JP2007069545A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

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啓史 澤瀬
Kenichi Ogata
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株式会社リコー
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Abstract

【課題】 積層型圧電素子の不活性部が活性部によって変位することで液室やノズル板の支持効果が得られなくなる。
【解決手段】 記録液の液滴を吐出するノズル4と、このノズル4が連通する液室6と、この液室6の壁面を形成する振動板2と、この振動板2を変位させる積層型圧電素子12とを備え、積層型圧電素子12は、電圧印加で変位を生じる活性部31と変位を生じない不活性部32とを有し、不活性部32を接続部2Aを介して振動板2に接続したとき、不活性部32の長さLuを活性部31が変位したときでも液室支持効果が失われない長さとした。
【選択図】 図6

Description

本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関し、特積層型圧電素子を用いる液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドを備える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使用する。)を行なうものである。
液体吐出ヘッドとしての例えばインクジェットヘッドとしては、液室内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段として圧電体、特に圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子を用いて、積層型圧電素子のd33又はd31方向の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させ、液室内容積/圧力を変化させて液滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のものが知られている。
このような積層型圧電素子を用いて液体吐出ヘッドにおいては、更なる高速化、高画質化のため、ノズルをより高密度に配置することが求められている。ノズルを高密度化するためには液室も高密度に配置しなければならず、隣接する液室間の距離を狭くするとともに、液室間隔壁の幅を狭くしなければならない。
しかしながら、このような高密度配置を行うと、液室間隔壁や液室間隔壁に対応する支持部の剛性が低下して構造的に相互干渉が起こり易くなる。即ち、圧電素子の駆動力を十分に支えきれなくなり、液室を形成する流路形成部材及びノズル板が押し上げられるようになる。このとき、駆動している圧電素子が多いほど、流路形成部材及びノズル板の押し上げ量が大きくなり、駆動しているビット数、及び駆動している位置によって、流路形成部材及びノズル板の変動による噴射特性の変化が発生するようになる。
また、ノズルの高密度化を行うときに工法的に最もネックとなるのは、圧電素子自体を高密度に配置するために、圧電素子のノズルの並び方向の間隔を狭くし、圧電素子自体の幅も狭くしなければならないが、これらの間隔や幅をあまり狭くすると、圧電素子を支持基板などに固定する面積が狭くなって支持基板から圧電素子が脱落したり、加工上チップの欠けなどが生じやすく、また、振動板との接着固定、位置精度出し等、加工全般的に難しくなることである。
この問題を解決するものとして、1つおきに圧電素子と支柱部とを配置するバイピッチ構造から、支柱部をなくして圧電素子を配置するノーマルピッチ構造とすることが考えられる。このノーマルピッチ構造では、必要となる圧電素子の柱の数がバイピッチ構造に比べて1/2となるため、圧電素子柱列のピッチを変更することなく、ノズルピッチを2倍に高密度化することができる。
ところが、圧電素子間に支柱部となる支持柱がなくなることにより、流路形成基板の支えが不十分になってより相互干渉が発生しやすくなる。
そこで、このような構造的な要因による相互干渉を抑制するために、特許文献1には、圧電素子を変位させたときに、隣の圧電素子に振動が伝わらないように隣り合う圧電素子同士を分離することで相互干渉を抑制すること、また、圧電素子の不活性部に切り込み部を設けることで、不活性部による流路板の支持を可能にすると共に、活性部の変位効率を向上させることが記載されている。
特許第3248486号公報
また、特許文献2には、圧電素子の幅よりも支持基板の幅を短くすることで、圧電素子とハウジングを一体化する際、圧電素子と支持基板を固定する接着剤がハウジングと接触する可能性や、圧電素子とハウジングの接触による圧電素子のカケの問題等を回避して、各々のヘッド品質のばらつきを小さくすることが記載されている。
2004−322505号公報
さらに、特許文献3には、積層型圧電素子の不活性領域が振動板を介して加圧液室基板に接続されている構造とすること記載されている。
特開2004−160941号公報
