JP2014054759A - 液滴吐出ヘッド及びヘッドカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不吐出または異常吐出を低減させ、吐出安定化を図り高品質な画像形成を行うことが可能な液滴吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】複数のノズル２ａを有するノズル板２と、各ノズルが連通する液室１ａと流体抵抗１ｂを有する流路板１と、液室内の液体を加圧する駆動手段５と、供給口３ｄを有する振動板３と、共通液室１ｃを有するフレーム７とを有する液滴吐出ヘッド４において、共通液室と振動板との間の供給口に複数の孔部を有するフィルタ３ｆを有し、ノズル板の供給口と対向する部位には他の部位に比して板厚が薄い凹部２ｂを設け、該凹部を液室の並列方向と同方向に連続して形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、主に圧電素子からなる駆動手段により振動板を変位させてノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッド、及びこれを備えた画像形成装置に関する。

一般的に、プリンタ、ファクシミリ、複写機、プロッタ、これ等の複合機等の画像形成装置において、例えばインク液滴を吐出する液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッドを備え、媒体（用紙、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙等ともいう）を搬送しつつインク液滴を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字等も同義で使用する）を行うものが知られている。液滴吐出ヘッドとしては、インク液滴を吐出し複数個が並列配置されたノズルと、各ノズルにそれぞれ個別に対応して配置された複数の液室（圧力室、加圧室、吐出室、インク室ともいう）と、各液室のそれぞれの少なくとも一部壁面を形成する振動板とを有し、振動板を圧電素子によって変形させて液室の容積を変化させ、これにより各ノズルからインク液滴を吐出させる圧電型アクチュエータを用いた圧電型記録ヘッドが知られている。

近年では高画質化の要求から、画像形成を行う記録ヘッドとして複数のノズルを有するマルチノズルヘッドを使用し、各ノズルから吐出される液滴サイズを小さくする傾向にある。このために液室もより小さくする傾向にあり、ノズルピッチを微細化するために液室幅方向の縮小化のみならず、液室長さ方向も縮小化させる必要がある。これは、共振周波数を大きくして小さな液滴を吐出させるためである。ただし、液室を小型化した場合でもアクチュエータ素子の駆動エネルギが液室に十分伝搬されると共に、複数の液室を隔てる隔壁部分に駆動エネルギが伝搬されないように構成する必要がある。また、各ノズルから吐出する液滴吐出特性の均一化が必要であり、各記録ヘッド間で液室の容積や抵抗の差異を小さくすることが重要となるため、高精度加工や高精度接合が必須となっている。

さらに、液室構造以外の要因、例えばインク粘度、気泡や異物といったものが吐出特性に大きな影響を与えることが知られている。そして高品質化の要求から、インク粘度に関してはインクの粘度を管理するために熱源を記録ヘッドに搭載させたり、例えば「特許文献１」に開示されているように、インク温度に基づいて供給量を調整したりする構成が提案されている。また気泡に関しては、例えば「特許文献２」に開示されているように、気泡をトラップする空間を液室内に設ける構成が提案されている。しかし上述の構成では、インク粘度や気泡に対して効果があるものの、異物混入に対しては効果がない。そこで、例えば「特許文献３」には、振動板にノズルよりも開口面積が小さい複数の供給口を設ける構成が開示されている。この構成では、液滴吐出ヘッドの液室組立完成後の異物混入を低減することができ、結果として記録ヘッドの吐出特性を安定化することができる。

しかし上述の構成では、振動板に形成した供給口の直径（フィルタ径）が微細であるため、上流より侵入してくる異物または発生する気泡によって経時的にフィルタが目詰まりしてしまうという問題点がある。この場合、共通液室より供給されるはずの液体が個別液室に供給されなくなり、不吐出または異常吐出が発生してしまう。

