(57)【要約】【課題】メニスカス揺らし中のインクの攪拌効果を向上させる。【解決手段】圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路は、前記ノズル流路内を流れる前記液体に対して前記ノズル流路の軸方向に垂直な断面内で前記軸方向に向かって作用する力が不均一となるような部分を少なくとも有することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供することにより、前記課題を解決する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記ノズル流路は、前記ノズル流路内を流れる前記液体に対して前記ノズル流路の軸方向に垂直な断面内で前記軸方向に向かって作用する力が不均一となるような部分を少なくとも有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記ノズル流路は、前記軸方向に垂直な断面形状が非相似となるような少なくとも２つ以上の断面を有す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】
前記ノズル流路は、前記軸方向に垂直な断面形状のうち、前記軸方向を中心として回転させたときに相似関係となる少なくとも２つの前記断面形状を有す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４】
前記ノズル流路は、前記軸方向に垂直な断面の中心が前記軸方向に沿って変化する部分を含む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５】
前記ノズル流路は、複数のプレート部材の積層により構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記複数のプレート部材の少なくとも１つは、前記ノズルが形成されるノズルプレートであることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記ノズル流路の内壁面の一部に、少なくとも１つのヒータが設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記ノズル流路の内壁面の対向する位置に前記ノズル流路の軸方向の高さを変えて、第１のヒータ及び第２のヒータが設けられていることを特徴とする請求項７に液体吐出ヘッド。
【請求項９】
圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填されるインクを加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記インクに含まれる溶媒又は前記インクとは濃度の異なるインクを前記ノズル流路に注入する注入口が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記ノズル流路の軸方向に対して斜めに傾いた板部材が前記ノズル流路内に設けられ、
前記板部材の両端外側には、前記ノズル流路の内壁面との間にそれぞれ隙間が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記ノズル流路の内壁面の一部に、弾性可動膜が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記ノズル流路の内壁面は、前記ノズル流路の軸方向に沿って凹凸が繰り返されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記ノズル流路は、前記ノズル流路の軸方向に垂直な断面積が他の部分に比べて狭くなる絞り部を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えた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、特に、液体を吐出しない程度にメニスカスを微振動させて、ノズル目詰まり等の吐出不良を防止した液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式の印字ヘッドでは、ノズルからインク滴が吐出されない非吐出時間が長くなると、ノズル内のメニスカス（インクメニスカス）の乾燥、増粘により、インク滴の量、飛翔方向、飛翔速度等のばらつきやノズルの目詰まりといった吐出不良が生じてしまい、これにより、画質が劣化することがある。このような場合、印刷とは関係ない予備吐出（パージ）を行うことにより、ノズル内の増粘インクを排出する手法が知られている。しかし、この方法ではインク消費量が多くなるという問題がある。
【０００３】
そこで、ノズルからインク滴が吐出されない程度にメニスカスを微振動させる（即ち、メニスカス揺らしを行う）ことで、ノズル内のインクの増粘を低減させる手法が開示されている（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００５−９５７４６号公報
【特許文献２】特開２００４−２６２２３７号公報
【特許文献３】特開２００４−２０２７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、メニスカスを微振動させるだけではノズル内のインクは十分に攪拌されず、インクの増粘を低減できないことがある。
【０００５】
