(57)【要約】【課題】流体クロストークを防止する。【解決手段】共通流路から複数の圧力室に液体が供給され、圧力発生手段によって圧力室内の液体が加圧されノズルから液体が吐出される液体吐出ヘッドであって、共通流路の隔壁の少なくとも一部は共通流路内の液体に接する第１部材及び第２部材の少なくとも２層で構成され、第１部材は、第１部材の厚さをＬ、第１部材の内部を通過する音波の波長をλ、負でない整数をｎとするとき、Ｌ＝λ×（２ｎ＋１）／４ の関係を満たし、且つ、共通流路内の液体の音響インピーダンスをＺ１、第１部材の音響インピーダンスをＺ２、第２部材の音響インピーダンスをＺ３とするとき、Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３、又は、Ｚ３＜Ｚ２＜Ｚ１の関係を満たすように構成されてい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３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が貯留される共通流路から複数の圧力室に前記液体が供給され、圧力発生手段によって前記圧力室内の前記液体が加圧され、前記圧力室に連通するノズルから前記液体が吐出される液体吐出ヘッドであって、
前記共通流路の隔壁の少なくとも一部は、前記共通流路内の前記液体に接する第１部材及び前記第１部材の前記液体側とは反対側に接合される第２部材の少なくとも２層で構成され、
前記第１部材は、前記第１部材の厚さをＬ、前記第１部材の内部を通過する音波の波長をλ、負でない整数をｎとするとき、次式 Ｌ＝λ×（２ｎ＋１）／４ の関係を満たし、且つ、前記共通流路内の前記液体の音響インピーダンスをＺ１、前記第１部材の音響インピーダンスをＺ２、前記第２部材の音響インピーダンスをＺ３とするとき、次式 Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３、又は、Ｚ３＜Ｚ２＜Ｚ１の関係を満たすように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】
前記液体の音響インピーダンスＺ１、前記第１部材の音響インピーダンスＺ２及び前記第２部材の音響インピーダンスＺ３との関係が、次式 Ｚ２≒（Ｚ１×Ｚ３）1/2を満たすように構成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】
前記共通流路は、前記圧力室の前記ノズル側とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記共通流路の前記圧力室側とは反対側の隔壁の少なくとも一部が前記第１部材及び前記第２部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第２部材は、前記液体が貯蔵される液体タンクであり、
前記第１部材には、前記液体タンクと前記共通流路を連通する供給流路が形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】
前記供給流路の少なくとも一部にフィルタ部材が設けられてい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】
前記供給流路の前記フィルタ部材が設けられる部分の流路面積は、前記供給流路の他の部分に比べて大きく構成されていることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記第１部材には、ヒータ配線が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第１部材には、ペルチエ素子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記第１部材には、液体循環路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記第１部材には、前記圧力発生手段を駆動するための配線部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１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、液体が貯留される共通流路から複数の圧力室に前記液体が供給され、圧力発生手段によって前記圧力室内の前記液体が加圧され、前記圧力室に連通するノズルから前記液体が吐出される液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクが貯留される共通流路から複数の圧力室にそのインクが供給され、圧電素子に代表される圧力発生手段によって圧力室内のインクが加圧され、圧力室に連通するノズルからインクが吐出されるインクジェット方式の印字ヘッド（インクジェットヘッド）が従来より知られている。
【０００３】
このような印字ヘッドでは、流体クロストークを防止するために、ヘッド内にエアダンパを設けた構造が広く採用されている。流体クロストークとは、インク吐出の際に任意の圧力室から発生した音波が共通流路を通り、他の圧力室に侵入して他のインク吐出に悪影響を与える現象であり、圧力室系の共振周波数200〜300kHzの音波が流体クロストークの主な原因になっている。例えば、特許文献１には、共通流路内にエアダンパを設けた構造が開示されており、エアダンパの変形により音波を減衰させることで流体クロストークを防止している。
