JP2008062483A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板に圧電素子を接合するヘッドで液室を小さくすると、流路板が持ち上げられて相互干渉が発生し、吐出効率が低下する。
【解決手段】液体を吐出する複数のノズル２１と、各ノズル２１が連通する液室１１を形成する流路部材１と、液室１１の一部の壁面を形成する振動板領域３１を形成する振動板３と、振動板３の振動板領域３１を介して液室１１内の液体を加圧する圧力を発生するための積層型圧電素子４１とを備え、流路部材１は、液室長手方向のノズル２１側では圧電素子４１から独立した支持体５１で支持され、液室長手方向のノズル側と反対側では振動板３を介して圧電素子４１の変位しない不活性部４５Ａで支持されている。
【選択図】図１

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、記録液（液体）の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、液体としての記録液（以下、インクともいう。）を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行うものがある。

なお、画像形成装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味する。また、液体とは記録液、インクに限るものではなく、画像形成を行うことができる液体であれば特に限定されるものではない。また、液体吐出装置とは、液体吐出ヘッドから液体を吐出する装置を意味し、画像を形成するものに限らない。

液体吐出ヘッドとしては、例えば、液滴を吐出するノズルを形成したノズル板、ノズルが連通する液室を形成する流路部材（流路板、液室部材、液室形成部材、液室基板などともいう。）、液室の一部の壁面を形成する振動板、振動板を介して液室内の液体を加圧するエネルギーを発生する圧力発生手段（エネルギー発生手段）としての積層型圧電素子を備えるものが知られている。

このような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。
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。

ところで、圧電素子を用いて振動板を介して液室内の液体を加圧する圧電型液体吐出ヘッドにおいては、上述したように圧電素子を駆動することで液室を形成する流路部材が変位して他の液室の影響を与える相互干渉を防止しなければならない。従来、このような圧電型液体吐出ヘッドにおける流路部材の支持構造や圧電素子との関係については、次のようなものが知られている。

特許文献１には圧電素子と振動板との当接面の幅Ｗ２は液室の短手方向幅Ｗに対し、略０．０３５＊Ｗ＜Ｗ２＜０．０４５＊Ｗの範囲内にある構成として構造的なクロストーク（相互干渉）を低減することが記載されている。
特開２０００−３３４９４６号公報

特許文献２には同一平面にリザーバと該リザーバから連通する供給口とを有し、一壁面にノズルを有し、該壁の他の一壁面に振動板を有する圧力室を複数並列した第２の基板と、圧力室に一対一に対応し、振動板に変位面が連結された圧電素子を配列固定した第１の基板から構成され、圧電素子を複数配列する垂直方向の該圧電素子近傍に、第１の基板と第２の基板との間隙を充し、圧電素子とは間隙を有して部材が配設されるヘッド構成が記載されている。
特開平０６−３２８６８２号公報

特許文献３には電界の生じない不活性部を中央領域に、その両側に電界によって変位を発生する活性部を一体で形成された積層圧電素子を固定部材に配置し、振動子群を、固定部材に活性部を有する領域、不活性部のみの領域、活性部を有する領域の順に交互に圧力室が複数列並んでいる方向に、一列に分割したヘッド構成が記載されている。
特開２００４−２０２９１１号公報

特許文献４には圧電素子は活性領域でそれぞれ対応する圧力室の振動壁に接合され、不活性領域でそれぞれ対応する圧力室に対して接合され、複数の圧電素子は、それぞれ対応する圧力室に対してのみ接合され他に圧電素子同志の位置関係を固定する手段を有していないヘッド構成が記載されている。
特許第３２４８４８６号公報

特許文献５には複数のスリットを有し、該スリット間で形成される凸部をアクチュエータとし、スリットが軟質弾性材で充填された圧電体と、凸部に対応して平行流路が設けられた流路形成材とを有し、圧電体は、電極が形成されず厚み変位しない不活性部と、電極が形成されて厚み変位する活性部とを有し、活性部は平行流路に包含される位置内にのみ配設されているヘッド構成が記載されている。
特許第３０８８７３３号公報

