JP2006218770A - 液体吐出ヘッド用及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 振動板に圧電素子を接合するヘッドで高密度配置を行うと、流路板やノズル板が変動して相互干渉が発生し、画像品質が低下する。
【解決手段】 液室６の壁面を構成する振動板２と圧電素子１２とを連結する連結部１１は、振動板２側の第１層１１ａと圧電素子１２側の第２層１１ｂの２層構造とし、圧電素子１２側の第２層１１ｂの液室長手方向長さＬｐを振動板２側の第１層１１ａの液室長手方向長さＬｍよりも長く形成して、振動板２側と圧電素子１２側で液室長手方向長さを異ならせることで、振動板２の剛性を維持しつつ圧電素子１２と流路板１との距離を相対的に長くすることで、高密度配置を行ったときでも圧電素子１２による変位が流路板１に伝わりにくくした。
【選択図】 図３

Description

本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドを記録ヘッドに用いて、記録紙等の被記録媒体（以下「用紙」と称するが、材質を紙に限定するものではなく、記録媒体、転写紙、転写材、被記録材などとも称される。）に記録液としてのインク滴を吐出して記録（画像形成、印写、印字、印刷なども同義語である。）を行うものである。

このような画像形成装置における例えば積層型圧電素子を用いる液体吐出ヘッドとしては、駆動変位させる圧電素子と支柱となる圧電素子とを交互に配置したバイピッチ構造のものと、駆動変位させる圧電素子だけを配置して支柱となる圧電素子をなくしたノーマルピッチ構造のものが知られている。
特開２００１−３０４８９号公報 特開２００１−３０４８３号公報

バイピッチ構造のヘッドは、液室を形成する流路部材を支柱部で支持しているので、圧電素子を駆動したときに流路部材やノズル板全体が変位することで駆動しない液室に対して圧力変化が生じ、滴吐出特性が変動するという相互干渉を低減できるが、圧電素子間に支柱部を介在させるためにノズルピッチが相対的に広くなり、その結果、ノズルの高密度配置が難しくなる。他方、ノーマルピッチ構造のヘッドは、流路部材を支持する支柱部がないために高密度化は容易であるが、相互干渉が生じやすくなる。

そこで、例えば特許文献１に記載の液体吐出ヘッドにあっては、圧力室を複数有し、その各々の圧力室に対して振動板に一端が接続された第１の圧電素子と、この第１の圧電素子と並んで配置され圧力室の側壁に一端が接続された第２の圧電素子を有し、第１の圧電素子の他端と第２の圧電素子の他端は、一つおきに接続されており、その間の一つおきは分離されている構成としている。

また、特許文献３に記載されているように、圧力室に一端が接続され駆動される圧電素子である駆動柱と、圧力室の側壁に一端が接続した固定部材として作用する非駆動の圧電素子である固定柱が、交互に並んで配置され、駆動柱及び固定柱の他端がベース部で一体化され、固定柱の圧電素子は分極状態にありかつ電気的に開放である構成とした液体吐出ヘッドがある。
特開２００１−８８３００号公報

さらに、特許文献４に記載されているように、隣接する圧力室間を隔離する圧力室隔壁の一部を厚肉部として剛性を高め、圧力室隔壁による圧力室へのクロストークを低減する手段を講じた液体吐出ヘッドがある。
特開２００１−１９９０６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドにあっては、駆動している圧電素子が互いに干渉しないという利点を持つものの、圧電素子列の切断方法が１つおきに変わるため、加工が難しくなり、また、バイピッチ構造が前提となっているためにノーマルピッチ構造には適用できないという課題がある。

特許文献３に記載の液体吐出ヘッドにあっては、その効果があまり期待できないし、バイピッチ構造が前提となっているためにノーマルピッチ構造には適用できないという課題がある。

特許文献４に記載の液体吐出ヘッドにあっては、隔壁幅が増加するために高密度化には十分に対応できないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、相互干渉を抑制しつつ高密度化を図れる液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、振動板と圧力発生手段の連結部は、振動板側と圧力発生手段側とで液室の長手方向の長さが異なっている構成とした。

ここで、連結部の振動板側の長手方向長さをＬｍ、圧力発生手段側の長手方向長さをＬｐとしたとき、０．６＜Ｌｐ／Ｌｍ＜０．９の関係にあることが好ましい。また、連結部は２層構造であることが好ましい。

