(57)【要約】【課題】微粒子を含む液体の吐出において安価な構成で濃度ムラが生じないようにする。【解決手段】微粒子を含んだ液体を液滴として吐出するノズルと、前記ノズルと連通する圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧電素子と、前記圧力室に供給する前記液体を貯留する共通液室と前記圧力室とを連通する供給流路とを有する液滴吐出ヘッドであって、前記供給流路の共通液室側の供給口が重力方向に異なる位置に複数配置されたことを特徴とする液滴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４
2007069490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を含んだ液体を液滴として吐出するノズルと、前記ノズルと連通する圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧電素子と、前記圧力室に供給する前記液体を貯留する共通液室と前記圧力室とを連通する供給流路とを有する液滴吐出ヘッドであって、
前記供給流路の共通液室側の供給口が重力方向に異なる位置に複数配置されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
微粒子を含んだ液体を液滴として吐出するノズルと、前記ノズルと連通する圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧電素子と、前記圧力室に供給する前記液体を貯留する共通液室と前記圧力室とを連通する供給流路とを有する液滴吐出ヘッドであって、
前記ノズルから吐出された液滴が被吐出媒体に着弾したときに隣接する液滴となるような前記ノズルと連通する前記圧力室に対応する前記供給流路毎に、該供給流路の前記共通液室側の供給口が、重力方向に異なる位置に配置されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
微粒子を含んだ液体を液滴として吐出するノズルと、前記ノズルと連通する圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧電素子と、前記圧力室に供給する前記液体を貯留する共通液室と前記圧力室とを連通する供給流路とを有する液滴吐出ヘッドであって、
前記各圧力室は、前記共通液室側の供給口が重力方向に異なる位置に配置された複数の前記供給流路を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の液滴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、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に、微粒子を分散させた機能性液体を吐出する液滴吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、画像形成装置として、多数のノズル（液滴吐出口）を配列させたインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）を有し、このインクジェットヘッドと被記録媒体を相対的に移動させながら、ノズルから被記録媒体に向けてインクを液滴として吐出することにより、被記録媒体上に画像やパターンを記録するインクジェットプリンタ（インクジェット記録装置）が知られている。
【０００３】
このようなインクジェットプリンタのインクジェットヘッドは、例えば、インクタンクからインク供給路（共通液室）を介してインクが供給される圧力室と、画像データに応じた電気信号によって駆動される圧電素子と、圧電素子の駆動によって変形する圧力室の一部を構成する振動板と、振動板の変形によって圧力室の容積が減少することにより圧力室内のインクが液滴として吐出される圧力室に連通するノズルを含む圧力室ユニットを有している。そして、インクジェットプリンタにおいては、圧力発生ユニットのノズルから吐出されたインクによって形成されるドットを組み合わせることによって被記録媒体上に画像やパターンが形成される。
【０００４】
近年、このようなインクジェットプリンタを用いて、インク等の液体を記録紙に吐出して画像を形成するばかりでなく、微粒子を分散させた機能性液体を吐出してパターン等を形成することが行われている。微粒子としては、例えば顔料、高分子樹脂、金属、ガラス及びそれらの酸化物や化合物などが考えられている。
【０００５】
これらの原材料を微粒子化して、分散剤で溶媒液体中へ分散、乳化すると、経時的に液体中の微粒子がしだいに凝集、沈降するようになる。このように凝集、沈降した機能性液体をそのまま吐出すると、濃度あるいは微粒子の密度に不均一が生じ、吐出結果の濃度ムラや歪みが発生したり、色再現性が悪化したりして、吐出結果の品質を高く保持することができないという問題があった。
【０００６】