特許文献６には積層型圧電素子が、活性領域と、この活性領域のノズル配列方向に直交する加圧液室長手方向の両端に位置する不活性領域とからなり、不活性領域を振動板を介して加圧液室基板に接続するヘッド構成が記載されている。
特開２００４−１６０９４１号公報

ところで、画像形成装置においては、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ことから、必然的に液室も高密度に配置しなければならない。液室を高密度に配置するためには、液室間隔壁部の幅を狭くしなければならず、この結果、上述したバイピッチ構造では圧電素子と支持部材の間隔や幅を狭くすることになり、或いは支持部材を無くしたノーマルピッチ構造にする必要があり、流路部材の支えが不十分になって相互干渉が生じるおそれが高くなる。

この解決策として、上記特許文献６に記載されているように圧電素子の液室長手方向両端部に不活性領域（不活性部）を設けて、この不活性部で液室長手方向両端部で流路部材を支持することが行われる。

しかしながら、高画質化の要求に対応するためにより小さなサイズの液滴を吐出しなければならなく、その結果液室自体が小さくなる傾向にある。そのために、ノズルピッチを細かくするために液室の幅方向が短くなる（狭くなる）だけでなく、液室の長手方向の長さも短くなっている。これは、液室の圧力共振周波数を高くすることで小さい滴を吐出させるためである．

液室自体が小さくなると、上述したように液室長手方向の両端部を圧電素子の不活性部で支持した場合でも、不活性部であっても活性部の近くでは活性部の変位に伴って変位が生じるため、流路部材の持ち上がりが生じることになり、これを避けるために不活性部の長さを十分にながくすると、活性部が小さくなって十分な加圧力が得られなくなるおそれがある。

このように、高画質化と高密度化の伴って、液室の長手方向の長さや短手方向の幅をできるだけ短くし、かつ安定した吐出を行うために圧電素子の変位を妨げず、かつ相互干渉や不活性部による流路部材の持ち上がりによる相互干渉を抑える必要があるという新たな課題が生じている。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、液室を小さくしても相互干渉が抑制され、かつ安定した吐出を行うことができる液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを備える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、液体を吐出する複数のノズルと、各ノズルが連通する液室を形成する流路部材と、液室の一部の壁面を形成する振動板領域を形成する振動板と、この振動板の振動領域を介して液室内の液体を加圧する圧力を発生するための積層型圧電素子とを備え、流路部材は、液室長手方向のノズル側では圧電素子から独立した支持体で支持され、液室長手方向のノズル側と反対側では振動板を介して圧電素子の変位しない不活性部で支持されている構成とした。

ここで、液室間隔壁部は支持部材で支持されていない構成とできる。また、圧電素子はノズル側の不活性部がノズル側と反対側の不活性部よりも液室長手方向の長さが短い構成とできる。また、支持体の縦弾性係数が、圧電素子の圧電材料の縦弾性係数以上である構成とできる。また、支持体が圧電素子の圧電材料と同じ材料で形成されている構成とできる。

また、支持体と圧電素子との間に絶縁性部材が介在している構成とでき、この場合、絶縁性部材の縦弾性係数が圧電素子の圧電材料の縦弾性係数以下である構成とできる。また、振動板は振動領域を取り囲む部分が相対的に厚さの厚い厚肉部であって、この厚肉部に支持体及び圧電素子の不活性部が連結されている構成とできる。また、液体を収容する液体収容手段を一体に備えている構成とできる。

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。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、流路部材は、液室長手方向のノズル側では圧電素子から独立した支持体で支持され、液室長手方向のノズル側と反対側では振動板を介して圧電素子の変位しない不活性部で支持されている構成としたので、圧電素子の活性部による加圧力を確保しつつ流路部材を確実に支持することができ、液室を小さくしても相互干渉が抑制され、かつ安定した吐出を行うことができる。

