まず、実施形態に係る画像形成装置の基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示す要部構成図である。また、図２は、同要部構成を示す平面図である。

実施形態に係る画像形成装置は、シリアル型のインクジェット記録装置であり、左右の側板４２１Ａ，４２１Ｂに横架した主従のガイドロッド４３１，４３２でキャリッジ４３３を主走査方向（矢印方向）に往復移動可能に保持している。このキャリッジ４３３には、液滴吐出部材としての液滴吐出ヘッド４３４を保持する２つの液滴吐出ユニット４３０Ａ，４３０Ｂを搭載している。液滴吐出ヘッド４３４は、複数のノズル（吐出孔）からなるノズル列のノズル配列方向を、主走査方向と直交する副走査方向（液滴吐出ヘッド長手方向）にし、液滴吐出方向を下方に向けて装着されている。

２つの液滴吐出ユニット４３０Ａ，４３０Ｂのそれぞれは、ノズル列を二つずつ有している。一方の液滴吐出ユニット４３０Ａの液滴吐出ヘッド４３４は、一方のノズル列の各ノズルでブラック（Ｋ）のインク滴を吐出し、且つ他方のノズル列の各ノズルでシアン（Ｃ）のインク滴を吐出する。また、他方の液滴吐出ユニット４３０Ｂの液滴吐出ヘッド４３４は、一方のノズル列の各ノズルでマゼンタ（Ｍ）のインク滴を吐出し、且つ他方のノズル列の各ノズルでイエロー（Ｙ）のインク滴を吐出する。

なお、実施形態に係る画像形成装置は、二つの液滴吐出ヘッドを使用して４色のインク滴を吐出するものであるが、１つの液滴吐出ヘッドに４つのノズル列を配置して、１個の液滴吐出ヘッドから４色のインクを吐出させることもできる。

装置本体側には後述する供給・循環機構４０４が搭載されている。この供給・循環機構４０４内に配設された後述する供給タンクや循環タンクと、キャリッジ４３３上の液滴吐出ヘッド４３４とは、チューブ束４３６を介してインクを流通させることが可能になっている。

実施形態に係る画像形成装置は、給紙トレイ４０２のシート積載部４４１上に積載した記録媒体としての記録シート４４２を給紙するための給紙部を備えている。この給紙部は、シート積載部４４１から記録シート４４２を１枚ずつ分離給送する給紙コロ４４３及び給紙コロ４４３に対向する分離パッド４４４などからなる。

また、実施形態に係る画像形成装置は、給送された記録シート４４２を搬送及び案内するガイド４４５、カウンタローラ４４６、搬送ガイド部材４４７、先端加圧コロ４４９を有する押さえ部材４４８も備えている。さらに、搬送された記録シート４４２を吸着して液滴吐出ユニット４３０の液滴吐出ヘッド４３４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４５１も備えている。

搬送ベルト４５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４５２とテンションローラ４５３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されている。この搬送ベルト４５１には、帯電手段である帯電ローラ４５６で帯電される静電搬送ベルトを使用している。ただし、搬送ベルト４５１としては、エアー吸引で吸着する搬送ベルトでもよい。また、搬送手段としては、搬送ベルトを使用しないで、ローラによって搬送するものでもよい。

搬送ベルト４５１を掛け回したテンションローラ４５３の下流側には、搬送ベルト４５１から記録シート４４２を分離するための分離爪４６１と、排紙ローラ４６２及び排紙コロ４６３とを備え、排紙ローラ４６２の下方に排紙トレイ４０３を備えている。また、装置本体の背面部には両面ユニット４７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット４７１は搬送ベルト４５１の逆方向回転で戻される記録シート４４２を取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ４４６と搬送ベルト４５１との間に給紙する。また、この両面ユニット４７１の上面は手差しトレイ４７２としている。さらに、キャリッジ４３３の走査方向一方側の非印字領域には、液滴吐出ユニット４３０Ａ，４３０Ｂにおける液滴吐出ヘッド４３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構４８１を配置している。

この維持回復機構４８１は、液滴吐出ヘッド４３４のノズル面をキャッピングするための各キャップ４８２ａ，４８２ｂを備えている。また、維持回復機構４８１は、ノズル面をワイピングするためのブレード部材４８３を備えている。また、維持回復機構４８１は、増粘したインクを排出するために画像形成に寄与しないインクを吐出させる空吐出を行うときのインクを受ける空吐出受け４８４などを備えている。また、キャリッジ４３３の走査方向他方側の非印字領域には、画像形成中などに空吐出を行うときのインクを受ける空吐出受け４８８を配置している。この空吐出受け４８８には液滴吐出ヘッド４３４のノズル配列方向に沿った開口部４８９などを備えている。

