液体吐出ヘッド及び画像形成装置
【課題】吐出口付近のインク液を選択的に効率よく加熱可能であり、かつ小型化が可能な液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】吐出口３と、吐出口形成基材２と、液を貯留する液室と、該液室内の前記液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体とを有する液滴吐出手段を少なくとも一つ備え、前記吐出口形成基材が、導体及び半導体のいずれかで構成され、前記吐出口形成基材の表面に、第一の電圧を印加する第一の電極２１ａ及び前記第一の電圧と異なる値の第二の電圧を印加する第二の電極３１ａを備え、電極に電圧を印加することにより、前記第一の電極と前記第二の電極の間の通電領域の少なくとも一部が発熱体として機能することを特徴とする液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置。
【解決手段】吐出口３と、吐出口形成基材２と、液を貯留する液室と、該液室内の前記液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体とを有する液滴吐出手段を少なくとも一つ備え、前記吐出口形成基材が、導体及び半導体のいずれかで構成され、前記吐出口形成基材の表面に、第一の電圧を印加する第一の電極２１ａ及び前記第一の電圧と異なる値の第二の電圧を印加する第二の電極３１ａを備え、電極に電圧を印加することにより、前記第一の電極と前記第二の電極の間の通電領域の少なくとも一部が発熱体として機能することを特徴とする液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置として、インク液滴を吐出し、記録媒体上に着弾させることにより画像を形成するインクジェットプリンタが広く普及している。なかでも、記録に供するインク液滴のみを選択的に吐出する、いわゆるオンデマンド方式が現在主流である。
オンデマンド方式は、インク液が吐出する運動エネルギーの発生原理によって、圧電素子の変位によりインク液中に圧力を発生させ、その圧力からインク液滴吐出の運動エネルギーを得る、いわゆるピエゾ方式と、電気−熱変換素子によりインク液中に気泡を発生させ、その気泡の膨張によりインクを排除することによりインク液滴吐出の運動エネルギーを得る、いわゆるサーマル方式とに大別される。なお、ピエゾ方式及びサーマル方式ともに、上述した原理によってインク液滴を吐出するインクジェットノズルを、一つの液体吐出ヘッドあたり複数備える構成が一般的である。
【０００３】
一方、インク及び記録媒体に関しては、水性のインクを使用し、紙などの浸透性を有する記録媒体に画像を記録するものが広く用いられてきたが、近年、市場ニーズの多様性に応える形で、多様なインク及び記録媒体の使用が拡大している。
例えば、紫外線硬化型インクを用いてフィルム等の非浸透性の媒体に画像を形成する例や、導電性インクを用いて配線基板上に配線パターンを形成し、電気回路を製造する適用例などがある。
【０００４】
上記のように発色以外の機能を付加したインクにおいては、水性インクと比較して、常温で高い粘度を示すものがあることが知られている。インクジェットノズルから吐出されるインク液滴の速度及び液滴量（質量または体積）は、インク液の粘度に大きく影響されるため、殊に粘度が過大である場合には、インク液滴の吐出そのものが困難となる場合がある。
【０００５】
上記の問題の対策のひとつとして、インクを加熱する方法がある。これは、上記の紫外線硬化型インクや導電性インクの多くが低温で高粘度となり、高温で低粘度となる特性を有することを利用し、常温で吐出に適さない高粘度のインクを吐出時に加熱することにより、吐出に適した粘度まで低下させるものである。
【０００６】
例えば、液体吐出ヘッドを所定温度に維持する加熱手段を用いる構成（例えば、特許文献１参照）や、インク液滴吐出口を備えるオリフィスプレートの表面ないし内部に発熱体を設け、オリフィスプレート全体を加熱する構成（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、液体吐出ヘッド全体を加熱する加熱手段を設ける構成の場合、液体吐出ヘッド外部に加熱手段を実装するための空間が占有されるという問題がある。また、この構成では、加熱は吐出に供されるインクのみならず、液体吐出ヘッド内部に滞留するすべてのインク及び液体吐出ヘッドを構成するほぼすべての部材に及ぶ。したがって、この構成の液体吐出ヘッドが一旦加熱されると、画像形成動作を停止した後の一定時間、インクは高温状態に保たれることとなる。インクが高温を保ったまま液体吐出ヘッドが動作を停止した場合、インク吐出口近傍のインクが乾燥により硬化したり、また紫外線硬化型インクの場合は液体吐出ヘッド内のインクが全域にわたり急激な粘度上昇を示したりすることがあり、これらが動作再開時のインク吐出不良の原因になることがある。
【０００８】
なお、この問題に対し、特許文献１に記載の技術では、液体吐出ヘッド外に設けたインク冷却手段と循環ポンプとを備えた構成が提案されているが、この構成は装置の小型化及び低コスト化に対して不利なものとなる。
【０００９】
一方、オリフィスプレートの表面または内部に加熱手段を設けた場合、加熱がすべての部材に及ぶという問題は低減されるものの、投入した熱量の一部がオリフィスプレートに接する液体吐出ヘッド構成部材に逃げてしまい、オリフィスプレートに接するインクは全域で加熱されることとなるが、インク吐出口近傍以外の滞留部にあるインクについては粘度低減効果が低いため、余分な熱量供給がなされるという問題がある。
【００１０】
また、インクジェットノズルにおいて、高い粘度低減効果を期待できる部分の一つは、インクの流速が速く、壁面との速度勾配が大きくなるインク吐出口近傍である。したがって、インク吐出口付近にある最小限のインク液のみを選択的に加熱できることが望ましいが、そのような技術は提案されていない。
【００１１】
本発明の課題は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、吐出口付近のインク液を選択的に効率よく加熱可能であり、かつ小型化が可能な液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出ヘッド及び画像形成装置は、以下のとおりである。
〔１〕 液滴を吐出する吐出口と、
該吐出口が形成された吐出口形成基材と、
該吐出口形成基材に隣接して設けられ、前記吐出口と連通し、液を貯留する液室と、
該液室内の前記液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体とを有する液滴吐出手段を少なくとも一つ備え、
前記吐出口形成基材が、導体及び半導体のいずれかで構成され、
前記吐出口形成基材の表面に、第一の電圧を印加する第一の電極及び前記第一の電圧と異なる値の第二の電圧を印加する第二の電極を備え、
前記第一の電極及び前記第二の電極に電圧を印加することにより、前記吐出口形成基材における前記第一の電極と前記第二の電極の間の通電領域の少なくとも一部が発熱体として機能することを特徴とする液体吐出ヘッドである。
〔２〕 前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極が、前記吐出口形成基材の外表面側に配置され、前記第二の電極が、前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の液体吐出ヘッドである。
〔３〕 前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の外表面側に配置されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の液体吐出ヘッドである。
〔４〕 前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の液体吐出ヘッドである。
〔５〕 前記第一の電極及び前記第二の電極の少なくともいずれかが、前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に設けられていることを特徴とする前記〔１〕から〔４〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
〔６〕 前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に互いに重複しないように設けられていることを特徴とする前記〔３〕から〔４〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
〔７〕 前記吐出口形成基材が、導電ガラス、及び導電性樹脂のいずれかからなることを特徴とする前記〔１〕から〔６〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
〔８〕 第一の電極及び前記第二の電極のいずれかの近傍の前記前記吐出口形成基材表面上に、温度検出手段を備えることを特徴とする前記〔１〕から〔７〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