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備えているので、良好な吐出特性が得られて、高品質の画像を形成できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。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は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図２はバイピッチ構造にした場合の同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図３はノーマルピッチ構造にした場合の同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの圧電素子の説明に供する説明図である。また、図１では主に左側部分の各部に符号をして、右側部分の各部の符号は省略しているが、対応する右側部分も左側部分の各部と同じである。

この液体吐出ヘッドは、流路部材（流路板）１と、ノズル板２と、振動板３と、圧電素子４及び支持体５１を有するアクチュエータ基板５、フレーム部材６とを備えている。そして、流路部材１には、液室１１、ノズル連通路１２、流体抵抗部１３、導入部１４を形成する凹部、貫通部などが形成されている。ノズル板２には、ノズル連通路１２を介して液室１１に連通し、液滴を吐出する複数のノズル２１が２列形成されている。

振動板３には、変形可能な振動板領域（薄肉部、ダイヤフラム部）３１、振動板領域３１の凸部３２、振動板領域３１を取り囲む相対的に厚さの厚い厚肉部３３、供給口３４が形成されている。アクチュエータ基板（ベース基板）５には圧電素子４が配置されている。フレーム部材６には、各液室１１に供給口３４、導入部１４、流体抵抗部１３を介して液体を供給する共通液室６１が形成されている。

ここで、流路板１は、ＳＵＳ３０４の薄板を用いて、液室１１、流体抵抗部１３となる彫り込み及びノズル連通路１２となる貫通口をプレス工法でパターニングして形成した。プレスで残された部分がノズル並び方向における液室１１、１１間の隔壁１５及びノズル並び方向と直交する方向における各液室列（液室１１が並んだもの）間の隔壁１６となる。なお、流路板１は、例えばシリコン基板、４２アロイ、ＳＵＳ３０４以外のＳＵＳ材などでもよい。また、流路板１の液体に接する面には，窒化チタン膜、ポリイミドなどの有機樹脂膜からなる耐液性薄膜を成膜することもでき、耐液性薄膜を形成することによって流路板材料が液体に対して溶出しにくく、また濡れ性も向上するため気泡の滞留が生じにくくなり、安定した滴吐出が可能になる。

この流路板１は、図２のバイピッチ構造では、例えば厚さが１００μｍ〜６００μｍ、液室１１の長手方向の長さは４００μｍ〜１６００μｍ、液室１１の短手方向の幅は１２０〜１３９μｍとした。液室間隔壁１５の幅は振動板３との接合面で約１５〜３０μｍ（液室ピッチが１５０ｄｐｉの場合）である。また、図３のノーマルピッチ構造では、例えば厚さが１００μｍ〜６００μｍ、液室１１の長手方向の長さは４００μｍ〜１２００μｍ、液室１１の短手方向の幅は５０〜７０μｍ（液室ピッチが３００ｄｐｉの場合）とした。

ノズル板２は、金属材料、例えば電鋳工法によるＮiメッキ膜等で形成したもので，液滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル２１を所定のノズルピッチで、２列配置している。このノズル２１の内部形状（内側形状）、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成している。また、このノズル２１の径は液滴出口側の直径で約２０〜３５μｍである。

なお、ノズル板２は、例えば、ノズル２１の直径を２４μｍとし、図２のバイピッチ構造では１５０ｄｐｉ、図３のノーマルピッチ構造では３００ｄｐｉとしている。ノズル板２の材料として樹脂部材を用いることもできる。

このノズル板２の液体吐出面（ノズル表面側）は、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装，蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、液体物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、液体の滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。

振動板３はＮｉ電鋳による２層構造とし、振動板領域３１は第１層３ａで形成し、凸部３２及び厚肉部３２は第１層３ａと第２層３ｂの２層で形成している。なお、振動板３は樹脂部材と金属部材の積層部材、厚みが同じ１層構成とすることなどもできる。