【特許文献１】特開２００３−１２７３６３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、従来の印字ヘッドには次のような問題がある。
【０００５】
まず、エアダンパの性能を表すものとして、ダンパ音響容量Ｃｄがある。ダンパ音響容量Ｃｄは、ダンパの変形しやすさを表している。流体クロストークを防止するためには、ダンパ音響容量Ｃｄが大きいダンパが優れている。ダンパ音響容量Ｃｄは、ダンパを両端固定の梁構造とした場合に、ダンパ幅Ｗの５乗に比例し、ダンパ厚みｔの３乗に反比例する。即ち、ダンパ幅Ｗを広くし、ダンパ厚みｔを薄くすることが、ダンパ音響容量Ｃｄを増やすことにつながる。しかし、近年、ノズルの高密度化に伴い、エアダンパ設置用のスペースを十分に得られず、ダンパ幅Ｗが狭くなっている。その結果、十分なダンパ音響容量Ｃｄを確保できない状況になり、流体クロストークを防げなくなっている。もちろん、ダンパ厚みｔを薄くすることにより、ダンパ音響容量Ｃｄを増やすことはできる。しかし、ダンパ厚みｔを薄くすると、ダンパが破れやすくなり、インクが漏れるリスクが高くなる。このようにエアダンパを用いる方法には問題があり、また、コストの観点からも、エアダンパ以外の方法で流体クロストークを防止できるとことが望ましい。
【０００６】
エアダンパ以外の方法として、共通流路内でインク吐出の際に生じる音波が減衰するように構成することが考えられる。しかし、共通流路内での音波の減衰は期待することができない。なぜなら、インク（液体）での音波減衰定数は小さく、また、共通流路のスケールは小さいため音波は短い距離しか進まず、せいぜい数ｍｍのオーダーである。つまり、共通流路内で音波はほとんど減衰せず、流体クロストークを防ぐことはできない。
【０００７】
そこで、共通流路内で音波を減衰させるのではなく、ヘッド本体（例えば、共通流路隔壁など）側に音波を逃がすように構成することが考えられる。ヘッド本体は固体なので減衰がインク（液体）よりも大きく、しかも、長さのスケールが数１０ｍｍであるため、音波が長い距離を進む。従って、インク（液体）よりも音波が減衰しやすい状態にある。しかし、実際は共通流路内の音波をヘッド本体側に逃がすことは難しい。液体と固体間の音波反射率が非常に高いためである。
【０００８】
ここで、図１５に示すように、共通流路内のインクを伝播する音波がヘッド本体（固体）に垂直にぶつかる場合を考える。Ｚ１をインク（液体）の音響インピーダンス、Ｚ３をヘッド本体（固体）の音響インピーダンスとすると、エネルギー透過率Ｔ０は次式（１）で表される。
【０００９】
【数１】
2007090867.tif 000003
【００１０】
例えば、Ｚ１＝1.5×106 [Ns/m3]（液体の音響インピーダンス）、Ｚ３＝45.7×106[Ns/m3]（ＳＵＳ３４７の音響インピーダンス）とする場合、式（１）より、エネルギー透過率Ｔ０＝13％である。つまり、音波のエネルギーの90％弱がヘッド本体で反射されており、その反射波がクロストークの原因となる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、流体クロストークを防止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】
【００１２】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、液体が貯留される共通流路から複数の圧力室に前記液体が供給され、圧力発生手段によって前記圧力室内の前記液体が加圧され、前記圧力室に連通するノズルから前記液体が吐出される液体吐出ヘッドであって、前記共通流路の隔壁の少なくとも一部は、前記共通流路内の前記液体に接する第１部材及び前記第１部材の前記液体側とは反対側に接合される第２部材の少なくとも２層で構成され、前記第１部材は、前記第１部材の厚さをＬ、前記第１部材の内部を通過する音波の波長をλ、負でない整数をｎとするとき、次式 Ｌ＝λ×（２ｎ＋１）／４ の関係を満たし、且つ、前記共通流路内の前記液体の音響インピーダンスをＺ１、前記第１部材の音響インピーダンスをＺ２、前記第２部材の音響インピーダンスをＺ３とするとき、次式 Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３、又は、Ｚ３＜Ｚ２＜Ｚ１の関係を満たすように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。
【００１３】
本発明によれば、共通流路隔壁の一部を構成する第１部材及び第２部材における音波のエネルギー透過率が向上するので、液体吐出時に生じる音波をヘッド本体側（共通流路隔壁側）に逃がすことができ、これにより、流体クロストークを防止することができる。
【００１４】