これに対して従来、吐出物がノズルから吐出される直前に蓄積される吐出用ヘッド内のマニフォールド（共通液室）に、例えば圧電素子等の攪拌手段を設けて、マニフォールド内の吐出物に振動を与えて常に攪拌することにより、機能性液体内の微粒子を安定して分散した状態に維持するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【特許文献１】特開２００３−７２１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、微粒子を分散させた機能性液体は、経時的に液体中の微粒子の凝集、沈降が発生する。特に、機能性液体が、色材原材料を微粒子化して溶媒液体に分散し調整したインクである場合に、経時的にインク中の色材の凝集、沈降が発生し、インクの上層部よりも下層部の方がインク濃度が濃くなる。このようなインクを共通液室の下部から供給路を通して圧力室に供給するような構造の吐出ヘッドで吐出すると、共通液室底部近傍に沈降した濃インクがまず最初に供給される。そして、印字によりインクが消費されるのに従って、吐出されたインクによって形成される画像の濃度が、濃から淡へと変化し、画像品位を低下させてしまうという問題がある。
【０００８】
このような問題を解決するものとして、上記特許文献１に記載のものは、液体中の微粒子の沈降を解消するために、共通液室（マニフォールド）内の吐出物を攪拌する手段として圧電素子を設け、常に振動を与えて攪拌することで微粒子が安定して分散した状態を維持するようにしているが、この攪拌機構は、圧電素子を駆動する駆動回路や吐出動作との同期を取る制御手段等が必要となり高価なものとなってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、前記従来のような積極的に吐出物を攪拌する攪拌機構を有することなく、安価な構成によって、微粒子が液体中で沈降し濃度や密度が不均一となっても、被記録媒体上に吐出された画像において、目視され得る程度の濃度差が生じないような液滴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、微粒子を含んだ液体を液滴として吐出するノズルと、前記ノズルと連通する圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧電素子と、前記圧力室に供給する前記液体を貯留する共通液室と前記圧力室とを連通する供給流路とを有する液滴吐出ヘッドであって、前記供給流路の共通液室側の供給口が重力方向に異なる位置に複数配置されたことを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
【００１１】
これにより、液体中の微粒子が沈降した場合であっても、低コストで簡単な構成により、低濃度の液体と高濃度の液体の攪拌効果を向上させ、液体中の微粒子の濃度及び密度が略一定の液体を吐出することが可能となる。
【００１２】
また、同様に前記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、微粒子を含んだ液体を液滴として吐出するノズルと、前記ノズルと連通する圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧電素子と、前記圧力室に供給する前記液体を貯留する共通液室と前記圧力室とを連通する供給流路とを有する液滴吐出ヘッドであって、前記ノズルから吐出された液滴が被吐出媒体に着弾したときに隣接する液滴となるような前記ノズルと連通する前記圧力室に対応する前記供給流路毎に、該供給流路の前記共通液室側の供給口が、重力方向に異なる位置に配置されたことを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
【００１３】
これにより、液体中の微粒子が沈降した場合であっても、目視され得る程度の濃度差が生じることなく、高品質な画像記録を実現することができる。また、微粒子を含んだ液体の攪拌効果も向上する。
【００１４】
また、同様に前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、微粒子を含んだ液体を液滴として吐出するノズルと、前記ノズルと連通する圧力室と、前記圧力室の容積を変化させる圧電素子と、前記圧力室に供給する前記液体を貯留する共通液室と前記圧力室とを連通する供給流路とを有する液滴吐出ヘッドであって、前記各圧力室は、前記共通液室側の供給口が重力方向に異なる位置に配置された複数の前記供給流路を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
【００１５】
これにより、液体中の微粒子が沈降した場合であっても、低コストで簡単な構成により、低濃度の液体と高濃度の液体の攪拌効果を向上させ、液体中の微粒子の濃度及び密度が略一定の液体を吐出することが可能となる。
【００１６】
また、同様に前記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の液滴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。
【００１７】