圧電素子４１は、図４に示すように、例えば厚さ２０μｍの圧電層４２と厚さ２μｍの内部電極４３ａ、４３ｂとを交互に積層して、内部電極４３ａ、４３ｂを異なる端面に引き出して図示しない端面電極（外部電極）を設けたものである。ここで、圧電素子４１は、内部電極４３ａ、４３ｂが圧電層４２を介して対向している領域が、内部電極４３ａ、４３ｂに駆動電圧を印加することで圧電層４２が変位する活性部（活性領域）４４となり、内部電極４３ａ、４３ｂが圧電層４２を介して対向していない領域が、内部電極４３ａ、４３ｂに駆動電圧を印加することで圧電層４２が変位しない不活性部（不活性領域）４５Ａ、４５Ｂとなり、この圧電素子４１は液室長手方向の両端部に不活性部４５Ａ、４５Ｂを設けている。なお、この実施形態では両端部の不活性部４５Ａ、４５Ｂの長さＬＡ、ＬＢは略同じにしている。

この圧電素子４１は、積層型圧電素子部材４をアクチュエータ基板５に接着剤で接合してハーフカットダイシング加工を施すことによって架橋部４ａ（図２、図３参照）を残して櫛歯状に分割して形成している。この場合、バイピッチ構造では、図２に示すように分割された圧電素子は１つ置きに駆動電圧を印加する圧電素子４１と駆動電圧を印加しない単なる支持部材（支柱部）４６となる圧電素子として使用する。なお、バイピッチ構造において、液室間隔壁部１５を支持する支持部材としては、このように圧電素子部材４の一部で形成されたもの以外でも、例えばアクチュエータ基板５に別の部材を支持部材として接合して構成することもできる。

また、ノーマルピッチ構造では、図３に示すようにすべての分割された圧電素子は駆動電圧を印加する圧電素子４１として使用する。したがって、ノーマルピッチ構造では、図３に示すように、液室間隔壁部１５は支持部材（圧電素子部材で形成される場合もあれば、支持体５１を含めて圧電素子以外の部材で形成される場合もある。）で支持されていない構成となる。なお、ここでは、圧電素子４１の上端部は振動板３の凸部３２に接着剤で接合している。

そして、流路板１は、図１に示すように、振動板領域３１の外側で、液室長手方向のノズル２１側では圧電素子から独立したアクチュエータ基板５に設けた支持体５１で支持し、液室長手方向のノズル２１側と反対側では振動板３を介して圧電素子４１の変位しない不活性部４５Ａで支持している。この場合、圧電素子４１の不活性部４５Ａ、４５Ｂは、活性部４４の近傍では活性部４４の変位の影響を受けて変位してしまうので、この活性部４４によって変位を生じない不活性部４５Ａの部分（本実施形態では圧電素子４１の最大変位の１〜１０％程度変位している部分）で流路板１を支持している。

フレーム部材６は、共通液室６１となる彫り込み部と外部から共通液室６１に液体を供給する液体供給６２を有し、エポキシ系樹脂の射出成形により形成しているが、ポリフェニレンサルファイト等の樹脂材料を用いることもできる。

なお、圧電素子４１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などで駆動信号伝送手段（例えばＦＰＣケーブル）を接続して、このＦＰＣケーブルには各圧電素子４１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）が実装される。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子４１に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子４１が収縮し、振動板３が下降して液室１１の容積が膨張することで、液室１１内にインクが流入し、その後圧電素子４１に印加する電圧を上げて圧電素子４１を伸長させ、振動板３をノズル２１方向に変形させて液室１１の容積／体積を収縮させることにより、液室１１内のインクが加圧され、ノズル２１からインクの滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子４１に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板３が初期位置に復元し、液室１１が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室６１から液室１１内にインクが充填される。そこで、ノズル２１のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行うこともできる。

