JP2008073898A - 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】流路板等の振動を抑え液滴吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られ安価で小型の液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの加工方法、画像形成装置を提供する。
【解決手段】電気機械変換手段と、ノズル孔１に対応し、液体が加圧される加圧液室２を形成する流路板３と、前記電気機械変換手段によって変位する振動板４の変位によって加圧液室２内の液体を加圧してノズル孔１から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド１０において、電気機械変換手段は、圧電材料と電極とを交互に積層した積層圧電素子部材５であって、当該積層圧電素子部材５の一端を固定するベース部材５０と、前記振動板４と接続して電圧の印加により変位を発生する活性領域部５１と、前記活性領域部よりも高い剛性を備え、電圧が印加されない不活性領域部５２とを備え、前記不活性領域部５２は、前記振動板４を介して前記流路板３を保持する流路板保持部６を備えた。
【選択図】図１
【解決手段】電気機械変換手段と、ノズル孔１に対応し、液体が加圧される加圧液室２を形成する流路板３と、前記電気機械変換手段によって変位する振動板４の変位によって加圧液室２内の液体を加圧してノズル孔１から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド１０において、電気機械変換手段は、圧電材料と電極とを交互に積層した積層圧電素子部材５であって、当該積層圧電素子部材５の一端を固定するベース部材５０と、前記振動板４と接続して電圧の印加により変位を発生する活性領域部５１と、前記活性領域部よりも高い剛性を備え、電圧が印加されない不活性領域部５２とを備え、前記不活性領域部５２は、前記振動板４を介して前記流路板３を保持する流路板保持部６を備えた。
【選択図】図１
Description
本発明は、液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドの加工方法、液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置に関する。詳しくは、電気機械変換手段による加圧液室の一面を形成する振動板の変位によって液体を加圧してノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドの加工方法、液滴吐出ヘッドを備えて被記録媒体に記録画像を形成するインクジェットプリンタなどの印刷装置、複写機、ファクシミリ装置、プロッタあるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。
従来の液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドの加工方法、液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置において、プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、プロッタ等の画像形成装置又は画像記録装置として使用するインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室又は圧力室、加圧液室、液室、インク室、インク流路等とも称されるものと、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段又はエネルギー発生手段とも言われるものを備えて、このアクチュエータ手段を駆動することで吐出室内のインクを加圧してノズル孔からインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
記録液体のインク滴を吐出させるためのアクチュエータ手段の種類により、幾つかの方式に大別される。例えば、液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変化させて、インク滴を吐出させるピエゾ方式のもがある。
また、液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴を吐出させるバブルジェット（登録商標）方式のものがある。これらが一般に良く知られている。
更に、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置される液室外の個別電極とを備え、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させて、液室内の圧力／体積を変化させることによりノズル孔からインク滴を吐出させる静電型のものも提案されている。
また、液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴を吐出させるバブルジェット（登録商標）方式のものがある。これらが一般に良く知られている。
更に、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置される液室外の個別電極とを備え、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させて、液室内の圧力／体積を変化させることによりノズル孔からインク滴を吐出させる静電型のものも提案されている。
圧電素子を圧力発生源とする方式では、圧電素子の変位により加圧液室内部の体積変化を生じさせ圧力を発生させるが、加圧液室を構成する流路ユニットをしっかり支持していなければ、加圧液室自体が動いてしまう。これは加圧液室内の圧力が上がらないのみならず、流路ユニットの振動が他のチャンネル（ＣＨ）へ伝播して、相互干渉や吐出安定性に著しい不具合を生じる。
流路ユニットを支持する構成としては、第１の構成は、流路ユニット自体に剛性を持たせて、圧電素子が流路ユニットに支持されている構成で、印刷ピエゾ方式など、剛性のある流路ユニットに、剛性のない膜状の圧電素子が貼り付いているような構成である。
流路ユニットを支持する構成としては、第１の構成は、流路ユニット自体に剛性を持たせて、圧電素子が流路ユニットに支持されている構成で、印刷ピエゾ方式など、剛性のある流路ユニットに、剛性のない膜状の圧電素子が貼り付いているような構成である。
第２の構成は、流路ユニットをフレームで支持する構成で、所謂ノーマルピッチ構成で圧電素子では支持していない構成である。
第３の構成は、流路ユニットを圧電素子の一部で支持する構成で、所謂バイピッチ構成などが挙げられる。
第３の構成は、流路ユニットを圧電素子の一部で支持する構成で、所謂バイピッチ構成などが挙げられる。
圧電素子が流路ユニットに支持されている構成は、加圧液室を支持するという面では問題がないが、圧電素子の変位体積を確保するためには加圧液室の幅が必要になるので、ノズル密度の高いヘッドには向いていない。
バイピッチ構成は、加圧液室毎に支持されているので、流路ユニットを支持する上からは非常に有利であり、相互干渉が小さいけれども、圧電素子をノズルピッチの倍の密度で加工する必要があり、高画質化を狙って、更にノズル密度を高くするには限界がある。
ノーマルピッチ構成は、流路ユニットをフレームで支持しているので、圧電素子の加工には制約が少ないが、加圧液室の長手方向で支持するために、どうしても支持点間距離が長くなり、流路ユニット自体にある程度の剛性が必要になる。
そのためヘッド構成上は、流路板を厚く剛性を確保することと、支持点間距離をできるだけ短くすることが重要になる。
バイピッチ構成は、加圧液室毎に支持されているので、流路ユニットを支持する上からは非常に有利であり、相互干渉が小さいけれども、圧電素子をノズルピッチの倍の密度で加工する必要があり、高画質化を狙って、更にノズル密度を高くするには限界がある。
ノーマルピッチ構成は、流路ユニットをフレームで支持しているので、圧電素子の加工には制約が少ないが、加圧液室の長手方向で支持するために、どうしても支持点間距離が長くなり、流路ユニット自体にある程度の剛性が必要になる。
そのためヘッド構成上は、流路板を厚く剛性を確保することと、支持点間距離をできるだけ短くすることが重要になる。
圧電素子の構成としては、ｄ３１方向変位を利用した方式と、ｄ３３方向の厚み方向変位を利用した方式がある。
立体的な組付けが必要になるという課題はあるが、ｄ３１方式は圧電素子の変位量の加圧液室の体積変化が取り易く、加圧液室の長さを短く流路ユニットの支持点間距離を短くし易いので、ノーマルピッチ構成のヘッドに向いている。
一方、ｄ３３方式の場合は、平面的な加工／組付けになるという利点があり、バイピッチ構造のように精度の必要な加工が実現できる。
但し、加圧液室の長さ方向に、外部電極と接続するための不活性領域が配置されてしまうため、ノーマルピッチ構成にする場合に、どうしても支持点間距離が長くなっていた。
立体的な組付けが必要になるという課題はあるが、ｄ３１方式は圧電素子の変位量の加圧液室の体積変化が取り易く、加圧液室の長さを短く流路ユニットの支持点間距離を短くし易いので、ノーマルピッチ構成のヘッドに向いている。
一方、ｄ３３方式の場合は、平面的な加工／組付けになるという利点があり、バイピッチ構造のように精度の必要な加工が実現できる。
但し、加圧液室の長さ方向に、外部電極と接続するための不活性領域が配置されてしまうため、ノーマルピッチ構成にする場合に、どうしても支持点間距離が長くなっていた。
インクジェット記録ヘッド用の圧電駆動体として、活性部領域に支持体はないが、圧電プレートの自由端側の下面の活性部後端縁近傍と固定部側の端面とを結ぶ斜めの線を境として、圧電プレートの活性部側に多数の圧電振動子を切割り形成して、固定部側に残存する非切削部を介して多数の圧電振動子を強固に保持するとともに、この後端部近傍にまで達する切割りにより圧電振動子相互の干渉を抑えることが提案されている（特許文献１を参照）。