図２３は従来の印字ヘッドの一例であり、上段はノズル周辺の拡大断面図、下段はノズル側から見たときの平面図である。同図に示すように、従来の印字ヘッドに設けられるノズル流路１６０は円筒部１６０ａとテーパ部１６０ｂとから成り、テーパ部１６０ｂ側に開口部であるノズル１５１が形成される。このようなノズル流路１６０の軸方向に垂直な断面は軸方向に沿ったいずれの位置においても円形状で、しかも、軸対称の合同又は相似形の断面となっている。インク非吐出時においては、図２４に示すように、インク滴が吐出されない程度にメニスカスを上下に揺らして（微振動させて）、ノズル流路１６０内のインクの増粘を低減させている。図２５は、ノズル流路１６１の内部構造を立体的に表した斜視図である。同図において、ノズル流路１６０（円筒部１６０ａ）の内径をｄ、ノズル流路１６０を流れる流体（即ち、インク）の動粘性係数をν、流体の平均流速をｕとすると、これらより流体の流れの状態を表すレイノルズ数Ｒ（＝ｕｄ／ν）が求められる。レイノルズ数Ｒが臨界レイノルズ数Ｒc（＝2310）より大きいと乱流となり、逆に、小さいと層流となる。メニスカス揺らし中にノズル流路１６０内のインクを乱流状態にすることができれば、インクが攪拌されるのでインクの増粘を効果的に低減することができる。しかしながら、一般的に、インクジェット方式の印字ヘッドでは、ノズル流路１６０の内径ｄが小さく、レイノルズ数Ｒが臨界レイノルズ数Ｒcを超えることは難しい。例えば、水性インクを使ったインクジェットでインクの動粘性係数を水と略等しい0.013cm2/secとし、ｄ＝0.1mmである場合、臨界レイノルズ数Ｒcとなるために必要な平均流速ｕは約30m/secであるのに対して実際の平均流速ｕは15〜20m/sec程度であり、メニスカス揺らしだけでは乱流とならず、ノズル流路１６０内のインクを十分に攪拌させることはできない。
【０００６】
また、ノズル流路１６０のテーパ部１６０ｂではノズル流路１６０の軸方向に垂直な方向の圧縮的な力がインクに対して作用するが、この力は軸方向に沿って等方的に変化、即ち、ノズル１５１側に近づくにつれて徐々に大きくなるだけであり、インクを十分に攪拌させることはできない。
【０００７】
このように従来の印字ヘッドでは、インクの増粘を効果的に低減させることはできない。特に、シングルパス方式の印字ヘッドでは、長時間印刷を続ける際に、シャトルスキャン方式に比べて頻繁に予備吐出することは難しく、メニスカス揺らし中のインクの攪拌効果を向上させる必要がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、メニスカス揺らし中のインクの攪拌効果を向上させた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】
【０００９】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路は、前記ノズル流路内を流れる前記液体に対して前記ノズル流路の軸方向に垂直な断面内で前記軸方向に向かって作用する力が不均一となるような部分を少なくとも有することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【００１０】
本発明によれば、メニスカス揺らし中にノズル流路内の液体が効率的に攪拌されるので、液体の増粘を効率的に防止することができる。これにより、吐出不良を防止することができ、高品質な画像を形成することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路は、前記軸方向に垂直な断面形状が非相似となるような少なくとも２つ以上の断面を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の態様は、ノズル流路の軸方向に垂直な力を効率的に発生させることが可能である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路は、前記軸方向に垂直な断面形状のうち、前記軸方向を中心として回転させたときに相似関係となる少なくとも２つの前記断面形状を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の態様は、比較的容易に製造が可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路は、前記軸方向に垂直な断面の中心が前記軸方向に沿って変化する部分を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路は、複数のプレート部材の積層により構成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の液体吐出ヘッドであって、前記複数のプレート部材の少なくとも１つは、前記ノズルが形成されるノズルプレートであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路の内壁面の一部に、少なくとも１つのヒータが設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７に液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路の内壁面の対向する位置に前記ノズル流路の軸方向の高さを変えて、第１のヒータ及び第２のヒータが設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填されるインクを加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記インクに含まれる溶媒又は前記インクとは濃度の異なるインクを前記ノズル流路に注入する注入口が設けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路の軸方向に対して斜めに傾いた板部材が前記ノズル流路内に設けられ、前記板部材の両端外側には、前記ノズル流路の内壁面との間にそれぞれ隙間が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路の内壁面の一部に、弾性可動膜が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