実施形態に係る画像形成装置においては、給紙トレイ４０２から記録シート４４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された記録シート４４２はガイド４４５で案内され、搬送ベルト４５１とカウンタローラ４４６との間に挟まれて搬送される。更に、記録シート４４２は、先端を搬送ガイド４３７で案内されて先端加圧コロ４４９で搬送ベルト４５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。そして、帯電した搬送ベルト４５１上に記録シート４４２が給送されると、記録シート４４２が搬送ベルト４５１に吸着され、搬送ベルト４５１の周回移動によって記録シート４４２が副走査方向に搬送される。そこで、キャリッジ４３３を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ユニット４３０Ａ，４３０Ｂの液滴吐出ヘッド４３４を駆動することにより、停止している記録シート４４２にインクを吐出して１行分の画像を記録する。そして、記録シート４４２を所定量搬送後、次の行の画像形成を行う。記録終了信号又は記録シート４４２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、記録シート４４２を排紙トレイ４０３に排紙する。

図３は、液滴吐出ヘッド４３４を示す横断面図である。また、図４は、図３のＡ−Ａ’断面を示す平断面図である。また、図５は、図３のＢ−Ｂ’断面を示す平断面図である。なお、図４や図５においては、断面位置よりも上側にある物の輪郭を二点鎖線で、下側にある物の透視輪郭を点線でそれぞれ示している。

図３において、液滴吐出ヘッド４３４は、互いに積み重ねて接合されたベース板状部材１、第一板状部材２、第二板状部材３、第三板状部材４、第四板状部材５、及び第五板状部材６を有している。

第五板状部材６には、図４に示されるように、ヘッド長手方向に延在するスリットによる供給液室１０と、ヘッド長手方向に延在するスリットによる循環液室１５と、ヘッド長手方向に延在するスリットによる圧電素子載置部１９とが形成されている。

図３において、第五板状部材６が直接積層された第四板状部材５には、薄厚にハーフエッチング加工されたダイヤフラム部５ａや、ダイヤフラム部５ａから立ち上がる振動伝達部５ｂなどが形成されている。振動伝達部５ｂは、図４に示されるように、細長い箱型形状になっており、その短手方向をヘッド長手方向に沿わせる姿勢で複数並ぶように形成されている。振動伝達部５ｂの上には積層圧電素子７が固定されている。この第五板状部材６は、電鋳工法によるＮｉ合金メッキ膜を２層重ねて形成したものである。

積層圧電素子７は、ヘッド長手方向に沿って２つ配設されている。厚さ１０〜５０［μｍ］のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電層と、厚さ数［μｍ］の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とが交互に積層された構造になっている。内部電極層は両端で外部電極に接続されている。この積層圧電素子７は、ハーフカットのダイシング加工によって櫛歯状に分割され（以下、分割素子という）、それぞれが互いに異なる振動伝達部５ｂに接合され、それらに個別に振動を付与する。外部電極の外側はハーフカットのダイシング加工で分割されるように、切り欠き等の加工により長さを制限しており、これらは複数の個別電極として機能する。それぞれの個別電極に対して電圧が個別に印加されることで、複数の分割素子を個別に振動させることが可能になっている。外部電極内側は、ダイシングでは分割されずに共通電極として機能している。

図３において、第一板状部材２の上面には第二板状部材３が直接積層され、この第二板状部材３の上面には第三板状部材４が直接積層され、この第三板状部材４の上面には上述した第四板状部材５が直接積層されている。第一板状部材２、第二板状部材３、及び第三板状部材４のそれぞれはステンレス材からなり、それらの組み合わせは、供給路１１、圧力発生室１２、及び循環路１４を形成するように互いに積層されている。

供給路１１は、第三板状部材４に設けられたスリット及びハーフエッチング加工部（凹部）によって形成されている。図４に示されるように、比較的大径の大径部１１ａとこれに連通する比較的小径の小径部１１ｂとを具備しており、前述のスリット及びハーフエッチング加工部のうち、スリットによって大径部１１ａが形成されている。また、前述のハーフエッチング部によって小径部１１ｂが形成されている。

図３において、圧力発生室１２は、供給路１１の小径部１１ｂに連通するように第三板状部材４、第二板状部材３、第一板状部材２にそれぞれ設けられたスリットによって形成されている。

