(57)【要約】  【課題】  液体を安定して吐出されること。  【解決手段】    液体を吐出する吐出口５１に連通する連通口５２１及び液体の供給口５２２を有する圧力室５２を備え、圧力室５２の連通口５２１が供給口５２２よりも高い位置に配置され、圧力室５２の連通口５２１よりも低い位置には、連通口５２１に連なり連通口５２１が圧力室５２内で最高位置となるようにして斜め上方向に傾斜している天板５２３と、圧力を発生するアクチュエータ５８が取り付けられている振動板５２４と、振動板５２４に対向して振動板５２４から発した圧力波を反射する反射板５２５であって、振動板５２４との間隙が重力方向において下部から上部に向けて広がるようにして振動板５２４と成す角度θ１が鋭角に設定されている反射板５２５が配置された構成にした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口に連通する連通口及び前記液体の供給口を有する圧力室を備え、
前記圧力室の前記連通口が前記供給口よりも高い位置に配置され、
前記圧力室は、前記連通口に連なり該連通口が前記圧力室内で最高位置となるようにして斜め上方向に傾斜している天板を少なくとも含んで構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧力室の前記連通口よりも低い位置には、
圧力を発生するアクチュエータが取り付けられている振動板と、
前記振動板に対向して前記振動板から発した圧力波を反射する反射板であって、前記振動板との間隙が重力方向において下部から上部に向けて広がるようにして前記振動板と成す角度が鋭角に設定されている反射板と、
が配置され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。
【請求項３】
前記天板の傾斜方向は、前記反射板によって反射された圧力波の進行方向と略同一であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧力室の重力方向に沿った一断面の形状は、前記天板、前記振動板及び前記反射板によって形成された略三角形状であって、
前記天板と前記振動板とが成す第１の頂点は、重力方向において最も高い位置に配置されているとともに前記連通口が設けられており、
前記振動板と前記反射板とが成す第２の頂点は、重力方向において最も低い位置に配置されており、
前記天板と前記反射板とが成す第３の頂点は、重力方向において前記連通口と前記供給口との間に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記連通口から前記吐出口まで至る吐出流路は、前記連通口から前記吐出口に至るまで重力方向において上昇するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備え、
前記吐出口から所定の記録媒体に向けて液体を吐出することによって前記記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、液体の吐出口に連通する圧力室内の容積を変化させて吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッド及びその液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力室内に液体が充填している状態で圧力室内に気泡が混入すると、その気泡によって圧力室内の圧力が吸収されてしまうことにより液体が吐出しないという問題がある。
【０００３】
特許文献１には、共通液室から圧力室を含んで吐出口まで至るインク流路内に気泡を取り込まないように、そのインク流路の内壁に親水性の有機被膜を形成したものが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、インク室から圧力室まで至るインク流路の一部を、斜めに傾斜して形成して、そのインク流路の途中に形成されている吐出口から気泡を排除するようにしたものが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、インク室から圧力室に液体を供給する供給口の圧力室側を、階段状の段差にしたものが記載されている。
【特許文献１】特開平７−２９０７１４号公報（特に図１）
【特許文献２】特開平４−１２６２５７号公報（特に第１図）
【特許文献３】特開平６−２９７７１１号公報（特に図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、親水処理によって圧力室等に気泡が混入し難くすることはできても、圧力室内に実際に混入して一旦滞留してしまった気泡を排除しやすい構造にはなっていない。
【０００７】
また、特許文献２、３に記載のものは、圧力室内に液体が初めて充填される時（初期充填時）には圧力室内に気泡が混入しないようにすることはできても、圧力室内に一旦滞留してしまった気泡を完全に排除することはできない。
【０００８】