これにより、液体中の微粒子が沈降した場合であっても、目視され得る程度の濃度差が生じることなく、高品質な画像記録を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、液体中の微粒子が沈降した場合であっても、低コストで簡単な構成により、低濃度の液体と高濃度の液体の攪拌効果を向上させ、液体中の微粒子の濃度及び密度が略一定の液体を吐出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る液滴吐出ヘッド及び画像形成装置について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置としてのインクジェット記録装置の第１実施形態の概略を示す全体構成図である。
【００２１】
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（液滴吐出ヘッド）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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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（フラット面）をなすように構成されている。
【００２７】
ベルト３３は、記録紙１６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。
【００２８】
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（図示省略）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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。したがって、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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（図２参照）。
【００３３】
図２に示すように、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
なお、本実施形態は、微粒子を分散させた機能性インクを吐出するものであり、本実施形態では、水に対して不溶性あるいは難溶性の色材を分散したインクが適している。色材としては、分散染料、金属錯塩染料、顔料などが挙げられる。さらに、インクの溶媒に色材を分散させる化合物としては、いわゆる分散剤、界面活性剤、樹脂等を用いることができ、分散剤または界面活性剤としては、アニオン系、ノニオン系等が挙げられ、樹脂分散剤としては、スチレン及び誘電体、ビニルナフタレン及びその誘電体、ビニルナフタレン及びその誘電体、アクリル酸及びその誘電体等が挙げられ、これらの樹脂は、塩基を溶解させた水溶液に可溶なアルカリ可溶型樹脂であることが望ましい。また、顔料としては、無機顔料または有機顔料があるがこれらに限定されるものではない。顔料インクは耐光性、耐水性に優れているが、染料系インクに比べて沈降し易い傾向にある。
【００３７】
また、このような機能性インクを用いる場合であっても、シャトル型ヘッドの場合には、記録媒体を副走査方向に搬送しながら、ヘッド自体が主走査方向に往復動作しているため、ヘッド内の機能性インクが常に攪拌される状態にあり、機能性インク内の微粒子の沈降は問題とはならない。これに対して、本実施形態のようなライン型ヘッドの場合には、通常、記録媒体を搬送し、ヘッド自体は固定され動かないため、機能性インク中の微粒子の沈降が問題となる。本実施形態は、このようなライン型ヘッドにおいて機能性インク中の微粒子の沈降による濃度ムラを解消するものである。
【００３８】
なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。
【００３９】
一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。
【００４０】
また本例では、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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（図示省略）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。
【００４９】
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。
【００５０】
次に、印字ヘッド（液滴吐出ヘッド）について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとし、図３に、第１実施形態の印字ヘッド５０の平面透視図を示す。
【００５１】
図３に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、その端部にインク供給口６０が設けられており、インク貯蔵／装填部１４（図１参照）のタンク（インク貯蔵タンク）から管路（いずれも図示省略）を通じてインク（微粒子が分散された機能性インク）の供給を受けるようになっている。
