JP4701461B2 - 液体吐出ヘッドの液体供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、画像形成装置及び液体吐出ヘッドの液体供給方法に係り、特に、ノズルの高密度配置を実現可能な液体吐出ヘッドに関する。

従来より、多数のノズルを有するヘッド（液体吐出ヘッド）からインク吐出することにより、記録媒体上に所望の画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。この種のヘッドには、各ノズルにそれぞれ連通する圧力室及び各圧力室に対応する圧電素子が設けられ、圧電素子の変位を利用して圧力室内のインクを加圧することにより、ノズルからインク滴を吐出するものがある。

例えば、特許文献１には、圧力発生手段を有する弾性板、複数の細長状の圧力室（圧力発生室）が平行に所定のピッチで形成される流路形成基板、側端面にノズル用開口が形成される連通路形成基板、各圧力室に対してインク供給を行うリザーバ（共通流路）が形成されるリザーバ形成基板、ノズル孔が列状に形成されるフレーム形成板を積層して構成されるヘッドが開示されている。

また、特許文献２には、インク流路をなすスリット状の流路穴が所定間隔で複数形成された流路基板と、圧電材料から成り表裏両面に流路穴に対向する電極が設けてある振動板とが、交互に積層された状態で固着されているヘッドが開示されている。

また、特許文献３には、複数の溝が形成される圧電体を複数積層して成るヘッドが開示されている。
特開２００２−１９１１０号公報 特開平７−３２３５４１号公報 特開２００２−１７８５０９号公報

ところで、近年、インクジェット記録装置では高解像、高精細な画像を高速記録できるようにすることが求められている。このためには、同装置に搭載されるヘッドのノズルを高密度に配置することが必要である。

特許文献１〜３に記載のヘッドでは、ノズルの高密度配置を実現するために積層部材の数を増やす必要がある。しかしながら、いずれのヘッドも片側にインクタンクが配置されるため、積層部材の数を増やすとヘッド内の流路損失が大きくなり、リフィル性能が悪化するという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズルの高密度配置を実現可能にすると共に、リフィル性を向上させた液体吐出ヘッド、画像形成装置及び液体吐出ヘッドの液体供給方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、第１の発明は、ノズルに連通する圧力室及び前記圧力室に対応する圧電素子がそれぞれ１次元状に配列されるヘッドユニットを前記ノズルの液体吐出方向に対して垂直な方向に複数積層して成るヘッド本体と、前記ヘッド本体のヘッドユニット積層方向の両側に配置される第１及び第２の液体収納室と、を備え、前記ヘッド本体には、前記ヘッドユニット積層方向に略平行な貫通流路が設けられ、前記貫通流路は、前記第１及び第２の液体収納室に連通すると共に前記圧力室に連通することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

第１の発明によれば、ヘッドユニットを多重積層することにより、圧力室及び圧電素子を高密度に配置することができるので、ノズルの高密度配置が実現可能になる。また、ヘッド本体のヘッドユニット積層方向の両側に第１及び第２の液体収納室が配置されるため、ヘッドユニットの積層数が増えても液体吐出ヘッド内の流路損失を比較的小さくすることができ、リフィル性を向上させることができる。

第２の発明は、第１の発明に係る液体吐出ヘッドであって、前記貫通流路は、前記ヘッドユニット毎に設けられる共通流路を介して前記圧力室に連通することを特徴とする。

第２の発明によれば、隣接ノズル間のクロストークを軽減することができる。

また、前記目的を達成するために、第３の発明は、第１又は第２の発明に係る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。

更に、前記目的を達成するために、第４の発明は、ノズルに連通する圧力室及び前記圧力室に対応する圧電素子がそれぞれ１次元状に配列されるヘッドユニットを前記ノズルの液体吐出方向に対して垂直な方向に複数積層して成るヘッド本体と、前記ヘッド本体のヘッドユニット積層方向の両側に配置される第１及び第２の液体収納室と、を備え、前記ヘッド本体には、前記ヘッドユニット積層方向に略平行な貫通流路が設けられ、前記貫通流路は、前記第１及び第２の液体収納室に連通すると共に前記圧力室に連通する液体吐出ヘッドの液体供給方法であって、前記ヘッドユニット積層方向が鉛直方向に略平行になるような状態で前記第１及び第２の液体収納室に液体を供給することを特徴とする液体吐出ヘッドの液体供給方法を提供する。