製造効率を向上すると共にヘッドの小型化を図ることができる圧電素子形成部材、圧電素子形成ユニット及び圧電素子ユニット並びに液体噴射ヘッドにおいて、外部電極として、一端部側の端面で個別内部電極に接続される個別外部電極と、少なくとも他端部側の端面で共通内部電極に接続される共通外部電極とを独立して設け、圧電体形成部材の一方側の表面に、少なくとも他端部側の両角部近傍領域に、共通外部電極を他端部側の端面から連続的に設ける一方、個別内部電極を一端部側の端面から両角部近傍領域の間でスリットの形成方向にて共通外部電極と一部重なる領域まで連続的に且つ個別外部電極の他端部側に外部電極が形成されていない電極非形成部を残して設けることが提案されている（特許文献５を参照）。
製造効率を向上すると共にヘッドの小型化を図ることができる圧電素子形成部材、圧電素子形成ユニット及び圧電素子ユニット並びに液体噴射ヘッドにおいて、外部電極として、一端部側の端面で個別内部電極に接続される個別外部電極と、少なくとも他端部側の端面で共通内部電極に接続される共通外部電極とを独立して設け、圧電体形成部材の一方側の表面に、少なくとも他端部側の両角部近傍領域に、共通外部電極を他端部側の端面から連続的に設ける一方、個別内部電極を一端部側の端面から両角部近傍領域の間でスリットの形成方向にて共通外部電極と一部重なる領域まで連続的に且つ個別外部電極の他端部側に外部電極が形成されていない電極非形成部を残して設けることが提案されている（特許文献５を参照）。
圧電アクチュエータユニットを収容するケースの剛性を高めることなくクロストークを効果的に防止する液体噴射装置として、各圧電振動子は各圧力室の一面を形成する各弾性壁に島状部を介して接合された圧電変形可能な活性部を有し、複数のノズル開口の配列方向に直行する振動子幅方向における活性部の両側に一対のユニット固定部が設けられ、一対のユニット固定部は流路ユニットの複数の弾性壁以外の部分に接合することも提案されている（特許文献６を参照）。
更に、圧電素子の不活性領域を使って流路ユニットを支持する構成が提案されている（特許文献４を参照）。不活性領域といっても、電界がかかり変位する活性領域に引っ張られて変形するため、十分変位の小さい位置に、流路ユニットを支持する場所を限定している。圧電素子自体に支持点があるので支持点間距離が短くできる。
更に、圧電素子の不活性領域を使って流路ユニットを支持する構成が提案されている（特許文献４を参照）。不活性領域といっても、電界がかかり変位する活性領域に引っ張られて変形するため、十分変位の小さい位置に、流路ユニットを支持する場所を限定している。圧電素子自体に支持点があるので支持点間距離が短くできる。
図１５乃至図１８を使用して、ｄ３３方式のノーマルピッチ構成、不活性領域支持について説明する。
図１５は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の基本構成図である。
図１６は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の図１５の（Ｘ−Ｘ）線の断面図である。
図１７は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の積層圧電素子部材１００５の活性領域部１０５１と不活性領域部１０５２の模式図である。
図１８は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の流路板１００３に形成する加圧液室１００２、振動板１００４と積層圧電素子部材１００５のレイアウトを表す上面図である。
図１５は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の基本構成図である。
図１６は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の図１５の（Ｘ−Ｘ）線の断面図である。
図１７は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の積層圧電素子部材１００５の活性領域部１０５１と不活性領域部１０５２の模式図である。
図１８は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の流路板１００３に形成する加圧液室１００２、振動板１００４と積層圧電素子部材１００５のレイアウトを表す上面図である。
図１５乃至図１８において、液滴吐出ヘッド１０００は、流路板１００３、振動板１００４、積層圧電素子部材１００５、ベース部材１０５０、ノズル孔１００１を形成するノズル板１０１１、フレーム１００８等で構成される。
フレーム１００８には凹部が形成され、これが共通液室１０８０となる。流路板１００３には、流体抵抗部１０３０、加圧液室１００２、連通口１０３１が形成され、加圧液室１００２間を隔てる隔壁が流路隔壁１０３２（図１６）となる。
フレーム１００８には凹部が形成され、これが共通液室１０８０となる。流路板１００３には、流体抵抗部１０３０、加圧液室１００２、連通口１０３１が形成され、加圧液室１００２間を隔てる隔壁が流路隔壁１０３２（図１６）となる。
振動板１００４は、薄肉のダイヤフラム部１０４１を形成する第１層目と、厚みがある第２層の凸部１０４２からなる２層構造である。図１８に図示するように、この振動板１００４は、加圧液室１００２に対して凸部１０４２がストライプ状に形成されるストライプ振動板である。また、共通液室１０８０の対応部分にはインク流入口１０４０の穴が開けられている。
積層圧電素子部材１００５は、圧電層１０５７と内部電極層１０５８を積層したもので、内部電極層１０５８はその表面において外部電極１００７と導通している。図示するような構成により、内部電極層１０５８は外部電極１００７の個別電極１０７０と共通電極１０７１として引き出されて、電圧が印加される。
積層圧電素子部材１００５は、圧電層１０５７と内部電極層１０５８を積層したもので、内部電極層１０５８はその表面において外部電極１００７と導通している。図示するような構成により、内部電極層１０５８は外部電極１００７の個別電極１０７０と共通電極１０７１として引き出されて、電圧が印加される。
図１７に図示するように、個別電極１０７０と共通電極１０７１の内部電極層１０５８が重なり、電圧により電界が印加される領域の活性領域を活性領域部１０５１とし、電界の印加されない領域の不活性領域を不活性領域部１０５２とする。
活性領域部１０５１では電界により圧電層１０５７が変位しようと力を発生するが、不活性領域部１０５２により拘束されるので、不活性領域部１０５２の周辺は変位が小さくなる。一方、不活性領域部１０５２も活性領域部１０５１に引っ張られて変形するため、電圧を印加した場合の変位形状は、模式化すると図１７図に図示したようになる。
不活性領域部１０５２を使って流路板１００３等の流路ユニットを支持するには、十分変位が小さい領域を使う必要があるため、不活性領域部１０５２を十分長く取っている。
活性領域部１０５１では電界により圧電層１０５７が変位しようと力を発生するが、不活性領域部１０５２により拘束されるので、不活性領域部１０５２の周辺は変位が小さくなる。一方、不活性領域部１０５２も活性領域部１０５１に引っ張られて変形するため、電圧を印加した場合の変位形状は、模式化すると図１７図に図示したようになる。
不活性領域部１０５２を使って流路板１００３等の流路ユニットを支持するには、十分変位が小さい領域を使う必要があるため、不活性領域部１０５２を十分長く取っている。
図１６に図示するように、積層圧電素子部材１００５は、各加圧液室１００２に対応して櫛歯状に溝加工が施された溝形状部１０５３と柱形状部１０５４が形成されている。櫛歯状の溝形状部１０５３と柱形状部１０５４は、加圧液室１００２と同じピッチで構成したノーマルピッチ構成である。
図１６に図示する積層圧電素子部材１００５では、流路板１００３は支持されていない。
図１６に図示する積層圧電素子部材１００５では、流路板１００３は支持されていない。
図１８に図示するように、積層圧電素子部材１００５の変位が小さい領域である不活性領域部１０５２の流路板保持部１００６が、振動板１００４を介して流路板１００３を支持している。
振動板１００４の２層目の凸部１０４２が厚いので、積層圧電素子部材１００５の変位が小さい領域である不活性領域部１０５２の一部が振動板１００４を介して流路板１００３等の流路ユニットを支持している。
この流路板保持部１００６の支持する面積が広い方が、流路板１００３等の流路ユニットの振動を抑えて相互干渉を小さくできるが、積層圧電素子部材１００５を大きくすることは、コストやヘッドサイズの面で不利になる。
振動板１００４の２層目の凸部１０４２が厚いので、積層圧電素子部材１００５の変位が小さい領域である不活性領域部１０５２の一部が振動板１００４を介して流路板１００３等の流路ユニットを支持している。
この流路板保持部１００６の支持する面積が広い方が、流路板１００３等の流路ユニットの振動を抑えて相互干渉を小さくできるが、積層圧電素子部材１００５を大きくすることは、コストやヘッドサイズの面で不利になる。
流体抵抗部１０３０側の不活性領域部１０５２の長さを長くすることは、加圧液室１００２の流路が長くなるため、インクの応答性が下がり、液滴吐出ヘッド１０００の高周波数駆動の面でも不利になる。
また、流体抵抗部１０３０側の支持は、加圧液室１００２の流路があるために積層圧電素子部材１００５と流路板１００３の重なる面積が小さい。振動板１００４の２層目の凸部１０４２の剛性を介して支持しているので、２層目の凸部１０４２は金属薄板などヤング率の高い材料で、ある程度の、例えば数１０μｍ程度の厚みが必要になる。しかし、この２層目の凸部１０４２をパターニングするのは難しく、コストがかかる。
また、流体抵抗部１０３０側の支持は、加圧液室１００２の流路があるために積層圧電素子部材１００５と流路板１００３の重なる面積が小さい。振動板１００４の２層目の凸部１０４２の剛性を介して支持しているので、２層目の凸部１０４２は金属薄板などヤング率の高い材料で、ある程度の、例えば数１０μｍ程度の厚みが必要になる。しかし、この２層目の凸部１０４２をパターニングするのは難しく、コストがかかる。
更に、図１９乃至図２１を使用して、振動板１００４を薄肉の１層目のみで構成した例を説明する。
図１９は、従来の薄肉の１層目のみで構成する振動板１００４を備える液滴吐出ヘッド１０００の基本構成図である。
図２０は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の図１９の（Ｙ−Ｙ）線の断面図である。