【００５２】
インク供給口６０から印字ヘッド５０の長手方向に沿ってインク本流６２が形成されている。また、共通液室（インク支流）５５が、インク本流６０から分かれて、印字ヘッド５０の短手方向に対して斜めの方向に伸びるように複数形成されている。
【００５３】
共通液室５５に沿って、ノズル５１、圧力室５２及び供給口５３を有して構成される圧力室ユニット５４が複数配列され、印字ヘッド５０全体として、千鳥状の２次元マトリクス状に配置されている。また、詳しくは後述するが、各圧力室ユニット５４の供給口５３は、各共通液室５５の間の隔壁６４の中に形成されている。
【００５４】
このように構成された印字ヘッド５０において、インク供給口６０から印字ヘッド５０に供給されたインクは、インク本流６２に沿って流れ、インク本流６２から枝分かれした各共通液室５５に供給される。そして各共通液室５５から、共通液室５５に沿って形成された各圧力室ユニット５４の供給口５３を介して各圧力室５２にインクが供給されるようになっている。
【００５５】
なお、図示は省略するが、このような構造の短尺ヘッドを複数、２次元の千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、これらの複数の短尺ヘッド全体で被記録媒体の全幅に対応する長さとなるようにして一つの長尺のフルラインヘッドを構成するようにしてもよい。
【００５６】
本実施形態は、微粒子を分散させた機能性インクを吐出するものであるが、このとき例えば共通液室５５中の機能性インクにおいて微粒子が沈降してインクの上層部と下層部とで微粒子の濃度が異なっていても、安価な手段により、吐出結果において目視できない程度に濃度ムラを解消するように印字ヘッド５０の構造を設計したものである。
【００５７】
以下、これについて説明する。
【００５８】
図４は、図３中の４Ａ−４Ｂ線に沿った断面図である。
【００５９】
図４に示すように、圧力室ユニット５４は、インクを吐出するノズル５１と連通する圧力室５２を有し、圧力室５２には、供給口５３を介して共通液室（支流）５５からインクが供給されるようになっている。
【００６０】
共通液室５５は、金属薄板をエッチングして積層した隔壁６４と天板６６によって形成された空間であり、圧力室５２に供給するインクを貯留するものである。圧力室５２の上面には振動板５６が配置され、その上に圧電素子５８が形成されており、圧電素子５８を駆動することにより振動板５６が変形して圧力室５２内のインクに圧力が加わり、ノズル５１からインクが吐出されるようになっている。また圧電素子５８の駆動を確保し、圧電素子５８を保護するためにピエゾカバー６８が形成されている。
【００６１】
また、共通液室５５の隔壁６４の中には、各圧力室５２にインクを供給するための供給流路７０が形成されている。図４に示すように、供給流路７０には、その上部と下部にそれぞれ穴７２ａ、７２ｂが設けられており、供給流路７０はその下側で圧力室５２への供給口５３に連通している。供給流路７０の断面は、四角形状、丸形状など任意であり、インク供給量から断面積を設定することが好ましい。特に、上側の穴７２ａの方が下側の穴７２ｂよりも径を大きくすることが好ましい。また、穴７２ａ、７２ｂは、それぞれ水平方向を向くように形成されている。
【００６２】
このように、隔壁６４の中に設けられた供給流路７０の上部と下部に穴７２ａと７２ｂを設けたのは、共通液室５５中で機能性インク中の微粒子が沈降して、共通液室５５内のインクの下層部は微粒子の濃度が高くなり、上層部は微粒子の濃度が低くなった場合に、下部の穴７２ｂから高濃度の微粒子を含むインクを供給流路７０に取り入れるとともに、上部の穴７２ａから低濃度の微粒子を含むインクを供給流路７０に取り入れて、圧力室５２に供給するインクの微粒子の濃度をなるべく均一化させるためである。
【００６３】
なお、このような穴の数は２個に限定されるものではない。ただし、上面近傍のは、後述するインク中に分散された微粒子を攪拌する性能から適宜設定されることが好ましい。
【００６４】
また、圧電素子５８の駆動配線の構成についても、特に限定はされず、上のように供給流路７０が形成された隔壁６４中に駆動配線が貫通する構造でもよいし、圧電素子５８を保護する中間板（ピエゾカバー６８）に駆動配線を形成した構造でもよい。しかし、隔壁６４中に駆動配線が貫通する構造の方が高密度配置には適している。
【００６５】
次に、インクの微粒子の濃度の均一化について説明する。図５に、供給流路７０の近辺を拡大して示す。図５（ａ）は、インク供給時、図５（ｂ）は、インク吐出時を表している。
【００６６】
図５（ａ）に示すように、共通液室（支流）５５中の微粒子が分散された機能性インクは、経時的に微粒子が沈降し、下層部５５ｃのインクが最も微粒子の濃度が高くなり、上層部５５ａのインクは微粒子の濃度が低く、中層部５５ｂのインクは微粒子の濃度はその中間となっている。
【００６７】
インク供給時には、供給流路７０の上部に設けられた穴７２ａから、微粒子が低濃度のインクが流入し、供給流路７０の下部に設けられた穴７２ｂからは、微粒子が高濃度のインクが流入する。そしてこれらが混ざり合って、供給口５３から圧力室５２に供給されることで、微粒子の濃度がある程度均一化される。
【００６８】
