JP2006263982A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力室の容積変化が大きく、且つ圧力室の高密度配置を可能とする液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】 第１の液体を吐出するノズルと、ノズルに連通し第１の液体が充填される圧力室と、圧力室の一つの壁面を構成する第１の弾性部材と、第１の弾性部材の圧力室とは反対側に配置され、第２の液体が充填される空洞部を有し、空洞部の一端が第１の弾性部材によって密閉される圧力伝達部材と、圧力伝達部材の他端に配置され、空洞部を密閉する第２の弾性部材と、第２の弾性部材上に設けられ、第２の弾性部材を介して空洞部に充填された第２の液体に対して圧力を与える圧力発生部とを備え、空洞部が第１の弾性部材に接する面積は、空洞部が第２の弾性部材に接する面積よりも小さい液体吐出ヘッドを提供することにより、前記課題を解決する。
【選択図】 図４

Description

本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に、圧電式の液体吐出ヘッドに関する。

インクジェット方式の画像形成装置には、圧電素子の変位を利用して、圧力室の容積を変化させ、圧力室に連通するノズルからインク吐出を行う圧電式の印字ヘッド（液体吐出ヘッド）を備えたものがある。ところで、このような印字ヘッドでは、より多くの圧電素子を高周波で駆動できるように、インク吐出するためのエネルギー効率を向上させることが課題となっている。そのため従来より、圧力室の容積変化を大きくすることによって、エネルギー効率を向上させる方式が提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献３等参照）。

特許文献１には、圧力室の底部を構成すると共に共通インク室の上面を構成するスペーサプレートは共通インク室に向け弾性によりたわむことが可能であって、スペーサと圧力室内部を介して対向する位置に圧電アクチュエータの圧力発生部を配置し、圧力発生部の変位をスペーサプレートに伝達可能に接続する構造体である接続部を設けた液滴噴射装置（印字ヘッド）が開示されている。同文献によれば、圧力発生部の変位を接続部を介してそれと対向する圧力室の壁面であるスペーサプレートに伝達するため、圧力発生部の変位容積量が小さくても圧力室の大きな容積変化を得ることが可能となっている。

特許文献２には、駆動電極を有する圧電シートと、コモン電極（共通電極）を有する圧電シートを交互に積層した圧電アクチュエータであって、各電極は、断面方向において圧力室の中央に対応する第１の部分の両側に位置する第２の部分に配置されると共に、積層方向において、各電極は、各第２の部分の厚さ方向において圧力室から遠い側に偏って位置しているインクジェットヘッド（印字ヘッド）が開示されている。同文献によれば、圧電シートの第２の部分に配置される各電極は、各電極の外側（第１の部分と反対側）の下面部分が圧力室の隔壁上に固着された片持ち梁構造となっている。そして電極間に電圧を印加すると、電極間に挟まれた圧電シートが面方向に収縮して第２の部分が上方（圧力室側と反対方向）へ湾曲し、それに伴い第１の部分が上方へ押し上げられると共に下側（圧力室側）を凹として湾曲して、圧力室の容積を拡大する。このように、圧電シート（板状体）の一部に電極を配置するだけでそれよりも広い部分の板状体を湾曲変形させることができるので、エネルギー効率を上げることができる。

特許文献３には、インク液流路を構成する第一の基板と第二の基板に挟まれるようにして、インクだまりとなるキャビティ部に圧電素子を固定配置したインクジェットヘッド（印字ヘッド）が開示されている。同文献によれば、第二の基板は弾性のある部材からなり、圧電素子の変位を第二の基板で増幅することにより、より大きいキャビティ部の内部体積（容積）を変化させることができる。
特開２００３−３２０６６８号公報 特開２００４−１６６４６３号公報 特開平５−３３８１４６号公報

しかしながら、特許文献１では、圧電アクチュエータの圧力発生部の変位を伝達する構造が非常に複雑であるため、製造コストが非常にかかってしまう可能性がある。また接続部を介してスペーサプレートの１点を押し、てこの原理を利用して、スペーサプレートの一部を変形させて圧力室の容積変化を起こさせる構成となっているため、スペーサプレートの変形部を大きく確保しなければならず、印字ヘッドのサイズの肥大化は免れない。従って、高密度に圧力室を配置することは困難である。