本発明は上述の問題点を解決し、不吐出または異常吐出を低減させ、吐出安定化を図り高品質な画像形成を行うことが可能な液滴吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、液体を液滴として吐出する複数のノズルを有するノズル板と、前記液体を蓄え前記各ノズルが連通する液室と、前記液室まで前記液体を流す流路に形成された流体抵抗を有する流路板と、前記液室内の前記液体を加圧すべく圧力を発生させる駆動手段と、前記液室の少なくとも一面の壁面を形成し前記液体を前記液室に供給するための供給口を有する振動板と、前記液室に流すまで前記液体を貯蔵する共通液室を有するフレームとを有する液滴吐出ヘッドにおいて、前記共通液室と前記振動板との間の前記供給口に複数の孔部を有するフィルタを有し、前記ノズル板の前記供給口と対向する部位には他の部位に比して板厚が薄い凹部が設けられ、該凹部は前記液室の並列方向と同方向に連続して形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、経時的にフィルタが目詰まりした場合であっても、ノズル板に凹部を設けることにより液体の体積を確保することができるため液体を不足なく各液室に供給することができ、不吐出または異常吐出の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの概略斜視図である。 本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドの概略断面図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる液滴吐出ヘッドの要部断面図である。 本発明の第１の実施形態に用いられるノズル板の概略図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる流路板の概略図である。 本発明の第１の実施形態に用いられる振動板の概略図である。 本発明の第２の実施形態に用いられる振動板の概略図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に用いられる振動板の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられるエッジシュータ方式の液滴吐出ヘッドの概略図である。 本発明の一実施形態に用いられるサイドシュータ方式の液滴吐出ヘッドの概略図である。 本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の概略正面図である。 本発明の一実施形態を適用可能な画像形成装置の要部平面図である。

図１及び図２は、本発明の一実施形態を適用可能な液滴吐出ヘッドを示している。同図において液滴吐出ヘッド４１は、液滴を吐出するヘッド部４２と、ヘッド部４２と接続する電子部品が実装された電気回路基板４３と、ヘッド部４２に供給するインクが収容されたタンク４４とを有し、ヘッド部４２を構成するフレーム部材１７と電気回路基板４３とタンク４４とは積層構造をなして一体化されている。フレーム部材１７と電気回路基板４３との間及び電気回路基板４３とタンク４４との間にはそれぞれ図示しない空間が設けられており、電気回路基板４３には電子部品３２が配設されている。

ヘッド部４２は、液滴を吐出するノズル１１が形成されたノズル板１２と、ノズル１１が連通する液室１３を形成する流路板１４と、液室１３の壁面の一部を形成する振動板１５と、振動板１５を変位させる２つの圧電アクチュエータ１６と、各液室１３にインクを供給する共通液室１８を形成すると共に各圧電アクチュエータ１６を内部に収納してノズル板１２及び流路板１４及び振動板１５を前面側に保持するフレーム部材１７とを有している。

流路板１４及びその上面に接合されたノズル板１２と下面に接合された振動板１５とにより、液室１３及び液室１３にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部及び液室１３とノズル１１とを連通する連通孔とが構成されている。ノズル１１は各液室１３に対応して直径１０〜３０μｍの大きさで形成されており、各接合面は厚さ０．４〜１０μｍ程度の図示しない接着剤層によって接合されている。

ノズル板１２は、ステンレスやニッケル等の金属、ポリイミド樹脂フィルム等の樹脂、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、吐出面（吐出方向表面）にはインクの撥水性を確保するため、メッキ被膜あるいは撥水性コーティング等の周知の方法によって撥水膜が形成されている。流路板１４は、ステンレス基板を酸性エッチング液によるエッチングあるいはプレス等の機械加工によって加工することにより各液室１３と流体抵抗部とをそれぞれ形成され、連通板には例えば１５０ｄｐｉで並んでいる各液室１３とノズル１１とを連通する複数の連通孔が形成されている。振動板１５は、本実施形態ではニッケルの金属プレートから形成されているが、樹脂部材あるいは樹脂部材と金属部材との積層部材等によって形成してもよい。

各圧電アクチュエータ１６は、基板２１に接合された２列の圧力発生手段である積層型圧電素子部材２２を有しており、各積層型圧電素子部材２２にはスリット加工が施されて各液室１３に対応する圧電素子柱が形成されている。各積層型圧電素子部材２２には、圧電素子柱と電気回路基板３とを電気的に接続するフレキシブル配線基板２３が接続されている。フレーム部材１７には、上述した共通液室１８の他に圧電アクチュエータ１６を収納する開口部１７ａが形成されている。フレキシブル配線は柔軟性を有し大きく変形可能な薄膜状の部材で形成されており、図示しないが内方に複数の電路が設けられている。

