(57)【要約】【課題】振動板部材と他の部材との接合信頼性、及び接着剤との密着性に優れ、液体吐出特性の安定化を実現可能な液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体を吐出するノズルを複数有するノズル板と、個別液室１０ａを形成する流路板５３と、個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材５４と、振動板部材５４に圧力変動を伝達する複数の圧電素子柱を有する圧電部材５５と、を備え、前記複数の圧電素子柱は、駆動される駆動圧電素子柱５５ａと駆動されない非駆動圧電素子柱５５ｂとが交互に配置され、振動板部材５４は、液室の壁面を構成する変位可能な振動領域５４ａと、液室の隔壁部１０ｂと接合される非振動領域５４ｂとを有し、振動領域５４ａは駆動圧電素子柱５５ａと接合され、非振動領域５４ｂは非駆動圧電素子柱５５ｂと接合され、非振動領域５４ｂには、厚さ方向に貫通する貫通孔７０が形成されている液体吐出ヘッド。【選択図】図４
2017087560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルを複数有するノズル板と、
前記ノズルに連通する個別液室を形成する流路板と、
前記個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材と、
前記振動板部材に圧力変動を伝達する複数の圧電素子柱を有する圧電部材と、を備え、
前記複数の圧電素子柱は、駆動される駆動圧電素子柱と駆動されない非駆動圧電素子柱とが交互に配置され、
前記振動板部材は、前記液室の壁面を構成する変位可能な振動領域と、前記液室の隔壁部と接合される非振動領域とを有し、前記振動領域は前記駆動圧電素子柱と接合され、前記非振動領域は前記非駆動圧電素子柱と接合され、前記非振動領域には、厚さ方向に貫通する貫通孔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２】
前記振動板部材は、前記流路板及び前記圧電部材と接着剤層を介して接合され、
前記振動板部材の前記非振動領域において、前記流路板の前記液室の隔壁部と間に介在する接着剤層と、前記圧電部材の前記非駆動圧電素子柱との間に介在する接着剤層とが、前記貫通孔内を埋めた接着剤を介して連通し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】
前記振動板部材は、一つの前記非駆動圧電素子柱に対応した一つの前記非振動領域に、前記貫通孔が複数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記ノズルの配列方向において、前記非駆動圧電素子柱の幅が、前記駆動圧電素子柱の幅よりも広いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、及びこれらの複合機等の画像形成装置としては、例えば、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置（例えばインクジェット記録装置）等が知られている。
【０００３】
液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルと、このノズルと連通して液体を蓄える個別液室が設けられた流路板と、個別液室内の液を加圧する圧力発生手段（駆動手段、或いはエネルギー発生手段）と、液体を流路板に流すまで貯蔵するための共通液室が設けられた共通液室基板とを備え、圧力発生手段を駆動することにより個別液室内のインクを加圧し、ノズルからインク滴を吐出させるものである。
【０００４】
圧力発生手段としては、圧電素子を用いて個別液室の壁面を形成する振動板を変形させて液体を吐出させるもの、発熱抵抗体を用いて液室内で液を加熱して気泡を発生させ、圧力により液体を吐出させるもの、及び個別液室の壁面を形成する振動板と電極とを平行に配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで液体を吐出させるものなどが知られており、近年の液体吐出装置に対する高速化や高密度化等、高機能化の要求に対応するための開発が盛んに行われている。
【０００５】
液体吐出ヘッドは、一般的に、液体を吐出する為のノズル板、個別液室、流体抵抗などの流路を形成する流路板、流路板に流すまで液体を貯蔵する共通液室が設けられた共通液室基板（フレーム部材）、個別液室に圧力を伝達する振動板、及び振動板の駆動領域に圧力を加える圧電素子などの構成部品を接合することにより形成される。
これらの構成部品の接合方法としては、流路板やノズル板にシリコン基板を用いた場合には、直接接合や金属材料を介した共晶接合が挙げられる。一方、金属材料を用いた場合には、陽極接合や、湿式の接着剤及びフィルム接着剤などによる接着接合が挙げられる。
【０００６】
液体吐出ヘッドの構成部品は、部品ごとに求められる機能が異なるため、その材質や表面性などの物性も多様である。そのため、部品同士を接合する場合、組み合わせによっては接着剤との密着性が悪く、剥離等の不具合が生じ、接合信頼性に大きな問題を引き起こすことがある。
【０００７】
特に、振動板の材料として用いられることの多いニッケル部品は、接着剤の密着性が悪く、接合剥がれが頻繁に発生することが知られている。この問題に対し、接着剤と密着性が悪い部品において接合信頼性を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００８】