図２１は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の流路板１００３に形成する加圧液室１００２、振動板１００４と積層圧電素子部材１００５のレイアウトを表す上面図である。
図１９は、従来の薄肉の１層目のみで構成する振動板１００４を備える液滴吐出ヘッド１０００の基本構成図である。
図２０は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の図１９の（Ｙ−Ｙ）線の断面図である。
図２１は、従来の液滴吐出ヘッド１０００の流路板１００３に形成する加圧液室１００２、振動板１００４と積層圧電素子部材１００５のレイアウトを表す上面図である。
図１５乃至図１８において、振動板１００４に凸部や、先の例のようにストライプ状のパターンを作成する方が一般的ではあるが、この場合、流路板１００３、振動板１００４、積層圧電素子部材１００５を高い精度で位置合わせをする必要がある。
現状のように１インチ程度のヘッドで、チャンネル（ＣＨ）数が少なければ可能であるが、記録速度や印刷速度を高めるために、更にチャンネル（ＣＨ）数の多い液滴吐出ヘッド１０００を作成する場合には、特に累積ピッチ精度を確保することが難しい。
現状のように１インチ程度のヘッドで、チャンネル（ＣＨ）数が少なければ可能であるが、記録速度や印刷速度を高めるために、更にチャンネル（ＣＨ）数の多い液滴吐出ヘッド１０００を作成する場合には、特に累積ピッチ精度を確保することが難しい。
振動板１００４を１層で構成できれば、振動板１００４自体が安価になるだけでなく、振動板１００４の位置合わせ精度を緩くすることができ、液滴吐出ヘッド１０００の長尺化に有利である。この例では、インク流入口１０４０を各チャンネル（ＣＨ）毎に穴を空けているので接合時に位置合わせをしているが、多少ずれてもインクが供給されれば良いため、高い接合精度は必要ない。
インク流入口１０４０は大きなひとつの開口でも良いが、ここでは振動板１００４の強度を確保してハンドリングするために複数の個別の開口とした。
インク流入口１０４０は大きなひとつの開口でも良いが、ここでは振動板１００４の強度を確保してハンドリングするために複数の個別の開口とした。
図２０に図示するように、振動板１００４の凸部を無くすと積層圧電素子部材１００５の柱形状部１０５４で振動板１００４を押すことになる。図示するように、加圧液室１００２の幅に対して、積層圧電素子部材１００５の柱形状部１０５４の幅を狭くして、ダイヤフラム幅をある程度確保しないと、ダイヤフラム部分の剛性が高くなりすぎ、積層圧電素子部材１００５の柱形状部１０５４の変位で直接流路板１００３を押し上げてしまう。これでは加圧液室１００２の圧力が上がらない上に、流路板１００３は振動されて、ひどい相互干渉の原因になる。
不活性領域部１０５２で流路板１００３を支持する構成の場合、このように積層圧電素子部材１００５の幅が狭くなると、流路板保持部１００６の幅も狭くなり、流路板１００３を支える力が弱く、相互干渉が悪くなっていた。
たとえ振動板１００４のダイヤフラム幅が確保できても、インクを吐出させるために加圧液室１００２に発生させた圧力が流路板１００３を押し上げる力に耐えるだけの力が流路板保持部１００６には必要である。
たとえ振動板１００４のダイヤフラム幅が確保できても、インクを吐出させるために加圧液室１００２に発生させた圧力が流路板１００３を押し上げる力に耐えるだけの力が流路板保持部１００６には必要である。
また図２１に図示するように、振動板１００４は薄肉でそれ自体にはあまり剛性がないので、積層圧電素子部材１００５と流路板１００３の重なり部分の流路板保持部１００６で支えることになるが、積層圧電素子部材１００５の幅が狭いと、流路板１００３との重なり部分の流路板保持部１００６が確保しにくい。
流体抵抗部１０３０側の積層圧電素子部材１００５と流路板１００３の重なりが無く、流路板１００３の支持がうまくできない。接合の位置ずれ精度に問題が生じる。
これでは流路板１００３を支持する力が弱くなる。また、位置ずれすると相互干渉特性へ与える影響が大きくなるが、液滴吐出ヘッド１０００を製作する面からも加圧できなくなるので接合精度の要求が非常に厳しくなる。
流体抵抗部１０３０側の積層圧電素子部材１００５と流路板１００３の重なりが無く、流路板１００３の支持がうまくできない。接合の位置ずれ精度に問題が生じる。
これでは流路板１００３を支持する力が弱くなる。また、位置ずれすると相互干渉特性へ与える影響が大きくなるが、液滴吐出ヘッド１０００を製作する面からも加圧できなくなるので接合精度の要求が非常に厳しくなる。
つまり、流路板１００３等の流路ユニットを積層圧電素子部材１００５の不活性領域１０５２の流路板保持部１００６を使って支持する構成の液滴吐出ヘッド１０００において、その支持する構成はまだ十分とは言えない。
特に、振動板１００４が１層構成の場合の課題を解決する構成は開示されていない。
なお、１層構成の振動板１００４とは、厚み方向に異なるパターンを持たないことを意味しており、インク接液のための表面処理をした振動板１００４や、複数種類のシートの張り合わせた振動板１００４等も、ここでは同様に１層構成としている。
たとえ、金属層と樹脂層を張り合わせた振動板でも厚み方向に同じパターンの場合は、ここでは１層構成であり、同じ課題を有している。
特に、振動板１００４が１層構成の場合の課題を解決する構成は開示されていない。
なお、１層構成の振動板１００４とは、厚み方向に異なるパターンを持たないことを意味しており、インク接液のための表面処理をした振動板１００４や、複数種類のシートの張り合わせた振動板１００４等も、ここでは同様に１層構成としている。
たとえ、金属層と樹脂層を張り合わせた振動板でも厚み方向に同じパターンの場合は、ここでは１層構成であり、同じ課題を有している。
特許文献２では、積層圧電素子の不活性領域で流路板を支持しようとしているが、振動板に厚い部分（固定部）を設けて流路ユニットの剛性を高くする。圧電素子は凸状に加工して、不活性領域を固定部に接続した構成としている。
しかし、段差のあるもの同士を安定して強固に接着するのは難しい。先に段差のどちらかが接触するので、接着時の加圧が不十分になり接合強度が不足したり、接着層が厚くなり接着面以外に流れ出すなど、歩留りを下げる原因ともなる。
更に、各加圧液室に対応して溝加工された圧電素子の柱形状が、基板に向って拡幅しているアクチュエータも提案されている（特許文献３を参照）。
しかし、不活性領域で流路ユニットを支持すること、振動板の形状（凸の有無など）や、圧電素子の変位状態と加圧液室の位置関係などを開示する内容ではない。
特許第３２２１４７２号
特許第２８７０４６２号
特許第２９２７２８６号
特開２００４−１６０９４１公報
特開２００４−３２７４６２公報
特開２００４−１４２４３７公報
しかし、段差のあるもの同士を安定して強固に接着するのは難しい。先に段差のどちらかが接触するので、接着時の加圧が不十分になり接合強度が不足したり、接着層が厚くなり接着面以外に流れ出すなど、歩留りを下げる原因ともなる。
更に、各加圧液室に対応して溝加工された圧電素子の柱形状が、基板に向って拡幅しているアクチュエータも提案されている（特許文献３を参照）。
しかし、不活性領域で流路ユニットを支持すること、振動板の形状（凸の有無など）や、圧電素子の変位状態と加圧液室の位置関係などを開示する内容ではない。
従来の液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドの加工方法、液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置において、流路板等の流路ユニットを支持する力が弱く振動して液滴吐出の相互干渉特性へ与える影響が大きく噴射性能も悪く加工精度も低く形成する画像品質も低下してコスト高で大型にもなると言う問題が発生していた。
そこで本発明の課題は、このような問題点を解決するものである。即ち、流路板等の流路ユニットを支持する力が強く振動を抑え液滴吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られ加工精度も高く高画質化と長尺化ができて高品質の画像形成が行われる安価で小型の液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドの加工方法、液滴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。
そこで本発明の課題は、このような問題点を解決するものである。即ち、流路板等の流路ユニットを支持する力が強く振動を抑え液滴吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られ加工精度も高く高画質化と長尺化ができて高品質の画像形成が行われる安価で小型の液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドの加工方法、液滴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。
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、電気機械変換手段と、液滴を吐出するノズル孔と、前記ノズル孔に対応し、液体が加圧される加圧液室と、前記加圧液室を形成する流路板と、記加圧液室の一面を形成し、前記電気機械変換手段によって変位して液体を加圧する振動板と、を備え、前記振動板の変位によって前記加圧液室内の液体を加圧して前記ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記電気機械変換手段は、圧電材料と電極とを交互に積層した積層圧電素子部材であって、当該積層圧電素子部材の一端を固定するベース部材と、前記振動板と接続して電圧の印加により変位を発生する活性領域部と、前記活性領域部よりも高い剛性を備え、電圧が印加されない不活性領域部とを備え、前記不活性領域部は、前記振動板を介して前記流路板を保持する流路板保持部を備えた液滴吐出ヘッドを特徴とする。
又は、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズル孔と、前記ノズル孔に対応する前記加圧液室とをそれぞれ複数個備えたことを特徴とする。
又は、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路板は、シリコン単結晶基板をパターニングして形成した流体抵抗部と、前記加圧液室を形成する彫込部と、前記ノズル孔に対する位置に連通口を備えたことを特徴とする。