電気回路基板４３には、基板本体３１の両面に圧電アクチュエータ１６及びフレキシブル配線基板２３及び電気回路基板４３上の配線パターンを介して接続される電子部品３２が実装され、さらに液滴吐出ヘッド４１と画像形成装置本体の制御ボードとを接続するためのＦＦＣコネクタ３３等が搭載されている他、フレキシブル配線基板２３を通すための開口部が形成されている。

図３は、本発明の特徴部を採用した第１の実施形態を示している。図３に示す液滴吐出ヘッド４は、液室１ａ及び流体抵抗部１ｂを形成する液室基板としての流路板１と、流路板１の上面に接合された液滴を吐出するノズル２ａが形成されたノズル板２と、流路板１の下面に接合され薄肉部３ａを有する振動板３と、振動板３に接合され液室１ａの内圧を変化させる駆動手段としての積層圧電素子５と、積層圧電素子５を固定するベース基板６とを有している。図３において、接着層は他の部材に比してその厚さが薄いために図示しておらず、また本実施形態では振動板３として凸部３ｂと厚肉部３ｃとを有するものを用いている。

本実施形態では、積層圧電素子５として圧電材料層と内部電極とを交互に積層したものが用いられ、圧電方向としては上下方向の変位を用いて液室１ａ内の液体を加圧する構成としている。また本実施形態では、積層圧電素子５はハーフカットのダイシング加工により櫛歯状に分割され、交互に圧電素子駆動部と支持部（非駆動部）として使用しており、この構造をバイピッチ構造と呼ぶ。支持部により流路ユニットを支えているので、液室１ａの圧力上昇によって流路板１が持ち上がることを防止し、いわゆる相互干渉を抑えることについて非常に有効である。また、より液室１ａを高密度化させた積層圧電素子５の圧電素子駆動部をノズルピッチと同間隔とし、支持部を形成しない構造（ノーマルピッチ構造）を採用してもよい。

流路板１の材質としては、ケイ素、ニッケル、４２アロイ、ＳＵＳ３０４あるいは他のステンレス材料等が挙げられる。流路板１の液体に接する面には、酸化ケイ素膜、窒化チタン膜、あるいは金属膜やポリイミド等の有機樹脂膜からなる耐液性薄膜を成膜してもよい。このような耐液性薄膜を形成することにより流路板材料が液体に対して溶出しにくくなり、また濡れ性も向上するために気泡の滞留が生じにくく安定した液滴吐出が可能となる。本発明における層や膜は、実質的に平らな全ての構造物を含む。

図３に示した構成では、流路板１の厚さ４０〜６００μｍ（流路板１を積層することにより液室１ａを形成することも考えられる）、液室１ａの長手方向長さ４００〜１６００μｍ、液室１ａの幅１２０〜１３０μｍとしている。流路隔壁の幅は振動板３との接合面において約１５〜５０μｍ（液室ピッチ１５０ｄｐｉ）である。また図４に示すように、流路板１の厚さ１００〜６００μｍ（流路板１を積層することにより液室１ａを形成することも考えられる）、液室１ａの長手方向長さ４００〜１２００μｍ、液室１ａの幅５０〜７０μｍ（液室ピッチ３００ｄｐｉのため）としてもよい。

ノズル板２は金属材料、例えば電鋳工法によるニッケルメッキ膜等で形成したものであり、液滴を飛翔させるための微細な吐出口である多数のノズル２ａを有している。ノズル２ａの内部形状（内側形状）はホーン形状（ほぼ円柱形状またはほぼ円錐台形状でもよい）であり、その径は液滴吐出側の直径で約１５〜３５μｍである。本実施形態では、ノズル２ａの直径は１８〜２４μｍとし、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉ／３００ｄｐｉとした。また、ノズル板２としては樹脂材料を用いる場合もある。

ノズル板２の液体吐出面（ノズル表面側）には、撥水性の表面処理を施した撥水処理層２ｄが設けられている。四フッ化エチレンニッケル共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性を有するフッ素樹脂、例えばフッ化ピッチ等を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、液体物性に応じて選定した撥水処理層２ｄを設け、液体の液滴形状や飛翔特性を安定化させ、高品位の画像品質を得られるように構成している。

外部から液体を供給するための供給口３ｄと共通液室１ｃとなる彫り込みが形成されるフレーム７は、エポキシ系樹脂の射出形成により形成している。樹脂材料としては、ポリフェニレンサルファイド等であってもよい。