特許文献１及び特許文献２には、部品側に接着剤と相性が良い接合膜を成膜し、化学結合させて密着性を向上させる方法が提案されている。具体的には、液室構成部品と接着剤層の接合信頼性を向上させるために、被着体にシロキサン結合を有する接合膜を成膜し、接着剤との密着性を向上することが記載されている。
【０００９】
また、特許文献３には、圧電素子と振動板部材の振動領域との接合信頼性を向上させる方法として、振動板部材には凸部が形成され、液室の一部の壁面を形成する変形可能な振動領域は液室間隔壁と接合する液室間隔壁接合部よりも液室と反対方向に膨らんで形成される構成が記載されている。
【００１０】
さらに、特許文献４には、流路板と振動板との接合強度を向上させる方法として、振動板の流路板との接合面に凹部形状を設け、接合面積を広くすることが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１及び２の方法では、被着体に接合膜を成膜する工法において、低温で処理を行うと被着体と接合膜との密着性が悪くなるため、物理蒸着（ＰＶＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）等の100℃以上の高温で処理する方法が適用される。そのため、液室部品が高温の影響で伸縮や反りを発生し、液室部品の組立が困難になるという問題がある。特に、振動板に用いられるニッケル部品は線膨張係数が大きく、熱による影響が大きいため、組立を行っても接合位置ずれが大きくなり、吐出特性が低下するという問題がある。さらに、接合膜を成膜するための材料費や工数の増加による生産性の悪化を招くおそれがある。
【００１２】
一方、部品側とのアンカー効果を向上させて密着性を向上させる方法として、接着剤を低粘度化することも考えられる。しかしながら、平面性が高い部品では効果が得られにくく、接着剤の流動性が高くなることにより接着剤の流出が生じ易くなり、吐出特性に影響を及ぼす可能性がある。
また、部品側との粘着性を向上させて密着性を向上させる方法として、弾性率が低いウレタン系樹脂やエラストマー系樹脂などの弾性接着剤を用いることも考えられる。しかしながら、振動板など吐出を伝達するための部品に弾性接着剤使用すると、吐出効率が低下する可能性がある。また、接液箇所において接着剤が膨潤し、接合剥がれや液室の剛性低下を招くおそれがある。
【００１３】
特許文献３に記載の方法では、振動板部材と圧電素子とを接合した際、振動板部材の振動領域は液室間隔壁接合部（非振動領域）よりも液室と反対方向に膨らんでいるため、個別液室方向に大きな力が加わることとなる。これにより、振動板部材の振動領域と非振動領域との間に応力がかかり、クラックを発生させ、液漏れや吐出不良の発生をまねくおそれがある。
【００１４】
特許文献４の方法では、振動板の流路板との接合面に凹部形状を設けたとしても、振動板がニッケル部品からなる場合は接着剤との密着性は悪く、強固な共有結合を形成することは困難であるため、接合剥がれが発生するおそれがある。
【００１５】
また、近年産業用途等で使用される酸性染料や反応染料などのインクは、接合界面に侵入し、接着剤と振動板の結合を容易に剥離することが分かっている。
【００１６】
そこで本発明は、振動板部材と他の部材との接合信頼性、及び接着剤との密着性に優れ、液体吐出特性の安定化を実現可能な液体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】
【００１７】
かかる目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルを複数有するノズル板と、前記ノズルに連通する個別液室を形成する流路板と、前記個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材と、前記振動板部材に圧力変動を伝達する複数の圧電素子柱を有する圧電部材と、を備え、前記複数の圧電素子柱は、駆動される駆動圧電素子柱と駆動されない非駆動圧電素子柱とが交互に配置され、前記振動板部材は、前記液室の壁面を構成する変位可能な振動領域と、前記液室の隔壁部と接合される非振動領域とを有し、前記振動領域は前記駆動圧電素子柱と接合され、前記非振動領域は前記非駆動圧電素子柱と接合され、前記非振動領域には、厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、振動板部材と他の部材との接合信頼性、及び接着剤との密着性に優れ、液体吐出特性の安定化を実現可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用可能な液体吐出ヘッドを分解した状態を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明を適用可能な液体吐出ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向）断面の模式図である。
【図３】図２の破線Ａで囲んだ領域の部分拡大図である。
【図４】本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す断面の部分拡大図である。
【図５】本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す断面の部分拡大図である。
【図６】本発明の液体吐出ヘッドの一例を示す断面の部分拡大図である。
【図７】本発明に係る液体吐出装置の一実施態様であるインクジェット画像形成装置の概略図である。
【図８】本発明に係る液体吐出装置の一実施態様であるインクジェット画像形成装置の概略斜視図である。