第４の発明によれば、液体吐出ヘッドに対する液体供給時の気泡排除性を向上させることができる。

本発明によれば、ヘッドユニットを多重積層することにより、圧力室及び圧電素子を高密度に配置することができるので、ノズルの高密度配置が実現可能になる。また、ヘッド本体のヘッドユニット積層方向の両側に第１及び第２の液体収納室が配置されるため、ヘッドユニットの積層数が増えても液体吐出ヘッド内の流路損失を比較的小さくすることができ、リフィル性を向上させることができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態（第１及び第２の実施形態）について詳説する。

（第１の実施形態）
まず、本発明に係る画像形成装置の一実施態様であるインクジェット記録装置について説明する。図１はインクジェット記録装置の全体概略図である。同図に示すように、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ヘッド（液体吐出ヘッド）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の吐出口（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。

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。

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、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。

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ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各ヘッド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。

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。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各ヘッド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。

印字検出部２４は、各色のヘッド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。

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。

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。

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。

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。尚、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。

次に、ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの構造について説明する。各色に対応するヘッド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によってヘッドを示すものとする。

図２はヘッド５０の外観斜視図である。同図に示すヘッド５０は、複数のヘッドユニット５２を積層して成るヘッド本体５４と、ヘッド本体５４のヘッドユニット積層方向の両側に配置されるインクタンク（液体収納室）５６Ａ、５６Ｂと、ヘッド本体５４のヘッドユニット積層方向に平行な一側面に接合され、ヘッド５０のノズル面（インク吐出面）５０ａを構成するノズルプレート５８とから主に構成される。ノズルプレート５８には多数のノズル６０が穿孔されている。尚、各ヘッドユニット５２の一側面にノズル６０を直接形成する態様もある。

図３はヘッド本体５４の側断面図である。同図に示すように、ヘッド本体５４は複数のヘッドユニット５２を積層して構成されている。尚、本実施形態では一例として４個のヘッドユニット（５２Ａ〜５２Ｄ）を積層した構成を示したが、ヘッドユニット積層数は本実施形態に特に限定されるものではない。ヘッドユニット積層方向（図３の上下方向）は各ノズル６０（図３中波線で表示）のインク吐出方向に対して垂直な方向となっている。また、各ヘッドユニット５２は複数の流路形成基板６２〜７０をヘッドユニット積層方向（図３の上下方向）に積層して構成される。

ヘッド本体５４には、ヘッドユニット積層方向に貫通する貫通流路７２が設けられている。貫通流路７２はヘッドユニット５２毎に設けられる背面流路（共通流路）７４（７４Ａ〜７４Ｄ）を介して各圧力室７６に連通している。尚、各背面流路７４は紙面表裏方向に沿って配列される複数の圧力室７６に対応する領域に渡って形成されており、背面流路７４は同一ヘッドユニット５２内の全圧力室７６にそれぞれ連通している。貫通流路７２の上下両端はそれぞれ図２のインクタンク５６Ａ、５６Ｂに連通する開口部７２Ａ、７２Ｂとなっており、インクタンク５６Ａ、５６Ｂ内のインクは各流路７２、７４を経由して各圧力室７６に供給可能となっている。

各圧力室７６はヘッドユニット５２のヘッドユニット積層方向に垂直な一側面（図３の左側面）に開口しており、その開口端面にはノズル６０に圧力室７６が連通するように位置決めされた状態でノズルプレート５８（図３中破線で表示）が接合される。

圧力室７６の一壁面（図３の上壁面）は第４の流路形成基板（振動板）６８で構成されており、第４の流路形成基板６８上の圧力室７６に対応する位置には圧電素子７８が設けられている。圧電素子７８は、薄膜状の圧電体８０に下部電極（共通電極）８２及び上部電極（個別電極）８４を配置した構造となっている。共通電極８２はグランドに接続され、個別電極８４は第５の流路形成基板（配線基板）７０に形成される駆動信号供給用の配線８６に電気接続部８８を介して接続される。電気接続部８８には、例えば、導電性接着剤等が用いられる。尚、符号９０は絶縁部材である。