このとき、高濃度のインクと低濃度のインクとが均等に混ざるように、図５（ａ）に矢印Ａ、Ｂで示したように、上部の穴７２ａから供給流路７０の下部までの範囲Ａにおける流路抵抗と、下部の穴７２ｂから供給流路７０までの範囲Ｂにおける流路抵抗が等しくなるように、各穴７２ａ、７２ｂの径や、供給流路７０の形状を設定する。例えば、供給流路７０の内径は、上部から下部にいくに従って細くなるような形状とすることが好ましい。また、上部の穴７２ａの方が下部の穴７２ｂよりも径を大きくすることが好ましい。
【００６９】
このように、高濃度と低濃度のインクが圧力室５２に供給され、この高濃度インクと低濃度インクとが混合され、一定濃度のインクを吐出することが可能となる。また、このとき供給口５３の開口面積で高濃度及び低濃度のインクの圧力室５２への供給比率が設定されるようにすることで、構造が簡略であり設定が容易となる。
【００７０】
また、図５（ｂ）に示すように、インク吐出時には、インクを吐出した際の圧力により、圧力室５２側から供給流路７０側にインクが逆流し、そのインクが図に矢印で示したように、上部の穴７２ａと下部の穴７２ｂとからそれぞれ共通液室５５に流入し、このインクの流れによって、共通液室５５内のインクが攪拌され、微粒子の沈降を防ぐことができる。
【００７１】
このとき、供給流路７０に形成された穴７２ａ、７２ｂが水平方向を向いているため、共通液室５５の剛性の確保及び共通液室５５内部のインクの攪拌効果が向上する。
【００７２】
このように本実施形態によれば、簡単な構造で、機能性インク中の微粒子分散物が沈降した場合でも、微粒子の濃度が略一定となるようにして吐出することが可能となる。
【００７３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００７４】
図６に、第２実施形態の印字ヘッドの平面透視図を示す。
【００７５】
図６に示すように、本実施形態の印字ヘッド１５０は、その端部にインク供給口１６０が設けられており、インク貯蔵／装填部１４（図１参照）のタンク（インク貯蔵タンク）から管路（いずれも図示省略）を通じてインク（微粒子が分散された機能性インク）の供給を受けるようになっている。
【００７６】
本実施形態の印字ヘッド１５０は、前述した第１実施形態の印字ヘッド５０のように、インク本流、支流（共通液室）のような構造をしているのではなく、図６に示すように、印字ヘッド１５０の全体に広がった一体の共通液室１５５を有する構造となっている。
【００７７】
図６に示すように、本実施形態の印字ヘッド１５０も前述した第１実施形態と同様に、ノズル１５１、圧力室１５２及び供給口１５３を有して構成される圧力室ユニット１５４が、印字ヘッド１５０全体に、千鳥状の２次元マトリクス状に配置されている。そして、各圧力室１５２にインクを供給する各供給口１５３の上部に、供給口１５３に連通する供給流路（図示省略、後述）をその中に有する筒状体１６９が形成されている。
【００７８】
図７に、筒状体１６９の一つを拡大して斜視図で示す。
【００７９】
図７に示すように、筒状体１６９は、ピエゾカバー１６８（後述）の上に略垂直に設けられている。筒状体１６９中央の空洞部は供給流路１７０となっており、供給流路１７０の下部は圧力室１５２にインクを供給する供給口１５３に連通している。図示を省略したが、筒状体１６９の上部は共通液室１５５の天板に接合している。
【００８０】
また、筒状体１６９の上部及び下部には、それぞれ直方体の形状をしたスリット状の穴１７２ａ及び１７２ｂが供給流路１７０に連通するように設けられている。筒状体１６９の周囲は、共通液室１５５であり、この穴１７２ａ及び１７２ｂから共通液室１５５内のインクが供給流路１７０内に供給されるようになっている。
【００８１】
図８に、図６中の一点鎖線８Ａ−８Ｂ線に沿った断面図を示す。
【００８２】
図８に示すように、本実施形態においても、圧力室ユニット１５４は、インクを吐出するノズル１５１と連通する圧力室１５２を有し、圧力室１５２には供給口１５３を介して共通液室１５５からインクが供給されるようになっている。
【００８３】
共通液室１５５は、印字ヘッド１５０周囲に形成された側壁１６５と天板１６６によって、印字ヘッド１５０全体に渡って形成された一つの空間であり、各圧力室１５２に供給するインクを貯留するのものである。
【００８４】
圧力室１５２の上面には、振動板１５６が配置され、その上に圧電素子１５８が形成されており、圧電素子１５８を駆動することにより振動板１５６が変形して圧力室１５２内のインクに圧力が加わり、ノズル１５１からインクが吐出されるようになっている。また、圧電素子１５８の駆動を確保し、圧電素子１５８を保護するためにピエゾカバー１６８が形成されている。
【００８５】
また、ピエゾカバー１６８の、供給口１５３に対応する部分の上側には筒状体１６９が立設されており、筒状体１６９中央部の供給流路１７０は供給口１５３に連通するようになっている。筒状体１６９の上部と下部にはそれぞれスリット状の穴１７２ａ及び１７２ｂが形成されている。図８では、穴１７２ａの部分で切断しているため、筒状体１６９上部は天板１６６とは接合していないが、実際には前述したように、筒状体１６９の上部は共通液室１５５の天板１６６に接合している。