〔９〕 前記〔１〕から〔８〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備え、装置を制御する回路と、画像データに基づき前記第一の電極及び前記第二の電極に印加する電圧を算出する回路とを少なくとも備えることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、吐出口付近のインク液を選択的に効率よく加熱可能であり、かつ小型化が可能な液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の効果として、請求項１の発明によれば、液滴を吐出する吐出口と、該吐出口が形成された吐出口形成基材と、該吐出口形成基材に隣接して設けられ、前記吐出口と連通し、液を貯留する液室と、該液室内の前記液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体とを有する液滴吐出手段を少なくとも一つ備え、前記吐出口形成基材が、導体及び半導体のいずれかで構成され、前記吐出口形成基材の表面に、第一の電圧を印加する第一の電極及び前記第一の電圧と異なる値の第二の電圧を印加する第二の電極を備え、前記第一の電極及び前記第二の電極に電圧を印加することにより、前記吐出口形成基材における前記第一の電極と前記第二の電極の間の通電領域の少なくとも一部が発熱体として機能する液体吐出ヘッドとしたので、前記吐出口形成基材の表面の少なくとも一部がインク液に対して発熱体として作用し、前記インク液の粘度抑制効果の高い部分のみを選択的に加熱することが可能になるとともに、前記インク液及び液体吐出ヘッドを構成する部材に対する余分な加熱を低減することができ、さらに、加熱手段を設けるための余分な空間を必要としないことから、液体吐出ヘッドを小型に構成することができる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極が、前記吐出口形成基材の外表面側に配置され、前記第二の電極が、前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置されている液体吐出ヘッドとしたため、前記吐出口形成基材の前記第一の電極と前記第二の電極とで形成される厚み方向全域の通電領域を発熱体として機能させることが可能となる。
請求項３の発明によれば、請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の外表面側に配置されている液体吐出ヘッドとしたため、電極を同一面上に形成することができるため、さらに、製造プロセスを簡便化することができる。
請求項４の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置されている液体吐出ヘッドとしたため、前記吐出口形成基材の外表面に凹凸を有する部材を露出させないため、さらに、部材のクリーニングを容易かつ効果的に行うことができる。
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第一の電極及び前記第二の電極の少なくともいずれかが、前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に設けられている液体吐出ヘッドとしたため、吐出口近傍のインク液をより効果的に加熱することができる。
請求項６の発明は、請求項３から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に互いに重複しないように設けられている液体吐出ヘッドとしたため、吐出口近傍のインク液をさらに効果的に加熱することができる。
請求項７の発明は請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口形成基材が、導電ガラス、及び導電性樹脂のいずれかからなる液体吐出ヘッドとしたため、材質を選択することで電気抵抗率を選択することができ、様々なヘッド寸法（基材厚さ、吐出口直径、電極寸法など）や液滴吐出条件（液滴量、吐出周波数）に対して、電力供給手段の特性に合致した印加電圧設定が可能となる。
請求項８の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、第一の電極及び前記第二の電極のいずれかの近傍の前記前記吐出口形成基材表面上に、温度検出手段を備える液体吐出ヘッドとしたため、加熱部近傍の温度を検出し、検出した温度に応じて電力を調整可能となることから、周囲環境温度が変動するような場合であっても、安定した温度制御を実現できる。
請求項９の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備え、
装置を制御する回路と、画像データに基づき前記第一の電極及び前記第二の電極に印加する電圧を算出する回路とを少なくとも備える画像形成装置としたため、前記液体吐出ヘッドの液滴吐出動作が、画像データが示す吐出液滴数及び吐出液滴量の少なくとも一つを含むデータによって決定され、吐出液滴量に応じて電力（印加する電圧）が制御されることから、吐出液滴量がばらつく場合であっても、安定した温度制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態（実施例１）における吐出口近傍の構造を示す拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の液体吐出ヘッドの液滴吐出手段であるインクジェットノズルの一例を示す断面図であり、（ａ）は垂直方向の断面図、（ｂ）は水平方向の断面図である。
【図３】本発明の液体吐出ヘッドの他の実施形態（実施例２）における吐出口近傍の構造を示す拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態（実施例３）における吐出口近傍の構造を示す拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態（実施例４）における吐出口近傍の構造を示す拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ａ）中に示すＤ−Ｄ´面の断面図である。
【図６】本発明の画像形成装置における液体吐出装置の温度制御の実施態様の一例を示すフロー図である。
【図７】本発明の画像形成装置の全体構成の一実施形態を示す概念図である。
【図８】本発明の画像形成装置における制御ブロックの一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の画像形成装置における液体吐出装置の制御の一実施態様を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る液体吐出ヘッド及び画像形成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例の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。
【００１７】
〔実施例１〕
（液体吐出ヘッドの第一の実施態様）
図１及び図２は、本発明の液体吐出ヘッドの第一の実施態様（インクジェットヘッド）を説明する図であり、図１は吐出口（以下、「オリフィス」ということがある）近傍の拡大図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は断面図をそれぞれ表す。一方、図２は、本発明の液体吐出ヘッドの液滴吐出手段であるインクジェットノズルの構成を示す概略図であり、図２（ａ）は垂直方向の断面図であり、図２（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’部位の水平方向の断面図である。
【００１８】
最初に、本発明における液滴吐出手段であるインクジェットノズルについて、その全体構成と動作を説明する。
【００１９】
図２（ａ）は、インクジェットノズルの垂直方向の断面図（主断面図）を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）中に示されているＡ−Ａ´の水平方向の断面図を示す。
【００２０】
インクジェットノズル１は、フレーム９に振動板７、液室ブロック４、平板形状の吐出口形成基材２（以下「オリフィスプレート」ともいう）が順に積層された構造をとる。液室ブロック４から取り除かれた部分が液室５及び縮流部であるリストリクタ６を形成し、フレーム９から取り除かれた部分がインク液供給流路１０を形成し、同様にオリフィスプレート２に設けられた穿孔がインク液滴の吐出口（オリフィス）３を、それぞれ形成する。
振動板７は、可撓部材で構成されており、振動板７のフレーム側に位置する面には、液室５内のインクに運動エネルギーを付与するエネルギー発生体である圧電素子８が取り付けられている。
なお、本発明の液体吐出ヘッドは、上記の構成を有するインクジェットノズル１を少なくとも一つ以上配置したものである。
【００２１】