また特許文献２では、前述したように、圧電シートの第２の部分に配置される各電極は、圧力室上方に２つの電極が片持ち梁状に配置されているため、各電極の外側（第１の部分と反対側）の下面部分が圧力室の隔壁上に固着された片持ち梁構造となっている。そのため隣接する圧力室との距離を大きくしなければならず、高密度に圧力室を配置することは困難である。

また特許文献３では、圧電素子がキャビティ部内に配置されるため、圧電素子の電極に対して電気配線を配設することが難しいという問題がある。また圧電素子の変位によって変形する第二の基板の部分を大きく確保しなければならず、圧力室の高密度配置は難しく、印字ヘッドの小型化には適さない構造となっている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、圧力室の容積変化が大きく、且つ圧力室の高密度配置を可能とする液体吐出ヘッドを提供することを目的する。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、第１の液体を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し前記第１の液体が充填される圧力室と、前記圧力室の一つの壁面を構成する第１の弾性部材と、前記第１の弾性部材の前記圧力室とは反対側に配置され、第２の液体が充填される空洞部を有し、前記空洞部の一端が前記第１の弾性部材によって密閉される圧力伝達部材と、前記圧力伝達部材の他端に配置され、前記空洞部を密閉する第２の弾性部材と、前記第２の弾性部材上に設けられ、前記第２の弾性部材を介して前記空洞部に充填された前記第２の液体に対して圧力を与える圧力発生部と、を備え、前記空洞部が前記第１の弾性部材に接する面積は、前記空洞部が前記第２の弾性部材に接する面積よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

本発明によれば、第２の液体が充填される空洞部が第１の弾性部材に接する面積を第２の弾性部材に接する面積よりも小さく構成したことによって、圧力発生部の変位に比べて第１の弾性部材の変位が大きくなり、圧力室の容積変化が大きくなる。これにより、高密度に配置されたサイズの小さな圧力室の場合でも、第１の液体の充填された圧力室にノズルより第１の液体が吐出可能な十分な体積変化を付与することが可能となる。

また第１の弾性部材は空洞部に充填された第２の液体を介して変位するため、圧力室の直上を構成する第１の弾性部材までの電気配線が不要となり、液体吐出ヘッドを容易に製造することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記圧力室に供給される前記第１の液体を貯留する共通液室は、前記圧力伝達部材の周辺に配置されていることを特徴とする。

請求項２の態様によれば、空間利用率が向上し、液体吐出ヘッドの小型化が可能となる。また共通液室は圧力室のノズルと反対側に配置されるため、ノズルと同一側に配置する場合と比べて共通液室の容積を大きく確保することが容易となり、リフィル性能が向上し、高粘度インクの吐出が可能となる。

また前記目的を達成するために、請求項１又は請求項２に記載の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。

本発明によれば、第２の液体が充填される空洞部が第１の弾性部材に接する面積を第２の弾性部材に接する面積よりも小さく構成したことによって、圧力発生部の変位に比べて第１の弾性部材の変位を大きくすることができ、圧力室の容積変化を大きくすることが可能となる。これにより、高密度に配置されたサイズの小さな圧力室の場合でも、第１の液体の充填された圧力室にノズルより第１の液体が吐出可能な十分な体積変化を付与することが可能となる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は、本発明が適用される画像形成装置の一実施形態であるインクジェット記録装置の全体概略図である。図１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印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド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。

すなわち、印字部１２を構成する各印字ヘッド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印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド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、印字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、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いる。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また本例では、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印字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、各印字ヘッド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印字ヘッド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、少なくとも各印字ヘッド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、各色の印字ヘッド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。

また、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。

〔印字ヘッドの構造〕
次に、印字ヘッドの構造について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド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によって印字ヘッドを表すものとする。

図２は、印字ヘッド５０の構造例を示す平面透視図である。記録紙面上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、印字ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の印字ヘッド５０は、図２に示したように、インク滴を吐出するノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット５４を千鳥でマトリクス状（２次元的）に配置させた構造を有し、これにより、印字ヘッド５０の長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。