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、前記液体の音響インピーダンスＺ１、前記第１部材の音響インピーダンスＺ２及び前記第２部材の音響インピーダンスＺ３との関係が、次式 Ｚ２≒（Ｚ１×Ｚ３）1/2 を満たすように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２の態様は、音波エネルギー透過率が最大となり、流体クロストークの防止効果が高くなる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッドであって、前記共通流路は、前記圧力室の前記ノズル側とは反対側に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の態様は、リフィル性に優れている。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記共通流路の前記圧力室側とは反対側の隔壁の少なくとも一部が前記第１部材及び前記第２部材で構成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の態様は、液体吐出時に圧力室に生じた音波をヘッド本体側（共通流路隔壁側）に効率良く逃がすことができ、流体クロストークを確実に防止することができる。
【００２０】
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、前記第２部材は、前記液体が貯蔵される液体タンクであり、前記第１部材には、前記液体タンクと前記共通流路を連通する供給流路が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項５の態様は、流体クロストークを防止でき、且つ、液体タンクを効率良く配置することができる。
【００２２】
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、前記供給流路の少なくとも一部にフィルタ部材が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
請求項６の態様は、液体タンクから共通流路内に異物が混入するのを防ぐことができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の液体吐出ヘッドであって、前記供給流路の前記フィルタ部材が設けられる部分の流路面積は、前記供給流路の他の部分に比べて大きく構成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項７の態様は、フィルタ部材による圧力損失を低減させることができる。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記第１部材には、ヒータ配線が設けられていることを特徴とする。
【００２７】
請求項８の態様は、共通流路内の液体の増粘を要因とする吐出不良を防止できる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記第１部材には、ペルチエ素子が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
請求項９の態様は、第２部材が回路基板である場合に好適な態様であり、共通流路内の液体の増粘を要因とする吐出不良を防止するとともに、回路素子の劣化を防止することができる。
【００３０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記第１部材には、液体循環路が形成されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１０の態様は、液体循環路を効率良く、液体吐出ヘッドに組み込むことができる。
【００３２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記第１部材には、前記圧力発生手段を駆動するための配線部材が設けられていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１１の態様は、高密度配線の実装が可能になる。
【００３４】
また、前記目的を達成するために、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至請求項１１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】
【００３５】
本発明によれば、共通流路隔壁の一部を構成する第１部材及び第２部材における音波のエネルギー透過率が向上するので、液体吐出時に生じる音波をヘッド本体側（共通流路隔壁側）に逃がすことができ、これにより、流体クロストークを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
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。
【００３７】
〔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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
尚、インク色ごと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。
【００６２】
〔印字ヘッドの構造〕
図２は、印字ヘッド５０のインク吐出面を表した平面図である。本例の印字ヘッド５０では、インク滴を吐出するノズル５１が主走査方向及び主走査方向に直交しない斜めの方向に２次元状（マトリクス状）に配列されている。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が一定のノズルピッチＰで等間隔に並ぶように配置されており、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。