インク容器（図示せず）から供給されたインク液は、供給流路１０及びリストリクタ６を通って液室５に充填される。液室５にインクが充填された状態で圧電素子８に電圧を印加すると、圧電素子８の伸縮に伴って振動板７がたわみ変形し、図中矢印Ｂの方向に変位を生じる。振動板変位がインク液に圧力を生じさせ、この圧力がオリフィス３に伝播することにより、オリフィス３より液滴１１が図中矢印Ｃの方向に吐出することになる。なお、このときリストリクタ６は、液室内インクの供給流路１０への逆流を抑止する流路抵抗として作用する。
【００２２】
図１は、本発明の液体吐出ヘッドの第一の実施態様における、オリフィス近傍の拡大図であり、図１（ａ）が上面図を、図１（ｂ）が断面図をそれぞれ示す。
オリフィスプレート２の材質は、導電ガラスであり、ここにインク液滴吐出口であるオリフィス３が形成されている。また、オリフィスプレート２のインク液吐出側の表面（以下、「外表面」とあらわす）には、オリフィス３中心に対して略同心円の円弧形状をなす第一の電極２１ａが形成されており、この第一電極２１ａは、同一面上に絶縁層２４ａを介して形成される接続配線２２ａ及び電力供給配線２３ａを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。同様に、オリフィスプレート２の液室側の表面には、オリフィス３中心に対して略同心円の円弧形状をなす第二の電極３１ａが形成されており、この第二電極３１ａは、同一面上に絶縁層３４ａを介して形成される接続配線３２ａ及び電力供給配線２３ａを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。
なお、第一の電極及び第二の電極の材質としては、例えば、アルミニウム、白金、銅、ニッケル等から選択することができる。
【００２３】
ここで、電力供給回路より第一の電極２１ａに第一の電圧を、第二の電極３１ａに、第一の電極と異なる第二の電圧を印加すると、電極２１ａと電極３１ａとの間に抵抗回路が形成され、第一の電極と第二の電極との間を流れる電流により、オリフィスプレート２のオリフィス３近傍部分が発熱し（発熱体として機能し）、発熱体としてインク液に作用することとなる。
【００２４】
例えば、オリフィス直径が４０μｍ、オリフィスプレート厚が８０μｍ、液滴質量が３５ｎｇ、駆動周波数３０ｋＨｚの仕様を有するインクジェットノズルを用いて、純水を常温から５５℃加温して吐出させる場合を想定すると、単位時間あたりの流量と純水の比熱比からノズルあたりの必要電力は０．２４Ｗ（１２８ノズルを有する液体吐出ヘッドの場合、ヘッドあたり３０Ｗ）となる。ここで、オリフィスプレート３の材質が電気抵抗率０．２Ωｍを有する導電ガラスであり、オリフィスプレートの両面に内径５０μｍ、外径１００μｍの電極が形成されていれば、電極間の電気抵抗値は ２．７ｋΩとなり、電極２１ａと電極３１ａとの間に電位差２６Ｖをなす電圧を印加することによって加温に必要な電力を供給することができる。
【００２５】
上述のように加熱手段を構成することで、オリフィス近傍のみを選択的に加熱することが可能となり、液室内インクの温度を常温近くに保ちつつオリフィス近傍に位置するインク液の粘度を選択的に下げることができる。さらに、加熱手段を配設するための空間を、インクジェットノズル外部に確保する必要がなくなるという利点もある。
【００２６】
なお、オリフィスプレート２の材質としては、導電ガラスと同等の電気抵抗率を有する導電性樹脂から選択することもできる。
また、各電極の表面は、損傷を避けるために、使用するインクに対する耐食性を有する保護膜によって被覆されていることが望ましい。
【００２７】
〔実施例２〕
（液体吐出ヘッドの第二の実施態様）
図３は、本発明の液体吐出ヘッドの第二の実施態様（インクジェットヘッド）のオリフィス近傍の拡大図であり、図３（ａ）は上面図を、図３（ｂ）は断面図をそれぞれ示す。
【００２８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、実施例１の液体吐出ヘッドと同様、オリフィスプレート２の外表面に、オリフィス３の中心に対して略同心円の円弧形状なすように第一の電極２１ｂが形成されており、この第一電極２１ｂは、同一面上に絶縁層２４ｂを介して形成される接続配線２２ａ及び電力供給配線２３ｂを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。一方、本実施態様においては、第二の電極３１ｂも第一電極２１ｂと同一面に形成されており、第一の電極２１ｂを取り囲むようにオリフィス３の中心に対して略同心円の円弧形状をなし、かつ第一の電極２１ｂの接続配線２２ｂとの干渉を避けるよう、該当部分を切り欠いた形状となっている。また、第二電極３１ｂは、同一面上に絶縁層３４ｂを介して形成される接続配線３２ｂ及び電力供給配線２３ｂを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。
【００２９】
ここで、電力供給回路より第一の電極２１ｂに第一の電圧を、第二の電極３１ｂに、第一の電極と異なる第二の電圧を印加すると、電極２１ｂと電極３１ｂとの間に抵抗回路が形成され、そこを流れる電流により、オリフィスプレート２のオリフィス３近傍部分が発熱し（発熱体として機能し）、発熱体としてインク液に作用することとなる。
【００３０】
なお、オリフィスプレート２に対する電極の形成が片面のみで済むため、実施例１と比較して、電極形成のプロセスを簡略化することができる。
【００３１】
〔実施例３〕
（液体吐出ヘッドの第三の実施態様）
図４は、本発明の液体吐出ヘッドの第三の実施態様（インクジェットヘッド）のオリフィス近傍の拡大図であり、図４（ａ）は上面図を、図４（ｂ）が断面図をそれぞれ示す。
【００３２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、実施例２と同様、オリフィスプレート２の片面に第一及び第二の電極が形成されるものであるが、その電極形成面が異っている。詳述すると、オリフィスプレート２の液室側の表面に、オリフィス３の中心に対して略同心円の円弧形状をなすように第一の電極２１ｃが形成されており、この第一電極２１ｃは、同一面上に絶縁層２４ｃを介して形成される接続配線２２ｃ及び電力供給配線２３ｃを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。第二の電極３１ｃも第一電極２１ｃと同一面に形成されており、第一の電極２１ｃを取り囲むようにオリフィス３の中心に対して略同心円の円弧形状をなし、かつ第一の電極２１ｃの接続配線２２ｃとの干渉を避けるよう、該当部分を切り欠いた形状となっている。また、第二電極３１ｃは、同一面上に絶縁層３４ｃを介して形成される接続配線３２ｃ及び電力供給配線２３ｃを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。
【００３３】
ここで、電力供給回路より第一の電極２１ｃに第一の電圧を、第二の電極３１ｂに、第一の電極と異なる第二の電圧を印加すると、電極２１ｃと電極３１ｃとの間に抵抗回路が形成され、そこを流れる電流により、オリフィスプレート２のオリフィス３近傍部分が発熱し（発熱体として機能し）、発熱体としてインク液に作用することとなる。
【００３４】
なお、本実施態様においては、実施例２と同様に電極形成のプロセスを簡略化することができることに加え、オリフィスプレート２外表面に凹凸を形成する部材が露出しないため、たとえばブレードによる清掃動作をより効果的に行えるなどの利点がある。
【００３５】
〔実施例４〕
（液体吐出ヘッドの第四の実施態様）
図５は、本発明の液体吐出ヘッドの第四の実施態様（インクジェットヘッド）のオリフィス近傍の拡大図であり、図５（ａ）は上面図を、図５（ｂ）が断面図を、図５（ｃ）が図５（ａ）中のＤ−Ｄ´面の断面図をそれぞれ示す。
【００３６】
本実施態様の電極及び接続配線は実施例１と同様であるが、オリフィスプレート２の外表面におけるオリフィス３の近傍に温度検出手段４１を備えている。
温度検出手段４１は、オリフィスプレート２外表面上に絶縁層４４を介して形成された材質の異なる二つの配線４２及び４３により構成され、２つの配線が重なる部位４５において発生する起電力にもとづいて温度を検出する熱電対である。
電極の材質としては、例えば、配線４２にニッケル、配線４３に鉄の組み合わせを用いることが可能である。
【００３７】
図６に、実施例４の液体吐出ヘッドの液滴吐出を制御する液体吐出装置における温度制御フローの一例を示す。なお、前記液体吐出装置は、本発明の液体吐出ヘッドと本発明の画像形成装置の制御部の内の液体吐出ヘッドを駆動制御する制御部により構成される。
初期設定ステップで予め基準温度Ｔｒｅｆ、基準電力Ｐｒｅｆを設定しておき、液滴吐出動作開始後、所定の間隔で温度Ｔの検知を行い、温度がＴ＞Ｔｒｅｆである場合には電力Ｐｒｅｆを印加、Ｔ≦Ｔｒｅｆである場合には電力Ｐｒｅｆの印加を停止することにより、オリフィス近傍の温度がＴｒｅｆ付近で一定に保たれる。なおこの例では、制御手段を単純なオン−オフ制御としているが、制御手段はこれに限定されるものではない。
【００３８】
本実施態様においては、オリフィス近傍の温度を監視し、その情報をオリフィスへの電力印加に反映できるため、液体吐出ヘッドの外部環境温度が変動するような場合であっても、安定した温度の維持を実現できるという利点がある。