各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１とインク供給口５３が設けられている。

図３は、印字ヘッド５０の積層構造を表した分解斜視図であり、図４は、印字ヘッド５０の要部を表した側面断面図である。図３及び図４に示すように、印字ヘッド５０は、インク吐出面（ノズル面）５０Ａ側から順番に、ノズル板６０、流路基板６２、下部振動板（第１の弾性部材）５６、共通流路基板６４、上部振動板（第２の弾性部材）６６、圧電アクチュエータ６８、回路構成基板７０を積層した構造となっている。なお図３では、ノズル板６０、流路基板６２、下部振動板５６、圧電アクチュエータ６８、回路構成基板７０については簡略化表示してある。

図４に示すように、ノズル板６０には、ノズル５１が形成されている。また流路基板６２には、圧力室５２に相当する凹部６２ａが形成されている。圧力室５２の上壁及び下壁は、それぞれノズル板６０及び下部振動板５６によって構成されており、圧力室５２はノズル５１と連通している。

共通流路基板６４には、柱状の圧力伝達部材９４が形成されている。圧力伝達部材９４は、内部に空洞部９２が形成され、空洞部９２の側面を囲むようにして側壁９０が形成されている。このような圧力伝達部材９４は、圧力室５２に対応する位置に配置されている。空洞部９２の断面形状は、下部振動板５６側から上部振動板６６側に向かって拡がるテーパ状に形成されている。すなわち、空洞部９２が下部振動板５６に接する面積Ｓ１は、空洞部９２が上部振動板６６に接する面積Ｓ２よりも小さくなるように構成されている。

空洞部９２には、非圧縮性流体９６（第２の液体）が充填され、例えばオイル、水、アルコール、インク溶媒等が充填される。非圧縮性流体９６は、空洞部９２の上壁を構成する上部振動板６６の変位を下部振動板５６に伝達する機能を有している。

圧力伝達部材９４の周りの空間は、インク供給源（不図示）から供給されるインク（第１の液体）を貯留しておく共通液室５５である。下部振動板５６には、共通液室５５と各圧力室５２を連通するためのインク供給口５３がそれぞれ形成されている。

図４に示す圧電アクチュエータ６８は、圧電材料（層）７４と電極材料（層）７２を交互に積層して成る積層型のものである。電極材料層７２は、積層方向に駆動電極７２ａと共通電極７２ｂとが交互に配置される。駆動電極７２ａと共通電極７２ｂが積層方向に重なる領域（図４中点線で囲まれた領域）は圧力発生部７６であり、圧力伝達部材９４の空洞部９２に対応する位置に形成されている。圧力発生部７６は、電極材料７２に所定の電圧が印加されると、圧電縦効果により積層方向に伸長する部分である。また圧力発生部７６の間には、スリット７８が形成されている。スリット７８は、各圧力発生部７６の変位を上部振動板６６に確実に伝達するために設けられている。

回路構成基板７０は、駆動電極７２ａ及び共通電極７２ｂをそれぞれ駆動回路（不図示）に電気的に接続するための電極等（不図示）が形成されている。なお駆動電極７２ａ及び共通電極７２ｂと回路構成基板７０の電気的な接続構成については特に図示しないが、圧電アクチュエータ６８の表面（スリット７８の表面も含む）にそれぞれ電極引き出し部を設け、公知の方法により回路構成基板７０の電極と接続を行う。また回路構成基板７０には、圧電アクチュエータ６８側に開口する凹部８０が形成されており、圧力発生部７６が上部振動板６６に対して十分な変位を伝達することができるようになっている。