また、循環路１４は、圧力発生室１２に連通するように第一板状部材２に設けられたスリット、これに連通するように第二板状部材３にプレス加工によって設けられたスリット、及びこれに連通するように第三板状部材４に設けられたスリットによって形成されている。図４に示されるように、第一板状部材２に設けられたスリットによって形成される比較的小径の小径部１４ｂと、これに連通する比較的大径の大径部１４ａとを具備している。

供給路１１及びこれに連通する圧力発生室１２の組み合わせは、図４に示されるように、ヘッド長手方向に沿って複数形成されている。それら圧力発生室１２の上壁のそれぞれには振動伝達部５ｂが個別に形成されている。これにより、個々の圧力発生室１２のそれぞれにおけるダイヤフラム部５ａが個別に振動せしめられて、個々の圧力発生室１２内のインクに対して個別に圧力が付与されるようになっている。

また、循環路１４もヘッド長手方向に沿って複数形成されており、それらは複数の圧力発生室１２の何れかに個別に連通している。

なお、第三板状部材４のスリットや、第五板状部材６のスリットは切削加工によって形成されたものである。

第一板状部材２は、ベース板状部材１の上面に直接積層されている。そして、ステンレス材からなるベース板状部材１には、複数の圧力発生室１２のそれぞれに個別に連通する複数のノズル１３がプレス加工によって形成されている。ノズル１３は、インク滴吐出側が受け入れ側よりも狭くなるようにテーパー形状になっている。その直径は約２０〜３５［μｍ］であり、配設ピッチは１５０［ｄｐｉ］である。

図４に示される複数の供給路１１は、ヘッド長手方向に延在する一つの供給液室１０に連通している。より詳しくは、複数の供給路１１と、供給液室１０とは、図３に示されるように、複数の供給路１１のそれぞれに個別に対応するように第四板状部材５に複数設けられた供給開口部５ｃを介して連通している。

また、図４に示される複数の循環路１４は、ヘッド長手方向に延在する一つの循環液室１５に連通している。より詳しくは、複数の循環路１４と、循環液室１５とは、図３に示されるように、複数の循環路１４のそれぞれに個別に対応するように第四板状部材５に複数設けられた回収開口部５ｄを介して連通している。

図６は、液滴吐出ヘッド４３４を示す斜視図である。液滴吐出ヘッド４３４は、複数のノズル（１３）を鉛直下方に向ける姿勢でキャリッジ（４３３）に搭載される。同図は、液滴吐出ヘッド４３４を前述の姿勢で示すものである。液滴吐出ヘッド４３４は、供給側ベース材１８を有しており、この供給側ベース材１８は、図３に示される第五板状部材６の上に接合されたものである。図６において、供給側ベース材１８は、長手方向の両端部のそれぞれにネジ穴１８ａを具備している。このネジ穴に通されたネジにより、キャリッジ（４３３）に固定される。

供給側ベース材１８には、二つのネジ穴１８の他に、インク供給穴とインク循環穴とを具備している。インク供給穴は、供給側ベース材１８の端部に形成されており、図４に示される供給液室１０に連通している。そして、それぞれのインク供給穴に連通するように、供給側ベース材１８の上面に供給管１６が接合されている（図３参照）。その供給管１６は、チューブ束４３６のチューブと、供給側圧力センサとを介して供給タンクに連通している。

また、上述のインク循環穴は、供給側ベース材１８の端部に形成されており、図４に示される循環液室１５に連通している。そして、その循環穴に連通するように、供給側ベース材１８の上面に循環管１７が接合されている（図３参照）。それらの循環管１７は、チューブ束４３６（図２参照）のチューブと、循環側圧力センサとを介して循環タンクに連通している。

積層圧電素子７の上述した個別電極に対して駆動電圧（１０〜５０Ｖのパルス電圧）が印加されると、その個別電極に対応する分割素子の積層方向の変位が生起せしめられ、振動伝達部５ｂやダイヤフラム部５ａも同じ方向に変位する。これにより、前述の個別電極に対応する圧力発生室１２内に収容されているインクが加圧されて、その圧力発生室１２に連通しているノズル１３からインク滴９９が吐出される。その後、分割素子が元の位置まで戻ると、圧力発生室１２内のインクの圧力が低減し、更にインクの流れの慣性と駆動電圧の減衰とよってインクの圧力が負圧に転じる。これにより、インク吐出行程からインク充填行程に移行する。このとき、供給タンクから供給側圧力センサを経て供給液室１０にインクが供給され、供給液室１０内のインクが供給路１１を経て圧力発生室１２に充填される。