上述のように構成された液滴吐出ヘッド４において、記録信号に応じて積層圧電素子５の駆動部に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することにより、駆動部に積層方向の変位が生じて振動板３を介して液室１ａが加圧されて圧力が上昇し、ノズル２ａから液滴が吐出される。その後、液滴吐出の終了に伴って液室１ａ内の液体圧力が減少し、液体の流れの慣性と駆動パルスの放電過程とによって液室１ａ内に負圧が発生して液体充填工程へと移行する。このとき、液体タンクから供給された液体は共通液室１ｃに流入し、共通液室１ｃから供給口３ｄを介して流体抵抗部１ｂを通り液室１ａ内に充填される。

流体抵抗部１ｂは、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による再充填（リフィル）に対して抵抗となる。流体抵抗部１ｂを適宜に選択することにより、残留圧力の減衰とリフィル時間とのバランスが取れ、次の液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。

上述の構成において、凸部３ｂ及び厚肉部３ｃの形状として、凸部３ｂの周囲を薄肉部３ａで囲み、その周囲を厚肉部３ｃによって囲む構成がある。この形成方法としては、電鋳工法によるニッケルメッキ膜を２層重ねる方法があり、この電鋳工法によって突起物、例えばリブを形成してもよい。

また振動板３としては、金属層や樹脂層を有する構成が考えられる。金属層を構成する部材としてはニッケル、４２アロイ、ＳＵＳ３０４が考えられ、酸化ケイ素やチタン等の金属膜を表面に形成することにより液体の透湿を懸念する必要がなくなる。振動板３を樹脂層とすると、金属層に比して薄肉部３ａの剛性が低くなることにより積層圧電素子５の変位効率を阻害することがなくなる。また、流路板１が金属である場合、樹脂層と金属との接合は金属同士の接合に比して接合強度が増強される。樹脂層は圧延フィルムであってもよく、これにより厚みが薄くなってもピンホール等の欠陥がほとんど皆無で信頼性の高い製品を提供することができる。

本実施形態において、振動板３と駆動手段である積層圧電素子５との接合領域に、接着剤に対して親和性を示す処理、例えば水酸基や酸化ケイ素薄膜層を形成すること等を行うことも考えられる。酸化ケイ素薄膜層の形成には比較的熱のかからない、すなわち振動板３に熱的影響が発生しない範囲の温度で成膜可能な方法で形成する。具体的には、スパッタリング、イオンビーム蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ（化学蒸着法）、Ｐ−ＣＶＤ（プラズマ蒸着法）等が適している。本実施形態では、ケイ素のスパッタリング後にスパッタ膜に対して酸化処理をして酸化ケイ素膜を生成している。酸化ケイ素膜の膜厚は、密着力が確保できる範囲で必要最小限の厚さとすることが、工程時間及び材料費の観点から見て有利である。本実施形態では、酸化ケイ素膜の厚さを１０〜２０００Åの範囲で使用している。

本実施形態の撥水処理では、メッキ被膜あるいは撥水剤コーティング等の周知の方法で撥水膜を形成している。撥水処理方法として、スピンコータ、ロールコータ、スクリーン印刷、スプレーコータ等の方法が使用可能であり、それ以外にも真空蒸着によって成膜する方法も使用されている。この方法によれば、撥水膜の密着性が向上する。本実施形態において、薄肉部の厚さは２〜１０μｍ、液室短手方向の薄肉部領域の長さは１０〜５０μｍである。

本実施形態では、樹脂層としてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を用いているが、延伸可能な他の高分子材料、例えばポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリバラバン酸（ＰＰＡ）樹脂、ポリサルホン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリオレフィン（ＡＰＯ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、アラミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニリデン樹脂やポリカーボネート樹脂等を用いてもよい。

図３において、液滴吐出ヘッド４を構成する振動板３の供給口３ｄには、異物を除去するための複数の孔部を有するフィルタ３ｆが設けられている。フィルタ３ｆの孔部の径は５〜２０μｍ程度であり、ノズル２ａの径よりも小さくなるように形成されている。本実施形態では、振動板３に形成されている供給口３ｄに関し、共通液室１ｃに面しているほぼ全域をフィルタ３ｆが設けられる領域としている。ここで、接着剤の流れ出しを堰き止める領域をフィルタ３ｆに設けてもよい。