【図９】本発明に係る液体吐出装置の一実施態様であるインクジェット画像形成装置の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る液体吐出ヘッド及び液体吐出装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００２１】
〔液体吐出ヘッド〕
本願において、「液体吐出ヘッド」とは、ノズルから液体を吐出・噴射する機能部品である。
吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
【００２２】
液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。
【００２３】
図１は、本発明を適用可能な液体吐出ヘッドを分解した状態を模式的に示す斜視図である。
図１に示す液体吐出ヘッド５０は、液体を吐出するノズルを複数有するノズル板５１と、連通板５２と、前記ノズルに連通する個別液室を形成する流路板５３と、前記個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材５４と、振動板部材５４に圧力変動を伝達する複数の圧電素子柱を有する圧電部材と、を備える。圧電部材は２つの圧電素子５５からなり、ベース部材５６と重ねられ、それぞれの圧電素子５５にフレキシブル基板（フレキシブルプリントケーブル）５７が接合された状態においてフレーム５８内に収容されて構成されている。
以下、圧電部材として積層圧電素子を備える態様に基づき説明するが、本発明の液体吐出ヘッドはこれに限定されず、薄膜圧電素子方式など他の圧力発生手段を備える態様であってもよい。
【００２４】
ノズル板５１には、液体（例えば、インク滴）が吐出されるノズル孔が２列穿設され、流路板５３には、各ノズル孔に対応する個別液室が形成されている。連通板５２には、各圧力室から各ノズル孔へ連通する複数の連通孔５２ａが形成されている。
【００２５】
２つの圧電素子５５はベース部材５６に取り付けられており、各個別液室においてエネルギー発生手段として機能する。圧電素子５５は、個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材５４に接合される。
圧電素子５５は、フレキシブル基板５７を介して駆動制御のための制御部（図示せず）に電気的に接続される。フレキシブル基板５７は柔軟性があり、大きく変形させることが可能な薄膜状の部材で形成されており、内側面に複数の電路が設けられている。
【００２６】
図２に、液体吐出ヘッド５０の断面図を示す。この断面図は、ノズル配列方向（液室短手方向）の断面を示すものである。
複数の圧電素子柱からなる圧電素子５５は、駆動される駆動圧電素子柱５５ａと駆動されない非駆動圧電素子柱５５ｂとが交互に配置されたバイピッチ構成である。
構成部品の接合には接着剤が用いられ、各部品は塗布された接着剤からなる接着剤層６０を介して接合されている。
【００２７】
振動板部材５４は、液室１０ａの壁面を構成する変位可能な振動領域５４ａと、液室の隔壁部１０ｂと接合される非振動領域５４ｂとを有し、振動領域５４ａは駆動圧電素子柱５５ａと接合され、非振動領域５４ｂは非駆動圧電素子柱５５ｂと接合されている。
複数の液室１０ａを形成する流路板５３は支柱となる非駆動圧電素子柱５５ｂによって支持されている。このような構成とすることにより、複数の駆動圧電素子柱５５ａのうち所定の駆動圧電素子柱５５ａを駆動し、その駆動される駆動圧電素子柱５５ａに接合された振動板部材５４が上下方向に変位することにより駆動する駆動圧電素子柱５５ａに対応する液室１０ａ内の液体をノズル孔から吐出するが、その際に駆動された駆動圧電素子柱５５ａにより流路板５３やノズル板５１の全体が変位することにより、隣接する駆動しない液室に対して圧力変化が生じて液体吐出特性が変動するという相互干渉を低減することが可能な構成となっている。
【００２８】
図２において、振動板部材５４と、流路板５３及び圧電素子５５との接合箇所（破線で囲んだ領域Ａ）の拡大図を図３に示す。
【００２９】
振動板部材５４の非振動領域５４ｂは、流路板５３の隔壁部１０ｂと接着剤層６０ａを介して接合され、非駆動圧電素子柱５５ｂと接着剤層６０ｂを介してそれぞれ接着接合されている。駆動圧電素子柱５５ａが駆動することにより、振動板部材５４の振動領域５４ａを振動させ、個別液室１０ａに圧力を伝達し、所定の液体を液滴としてノズルから吐出する。
【００３０】
振動板部材５４の材料としてニッケル部材を用いた場合は、液体吐出ヘッドの接合に一般的に用いられるエポキシ系の接着剤との密着性が悪く化学結合が困難であることが知られている。その為、液体吐出ヘッドの駆動を続けていくと、振動板部材５４の非振動領域５４ｂにおける流路板５３の隔壁部１０ｂとの接着接合部分及び非駆動圧電素子柱５５ｂとの接着接合部分に外力が加わることで、密着性が低い振動板部材５４と接着剤層６０との接合界面において接合剥がれが生じてしまうことがある。
接合剥がれの発生により、個別液室１０ａの剛性が低くなり、圧力の伝達が悪化して吐出速度が低下する。また、隣接する個別液室同士がリークすることにより隣接チャネル干渉異常などの吐出異常が生じる。
これに対し、以下図４〜図６に示す本発明の液体吐出ヘッドは、振動板部材５４と他の部材との接合信頼性、及び接着剤との密着性に優れ、液滴吐出特性の安定化を実現することができる。なお、図４〜図６の断面図は、図３と同様に図２の破線で囲んだ領域Ａの部分拡大図である。
【００３１】
第一の実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面図を図４に示す。