さらに、圧力変換手段は圧電素子であることが好ましい。この場合、圧電素子は、長手方向の中央部に変位を発生する活性部を、両端部に変位の発生しない不活性部を有し、活性部にのみ連結部を有していることが好ましい。この場合、圧電素子の不活性部の一部と液室を形成する流路部材との間を連結するための接続部を有することができ、この接続部の長手方向長さが５０μｍ以下であることが好ましい。また、隣接する液室を駆動する圧電素子の間に、液室間隔壁の対応する支柱部が存在しないことが好ましい。さらに、フルライン型ヘッドとすることができる。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドは、振動板と圧力発生手段の連結部は振動板側と圧力発生手段側とで液室の長手方向の長さが異なっている構成としたので、振動板の変位可能部分の長さを伸ばすことなく、液室を形成する流路部材と圧力発生手段との距離を離すことができて、液室内圧力の低下を抑制しつつノズル形成部材の変位を抑えることができて、相互干渉が低減し、高密度化を図ることができる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載しているので、高速で高画質画像を形成できるようになる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの第１実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は図２の要部拡大図、図４は振動板の連結部付近の要部拡大断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、例えば単結晶シリコン基板で形成した流路板１と、この流路板１の下面に接合した振動板２と、流路板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによってインク滴を吐出するノズル４が連通路５を介して連通する加圧液室６、流体抵抗部８、流体抵抗部７を介して液室６と連通する連通部９を形成し、連通部９に振動板２に形成した供給口１０を介して後述するフレーム部材１７に形成した共通液室８から記録液（例えばインク）を供給する。

そして、液室６の壁面を形成する振動板２の面外側（液室６と反対面側）に、各加圧液室６に対応して、振動板２に形成した連結部１１を介して圧力発生手段としての積層型圧電素子１２の上端部を接合し、この積層型圧電素子１２の下端部は支持基板１３に接合して固定している。なお、支持基板１３は圧電素子１２の各列毎に分割した構成とすることもできる。

この圧電素子１２は、圧電材料層１４と内部電極１５ａ、１５ｂとを交互に積層したものである。この場合、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室６内インクを加圧する構成とすることも、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることもできる。

また、流路板１及び振動板２の周囲は例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７に接着接合し、このフレーム部材１７と支持基板１３とは図示しない部分を接着剤などで相互に固定している。そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室８を形成するとともに、この共通液室８に外部から記録液を供給するための図示しない供給路（連通管）を形成し、この供給路は更に図示しない記録液カートリッジなどの記録液供給源に接続される。

さらに、圧電素子１２には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル１８を接続し、このＦＰＣケーブル１８には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１９を実装している。

ここで、流路板１は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、連通路５、加圧液室６となる貫通穴、流体抵抗部７、連通部９などを構成する溝部をそれぞれ形成している。

振動板２はニッケルの金属プレートから形成したもので、エレクトロフォーミング法で製造している。この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部２１及び圧電素子１２と接合するための中央厚肉部２２を有し、この中央厚肉部２２は薄肉部２１及び連結部１１で構成している。

ここで、振動板２の連結部１１は、図４に示すように、振動板２側の第１層１１ａと圧電素子１２側の第２層１１ｂの２層構造であり、圧電素子１２側の第２層１１ｂの液室長手方向長さＬｐを振動板２側の第１層１１ａの液室長手方向長さＬｍよりも長く形成して、振動板２側と圧電素子１２側で液室長手方向長さを異ならせている。なお、この例では、連結部１１は長さの異なる２層構造としているが、これ以外の構成、例えば段ではなく連続的に長さが変化する構成とすることもできる。

このように振動板２と圧電素子１２との連結部１１を構成することによって、振動板２の薄肉部２１の液室長手方向の寸法Ｌを変えずに、圧電素子１２と流路板１との距離Ｌ３を離すことができるため、液室６の圧力を下げることなく、相互干渉特性を改善することができる。

すなわち、図５に示すように、振動板２の連結部１１´の液室長手方向長さを一定にした場合、剛性の高い連結部１１´の両側に剛性の低い薄肉部２１が構成されることになる。このとき、薄肉部２１の液室長手方向長さをあまり長く取ると、振動板２の剛性が低下して、加圧液室６の圧力が上がりにくくなる。その結果、滴吐出速度の低下などの問題が生じる。逆に、薄肉部２１の液室長手方向長さをあまり短く取ると、圧電素子１２に直結している連結部１１´と、流路板１の距離が近づき、圧電素子１２の変位（駆動力が）がより直接流路板１に伝わりやすくなる。その結果、流路板１及びノズル板３の変位を引き起こし、相互干渉を引き起こすことになる。