【００３９】
なお、本実施例における電極及び接続配線の構成は、実施例１の形態にならっているが、実施例２及び実施例３の電極構成において温度検出手段を備えた場合にも同様の効果が期待できる。
また温度検出手段は、液体吐出ヘッドあたり一つ備えることにより代表的な温度を検出する構成であってもよく、液体吐出ヘッドあたり複数備えることにより詳細な温度検出を行う構成であってもよい。
【００４０】
〔実施例５〕
（画像形成装置の第一の実施態様）
本発明の画像形成装置は、本発明の液体吐出ヘッドを備え、装置を制御する回路と、画像データに基づき前記第一の電極及び前記第二の電極に印加する電圧を算出する回路とを少なくとも備え、吐出液滴数または吐出液滴量の情報を含むデータである画像データに基づいて、印加電力を制御するものである。
【００４１】
図７は、本発明の画像形成装置の一実施態様（インクジェット装置）の全体構成を示す概念図のである。
図７に示す例では、記録媒体２００は連続したウェブ状の用紙であり、搬送ローラ２０６の駆動力によって供給ロール２０４から繰り出され、張架ローラ２０５、記録媒体支持部材であるプラテン２０２及び搬送ローラ２０６によって規定される経路上を図中矢印Ｅの方向に搬送されたのち、巻き取りロール２０７に巻き取られる。液体吐出ヘッド２０１はプラテン２０２と対向する位置に配置されており、ここで吐出されたインク液滴によって記録媒体２００上に画像の形成が行われ、画像定着手段である輻射型ヒータ２０３によって記録媒体２００上のインクが乾燥され、画像が定着する。
【００４２】
図８は、本発明の画像形成装置における制御ブロックの主要部分を示す図である。装置全体は画像形成装置制御回路２１０により統括されており、上記の動作は液体吐出ヘッド駆動回路２１１への画像データ送信と、記録媒体搬送装置駆動回路２１５への搬送開始・停止信号の送信を同期することにより実現される。
【００４３】
画像の形成は、送信された画像データが液体吐出ヘッド駆動回路２１１において圧電素子駆動波形に変換され、この圧電素子駆動波形に応じて液体吐出ヘッド２１２に備わるインクジェットノズルの圧電素子が動作し、その動作に伴ってインク液滴が吐出することにより行われる。ここで画像データとは、画像を形成するドット有無の情報を少なくとも含み、好ましくは画像の濃淡を決定する階調情報を含むものであって、インクジェットプリンタにあっては、そのいずれも本質的に吐出液滴数あるいは吐出液滴量を表している。
【００４４】
また本発明の画像形成装置は、さらに、投入電力算出回路２１３及び電力供給回路２１４を備えている。投入電力算出回路２１３は、受信した画像データをもとに、インクジェットノズルに備わる加熱手段に印加する電力を算出する機能を有する。
【００４５】
図９は、本発明の画像形成装置の制御フロー、詳しくは、本発明の画像形成装置の制御部の内の液体吐出ヘッドを駆動制御する制御部により構成される液体吐出装置における制御フローの一例である。
まず、画像形成動作すなわち液滴吐出動作の前段階において、基準液滴量Ｑｒｅｆ及び基準電力Ｐｒｅｆは、たとえば既定の制御間隔における液体吐出ヘッドの最大吐出液滴量と、それに対応する電力として設定され、初期電力Ｐｉｎｉは、たとえば既定の制御間隔における平均液滴吐出量に対応する電力として設定される。次に、液滴吐出動作の開始とともに電力の印加及び、画像データに基づいた吐出液滴量の加算が開始される。液滴吐出動作が次の制御タイミングまで継続された後、制御タイミング間での吐出液滴量Ｑが算出され、吐出液滴量Ｑの基準液滴量Ｑｒｅｆに対する比に基準電力Ｐｒｅｆを乗じることで、次に印加する電力Ｐが算出される。
【００４６】
本発明の画像形成装置においては、吐出液滴量に応じて電力が制御されるため、例えば、画像の粗密の差が大きい場合など吐出液滴量が大きくばらつく場合であっても、好適な温度制御が可能である。
【００４７】
本発明の画像形成装置の全体構成は上記の構成に限定されるものではなく、例えば、記録媒体は用紙以外にフィルム等であってもよく、その形態はウェブ状以外にシート状のものであってもよい。
また、液体吐出ヘッドが固定されて記録媒体が移動する構造となっているが、逆に記録媒体が固定され、液体吐出ヘッドが走査される構成であってもよい。
【００４８】
なお、本発明の液体吐出ヘッドにおけるインクジェットノズルの説明において、インク液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体として、たわみ変形する圧電素子を挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、縦変形により変位を発生する積層型の圧電素子であってもよく、加熱によるインク液の沸騰現象で気泡を発生させ、その気泡の圧力を運動エネルギーとする電気−熱変換素子であってもよい。
【００４９】
また、本発明の液体吐出ヘッドのオリフィスプレート２の材質として、導電ガラス及び導電性樹脂を挙げたが、これらに限定されるものではなく、オリフィスプレートの厚み、オリフィスの直径、電極の寸法、供給電圧等の組み合わせに応じて、適宜多種の材料から選択することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ インクジェットノズル
２ 吐出口形成基材（オリフィスプレート）
３ 吐出口（オリフィス）
４ 液室ブロック
５ 液室
６ リストリクタ（縮流部）
７ 振動板
８ 圧電素子（エネルギー発生体）
９ フレーム
１０ 供給流路
１１ 液滴
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 第一の電極
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 接続配線
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 電力供給配線
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 絶縁層
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 第二の電極
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 接続配線
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 電力供給配線
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ 絶縁層
４１ 温度検出手段
４２、４３ 配線
４４ 絶縁層
４５ 配線重複部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特許４０２２７２１号公報
【特許文献２】特開昭６２−１５２５８号公報
【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用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置として、インク液滴を吐出し、記録媒体上に着弾させることにより画像を形成するインクジェットプリンタが広く普及している。なかでも、記録に供するインク液滴のみを選択的に吐出する、いわゆるオンデマンド方式が現在主流である。
オンデマンド方式は、インク液が吐出する運動エネルギーの発生原理によって、圧電素子の変位によりインク液中に圧力を発生させ、その圧力からインク液滴吐出の運動エネルギーを得る、いわゆるピエゾ方式と、電気−熱変換素子によりインク液中に気泡を発生させ、その気泡の膨張によりインクを排除することによりインク液滴吐出の運動エネルギーを得る、いわゆるサーマル方式とに大別される。なお、ピエゾ方式及びサーマル方式ともに、上述した原理によってインク液滴を吐出するインクジェットノズルを、一つの液体吐出ヘッドあたり複数備える構成が一般的である。
【０００３】
一方、インク及び記録媒体に関しては、水性のインクを使用し、紙などの浸透性を有する記録媒体に画像を記録するものが広く用いられてきたが、近年、市場ニーズの多様性に応える形で、多様なインク及び記録媒体の使用が拡大している。
例えば、紫外線硬化型インクを用いてフィルム等の非浸透性の媒体に画像を形成する例や、導電性インクを用いて配線基板上に配線パターンを形成し、電気回路を製造する適用例などがある。
【０００４】
上記のように発色以外の機能を付加したインクにおいては、水性インクと比較して、常温で高い粘度を示すものがあることが知られている。インクジェットノズルから吐出されるインク液滴の速度及び液滴量（質量または体積）は、インク液の粘度に大きく影響されるため、殊に粘度が過大である場合には、インク液滴の吐出そのものが困難となる場合がある。
【０００５】
上記の問題の対策のひとつとして、インクを加熱する方法がある。これは、上記の紫外線硬化型インクや導電性インクの多くが低温で高粘度となり、高温で低粘度となる特性を有することを利用し、常温で吐出に適さない高粘度のインクを吐出時に加熱することにより、吐出に適した粘度まで低下させるものである。
【０００６】