第１の流路形成基板（圧電素子カバー）６２には、第２の流路形成基板６４側とは反対側に開口するハーフ溝９２が圧電素子７８に対応する位置に形成されており、図３に示すように、複数のヘッドユニット５２を積層した状態において隣接する他のヘッドユニット５２の圧電素子７８がハーフ溝９２内に収納される。各ハーフ溝９２は圧電素子７８の周辺部に所定の変位空間が確保されるように構成されており、圧電素子７８の変位が拘束されないように防止されている。

かかる構成により、圧電素子７８に対して駆動信号（駆動電圧）が供給されると、圧電素子７８の変位によって圧力室７６内のインクは加圧され、圧力室７６に連通するノズル６０からインク滴が吐出される。

次に、各流路形成基板６２〜７０の構成について説明する。図４は各流路形成基板６２〜７０の平面図である。

第１の流路形成基板（圧電素子カバー）６２は厚さ１００［μｍ］の薄板部材であり、図４の（ａ）に示すように、長辺縁に沿って複数のハーフ溝９２が設けられると共に、貫通流路７２（図３参照）の一部を構成する複数の矩形状の孔部９４が設けられる。また、孔部９４の左右両側には高さ１９０〜１９５［μｍ］の柱状の支持部材９５が設けられている。支持部材９５は背面流路７４内を貫通して第５の流路形成基板（配線基板）７０を支持するように構成されている。

第２及び第３の流路形成基板６４、６６はそれぞれ厚さ８０［μｍ］、１００［μｍ］の薄板部材であり、図４の（ｂ）、（ｃ）に示すように、長辺縁に沿って各圧力室７６（図３参照）の一部を構成する複数の孔部９６、９８が設けられると共に、貫通流路７２及び背面流路７４の一部を構成する孔部１００、１０２が孔部９６、９８の列の片側に並ぶようにして設けられる。孔部１００の短手方向は孔部１０２に比べて若干幅広に形成されており、第２及び第３の流路形成基板６４、６６を積層した状態において（第３の流路形成基板６６の）孔部９８の先端部９８ａが（第２の流路形成基板６４の）孔部１００に重なるように構成されている。これにより、図３に示したように、各圧力室７６は背面流路７４と連通状態となる。

第４の流路形成基板（振動板）６８は厚さ１０〜１５［μｍ］であり、図４の（ｄ）に示すように、貫通流路７２の一部を構成し（第３の流路形成基板６８の）孔部１０２と略同サイズの孔部１０４が設けられると共に、長辺縁に沿って共通電極８２及び絶縁部材９０が設けられている。更に、同基板６８の共通電極８２上には複数の薄膜状の圧電体８０が長辺縁に沿って設けられる。圧電体８０の厚さは１０〜１５［μｍ］である。

第５の流路形成基板（配線基板）７０は厚さ２５［μｍ］のＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）であり、図４の（ｅ）に示すように、貫通流路７２の一部を構成する複数の孔部１０６が設けられると共に、各孔部１０６を除く同基板７０上の領域には圧電素子数（即ち、ノズル数）と同数の配線８６が設けられる。このような配線８６の一端には電気接続部８８を介して個別電極８４が接続される。各個別電極８４は、図３に示したように、各圧電体８０の上面に接合される。

第１の実施形態に係るヘッド５０によれば、圧力室７６及び圧電素子７８がそれぞれ１次元状に配列されるヘッドユニット５２をインク吐出方向に対して垂直な方向に多重積層することにより、圧力室７６や圧電素子７８を高密度に配置することができ、ノズル６０の高密度配置を実現することが可能になる。

特に、圧電素子７８が薄膜状の圧電体８０より構成されるため、圧電体膜厚方向に平行なヘッドユニット積層方向に圧電素子７８を高密度に配置可能となっている（図３参照）。また、所望の吐出力を得るために圧電体８０をインク吐出方向に平行な方向に拡大しやすい構造となっており、吐出特性に優れたヘッド５０を実現することができる。更に、圧電体膜厚方向（ヘッドユニット積層方向）のヘッドサイズを小さくすることもでき、ノズル６０から吐出されるインク滴の着弾精度を向上させることも可能である。

また、ヘッド本体５４の両側にインクタンク５６Ａ、５６Ｂが配置されるため、ヘッドユニット５２の積層数が増えてもヘッド５０内の流路損失を比較的小さくすることができ、リフィル性を向上させることができる。