【００６３】
図３は、図２中３−３線に沿う断面図である。図３に示すように、ノズル５１はインクが充填される圧力室５２の下壁側に形成されている。振動板５６は複数の圧力室５２の上壁を構成しており、振動板５６の圧力室５２側とは反対側にはインクが貯留される共通液室５５となっている。共通液室５５は、本発明における共通流路の主な一態様であり、本流と支流に分かれて構成されていてもよい。振動板５６には、共通液室５５から各圧力室５２にそれぞれインクを供給するための供給口（貫通孔）５３が形成されている。
【００６４】
このような印字ヘッド５０によれば、圧力室５２のノズル５１側とは反対側に振動板５６を挟んで共通液室５５が配置されるので、共通液室５５から供給口５３を介して圧力室５２にインクを効率良く供給することができる。つまり、リフィル性に優れたヘッド構造となっている。
【００６５】
振動板５６の圧力室５２側とは反対側には、各圧力室５２に対応する位置に個別電極５７を備えた圧電素子５８（圧力発生手段）が配置されている。本例では、振動板５６が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て、圧電素子５８側の表面に導電層を形成するようにしてもよい。振動板５６の圧電素子５８側には、各圧電素子５８の周辺部に一定の空隙が確保されるようにして各圧電素子５８をそれぞれ囲むように構成された保護カバー６０が設けられている。これにより、共通液室５５内のインクに対する電気絶縁性を確保するとともに、圧電素子５８の変位を拘束しないようになっている。
【００６６】
圧電素子５８に駆動信号（駆動電圧）が印加されると、圧電素子５８の変位により振動板５６が圧力室５２側に撓むように変形する。これにより、圧力室５２内のインクが加圧され、ノズル５１からインク滴が吐出される。
【００６７】
このような印字ヘッド５０において、共通液室５５の上壁６３は中間層６４（第１部材）と表面層６６（第２部材）の２層から構成され、これにより、インク吐出の際に、圧力室５２内に生じた音波が供給口５３を通って共通液室５５に伝播し、他の圧力室５２に侵入して悪影響を与える現象、即ち、流体クロストークを防止している。尚、具体的な流体クロストークの防止方法は後で詳説する。
【００６８】
〔インク供給系の構成〕
図４は、インクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク７０は印字ヘッド５０にインクを供給する基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インクタンク７０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。なお、図４のインクタンク７０は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。
【００６９】
図４に示したように、インクタンク７０と印字ヘッド５０の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ７２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。尚、図４には示さないが、印字ヘッド５０の近傍又は印字ヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。
【００７０】
また、インクジェット記録装置１０には、ノズル５１の乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ７４と、ノズル面の清掃手段としてのクリーニングブレード７６とが設けられている。これらキャップ７４及びクリーニングブレード７６を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によって印字ヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。
【００７１】
キャップ７４は、図示せぬ昇降機構によって印字ヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ７４を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面をキャップ７４で覆う。
【００７２】
印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、ある時間以上インクが吐出されない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してインク粘度が高くなってしまう。このような状態になると、圧電素子５８が動作してもノズル５１からインクを吐出できなくなってしまう。
【００７３】
このような状態になる前に（圧電素子５８の動作により吐出が可能な粘度の範囲内で）圧電素子５８を動作させ、その劣化インクを排出すべくキャップ７４（インク受け）に向かって予備吐出（パージ、空吐出、つば吐き）が行われる。
【００７４】