フィルタ３ｆに対向するノズル板２の部位には、他の部位に比して板厚が薄肉化処理された凹部２ｂが形成されており、図３に示すようにこの凹部２ｂは液室１ａの並列方向と同方向に連続して形成されている。ノズル板２としてステンレス等の金属を用いる場合には例えばエッチング等の工法により、ニッケル等の金属を用いる場合には例えば電鋳によって板厚を制御して作製することができる。また、凹部２ｂは液室１ａの並列方向に連続していてもよいし、数チャンネルから数十チャンネル毎に仕切られた形状であってもよく、さらに凹部２ｂの形状は矩形でもテーパ状でもよい。

フィルタ３ｆは、共通液室１ｃに面する供給口３ｄのほぼ全域に設けられていても各液室１ａに対応して設けられていてもよい。フィルタ３ｆの孔部の径が微細であるため、上流側より侵入してくる異物または発生する気泡によって経時的にフィルタ３ｆが目詰まりする可能性が高い。この場合、共通液室１ｃから供給されるはずの液体が液室１ａに供給されなくなり不吐出または異常吐出が発生し易くなるが、ノズル板２に凹部２ｂを設けることにより液体の体積を確保することができるため液体を不足なく各液室１ａに供給することができ、不吐出または異常吐出の発生を抑制することができる。

図４（ａ）は、液滴吐出ヘッド４が上からノズル板２、流路板１、振動板３と重ね合わされた状態を示しており、図４（ｂ）は図４（ａ）の１−１断面である液室１−１の断面を、図４（ｃ）は図４（ａ）の２−２断面であるフィルタ３ｆ及び凹部２ｂの断面をそれぞれ示している。
図５はノズル板２を示しており、ノズル板２には複数のノズル２ａと凹部２ｂとが形成されている。凹部２ｂは供給口３ｄと対向する位置に形成されている。

図６は流路板１を示しており、流路板１は液室１ａ領域、流体抵抗部１ｂ領域、ダンパ室１ｄ領域の３つの領域を有している。流路板１の形成方法として、各領域１ａ，１ｂ，１ｄはプレス加工等の機械加工やエッチング加工が挙げられる。
図７は振動板３を示している。本実施形態ではフィルタ３ｆ領域の全域にわたって孔部が形成されている構成としているが、接着剤の流れ出し等でフィルタ３ｆの孔部が詰まらないように、フィルタ３ｆ領域の外周部に孔部を持たない領域を設けてもよい。この領域としては、５〜５０μｍが好ましい。

図８は、本発明の第２の実施形態に用いられるフィルタ３ｅを示している。このフィルタ３ｅは、上述したフィルタ３ｆと比較すると、液室１ａの並列方向と同方向に連続して、すなわち凹部２ｂと対応して設けられている点においてのみ相違しており、他の構成は同一である。この構成により、孔部の数が増加したことにより経時によるフィルタの目詰まりが発生しにくくなり、第１の実施形態よりもさらに不吐出または異常吐出の発生を抑制することができる。

図９はフィルタ３ｆの孔部形状を示している。図９（ｂ）はストレート形状のタイプＡであり、このような孔部形状であってもフィルタとしての役割を十分に果たす。図９（ｃ）は厚み方向に共通液室１ｃ側からダンパ室１ｄ側に向けて、すなわち内部側から外部側に向けて次第に直径が小さくなるテーパ形状のタイプＢを示している。共通液室１ｃ側からダンパ室１ｄ側への液体の流れではフィルタ３ｆにより異物を引っ掛けることができ、吐出安定性を向上することができる。またダンパ室１ｄ側から共通液室１ｃ側への液体の流れでは、ダンパ室１ｄ側の孔径が小さいことによりフィルタ３ｆの流体抵抗が高く、残留圧力を減衰させる効果を向上することができる。これにより、高品質かつ長寿命の液滴吐出ヘッドを提供することができる。

本発明が適用可能な液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク流路から吐出口にかけての形状が直線的であるエッジシュータ方式、インク流路の向きと吐出口の向きとが異なるサイドシュータ方式の何れでもよい。以下に、このインクジェットヘッドの一例を示す。