２に記載の発明は、圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路の内壁面は、前記ノズル流路の軸方向に沿って凹凸が繰り返されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項１３に記載の発明は、圧力発生素子の変位を利用して圧力室に充填される液体を加圧し、圧力室に接続されるノズル流路の一端に位置するノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記ノズル流路は、前記ノズル流路の軸方向に垂直な断面積が他の部分に比べて狭くなる絞り部を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項７〜１３のいずれの態様においても、メニスカス揺らし中にノズル流路内の液体が効率的に攪拌されるので、液体の増粘を効率的に防止することができる。
【００２６】
また、前記目的を達成するために、請求項１４に記載の発明は、前記請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、メニスカス揺らし中にノズル流路内の液体が効率的に攪拌されるので、液体の増粘を効率的に防止することができる。これにより、吐出不良を防止することができ、高品質な画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２９】
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は、本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ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１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。
【００３０】
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００３１】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
【００３２】
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
【００３３】
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、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２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
【００３４】
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー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、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。
【００３５】
ベルト３３は、記録紙１６の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（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１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１６は、図１の左から右へと搬送される。
【００３６】
縁無しプリント等を印字するとベルト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（印字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。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
【００３７】
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
【００３８】
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００３９】
印字部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、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部１２を構成する各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００４０】
記録紙１６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）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
【００４１】
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
【００４２】
なお本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。
【００４３】
図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００４４】
印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
【００４５】
本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
【００４６】
印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。