また、印字ヘッド５０（圧力室５２）内のインクに気泡が混入した場合、圧電素子５８が動作してもノズル５１からインクを吐出させることができなくなる。このような場合には印字ヘッド５０にキャップ７４を当て、吸引ポンプ７７で圧力室５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク７８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクの印字ヘッド５０への装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇（固化）した劣化インクの吸い出しが行われる。尚、吸引動作は圧力室５２内のインク全体に対して行われるので、インク消費量が大きくなる。従って、インクの粘度上昇が小さい場合には予備吐出を行う態様が望ましい。
【００７５】
クリーニングブレード７６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬブレード移動機構により印字ヘッド５０のノズル面に摺動可能である。ノズル面にインク滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード７６をノズル面に摺動させることでノズル面を拭き取り、ノズル面を清浄する。尚、該ブレード移動機構によりノズル面の汚れを清掃した際に、該ブレードによってノズル５１内に異物が混入することを防止するために予備吐出が行われる。
【００７６】
〔流体クロストークの防止方法〕
次に、流体クロストークの防止方法について説明する。
【００７７】
図５は、印字ヘッド５０の共通液室５５の上壁６３周辺を表した要部断面図である。同図において、符号６２は共通液室５５内に貯留されるインク層を表している。共通液室５５の上壁６３は、前述したとおり、中間層６４（第１部材）及び表面層６６（第２部材）の２層構成となっている。尚、共通液室５５の上壁６３は３層以上で構成されていてもよい。表面層６６は、例えば、インクタンク、ビルドアップ基板、ヘッド固定用の部材等で構成される。
【００７８】
中間層６４の厚さＬは、中間層６４を通過する音波の波長をλ、ｎを負でない整数（即ち、ｎ＝０，１，２，・・・）とするとき、次式（２）
［数２］
Ｌ＝λ×（２ｎ＋１）／４      ・・・（２）
を満たすように構成されている。このときのエネルギー透過率Ｔ１は、インク層６２の音響インピーダンスをＺ１、中間層６４の音響インピーダンスをＺ２、表面層６６の音響インピーダンスをＺ３とするとき、次式（３）
【００７９】
【数３】
2007090867.tif 000004
【００８０】
で表される。そして、各音響インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３の関係が、次式（４）
［数４］
Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３    又は      Ｚ３＜Ｚ２＜Ｚ１       ・・・（４）
を満足するように構成される場合、本実施形態のエネルギー透過率Ｔ１は前述した従来のエネルギー透過率Ｔ０以上となる。つまり、式（２）及び式（４）を満たすように構成することにより、従来に比べてエネルギー透過率が向上し、その結果、インク吐出の際に圧力室５２から共通液室５５内に伝播された音波のエネルギーを共通液室５５の隔壁６３（中間層６４及び表面層６６）側に逃がすことができ、流体クロストークを防ぐことができるようになる。
【００８１】
例えば、前述した例と同様に、Ｚ１＝1.5×106 [Ns/m3] （液体の音響インピーダンス）と、Ｚ３＝45.7×106[Ns/m3]（ＳＵＳ３４７の音響インピーダンス）である場合に、インク層６２（液体）と表面層６６（ＳＵＳ３４７）の間に中間層６４として、例えば、ガラスを配置したときのエネルギー透過率Ｔ１を求めてみる。中間層６４がない場合のエネルギー透過率Ｔ０は、前述のとおり、13％である。
【００８２】
まず、ガラス内の音速は5100［m/s］であり、また、対応すべきクロストークの周波数を300［kHz］とすると、ガラス内を通過する音波の波長λは17［mm］となる。従って、式（２）より、ガラスの厚さＬ＝4.25［mm］となる。即ち、中間層６４として厚さ4.25［mm］のガラスをインク層６２と表面層６６の間に配置すればよいことになる。また、ガラスの音響インピーダンスＺ２は13.2×106［Ns/m3］であり、式（４）を満足している。
【００８３】
このように中間層６４として前述したように構成されるガラスを配置した場合のエネルギー透過率Ｔ１は、式（３）より、Ｔ１＝4/4.92＝0.81（81％）となり、エネルギー透過率Ｔ１が80％を超える。従って、従来に比べてエネルギー透過率が大幅に向上しており、これにより、インク吐出により生じた音波のエネルギーを共通液室５５の隔壁６３（中間層６４及び表面層６６）側に逃がすことができ、流体クロストークを防ぐことができる。
【００８４】
インク層６２、中間層６４、表面層６６の音響インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３は、次式（５）
［数５］
Ｚ２≒（Ｚ１×Ｚ３）1/2    …（５）
を満たすように構成されていることが好ましい。式（５）を満足するとき、音波エネルギー透過率Ｔ１は最も大きくなり、流体クロストークの防止効果が高くなる。