しかしながら、特許文献1に記載の構造にあっては、圧電素子同士を支える基板が存在しないため、工法上、圧電素子と流路形成部材とを接合する時の位置決めが難しくなるという課題がある。また、特許文献2に記載の構造にあっては、支持基板が短いため不活性部固定が十分でないと本来変位しないはずの不活性部が、活性部につられて変位することで流路形成部が持ち上がってしまうという相互干渉を起こすおそれがある。特許文献3に記載の構造にあっては、不活性部の長さによっては活性部の変位に伴って変位するために相互干渉を起こす可能性が残っている。
本発明は上記の課題と知見に基づいてなされたものであり、相互干渉の少ない液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドを備え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、積層型圧電素子の不活性部の長手方向長さが活性部を変位させたときに伴う変位で液室を形成する部材に対する支持効果が失われない長さである構成とした。
ここで、不活性部の長手方向の長さLu(μm)が200μm以上であることが好ましく、特に、不活性部の長手方向の長さLu(μm)が300μm以上であることが好ましい。また、活性部の長手方向の長さLp(μm)が、800≦Lp≦900の範囲内であることが好ましい。
さらに、積層型圧電素子の端面電極を形成する面と積層型圧電素子を支持する支持基板との端面との長手方向距離La(μm)、活性部の長手方向の長さLp(μm)、不活性部の長手方向長さLu(μm)とが、La≦1/8×Lp+1/3×Lu−25、の関係を満たしていることが好ましく、この場合、長手方向距離La(μm)が200μm以下であることが好ましい。
また、積層型圧電素子のd33方向変位で液滴を吐出させることができる。
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ているものである。
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、積層型圧電素子の不活性部の長手方向長さが前記活性部を変位させたときに伴う変位で前記液室を形成する部材に対する支持効果が失われない長さである構成としたので、不活性部が変位しても接続部による流路形成部材やノズル板を支持する効果が維持され、相互干渉が低減し、滴吐出効率が向上する。
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備えているので、駆動効率が高く、滴吐出特性が良好で、高画質画像を安定して形成することができる。
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5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及び図5は同ヘッドの液室短手方向に沿う異なる例を示す断面説明図、図6は圧電素子部分の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形成部材であるノズル板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。なお、各液室6間は隔壁6Aによって隔てられている。
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の活性部31の上端部を接合するとともに、振動板2に形成した接続部2Aを介して積層型圧電素子12の不活性部32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り、図6に示すように、内部電極15a、15bが圧電材料層14を介して対向した領域は電圧を印加することで変位を生じる活性部31となり、内部電極15a、15bが圧電材料層14を介して対向していない長手方向の両端部は電圧を印加することで変位を生じない不活性部32となる。
このヘッドでは、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している。なお、圧電素子12は1つの支持基板13上に2列配置しているが、各列毎に支持基板を設ける構成でもよいし、また、3列以上配置する構成でもよい。
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。なお、フレーム部材17は2分割しているが1つの部材でも良い。
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(Ni)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(電鋳)で製造している。この振動板2は加圧液室6に対応する部分を、変形を容易にするための薄肉部とし、中央部には圧電素子12と接合するための連結部11を設けている。
なお、液室短手方向(ノズル4の並び方向)では、図4に示すように、圧電素子12と支柱部22を交互に配置したバイピッチ構造とすることもできるし、あるいは、図5に示すように、支柱部22を設けないノーマルピッチ構造とすることもできる。
ノズル板3は、ニッケル(Ni)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(電鋳)で製造している。このノズル板3には各加圧室6に対応して直径10〜35μmのノズル4を形成し、流路板1に接着剤接合している。そして、このノズル板3の液滴吐出側面(吐出方向の表面:吐出面、又は液室6側と反対の面)には、シリコーン樹脂によって形成した撥水層を設けている。