又は、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記シリコン単結晶基板の厚さは、５００μｍ以上であることを特徴とする。
又は、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路板は、シリコン単結晶基板をパターニングして形成した流体抵抗部と、前記加圧液室を形成する彫込部と、前記ノズル孔に対する位置に連通口を備えたことを特徴とする。
又は、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記シリコン単結晶基板の厚さは、５００μｍ以上であることを特徴とする。
又は、請求項５に記載の本発明は、請求項３又は４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記彫込部の深さは、１００μｍ以下であることを特徴とする。
又は、請求項６に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路板は、ＳＵＳ材を複数枚重ねて形成したことを特徴とする。
又は、請求項７に記載の本発明は、請求項１乃至６の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、開口を穿設した高分子圧延フィルム材を備えたことを特徴とする。
又は、請求項８に記載の本発明は、請求項７に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記高分子圧延フィルム材は、ポリフエニレンサルフアイト樹脂からなる延伸性フィルムであることを特徴とする。
又は、請求項６に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路板は、ＳＵＳ材を複数枚重ねて形成したことを特徴とする。
又は、請求項７に記載の本発明は、請求項１乃至６の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、開口を穿設した高分子圧延フィルム材を備えたことを特徴とする。
又は、請求項８に記載の本発明は、請求項７に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記高分子圧延フィルム材は、ポリフエニレンサルフアイト樹脂からなる延伸性フィルムであることを特徴とする。
又は、請求項９に記載の本発明は、請求項１乃至８の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、一層で構成されることする。
又は、請求項１０に記載の本発明は、請求項１乃至９の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記活性領域部は、前記加圧液室に対応する柱形状部形成した溝形状部を備えたことを特徴とする。
又は、請求項１１に記載の本発明は、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部の少なくとも一部に前記柱形状部を形成しない非溝形状部を備えたことを特徴とする。
又は、請求項１２に記載の本発明は、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部に備えた前記溝形状部は、前記活性領域部に備えた前記溝形状部の深さよりも浅いことを特徴とする。
又は、請求項１０に記載の本発明は、請求項１乃至９の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記活性領域部は、前記加圧液室に対応する柱形状部形成した溝形状部を備えたことを特徴とする。
又は、請求項１１に記載の本発明は、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部の少なくとも一部に前記柱形状部を形成しない非溝形状部を備えたことを特徴とする。
又は、請求項１２に記載の本発明は、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部に備えた前記溝形状部は、前記活性領域部に備えた前記溝形状部の深さよりも浅いことを特徴とする。
又は、請求項１３に記載の本発明は、請求項１乃至１２の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部は、少なくとも前記積層圧電素子部材を構成する前記電極の一部が分割されていないことを特徴とする。
又は、請求項１４に記載の本発明は、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記活性領域部に設けた前記溝形状部を傾斜させて形成したことを特徴とする。
又は、請求項１５に記載の本発明は、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部に設けた前記溝形状部を傾斜させて形成したことを特徴とする。
又は、請求項１６に記載の本発明は、請求項１乃至１５の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置を特徴とする。
又は、請求項１４に記載の本発明は、請求項１乃至１３の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記活性領域部に設けた前記溝形状部を傾斜させて形成したことを特徴とする。
又は、請求項１５に記載の本発明は、請求項１乃至１４の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部に設けた前記溝形状部を傾斜させて形成したことを特徴とする。
又は、請求項１６に記載の本発明は、請求項１乃至１５の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置を特徴とする。
本発明によれば、流路板等の流路ユニットを支持する力が強いことで、振動を抑え液滴吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られ、加工精度も高く高画質化と長尺化ができ、高品質の画像形成が行える安価で小型の液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドの加工方法、液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置を提供することが出来る。
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の基本構成図である。
図２は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の図１の（Ａ−Ａ）線の断面図である。
図３は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の流路板３に形成する加圧液室２、振動板４と積層圧電素子部材５のレイアウトを表す上面図である。
図１は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の基本構成図である。
図２は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の図１の（Ａ−Ａ）線の断面図である。
図３は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の流路板３に形成する加圧液室２、振動板４と積層圧電素子部材５のレイアウトを表す上面図である。
図１乃至図３において、電気機械変換手段による加圧液室の一面を形成する振動板の変位により液体を加圧してノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッド１０は、複数個を配列して液滴のインク滴を吐出するノズル孔１と、各ノズル孔１に対応して液体のインクが加圧される複数個の加圧液室２と、加圧液室２を形成する流路板３と、流路板３に形成される加圧液室２の一面を成して液体のインクを加圧する振動板４と、振動板４を変位させる圧電材料と電極を交互に積層する積層圧電素子部材５と、積層圧電素子部材５の固定側を固定するベース部材５０と、を備え、積層圧電素子部材は５、振動板４に接続して電圧の印加により変位を発生する活性領域部５１と、活性領域部５１よりも高い剛性を備えて電圧が印加されない不活性領域部５２とからなり、不活性領域部５２は、振動板４を介して流路板３を保持する流路板保持部６を備えている。
フレーム８には、図示しないインク供給口と共通液室８０を構成する彫り込みが形成されている。流路板３は、流体抵抗部３０、加圧液室２となる彫込部とノズル孔１に連通する連通口３１を備えている。
ノズル孔１はノズル板１１に形成され、振動板４には流体流入口４０を形成し、振動板４には、極薄く塗布しているために図示しない接着層を介して積層圧電素子部材５が接合されている。
ベース部材５０は、ＳＵＳ材からなり、積層圧電素子部材５を２列配置して接合している。
尚、ベース部材５０は、チタン酸バリウム系セラミック、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板でも良い。
ノズル孔１はノズル板１１に形成され、振動板４には流体流入口４０を形成し、振動板４には、極薄く塗布しているために図示しない接着層を介して積層圧電素子部材５が接合されている。
ベース部材５０は、ＳＵＳ材からなり、積層圧電素子部材５を２列配置して接合している。
尚、ベース部材５０は、チタン酸バリウム系セラミック、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板でも良い。
積層圧電素子部材５は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層５７と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層５８とを交互に積層している。内部電極層５８は両端で外部電極７の個別電極７０と共通電極７１に接続する。
内部電極層５８が重なり電界がかかる領域を活性領域部５１、活性領域部５１の近傍で電界がかからない領域を不活性領域部５２とする。