【００８５】
例えば、Ｚ１＝1.5×106 [Ns/m3] （液体の音響インピーダンス）と、Ｚ３＝103×106[Ns/m3]（タングステン音響インピーダンス）である場合、音響インピーダンスＺ２＝12.4 ×106[Ns/m3]である材質を中間層６４として選択すれば、エネルギー透過率Ｔ１は最も大きくなる。そこで、エネルギー透過率Ｔ１が最大となる音響インピーダンス（12.4 ×106 [Ns/m3]）に近い材質として、Ｚ２＝13.2 ×106[Ns/m3]であるガラスを中間層６４として選択した場合にエネルギー透過率Ｔ１＝99.5％となり、略100％のエネルギーが透過される。
【００８６】
エネルギー透過率Ｔ１を90％以上とするためには、次式（６）を満たすように構成し、また、95％以上とするためには、次式（７）を満たすように構成すればよい。
【００８７】
［数６］
0.72×（Ｚ１×Ｚ３）1/2≦Ｚ２≦1.39×（Ｚ１×Ｚ３）1/2          …（６）
［数７］
0.80×（Ｚ１×Ｚ３）1/2≦Ｚ２≦1.26×（Ｚ１×Ｚ３）1/2        …（７）
以上説明したように、本実施形態によれば、共通液室５５の上壁６３を中間層６４及び表面層６６の２層構成とし、更に、前記式（２）及び（４）を満足するように構成することで、音波のエネルギー透過率が向上する。これにより、インク吐出時に生じる音波をヘッド本体側（共通流路５５の上壁６３側）に逃がすことができ、流体クロストークを防止することができる。
【００８８】
〔第１の変形例〕
図６は、印字ヘッド５０の第１の変形例を示した要部断面図である。第１の変形例では、表面層６６がインクタンク７０を兼ねた構成となっており、中間層６４に供給流路８０が形成されている。インクタンク７０（表面層６６）の内部にはインクが貯蔵され、供給流路８０を介して共通液室５５にインクが供給される。このような構成にすることで、流体クロストークを防止することができ、且つ、インクタンク７０を効率良く配置することができる。
【００８９】
〔第２の変形例〕
図７は、印字ヘッド５０の第２の変形例を示した要部断面図である。第２の変形例では、図６に示した第１の変形例の供給流路８０にフィルタ部材８２が設けられており、更に、フィルタ部材８２が配置される部分の流路面積が他の部分に比べて広く構成されている。これにより、流体クロストークを防止することができ、且つ、フィルタ部材７２による圧力損失を減らすことができる。
【００９０】
図８は、図７に示した中間層６４の作製方法を簡略的に表示した斜視図である。図７の中間層６４の厚さをＬとする場合、図８に示すように、Ｌ／２の厚さの中間層６４Ａ、６４Ｂでフィルタ膜８４を挟むことにより、フィルタ部材８２を内部に備える中間層６４を形成することができる。尚、中間層６４Ａ、６４Ｂの厚さの比率は本例に限定されるものでない。
【００９１】
〔第３の変形例〕
図９は、印字ヘッド５０の第３の変形例を示した要部断面図である。第３の変形例では、中間層６４の内部にヒータ配線８６が設けられている。これにより、流体クロストークを防止することができ、且つ、インク温調用（ヘッド温調用）のヒータを効率良く配置することができる。
【００９２】
ヒータ配線８６は複数設けられていてもよい。表面層６６はビルドアップ基板やヘッド固定部材でもよいし、第１及び第２の変形例の如くインクタンクを兼ねていてもよい。ヒータ配線８６が配置される位置は特に限定されず、インク層６２（共通液室５５）側に配置してもよいし、表面層６６側に配置してもよい。例えば、インク層６２側にヒータ配線８６を配置することで、インク層６２を効率的に温めることができ、インクの増粘を抑えることができる。また、表面層６６がインクタンクを兼ねる場合には、表面層（インクタンク）６６側にヒータ配線８６を配置することで、インクタンク内に貯蔵されるインクを効率的に温めることできる。また、中間層６４の両側（インク層６２側と表面層６６側）にヒータ配線８６をそれぞれ配置する場合には、中間層６４の両側に位置するインクを更に効率的に温めることができる。
【００９３】
図１０は、図９に示した中間層６４の作製方法を簡略的に表示した斜視図である。図１０に示すように、中間層６４より薄幅の２つの中間層６４Ａ、６４Ｂでヒータ配線８６を挟むことにより、ヒータ配線８６を内部に備える中間層６４を形成することができる。また、中間層６４の表面にヒータ配線８６を形成する場合には、例えば、スパッタ等の方法を用いればよい。
【００９４】
〔第４の変形例〕
図１１は、印字ヘッド５０の第４の変形例を示した要部断面図である。第４の変形例では、中間層６４の内部にペルチエ素子８８が設けられている。ペルチエ素子８８は中間層６４の内部に納まる程度のサイズであり、効率良くペルチエ素子を中間層６４に配置することができる。
【００９５】
ペルチエ素子８８は、片面が熱くなり、その反対側の面が冷たくなるという性質を有している。このため、中間層６４内に配置されるペルチエ素子８８を用いて、インク層６２及び表面層６６のいずれか一方を温め、他方を冷やすことができる。例えば、表面層６６がビルドアップ基板で構成される場合、表面層６６側が冷えるようにペルチエ素子８８に電圧を印加することにより、基板上のスイッチＩＣなどの回路素子を冷却することができ、これにより、回路素子の劣化を防止することができる。また、このとき表面層６６の反対側に位置するインク層６２を温めることができるので、インクの増粘を要因とする吐出不良を防止することができる。