また、ヘッド本体５４の貫通流路７２はヘッドユニット５２毎に設けられる背面流路７４を介して各圧力室７６に連通するため、後述する第２の実施形態のように貫通流路７２を複数の圧力室７６で直接共有する態様に比べて、隣接ノズル間のクロストークを軽減することができる。また、背面流路７４の一壁面を構成する第５の流路形成基板（配線基板）７０が背面流路７４内に伝播する圧力波を低減させるダンパー的な役割を果たすので、クロストークをより効果的に軽減することができる。

次に、ヘッド５０に対するインク初期充填方法について説明する。

図５はインク供給系の構成図である。同図に示すヘッド５０は、貫通流路７２、背面流路７４及びインクタンク５６Ａ、５６Ｂの配置構成が分かるようにノズルプレート５８（図５中不図示）に平行な断面を表している。尚、同図ではヘッド本体５４に７つの貫通流路７２及び４つの背面流路７４が設けられる場合を示している。

インク初期充填は、同図に示すように、ヘッド５０のヘッドユニット積層方向が鉛直方向となるような状態で行われる。即ち、ヘッド本体５４の両側に配置されるインクタンク５６Ａ、５６Ｂがヘッド５０の上下面を構成するようにして行われる。本実施形態では、図２に示すように、ヘッド５０のノズル面５０ａが鉛直方向下側となる向き（即ち、ヘッドユニット積層方向が水平方向となる向き）でインク吐出動作が行われる。従って、インク初期充填の開始前及び終了後には、ヘッド５０の向きを変える工程が必要である。尚、ヘッド５０の回転機構については後で説明する。

インク初期充填には第１及び第２の外部タンク１１０、１１２が用いられる。各外部タンク１１０、１１２にはヘッド５０に供給するためのインクが貯留される。インク初期充填はヘッド５０と各外部タンク１１０、１１２との圧力差を利用して行われるため、各外部タンク１１０、１１２の液面がヘッド５０の上面より鉛直方向上側となるように各外部タンク１１０、１１２の位置（或いは、液面の高さ）が調整されている。

ヘッド下面側のインクタンク５６Ａの左端は第１の供給路１１４を介して第１の外部タンク１１０に連通し、右端は第２の供給路１１６を介して第２の外部タンク１１２に連通する。各供給路１１４、１１６にはそれぞれ第１の弁２００Ａ、第２の弁２００Ｂが設けられる。他方、ヘッド上面側のインクタンク５６Ｂの左端は第３の供給路１１８を介して第１の外部タンク１１０に連通し、右端は第４の供給路１２０を介して第２の外部タンク１１２に連通する。各供給路１１８、１２０には、他の供給路１１４、１１６と同様に、それぞれ第３の弁２００Ｃ、第４の弁２００Ｄが設けられる。更に、第４の供給路１２０にはインクタンク５６Ｂと第４の弁２００Ｄの間に排出路１２２が分岐接続されている。排出路１２２には、第５の弁２００Ｅが設けられる。インク初期充填の開始前は、同図に示すように、各弁２００Ａ〜２００Ｅは閉じられている。尚、図中、閉じた状態の弁は黒く塗り潰して表示し、開いた状態の弁は白抜きして表示する。

このようなインク供給系の構成を用いて、インク初期充填は次のようにして行われる。

まず、ヘッドユニット積層方向が鉛直方向となるようにヘッド５０の向きを変えた後、図６の（ａ）に示すように、第１、第２及び第５の弁２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｅを開く。これにより、第１及び第２の外部タンク１１０、１１２内のインクは第１及び第２の供給路１１４、１１６を通ってヘッド下面側のインクタンク５６Ａに供給され、更に、貫通流路７２を介してヘッド本体５４の各背面流路７４にインクが供給される。このとき、ヘッド下面側から上面側に向かってインクが徐々に供給されるので、ヘッド５０内の気泡はヘッド上面側に移動し、最終的にはインクタンク５６Ｂに気泡が移動する。