本実施形態の液体吐出ヘッドは、振動板部材の振動領域５４ａは駆動圧電素子柱５５ａと接着剤層６０ｂを介して接合され、非振動領域５４ｂは非駆動圧電素子柱５５ｂと接着剤層６０ｂを介して接合され、非振動領域５４ｂには、厚さ方向に貫通する貫通孔７０が形成されている。
【００３２】
振動板部材５４は、流路板５３及び圧電素子５５と接着剤層を介して接合される。振動板部材５４の非振動領域５４ｂにおいて、流路板５３の液室の隔壁部１０ｂと間に介在する接着剤層６０ａと、圧電部材の非駆動圧電素子柱５５ａとの間に介在する接着剤層６０ｂとは、貫通孔内を埋めた接着剤を介して連通している。
【００３３】
図４に示す態様では、接着剤との密着性が低い振動板部材５４を、接着剤との密着性に優れた非駆動圧電素子柱５５ｂと流路板５３の隔壁部１０ｂで、接着剤層６０を介して挟むように接合する構成となっているため、振動板部材５４と接着剤との接合信頼性が向上し、接合剥がれの発生を抑制することができる。
これにより、個別液室１０ａの剛性が向上し、圧力の伝達が良くなり吐出速度の安定性が向上する。また、接合信頼性の向上により、隣接する個別液室同士がリークしてしまうことも抑制することができる。
【００３４】
第二の実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面図を図５に示す。
本実施形態の液体吐出ヘッドでは、振動板部材５４は、一つの非駆動圧電素子柱５５ｂに対応した一つの非振動領域５４ｂに、貫通孔７０が複数形成されている。
【００３５】
図５に示す複数の貫通孔が形成された態様では、振動板部材５４を、貫通孔７０内を埋めた接着剤を介して包み込むようにして接着剤層６０と密着させることができるので、さらに接合信頼性が向上し、接合剥がれの発生をより確実に抑制することができる。
一つの非振動領域５４ｂに形成される複数の貫通孔７０の数や配置は、振動板部材５４の非振動領域に求められる機能を損なわない範囲で適宜選択することができる。
【００３６】
第三の実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面図を図６に示す。
本実施形態の液体吐出ヘッドは、ノズルの配列方向において、非駆動圧電素子柱５５ｂの幅が、駆動圧電素子柱５５ａの幅よりも広く構成されている。
【００３７】
まず、液体吐出ヘッドの組立方法に関して説明する。
接着剤が振動板部材５４の振動領域５４ａにはみ出して吐出特性が悪化するのを抑制するために、対象の部品へ接着剤を塗布する際は、出来るだけ薄くかつ均一に塗布することが求められる。
図４及び図５に示した液体吐出ヘッドにおいては、圧電素子５５に接着剤を塗布する際、振動板部材５４に形成された貫通孔７０の内部を接着剤で埋める必要があるため、図３に示した従来の構成に比べて多量の接着剤を塗布する必要がある。例えば、フレキソ印刷工法のように接着剤を対象の部品全体に一度に塗布する場合、駆動圧電素子柱５５ａにも多量の接着剤が塗布されてしまい、吐出特性の悪化を招くことがある。
【００３８】
これに対し、図６に示す本実施形態では、ノズル列方向の非駆動圧電素子柱５５ｂの幅が駆動圧電素子柱５５ａの幅よりも広く形成されているため、駆動圧電素子柱５５ａには完全な接合に必要な最小限の量の接着剤を塗布し、かつ、非駆動圧電素子柱５５ｂには貫通孔７０を埋めるのに十分な量の接着剤を塗布することができる。
すなわち、不完全な接合によるリーク不良の低減と接着剤のはみ出しによる吐出特性の悪化の抑制を両立することが可能になる。
【００３９】
〔液体吐出装置〕
本発明に係る液体吐出装置は、液体を吐出する装置であって、本発明の液体吐出ヘッドを備えている。以下、図７〜図９を用いて、本発明の液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置を説明する。
【００４０】
なお、本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
【００４１】
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手
段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
【００４２】
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装
置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
【００４３】
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
【００４４】
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
【００４５】
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
【００４６】
また、「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
【００４７】
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。
【００４８】
また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
【００４９】
また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
【００５０】
図７〜図９は、本発明の液体吐出ヘッドをインクジェットヘッドとして搭載した液体吐出装置であるインクジェット画像形成装置を実施例として説明するものである。