ここで、本発明に係る液体吐出ヘッドと図５に示す液体吐出ヘッド（これを比較例とする。）について、ノズル板の変位量及び圧力についての評価実験を行った。ここでは、連結部１１（１１´）の長さを、次のように形成したヘッドを作製し、圧電素子１２にて駆動したときのノズル板３の変位量（図６）及び液室６での発生圧力(図７）を測定した。なお、圧電素子１２の変位を発生する活性部（電極間に圧電層が挟まされる部分）の長さは５００μｍとしている。

実施例：第１層の長さＬｍ ５００μｍ、第２層の長さＬｐ ３００μｍ
比較例１：連結部の長さ ５００μｍ
比較例２：連結部の長さ ３００μｍ

これらの図６及び図７から分るように、本発明に係る液体吐出ヘッドにおいては、液室圧力を下げることなく、ノズル板の変位量を低減できる。つまり、液滴の吐出性能を落とすことなく、相互干渉を抑制することができる。

このように、振動板と圧力発生手段の連結部は、振動板側と圧力発生手段側とで液室の長手方向の長さが異なっている構成とすることで、振動板薄肉部の距離を伸ばすことなく、流路板と圧力発生手段とを離すことができるので、液室の発生圧力を低下させることなく、ノズル板の変位を抑えることができ、相互干渉の起こりにくい、安定した滴吐出特性を有する液体吐出ヘッドを得ることができる。

この場合、連結部１１の長さの差が、あまり小さいと効果が弱まり、逆にあまり大きいと連結部１１にて厚さの薄い領域が増えすぎ、振動板２の剛性を下げてしまうことになる。そのため、薄肉部２１を長くした場合と同様、加圧液室６の圧力が上がりにくくなる。

そこで、これらの寸法を変えて比較を行った結果を図８に示している。ここでは、連結部１１の振動板２側端部の液室長手方向長さをＬｍ、圧電素子１２側の液室長手方向長さをＬｐとしたとき、Ｌｐ／Ｌｍを寸法パラメータとして用いている。また、ここでは特性を示すパラメータとして、
特性値＝加圧液室圧力／ノズル板変位量
にて示している。数値が大きい方が、相互干渉が起こりにくく、かつ吐出速度も低下しない。

この結果から、概ね、Ｌｐ／Ｌｍが、０．７〜０．８付近で最も特性が良くなっていることが分る。ただし、多くの場合、特性値が６５以上であれば、噴射特性に影響が出ることは無いということが実験から判っている。したがって、Ｌｐ／Ｌｍは、０．６〜０．９の値を取ることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜０．８の値である。

このように、連結部の振動板側の長手方向長さをＬｍ、圧力発生手段側の長手方向長さをＬｐとしたとき、０．６＜Ｌｐ／Ｌｍ＜０．９の関係とすることで、効果的に、液室の発生圧力を低下させることなく、ノズル板の変位を抑えることができ、また、液室の発生圧力低下といった副作用も発生することがなくなる。

また、連結部１１の構成は、前述したように２層以上の積層構造にすることが好ましい。これにより、段差のある連結部の構成が容易になる。また、この連結部の構成には、例えば金属材料を電鋳により形成する方法、エッチングによる方法、蒸着、ＣＶＤ、スパッタによる形成等が考えられるが、いずれもマスクパターンを用いることにより、段差部を容易に形成することができる。また、連結部１１と振動板２を同一材料とし、連続する加工処理により形成すれば、更に容易に形成することができる。

さらに、液室内に圧力を発生させる圧力発生手段としては圧電素子を用いるのが好ましい。圧電素子は、電圧印加によって任意の駆動制御が可能であり、液滴の吐出の制御性が良く、また、高集積化にも向いている。ただし、駆動力が強すぎて相互干渉が起こりやすいという不利な点もあるが、本発明を適用することによって相互干渉特性を改善することができる。