このような印字ヘッド５０の製造方法としては、エッチング等によってノズル５１が形成されたノズル板６０を作製すると共に、多積層技術によって圧力室５２に相当する凹部６２ａを有する流路基板６２を作製し、これらを積層して接着剤等により接合する。また図３に示すように、フォトファブリケーション技術を用いて、基板８６に対して空洞部９２に相当するテーパ状の貫通孔８２をマトリクス状に形成する。そして、基板８６に下部振動板５６を接着剤等によって接合した後に、基板８６に対して共通液室５５に相当する凹部８４をダイシング加工により、貫通孔８２の間を通過するようにして基板８６の長手方向及び短手方向に沿って格子状に形成する。このように貫通孔８２及び凹部８４が形成された基板８６は共通流路基板６４に相当する。その後、下部振動板５６により片面が塞がれた状態の貫通孔８２に非圧縮性流体９６を満たし、共通流路基板６４に上部振動板６６を積層して接合することによって貫通孔８２の図３中上面を塞ぐ。そして公知の多層基板技術によって積層型の圧電アクチュエータ６８及び回路構成基板７０を作製し、これらを上部振動板５６に接合する。このようにして図４に示した印字ヘッド５０を製造することができる。

次に、上記の如く構成された印字ヘッド５０の作用について説明する。

インクタンク（不図示）から供給されるインクは共通液室５５に供給され、各インク供給口５３を通って、各圧力室５２に分配供給される。共通電極７２ｂをグランドに接続した状態で、駆動回路から駆動電極７２ａに所定の電圧が印加されると、圧力発生部７６は、圧電縦効果により積層方向に伸長し、圧電アクチュエータ６８の図４中下面に配置される上部振動板６６を下部振動板５６に向けて押す。このような圧力発生部７６の駆動によって上部振動板６６が下部振動板５６側に変位すると、空洞部９２内の非圧縮性流体９６を介して圧力波が下部振動板５６に向かって伝播し、下部振動板５６が圧力室５２側に変位する。

図５（ａ）、（ｂ）は、上部振動板６６と下部振動板５６の変位の様子を表した説明図である。図５（ａ）は圧力発生部７６の駆動前の状態を表しており、圧力伝達部材９４の空洞部９２には非圧縮性流体９６が充填され、上部振動板６６と下部振動板５６は略平行となっている。一方、図５（ｂ）は圧力発生部７６が駆動されたときの状態を表しており、圧力発生部７６の駆動によって上部振動板６６が下部振動板５６側に変位していることを示している。このとき上部振動板６６の厚さ方向（図５（ｂ）の垂直方向）の変位量Ｌ２は、圧力発生部７６の変位量と略同様である。そして圧力伝達部材９４の空洞部９２には非圧縮性流体９６が充填されているため、上部振動板６６の変位によって非圧縮性流体９６は下部振動板５６側に押され、それに伴って下部振動板５６が圧力室５２側（図４参照）に変位する。このとき空洞部９２が下部振動板５６に接する面積Ｓ１が空洞部９２が上部振動板６６に接する面積Ｓ２よりも小さくなるように構成されているので、下部振動板５６の厚さ方向（図５（ｂ）の垂直方向）の変位量Ｌ１は、上部振動板６６の厚さ方向（図５（ｂ）の垂直方向）の変位量Ｌ２よりも大きくなる。

そして図４に示すように、下部振動板５６が変位すると、圧力室５２内に充填されているインクは加圧され、ノズル５１からインク滴が吐出される。ノズル５１からインク滴が吐出されると、共通液室５５からインク供給口５３を通って新しいインクが圧力室５２に供給され、次のインク吐出が行われる。

本実施形態における印字ヘッド５０は、非圧縮性流体が充填される空洞部９２が下部振動板５６に接触する面積Ｓ１を空洞部９２が上部振動板６６に接触する面積Ｓ２より小さく構成したことによって、圧力発生部７６の変位に比べて下部振動板５６の変位を大きくなり、圧力室５２の容積変化が大きくなる。これにより、高密度に配置されたサイズの小さな圧力室５２の場合でも、インクの充填された圧力室５２にノズル５１よりインクが吐出可能な十分な体積変化を付与することが可能となる。

また、下部振動板５６は空洞部５６に充填された非圧縮性流体９６を介して変位するため、圧力室５２の直上部である下部振動板５６までの電気配線は不要となり、印字ヘッド５０を容易に製造することが可能となる。

また共通液室５５は、下部振動板５６と上部振動板６６で挟まれる空間であって、圧力伝達部材９４の周辺に配置したことにより、空間利用率が向上し、印字ヘッド５０の小型化が可能となる。