【００８６】
このように、筒状体１６９に形成される供給口（スリット状の穴１７２ａ及び１７２ｂ）は、同一高さに複数個（図７あるいは図８に示す例では、２つ）筒状体１６９の外周に形成され、また高さ方向に複数個（図７あるいは図８に示す例では、上部と下部の２箇所）形成される。このように、異なる高さに複数供給口（スリット状の穴１７２ａ及び１７２ｂ）を形成することで、沈降した機能性インク中の微粒子を攪拌する効果が向上する。
【００８７】
なお、これらピエゾカバー１６８及び筒状体１６９は、樹脂成型で一体に形成することが好ましい。このように、共通液室１５５を、支流構造ではなく印字ヘッド１５０に対して一体に形成し、その中に筒状体１６９を形成することで、共通液室１５５での流路抵抗が低減し、高粘度液の吐出に適するとともに、共通液室１５５の剛性を確保することが可能となる。ただし、このときすべての筒状体１６９が共通液室１５５の天板１６６に接合して天板１６６を支える支柱構造である必要はない。
【００８８】
なお、特に図示は省略するが、圧電素子１５８の駆動配線は、ピエゾカバー１６８上に水平に配線される。
【００８９】
このように本実施形態によれば、簡単な構造で、機能性インク中の微粒子分散物が沈降した場合でも、微粒子の濃度が略一定となるようにして吐出することが可能となる。
【００９０】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００９１】
図９に、第３実施形態の印字ヘッドの平面透視図を示す。
【００９２】
図９に示すように、本実施形態の印字ヘッド２５０は、その端部にインク供給口２６０が設けられており、インク貯蔵／装填部１４（図１参照）のタンクから管路を通じてインク（微粒子が分散された機能性インク）の供給を受けるようになっている。本実施形態の印字ヘッド２５０も、前述した第２実施形態と同様に、印字ヘッド２５０全体に広がった一体の共通液室２５５を有する構造となっている。
【００９３】
また、図９に示すように、本実施形態の印字ヘッド２５０は、ノズル２５１、圧力室２５２及び供給口２５３を有して構成される圧力室ユニット２５４が、２列の千鳥状に配列されている。ただし、これは説明の便宜上２列の千鳥配置としたものであり、２次元マトリクス配置であってもよい。
【００９４】
また、２列に配列された各圧力室ユニット２５４のうち、図の下側に配列された圧力室２５２への供給口２５３は共通液室２５５から直接インクを圧力室２５２に供給するように供給流路が形成されているが、図の上側に配列された圧力室２５２への供給口２５３に対してはこれに連通する供給流路を有する筒状体２６９が形成されている。
【００９５】
これを説明するために、図９中の１０Ａ−１０Ｂ線に沿った断面図を図１０に示す。
【００９６】
図１０に示すように、２列に配列された圧力室ユニット２５４の一方の圧力室２５２の供給口２５３は、振動板２５６及びピエゾカバー２６８に形成された供給流路２７１を通じて共通液室２５５の下層部から高濃度のインクを直接圧力室２５２に供給するようになっている。
【００９７】
これに対して、２列に配列された圧力室ユニット２５４の他方の圧力室２５２の供給口２５３に対しては、ピエゾカバー２６８上に筒状体２６９が形成され、その中央の空洞が供給流路２７０となっている。この筒状体２６９は、その上端部のみが開放されており、共通液室２５５の上層部のインクのみを圧力室２５２に供給するようになっている。
【００９８】
図１０に示された２つの圧力室２５２に連通する各ノズル２５１から吐出されるインク液滴は、被記録媒体上で主走査方向（印字ヘッド２５０の長手方向）に隣り合ったドットを形成する。従って、一方のノズル２５１からは、高濃度のインクが吐出され、他方のノズル２５１からは低濃度のインクが吐出されるが、これらは被記録媒体上で隣り合ったドットを形成するため、各ドットの濃度は異なっているが、被記録媒体上で高濃度インクと低濃度インクのドットが隣接しているため、被記録媒体上において目視され得る程度の濃度差は生じない。
【００９９】
このように、本実施形態では、被記録媒体上に隣り合ったドットを形成する圧力室ユニット２５４では、それぞれ共通液室２５５からインクを取り入れる供給口は一つであるが、それぞれの共通液室２５５における高さが異なるように構成されている。
【０１００】
これに対して、例えば、図１１に示すように、一つの圧力室３５２に対する共通液室３５５に連通する供給流路を２つ設け、供給口を２つ（３５３ａ及び３５３ｂ）にして、それぞれの共通液室３５５からのインク取り入れ口の高さを異ならせるようにしてもよい。
【０１０１】
すなわち、図１１に示すように、圧力室３５２には、２つの供給口３５３ａ及び３５３ｂを設け、それぞれ供給流路３７０、３７１が連通している。一方の供給口３５３ａに連通する供給流路３７０はピエゾカバー３６８上に形成された筒状体３６９の空洞部として形成されている。そして、筒状体３６９の上部からインクを取り入れるようにする。一方、供給口３５３ｂに連通する供給流路３７１は、振動板３５６、ピエゾカバー３６８を貫通して形成され、共通液室３５５の下層側からインクを取り入れるようになっている。このようにして、共通液室３５５の高さ方向に異なる位置から、圧力室３５２に供給するインクを取り入れるようにする。