例えば、液体吐出ヘッドを所定温度に維持する加熱手段を用いる構成（例えば、特許文献１参照）や、インク液滴吐出口を備えるオリフィスプレートの表面ないし内部に発熱体を設け、オリフィスプレート全体を加熱する構成（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、液体吐出ヘッド全体を加熱する加熱手段を設ける構成の場合、液体吐出ヘッド外部に加熱手段を実装するための空間が占有されるという問題がある。また、この構成では、加熱は吐出に供されるインクのみならず、液体吐出ヘッド内部に滞留するすべてのインク及び液体吐出ヘッドを構成するほぼすべての部材に及ぶ。したがって、この構成の液体吐出ヘッドが一旦加熱されると、画像形成動作を停止した後の一定時間、インクは高温状態に保たれることとなる。インクが高温を保ったまま液体吐出ヘッドが動作を停止した場合、インク吐出口近傍のインクが乾燥により硬化したり、また紫外線硬化型インクの場合は液体吐出ヘッド内のインクが全域にわたり急激な粘度上昇を示したりすることがあり、これらが動作再開時のインク吐出不良の原因になることがある。
【０００８】
なお、この問題に対し、特許文献１に記載の技術では、液体吐出ヘッド外に設けたインク冷却手段と循環ポンプとを備えた構成が提案されているが、この構成は装置の小型化及び低コスト化に対して不利なものとなる。
【０００９】
一方、オリフィスプレートの表面または内部に加熱手段を設けた場合、加熱がすべての部材に及ぶという問題は低減されるものの、投入した熱量の一部がオリフィスプレートに接する液体吐出ヘッド構成部材に逃げてしまい、オリフィスプレートに接するインクは全域で加熱されることとなるが、インク吐出口近傍以外の滞留部にあるインクについては粘度低減効果が低いため、余分な熱量供給がなされるという問題がある。
【００１０】
また、インクジェットノズルにおいて、高い粘度低減効果を期待できる部分の一つは、インクの流速が速く、壁面との速度勾配が大きくなるインク吐出口近傍である。したがって、インク吐出口付近にある最小限のインク液のみを選択的に加熱できることが望ましいが、そのような技術は提案されていない。
【００１１】
本発明の課題は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、吐出口付近のインク液を選択的に効率よく加熱可能であり、かつ小型化が可能な液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出ヘッド及び画像形成装置は、以下のとおりである。
〔１〕 液滴を吐出する吐出口と、
該吐出口が形成された吐出口形成基材と、
該吐出口形成基材に隣接して設けられ、前記吐出口と連通し、液を貯留する液室と、
該液室内の前記液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体とを有する液滴吐出手段を少なくとも一つ備え、
前記吐出口形成基材が、導体及び半導体のいずれかで構成され、
前記吐出口形成基材の表面に、第一の電圧を印加する第一の電極及び前記第一の電圧と異なる値の第二の電圧を印加する第二の電極を備え、
前記第一の電極及び前記第二の電極に電圧を印加することにより、前記吐出口形成基材における前記第一の電極と前記第二の電極の間の通電領域の少なくとも一部が発熱体として機能することを特徴とする液体吐出ヘッドである。
〔２〕 前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極が、前記吐出口形成基材の外表面側に配置され、前記第二の電極が、前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の液体吐出ヘッドである。
〔３〕 前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の外表面側に配置されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の液体吐出ヘッドである。
〔４〕 前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の液体吐出ヘッドである。
〔５〕 前記第一の電極及び前記第二の電極の少なくともいずれかが、前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に設けられていることを特徴とする前記〔１〕から〔４〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
〔６〕 前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に互いに重複しないように設けられていることを特徴とする前記〔３〕から〔４〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
〔７〕 前記吐出口形成基材が、導電ガラス、及び導電性樹脂のいずれかからなることを特徴とする前記〔１〕から〔６〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
〔８〕 第一の電極及び前記第二の電極のいずれかの近傍の前記前記吐出口形成基材表面上に、温度検出手段を備えることを特徴とする前記〔１〕から〔７〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
〔９〕 前記〔１〕から〔８〕のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備え、装置を制御する回路と、画像データに基づき前記第一の電極及び前記第二の電極に印加する電圧を算出する回路とを少なくとも備えることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、吐出口付近のインク液を選択的に効率よく加熱可能であり、かつ小型化が可能な液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の効果として、請求項１の発明によれば、液滴を吐出する吐出口と、該吐出口が形成された吐出口形成基材と、該吐出口形成基材に隣接して設けられ、前記吐出口と連通し、液を貯留する液室と、該液室内の前記液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体とを有する液滴吐出手段を少なくとも一つ備え、前記吐出口形成基材が、導体及び半導体のいずれかで構成され、前記吐出口形成基材の表面に、第一の電圧を印加する第一の電極及び前記第一の電圧と異なる値の第二の電圧を印加する第二の電極を備え、前記第一の電極及び前記第二の電極に電圧を印加することにより、前記吐出口形成基材における前記第一の電極と前記第二の電極の間の通電領域の少なくとも一部が発熱体として機能する液体吐出ヘッドとしたので、前記吐出口形成基材の表面の少なくとも一部がインク液に対して発熱体として作用し、前記インク液の粘度抑制効果の高い部分のみを選択的に加熱することが可能になるとともに、前記インク液及び液体吐出ヘッドを構成する部材に対する余分な加熱を低減することができ、さらに、加熱手段を設けるための余分な空間を必要としないことから、液体吐出ヘッドを小型に構成することができる。
請求項２の発明によれば、請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極が、前記吐出口形成基材の外表面側に配置され、前記第二の電極が、前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置されている液体吐出ヘッドとしたため、前記吐出口形成基材の前記第一の電極と前記第二の電極とで形成される厚み方向全域の通電領域を発熱体として機能させることが可能となる。
請求項３の発明によれば、請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の外表面側に配置されている液体吐出ヘッドとしたため、電極を同一面上に形成することができるため、さらに、製造プロセスを簡便化することができる。
請求項４の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置されている液体吐出ヘッドとしたため、前記吐出口形成基材の外表面に凹凸を有する部材を露出させないため、さらに、部材のクリーニングを容易かつ効果的に行うことができる。
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第一の電極及び前記第二の電極の少なくともいずれかが、前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に設けられている液体吐出ヘッドとしたため、吐出口近傍のインク液をより効果的に加熱することができる。
請求項６の発明は、請求項３から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に互いに重複しないように設けられている液体吐出ヘッドとしたため、吐出口近傍のインク液をさらに効果的に加熱することができる。