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば押し打ち方式で駆動する場合には、図示しない制御部から記録する画像に応じて複数の圧電素子2に20〜50Vの駆動パルス電圧を選択的に印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子12が変位して振動板2をノズル板3方向に変形させ、液室6の容積(体積)変化によって液室6内の液体を加圧することで、ノズル板3のノズル4から液滴が吐出される。そして、液滴の吐出に伴って液室6内の圧力が低下し、このときの液流れの慣性によって液室6内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電素子12への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板2が元の位置に戻って液室6が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、図示しない液タンクに通じる液供給パイプから入った液は、液室6内に充填され、次の駆動パルスの印加に応じて液滴がノズル4から吐出される。
そこで、積層型圧電素子12と振動板2の接続部2Aの構成の詳細について図6以降をも参照して説明する。
上述したように、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り、図6に示すように、内部電極15a、15bが圧電材料層14を介して対向した領域は電圧を印加することで変位を生じる活性部31となり、内部電極15a、15bが圧電材料層14を介して対向していない長手方向の両端部は電圧を印加することで変位を生じない不活性部32となる。そして、活性部31の上端面に振動板2の連結部11を接合し、不活性部32の上端面に振動板2の接続部2Aを接合している。
ここで、圧電素子12の電極15a、15b間に電圧が印加され活性部31が変位することで、連結部11は振動板2を介して液室6への加圧作用がある。これに対して、液室6を形成する部材である流路板1やノズル板3を支えるため接続部2Aは、不活性部31と連結しているので、加圧液室4を支える役割を果たすだけである。
しかしながら、活性部31を変位させると不活性部32の特に活性部31に近い部分も活性部31の変位によって変位をしてしまう。したがって、不活性部32の長手方向長さ(以下「不活性部長」という。)Luは、活性部31を変位させることに伴う変位で液室6を形成する部材である流路板1やノズル板3を支える効果(以下「液室支持効果」という。)が失われない長さにする必要がある。
この場合、十分な液室支持効果を得るためには十分長い不活性部長Luが必要である。そこで、不活性部32をどれだけ長くすれば、十分な液室支持効果を維持できるのかを数値解析により検討した。この結果を図7に示している。
この図7は、活性部31の長手方向長さ(以下「活性部長さ」という。)Lpを500μmから2000μmまで100μm毎(16段階)に変化させ、各活性部長Lpについて不活性部長Luを変化させたとき、最大変位に対して10%以下の変位を示す不活性部32の平らな領域の長さ(これを「特性値1」という。)を測定したものである。なお、図7では図示を簡略化するため数本の線で16段階を領域的に示している。
特性値1が大きいほど、活性部31が変位しても、不活性部32の変位しない平らな領域が長いという意味なので、接続部2Aを通して流路板1やノズル板3が変位することが抑えられ、相互干渉が低減する。
本発明者らは、不活性部32の変位が最大変位の10%以下であれば、液室やノズル板を支持する液室支持効果が十分得られ、噴射特性にも影響が出ないことを実験により確認している。
この図7から分かるように、活性部長Lp=500〜2000μmの範囲内では、いずれも、不活性部Luが長くなると特性値1が大きくなる。また、特性値1が「0」以上となるのは、活性部長Lpの長さによらず、概ね、不活性部長Luが200μm以上である場合である。
したがって、圧電素子の不活性部長Luを200μm以上にすることによって、活性部を変位させた場合でも液室支持効果が維持され、相互干渉を抑制することができる。
次に、液室やノズル板の変位を更に抑制しなければならないバイピッチ構造(図4の構成)のような場合でも、十分な効果を得るために、500μmから2000μmまで100μm毎に活性部長Lpを変化させ、各活性部長Lpに対して不活性部長Luを変化させたときの最大変位に対して1%以下の変位を示す不活性部32の変位しない平らな領域の長さ(以下「特性値2」という。)の変化を数値解析により測定した。この結果を図8に示している。なお、ここでも、図示を簡略化するため16段階の結果を数本の線で領域的に示している。
ここで、特性値2は、上述したとおり、最大変位に対して1%以下の変位を示す不活性部32の変位しない平らな領域の長さであるが、1%以下としたのは、図4に示すようなバイピッチ構造のヘッドの場合、ノズル板の変位は圧電素子の変位の5%程度であることが分かっており、不活性部32の平らな領域が最大変位の1%以下であれば、液室支持効果が十分であり、噴射特性にも影響が出ないことが本発明者らの実験から分かっているためである。