【０１０２】
このように、本実施形態では、２列に配列された圧力室ユニットの一方にのみ筒状体を設けるようにしたため、簡単な構造によって機能性インク中の微粒子の沈降に対応することができ、製造が容易である。
【０１０３】
上述した各実施形態においては、いずれも共通液室が圧電素子を挟んで圧力室とは反対側にある構成を例にとって説明したが、本発明はこのような構成の印字ヘッドに限定されるものではない。
【０１０４】
例えば、図１２（ａ）に示すように、圧電素子４５８に対して圧力室４５２と同じ側に共通液室４５５があるような印字ヘッド４５０や、図１３（ａ）に示すように、圧力室５５２に配置された圧電素子５５８の駆動方向（変形方向）とは垂直方向にインクを吐出するいわゆるサイドシュータ型の印字ヘッド５５０に対しても、本発明は適用可能である。
【０１０５】
図１２（ａ）や図１３（ａ）に示す例においても、共通液室４５５あるいは５５５内の機能性インク中の微粒子が重力によって沈降し、下層が高濃度となり上層が低濃度なる。
【０１０６】
そこで、共通液室中に、インクの取り入れ口を重力方向の異なる位置に複数有する供給流路を設けるようにする。例えば、図１２（ａ）に示す例に対しては、図１２（ｂ）のように供給口４５３の手前に共通液室４５５の上部と下部にスリット４６２ａ、４６２ｂを有するような部材４６０を設けて、共通液室４５５内の上層部の濃度の薄いインクと下層部の濃度の濃いインクを同時に取り入れるようにする。また、図１３（ａ）に示す例に対しても同様に供給口５５３の手前に共通液室５５５の上部と下部にスリット５６２ａ、５６２ｂを有する部材５６０を設けて、共通液室５５５内の上層部の濃度の薄いインクと下層部の濃度の濃いインクを同時に取り入れるようにする。このように濃度の異なるインクを同時に取り入れて混合することにより、濃度をある程度均一化できるようになり、被記録媒体上で濃度差が視認され難くすることができる。
【０１０７】
以上説明したように、共通液室から圧力室への供給口を重力方向に異なる位置に複数配置することで、液体中の微粒子分散物が沈降した場合でも、濃度あるいは密度が一定の液体を吐出することが可能となる。
【０１０８】
以上、本発明の液滴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】
【０１０９】
【図１】本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置としてのインクジェット記録装置の第１実施形態の概略を示す全体構成図である。
【図２】図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。
【図３】第１実施形態の印字ヘッドの平面透視図である。
【図４】図３中の４Ａ−４Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】（ａ）はインク供給時の様子を示す説明図であり、（ｂ）はインク吐出時の様子を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る印字ヘッドの平面透視図である。
【図７】図６中の筒状体の様子を拡大して示す斜視図である。
【図８】図６中の８Ａ−８Ｂ線に沿った断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る印字ヘッドの平面透視図である。
【図１０】図９中の１０Ａ−１０Ｂ線に沿った断面図である。
【図１１】第３実施形態の他の例を示す印字ヘッドの断面図である。
【図１２（ａ）】本発明が適用可能な他の印字ヘッドの例を示す断面図である。
【図１２（ｂ）】図１２（ａ）の印字ヘッドに対して本発明を適用した例を示す断面図である。
【図１３（ａ）】同じく、本発明が適用可能な他の印字ヘッドの例を示す断面図である。
【図１３（ｂ）】図１３（ａ）の印字ヘッドに対して本発明を適用した例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２４…印字検出部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッド、５０Ａ…ノズル面、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…（インク）供給口、５４…圧力室ユニット、５５…共通液室、５６…振動板、５８…圧電素子、６０…インク供給口、６２…インク本流、６４…隔壁、６８…ピエゾカバー、７０、１７０…供給流路、７２ａ、７２ｂ…穴、１６９…筒状体
【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】
2007069490.tif 000011
【図１０】
2007069490.tif 000012
【図１１】
2007069490.tif 000013
【図１２（ａ）】
2007069490.tif 000014
【図１２（ｂ）】
2007069490.tif 000015
【図１３（ａ）】
2007069490.tif 000016
【図１３（ｂ）】
2007069490.tif 000017