上述したインク吐出行程において、圧力発生室１２内の一部のインクは、気泡とともに圧力発生室１２内から循環路１４に進入する。また、循環路１４の大径部１４ａ内にある一部のインクは、気泡とともに大径部１４ａ内から循環液室１５に流入する。循環液室１５内のインクは、循環管１７と循環側圧力センサとを経て循環タンク内に送液される。また、循環タンク内のインクは、送液ポンプを経て供給タンクと圧力側圧力センサとを経て供給液室１０に供給される。

図４に示されるように、循環路１４には、大径部１４ａの他に、これよりも小径の小径部１４ｂを設けている。かかる構成では、小径部１４ｂが圧力発生室１２から循環路１４に進入しようとするインクに対して抵抗を付与して、圧力発生室１２内から循環路１４を経て循環液室１５に回収されるインクの量を規制する。これにより、圧力発生室１２内のインクを循環液室１５に回収することに起因するノズル１３からのインク滴の吐出量の不足を抑えることができる。

なお、圧力発生室１２内のインクが加圧されると、ノズル１３からインク滴として吐出するインクや、圧力発生室１２から循環路１４に進入するインクの他、圧力発生室１２から供給路１１に逆戻りするインクも発生する。そして、その逆戻りによっても、ノズル１３からの液滴の吐出量の不足を引き起こすおそれがある。そこで、実施形態に係る画像形成装置においては、供給路１１についても、大径部１１ａの他に、これよりも小径の小径部１１ｂを設けている。かかる構成では、小径部１１ｂが圧力発生室１２から供給路１１に進入しようとするインクに対して抵抗を付与して、圧力発生室１２内から供給路１１に逆戻りしてしまうインクの量を規制する。これにより、圧力発生室１２内のインクを供給路１１に逆戻りさせることに起因するノズル１３からの液滴の吐出量の不足を抑えることもできる。

供給路１１の小径部１１ｂや、循環路１４の小径部１４ｂは、インク滴吐出後の残留圧力振動を減衰させるという効果も奏することができる。但し、インク充填行程では、供給路１１や循環路１４から圧力発生室１２に戻ろうとするインクに抵抗を付与してそれらの流れを阻害することから、圧力発生室１２内の圧力を元に戻すまでの時間を長期化する。そこで、供給路１１の小径部１１ｂによってインクに対して付与する抵抗量と、循環路１４の小径部１４ｂによってインクに対して付与する抵抗量とを調整することで、残留圧力の減衰とリフィル時間とのバランスを図ることが望ましい。こうすることで、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くすることができる。

次に、実施形態に係る画像形成装置に、より特徴的な構成を付加した各実施例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施例に係る画像形成装置の構成は、実施形態と同様である。

［第一実施例］
積層圧電素子７が駆動されたときにおいて、ノズル１３から吐出するインク滴の量と、圧力発生室１２から供給路１１に戻るインクの量と、圧力発生室１２から循環路１４に進むインクの量との比は、流路抵抗の比によって決定される。具体的には、循環路１４の小径部１４ｂの流路抵抗と、供給路１１の小径部１１ｂの流路抵抗と、ノズル１３の流路抵抗との比によって決定される。また、ノズル１３のメニスカスにかかる圧力は、ノズル位置を基準として、前述の流路抵抗の比や、正圧と負圧との圧力比などによって決定される。実際に循環式の液滴吐出ヘッド４３４を扱う上では、圧力制御の容易さから、正負圧の圧力比が１：１であることが望ましい。このためには、循環路１４の小径部１４ｂの流路抵抗と、供給路１１の小径部１１ｂの流路抵抗との比も１：１であることが必要となる。

図７は、第一実施例に係る画像形成装置の液滴吐出ヘッド４３４を示す横断面図である。また、図８は、図７のＢ−Ｂ’断面を示す平断面図である。図７において、液滴吐出ヘッド４３４は、第一板状部材２と第二板状部材３との間に中間板状部材２０を挟み込んでいる。この中間板状部材２０には、複数の圧力発生室１２に個別に連通する複数のスリットや、複数の循環路１４におけるそれぞれの大径部１４ａの一部として機能するための複数のスリットが設けられている。

図８に示されるように、循環路１４の大径部１４ａと小径部１４ａとは、互いに幅方向のサイズが同じになっている。幅方向のサイズが同じであっても、小径部１４ｂを大径部１４ａよりも小径にするために、図７に示されるように、小径部１４ｂの深さを大径部１４ａの深さよりも浅くしている。第一板状部材２のスリットにおいて、中間板状部材２０のスリットとを重ねた箇所を大径部１４ａとして機能させつつ、中間板状部材２０のスリットでない部分を大径部１４ａよりも浅い重ねた箇所を小径部１４ｂとして機能させている。