次いで、図６の（ｂ）に示すように、第３の弁２００Ｃを開く。これにより、第１の外部タンク１１０内のインクが第３の供給路１１８を通ってヘッド上面側のインクタンク５６Ｂに供給される。余剰インクはインクタンク５６Ｂの右端側の第４の供給路１２０に分岐接続される排出路１２２から排出される。このとき、余剰インクと共にインクタンク５６Ｂ内に残留する気泡はインクタンク５６Ｂの右端側から排出される。

次いで、図６の（ｃ）に示すように、第４の弁２００Ｄを開く。これにより、第４の供給路１２０内を第２の外部タンク１１２からインクタンク５６Ｂに向かってインクが流れる。同図に示すように、排出路１２２の断面積は第４の供給路１２０に比べて大きく構成されており、排出路１２２の流路抵抗が第４の供給路１２０に比べて小さくなっている。このため、第４の供給路１２０内を流れるインクはインクタンク５６Ｂ側に流れることなく、前記余剰インクと共に排出路１２２に排出される。これにより、インクタンク５６Ｂから排出され第４の供給路１２０内に残留する気泡は排出路１２２に向かって排出される。

最後に、図６の（ｄ）に示すように、第５の弁２００Ｅを閉じることにより、インク初期充填が完了する。このようにヘッド５０の上下面がインクタンク５６Ａ、５６Ｂとなるようにヘッド５０の向きを変えた状態で各弁２００Ａ〜２００Ｅを所定の順序で開閉することにより、ヘッド５０内だけでなく、各供給路１１４、１１６、１１８、１２０内にも気泡を残留させることなく、インク初期充填を効率良く行うことができる。

このような方法でインク初期充填を行う場合、図７に示すヘッド５０′を用いることが更に好ましい。このヘッド５０′は、図５のヘッド５０と比べて各ヘッドユニット５２の左右両端が袋小路状になっておらず、ヘッドユニット長手方向両端に貫通流路７２が配置された構造のため、インク初期充填の際の気泡排除をより確実に行うことが可能になる。

図８の（ａ）は、インク初期充填の終了後にヘッド５０の向きを元の状態（即ち、ノズル面５０ａが鉛直方向下側を向くような状態）に戻したときの様子を簡略的に表した模式図である。尚、ヘッド５０と各外部タンク１１０、１１２を連通する供給路等は図示を省略している。同図に示すように、外部タンク１１０、１１２の液面がノズル面５０ａより鉛直方向上側に存在する場合、ヘッド５０内が常に正圧となるのでノズルメニスカスの維持が難しくなる。そこで、外部タンク１１０、１１２を上下動作可能に構成し、インク吐出動作を行う場合には、図８の（ｂ）に示すように、外部タンク１１０、１１２の液面がノズル面５０ａより鉛直方向下側となるように外部タンク１１０、１１２の位置を変更することが望ましい。ヘッド５０内を負圧にすることができ、ノズルメニスカスの維持が可能となる。

また、図９の（ａ）に示すように、各外部タンク１１０、１１２にそれぞれ液面調整用の弁１３０、１３２を設け、インク吐出動作を行う場合には、図９の（ｂ）に示すように、弁１３０、１３２を開いて、外部タンク１１０、１１２内のインクを回収タンク１３４、１３６に排出して、外部タンク１１０、１１２の液面がノズル面５０ａより鉛直方向下側となるように外部タンク１１０、１１２の液面調整をするようにしてもよい。再び、インク初期充填を行う場合には、図９の（ａ）に示すように、弁１３０、１３２を閉じて、ポンプ１３８、１４０を駆動して回収タンク１３４、１３６内のインクを外部タンク１１０、１１２に供給し、外部タンク１１０、１１２の液面がヘッド上面より鉛直方向上側となるように外部タンク１１０、１１２の液面調整を行えばよい。このように外部タンク１１０、１１２の液面調整を行うことにより、インク吐出動作時においてヘッド５０内を負圧にすることができ、ノズルメニスカスの維持が可能となる。

次に、ヘッド５０の回転機構について説明する。図１０はヘッド５０の回転機構を示す構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図示するように、第１のギア３００及び第２のギア３０２は互いに係合するとともに、これらの軸３００ａ、３０２ａ同士がリンク３０４を介して互いに接続されている。また、第１のギア３００は軸３００ａを介してヘッド５０に固定接続されている。他方、リンク３０４の軸３０２ａはカップリング３０６を介してモータ３０８に接続されている。