したがって、圧電素子などの圧力発生手段を用いて圧力室の容積を変化させても、圧力室内に滞留してしまった気泡によって圧力室内の圧力が吸収されてしまい、液体を安定して吐出することができないという問題が残る。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、液体を安定して吐出することができる液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出する吐出口に連通する連通口及び前記液体の供給口を有する圧力室を備え、前記圧力室の前記連通口が前記供給口よりも高い位置に配置され、前記圧力室は、前記連通口に連なり該連通口が前記圧力室内で最高位置となるようにして斜め上方向に傾斜している天板を少なくとも含んで構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【００１１】
この発明によれば、連通口に連なり連通口が圧力室内で最高位置となるようにして斜め上方向に傾斜している天板を少なくとも含んで圧力室が構成されているので、圧力室に気泡が混入しても、その気泡が圧力室内の上部でよどむことがなくなって連通口を介して圧力室から確実に排除されることになり、したがって、液体を安定して吐出することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧力室の前記連通口よりも低い位置には、圧力を発生するアクチュエータが取り付けられている振動板と、前記振動板に対向して前記振動板から発した圧力波を反射する反射板であって、前記振動板との間隙が重力方向において下部から上部に向けて広がるようにして前記振動板と成す角度が鋭角に設定されている反射板が配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【００１３】
ここで、「鋭角」とは、０度よりも大きく９０度よりも小さい角度である。
【００１４】
この発明によれば、反射板によって反射された圧力波（反射波）が圧力室内において斜め上方向に向かうので、圧力室内に混入した気泡を液体吐出用の圧力を用いて容易に排除できることになる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記天板の傾斜方向は、前記反射板によって反射された圧力波の進行方向と略同一であることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【００１６】
この発明によれば、反射板の反射波がほとんど連通口の方へと向かうので、液体吐出用の圧力が効率良く用いられることになる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記圧力室の重力方向に沿った一断面の形状は、前記天板、前記振動板及び前記反射板によって形成された略三角形状であって、前記天板と前記振動板とが成す第１の頂点は、重力方向において最も高い位置に配置されているとともに前記連通口が設けられており、前記振動板と前記反射板とが成す第２の頂点は、重力方向において最も低い位置に配置されており、前記天板と前記反射板とが成す第３の頂点は、重力方向において前記連通口と前記供給口との間に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【００１８】
この発明によれば、簡易な構成で、圧力波の反射による気泡排除性を高めることができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記連通口から前記吐出口まで至る吐出流路は、前記連通口から前記吐出口に至るまで重力方向において上昇するように設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【００２０】
この発明によれば、さらなる気泡排除性の向上が可能となる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備え、前記吐出口から所定の記録媒体に向けて液体を吐出することによって前記記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置を提供する。
【００２２】
この発明によれば、安定した吐出性能を有する液体吐出ヘッドにより高品質の画像を安定して形成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、液体を安定して吐出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る第１実施形態の液体吐出ヘッドの重力方向に沿った一断面を示す断面図である。図２は、図１に示す第１実施形態の液体吐出ヘッドについて液体の流路を透視して示す斜視透視図である。
【００２６】
図１又は図２において、吐出口５１（「ノズル孔」ともいう）は、記録媒体２０に向けて液体を吐出するものである。ここで、液体は、例えば、色材を含むインクである。なお、液体は特にインクに限定されず、例えば記録媒体上に付着したインクと反応する処理液であってもよい。
【００２７】
圧力室５２は、吐出口５１に連通しており、その圧力室５２の容積が変化することにより圧力室５２内の液体に圧力を付与するものである。
【００２８】