かかる構成では、小径部１４ｂの幅方向のサイズを大径部１４ａの幅方向のサイズよりも小さくしないので、第一板状部材２に小径部１４ｂ用として設けるスリットの幅を大径部１４ａ用のスリットの幅と同じにすることができている。これにより、小径部１４ｂを形成するための第一板状部材２の穴開け加工として、高い寸法精度や弱い衝撃性を要求されない安価な方法を採用して低コスト化を図ることができる。また、第一板状部材２の厚みの調整により、小径部１４ｂの流路抵抗を容易に調整して、大径部１４ａとの流路抵抗の比を容易に１：１に調整することもできる。

［第二実施例］
第二実施例に係る画像形成装置も、第一実施例と同様に、循環路１４の大径部１４ａと小径部１４ｂとで幅方向のサイズを同じにしている。そして、循環路１４の小径部１４ｂの深さを、大径部１４ａの深さよりも浅くすることで、小径部１４ｂを大径部１４ａよりも小径にしている。

図９は、第二実施例に係る画像形成装置の液滴吐出ヘッド４３４を示す横断面図である。この液滴吐出ヘッド４３４は、第一実施例に係る画像形成装置とは異なり、第一板状部材２と第二板状部材３との間に中間板状部材を設けていない。その代わりに、次のようにして、循環路１４の小径部１４ａと大径部１４ｂとを設けている。即ち、第二板状部材３として、その第一面（下面）に大径部１４ａの一部として機能するハーフエッチング部（凹部）を設けたものを用いている。そして、循環路１４の長さ方向における全域のうち、第二板状部材３のハーフエッチング部と第一板状部材２のスリットとを重ねた箇所を大径部１４ａとして機能させている。また、第二板状部材３のハーフエッチング部やスリットでない部分と第一板状部材のスリットとを重ねた箇所を大径部１４ａよりも浅い小径部１４ｂとして機能させている。

かかる構成では、中間板状部材を設けることなく循環路１４の大径部１４ａと小径部１４ｂとを設けることができている。よって、第一実施例に比べて部品点数や工数を減らして低コスト化を図ることができる。また、小径部１４ｂの長さだけでなく、深さの調整によっても小径部１４ｂの流路抵抗を調整することが可能なので、設計の自由度を高くすることもできる。

［第三実施例］
第三実施例に係る画像形成装置は、以下に特筆する点の他が第二実施例に係る画像形成装置と同様の構成になっている。
図１０は、第三実施例に係る画像形成装置の液滴吐出ヘッド４３４を示す横断面図である。同図において、第二板状部材３は、第二実施例と同様に、複数の循環路１４におけるそれぞれの大径部１４ａを形成するための複数のハーフエッチング部が第一面に形成されている。また、第二実施例とは異なり、複数の供給路１１におけるそれぞれの大径部１１ａを形成するための複数のハーフエッチング部が第二面（上面）に形成されている。

第三実施例に係る画像形成装置は、第二実施例と同様に、第一板状部材２のスリットと第二板状部材３の第一面のハーフエッチング部とを重ね合わせて複数の循環路１４におけるそれぞれの大径部１４ａを形成している。また、第二実施例とは異なり、第三板状部材４として、複数の供給路１１のそれぞれにおける小径部１１ｂを形成するためのハーフエッチング部と、複数の供給路１１のそれぞれにおける大径部１１ａを形成するためのスリットとを設けたものを用いている。そして、第二板状部材３の第二面のハーフエッチング部やスリットではない部分と、第三板状部材４のハーフエッチング部とを重ねて、供給路１１の小径部１１ｂを形成している。また、第二板状部材３の第二面のハーフエッチング部と、第三板状部材４のスリットとを重ねて、供給路１１の大径部１１ａを形成している。

かかる構成では、第二板状部材３の第二面のハーフエッチング部における深さを調整することで、供給路１１の大径部１１ａの容量を容易に調整することができる。また、インク粘度仕様の異なる機種にそれぞれ個別に対応する液滴吐出ヘッド４３４を製造する場合に、第二板状部材３の他の板状部材をそれら機種間で共通使用することもできる。具体的には、粘度の異なるインクを吐出させるためには、供給路１１の大径部１１ａの容量や、循環路１４の大径部１４ａの容量を互いに異ならせる必要に迫られることがある。このような場合であっても、第二板状部材３として、第一面のハーフエッチング部や第二面のハーフエッチング部の深さを高いに異ならせたものを使用する他は、他の板状部材として同じものを用いることが可能である。