積層圧電素子部材５の活性領域部５１は、サンドブラスト工法により、図示の溝加工ライン５９に沿うように加圧液室２に対応する溝加工が施され、溝形状部５３と柱形状部５４が櫛歯形状に形成される。
内部電極層５８が重なり電界がかかる領域を活性領域部５１、活性領域部５１の近傍で電界がかからない領域を不活性領域部５２とする。
積層圧電素子部材５の活性領域部５１は、サンドブラスト工法により、図示の溝加工ライン５９に沿うように加圧液室２に対応する溝加工が施され、溝形状部５３と柱形状部５４が櫛歯形状に形成される。
各加圧液室２に対応した変位する活性領域部５１および活性領域部５１に引っ張られその周辺で変位する不活性領域部５２の一部が櫛歯に形成されている。この櫛歯状部分を駆動部として使用する。この構造はノーマルピッチ構造の一種であり、駆動部の間に支持部のあるバイピッチ構造とは異なる構造である。
積層圧電素子部材５の不活性領域部５２は、少なくとも一部に加圧液室２に対応する溝加工がなされていない非溝形状部５５を備える。
内部電極層５８の一方の外側は、サンドブラスト工法により、分割されるように、切り欠き等の加工により長さを制限されており、これらは複数の外部電極７の個別電極７０となる。
内部電極層５８の他方は、分割されていないので導通しており、外部電極７の共通電極７１となる。
積層圧電素子部材５の不活性領域部５２は、少なくとも一部に加圧液室２に対応する溝加工がなされていない非溝形状部５５を備える。
内部電極層５８の一方の外側は、サンドブラスト工法により、分割されるように、切り欠き等の加工により長さを制限されており、これらは複数の外部電極７の個別電極７０となる。
内部電極層５８の他方は、分割されていないので導通しており、外部電極７の共通電極７１となる。
図１９に図示する従来の液滴吐出ヘッド１０００では、外部電極１００７の共通電極１０７１側の内部電極層１０５８もダイシング加工によりチャンネル（ＣＨ）毎に分断されるので、流れる電流が外部電極１００７の共通電極１０７１の一部に集中しないように、積層圧電素子部材１００５の底面のベース部材１０５０との接合面にも外部電極１００７の共通電極１０７１の層を形成している。
然し、本実施例の液滴吐出ヘッド１０では、内部電極層５８で導通しているので底面のベース部材５０との接合面にも外部電極層を作成する必要がなくコスト的にも有利である。
外部電極７の個別電極７０と共通電極７１間に電圧を印加すると、活性領域部５１は圧電効果により変位するが、不活性領域部５２の拘束により活性領域部５１両端の変位は拘束される。
然し、本実施例の液滴吐出ヘッド１０では、内部電極層５８で導通しているので底面のベース部材５０との接合面にも外部電極層を作成する必要がなくコスト的にも有利である。
外部電極７の個別電極７０と共通電極７１間に電圧を印加すると、活性領域部５１は圧電効果により変位するが、不活性領域部５２の拘束により活性領域部５１両端の変位は拘束される。
また、不活性領域部５２も活性領域部５１に引っ張られて変位する。どちらの領域も機械的特性はほぼ同じなので、活性領域部５１で拘束されている長さと不活性領域部５２で変位している長さはほぼ等しい。
積層圧電素子部材５の変位が流路板３を直接押し上げずに、変位する領域（不活性領域部５２の一部を含む）が加圧液室２の内部に入るように、活性領域部５１の長さと、加圧液室２の長さを調整して設計している。
積層圧電素子部材５の変位が流路板３を直接押し上げずに、変位する領域（不活性領域部５２の一部を含む）が加圧液室２の内部に入るように、活性領域部５１の長さと、加圧液室２の長さを調整して設計している。
尚、ここで変位しない領域と呼んでいるのは最大変位に対して５％以下の範囲であり、計算機シミュレーションで設計、レーザ・ドプラ装置で実測して確認している。
従って、本発明の実施例では、固定側をベース部材５０に固定される積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部を使って流路板３を支持する液滴吐出ヘッド１０に関して、支持部の剛性を高くしている点に特徴がある。
駆動部の個別電極７０には、ＦＰＣ９が半田接合されている。また、共通電極７１は、積層圧電素子部材５の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣ９のＧｎｄ電極に接合している。ＦＰＣ９には図示しないドライバＩＣが実装されており、これにより駆動部の個別電極７０への駆動電圧印加を制御している。
振動板４は、液体流入口４０となる開口を予めプレス加工により穿設する高分子圧延フィルム材としてポリフエニレンサルフアイト樹脂の延伸性フィルムを使用している。
従って、本発明の実施例では、固定側をベース部材５０に固定される積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部を使って流路板３を支持する液滴吐出ヘッド１０に関して、支持部の剛性を高くしている点に特徴がある。
駆動部の個別電極７０には、ＦＰＣ９が半田接合されている。また、共通電極７１は、積層圧電素子部材５の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣ９のＧｎｄ電極に接合している。ＦＰＣ９には図示しないドライバＩＣが実装されており、これにより駆動部の個別電極７０への駆動電圧印加を制御している。
振動板４は、液体流入口４０となる開口を予めプレス加工により穿設する高分子圧延フィルム材としてポリフエニレンサルフアイト樹脂の延伸性フィルムを使用している。
一般的に延伸性フィルムは、その製造工程上、ピンホール等の欠陥が存在すると、製造工程で破断するため、製品に仕上げることができない。このため、十分に吟味された材料を延伸したフィルムにあっては、厚みが数μｍ程度と極めて薄くなっても、ピンホール等の欠陥がほとんど皆無で、信頼性が極めて高い材料である。
このため、溶剤キャステング法等により金属薄板に高分子フィルムの層を形成する従来法に比較して極めて信頼性の高い製品を提供することができる。
このため、溶剤キャステング法等により金属薄板に高分子フィルムの層を形成する従来法に比較して極めて信頼性の高い製品を提供することができる。
また、高分子延伸フィルムとしてポリフェニレンサルフアイド（ＰＰＳ）樹脂を用いているが、延伸可能な他の高分子材料、例えば、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ボリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリバラバン酸（ＰＰＡ）樹脂、ボリサルホン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリオレフィン（ＡＰＯ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、アラミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリカーネート樹脂等を用いることもできる。
流路板３は、シリコン単結晶基板を用いて、流体抵抗部３０、加圧液室２となる彫込部、及びノズル孔１に対する位置に連通口３１となる貫通口をエッチング工法でパターニングして形成している。そして、エッチングで残された部分が加圧液室２の流路隔壁３２となる。また、加圧液室２の幅の中に流体抵抗部３０として突起部を設けて、細い２本の流路に分岐した。
流路板３は、シリコン単結晶基板を用いて、流体抵抗部３０、加圧液室２となる彫込部、及びノズル孔１に対する位置に連通口３１となる貫通口をエッチング工法でパターニングして形成している。そして、エッチングで残された部分が加圧液室２の流路隔壁３２となる。また、加圧液室２の幅の中に流体抵抗部３０として突起部を設けて、細い２本の流路に分岐した。
本発明の実施例の液滴吐出ヘッド１０は、ノーマルピッチ構成なので、積層圧電素子部材５の不活性領域部５２を使って支持点間距離を短くしているが、支持点間は流路板３、ノズル板１１の剛性により変形するのを防ぐ必要がある。入手性からシリコン単結晶基板の厚さは、少なくとも５００μｍ以上有るが、この実施例では６００μｍ厚の板を使い、加圧液室２の掘り込み深さは、加圧液室２の流体抵抗値を考えて１００μｍ以下である、この実施例では９０μｍとしている。
尚、本実施例ではシリコン単結晶基板の流路板３を用いており、文字通り流路板となっているが、例えば、流路板３として、ＳＵＳ材を複数枚重ねて形成しても良い。ノズル板１１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、インク滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル孔１を多数形成している。
尚、本実施例ではシリコン単結晶基板の流路板３を用いており、文字通り流路板となっているが、例えば、流路板３として、ＳＵＳ材を複数枚重ねて形成しても良い。ノズル板１１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、インク滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル孔１を多数形成している。
このノズル孔１の内部形状の内側形状は、ホーン形状、略円柱形状又は略円錘台形状に形成している。また、このノズル孔１の径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍである。本実施例では、ノズル孔１の直径は、２４μｍとした。また各列のノズル孔１のピッチは、３００ｄｐｉである。
このノズル板１１のインク吐出面のノズル孔表面側は、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、フッ化ピッチ等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、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、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。