請求項７の発明は請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記吐出口形成基材が、導電ガラス、及び導電性樹脂のいずれかからなる液体吐出ヘッドとしたため、材質を選択することで電気抵抗率を選択することができ、様々なヘッド寸法（基材厚さ、吐出口直径、電極寸法など）や液滴吐出条件（液滴量、吐出周波数）に対して、電力供給手段の特性に合致した印加電圧設定が可能となる。
請求項８の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、第一の電極及び前記第二の電極のいずれかの近傍の前記前記吐出口形成基材表面上に、温度検出手段を備える液体吐出ヘッドとしたため、加熱部近傍の温度を検出し、検出した温度に応じて電力を調整可能となることから、周囲環境温度が変動するような場合であっても、安定した温度制御を実現できる。
請求項９の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備え、
装置を制御する回路と、画像データに基づき前記第一の電極及び前記第二の電極に印加する電圧を算出する回路とを少なくとも備える画像形成装置としたため、前記液体吐出ヘッドの液滴吐出動作が、画像データが示す吐出液滴数及び吐出液滴量の少なくとも一つを含むデータによって決定され、吐出液滴量に応じて電力（印加する電圧）が制御されることから、吐出液滴量がばらつく場合であっても、安定した温度制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態（実施例１）における吐出口近傍の構造を示す拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の液体吐出ヘッドの液滴吐出手段であるインクジェットノズルの一例を示す断面図であり、（ａ）は垂直方向の断面図、（ｂ）は水平方向の断面図である。
【図３】本発明の液体吐出ヘッドの他の実施形態（実施例２）における吐出口近傍の構造を示す拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態（実施例３）における吐出口近傍の構造を示す拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態（実施例４）における吐出口近傍の構造を示す拡大図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は（ａ）中に示すＤ−Ｄ´面の断面図である。
【図６】本発明の画像形成装置における液体吐出装置の温度制御の実施態様の一例を示すフロー図である。
【図７】本発明の画像形成装置の全体構成の一実施形態を示す概念図である。
【図８】本発明の画像形成装置における制御ブロックの一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の画像形成装置における液体吐出装置の制御の一実施態様を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る液体吐出ヘッド及び画像形成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例の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。
【００１７】
〔実施例１〕
（液体吐出ヘッドの第一の実施態様）
図１及び図２は、本発明の液体吐出ヘッドの第一の実施態様（インクジェットヘッド）を説明する図であり、図１は吐出口（以下、「オリフィス」ということがある）近傍の拡大図であり、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は断面図をそれぞれ表す。一方、図２は、本発明の液体吐出ヘッドの液滴吐出手段であるインクジェットノズルの構成を示す概略図であり、図２（ａ）は垂直方向の断面図であり、図２（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ’部位の水平方向の断面図である。
【００１８】
最初に、本発明における液滴吐出手段であるインクジェットノズルについて、その全体構成と動作を説明する。
【００１９】
図２（ａ）は、インクジェットノズルの垂直方向の断面図（主断面図）を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）中に示されているＡ−Ａ´の水平方向の断面図を示す。
【００２０】
インクジェットノズル１は、フレーム９に振動板７、液室ブロック４、平板形状の吐出口形成基材２（以下「オリフィスプレート」ともいう）が順に積層された構造をとる。液室ブロック４から取り除かれた部分が液室５及び縮流部であるリストリクタ６を形成し、フレーム９から取り除かれた部分がインク液供給流路１０を形成し、同様にオリフィスプレート２に設けられた穿孔がインク液滴の吐出口（オリフィス）３を、それぞれ形成する。
振動板７は、可撓部材で構成されており、振動板７のフレーム側に位置する面には、液室５内のインクに運動エネルギーを付与するエネルギー発生体である圧電素子８が取り付けられている。
なお、本発明の液体吐出ヘッドは、上記の構成を有するインクジェットノズル１を少なくとも一つ以上配置したものである。
【００２１】
インク容器（図示せず）から供給されたインク液は、供給流路１０及びリストリクタ６を通って液室５に充填される。液室５にインクが充填された状態で圧電素子８に電圧を印加すると、圧電素子８の伸縮に伴って振動板７がたわみ変形し、図中矢印Ｂの方向に変位を生じる。振動板変位がインク液に圧力を生じさせ、この圧力がオリフィス３に伝播することにより、オリフィス３より液滴１１が図中矢印Ｃの方向に吐出することになる。なお、このときリストリクタ６は、液室内インクの供給流路１０への逆流を抑止する流路抵抗として作用する。
【００２２】
図１は、本発明の液体吐出ヘッドの第一の実施態様における、オリフィス近傍の拡大図であり、図１（ａ）が上面図を、図１（ｂ）が断面図をそれぞれ示す。
オリフィスプレート２の材質は、導電ガラスであり、ここにインク液滴吐出口であるオリフィス３が形成されている。また、オリフィスプレート２のインク液吐出側の表面（以下、「外表面」とあらわす）には、オリフィス３中心に対して略同心円の円弧形状をなす第一の電極２１ａが形成されており、この第一電極２１ａは、同一面上に絶縁層２４ａを介して形成される接続配線２２ａ及び電力供給配線２３ａを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。同様に、オリフィスプレート２の液室側の表面には、オリフィス３中心に対して略同心円の円弧形状をなす第二の電極３１ａが形成されており、この第二電極３１ａは、同一面上に絶縁層３４ａを介して形成される接続配線３２ａ及び電力供給配線２３ａを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。
なお、第一の電極及び第二の電極の材質としては、例えば、アルミニウム、白金、銅、ニッケル等から選択することができる。
【００２３】
ここで、電力供給回路より第一の電極２１ａに第一の電圧を、第二の電極３１ａに、第一の電極と異なる第二の電圧を印加すると、電極２１ａと電極３１ａとの間に抵抗回路が形成され、第一の電極と第二の電極との間を流れる電流により、オリフィスプレート２のオリフィス３近傍部分が発熱し（発熱体として機能し）、発熱体としてインク液に作用することとなる。
【００２４】
例えば、オリフィス直径が４０μｍ、オリフィスプレート厚が８０μｍ、液滴質量が３５ｎｇ、駆動周波数３０ｋＨｚの仕様を有するインクジェットノズルを用いて、純水を常温から５５℃加温して吐出させる場合を想定すると、単位時間あたりの流量と純水の比熱比からノズルあたりの必要電力は０．２４Ｗ（１２８ノズルを有する液体吐出ヘッドの場合、ヘッドあたり３０Ｗ）となる。ここで、オリフィスプレート３の材質が電気抵抗率０．２Ωｍを有する導電ガラスであり、オリフィスプレートの両面に内径５０μｍ、外径１００μｍの電極が形成されていれば、電極間の電気抵抗値は ２．７ｋΩとなり、電極２１ａと電極３１ａとの間に電位差２６Ｖをなす電圧を印加することによって加温に必要な電力を供給することができる。
【００２５】
上述のように加熱手段を構成することで、オリフィス近傍のみを選択的に加熱することが可能となり、液室内インクの温度を常温近くに保ちつつオリフィス近傍に位置するインク液の粘度を選択的に下げることができる。さらに、加熱手段を配設するための空間を、インクジェットノズル外部に確保する必要がなくなるという利点もある。
【００２６】
なお、オリフィスプレート２の材質としては、導電ガラスと同等の電気抵抗率を有する導電性樹脂から選択することもできる。
また、各電極の表面は、損傷を避けるために、使用するインクに対する耐食性を有する保護膜によって被覆されていることが望ましい。
【００２７】
〔実施例２〕
（液体吐出ヘッドの第二の実施態様）
図３は、本発明の液体吐出ヘッドの第二の実施態様（インクジェットヘッド）のオリフィス近傍の拡大図であり、図３（ａ）は上面図を、図３（ｂ）は断面図をそれぞれ示す。