［第四実施例］
第四実施例に係る画像形成装置は、以下に特筆する点の他が第二実施例に係る画像形成装置と同様の構成になっている。
図１１は、第四実施例に係る画像形成装置の液滴吐出ヘッド４３４を示す横断面図である。この液滴吐出ヘッド４３４は、第二板状部材３として、その第二面（上面）に、複数の圧力発生室１２の一部として機能する複数のハーフエッチング部（凹部）を設けたものを用いている。そして、第三板状部材４のスリットと、第二板状部材３の第二面のハーフエッチング部とを重ね合わせた箇所を、圧力発生室１２として機能させている。

かかる構成では、第二板状部材３の第二面のハーフエッチング部における深さを調整することで、供給路１１の大径部１１ａの容量を容易に調整することができる。また、インク粘度仕様の異なる機種にそれぞれ個別に対応する液滴吐出ヘッド４３４を製造する場合に、第二板状部材３の他の板状部材をそれら機種間で共通使用することもできる。具体的には、粘度の異なるインクを吐出させるためには、圧力発生室１２の容量や、循環路１４の大径部１４ａの容量を互いに異ならせる必要に迫られることがある。このような場合であっても、第二板状部材３として、第一面のハーフエッチング部や第二面のハーフエッチング部の深さを高いに異ならせたものを使用する他は、他の板状部材として同じものを用いることが可能である。

なお、第四実施例では、第二板状部材３の第二面に設けたハーフエッチング部に隣接する凸部を、供給路１１の小径部１１ｂの床面として利用している。かかる構成では、ハーフエッチング部の長さの調整により、供給路１１の小径部１１ｂの長さを容易に調整して、小径部１１ｂの流路抵抗を容易に調整することができる。

また、実施形態や各実施例に係る画像形成装置では、ポンプの駆動によってインクを循環させる方式を採用しているが、積層圧電素子７の加圧力だけでインクを循環させる方式を採用してもよい。参考までに、実施形態や各実施例に係る画像形成装置で採用されている循環方式について説明する。
図１２は、供給・循環機構４０４を液滴吐出ヘッド４３４とともに示すブロック図である。図示のように、供給・循環機構４０４は、メインタンク、供給タンク、循環タンク、コンプレッサ、真空ポンプ、送液ポンプ、レギュレータ（Ｒ）、供給側圧力センサ、循環側圧力センサなどを有している。

供給側圧力センサは、供給タンクと液滴吐出ヘッド４３４との間であって、液滴吐出ヘッド４３４の供給管１６（図６参照）に繋がった供給流路側に接続されている。循環側圧力センサは、液滴吐出ヘッド４３４と循環タンクとの間であって、液滴吐出ヘッド４３４の循環管１７（図６参照）に繋がった循環流路側に接続されている。

循環タンクの一方は送液ポンプを介して供給タンクと接続されており、循環タンクの他方は第二送液ポンプを介してメインタンクと接続されている。これにより、供給タンクから供給管１６を通って液滴吐出ヘッド４３４内に液体が流入し、循環管１７から排出されて循環タンクへ排出され、更に第１送液ポンプによって循環タンクから供給タンクへ液体が送られることによって液体が循環する。

また、供給タンクにはコンプレッサがつなげられていて、供給側圧力センサで所定の正圧が検知されるように制御される。一方、循環タンクには真空ポンプがつなげられていて、循環側圧力センサで所定の負圧が検知されるよう制御される。これにより、液滴吐出ヘッド４３４内を通って液体を循環させつつ、メニスカスの負圧を一定に保つことができる。

液滴吐出ヘッド４３４のノズルから液滴を吐出すると、供給タンク及び循環タンク内の液体量が減少していくため、適宜メインタンクから第二送液ポンプを用いて、メインタンクから循環タンクに液体を補充することが望ましい。メインタンクから循環タンクへの液体補充のタイミングは、循環タンク内のインクの液面高さが所定高さよりも下がったら液体補充を行うなど、循環タンク内に設けた液面センサなどの検知結果によって制御することができる。