このノズル板１１のインク吐出面のノズル孔表面側は、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、フッ化ピッチ等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、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、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。
外部から液体のインクを供給するための図示しないインク供給口と、共通液室８０となる彫り込みを形成するフレーム８は、エポキシ系樹脂の射出成形により作製している。樹脂材料は、ポリフェニレンサルファイト等でも良い。
このように構成した液滴吐出ヘッド１０においては、記録信号に応じて駆動部に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、駆動部に積層方向の変位が生起し、不活性領域の一部を含む活性領域に押し上げられた振動板４を介して加圧液室２が加圧されて圧力が上昇し、ノズル孔１からインク滴が吐出される。
このように構成した液滴吐出ヘッド１０においては、記録信号に応じて駆動部に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、駆動部に積層方向の変位が生起し、不活性領域の一部を含む活性領域に押し上げられた振動板４を介して加圧液室２が加圧されて圧力が上昇し、ノズル孔１からインク滴が吐出される。
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室２内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室２内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。
このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室８０に流入し、共通液室８０から流体流入口４０を経て流体抵抗部３０を通り、加圧液室２内に充填される。
流体抵抗部３０は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部３０を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
液滴吐出ヘッド１０は、流路板３等の流路ユニットを支持している不活性領域部５２の一部に対して、圧力を発生させる活性領域部５１より剛性を高くしている点に特徴がある。
このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室８０に流入し、共通液室８０から流体流入口４０を経て流体抵抗部３０を通り、加圧液室２内に充填される。
流体抵抗部３０は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果が有る反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。流体抵抗部３０を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
液滴吐出ヘッド１０は、流路板３等の流路ユニットを支持している不活性領域部５２の一部に対して、圧力を発生させる活性領域部５１より剛性を高くしている点に特徴がある。
サンドブラスト加工法による液滴吐出ヘッド１０の加工方法では、支持部で積層圧電素子部材５の柱自体を無くしているので支持する力は強く、インク吐出の相互干渉を小さくすることができる。
また、流体抵抗部３０と積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部の変位していない領域との重なる面積を広くして、しっかり支持することができる。
また、部品精度等で位置ずれした場合にも流路を支持する力を確保でき、相互干渉を小さくすることができる。
更に、接着する場合の加圧もしっかり行え、接合不良を防ぐことが出来る。
また、流体抵抗部３０と積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部の変位していない領域との重なる面積を広くして、しっかり支持することができる。
また、部品精度等で位置ずれした場合にも流路を支持する力を確保でき、相互干渉を小さくすることができる。
更に、接着する場合の加圧もしっかり行え、接合不良を防ぐことが出来る。
液滴吐出ヘッド１０の振動板４は、１層の樹脂フィルムを使用しているが、従来の液滴吐出ヘッド１０００で図１５乃至図１８で図示したような２層振動板あるいは、３層振動板でも良い。
振動板４は加圧液室２で変形するために少なくとも１層は薄肉である必要がある。その場合に液滴吐出ヘッド１０の効果が顕著に現れるので、ここでは１層構成の振動板４を使用している。
それ以外の振動板４においても不活性領域部５２の剛性を高めることは、不活性領域部５２の延びを抑えて、流路板３等の流路ユニットの振動を小さくする。これによりインク吐出の相互干渉が小さくできる。流体抵抗部３０の流路の分岐に関しても、振動板４が２層、３層になったとしても接合時の加圧が確実にできるなど効果があり、１層構成の振動板４に限るものではない。
振動板４は加圧液室２で変形するために少なくとも１層は薄肉である必要がある。その場合に液滴吐出ヘッド１０の効果が顕著に現れるので、ここでは１層構成の振動板４を使用している。
それ以外の振動板４においても不活性領域部５２の剛性を高めることは、不活性領域部５２の延びを抑えて、流路板３等の流路ユニットの振動を小さくする。これによりインク吐出の相互干渉が小さくできる。流体抵抗部３０の流路の分岐に関しても、振動板４が２層、３層になったとしても接合時の加圧が確実にできるなど効果があり、１層構成の振動板４に限るものではない。
但し、液滴吐出ヘッド１０では、１層構成の振動板４の効果が顕著に現れる。
従って、液滴吐出ヘッド１０では、積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の方が活性領域部５１より剛性が高くなっているので、積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部で流路板３等の流路ユニットを流路板保持部６で支持しているノーマルピッチ構成において、流路板３等の流路ユニットを支持する力が強くなり、振動を抑え、インク吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られる。これにより高画質化が実現できる。
更に、液滴吐出ヘッド１０においては、溝加工はサンドブラスト法により加工されているので、不活性領域部５２と活性領域部５１の剛性を大きく変えることができ、不活性領域部５２の剛性をより高くすることで、流路板３等の流路ユニットを流路板保持部６で支持する力が強くなり、振動を抑え、インク吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られる。これにより高画質化が実現できる。
従って、液滴吐出ヘッド１０では、積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の方が活性領域部５１より剛性が高くなっているので、積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部で流路板３等の流路ユニットを流路板保持部６で支持しているノーマルピッチ構成において、流路板３等の流路ユニットを支持する力が強くなり、振動を抑え、インク吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られる。これにより高画質化が実現できる。
更に、液滴吐出ヘッド１０においては、溝加工はサンドブラスト法により加工されているので、不活性領域部５２と活性領域部５１の剛性を大きく変えることができ、不活性領域部５２の剛性をより高くすることで、流路板３等の流路ユニットを流路板保持部６で支持する力が強くなり、振動を抑え、インク吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られる。これにより高画質化が実現できる。
図４は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の流体抵抗部３０側をフレーム８で支持する基本構成図である。
図４において、先の実施例との大きな違いは、流体抵抗部３０側の積層圧電素子部材５の支持をなくして、その分、積層圧電素子部材５の流体抵抗部３０側の不活性領域部５２の長さを短くしたことである。また、それにあわせて流路板３に形成する加圧液室２の流路を短くしている。
図４において、先の実施例との大きな違いは、流体抵抗部３０側の積層圧電素子部材５の支持をなくして、その分、積層圧電素子部材５の流体抵抗部３０側の不活性領域部５２の長さを短くしたことである。また、それにあわせて流路板３に形成する加圧液室２の流路を短くしている。
先の実施例と同様に、ベース部材５０に固定される積層圧電素子部材５は、サンドブラスト工法により、図示の溝加工ライン５９に沿うように溝加工が施され、各加圧液室２に対応した活性領域部５１およびその周辺で変位する不活性領域部５２の一部が櫛歯に形成されている。この櫛歯状部分を駆動部として使用する。
具体的には、流体抵抗部３０の長さを短くする代わりに、幅をより狭めて、流体抵抗値を揃えている。また、フレーム８の積層圧電素子部材５側の内側の厚みを厚くしている。
つまり、本発明の実施例の液滴吐出ヘッド１０の構成は、ノズル孔１側は積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部の変位の小さい領域で支持して、流体抵抗部３０側はフレーム８で支持する構成としている。
具体的には、流体抵抗部３０の長さを短くする代わりに、幅をより狭めて、流体抵抗値を揃えている。また、フレーム８の積層圧電素子部材５側の内側の厚みを厚くしている。
つまり、本発明の実施例の液滴吐出ヘッド１０の構成は、ノズル孔１側は積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部の変位の小さい領域で支持して、流体抵抗部３０側はフレーム８で支持する構成としている。
本発明は、本実施例のように積層圧電素子部材５の片側の不活性領域部５２を支持で使用する場合にも有効である。