図７に示すインクジェット画像形成装置１は、記録媒体の印字領域幅以上の長さのノズル列を有するライン型の液体吐出ヘッド（ラインヘッド）を搭載したライン型プリンタである。同図において符号２１４はブラック（Ｂ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の４色にそれぞれ対応した４個のライン型液体吐出ヘッドである。各ヘッドの近傍には各ヘッドに対応した維持機構装置２１５が設けられており、パージ処理、ワイピング処理等のヘッド保全動作時には、ヘッドノズル面に対向する位置へと維持機構装置２１５が移動する。
【００５１】
インクジェット画像形成装置１の本体の下部に設けられた給紙トレイは、ベース２００に対して圧板２０１及び記録紙３を給紙する給送回転体２０２が取り付けられて構成されている。圧板２０１はベース２００に取り付けられた回転軸２０１ａを中心に回転可能であり、圧板ばね２０３によって給送回転体２０２に向けて付勢されている。圧板２０１の給送回転体２０２と対向する部位には、記録紙３の重送を防止するための人工皮革等の高摩擦抵抗部材からなる図示しない分離パッドが設けられている。また、圧板２０１と給送回転体２０２とを接離させる図示しないリリースカムが設けられている。
【００５２】
上述の構成において、画像形成装置２１３の待機状態では図示しないリリースカムが圧板２０１を所定位置まで押し下げており、これにより圧板２０１と給送回転体２０２との当接が解除されている。そして、この状態で搬送ローラ２０４の駆動力がギヤ等を介して給送回転体２０２及び図示しないリリースカムに伝達されると、リリースカムが圧板２０１から離れて圧板２０１が上昇することにより給送回転体２０２と記録紙３とが当接し、給送回転体２０２の回転に伴い記録紙３がピックアップされて給紙が開始され、記録紙３は図示しない分離パッドによって１枚ずつに分離される。
【００５３】
給送回転体２０２は記録紙３をプラテン２１６に送り込むべく回転し、記録紙３はガイド２０５，２０６の間を通過して搬送ローラ２０４まで導かれ、搬送ローラ２０４とピンチローラ２０７とによってプラテン２１６まで搬送される。
その後、画像形成装置２１３は再び記録紙３と給送回転体２０２との当接を解除した待機状態となり、搬送ローラ２０４からの駆動力が切断される。
【００５４】
図７において符号２０８は手差し給紙用の給送回転体であり、手差しトレイ２０９上に載置された記録紙３を図示しない制御装置からの記録信号に従って給紙し、搬送ローラ２０４とピンチローラ２０７との間に向けて搬送する。
プラテン２１６まで搬送された記録紙３は、液体吐出ヘッド２１４の下方を通過する。このとき、液体吐出ヘッド２１４からの液滴吐出タイミング及び記録紙３の搬送速度が図示しない制御装置により制御され、これにより記録紙３上に所望の画像が記録される。画像が記録された記録紙３は、排紙ローラ２１０及び拍車２１１によって挟持搬送されて排紙トレイ２１２上に排出される。
【００５５】
このインクジェット画像形成装置１は、装置本体の内部に、主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される液体吐出ユニットが印字機構部２に収納されている。装置本体１の下方部には前方側から多数枚の記録紙３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）４を抜き差し自在に装着することができ、また、記録紙３を手差しで給紙するための手差しトレイ５を開倒することができ、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される記録紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００５６】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（紙面の垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１３には記録ヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１５を交換可能に装着している。
【００５７】
インクカートリッジ１５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００５８】
また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、記録ヘッド１４として用いるインクジェットヘッドは、圧電素子などの電気機械変換素子で液室壁面を形成する振動板を介してインクを加圧するピエゾ型、或いは発熱抵抗体により気泡を生じさせてインクを加圧するバブル型、若しくはインク流路壁面を形成する振動板とこれに対向する電極との間の静電力で振動板を変位させてインクを加圧する静電型などを使用することができるが、本実施形態では静電型インクジェットヘッドを用いている。
【００５９】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向下流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定しており、主走査モータ１７の正逆回転によりキャリッジ１３が往復駆動される。
【００６０】
