(57)【要約】      （修正有）【課題】吐出安定性に優れた簡易な構成の液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液滴を吐出するノズル９２と、ノズルに通じる液室を有する流路板１００と、液室に圧力を発生させる圧力発生手段と、を有する液滴吐出ヘッドであって、流路板は、液室に通じる流体抵抗部を有する複数の第１流路板１０１ａと、流体抵抗部を有しない少なくとも一つの第２流路板１０１ｃとを有し、第１流路板と第２流路板とを交互に積層することで構成され、複数の第１流路板の流体抵抗部のうち、流体抵抗が最小である流体抵抗部を有する第１流路板が、液滴吐出面側に配置される。【選択図】図９
2016193563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルと、
前記ノズルに通じる液室を有する流路板と、
前記液室に圧力を発生させる圧力発生手段と、を有する液滴吐出ヘッドであって、
前記流路板は、前記液室に通じる流体抵抗部を有する複数の第１流路板と、流体抵抗部を有しない少なくとも一つの第２流路板とを有し、該第１流路板と該第２流路板とを交互に積層することで構成され、
前記複数の第１流路板の流体抵抗部のうち、流体抵抗が最小である流体抵抗部を有する第１流路板が、液滴吐出面側に配置されることを特徴とする、液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記流体抵抗が最小である流体抵抗部は、前記流路板の長手方向の長さが最小であることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記流体抵抗が最小である流体抵抗部は、前記流路板の短手方向の幅が最大であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の液滴吐出装置を備える画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置では、液滴吐出装置がインク液滴を吐出して、印字面上に画像を形成する液滴吐出記録方式の画像形成装置、例えばインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
液滴吐出装置としては、インク液滴を吐出する複数のノズルと、このノズルに連通する吐出室と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備え、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内のインクを加圧することによって、ノズルからインク液滴を吐出させる。
【０００４】
ところで、このような液滴吐出装置は、インク材料として顔料や金属粒子に代表される固体成分が使用されるところ、これらの固体成分は沈降性を持つことから、インクの流路内で、インクが沈降して吐出不良になる問題がある。
【０００５】
これに対し、ポンプを備え、流路内でインク流を発生させることで、流路内のインクを攪拌する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のインクジェット記録装置は、流路内にインク流を発生させ、インクを攪拌するためのポンプを必要とするところ、コストが増大する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、吐出安定性に優れた簡易な構成の液滴吐出ヘッド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】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の液滴吐出ヘッドは、
液滴を吐出するノズルと、
前記ノズルに通じる液室を有する流路板と、
前記液室に圧力を発生させる圧力発生手段と、を有する液滴吐出ヘッドであって、
前記流路板は、前記液室に通じる流体抵抗部を有する複数の第１流路板と、流体抵抗部を有しない少なくとも一つの第２流路板とを有し、該第１流路板と該第２流路板とを交互に積層することで構成され、
前記複数の第１流路板の流体抵抗部のうち、流体抵抗が最小である流体抵抗部を有する第１流路板が、液滴吐出面側に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、吐出安定性に優れた簡易な構成の液滴吐出ヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置を概略的に示した斜視図である。
【図２】図１に示した画像形成装置の断面を概略的に示した構成図である。
【図３】図１に示した画像形成装置を概略的に示した構成図である。
【図４】図１に示した画像形成装置の記録ヘッドを示した斜視図である。
【図５】図１に示した画像形成装置の記録ヘッドのＡ−Ａ断面を示した断面図である。
【図６】図１に示した画像形成装置の記録ヘッドを説明する説明図である。
【図７】図１に示した画像形成装置の記録ヘッドを説明する説明図である。
【図８】図１に示した画像形成装置の記録ヘッドを説明する説明図である。
【図９】図１に示した画像形成装置の記録ヘッドの流路板を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る記録ヘッドの流路板を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る記録ヘッドの流路板を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面に基づき、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る液滴吐出装置を画像記録に用いた画像形成装置の一例であるインクジェット記録装置（以下、インクジェットプリンタ、又は単にプリンタと記すこともある）を示す斜視図である。