ここで、この液体吐出ヘッドにおいては、流路板１は、液室長手方向のノズル２１側では圧電素子から独立したアクチュエータ基板５に設けた支持体５１で支持し、液室長手方向のノズル２１側と反対側では振動板３を介して圧電素子４１の変位しない不活性部４５Ａで支持している。これにより、高密度化に伴って、液室１１の幅を狭くするために、液室短手方向の液室間隔壁１５を支持する支柱部４６の幅を狭くした場合、或いは、支柱部４６のないノーマルピッチ構造とした場合でも、流路板１の持ち上がりを抑えることが可能になる。また、液室１１の長さを短くした場合でも、ノズル２１側を圧電素子４１の不活性部４５Ｂではなく、圧電素子４１と独立した支持体５１によって支持することで、活性部４４の長さを確保して滴吐出効率を確保しつつ、活性部４４の変位の影響を受けて不活性部４５Ｂが変位することで流路板１が持ち上がることを低減できる。

このように、流路部材は、液室長手方向のノズル側では圧電素子から独立した支持体で支持され、液室長手方向のノズル側と反対側では振動板を介して圧電素子の変位しない不活性部で支持されている構成としたので、圧電素子の活性部による加圧力を確保しつつ流路部材を確実に支持することができ、液室を小さくしても、相互干渉が抑制され、かつ安定した吐出を行うことができる。

ここで、流路板１のノズル側を支持する圧電素子４１とは独立した支持体５１は、縦弾性係数（剛性）が、圧電素子４１の縦弾性係数（剛性）以上とすることが好ましい。これにより、吐出するのに不必要な圧電素子４１の変位や振動による影響を少なくすることができる。なお、支持体５１は、基材として圧電素子４１の縦弾性係数（剛性）より小さい縦弾性係数（剛性）のものを用いて、コーティングなどの処理により縦弾性係数（剛性）を上げて使用することもできる。

次に、本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図６は同ヘッドの圧電素子の模式的説明図である。
この液体吐出ヘッドでは、圧電素子４１の一方の不活性部４５Ａの長さＬＡを他方の不活性部４５Ｂの長さＬＢよりも長く（ＬＡ＞ＬＢ）とし、長さの長い圧電素子４１の一方の不活性部４５Ａで、流路板１のノズル側と反対側を支持している。

つまり、ノズルの高密度化のために圧電素子の変位部（活性部）の寸法縮小が必要になってきているが、活性部４４の長さＬを短くすると、液室１１の体積変化量が小さくなり、逆に活性部４４の長さＬを長くすると、液室１１の体積変化量は大きくなるものの、液室１１を持ち上げようとする力も大きくなる。そこで、流路板１のノズル側の不活性部４５Ｂに比べて、反対側の不活性部４５Ａの寸法を大きくすることで、流路板１を支持する領域を十分に確保して、液室１１の持ち上がりを抑制することができる。

また、流路板１を支持していないノズル側の不活性部４５Ｂの長さが短くなることで、不活性部４５Ｂによる拘束力が弱くなり、活性部４４の変位量を増加することができる。これにより、液室１１の体積変化量が増し、圧電素子４１に加える電圧を抑えることができ、省エネルギー、低コストを図ることができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図７を参照して説明する。なお、図７は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドでは、支持体５１として圧電素子４１と同じ材料からなる支持体５１Ａを用いている。この場合、圧電素子４１と支持体５１Ａが同じ材料であっても、支持体５１は圧電素子４１から独立しているので、圧電素子４１の変位によって流路板１が持ち上がる影響を抑えることができる。