図５は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の流体抵抗部３０の形状を２本流路に分岐する基本構成図である。
図６は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の流体抵抗部３０の形状を２本流路に分岐する流路板３に形成する加圧液室２、振動板４と積層圧電素子部材５のレイアウトを表す上面図である。
図５と図６において、先の実施例との大きな違いは、流体抵抗部３０の形状を２本流路に分岐させている点だけが異なる。
図５は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の流体抵抗部３０の形状を２本流路に分岐する基本構成図である。
図６は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の流体抵抗部３０の形状を２本流路に分岐する流路板３に形成する加圧液室２、振動板４と積層圧電素子部材５のレイアウトを表す上面図である。
図５と図６において、先の実施例との大きな違いは、流体抵抗部３０の形状を２本流路に分岐させている点だけが異なる。
流体抵抗部３０は、２本の流路に分岐されて、流路板３に形成する加圧液室２の流路の中央付近に島を形成している。
そして、この流路の島の部分と積層圧電素子部材５の流体抵抗部３０側は重なる面積を大きく取れて、更に、流路板３などの流路ユニットをしっかり支持することが出来る。
図６で明らかなように、流体抵抗部３０側の積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部の変位していない領域と流路板３の重なる面積が広くなり、支持する力および接合ずれに対して強い構成である。
また、部品精度等で位置ずれした場合にも流路を支持する力を確保でき、相互干渉を小さくすることができる。
更に、接着する場合の加圧もしっかり行え、接合不良を防ぐことが出来る。
そして、この流路の島の部分と積層圧電素子部材５の流体抵抗部３０側は重なる面積を大きく取れて、更に、流路板３などの流路ユニットをしっかり支持することが出来る。
図６で明らかなように、流体抵抗部３０側の積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の一部の変位していない領域と流路板３の重なる面積が広くなり、支持する力および接合ずれに対して強い構成である。
また、部品精度等で位置ずれした場合にも流路を支持する力を確保でき、相互干渉を小さくすることができる。
更に、接着する場合の加圧もしっかり行え、接合不良を防ぐことが出来る。
図７は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の不活性領域部５２の溝形状部５３が活性領域部５１よりも浅い基本構成図である。
図８は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の不活性領域部５２の溝形状部５３が活性領域部５１よりも浅い図７の（Ｂ−Ｂ）線の断面図である。
図７と図８において、電気機械変換手段による加圧液室の一面を形成する振動板の変位で液体を加圧してノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの加工方法は、ベース部材５０に固定する積層圧電素子部材５の活性領域部５１をダイシングソー又はワイヤーソー加工により溝加工ライン５９に沿って不活性領域部５２の非溝形状部５５を残して傾斜面５６を構成する溝形状部５３と柱形状部５４を形成して、不活性領域部５２の剛性を活性領域部５１の剛性よりも高くする。
図８は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の不活性領域部５２の溝形状部５３が活性領域部５１よりも浅い図７の（Ｂ−Ｂ）線の断面図である。
図７と図８において、電気機械変換手段による加圧液室の一面を形成する振動板の変位で液体を加圧してノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの加工方法は、ベース部材５０に固定する積層圧電素子部材５の活性領域部５１をダイシングソー又はワイヤーソー加工により溝加工ライン５９に沿って不活性領域部５２の非溝形状部５５を残して傾斜面５６を構成する溝形状部５３と柱形状部５４を形成して、不活性領域部５２の剛性を活性領域部５１の剛性よりも高くする。
本実施例の、先の実施例との大きな違いは、ダイシングソー又はワイヤーソー加工により斜めに溝加工している点である。
本発明の液滴吐出ヘッド１０は、積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の溝形状部５３の深さを、活性領域部５１よりも浅くして、櫛歯状の柱形状部５４の高さを低くすることで、支持部の剛性を高くしている。
これにより、流路板３を支持する力を強くして、流路板３等の流路ユニットの振動を抑え、相互干渉を小さくすることができる。
本発明の液滴吐出ヘッド１０は、積層圧電素子部材５の不活性領域部５２の溝形状部５３の深さを、活性領域部５１よりも浅くして、櫛歯状の柱形状部５４の高さを低くすることで、支持部の剛性を高くしている。
これにより、流路板３を支持する力を強くして、流路板３等の流路ユニットの振動を抑え、相互干渉を小さくすることができる。
また、外部電極７の共通電極７１側の内部電極層５８がチャンネル（ＣＨ）毎に分断されないように加工することで、共通電極７１の電流が外部電極７の一部に集中することを防ぎ、ベース部材５０上の底面への外部電極形成などの追加工程が必要なくなり、コスト的にも有利になる。
従って、液滴吐出ヘッド１０においては、積層圧電素子部材５の溝加工の深さが不活性領域部５２の方が活性領域部５１より浅くなっているので、不活性領域部５２の方が活性領域部５１より剛性が高くなり、流路板３等の流路ユニットを流路板保持部６で支持する力が強くなり、振動を抑え、インク吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られる。これにより高画質化、小型化が実現できる。
従って、液滴吐出ヘッド１０においては、積層圧電素子部材５の溝加工の深さが不活性領域部５２の方が活性領域部５１より浅くなっているので、不活性領域部５２の方が活性領域部５１より剛性が高くなり、流路板３等の流路ユニットを流路板保持部６で支持する力が強くなり、振動を抑え、インク吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られる。これにより高画質化、小型化が実現できる。
図９は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の積層圧電素子部材５の溝加工時にベース部材５０へのダイシングソー又はワイヤーソー加工を共に施す場合を示す基本構成図である。
図１０は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の積層圧電素子部材５の溝加工時にベース部材５０へのダイシングソー又はワイヤーソー加工を共に施す場合を示す図９の（Ｃ−Ｃ）線の断面図である。
図９と図１０において、本発明の液滴吐出ヘッド１０は、フレーム８、流路板３、ノズル板１１、振動板４等は、先の実施例と同じであるが、ベース部材５０をチタン酸バリウム系セラミックにして、積層圧電素子部材５の溝加工時に一緒にダイシングソー又はワイヤーソー加工している。
図１０は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の積層圧電素子部材５の溝加工時にベース部材５０へのダイシングソー又はワイヤーソー加工を共に施す場合を示す図９の（Ｃ−Ｃ）線の断面図である。
図９と図１０において、本発明の液滴吐出ヘッド１０は、フレーム８、流路板３、ノズル板１１、振動板４等は、先の実施例と同じであるが、ベース部材５０をチタン酸バリウム系セラミックにして、積層圧電素子部材５の溝加工時に一緒にダイシングソー又はワイヤーソー加工している。
ベース部材５０の材料を変更するのは、ダイシングソー又はワイヤーソー加工の歩留りを上げるためであるが、このように一緒に加工できればこれに限ったものではない。
本実施例の液滴吐出ヘッド１０は、溝加工ライン５９に沿って斜めにベース部材５０ごとダイシングソー又はワイヤーソー加工する場合、切り欠き部分を設けなくても、積層圧電素子部材５の個別電極７０側は各チャンネル（ＣＨ）毎に分離されるので、積層圧電素子部材５は厚み方向上下に積んでいた活性領域部５１の部分を薄くできる。
また、外部電極７の共通電極７１側の内部電極層５８がチャンネル（ＣＨ）毎に分断されないように加工することで、共通電極７１の電流が外部電極７の一部に集中することを防ぎ、底面への外部電極形成などの追加工程が必要なくなる。これにより、材料費および切り欠きや外部電極形成の工数を減らすことができ、積層圧電素子部材５のコストが安くなる。
本実施例の液滴吐出ヘッド１０は、溝加工ライン５９に沿って斜めにベース部材５０ごとダイシングソー又はワイヤーソー加工する場合、切り欠き部分を設けなくても、積層圧電素子部材５の個別電極７０側は各チャンネル（ＣＨ）毎に分離されるので、積層圧電素子部材５は厚み方向上下に積んでいた活性領域部５１の部分を薄くできる。
また、外部電極７の共通電極７１側の内部電極層５８がチャンネル（ＣＨ）毎に分断されないように加工することで、共通電極７１の電流が外部電極７の一部に集中することを防ぎ、底面への外部電極形成などの追加工程が必要なくなる。これにより、材料費および切り欠きや外部電極形成の工数を減らすことができ、積層圧電素子部材５のコストが安くなる。
また、本実施例の液滴吐出ヘッド１０においても、不活性領域部５２の溝形状部５３の深さを活性領域部５１よりも浅くして、櫛歯状の柱形状部５４の高さを低くすることで、不活性領域部５２の流路板支持部６の剛性を高くしている。
これにより、流路板３を支持する力を強くして、流路板３等の流路ユニットの振動を抑え、相互干渉を小さくすることができる。
従って、液滴吐出ヘッド１０においては、溝加工はダイシングソーあるいはワイヤーソー加工により斜めに加工されているので、精度良く加工することができ、ノズル孔１のピッチを高密度に並べることができると共に、不活性領域部５２の方が活性領域部５１より剛性が高くなり、流路板３等の流路ユニットを流路板保持部６で支持する力が強くなり、振動を抑え、インク吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られる。これにより高画質化、小型化が実現できる。