この図8から分かるように、活性部長Lp=500〜2000μmの範囲内では、いずれも、不活性部Luが長くなると特性値1が大きくなる。また、特性値2が「0」以上となるのは、活性部長Lpの長さによらず、概ね、不活性部長Luが300μm以上である場合である。
したがって、圧電素子の不活性部長Luを300μm以上にすることによって、バイピッチ構造でも、活性部を変位させた場合でも液室支持効果が維持され、相互干渉を抑制することができる。
次に、上述した特性値2は活性部31によって影響を受ける。この関係を数値解析により測定した結果を図9に示している。この図9は、50μmから700μmまで50μm毎に不活性部長Luを変化させ、各不活性部長Luについて活性部長Lpを変化させたときの特性値2を測定した結果を示している。なお、図9の「250」〜「700」は不活性部長Lu(μm)を表わしている。
この図9から分かるように、各不活性部長Luについての特性値2が、ある活性部長Lpでピーク値を持っている。
そこで、この図9において特性値2がピーク値を示した時の活性部長Lpの長さを縦軸に、横軸に各不活性部長Luをとると図10に示すようになる。これより、活性部長Lp(μm)は、800≦Lp≦900の範囲内にあるときに、相互干渉を抑制することができる。
次に、上述した実施形態では、支持基板13上の圧電素子12の端面が支持基板13の内側に配置されて状態で示しているが、図11に示すように、圧電素子12の内部電極15a(正電極とする。)を接続した端面電極(外部電極ともいう。)35に外部からフレキシブルケーブルを接続するには、圧電素子12の端面電極35を支持基板13の端面37よりも外側にせり出す構造にすることが好ましい。
この場合、圧電素子12の端面と支持基板13の位置関係が圧電素子12の特性に与える影響について実験した。ここで、外部電極35と支持基板13の端面36との間の距離をLa(μm)とする。このとき、支持基板13の端面36の長さを変え、外部電極35と支持基板端面36の重なった点を「0」とし、それよりも支持基板端面36が負電極(内部電極15b)を接続する端面電極37にあるときの距離Laを「正」とし、その逆に、正電極(内部電極15a)側に長くしたときの距離Laを「負」とする。
ここで、距離Laを正の方向に長くしていくと圧電素子12支える支持基板13が短くなるため、正電極側の変位を拘束する力が弱くなり、負電極側の変位よりも大きく出る。したがって、特性値1は距離Laを正の方向に長くしていくと小さくなりやがて「0」になる。逆に、距離Laを負の方向に長くしていくと、圧電素子12を支える支持基板13が長くなるため、正電極、負電極の変位が等しくなる。
したがって、特性値1は距離Laを負の方向に長くすると大きくなる。つまり、距離Laを変化させると、特性値1が「0」から「正」に変わる部分が存在するので、この点が相互干渉抑制に有効な値の境目となる。
そこで、活性部長Lp=1000μmとし、不活性部長Luを、300、450、600μmとしたとき、距離Laを変化させたときの特性値1の変化を数値解析により調べた結果を図12に示している。
この図11から特性値1が「0」から「正に」変わる点の存在が確認できる。そこで、活性部長Lpと、不活性部長Luとを変化させて、境目となる距離La0(μm)を探索したところ、以下の式が、現象をよく表すことが分かった。
La0=1/8×Lp+1/3×Lu−25
したがって、La≦1/8×Lp+1/3×Lu−25の関係が成り立つことで、特性値1は活性部長Lp、不活性部長Luの値によらず、正の値を持つので、相互干渉を抑制することができる。
さらに、上述したようにバイピッチ構造について十分な効果を得るために、距離Laを変化させたときの特性値2の変化についての一例(上述したと同じく、活性部長Lp=1000μmに対して不活性部長Luを300、450、600μmと変化させたとき)を、数値解析により調べた結果を図13に示している。
この図13より特性値が「0」から「正」に変わる点の存在が確認できる。そこで、活性部長Lpと、不活性部長Luとを変化させて、境目となる距離La(μm)を探索したところ、以下の式が、現象をよく表すことが分かった。
La≦200(μm)
したがって、La≦200(μm)とすることで、特性値2は活性部長Lp、不活性部長Luの値によらず、正の値を持つので、相互干渉を抑制することができる。
また、上述した液体吐出ヘッドのように、圧電素子のd33方向の変位で液滴を吐出させる構成とすることで、圧電素子の長手方向両端部に電界が生じない不活性部を設け、この不活性部を液室間隔壁に対向して接続部で接続することにより、液室やノズル板の支持が可能となり、この不活性部の長さを長く取ることによって、相互干渉を抑制することができる。
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた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。