【００１２】
このインクジェット記録装置は、装置本体１と、装置本体１に装着された用紙を装填するための給紙トレイ２と、装置本体１に着脱自在に装着されて画像が記録（形成）された用紙をストックするための排紙トレイ３とを備えている。さらに、装置本体１の前面の一端部側（給排紙トレイ部の側方）には、前面から装置本体１の前方側に突き出し、上面よりも低くなったインクカートリッジを装填するためのカートリッジ装填部４を有する。このカートリッジ装填部４の上面には、操作ボタンや表示器などを備える操作／表示部５を有する。
【００１３】
このカートリッジ装填部４には、色の異なる色材である記録液（インク）、例えば黒（Ｋ）インク、シアン（Ｃ）インク、マゼンタ（Ｍ）インク、イエロー（Ｙ）インクをそれぞれ収容した複数の記録液カートリッジであるインクカートリッジ１０ｋ、１０ｃ、１０ｍ、１０ｙ（色を区別しないときは「インクカートリッジ１０」という）を、装置本体１の前面側から後方側に向って挿入して装填可能とする。このカートリッジ装填部４の前面側には、インクカートリッジ１０を着脱するときに開く前カバー（カートリッジカバー）６を開閉可能に設けている。
【００１４】
次に、この液滴吐出装置の機構部について図２及び図３を参照して説明する。
図２は、図１のインクジェット記録装置の断面構成図である。また、図３は、画像形成部を示す平面図である。これらの図に示すように、左右の側板２１Ａ、２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド３１、３２でキャリッジ３３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モーターによってタイミングベルトを介して図３で矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。
【００１５】
このキャリッジ３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとしての記録ヘッド３４を、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【００１６】
記録ヘッド３４は、それぞれ４つのノズル列を有し、それぞれのノズル列は、ブラック（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。
【００１７】
記録ヘッド３４を構成するインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段として備えたものなどを使用できる。
【００１８】
また、キャリッジ３３には、キャリッジの主走査動作による圧力変動を抑制するための圧力ダンパ機構３５を搭載している。液滴吐出ヘッドは各色のインク供給チューブ３６を介して、所定の位置に配置されたサブタンク８ｋ、８ｃ、８ｍ、８ｙ（色を区別しないときは「サブタンク８」という。）に貯蔵されているインクが供給される。サブタンク８には、カートリッジ装填部４に装着された各色のインクカートリッジ１０から各色のインクが補充供給される。なお、このカートリッジ装填部４にはインクカートリッジ１０内のインクを送液するための供給ポンプユニット７が設けられている。
【００１９】
一方、給紙トレイ２の用紙積載部（圧板）４１上に積載した用紙４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部４１から用紙４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）４３及び給紙コロ４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド４４を備えている。分離パッド４４は、給紙コロ４３側に付勢されている。
【００２０】
そして、この給紙部から給紙された用紙４２を記録ヘッド３４の下方側に送り込むために、用紙４２を案内するガイド部材４５と、カウンタローラ４６と、搬送ガイド部材４７と、先端加圧コロ４９を有する押さえ部材４８とを備えている。また、給送された用紙４２を静電吸着して記録ヘッド３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト５１を備えている。
【００２１】
この搬送ベルト５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ５２とテンションローラ５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。
【００２２】
また、この搬送ベルト５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ５６を備えている。この帯電ローラ５６は、搬送ベルト５１の表層に接触し、搬送ベルト５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト５１は、副走査モーターによってタイミングを介して搬送ローラ５２が回転駆動されることによって図３のベルト搬送方向に周回移動する。
【００２３】
さらに、記録ヘッド３４で記録された用紙４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト５１から用紙４２を分離するための分離爪６１と、排紙ローラ６２及び排紙コロ６３とを備え、排紙ローラ６２の下方に排紙トレイ３を備えている。
【００２４】
また、装置本体１の背面部には両面ユニット７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット７１は、搬送ベルト５１の逆方向回転で戻される用紙４２を取り込んで反転させてカウンタローラ４６と搬送ベルト５１との間に再度給紙する。また、この両面ユニット７１の上面は手差しトレイ７２としている。