アクチュエータとしての圧電素子５８は、圧力室５２のひとつの壁面５２４に取り付けられており、電気的に駆動されることによって圧力を発生する。
【００２９】
なお、図１及び図２では、本発明の理解を容易にするために、吐出口５１、圧力室５２及び圧電素子５８が、それぞれひとつずつ示されているが、実際には、本実施形態の液体吐出ヘッド５０には、吐出口５１、圧力室５２及び圧電素子５８がそれぞれ複数（例えば図１の手前から奥へ向かう行方向に沿って複数）形成されている。複数の吐出口５１は、実際には、記録媒体２０の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に並べて配列されており、本実施形態の液体吐出ヘッド５０はラインヘッドとして構成されている。
【００３０】
圧力室５２は、吐出口５１に連通する連通口５２１と、液体の供給口５２２とを有する。これらの連通口５２１及び供給口５２２の相対的な位置関係について説明すると、連通口５２１は供給口５２２よりも高い位置に配置されている。
【００３１】
圧力室５２の連通口５２１から吐出口５１まで至る吐出流路５１２は、連通口５２１から吐出口５１に至るまで、重力方向において上昇するように設けられている。
【００３２】
圧力室５２の供給口５２２は、複数の圧力室５２に液体を供給する共通液室５５に連通しており、各圧力室５２の供給口５２２を介して、共通液室５５から複数の圧力室５２に対して液体が供給される。
【００３３】
図１に示されているように、圧力室５２の重力方向に沿った一断面の形状は、天板５２３、振動板５２４及び反射板５２５によって形成された略三角形状である。
【００３４】
圧力室５２の上壁面を構成している天板５２３は、その圧力室５２の連通口５２１に連なって形成されており、圧力室５２内で連通口５２１が最高位置となるようにして、水平方向に対して斜め上の方向に傾斜して形成されている。具体的には、天板５２３が水平方向と成す角度（仰角θｅ）が、０度＜θｅ＜９０度に設定されている。
【００３５】
圧力室５２の一側壁面を構成している振動板５２４は、圧力を発生するアクチュエータとしての圧電素子５８が取り付けられおり、図１中に矢印で示す重力方向と平行に形成されている。すなわち、振動板５２４は、鉛直に形成されている。
【００３６】
振動板５２４と対向する反射板５２５は、振動板５２４から発した圧力波を反射する。
【００３７】
振動板５２４と反射板５２５との成す角度θ１は、鋭角に設定されている。詳細には、振動板５２４と反射板５２５との間隙が重力方向において下部から上部に向けて広がるように、振動板５２４と反射板５２５との成す角度θ１が、０度よりも大きく、かつ、９０度よりも小さく、設定されている。
【００３８】
反射板５２５と天板５２３との成す角度θ２は、９０度よりも大きく設定されている。望ましくは、θ２＝９０度＋θ１に設定する。このとき、天板７２の仰角θｅは、θｅ＝２×θ１となる。言い換えると、天板５２３の傾斜方向を、圧電素子５８の駆動によって発生されて反射板５２５によって反射された圧力波(反射波)の進行方向と同一方向に設定する。
【００３９】
このようにθ２＝９０度＋θ１に設定すると、反射板５２５の反射波が、ほとんど連通口５２１の方へと向かうことになる。一方で、θ２＜９０度＋θ１とした場合には、反射板５２５の反射波の一部が天板５２３で再反射されてしまい供給口５２２の方向へと向かうことになってしまう。また、θ２＞９０度＋θ１とした場合には、θ２＝９０度＋θ１に設定した場合と比較して、天板５２３の付近の液体が反射波の影響をあまり受けないようになり、気泡を圧力室５２から排除する作用を減じてしまうことになる。
【００４０】
ここで、天板５２３、振動板５２４及び反射板５２５によって形成された三角形の断面形状の各頂点と、連通口５２１及び供給口５２２との位置関係について説明しておく。
【００４１】
天板５２３と振動板５２４とが成す第１の頂点は、圧力室５２内で重力方向において最も高い点に配置され、この第１の頂点に連通口５２１が設けられている。振動板５２４と反射板５２５とが成す第２の頂点は、圧力室５２内で重力方向において最も低い点に位置し、この第２の頂点に供給口５２２が設けられている。天板５２３と反射板５２５とが成す第３の頂点５３５（「コーナ部」ともいう）は、重力方向において連通口５２１と供給口５２２との間に配置されている。すなわち、供給口５２２＜コーナ部５３５＜連通口５２１の高さ関係となっている。
【００４２】
なお、圧電素子５８によって発生される圧力を効率良く用いるためには、図１に示されるように、コーナ部５３５に対向する反対側の壁（振動板５２４）に圧電素子５８が取り付けられていることが、好ましい。
【００４３】
図３を用いて、液体吐出ヘッド５０内の圧力波の進行及び気泡の排除について、説明する。図３は、液体吐出ヘッド５０内の共通液室５５から圧力室５２を介して吐出口５１に至るまでの流路部分を模式的に示した模式図である。
【００４４】
図３において、振動板５２４に取り付けられた圧電素子５８によって圧力が発生し、振動板５２４から圧力室５２内の液体に向けて圧力波７１が発せられる。
【００４５】
なお、図３では、圧電素子５８によって振動板５２４が１プッシュされたときの圧力波の進行方向が矢印７１、７２によって示されている。