また、工法上、支持体５１Ａと圧電素子４１をアクチュエータ基板５に接合した同じ積層型圧電素子部材４をダイシングなどでカットして形成すること、圧電素子４１と支持体５１Ａとの間の平面度を確保することが容易になる。なお、圧電素子４１を形成するための圧電素子部材４とは独立して圧電素子部材をアクチュエータ基板５に接合配置することもでき、この場合には、圧電素子４１の分割加工時に圧電素子の一部が欠損した場合などでも、支持体５１Ａとなる圧電素子部材は取り替える必要がなく、歩留まりの低下を抑制できる。

次に、本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図８を参照して説明する。なお、図８は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドでは、支持体５１（５１Ａ）と圧電素子４１との間に絶縁部材（絶縁性部材）５３、例えば絶縁性接着剤、絶縁性シリコーンゲル、絶縁性衝撃吸収剤などを充填している。つまり、支持体５１と圧電素子４１との間に絶縁部材５３を埋め込んで介在させている。これにより、圧電素子４１に生じる電界が支持体５１としての圧電素子部材４から形成された支持体５１Ａに伝わることがなく、圧電素子４１と支持体５１（５１Ａ）の距離を短くすることができて、ノズル列の間隔を詰めることができる。

また、工法として，圧電素子４１と支持体５１を組み付けてからアクチュエータ基板５に接合することができ、組み付け精度、歩留まりが向上する組み付け方法を採用できる。

この場合、絶縁部材５３の縦弾性係数（剛性）を圧電素子４１の縦弾性係数（剛性）より小さくすることで、絶縁部材５３が圧電素子４１による振動を吸収するので、支持体５１に伝わることなく流路板１をしっかりと支持することができる。

次に、本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドの異なる例について図９ないし図１２を参照して説明する。なお、図９はバイピッチ構造の同ヘッドの振動板を圧電素子側から見た要部平面説明図、図１０は図９のＡ−Ａに沿う断面説明図、図１１はノーマルピッチ構造の同ヘッドの振動板を圧電素子側から見た要部平面説明図、図１２は図１１のＢ−Ｂに沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドでは、振動板３の振動板領域３１を囲んで厚肉部３３が設けられ、振動板領域３１内の凸部３２と厚肉部３３とは液室長手方向でつながって形成されている。そして、圧電素子４の不活性部４５Ａはこの厚肉部３３を介して流路板１を支持している。

これにより、流路板１の液室短手方向（ノズル並び方向）の液室間隔壁１５を振動板３の厚肉部３３で支持することになり、流路板１の持ち上がりをより効果的に抑えることができる。また、凸部３２と圧電素子４１とを接合するときに、余分な接着剤はつながった部分から逃げるので、塗布量が多い場合でも、振動板領域３１（薄肉部）に流れて吐出性能を劣化させることがなく、歩留まりが向上する。

次に、本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッドの異なる例について図１３ないし図１６を参照して説明する。なお、図１３はバイピッチ構造の同ヘッドの振動板を圧電素子側から見た要部平面説明図、図１４は図１３のＣ−Ｃに沿う断面説明図、図１５はノーマルピッチ構造の同ヘッドの振動板を圧電素子側から見た要部平面説明図、図１６は図１５のＤ−Ｄに沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドでは、振動板３の振動板領域３１を囲んで厚肉部３３が設けられ、振動板領域３１内の凸部３２と厚肉部３３とは独立している。そして、圧電素子４の不活性部４５Ａはこの厚肉部３３を介して流路板１を支持している。

これにより、流路板１の液室短手方向（ノズル並び方向）の液室間隔壁１５を振動板３の厚肉部３３で支持することになり、流路板１の持ち上がりをより効果的に抑えることができる。

なお、上述したような２層構造の振動板３としては、前述したように電鋳工法でＮｉメッキ膜を第１層３ａと第２層３ｂの２層重ねるもの、あるいは、振動板領域３１を形成する第1層を樹脂層とし、この第１層上に凸部３２及び厚肉部３３となる第２層の金属層を積層するものなどを用いることができる。また、樹脂層としては圧延フィルムを用いることもでき、これにより厚みが薄くなってもピンホールなどの欠陥がほとんど皆無で、信頼性が向上する。第１層を薄くすることで剛性が低くなり、圧電素子の変位が流路板１に伝わることが少なくなる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置を含む画像形成装置の一例について図１７及び図１８を参照して説明する。なお、図１７は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１８は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。