【００２５】
さらに、図３に示すように、キャリッジ３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復装置である維持回復機構８１を配置している。
【００２６】
この維持回復機構８１には、記録ヘッド３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という）８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ（区別しないときは「キャップ８２」という）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパブレード８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け８４などを備えている。
【００２７】
また、図３に示すように、キャリッジ３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける本発明に係る液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）８８を配置している。このインク回収ユニット８８には、記録ヘッド３４のノズル列方向に沿った開口部８９などを備えている。
【００２８】
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２から用紙４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙４２は、ガイド４５で案内され、搬送ベルト５１とカウンタローラ４６との間に挟まれて搬送される。さらに、先端を搬送ガイド３７で案内されて先端加圧コロ４９で搬送ベルト５１に押し付けられ、略９０度搬送方向を転換される。
【００２９】
このとき、帯電ローラ５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト５１が交番する帯電電圧パターン、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、マイナス交互に帯電した搬送ベルト５１上に用紙４２が給送されると、用紙４２が搬送ベルト５１に吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって用紙４２が副走査方向に搬送される。
【００３０】
そこで、キャリッジ３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３４を駆動することにより、停止している用紙４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙４２を排紙トレイ３に排紙する。
【００３１】
また、印字（記録）待機中にはキャリッジ３３は維持回復機構８１側に移動されて、キャップ８２で記録ヘッド３４がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ８２で記録ヘッド３４をキャッピングした状態で吸引ポンプによってノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行う。
【００３２】
また、記録開始前、記録途中などには回収ユニット８８などに向けて記録と関係しないインク（廃液となる液体の液滴）を吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド３４の安定した吐出性能を維持する。
【００３３】
次に、本実施形態に係る記録ヘッド３４について詳細に説明する。
記録ヘッド３４は、図４，図５，図６に示すように、ヘッドユニットとして、ノズルプレート９１、流路板１００、振動板９３、圧力発生手段としての圧電素子９７、ベース９８、ＦＰＣ（フレキシブルプリントケーブル）９６などから構成され、本体フレーム９５に固着される。
【００３４】
ノズルプレート９１には、複数のノズル９２が平行に配置され、流路板１００に接合されている。流路板１００には、インクをノズル９２に供給するため流路が形成され、ノズルプレート９１が接合されている側と反対側に、振動板９３が接合されている。振動板９３には、ベース９８により支持された圧電素子９７が接続され、圧電素子９７から与えられるエネルギーにより、流路板１００に形成された流路の容積が変化し、ノズル９２からインクが吐出するようになっている。圧電素子９７には、ＦＰＣが接続され、駆動の指令が伝達される。
【００３５】
流路板１００は、図７に示すように、第１流路板１００ａ，１００ｃと第２流路板１００ｂを交互に重ねた積層構造となっている。第１流路板１００ａ，１００ｃ及び第２流路板１００ｂには、液室としての個別液室１１３と、共通液室１１２が形成されている。第１流路板１００ａ，１００ｃには、共通液室１１２から個別液室１１３に通じる流体抵抗部１０１が形成されている。
【００３６】
流体抵抗部１０１は、共通液室１１２から個別液室１１３にインクを供給する機能を有すると同時に、圧電素子９７を駆動することにより個別液室１１３に発生する圧力により、インクの逆流を防止し、ノズル９２からインクを吐出させる機能を有する。
【００３７】
そして、図８に示すように、本体フレーム９５に形成されたインクの流路から、振動板９３に形成されたフィルタを介してインクが、流路板１００の流路としての共通液室１１２に導入される。共通液室１１２に導入されたインクは、流体抵抗部１０１を介して、個別液室１１３に供給され、ノズル９２からインクが吐出するようになっている。
【００３８】
次に、流路板１００について詳細に説明する。
本実施形態の流路板１００は、図９に示すように、流体抵抗部を有する第１流路板１００ａ，１００ｃと、流体抵抗部を有しない第２流路板１００ｂとから構成される。
【００３９】
第１流路板１００ａは、流体抵抗部としての第１流体抵抗部１０１ａを有し、第１流路板１００ｃは、流体抵抗部としての第２流体抵抗部１０１ｃを有する。