先ず、エッジシュータ方式のインクジェットヘッドを説明する。エッジシュータ方式のインクジェットヘッド５０を示す図１０において、このインクジェットヘッド５０は、吐出エネルギ発生体５７（発生体５７に吐出信号を印加する電極及び発生体５７に必要に応じて設けられる保護層等は省略）を有する基板５１に、流路５４の側壁及びオリフィス５５を構成する壁材５２及び流路５４の覆いを構成する天板５３を積層した構成を有している。

このインクジェットヘッド５０においては、インクが蓄えられている図示しない液室から流路５４にインクが充填された状態で、図示しない電極を介して記録信号を吐出エネルギ発生体５７に印加すると、発生体５７から発生した吐出エネルギが流路５４内のインクに発生体５７上方（吐出エネルギ作用部）で作用し、結果としてインクがオリフィス５５から液滴として吐出される。吐出されたインク滴は、オリフィス５５の前方に送り込まれた記録紙等の被記録材に付着する。

このようなエッジシュータ方式のインクジェットヘッドでは、各部分の精度よい微細化やオリフィスのマルチ化、あるいは小型化が極めて容易であり、また量産性に富むという利点を有する。その一方で、インク滴吐出時の応答周波数やインク滴の飛翔速度に限界がある。また、電熱変換素子が発熱することでインク中に気泡が発生するが、この気泡が温度低下により収縮し、吐出エネルギ発生体５７近辺で消滅する際の衝撃により吐出エネルギ発生体５７が徐々に破壊される。この現象はキャビテーション現象と呼ばれ、エッジシュータ方式のインクジェットヘッドにおいて特に顕著である。このためエッジシュータ方式のインクジェットヘッドは、寿命が比較的短い。

次に、サイドシュータ方式のインクジェットヘッドを説明する。サイドシュータ方式のインクジェットヘッド６０を示す図１１において、このインクジェットヘッド６０は天板６３にオリフィス６５を設け、流路６４内の吐出エネルギ作用部へのインクの流れ方向６１とオリフィス６５の開口中心軸６２とを直角とした構成である。

上述の構成とすることにより、吐出エネルギ発生体６７からのエネルギをより効率よくインク滴の形成及びその飛翔運動エネルギへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有し、吐出エネルギ発生体２７に発熱素子を用いた場合において特に効果的である。またサイドシュータ方式であれば、エッジシュータ方式において問題となる、気泡消滅時の衝撃により吐出エネルギ発生体を徐々に破壊する、いわゆるキャビテーション現象の発生を回避することができる。つまり、サイドシュータ方式において気泡が成長して成長した気泡がオリフィスに達すれば、気泡が大気に通じることになり温度低下による気泡の収縮が発生しない。このため、インクジェットヘッドの寿命が長いという長所を有する。

次に、上述した液滴吐出ヘッド４またはインクジェットヘッド５０，６０を備えた画像形成装置１００について説明する。図１２及び図１３において、図示しない左右の側板に張架されたガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を摺動自在に保持し、主走査モータ１０４の作動によりタイミングベルト１０５を介して図１３に矢印で示す主走査方向にキャリッジ１０３を移動走査する。キャリッジ１０３には、例えばイエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液滴を吐出する４個の液滴吐出ヘッドである記録ヘッド１０７が、複数の液滴吐出口を主走査方向と直交する方向に配列されており、液滴吐出方向を下方に向けて装着されている。液滴吐出ヘッドとしては、圧電素子等の圧電アクチュエータを用いたものを使用している。

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がそれぞれの色毎に搭載されている。各サブタンク１０８には、図示しないインク供給チューブを介してメインタンクであるインクカートリッジからインクが補充される。本実施形態では、サブタンク１０８と記録ヘッド１０７とでヘッドカートリッジ１０６を構成しているが、サブタンク１０８を別に設ける構成、サブタンク１０８を用いずにインクカートリッジをキャリッジ１０３に搭載する構成等を採用してもよい。

画像形成装置１００の下部には、給紙カセット１１０等の用紙積載部（圧板）１１１上に積載された用紙１１２を給紙する給紙部が配設されている。この給紙部は、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ状の給紙ローラ１１３、給紙ローラ１１３に対向配置された高摩擦抵抗部材からなる分離パッド１１４を有しており、分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。