軸３０２ａ及び第２のギヤ３０２の位置は固定された状態となっており、モータ３０８の駆動により、リンク３０４が矢印Ａの方向に回転すると第１のギア３００は矢印Ｂの方向に回転し、ヘッド５０の位置は搬送面から退避しつつ、ヘッド５０の向きを変えることができる。ヘッド５０をその場で回転させると搬送面と干渉してしまう恐れがあることから、このように搬送面から退避しつつ、ヘッド５０を回転させることが有効である。

本実施形態では、このような回転機構を利用して、ヘッド５０のノズル面５０ａが鉛直方向下側を向いた状態から水平方向に向くように、ノズル面５０ａの向きを９０度方向転換させてからインクの初期充填を行う。また、インクの初期充填が終了した後は、同様に回転機構を利用して、ヘッド５０のノズル面５０ａが鉛直方向下側を向くように、ノズル面５０ａの向きを元の状態に戻す。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。以下、既述した第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

図１１は、第２の実施形態で用いられるヘッドユニット５２′の要部を表した平面透視図である。同図に示すように、ヘッドユニット５２′には長辺縁に沿って複数の圧力室７６が設けられると共に、圧力室７６の列の片側に並ぶようにして複数の貫通流路７２が設けられる。各貫通流路７２は同一ヘッドユニット５２′内の２つの圧力室７６にそれぞれ連通している。各貫通流路７２に連通する圧力室数は特に限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、各貫通流路７２に４つの圧力室７６が連通するようにしてもよい。

第２の実施形態も、第１の実施形態と同様に、ヘッドユニット５２′の多重積層によりノズル６０の高密度配置を実現可能にすると共に、リフィル性を向上させることができる。

尚、既述した各実施形態では、いずれも最大紙幅に対応する長さを有するフルライン型のヘッド（長尺ヘッド）である態様を示したが本発明の実施に際してはこれに限定されず、本発明は紙幅方向（副走査方向）に走査しながら記録を行うシリアル型のヘッド（短尺ヘッド）に対しても適用することが可能である。

以上、本発明の液体吐出ヘッド、画像形成装置及び液体吐出ヘッドの液体供給方法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。

インクジェット記録装置の全体概略図 第１の実施形態に係るヘッドの外観斜視図 ヘッド本体の側断面図 各流路形成基板の平面図 インク供給系の構成図 インク初期充填方法を示す説明図 第１の実施形態に係るヘッドの他の構成例を示す断面図 外部タンクとヘッドの関係を示す模式図 外部タンクの液面調整方法を示す説明図 ヘッドの回転機構を示す構成図 第２の実施形態に係るヘッドユニットの平面透視図 第２の実施形態に係るヘッドユニットの他の構成例を示す平面透視図

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１６…記録紙、５０…ヘッド、５２…ヘッドユニット、５４…ヘッド本体、５６Ａ、５６Ｂ…インクタンク、５８…ノズルプレート、６０…ノズル、６２…第１の流路形成基板、６４…第２の流路形成基板、６６…第３の流路形成基板、６８…第４の流路形成基板、７０…第５の流路形成基板、７２…貫通流路、７４…背面流路、７６…圧力室、７８…圧電素子、８０…圧電体、８２…共通電極、８４…個別電極、８６…配線、８８…電気接続部、９０…絶縁部材、１１０、１１２…外部タンク、２００Ａ〜２００Ｅ…弁

Claims (1)

1. ノズルに連通する圧力室及び前記圧力室に対応する圧電素子がそれぞれ１次元状に配列されるヘッドユニットを前記ノズルの液体吐出方向に対して垂直な方向に複数積層して成るヘッド本体と、前記ヘッド本体のヘッドユニット積層方向の両側に配置される第１及び第２の液体収納室と、を備え、前記ヘッド本体には、前記ヘッドユニット積層方向に略平行な貫通流路が設けられ、前記貫通流路は、前記第１及び第２の液体収納室に連通すると共に前記圧力室に連通する液体吐出ヘッドの液体供給方法であって、
   前記ヘッドユニット積層方向が鉛直方向に略平行になるような状態で前記第１及び第２の液体収納室に液体を供給することを特徴とする液体吐出ヘッドの液体供給方法。

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