ここで、圧電素子１２について説明すると、図９にも示すように、圧電層１４を挟んで正電極１４ａと負電極１４ｂとを交互かつ千鳥状に配置しているので、電界がかかり変位の発生する活性部２５と電界がかからない不活性部２６とを有する。こうした積層型圧電素子は、小型で大きな変位を得られるという点、配線が行いやすいという点等の理由から広く使われているが、組み付け時の位置ずれによる特性ばらつきを無くすためには、連結部１１の長さを圧電素子１２の活性部２５の長さよりも狭くする、つまり、連結部１１は活性部２５にのみ接合されることが好ましい。

連結部１１が不活性部にわたって接合される場合、連結部１１のずれ（図で紙面左右方向のずれ）が発生すると、連結部１１で変位の発生する部分の長さがずれに応じて大きく変化してしまい、加圧液室６に対する加圧力がばらついてしまうことになる。そのため、連結部１１は、位置ずれが発生した場合でも、活性部２５から外れることのないように、連結部１１に対し活性部２５を十分長く取る必要がある。

前述した比較例の構造では、連結部１１の長さは液室６の長さに合せる必要があり、そのため圧電素子１２はそれに合わせて大きくする必要がある。

これに対して、本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、液室６に接続される部分の連結部１１の長さと、圧電素子１２に接続される連結部１１の長さを、独立して調整することができる。これによって、圧電素子１２を、特性ばらつきの問題が発生することなく小型化することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第２実施形態について図１０を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの液室長手方向に沿う要部断面説明図である。
この実施形態では、圧電素子１２の不活性部２６は、その一部が接続手段即ち接続部３０と振動板２を介して流路板１に接続（連結）される構造としている。このように構成することで、変位の発生しない不活性部２６によって流路板１を固定する構造となるので、相互干渉がより発生しにくくなる。

このような構造とする場合、接続部３０と圧電素子１２の活性部２５との距離を十分に離さないと、逆に圧電素子１２の変位が接続部３０を介して直接流路板１に伝わるようになるため、不活性部２６は十分長く取る必要がある。そのため、圧電素子１２は大型化しやすくなるが、本発明の場合、上述した理由から活性部２５の幅は必要最小限に抑えることができるため、圧電素子１２は大型化しにくく、よってこの構造をとっても、極端に圧電素子１２が大きくなることはない。

ここで、接続部３０は、圧電素子１２の不活性部２６に接続されている構造をとることが重要であって、その長さ（図１０の紙面左右方向の長さ）はあまり影響がなく、必要最小限の長さで接続されていれば十分である。逆に、接続部３０と不活性部２６との接続長（接合長さ）を長くすると、圧電素子１２が大型化する、或いは活性部２５による駆動力が接続部３０を介して流路基板１に伝わりやすくなる。

そこで、最適な接続部３０の長さを確認するため、この接続部３０の長さを異ならせたヘッドを作製し、特性値を比較した。この結果を図１１に示している。なお、ここでは、連結部１１の形状を変えた２種類のヘッドでの特性を示している。ここで、図１１の縦軸の特性値は図８にて説明を行った算定式を用いて算出している。

この図１１の結果から、接続部３０の長さは、５０μｍが最もよく、それよりも増えても減っても特性は悪くなっていくことが分かる。よって、接続部３０の長さ、即ち不活性部２６と流路基板１の接続されている部分の長さは５０μｍとするのが最も好ましく、また圧電素子１２が大型化しない範囲で接続部３０による効果を出すためには、０〜５０μｍの範囲内にすることが好ましい。

また、圧電素子１２の配置については、支柱部が存在しないノーマルピッチ構造をとるのが好ましい。これによって、ノズルの高密度化が実現できる。ノーマルピッチ構造の場合、前述したように相互干渉が問題となるが、本発明によれば、ノーマルピッチ構造とした場合でも、連結部１１の形状、或いは連結部１１の形状と接続部３０による固定効果により、相互干渉を大幅に低減することができる。

さらに、本発明に係る液体吐出ヘッドは、ノズル列の長さが、画像形成装置で記録できる被記録媒体の最大幅に対応した、フルラインタイプのヘッドとすることが好ましい。ライン型ヘッドのように、ビット数が多く、ノズル列方向長さが大きいヘッドでは、相互干渉がより顕著に発生するようになるが、本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、フルラインタイプの長尺ヘッドでも、安定した液滴吐出特性を持つヘッドを得ることができる。