【００４７】
印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
【００４８】
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
【００４９】
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００５０】
このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。
【００５１】
また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
【００５２】
尚、インク色ごとに設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下では、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを示すものとする。
【００５３】
〔制御系の説明〕
次に、インクジェット記録装置１０の制御系について説明する。
【００５４】
図２は、インクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。
【００５５】
通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはシリアルインターフェースやパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。
【００５６】
ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
【００５７】
システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。
【００５８】
モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示に従って後乾燥部４２その他各部のヒータ８９を駆動するドライバである。
【００５９】
プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（ドットデータ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して印字ヘッド５０のインク滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
【００６０】
プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図２において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【００６１】
ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド５０の圧電素子（図２中不図示、図４中符号５８として記載）を駆動する。ヘッドドライバ８４には印字ヘッド５０の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【００６２】
印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース７０を介して外部から入力され、画像メモリ７４に蓄えられる。この段階では、例えば、ＲＧＢの画像データが画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ７２を介してプリント制御部８０に送られ、該プリント制御部８０において既知のディザ法、誤差拡散法などの手法によりインク色ごとのドットデータに変換される。
【００６３】
こうして、プリント制御部８０で生成されたドットデータに基づき、印字ヘッド５０が駆動制御され、印字ヘッド５０からインク滴が吐出される。記録紙１６の搬送速度に同期して印字ヘッド５０からのインク吐出を制御することにより、記録紙１６上に画像が形成される。
【００６４】
印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供する。なお、ラインセンサの読み取り開始タイミングは、センサとノズル間の距離及び記録紙１６の搬送速度から決定される。
【００６５】
プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行う。また、プリント制御部８０は、印字検出部２４を通じて得られた検出情報に基づいてノズル５１の吐出／不吐出を判断し、不吐出ノズルが検出された場合には所定の回復動作を実施する制御を行う。
【００６６】
〔印字ヘッドの構造〕
次に、図１に示したインクジェット記録装置１０に搭載される印字ヘッド５０（１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ）の各実施形態について説明する。
【００６７】
＜第１の実施形態＞
図３は、第１の実施形態に係る印字ヘッド５０の平面透視図である。図３に示すように、本例の印字ヘッド５０は、ノズル５１、圧力室５２及び供給口５４を含む圧力室ユニット５３を千鳥でマトリクス状（２次元状）に配置させた構造となっている。印字ヘッド５０の長手方向（主走査方向）に沿って並ぶように投影される投影ノズル列は一定のノズルピッチで配列され、これにより、記録紙面上に印字されるドットピッチの高密度化が達成されている。
【００６８】
図４は、図３中４−４線に沿う断面図である。図４に示すように、ノズル流路６０の一端は、印字ヘッド５０のインク吐出面側に開口するノズル５１となっている。ノズル流路６０の他端は圧力室５２に連通している。圧力室５２には供給口５４が形成されており、この供給口５４を介して圧力室５２は共通流路５５と連通している。共通流路５５は図１のインク貯蔵／装填部１４から供給されるインクが貯留されており、共通流路５５から供給口５４を介して圧力室５２にこのインクが供給される。尚、図４では、本発明の特徴部分であるノズル流路６０のノズル５１側を含む領域Ｎについては簡略的に表示している。領域Ｎの詳細な構成については後で説明する。