なお、液体の循環は液滴吐出ヘッド４３４の動作時のみならず、動作休止時においても実施することができる。動作休止時に循環することによって、個別液室内の液体は常にリフレッシュされると共に、液体に含まれる成分の凝集や沈降を抑制できるので好ましい。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
［態様Ａ］
態様Ａは、液滴（例えばインク滴）を吐出する複数の吐出孔（例えばノズル１３）と、それら吐出孔に個別に通じて内部の液体（例えばインク）に圧力をかけるための複数の圧力発生室（例えば圧力発生室１２）と、それら圧力発生室のそれぞれに供給するための液体を収容する供給液室（例えば供給液室１０）と、それら圧力発生室のそれぞれと前記供給液室とを通じさせる複数の供給路（例えば供給路１１）と、複数の前記圧力発生室のそれぞれから回収した液体を受け入れる循環液室（例えば循環液室１５）と、複数の前記圧力発生室のそれぞれと前記循環液室とを連通させる複数の循環路（例えば循環路１４）とを有する液滴吐出ヘッド（例えば液滴吐出ヘッド４３４）において、複数の前記循環路のそれぞれに、長さ方向の全域における一部領域で径が細くなっている小径部（例えば小径部１４ｂ）を設けたことを特徴とするものである。

かかる構成では、循環路の小径部が圧力発生室から循環路に進入しようとするインクに対して抵抗を付与して、圧力発生室内から循環路を経て循環液室に回収されるインクの量を規制する。これにより、圧力発生室内のインクを循環液室に回収することに起因する吐出孔からの液滴の吐出量の不足を抑えることができる。

［態様Ｂ］
態様Ｂは、態様Ａにおいて、複数の前記循環路におけるそれぞれの前記小径部及びこれより大径の大径部（例えば大径部１４ａ）を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第一板状部材（例えば第一板状部材２）と、前記大径部を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第二板状部材（例えば第二板状部材３）とを重ね合わせ、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材のスリット又は凹部とを重ねた箇所を前記大径部として機能させるとともに、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材のスリットや凹部でない部分を重ねた箇所を前記小径部として機能させたことを特徴とするものである。かかる構成では、小径部の幅を大径部よりも細くすることなく、小径部の深さを大径部よりも浅くすることで、小径部を大径部よりも小径にする。これにより、小径部を形成するための第一板状部材の穴開け加工として、高い寸法精度や弱い衝撃性を要求されない安価な方法を採用して低コスト化を図ることができる。また、第一板状部材の厚みの調整により、小径部の流路抵抗を容易に調整して、大径部との流路抵抗の比を容易に調整することもできる。

［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ｂにおいて、前記第二板状部材として複数の前記凹部を設けたものを用い、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材の凹部ではない部分とを重ねた箇所を前記小径部として機能させたことを特徴とするものである。かかる構成では、第二板状部材の凹部の深さ調整により、循環路の大径部の容量を容易に調整することができる。

［態様Ｄ］
態様Ｄは、態様Ｃにおいて、複数の前記供給路のそれぞれにも、長さ方向の全域における一部領域で径が細くなっている小径部を設けたことを特徴とするものである。かかる構成では、それぞれの小径部の長さや深さ調整により、圧力発生室から供給路側に戻る液体の流れの流路抵抗と、圧力発生室から循環路側に進む液体の流れの流路抵抗との比を容易に調整することができる。

［態様Ｅ］
態様Ｅは、態様Ｄにおいて、前記第二板状部材として、複数の前記循環路におけるそれぞれの前記大径部を形成するための複数の凹部を第一面（例えば上面）に設け且つ複数の前記供給路（例えば供給路１４）におけるそれぞれの大径部（例えば大径部１４ａ）を形成するための複数の凹部を第二面に設けたものを用い、前記第一板状部材と前記第二板状部材の前記第一面とを重ね合わせて複数の前記循環路を形成するとともに、複数の前記供給路におけるそれぞれの大径部及び小径部を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第三板状部材（例えば第三板状部材４）と前記第二板状部材の前記第二面とを重ね合わせ、前記第三板状部材のスリット又は凹部と前記第二面の凹部とを重ねた箇所を前記供給路の大径部として機能させるとともに、前記第三板状部材のスリット又は凹部と前記第二面の凹部でない部分を重ねた箇所を前記供給路の小径部（例えば１１ｂ）として機能させたことを特徴とするものである。かかる構成では、第二板状部材の第二面の凹部における深さを調整することで、供給路の大径部の容量を容易に調整することができる。

［態様Ｆ］
態様Ｆは、態様Ｃにおいて、前記第二板状部材として、複数の前記循環路におけるそれぞれの前記大径部を形成するための複数の凹部を第一面に設け且つ複数の前記圧力発生室のそれぞれを形成するための複数の凹部を第二面に設けたものを用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、第二板状部材の第二面の凹部における深さを調整することで、圧力発生室の容量を容易に調整することができる。