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、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、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、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10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ACバイアス供給部から帯電ローラ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154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で構成した記録ヘッドを備えるので、相互干渉が抑制されて液滴吐出効率が高く、高画質画像を安定して形成することができ、装置自体の小型化、低コスト化も図れる。
なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、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。
本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す分解斜視図である。 同ヘッドの長手方向に沿う断面説明図である。 図2の要部拡大図である。 同ヘッドの液室短手方向に沿うバイピッチ構造の断面説明図である。 同ヘッドの液室短手方向に沿うノーマルピッチ構造の断面説明図である。 同ヘッドの圧電素子部分の要部拡大断面説明図である。 不活性部長と特性値1との関係を説明する説明図である。 不活性部長と特性値2との関係を説明する説明図である。 活性部長と特性値2との関係を説明する説明図である。 不活性部長と特性値2がピークになる活性部長との関係を説明する説明図である。 他の実施形態を説明する説明図である。 支持基板端面と圧電素子端面との距離と特性値1との関係を説明する説明図である。 支持基板端面と圧電素子端面との距離と特性値2との関係を説明する説明図である。 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…流路形成部材
2…振動板
2A…接続部
3…ノズル板
4…ノズル
6…液室
11…連結部
12…圧電素子
31…活性部
32…不活性部
103…キャリッジ
107…記録ヘッド

Claims (8)

  1. 記録液の液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板と、この振動板を変位させる積層型圧電素子とを備え、前記積層型圧電素子は、電圧印加で変位を生じる活性部と変位を生じない不活性部とを有し、前記不活性部を前記振動板に接続部を介して接続している液体吐出ヘッドにおいて、前記積層型圧電素子の不活性部の長手方向長さが前記活性部を変位させたときに伴う変位で前記液室を形成する部材に対する支持効果が失われない長さであ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、前記不活性部の長手方向の長さLu(μm)が200μm以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 請求項2に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記不活性部の長手方向の長さLu(μm)が300μm以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  4. 請求項2又は3に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記活性部の長手方向の長さLp(μm)が、800≦Lp≦900の範囲内であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記積層型圧電素子の端面電極を形成する面と前記積層型圧電素子を支持する支持基板との端面との長手方向距離La(μm)、活性部の長手方向の長さLp(μm)、不活性部の長手方向長さLu(μm)とが、La≦1/8×Lp+1/3×Lu−25、の関係を満た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、前記長手方向距離La(μm)が200μm以下であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記積層型圧電素子のd33方向変位で液滴を吐出させることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  8. 記録液の記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、請求項1ないし7のいずれか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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010069639A (ja) * 2008-09-16 2010-04-02 Ricoh Co Ltd 液滴噴射ヘッド、液滴吐出装置、画像形成装置
US8052248B2 (en) 2008-01-28 2011-11-08 Ricoh Company, Ltd. Liquid ejection head and image forming apparatus

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