【００９６】
このように第４の変形例では、前述した第１〜第３の変形例と同様に流体クロストークを防止することができ、更に、回路素子の劣化や吐出不良を防止することができる。
【００９７】
〔第５の変形例〕
図１２は、印字ヘッド５０の第５の変形例を示した要部断面図である。第５の変形例では、中間層６４の内部には液体循環路９０が形成されている。液体循環路９０を流れる温調用液体は特に限定されず、例えば、水やインクでもよい。温調用液体を循環させるためのポンプ（不図示）は、他のポンプ（例えば、図４に示した吸引ポンプ７７やインク流路循環用のポンプ（不図示）等）と兼ねるように構成されていてもよい。このように構成することにより、流体クロストークを防止でき、且つ、温調用の液体循環路を効率良く組み込むことができる。
【００９８】
〔第６の変形例〕
図１３は、印字ヘッド５０の第６の変形例を示した要部断面図である。第６の変形例では、中間層６４を貫通するようにして内部配線９２が各圧電素子５８に対応して形成され、表面層６６はビルドアップ基板で構成されている。内部配線９２の一端は保護カバー６０を介して圧電素子５８の個別電極５７に電気的に接続され、内部配線９２の他端は表面層（ビルドアップ基板）６６に形成される不図示の電極に電気的に接続されている。このように圧電素子５８の個別電極５７を、圧電素子５８が配置される振動板５６に対して略垂直方向に内部配線９２を介して表面層（ビルドアップ基板）６６に引き出すことにより、振動板５６上に沿って引き出す場合に比べて、電気配線の高密度実装が可能となる。
【００９９】
尚、中間層６４に設けられる内部配線９２は圧電素子５８以外、例えば、温度センサや圧力センサなどの配線に利用してもよい。また、本変形例の内部配線９２は中間層６４を鉛直方向に貫通するように構成されているが、中間層６４の水平方向に内部配線９２を配設するようにしてもよい。この場合、表面層６６がビルドアップ基板以外で構成することができるようになる。
【０１００】
〔他の実施形態〕
図１４は、印字ヘッド５０の他の実施形態を示した要部断面図である。図３に示した印字ヘッド５０は、圧力室５２のノズル５１側とは反対側に（振動板５６を挟んで）共通液室５５が配置されているのに対して、図１４に示した印字ヘッド５０は、圧力室５２のノズル５１側と同じ側に共通液室５５が配置されている。このような印字ヘッド５０の構成において、共通液室５５の底壁は中間層６４、表面層６６の２層構成となっている。このような印字ヘッド５０においても、前記式（２）及び（４）を満足するように構成することで、流体クロストークを防止することができる。
【０１０１】
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】
【０１０２】
【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】印字ヘッドのインク吐出面を表した平面図である。
【図３】図２中３−３線に沿う断面図である。
【図４】インク供給系の構成を示した概要図である。
【図５】印字ヘッドの共通液室の上壁周辺を表した要部断面図である。
【図６】印字ヘッドの第１の変形例を示した要部断面図である。
【図７】印字ヘッドの第２の変形例を示した要部断面図である。
【図８】図７に示した中間層の作製方法を簡略的に表示した斜視図である。
【図９】印字ヘッドの第３の変形例を示した要部断面図である。
【図１０】図９に示した中間層の作製方法を簡略的に表示した斜視図である。
【図１１】印字ヘッドの第４の変形例を示した要部断面図である。
【図１２】印字ヘッドの第５の変形例を示した要部断面図である。
【図１３】印字ヘッドの第６の変形例を示した要部断面図である。
【図１４】印字ヘッドの他の実施形態を示した要部断面図である。
【図１５】従来のヘッドの構造の説明図である。
【符号の説明】
【０１０３】
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、５３…供給口、５８…圧電素子、５５…共通液室、６２…インク層、６３…上壁、６４…中間層、６６…表面層、７０…インクタンク、８０…供給流路、８２…フィルタ部材、８６…ヒータ配線、８８…ペルチエ素子、９０…液体循環路、９２…内部配線
【図１】
2007090867.tif 000005
【図２】
2007090867.tif 000006
【図３】
2007090867.tif 000007
【図４】
2007090867.tif 000008
【図５】
2007090867.tif 000009
【図６】
2007090867.tif 000010
【図７】
2007090867.tif 000011
【図８】
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【図９】
2007090867.tif 000013
【図１０】
2007090867.tif 000014
【図１１】
2007090867.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
2007090867.tif 000017
【図１４】
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【図１５】
2007090867.tif 000019