また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク３５」という。）を搭載している。このサブタンク２３５には各色の供給チューブ３６を介して、各色のインクカートリッジ２１０ｋ、２１０ｃ、２１０ｍ、２１０ｙから各色のインクが補充供給される。なお、記録ヘッド２３４を構成する液体吐出ヘッドとしては、本発明に係る液体吐出ヘッドに液体収容手段であるサブタンク又はインクカートリッジを一体に備えるものタンク一体型ヘッドを用いることもできる。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３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２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。

この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、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。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。

また、装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）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２８３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うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。

また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに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うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ２５６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２５１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２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２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２４２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２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

このようにこの画像形成装置は、液室を小さくしても相互干渉が抑制され、かつ安定した吐出を行うことができる本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質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、ＤＮＡ試料、レジストなどの液体を用いる液体吐出装置や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液室長手方向に沿う断面説明図である。 バイピッチ構造にした場合の同ヘッドの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にした場合の同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。 同ヘッドの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液室長手方向に沿う断面説明図である。 同ヘッドの圧電素子の説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。 本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。 本発明の第５実施形態に係るバイピッチ構造の液体吐出ヘッドの振動板を圧電素子側から見た要部平面説明図である。 図９のＡ−Ａに沿う断面説明図である。 本発明の第５実施形態に係るノーマルピッチ構造の液体吐出ヘッドの振動板を圧電素子側から見た要部平面説明図である。 図１１のＢ−Ｂに沿う断面説明図である。 本発明の第６実施形態に係るバイピッチ構造の液体吐出ヘッドの振動板を圧電素子側から見た要部平面説明図である。 図１３のＣ−Ｃに沿う断面説明図である。 本発明の第６実施形態に係るノーマルピッチ構造の液体吐出ヘッドの振動板を圧電素子側から見た要部平面説明図である。 図１５のＢ−Ｂ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…ノズル板
３…振動板
５…アクチュエータ基板
６…フレーム部材
１１…液室
２１…ノズル
３１…振動板領域
３２…凸部
３３…厚肉部
４１…圧電素子
４５Ａ，４５Ｂ…不活性部
５１…支持体
２３３…キャリッジ
２３４…記録ヘッド

Claims (10)

1. 液体を吐出する複数のノズルと、
   各ノズルが連通する液室を形成する流路部材と、
   前記液室の一部の壁面を形成する振動板領域を形成する振動板と、
   この振動板の振動領域を介して前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための積層型圧電素子とを備え、
   前記流路部材は、液室長手方向のノズル側では前記圧電素子から独立した支持体で支持され、液室長手方向のノズル側と反対側では前記振動板を介して前記圧電素子の変位しない不活性部で支持されている
   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、液室間隔壁部は支持部材で支持されていない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、前記圧電素子はノズル側の不活性部がノズル側と反対側の不活性部よりも液室長手方向の長さが短い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、前記支持体の縦弾性係数が、前記圧電素子の圧電材料の縦弾性係数以上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、前記支持体が前記圧電素子の圧電材料と同じ材料で形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記支持体と前記圧電素子との間に絶縁性部材が介在していることを特徴としている液体吐出ヘッド。
7. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドにおいて，前記絶縁性部材の縦弾性係数が前記圧電素子の圧電材料の縦弾性係数以下であることを特徴としている液体吐出ヘッド．
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記振動板は前記振動領域を取り囲む部分が相対的に厚さの厚い厚肉部であって、この厚肉部に前記支持体及び前記圧電素子の不活性部が連結されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記液体を収容する液体収容手段を一体に備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
10. 請求項１ないし９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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