また、給紙部から給送された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送する搬送ベルト１２１、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟持して搬送するカウンタローラ１２２、ほぼ鉛直上方に送られる用紙１１２をほぼ直角に方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせる搬送ガイド１２３、押さえ部材１２４によって搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５、及び搬送ベルト１２１の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ１２６等を備えている。

無端状ベルトからなる搬送ベルト１２１は搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されており、副走査モータ１３１からの駆動力をタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して伝達されることにより搬送ローラ１２７が図１２のベルト走行方向である副走査方向に周回する。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が設けられている。搬送ローラ１２７の軸には図１３に示すようにスリット円板１３４が取り付けられており、スリット円板１３４の近傍にはスリット円板１３４の回転を検知するセンサ１３５が設けられ、スリット円板１３４とセンサ１３５とによってエンコーダ１３６が構成されている。

帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触して搬送ベルト１２１の走行に伴い従動回転し、加圧力として支軸の両端にそれぞれ２．５Ｎの荷重が掛けられている。キャリッジ１０３の前方には、図１２に示すようにスリットが形成されたエンコーダスケール１４２が配設され、キャリッジ１０３の前面にはエンコーダスケール１４２の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が配設されている。これ等によりキャリッジ１０３の主走査方向位置（ホームポジションに対する位置）を検知するエンコーダ１４４が構成されている。

記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙する排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離する分離部、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４が設けられている。また装置背面部には、両面給紙ユニット１６１が着脱自在に設けられている。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、再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に向けて給送する。

上述のように構成された画像形成装置１００では、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給送され、ほぼ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との間に挟持されて搬送され、さらに先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５によって搬送ベルト１２１に押し付けられ、ほぼ直角に搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によって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されるように交番電圧が印加され、搬送ベルト１２１が交番帯電電圧パターン、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とが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラスとマイナスとが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に静電力によって吸着され、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を移動させつつ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に液滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２を所定量搬送後、次の記録動作を行う。記録終了信号または用紙１１２の後端が記録領域に達した信号を受けることにより、記録動作が終了して用紙１１２が排紙トレイ１５４に排出される。

両面画像形成の場合には、表面（最初に画像形成する面）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内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が画像形成面となる状態）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給送し、タイミング制御を行って上述と同様に搬送ベルト１２１上に搬送し、裏面に画像形成を行った後に排紙トレイ１５４に排出する。

本発明に係る画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ、複写機、これ等の複合機等にも適用可能であり、インク以外の液体、例えばＤＮＡ試料やレジスト、パターン材料等を吐出する液滴吐出ヘッドやヘッドカートリッジ、これ等を備えた画像形成装置にも適用可能である。

１ 流路板（液室基板）
１ａ 液室
１ｂ 流体抵抗
１ｃ 共通液室
２ ノズル板
２ａ ノズル
２ｂ 凹部
３ 振動板
３ｄ 供給口
３ｅ，３ｆ フィルタ
４ 液滴吐出ヘッド
５ 駆動手段（積層圧電素子）
７ フレーム
５０，６０ 液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）
１００ 画像形成装置
１０６ ヘッドカートリッジ
１０７ 液滴吐出ヘッド（記録ヘッド）

特開２００６−３０６０６６号公報 特開２００８−８７４６４号公報 特開２００５−２３８５３１号公報

Claims (5)

1. 液体を液滴として吐出する複数のノズルを有するノズル板と、前記液体を蓄え前記各ノズルが連通する液室と、前記液室まで前記液体を流す流路に形成された流体抵抗を有する流路板と、前記液室内の前記液体を加圧すべく圧力を発生させる駆動手段と、前記液室の少なくとも一面の壁面を形成し前記液体を前記液室に供給するための供給口を有する振動板と、前記液室に流すまで前記液体を貯蔵する共通液室を有するフレームとを有する液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記共通液室と前記振動板との間の前記供給口に複数の孔部を有するフィルタを有し、前記ノズル板の前記供給口と対向する部位には他の部位に比して板厚が薄い凹部が設けられ、該凹部は前記液室の並列方向と同方向に連続して形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記フィルタが前記液室の並列方向と同方向に連続して設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 請求項１または２記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記孔部はテーパ形状であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 請求項１ないし３の何れか１つに記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とするヘッドカートリッジ。
5. 請求項１ないし３の何れか１つに記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。

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