［態様Ｇ］
態様Ｇは、複数の吐出孔からそれぞれ液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、記録シートを搬送するシート搬送手段と、前記液滴吐出ヘッドを記録シートの面に沿いつつ前記シート搬送手段による搬送方向と直交する方向に移動させるヘッド移動手段とを備え、複数の吐出孔からそれぞれ吐出した液滴によって記録シートに画像を形成する画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドとして、態様Ａ〜Ｆの何れかを用いたことを特徴とするものである。

１０：供給液室
１１：供給路
１１ａ：供給路の大径部
１１ｂ：供給路の小径部
１２：圧力発生室
１３：ノズル（吐出孔）
１４：循環路
１４ａ：循環路の大径部
１４ｂ：循環路の小径部
１５：循環液室
１６：供給管
１７：循環管
４３４：液滴吐出ヘッド

特開２０１４−２１０３７３号公報

Claims (7)

1. 液滴を吐出する複数の吐出孔と、それら吐出孔に個別に通じて内部の液体に圧力をかける複数の圧力発生室と、それら圧力発生室のそれぞれに供給する液体を収容する供給液室と、それら圧力発生室のそれぞれと前記供給液室とを通じさせる複数の供給路と、複数の前記圧力発生室のそれぞれから回収した液体を回収する循環液室と、複数の前記圧力発生室のそれぞれと前記循環液室とを連通させる複数の循環路とを有し、
   複数の前記循環路のそれぞれに、長さ方向の全域における一部領域で径が小さく、かつ前記循環路の長さ方向に延在する小径部を設け、
   複数の前記循環路におけるそれぞれの前記小径部及びこれより大径の大径部を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第一板状部材と、前記大径部を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第二板状部材とを重ね合わせ、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材のスリット又は凹部とを重ねた箇所を前記大径部として機能させるとともに、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材のスリットや凹部でない部分を重ねた箇所を前記小径部としたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 液滴を吐出する複数の吐出孔と、それら吐出孔に個別に通じて内部の液体に圧力をかける複数の圧力発生室と、それら圧力発生室のそれぞれに供給する液体を収容する供給液室と、それら圧力発生室のそれぞれと前記供給液室とを通じさせる複数の供給路と、複数の前記圧力発生室のそれぞれから回収した液体を回収する循環液室と、複数の前記圧力発生室のそれぞれと前記循環液室とを連通させる複数の循環路とを有し、
   複数の前記循環路のそれぞれに、長さ方向の全域における一部領域で径が小さい小径部を設け、
   複数の前記循環路におけるそれぞれの前記小径部及びこれより大径の大径部を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第一板状部材と、前記大径部を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第二板状部材とを重ね合わせ、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材のスリット又は凹部とを重ねた箇所を前記大径部として機能させるとともに、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材のスリットや凹部でない部分を重ねた箇所を前記小径部としたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記第二板状部材として複数の前記凹部を設けたものを用い、前記第一板状部材のスリット又は凹部と前記第二板状部材の凹部ではない部分とを重ねた箇所を前記小径部としたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 請求項３の液滴吐出ヘッドにおいて、
   複数の前記供給路のそれぞれにも、長さ方向の全域における一部領域で径が細くなっている小径部を設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項４の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記第二板状部材として、複数の前記循環路におけるそれぞれの前記大径部を形成するための複数の凹部を第一面に設け且つ複数の前記供給路におけるそれぞれの大径部を形成するための複数の凹部を第二面に設けたものを用い、前記第一板状部材と前記第二板状部材の前記第一面とを重ね合わせて複数の前記循環路を形成するとともに、複数の前記供給路におけるそれぞれの大径部及び小径部を形成するための複数のスリット又は凹部を設けた第三板状部材と前記第二板状部材の前記第二面とを重ね合わせ、前記第三板状部材のスリット又は凹部と前記第二面の凹部とを重ねた箇所を前記供給路の大径部として機能させるとともに、前記第三板状部材のスリット又は凹部と前記第二面の凹部でない部分を重ねた箇所を前記供給路の小径部として機能させたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項３の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記第二板状部材として、複数の前記循環路におけるそれぞれの前記大径部を形成するための複数の凹部を第一面に設け且つ複数の前記圧力発生室のそれぞれを形成するための複数の凹部を第二面に設けたものを用いたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 複数の吐出孔からそれぞれ液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、記録シートを搬送するシート搬送手段と、前記液滴吐出ヘッドを記録シートの面に沿いつつ前記シート搬送手段による搬送方向と直交する方向に移動させるヘッド移動手段とを備え、複数の吐出孔からそれぞれ吐出した液滴によって記録シートに画像を形成する画像形成装置において、
   前記液滴吐出ヘッドとして、請求項１乃至６の何れかの液滴吐出ヘッドを用いたことを特徴とする画像形成装置。

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