【００４６】
本実施形態において振動板５２４は鉛直に形成されているので、振動板５２４から発した圧力波７１（第１次圧力波）は、主として水平方向に進行し、振動板５２４と所定の鋭角θ１（０度＜θ１＜９０度）を成す反射板５２５によって反射されると、その反射波７２（第２次圧力波）として、主として図３中の斜め上方向に進行する。
【００４７】
ここで、反射板５２５の法線７５に対して、第１次圧力波７１の入射角α、及び、第２次圧力波７２の射出角βは、それぞれ振動板５２４と反射板５２５とが成す角度θ１に、等しい。すなわち、α＝β＝θ１となる。
【００４８】
なお、圧力室５２の連通口５２１から吐出口５１まで至る吐出流路５１２の軸線７３の方向が、反射板５２５で反射された第２次圧力波７２の進行方向と同一なるように、吐出流路５１２の軸線７３と反射板５２５との成す角度はθ２に等しく設定してある。したがって、第２次圧力波７２の進行方向に沿って、圧力室５２内の液体が、連通口５２１から吐出流路５１２に入り、吐出流路５１２内を流動して、吐出口５１から吐出される。
【００４９】
このような液体吐出ヘッド５０において、共通液室５５から供給口５２２を介して圧力室５２内に侵入した気泡７０は、重力方向とは反対の方向に向けて圧力室５２内を上昇していき、吐出流路５１２を通って、吐出口５１に向けて排出される。
【００５０】
なお、連通口５２１に連なる天板５２３は、連通口５２１が圧力室５２内で最高位置となるように斜め上方向に傾斜しているので、気泡７０が天板５２３においてよどむことなく、連通口５２１を通って吐出口５１へと排出される。詳細には、圧力室５２の反射板５２５と天板５２３とによって形成されているコーナ部５３５が、供給口５２２よりも高い位置であって、かつ、連通口５２１よりも低い位置に設けられており、そのコーナ部５３５の角度が９０度よりも大きく設定されているので、圧力室５２内に侵入した気泡７０が圧力室５２内でよどまないことになる。
【００５１】
また、圧力室５２の連通口５２１から吐出口５１まで至る吐出流路５１２が斜め上向きに形成されており、すなわち気泡７０が重力方向において上昇するようになっているので、圧力室５２内に侵入した気泡７０が吐出口５１から容易に排除される。
【００５２】
また、振動板５２４から発した圧力波７１が吐出流路５１２の軸線と略同一の方向に反射されるので、圧力室５２内に侵入した気泡７０が、圧電素子５８を駆動することにより、吐出口５１から容易に排除される。また、吐出口５１から液体を吐出させるための圧力を効率よく用いることができる。
【００５３】
図４は、図１及び図２に示した第１実施形態の液体吐出ヘッド５０を備えた画像形成装置１０の一例の構成を示す構成図である。
【００５４】
図４において、画像形成装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の液体吐出ヘッド５０Ｋ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｙを有するインク吐出部１２と、各液体吐出ヘッド５０Ｋ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙２０を供給する給紙部１６と、記録紙２０のカールを除去するデカール処理部１８と、インク吐出部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙２０の平面性を保持しながら記録紙２０を搬送する吸着ベルト搬送部３０と、インク吐出部１２によるプリント結果を読み取るプリント検出部２４と、プリント済みの記録紙を載置するトレー２６とを備えている。
【００５５】
なお、図４では、給紙部１６の一例としてロール紙（連続用紙）を給紙するものを示しているが、予めカットされているカット紙を給紙するものを用いてもよい。ロール紙を使用する装置構成の場合、図４のように、裁断用のカッタ２８が設けられる。給紙部１６から送り出される記録紙２０は一般に巻き癖が残りカールする。このカールを除去するために、デカール処理部１８において巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１９で記録紙２０に熱を与える。デカール処理後、カットされた記録紙２０は、吸着ベルト搬送部３０へと送られる。
【００５６】
吸着ベルト搬送部３０は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくともインク吐出部１２のノズル面及びプリント検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。ベルト３３は、記録紙２０幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図４に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側においてインク吐出部１２のノズル面及びプリント検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、ベルト３３上の記録紙２０が吸着保持される。ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図４において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙２０は、図４の右上から左下へと搬送される。なお、縁無しプリント等を形成するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（プリント領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。