【００６９】
圧力室５２の上壁面を構成している振動板５６上には、圧力室５２に対応する位置に個別電極５７を備えた圧電素子５８（圧力発生素子に相当）が設けられている。振動板５６はＳＵＳ等の導電部材で構成されており、複数の圧電素子５８に対する共通電極を兼ねている。振動板５６を非導電部材で構成し、その表面に導電層を形成するようにしてもよい。圧電素子５８に駆動信号（駆動電圧）を印加すると、圧電素子５８は振動板５６を圧力室５２側に撓ませるように変形し、これにより、圧力室５２内のインクが加圧されてノズル５１からインク滴が吐出される。
【００７０】
図５は、図４の領域Ｎの拡大断面図である。図６の（ａ）は図５中６ａ−６ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図５中６ｂ−６ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は図５中６ｃ−６ｃ線に沿う断面図である。図７は、ノズル５１側から見たときの平面透視図である。図８は、ノズル流路６０の内部構造を立体的に表した斜視図である。
ノズル流路６０は、長軸方向が異なる２種類の変形楕円状の断面（図６の（ａ）及び（ｃ）参照）、及び、これらの断面を組み合わせた変形十字状の断面（図６の（ｂ）参照）を備えている。また、ノズル流路６０の一端に形成されるノズル５１は、図７に示すように円形状の断面となっている。つまり、ノズル流路６０は、その軸方向に垂直であって相似形でない複数の断面を軸方向に沿って複数有している。このような構成により、メニスカス揺らし中にノズル流路６０内をインクが往復運動する際、断面形状が変化する部分において軸方向に垂直な断面内で軸方向に向かって（即ち、中心に向かって）不均一な力が作用するとともに、その力は軸方向に沿って変化する。この結果、インクを攪拌するような流れが生じ、インクの増粘を効率的に防止することができる。
【００７１】
尚、このようなノズル流路６０は、例えば、樹脂成型で上下の型に分けて作製することができる。
【００７２】
＜第２の実施形態＞
図９は、第２の実施形態に係る印字ヘッド５０の拡大断面図である。図１０の（ａ）は図９中１０ａ−１０ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図９中１０ｂ−１０ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は図９中１０ｃ−１０ｃ線に沿う断面図である。図１１は、ノズル５１側から見たときの平面透視図である。図１２は、ノズル流路６０の内部構造を立体的に表した斜視図である。
【００７３】
ノズル流路６０は、図１０の（ａ）及び（ｃ）に示すような、変形３角形状（おむすび状）の２つの断面を有している。これらの２つの断面はいずれか一方の断面をノズル流路６０の軸方向に回転させたときに相似（本例では合同）となるような関係にある。つまり、ノズル流路６０は、前記軸方向を中心にして位相を変えた場合に相似関係となるような２つの断面形状を備えている。また、ノズル流路６０は、図１０の（ａ）及び（ｃ）に示した断面の間に、図１０の（ｂ）に示すような略円状の断面を有している。図１０の（ａ）〜（ｃ）の各断面は略同一の幅となっており（図１１参照）、ノズル流路６０全体として滑らかに各断面が接続されるように構成される（図１２参照）。このようにノズル流路６０の軸方向に垂直な断面形状のうち、前記ノズル流路の軸方向を中心として回転させたときに相似となるような断面形状を複数有することにより、第１の実施形態と同様に、メニスカス揺らし中にノズル流路６０内のインクが攪拌され、インクの増粘を効率的に防止することができる。
【００７４】
＜第３の実施形態＞
図１３は、第３の実施形態に係る印字ヘッド５０の拡大断面図である。本実施形態では、ノズル流路６０の軸方向に垂直な断面形状（不図示）は、軸方向のいずれの位置においても合同又は相似形状であるが、ノズル流路６０の符号６０ａで示した部分の断面中心がノズル流路６０の軸からずれて構成されている。このようにノズル流路６０の軸方向に沿った一部の位置における軸方向に垂直な断面の中心をノズル流路６０の軸から所定量ずらして配置することで、前述した第１、第２の各実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７５】
このようなノズル流路６０は、図１３に示すように、複数の薄板状のプレート部材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄの積層した構造とすることで容易に製作することができる。尚、プレート部材の積層数は特に限定されるものではない。
【００７６】
また、ノズル流路６０のテーパ部６０ｂが形成されるプレート部材（ノズルプレート）６２Ｄを、例えば、図１４に示すように、更に複数の薄板状のプレート部材で構成するようにしてもよい。このような構成により、ノズル流路６０のテーパ部６０ｂにおいても他の部分と同様に、軸方向に垂直な断面形状を軸方向に沿って変化させることができ、インクを攪拌させる効果を高めることができる。
【００７７】
＜第４の実施形態＞