【００２８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、実施例１の液体吐出ヘッドと同様、オリフィスプレート２の外表面に、オリフィス３の中心に対して略同心円の円弧形状なすように第一の電極２１ｂが形成されており、この第一電極２１ｂは、同一面上に絶縁層２４ｂを介して形成される接続配線２２ａ及び電力供給配線２３ｂを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。一方、本実施態様においては、第二の電極３１ｂも第一電極２１ｂと同一面に形成されており、第一の電極２１ｂを取り囲むようにオリフィス３の中心に対して略同心円の円弧形状をなし、かつ第一の電極２１ｂの接続配線２２ｂとの干渉を避けるよう、該当部分を切り欠いた形状となっている。また、第二電極３１ｂは、同一面上に絶縁層３４ｂを介して形成される接続配線３２ｂ及び電力供給配線２３ｂを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。
【００２９】
ここで、電力供給回路より第一の電極２１ｂに第一の電圧を、第二の電極３１ｂに、第一の電極と異なる第二の電圧を印加すると、電極２１ｂと電極３１ｂとの間に抵抗回路が形成され、そこを流れる電流により、オリフィスプレート２のオリフィス３近傍部分が発熱し（発熱体として機能し）、発熱体としてインク液に作用することとなる。
【００３０】
なお、オリフィスプレート２に対する電極の形成が片面のみで済むため、実施例１と比較して、電極形成のプロセスを簡略化することができる。
【００３１】
〔実施例３〕
（液体吐出ヘッドの第三の実施態様）
図４は、本発明の液体吐出ヘッドの第三の実施態様（インクジェットヘッド）のオリフィス近傍の拡大図であり、図４（ａ）は上面図を、図４（ｂ）が断面図をそれぞれ示す。
【００３２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、実施例２と同様、オリフィスプレート２の片面に第一及び第二の電極が形成されるものであるが、その電極形成面が異っている。詳述すると、オリフィスプレート２の液室側の表面に、オリフィス３の中心に対して略同心円の円弧形状をなすように第一の電極２１ｃが形成されており、この第一電極２１ｃは、同一面上に絶縁層２４ｃを介して形成される接続配線２２ｃ及び電力供給配線２３ｃを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。第二の電極３１ｃも第一電極２１ｃと同一面に形成されており、第一の電極２１ｃを取り囲むようにオリフィス３の中心に対して略同心円の円弧形状をなし、かつ第一の電極２１ｃの接続配線２２ｃとの干渉を避けるよう、該当部分を切り欠いた形状となっている。また、第二電極３１ｃは、同一面上に絶縁層３４ｃを介して形成される接続配線３２ｃ及び電力供給配線２３ｃを通じて、電力供給回路（図示せず）と接続されている。
【００３３】
ここで、電力供給回路より第一の電極２１ｃに第一の電圧を、第二の電極３１ｂに、第一の電極と異なる第二の電圧を印加すると、電極２１ｃと電極３１ｃとの間に抵抗回路が形成され、そこを流れる電流により、オリフィスプレート２のオリフィス３近傍部分が発熱し（発熱体として機能し）、発熱体としてインク液に作用することとなる。
【００３４】
なお、本実施態様においては、実施例２と同様に電極形成のプロセスを簡略化することができることに加え、オリフィスプレート２外表面に凹凸を形成する部材が露出しないため、たとえばブレードによる清掃動作をより効果的に行えるなどの利点がある。
【００３５】
〔実施例４〕
（液体吐出ヘッドの第四の実施態様）
図５は、本発明の液体吐出ヘッドの第四の実施態様（インクジェットヘッド）のオリフィス近傍の拡大図であり、図５（ａ）は上面図を、図５（ｂ）が断面図を、図５（ｃ）が図５（ａ）中のＤ−Ｄ´面の断面図をそれぞれ示す。
【００３６】
本実施態様の電極及び接続配線は実施例１と同様であるが、オリフィスプレート２の外表面におけるオリフィス３の近傍に温度検出手段４１を備えている。
温度検出手段４１は、オリフィスプレート２外表面上に絶縁層４４を介して形成された材質の異なる二つの配線４２及び４３により構成され、２つの配線が重なる部位４５において発生する起電力にもとづいて温度を検出する熱電対である。
電極の材質としては、例えば、配線４２にニッケル、配線４３に鉄の組み合わせを用いることが可能である。
【００３７】
図６に、実施例４の液体吐出ヘッドの液滴吐出を制御する液体吐出装置における温度制御フローの一例を示す。なお、前記液体吐出装置は、本発明の液体吐出ヘッドと本発明の画像形成装置の制御部の内の液体吐出ヘッドを駆動制御する制御部により構成される。
初期設定ステップで予め基準温度Ｔｒｅｆ、基準電力Ｐｒｅｆを設定しておき、液滴吐出動作開始後、所定の間隔で温度Ｔの検知を行い、温度がＴ＞Ｔｒｅｆである場合には電力Ｐｒｅｆを印加、Ｔ≦Ｔｒｅｆである場合には電力Ｐｒｅｆの印加を停止することにより、オリフィス近傍の温度がＴｒｅｆ付近で一定に保たれる。なおこの例では、制御手段を単純なオン−オフ制御としているが、制御手段はこれに限定されるものではない。
【００３８】
本実施態様においては、オリフィス近傍の温度を監視し、その情報をオリフィスへの電力印加に反映できるため、液体吐出ヘッドの外部環境温度が変動するような場合であっても、安定した温度の維持を実現できるという利点がある。
【００３９】
なお、本実施例における電極及び接続配線の構成は、実施例１の形態にならっているが、実施例２及び実施例３の電極構成において温度検出手段を備えた場合にも同様の効果が期待できる。
また温度検出手段は、液体吐出ヘッドあたり一つ備えることにより代表的な温度を検出する構成であってもよく、液体吐出ヘッドあたり複数備えることにより詳細な温度検出を行う構成であってもよい。
【００４０】
〔実施例５〕
（画像形成装置の第一の実施態様）
本発明の画像形成装置は、本発明の液体吐出ヘッドを備え、装置を制御する回路と、画像データに基づき前記第一の電極及び前記第二の電極に印加する電圧を算出する回路とを少なくとも備え、吐出液滴数または吐出液滴量の情報を含むデータである画像データに基づいて、印加電力を制御するものである。
【００４１】
図７は、本発明の画像形成装置の一実施態様（インクジェット装置）の全体構成を示す概念図のである。
図７に示す例では、記録媒体２００は連続したウェブ状の用紙であり、搬送ローラ２０６の駆動力によって供給ロール２０４から繰り出され、張架ローラ２０５、記録媒体支持部材であるプラテン２０２及び搬送ローラ２０６によって規定される経路上を図中矢印Ｅの方向に搬送されたのち、巻き取りロール２０７に巻き取られる。液体吐出ヘッド２０１はプラテン２０２と対向する位置に配置されており、ここで吐出されたインク液滴によって記録媒体２００上に画像の形成が行われ、画像定着手段である輻射型ヒータ２０３によって記録媒体２００上のインクが乾燥され、画像が定着する。
【００４２】
図８は、本発明の画像形成装置における制御ブロックの主要部分を示す図である。装置全体は画像形成装置制御回路２１０により統括されており、上記の動作は液体吐出ヘッド駆動回路２１１への画像データ送信と、記録媒体搬送装置駆動回路２１５への搬送開始・停止信号の送信を同期することにより実現される。
【００４３】
画像の形成は、送信された画像データが液体吐出ヘッド駆動回路２１１において圧電素子駆動波形に変換され、この圧電素子駆動波形に応じて液体吐出ヘッド２１２に備わるインクジェットノズルの圧電素子が動作し、その動作に伴ってインク液滴が吐出することにより行われる。ここで画像データとは、画像を形成するドット有無の情報を少なくとも含み、好ましくは画像の濃淡を決定する階調情報を含むものであって、インクジェットプリンタにあっては、そのいずれも本質的に吐出液滴数あるいは吐出液滴量を表している。
【００４４】
また本発明の画像形成装置は、さらに、投入電力算出回路２１３及び電力供給回路２１４を備えている。投入電力算出回路２１３は、受信した画像データをもとに、インクジェットノズルに備わる加熱手段に印加する電力を算出する機能を有する。
【００４５】
図９は、本発明の画像形成装置の制御フロー、詳しくは、本発明の画像形成装置の制御部の内の液体吐出ヘッドを駆動制御する制御部により構成される液体吐出装置における制御フローの一例である。
まず、画像形成動作すなわち液滴吐出動作の前段階において、基準液滴量Ｑｒｅｆ及び基準電力Ｐｒｅｆは、たとえば既定の制御間隔における液体吐出ヘッドの最大吐出液滴量と、それに対応する電力として設定され、初期電力Ｐｉｎｉは、たとえば既定の制御間隔における平均液滴吐出量に対応する電力として設定される。次に、液滴吐出動作の開始とともに電力の印加及び、画像データに基づいた吐出液滴量の加算が開始される。液滴吐出動作が次の制御タイミングまで継続された後、制御タイミング間での吐出液滴量Ｑが算出され、吐出液滴量Ｑの基準液滴量Ｑｒｅｆに対する比に基準電力Ｐｒｅｆを乗じることで、次に印加する電力Ｐが算出される。
【００４６】
本発明の画像形成装置においては、吐出液滴量に応じて電力が制御されるため、例えば、画像の粗密の差が大きい場合など吐出液滴量が大きくばらつく場合であっても、好適な温度制御が可能である。