【００５７】
インク吐出部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置したライン型のヘッドとなっている。具体的には、各液体吐出ヘッド５０Ｋ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｙは、本画像形成装置１０が対象とする最大サイズの記録紙２０の少なくとも一辺を超える長さにわたってノズル（吐出口）が複数配列されている。
【００５８】
なお、記録紙２０の搬送方向（紙搬送方向）に沿って、上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）の順に各色インクに対応した液体吐出ヘッド５０Ｋ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｙが配置されている。記録紙２０を搬送しつつ各液体吐出ヘッド５０Ｋ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙２０上にカラー画像を形成し得る。
【００５９】
液体吐出ヘッド５０Ｋ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｙを有するインク吐出部１２で画像が形成された記録紙２０は、乾燥部４２によって乾燥され、搬送ローラ４４によって搬送され、カッタ４８によって必要なサイズにカットされた後、排出ローラ４６によってトレー２６に排出される。
【００６０】
図５は、第２実施形態の液体吐出ヘッド５００を示す断面図である。
【００６１】
図５において、図１に示した第１実施形態の液体吐出ヘッド５０の構成要素を同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【００６２】
図５に示されるように、第２実施形態の液体吐出ヘッド５００は、圧力室５２の連通口５２１から吐出口５１まで至る吐出流路５１２が鉛直方向に配置され、記録媒体２０が水平方向に搬送されるようになっている。
【００６３】
本実施形態の液体吐出ヘッド５００において、吐出流路５１２が、上向きに形成されており、すなわち圧力室５２内の気泡が重力方向において上昇するようになっているので、圧力室５２内の気泡が吐出口５１から容易に排除される。
【００６４】
また、振動板５２４から発した圧力波が、水平方向に対して連通口５２１の方角に向けて反射されるので、圧力室５２内に侵入した気泡が、圧電素子５８を駆動することにより、吐出口５１から容易に排除される。また、吐出口５１から液体を吐出させる圧力を効率よく用いることができる。
【００６５】
なお、第１実施形態及び第２実施形態において、圧電素子５８を鉛直な壁（図１及び図５の振動板５２４）に取り付けた場合を例に説明したが、逆側（すなわち図１及び図５の反射板５２５）に取り付けてもよい。すなわち、振動板５２４と反射板５２５とで役割を入れ換えてもよい。この場合、圧力室５２の形状、特に、天板５３、連通口５２１及び吐出流路５１２の位置や形状を工夫することによって、圧電素子５８の駆動によって発生した圧力が効率よく伝達されるようにする。
【００６６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態の液体吐出ヘッドの構造を示す要部断面図である。
【図２】第１実施形態の液体吐出ヘッドについて液体の流路を透視して示す斜視透視図である。
【図３】圧力波の進行及び気泡の排除の説明に用いる液体吐出ヘッド内の流路を示す模式図である。
【図４】第１実施形態の液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置の一例の全体構成を示す構成図である。
【図５】第２実施形態の液体吐出ヘッドの構造を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０…画像形成装置、５０（５０Ｋ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｙ）…液体吐出ヘッド、５１…吐出口、５２…圧力室、５５…共通液室、５８…圧電素子、７１…第１次圧力波、７２…第２次圧力波、５１２…吐出流路、５２１…圧力室の連通口、５２２…圧力室の供給口、５２３…圧力室の天板、５２４…圧力室の振動板、５２５…圧力室の反射板、５３５…圧力室のコーナ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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