一方、給紙カセット４にセットした記録紙３を記録ヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から記録紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、記録紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された記録紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの記録紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００６１】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された記録紙３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、記録紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに記録紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００６２】
記録時には、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している記録紙３にインクを吐出して１行分を記録し、記録紙３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、記録紙３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ記録紙３を排紙する。
【００６３】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１４の吐出不良を回復するための回復装置３７を配置している。回復装置はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１３は印字待機中にはこの回復装置３７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１４をキャッピングされ、吐出口部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、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００６４】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００６５】
図８及び図９は、上述の液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を備える液体吐出ユニットを搭載した液体吐出装置であるインクジェット画像形成装置１を示した図であり、図８は要部構成の概略を示す斜視図、図９は側面図である。
【００６６】
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、供給・循環機構、キャリッジ、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
【００６７】
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
【００６８】
例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドと供給・循環機構が一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドと供給・循環機構が一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットの供給・循環機構と液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
【００６９】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。
【００７０】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。
【００７１】
また、液体吐出ユニットとして、供給・循環機構若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。
【００７２】
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものとする。
【符号の説明】
【００７３】
１０ａ    液室
１０ｂ    隔壁部
５０      液体吐出ヘッド
５１      ノズル板
５２      連通板
５３      流路板
５４      振動板
５４ａ    振動領域
５４ｂ    非振動領域
５５      圧電素子
５５ａ    駆動圧電素子柱
５５ｂ    非駆動圧電素子柱
５６      ベース部材
５７      フレキシブル基板
５８      フレーム部材
６０      接着剤層
７０      貫通孔
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７４】
【特許文献１】特開２０１４−１４１６０２号公報
【特許文献２】特開２００９−３５７２０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１９２６４０号公報
【図１】
2017087560.tif 000003
【図２】
2017087560.tif 000004
【図３】
2017087560.tif 000005
【図４】
2017087560.tif 000006
【図５】
2017087560.tif 000007
【図６】
2017087560.tif 000008
【図７】
2017087560.tif 000009
【図８】
2017087560.tif 000010
【図９】
2017087560.tif 000011