【００４０】
流路板１００の短手方向において、第２流体抵抗部１０１ｃの幅は、第１流体抵抗部１０１ａの幅に比べ、広く形成される。
【００４１】
そして、第１流路板１００ｃが液滴吐出面側に配置され、その上に第２流路板１００ｂ及び第１流路板１００ａが積層されて、流路板１００を構成する。
【００４２】
ところで、固体成分は、インクの流路内のうち液滴吐出面側で多く沈殿する。
本実施形態では、液滴吐出面側の第２流体抵抗部１０１ｃの幅が、第１流体抵抗部１０１ａの幅より広く形成されるところ、第２液体抵抗部１０１ｃの流体抵抗は、第１流体抵抗部１０１ａより低下する。第２流体抵抗部１０１ｃを流れるインクの流量が、第１流体抵抗部１０１ａを流れるインクの流量より多いことから、個別液室１１３に沈殿する固体成分の攪拌効率の向上を図れる。
【００４３】
続いて、本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の記録ヘッドについて説明する。なお、第１の実施形態に係る記録ヘッドと共通する構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略し、異なる構成について図面に基づき詳細に説明する。
【００４４】
第２の実施形態では、流体抵抗部の形状が異なる点で第１の実施形態と相違する。以下、具体的に説明する。
【００４５】
本実施形態の流路板２００は、図１０に示すように、流体抵抗部を有する第１流路板２００ａ，２００ｃと、流体抵抗部を有しない第２流路板２００ｂとから構成される。
【００４６】
第１流路板２００ａは、流体抵抗部としての第１流体抵抗部２０１ａを有し、第１流路板２００ｃは、流体抵抗部としての第２流体抵抗部２０１ｃを有する。
【００４７】
流路板２００の長手方向において、第２流体抵抗部２０１ｃの長さは、第１流体抵抗部２０１ａの幅に比べ、短く形成される。
【００４８】
そして、第１流路板２００ｃが液滴吐出面側に配置され、その上に第２流路板２００ｂ及び第１流路板２００ａが積層されて、流路板２００を構成する。
【００４９】
固体成分が沈殿する液滴吐出面側の第２流体抵抗部２０１ｃの長さが、第１流体抵抗部２０１ａの長さより短く形成されるところ、第２液体抵抗部２０１ｃの流体抵抗は、第１流体抵抗部２０１ａより低下する。第２流体抵抗部２０１ｃを流れるインクの流量が、第１流体抵抗部２０１ａを流れるインクの流量より多いことから、個別液室２１３に沈殿する固体成分の攪拌効率の向上を図れる。
【００５０】
続いて、本発明の第３の実施形態に係る画像形成装置の記録ヘッドについて説明する。なお、第１の実施形態に係る記録ヘッドと共通する構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略し、異なる構成について図面に基づき詳細に説明する。
【００５１】
第３の実施形態では、流体抵抗部の形状が異なる点で第１の実施形態と相違する。以下、具体的に説明する。
【００５２】
本実施形態の流路板３００は、図１１に示すように、流体抵抗部を有する第１流路板３００ａ，３００ｃと、流体抵抗部を有しない第２流路板３００ｂとから構成される。
【００５３】
第１流路板３００ａは、流体抵抗部としての第１流体抵抗部３０１ａを有し、第１流路板３００ｃは、流体抵抗部としての第２流体抵抗部３０１ｃを有する。
【００５４】
流路板３００の長手方向において、第２流体抵抗部３０１ｃの長さは、第１流体抵抗部３０１ａの幅に比べ、短く形成される。また、流路板３００の短手方向において、第２流体抵抗部３０１ｃの幅は、第１流体抵抗部３０１ａの幅に比べ、広く形成される。
【００５５】
そして、第１流路板３００ｃが液滴吐出面側に配置され、その上に第２流路板３００ｂ及び第１流路板３００ａが積層されて、流路板３００を構成する。
【００５６】
固体成分が沈殿する液滴吐出面側の第２流体抵抗部３０１ｃの長さが、第１流体抵抗部３０１ａの長さより短く形成されるところ、第２液体抵抗部３０１ｃの流体抵抗は、第１流体抵抗部３０１ａより低下する。また、固体成分が沈殿する液滴吐出面側の第２流体抵抗部３０１ｃの幅が、第１流体抵抗部３０１ａの幅より広く形成されるところ、第２液体抵抗部３０１ｃの流体抵抗は、第１流体抵抗部３０１ａより、さらに低下する。第２流体抵抗部３０１ｃを流れるインクの流量が、第１流体抵抗部３０１ａを流れるインクの流量より多いことから、個別液室３１３に沈殿する固体成分の攪拌効率の向上を図れる。
【００５７】
以上、本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、積層された流路板のそれぞれの厚みを変えることで、流量を変化させても良い。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。
【符号の説明】
【００５８】
９２    ノズル
９７    圧電素子（圧力発生手段の一例）
１００    流路板
１０１    流体抵抗部
１１３    個別液室（液室の一例）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５９】
【特許文献１】特開２００８−２１３２８１号公報
【図１】
2016193563.tif 000003
【図２】
2016193563.tif 000004
【図３】
2016193563.tif 000005
【図４】
2016193563.tif 000006
【図５】
2016193563.tif 000007
【図６】
2016193563.tif 000008
【図７】
2016193563.tif 000009
【図８】
2016193563.tif 000010
【図９】
2016193563.tif 000011
【図１０】
2016193563.tif 000012
【図１１】
2016193563.tif 000013