次に、具体的な第１実施例について説明する。なお、ここでは、図１２に示すように、液室短手方向、つまりノズルの並び方向で圧電素子と支柱部３２を交互に配置したバイピッチ構造のヘッド構成としている。
流路板１として厚さ５００μｍのＳi基板を用いて、これに高さ８０μｍ、液室長手方向の長さ１０００μｍ、短手方向の幅１５０μｍの加圧液室６を形成する。また、Ｎｉ電鋳により、厚さ３μｍの振動板２、及び厚さ６μｍ、液室長手方向長さ７００μｍの連結部１１の第１層１１ａ、厚さ６μｍ、液室長手方向長さ５００μｍの連結部１１の第２層１１ｂを形成する。

そして、振動板２を流路板１に接合し、振動板２の連結部１１の第２層１１ｂにチタン酸ジルコン酸鉛による圧電素子１２を取り付ける。圧電素子１２は、圧電層１４を銀・パラジュームによる電極１５ａ、１５ｂで上下から挟んだ１６層積層構造とする。各層は２５μｍの厚さとし、１６層の上部に１００μｍ、下部に３００μｍの不活性部を設け、全体として圧電素子１２の高さは８００μｍとする。また、液室長手方向で、活性部２５の長さは７００μｍ、不活性部２６の長さは活性部２５の両側とも２００μｍとし、全体として圧電素子１２の液室長手方向長さは１１００μｍとする。

また、比較例として、連結部の長さを１層目、２層目共７００μｍとした構造でヘッドを作製した。

これらの実施例、比較例の各ヘッドをプリンタ構成の画像形成装置（インクジェット記録装置）に組み付けて印字試験により比較を行った。

この結果、本発明の液体吐出ヘッドを搭載したプリンタにおいては、不良画質を発生することの無い、良好な結果を得られた、比較例の液体吐出ヘッドで印字試験を行った結果では、印字されるべきところに印字がされずに白スジが発生する等の不良画像が発生し、本発明による特性改善効果が確認できた。

次に、具体的な第２実施例について説明する。なお、ここでは、図１３に示すように、液室短手方向、つまりノズルの並び方向で圧電素子１２間に支柱部が存在しないノーマルピッチ構造のヘッド構成としている。
流路板１として厚さ７００μｍのＳi基板を用いて、これに高さ６０μｍ、液室長手方向の長さ１０００μｍ、短手方向の幅７０μｍの加圧液室６を形成する。また、Ｎｉ電鋳により、厚さ２μｍの振動板２、及び厚さ６μｍ、液室長手方向長さ７００μｍの連結部１１の第１層１１ａ、厚さ６μｍ、液室長手方向長さ５００μｍの連結部１１の第２層１１ｂを形成する。

そして、振動板２を流路板１に接合し、振動板２の連結部１１の第２層１１ｂにチタン酸ジルコン酸鉛による圧電素子１２を取り付ける。圧電素子１２は、圧電層１４を銀・パラジュームによる電極１５ａ、１５ｂで上下から挟んだ１６層積層構造とする。各層は２５μｍの厚さとし、１６層の上部に１００μｍ、下部に３００μｍの不活性部を設け、全体として圧電素子１２の高さは８００μｍとする。また、液室長手方向で、活性部２５の長さは７００μｍ、不活性部２６の長さは活性部２５の両側とも５００μｍとし、全体として圧電素子１２の液室長手方向長さは１７００μｍとする。さらに、圧電素子１２の両側の不活性部２６の端部５０μｍは、接続部３０で振動板２を介して流路板１に接続されるようにした。

また、比較例として、連結部の長さを１層目、２層目共７００μｍとし、また、圧電素子１２の不活性部２６は振動板２を介して流路板１に接続されない構造とした。

これらの実施例、比較例の各ヘッドをプリンタ構成の画像形成装置（インクジェット記録装置）に組み付けて印字試験により比較を行った。

この結果、本発明の液体吐出ヘッドを搭載したプリンタにおいては、不良画質を発生することの無い、良好な結果を得られた、比較例の液体吐出ヘッドで印字試験を行った結果では、印字されるべきところに印字がされずに複数の白スジが発生する等の不良画像が発生し、本発明による特性改善効果が確認できた。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた本発明に係る画像形成装置の一例について図１４及び図１５を参照して説明する。なお、図１４は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図１５は同装置の要部平面説明図である。