また共通液室５５は、圧力室５２のノズル５１と反対側に位置するため、ノズル５１と同一側に位置する場合と比べて共通液室５５の容積を大きく確保することが容易となり、リフィル性能が向上し、高粘度インクの吐出が可能となる。

本実施形態では、第１の弾性部材の一例として、図３に示したように、１枚のプレート状の下部振動板５６を配置する構成を示したが、本発明の実施に際してはこれに限らず、圧力発生部７６の変位を上部振動板６６から非圧縮性流体９６を介して、圧力室５２に充填されるインクに圧力変動を生じさせるものであればよく、例えば、可動膜でもよい。

また本実施形態では、圧電アクチュエータ６８は積層型のものを使用したが、本発明の実施に際してはこれに限らない。図６は、印字ヘッド５０の変形例の要部を表した側面断面図である。同図に示すように、圧電材料７４の両面を個別電極７２ａ及び共通電極７２ｂでサンドイッチ状に挟むように構成される圧力発生部７６を有する単板型の圧電アクチュエータ６８であってもよく、積層型の場合と同様の効果を奏することができる。このように圧電アクチュエータ６８は積層型でも単板型でもよいが、上部振動板６６から空洞部９２に充填される非圧縮性流体９６を介して下部振動板５６に変位を伝達するため、圧電アクチュエータ６８の圧力発生部７６は変位量は小さくても高圧力を発生することのできるものを選択することが好ましい。なお図４と共通する部材については同一の番号を付し、その説明を省略する。

また本実施形態では、図４に示すように、圧力伝達部材９４の空洞部９２の断面形状はは下部振動板５６から上部振動板６６に向かって拡がるテーパ状となっているが、本発明の実施に際してはこれに限らず、空洞部９２が下部振動板５６に接する面積Ｓ１が空洞部９２が上部振動板６６に接する面積Ｓ２より小さければよい。例えば、図７に示す印字ヘッド５０の他の変形例の要部を表した側面断面図のように、圧力伝達部材９４の空洞部９４の断面形状は、下部振動板５６から上部振動板６６に向かって拡がる段差部９８を有する段違い構造であってもよく、空洞部９２の断面形状がテーパ状である場合と同様の効果を奏する。また段差部９８の数は本例のように１つに限定されず、複数であってもよい。なお図４及び図６と共通する部材については同一の番号を付し、その説明を省略する。

以上、本発明の液体吐出ヘッド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である。 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 印字ヘッドの積層構造を表した分解斜視図である。 印字ヘッドの要部を表した側面断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、上部振動板と下部振動板の変位の様子を表した説明図である。 印字ヘッドの変形例の要部を表した側面断面図である。 印字ヘッドの他の変形例の要部を表した側面断面図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…インク供給口、５５…共通液室、５６…下部振動板、６４…共通流路基板、６６…上部振動板、６８…圧電アクチュエータ、７０…回路構成基板、７２…電極材料（層）、７２ａ…駆動電極、７２ｂ…共通電極、７４…圧電材料（層）、９０…側壁、９２…空洞部、９４…圧力伝達部材、９６…非圧縮性流体

Claims (3)

1. 第１の液体を吐出するノズルと、
   前記ノズルに連通し前記第１の液体が充填される圧力室と、
   前記圧力室の一つの壁面を構成する第１の弾性部材と、
   前記第１の弾性部材の前記圧力室とは反対側に配置され、第２の液体が充填される空洞部を有し、前記空洞部の一端が前記第１の弾性部材によって密閉される圧力伝達部材と、
   前記圧力伝達部材の他端に配置され、前記空洞部を密閉する第２の弾性部材と、
   前記第２の弾性部材上に設けられ、前記第２の弾性部材を介して前記空洞部に充填された前記第２の液体に対して圧力を与える圧力発生部と、を備え、
   前記空洞部が前記第１の弾性部材に接する面積は、前記空洞部が前記第２の弾性部材に接する面積よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記圧力室に供給される前記第１の液体を貯留する共通液室は、前記圧力伝達部材の周辺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。
3. 請求項１又は請求項２に記載の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。
   

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