図１５は、第４の実施形態に係る印字ヘッド５０の拡大断面図である。ノズル流路６０の軸方向に垂直な断面形状は軸方向に沿った各位置において、例えば、円形状や多角形状などの合同又は相似形状で構成されるが、その一部には軸方向に垂直な断面積が他の部分に比べて狭くなる絞り部６４が形成されている。絞り部６４の断面形状は、他の部分と相似形状であってもよいし、非相似形状であってもよい。絞り部６４の断面積Ｓ１はノズル５１の最小径部分の断面積Ｓ２以上であることが好ましい。更に、絞り部６４の断面積Ｓ１は、（絞り部６４を除く）ノズル流路６０の断面積Ｓ３の１／２以下であることが好ましい。本実施形態では、絞り部６４の断面積Ｓ１はノズル５１の最小径部分の断面積Ｓ２の略２倍に設定した。このようにノズル流路６０の一部に絞り部６４を配置することで、絞り部６４以外の他の部分の断面積を従来に比べて大きくすることができる。
【００７８】
本態様によれば、軸方向に沿って不均一な力が作用し、前述した各実施形態と同様に、メニスカス揺らし中にノズル流路６０内のインクが攪拌され、インクの増粘を防止することができる。
【００７９】
このようなノズル流路６０の作製方法としては、図１５に示すように、絞り部６４に相当する孔部が形成された薄板状のプレート部材６４Ｅを他のプレート部材中に積層することで容易に作製することができる。
【００８０】
＜第５の実施形態＞  
図１６は、第５の実施形態に係る印字ヘッド５０の拡大断面図である。図１６に示すように、ノズル流路６０は軸方向に沿って凹凸が繰り返される波状に構成され、軸方向に垂直な断面形状は軸方向のいずれの位置においても略合同又は相似形状となっている。軸方向に垂直な断面形状は特に図示しないが、例えば、円形状や多角形状となっている。波状の断面は、一定の凹凸が繰り返される均一構造でもよいし、大小の凹凸がランダムに繰り返される不均一構造でもよい。このようなノズル流路６０の構成によれば、ノズル流路６０の軸方向に垂直な断面は軸方向に沿って大きな部分と小さな部分が繰り返されるので、（即ち、ノズル流路６０内に絞りを複数配置した構成と同等となるので）、メニスカス揺らし中にノズル流路６０内を往復運動するインクは圧縮と膨張が繰り返され、インクの攪拌が促進され、インクの増粘を効率的に防止することができる。
【００８１】
本実施形態におけるノズル流路６０の作製方法としては、複数の薄板状のプレート部材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄのそれぞれの両面又は片面をエッチングし、これらを積層することで作製することができる。
【００８２】
例えば、ＳＵＳなどの金属板の化学エッチングではサイドエッチと呼ばれる現象のため、両面エッチングでは板厚の１０％程度、片面エッチングでは板厚の２０％程度のダレ（バリ状の形状）ができるが、本実施形態では、通常は小さく抑えるサイドエッチを大きくし、両面エッチングでは板厚の２０％以上、片面エッチングでは板厚の４０％以上のダレを生じるようにする。具体的には、薄板状のプレート部材６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄを、板厚５０μｍのＳＵＳで両面エッチングにより作り、ダレ量を１０μｍ以上とする。穴の断面径の大きな部分の直径を１００μｍとして、ダレにより狭くなった部分の直径を約８０μｍとする。この場合、断面積の大きな部分と小さな部分がつくられることになる。
【００８３】
＜第６の実施形態＞
図１７は、第６の実施形態に係る印字ヘッド５０の拡大断面図である。第６の実施形態では、ノズル流路６０の内壁面の一部にヒータ６６が設けられており、メニスカス揺らし中にノズル流路６０内のインクを局所的に加熱するように構成されている。ヒータ６６による加熱は、瞬間的に行うようにしてもよいし、継続的に行うようにしてもよい。インクはヒータ６６で加熱されることにより局所的に粘度が変わって抵抗が落ちるので局所的に流れやすくなり、インク流速にアンバランスが生じる。例えば、図１７に破線矢印で示すようなインクの流速分布のようになる。この結果、インクの攪拌が促進され、インクの増粘が防止される。
【００８４】
図１７では、ノズル流路６０に１つのヒータ６６が設けられる構成を例示したが、本発明の実施に際してはこれに限定されず、複数のヒータ６６を設けるようにしてもよい。
【００８５】
図１８は、ノズル流路６０の内部構造を立体的に表した斜視図であり、複数のヒータ６６Ａ、６６Ｂを設けた構成例である。図１８の（ａ）に示すように、ノズル流路６０の壁面の対向する位置に高さを変えてヒータ６６Ａ、６６Ｂを配置することで、図１８の（ａ）の破線矢印で示す方向にインクが流れやすくなり、メニスカス揺らし中におけるインクの攪拌を促進することができる。また、図１８の（ｂ）に示すように、ノズル流路６０のテーパ部６０ｂにヒータ６６Ａ、６６Ｂを配置して、ノズル５１付近に形成されるメニスカスの増粘を確実に低減させるようにしてもよい。
【００８６】
図１９は、ヒータの駆動タイミングを表した波形図である。同図の（ａ）は圧電素子５８（図４参照）に印加する駆動波形を表している。同図の（ｂ）は、図１７に示したような１個のヒータ６６に印加するヒータ駆動波形を表している。また、同図の（ｃ）は、図１８に示したような２個のヒータ６６Ａ、６６Ｂに印加するヒータ駆動波形を表している。
【００８７】
図１９の（ａ）において、区間１５０における波形１５１はノズル５１からインク滴を吐出するときの吐出駆動波形であり、区間１６０における波形１６１はメニスカス揺らし（即ち、メニスカスの微振動）を行うときの微振動駆動波形である。各波形１５１、１６１のうち立ち下がり波形１５１ａ、１６１ａではメニスカスの引き込みが行われ、立ち上がり波形１５１ｂ、１６１ｂではメニスカスの押し出しが行われる。立ち上がり波形１５１ｂではノズル５１からインク滴が吐出され、立ち上がり波形１６１ｂではインク滴が吐出されない。
【００８８】
ヒータ数が１個の場合には、図１９の（ｂ）に示すように、ヒータ６６に対して、立ち上がり波形１６１ｂの印加タイミングよりも先にヒータ駆動波形１７１が印加され、且つ、立ち上がり波形１６１ｂの印加終了と同時若しくは後にヒータ駆動波形１７１の印加が解除される。このようにすると、ノズル５１に向かう流れの状態で、ヒータ近傍のインクがより加速され、更に、ノズル部のテーパ形状によって、より攪拌されることになる（つまり、回転する動きとなる）。