この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４で駆動プーリ１０６Ａと従動プーリ１０６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト１０５を介して図１４で矢示方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ１０３には、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の記録液の液滴（インク滴）を吐出する独立した４個の本発明に係る液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙで構成した記録ヘッド１０７を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。

記録ヘッド１０７を構成する液体吐出ヘッドとしては、上述したように、加圧液室内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて液室の壁面を形成する振動板を変形させて液滴を吐出させるいわゆるピエゾ型ヘッドを用いている。

キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８にはインク供給チューブ１０９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。

一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した被記録媒体（用紙）１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５とを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。

ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、図１５のベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。

また、図２に示すように、搬送ローラ１２７の軸には、スリット円板１３４を取り付け、このスリット円板１３４のスリットを検知するセンサ１３５を設けて、これらのスリット円板１３４及びセンサ１３５によってエンコーダ１３６を構成している。

帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。

また、キャリッジ１０３の前方側には、図１４に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール１４２を設け、キャリッジ１０３の前面側にはエンコーダスケール１４２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１４３を設け、これらによって、キャリッジ１０３の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ１４４を構成している。

さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。

また、背部には両面給紙ユニット１５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１５５は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。

さらに、図１５に示すように、キャリッジ１０３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１０７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構１５６を配置している。

この維持回復機１５６は、記録ヘッド１０７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ１５７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ーブレード１５８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なうときの液滴を受ける空吐出受け１５９などを備えている。

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ１２６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１２１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１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１０３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２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１１２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１１２を排紙トレイ５４に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１５５内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１０３は維持回復機構１５５側に移動されて、キャップ１５７で記録ヘッド１０７のノズル面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１５７で記録ヘッド１０７をキャッピングした状態で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い、この回復動作によって記録ヘッド１０７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード１５８でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１０７の安定した吐出性能を維持する。

このように、この画像形成装置においては本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、安定した滴吐出を行うことができて、高速で高い画質の画像を形成することができる。

なお、上記実施形態では本発明に係る画像形成装置としてプリンタ構成で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例を示す分解斜視説明図である。 同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。 図２の要部拡大断面説明図である。 同ヘッドの振動板付近の拡大断面説明図である。 比較例のヘッドの振動板付近の拡大断面説明図である。 ノズル板の変位量の実験結果の一例を説明する説明図である。 液室内圧力の実験結果の一例を説明する説明図である。 連結部の第１層と第２層の長さの比（Ｌｐ／Ｌｍ）と特性値（液室内圧力とノズル板の変位量との比）の関係の説明に供する説明図である。 圧電素子の説明に供する説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例を示す液室長手方向に沿う断面説明図である。 同実施形態における接続部長と特性値（液室内圧力とノズル板の変位量との比）との実験結果の説明に供する説明図である。 バイピッチ構造の説明に供する液室短手方向に沿う断面説明図である。 ノーマルピッチ構造の説明に供する液室短手方向に沿う断面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。 同じく要部平面説明図である。

符号の説明

１…流路板
２…振動板
３…ノズル板
４…ノズル
６…液室
１１…連結部
１２…圧電素子
１０３…キャリッジ
１０７…記録ヘッド

Claims (10)

1. 液滴を吐出するノズルが連通する液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板と、この振動板に接合した前記液室内圧力を変化させる圧力発生手段とを備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記振動板と圧力発生手段の連結部は、前記振動板側と前記圧力発生手段側とで液室の長手方向の長さが異なっていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記連結部の振動板側の長手方向長さをＬｍ、前記圧力発生手段側の長手方向長さをＬｐとしたとき、０．６＜Ｌｐ／Ｌｍ＜０．９の関係にあることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記連結部は２層構造であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力変換手段は圧電素子であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 請求項４に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子は、長手方向の中央部に変位を発生する活性部を、両端部に変位の発生しない不活性部を有し、前記活性部にのみ連結部を有していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 請求項５に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子の不活性部の一部と前記液室を形成する流路部材との間を連結するための接続部を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記接続部の長手方向長さが５０μｍ以下であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドにおいて、隣接する液室を駆動する圧電素子の間に、液室間隔壁の対応する支柱部が存在しないことを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載に液体吐出ヘッドにおいて、フルライン型ヘッドであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
10. 液体吐出ヘッドを搭載して被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、前記請求項９に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
    

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