【００４７】
本発明の画像形成装置の全体構成は上記の構成に限定されるものではなく、例えば、記録媒体は用紙以外にフィルム等であってもよく、その形態はウェブ状以外にシート状のものであってもよい。
また、液体吐出ヘッドが固定されて記録媒体が移動する構造となっているが、逆に記録媒体が固定され、液体吐出ヘッドが走査される構成であってもよい。
【００４８】
なお、本発明の液体吐出ヘッドにおけるインクジェットノズルの説明において、インク液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体として、たわみ変形する圧電素子を挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、縦変形により変位を発生する積層型の圧電素子であってもよく、加熱によるインク液の沸騰現象で気泡を発生させ、その気泡の圧力を運動エネルギーとする電気−熱変換素子であってもよい。
【００４９】
また、本発明の液体吐出ヘッドのオリフィスプレート２の材質として、導電ガラス及び導電性樹脂を挙げたが、これらに限定されるものではなく、オリフィスプレートの厚み、オリフィスの直径、電極の寸法、供給電圧等の組み合わせに応じて、適宜多種の材料から選択することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ インクジェットノズル
２ 吐出口形成基材（オリフィスプレート）
３ 吐出口（オリフィス）
４ 液室ブロック
５ 液室
６ リストリクタ（縮流部）
７ 振動板
８ 圧電素子（エネルギー発生体）
９ フレーム
１０ 供給流路
１１ 液滴
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 第一の電極
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 接続配線
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 電力供給配線
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 絶縁層
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 第二の電極
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 接続配線
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 電力供給配線
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ 絶縁層
４１ 温度検出手段
４２、４３ 配線
４４ 絶縁層
４５ 配線重複部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特許４０２２７２１号公報
【特許文献２】特開昭６２−１５２５８号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する吐出口と、
該吐出口が形成された吐出口形成基材と、
該吐出口形成基材に隣接して設けられ、前記吐出口と連通し、液を貯留する液室と、
該液室内の前記液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体とを有する液滴吐出手段を少なくとも一つ備え、
前記吐出口形成基材が、導体及び半導体のいずれかで構成され、
前記吐出口形成基材の表面に、第一の電圧を印加する第一の電極及び前記第一の電圧と異なる値の第二の電圧を印加する第二の電極を備え、
前記第一の電極及び前記第二の電極に電圧を印加することにより、前記吐出口形成基材における前記第一の電極と前記第二の電極の間の通電領域の少なくとも一部が発熱体として機能することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極が、前記吐出口形成基材の外表面側に配置され、前記第二の電極が、前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置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】
前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の外表面側に配置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４】
前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置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５】
前記第一の電極及び前記第二の電極の少なくともいずれかが、前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に互いに重複しないように設けられていることを特徴とする請求項３から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記吐出口形成基材が、導電ガラス、及び導電性樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
第一の電極及び前記第二の電極のいずれかの近傍の前記前記吐出口形成基材表面上に、温度検出手段を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備え、
装置を制御する回路と、画像データに基づき前記第一の電極及び前記第二の電極に印加する電圧を算出する回路とを少なくとも備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
液滴を吐出する吐出口と、
該吐出口が形成された吐出口形成基材と、
該吐出口形成基材に隣接して設けられ、前記吐出口と連通し、液を貯留する液室と、
該液室内の前記液に運動エネルギーを付与するエネルギー発生体とを有する液滴吐出手段を少なくとも一つ備え、
前記吐出口形成基材が、導体及び半導体のいずれかで構成され、
前記吐出口形成基材の表面に、第一の電圧を印加する第一の電極及び前記第一の電圧と異なる値の第二の電圧を印加する第二の電極を備え、
前記第一の電極及び前記第二の電極に電圧を印加することにより、前記吐出口形成基材における前記第一の電極と前記第二の電極の間の通電領域の少なくとも一部が発熱体として機能することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極が、前記吐出口形成基材の外表面側に配置され、前記第二の電極が、前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置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】
前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の外表面側に配置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４】
前記吐出口形成基材が平板形状であり、前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口形成基材の前記液室と接する面に配置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５】
前記第一の電極及び前記第二の電極の少なくともいずれかが、前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記第一の電極及び前記第二の電極が、ともに前記吐出口と略同心円の円弧形状の電極であり、前記吐出口の外周に互いに重複しないように設けられていることを特徴とする請求項３から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記吐出口形成基材が、導電ガラス、及び導電性樹脂のいずれかからなることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
第一の電極及び前記第二の電極のいずれかの近傍の前記前記吐出口形成基材表面上に、温度検出手段を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備え、
装置を制御する回路と、画像データに基づき前記第一の電極及び前記第二の電極に印加する電圧を算出する回路とを少なくとも備えることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２５４６５（Ｐ２０１１−２５４６５Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７１９８７（Ｐ２００９−１７１９８７）
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]