【００８９】
また、ヒータ数が２個の場合には、一方のヒータ６６Ａ（又は６６Ｂ）に対して、立ち上がり波形１６１ｂの印加タイミングよりも先にヒータ駆動波形１７１Ａが印加され、且つ、立ち上がり波形１６１ｂの印加終了と同時若しくは後にヒータ駆動波形１７１Ａの印加が解除され、他方のヒータ６６Ｂ（又は６６Ａ）に対して、立ち下がり波形１６１ａの印加タイミングよりも先にヒータ駆動波形１７１Ｂが印加され、且つ、立ち上がり波形１６１ｂの印加タイミングよりも先にヒータ駆動波形１７１Ｂの印加が解除される。
【００９０】
尚、ヒータ駆動波形１７１Ａの印加開始とヒータ駆動波形１７１Ｂの印加終了のタイミングの関係は、ヒータやインク等の熱伝導率によって決められる。これらの熱伝導率が高く、インクが早く加熱される場合は、ヒータ駆動波形１７１Ｂの印加が終了してからヒータ駆動波形１７１Ａの印加を開始し（図１９（ｃ）参照）、逆に、熱伝導率が低く、インクの加熱が遅い場合にはヒータ駆動波形１７１Ｂの印加が終了する前にヒータ駆動波形１７１Ａの印加を開始する。
【００９１】
いずれの場合においても、微振動駆動波形１６１に同期させてヒータ（６６、６６Ａ、６６Ｂ）が駆動されるので、メニスカス揺らしに連動してノズル流路６０内のインクを局所的に効率良く加熱することができ、攪拌をより一層促進させることが可能になる。また、ヒータ（６６、６６Ａ、６６Ｂ）が発熱してからノズル流路６０内のインクが局所的に温まるまでのタイムラグが見込まれており効果的なインクの加熱が可能であり、しかも、余分な加熱を行わないように構成されている。
【００９２】
＜第７の実施形態＞
図２０は、第７の実施形態に係る印字ヘッド５０の拡大断面図である。本実施形態では、ノズル流路６０の一側面に注入口６８が形成されている。メニスカス揺らし中に、溶媒又は濃度の異なるインクを注入口６８からノズル流路６０に注入する。溶媒又はインクの注入は瞬間的に行うようにしてもよいし、継続的に行うようにしてもよい。このように溶媒又はインクをノズル流路６０に注入することで、ノズル流路６０内のインクは粘度が局所的に低下して抵抗が落ちるので局所的に流れやすくなり、インク流速にアンバランスが生じてインク攪拌を促進することができる。
【００９３】
＜第８の実施形態＞
図２１は、第８の実施形態に係る印字ヘッド５０のノズル流路６０の内部構造を立体的に表した斜視図である。本実施形態では、ノズル流路６０の軸方向に対して斜めに傾いた矩形状の板部材９０が固着されており、板部材９０の両外側でノズル流路６０の内壁面との間に形成される空間をメニスカス押し出し時は図２１の下向きの破線矢印のように、又、メニスカス引きこみ時は図２１の上向きの破線矢印のように、インクが流れるようになっている。このような構成においても、メニスカス揺らし中にインクを攪拌させることができる。
【００９４】
＜第９の実施形態＞
図２２は、第９の実施形態に係る印字ヘッド５０の拡大断面図である。本実施形態では、ノズル流路６０の壁面の一部に弾性可動膜９２が設けられている。この弾性可動膜９２は、メニスカス揺らし中にメニスカス揺らしに同期してノズル流路６０内を往復運動するインクが圧縮と膨張を繰り返すように作用し、これにより、インクの攪拌が促進される。
【００９５】
以上、本発明の液体吐出ヘッド及び画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。
【図２】インクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る印字ヘッドの平面透視図である。
【図４】図３中４−４線に沿う断面図である。
【図５】図４の一部拡大断面図である。
【図６】図５のノズル流路の軸方向に垂直な断面図である。
【図７】図５のノズル流路をノズル側からみたときの平面透視図である。
【図８】図５のノズル流路の内部構造を立体的に表した斜視図である。
【図９】第２の実施形態に係る印字ヘッドの拡大断面図である。
【図１０】図９のノズル流路の軸方向に垂直な断面図である。
【図１１】図９のノズル流路をノズル側からみたときの平面透視図である。
【図１２】図９のノズル流路の内部構造を立体的に表した斜視図である。
【図１３】第３の実施形態に係る印字ヘッドの拡大断面図である。
【図１４】ノズルプレートの拡大断面図である。
【図１５】第４の実施形態に係る印字ヘッドの拡大断面図である。
【図１６】第５の実施形態に係る印字ヘッドの拡大断面図である。
【図１７】第６の実施形態に係る印字ヘッドの拡大断面図である。
【図１８】ノズル流路の内部構造を立体的に表した斜視図であり、複数のヒータが設けられる場合の構成例である。
【図１９】ヒータの駆動タイミングを表した波形図である。
【図２０】第７の実施形態に係る印字ヘッドの拡大断面図である。
【図２１】第８の実施形態に係る印字ヘッドのノズル流路の内部構造を立体的に表した斜視図である。
【図２２】第９の実施形態に係る印字ヘッドの拡大断面図である。
【図２３】従来の印字ヘッドの一例であるノズル流路の断面図及び平面図である。
【図２４】メニスカス揺らしの様子を表した説明図である。
【図２５】従来の印字ヘッドのノズル流路の内部構造を立体的に表した斜視図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０…インクジェット記録装置、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、６０…ノズル流路、６４…絞り部、６６、６６Ａ、６６Ｂ…ヒータ、９０…板部材、９２…弾性可動膜
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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