これにより、流路板３を支持する力を強くして、流路板３等の流路ユニットの振動を抑え、相互干渉を小さくすることができる。
従って、液滴吐出ヘッド１０においては、溝加工はダイシングソーあるいはワイヤーソー加工により斜めに加工されているので、精度良く加工することができ、ノズル孔１のピッチを高密度に並べることができると共に、不活性領域部５２の方が活性領域部５１より剛性が高くなり、流路板３等の流路ユニットを流路板保持部６で支持する力が強くなり、振動を抑え、インク吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られる。これにより高画質化、小型化が実現できる。
図１１は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の積層圧電素子部材５の溝加工時にベース部材５０へのダイシングソー又はワイヤーソー加工を共に縦方向に施す場合を示す基本構成図である。
図１２は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の積層圧電素子部材５の溝加工時にベース部材５０へのダイシングソー又はワイヤーソー加工を共に縦方向に施す場合を示す図１１の（Ｄ−Ｄ）線の断面図である。
図１１と図１２において、本発明の液滴吐出ヘッド１０は、フレーム８、流路板３、ノズル板１１、振動板４等は、先の実施例と同じであるが、ベース部材５０をチタン酸バリウム系セラミックにして、積層圧電素子部材５の溝加工時に一緒にダイシングソー又はワイヤーソー加工を縦方向に加工している。
図１２は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０の積層圧電素子部材５の溝加工時にベース部材５０へのダイシングソー又はワイヤーソー加工を共に縦方向に施す場合を示す図１１の（Ｄ−Ｄ）線の断面図である。
図１１と図１２において、本発明の液滴吐出ヘッド１０は、フレーム８、流路板３、ノズル板１１、振動板４等は、先の実施例と同じであるが、ベース部材５０をチタン酸バリウム系セラミックにして、積層圧電素子部材５の溝加工時に一緒にダイシングソー又はワイヤーソー加工を縦方向に加工している。
ベース部材５０の材料を変更するのは、ダイシングソー又はワイヤーソー加工の歩留りを上げるためであるが、このように一緒に加工できればこれに限ったものではない。
本実施例の液滴吐出ヘッド１０は、図１１の方向からみると溝加工ライン５９に沿って縦にダイシングソー又はワイヤーソー加工している。具体的には、ベース部材５０と積層圧電素子部材５を縦置きできるよう治具を作製、複数個を並べて、一気にダイシングソー又はワイヤーソー加工を行って量産性を上げている。
積層圧電素子部材５の厚み方向に積み上げると、長さ方向に比べて短いので、多くの個数が一気に加工できることでも優れている。
本実施例の液滴吐出ヘッド１０は、図１１の方向からみると溝加工ライン５９に沿って縦にダイシングソー又はワイヤーソー加工している。具体的には、ベース部材５０と積層圧電素子部材５を縦置きできるよう治具を作製、複数個を並べて、一気にダイシングソー又はワイヤーソー加工を行って量産性を上げている。
積層圧電素子部材５の厚み方向に積み上げると、長さ方向に比べて短いので、多くの個数が一気に加工できることでも優れている。
また、前の図９と図１０に図示する実施例と同様に、積層圧電素子部材５の個別電極７０側は各チャンネル（ＣＨ）毎に分離されるので、積層圧電素子部材５は厚み方向上下に積んでいた部分を薄くできる。
また、外部電極７の共通電極７１側の内部電極層５８がチャンネル（ＣＨ）毎に分断されないように加工することで、共通電極７１の電流が外部電極７の一部に集中することを防ぎ、底面への外部電極形成などの追加工程が必要なくなる。これにより、材料費および切り欠きや外部電極形成の工数を減らすことができ、積層圧電素子部材５のコストが安くなる。
また、外部電極７の共通電極７１側の内部電極層５８がチャンネル（ＣＨ）毎に分断されないように加工することで、共通電極７１の電流が外部電極７の一部に集中することを防ぎ、底面への外部電極形成などの追加工程が必要なくなる。これにより、材料費および切り欠きや外部電極形成の工数を減らすことができ、積層圧電素子部材５のコストが安くなる。
また、本実施例の液滴吐出ヘッド１０は、不活性領域部５２の幅を活性領域部５１よりも広くして面積を広げたことに相当し、不活性領域部５２の剛性を高くしている。
これにより、流路板３を流路支持部６で支持する力を強くして、流路板３等の流路ユニットの振動を抑え、相互干渉を小さくすることができる。
従って、流路板３等の流路ユニットを支持する力が強く振動を抑え液滴吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られ加工精度も高く高画質化と長尺化ができて高品質の画像形成が行われる安価で小型の液滴吐出ヘッド１０、及びその液滴吐出ヘッド１０の加工方法を提供することが出来る。
これにより、流路板３を流路支持部６で支持する力を強くして、流路板３等の流路ユニットの振動を抑え、相互干渉を小さくすることができる。
従って、流路板３等の流路ユニットを支持する力が強く振動を抑え液滴吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られ加工精度も高く高画質化と長尺化ができて高品質の画像形成が行われる安価で小型の液滴吐出ヘッド１０、及びその液滴吐出ヘッド１０の加工方法を提供することが出来る。
図１３は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０を備える画像形成装置１００の基本構成図である。
図１４は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０を備える画像形成装置１００の液滴吐出ヘッド装着部１０１の平面図である。
図１３と図１４において、被記録媒体に記録画像を形成する画像形成装置１００は、被記録媒体（Ｐ）の記録用紙に記録画像を形成する上記実施例の液滴吐出ヘッド１０と、液滴吐出ヘッド１０を装着する液滴吐出ヘッド装着部１０１と、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジに装着される液滴吐出ヘッド１０の液滴吐出部に被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を給送する被記録媒体給送手段１０２を備えている。
図１４は、本発明の実施の形態例にかかる液滴吐出ヘッド１０を備える画像形成装置１００の液滴吐出ヘッド装着部１０１の平面図である。
図１３と図１４において、被記録媒体に記録画像を形成する画像形成装置１００は、被記録媒体（Ｐ）の記録用紙に記録画像を形成する上記実施例の液滴吐出ヘッド１０と、液滴吐出ヘッド１０を装着する液滴吐出ヘッド装着部１０１と、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジに装着される液滴吐出ヘッド１０の液滴吐出部に被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を給送する被記録媒体給送手段１０２を備えている。
画像形成装置１００は、本発明の液滴吐出ヘッド１０を搭載した、シリアルタイプのインクジェット記録装置であるが、被記録媒体（Ｐ）の搬送手段などに依存するものではないので、フルラインタイプの記録装置に、本発明の液滴吐出ヘッド１０を搭載しても何ら問題はない。本発明の効果は変らない。
この画像形成装置１００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１１０とガイドレール１１１とで液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジを主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１１２でタイミングベルト１１３を介して図１４に図示の矢印（Ｆ）方向の主走査方向に移動走査する。
この画像形成装置１００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１１０とガイドレール１１１とで液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジを主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１１２でタイミングベルト１１３を介して図１４に図示の矢印（Ｆ）方向の主走査方向に移動走査する。
この液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジには、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する４個の液滴吐出ヘッド１０からなる記録ヘッド１０３を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
また、液滴吐出ヘッド装着部１０１には、液滴吐出ヘッド１０からなる記録ヘッド１０３に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１１４を搭載している。このサブタンク１１４には図示しないインク供給チューブを介してメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。
また、液滴吐出ヘッド装着部１０１には、液滴吐出ヘッド１０からなる記録ヘッド１０３に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１１４を搭載している。このサブタンク１１４には図示しないインク供給チューブを介してメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。
この実施形態では、サブタンク１１４と記録ヘッド１０３で本発明に係る液滴吐出装置を構成しているが、記録ヘッド１０３を本発明に係る液滴吐出ヘッド１０で構成し、別途サブタンク１１４を設ける構成とすることもできるし、あるいは、サブタンク１１４を用いないでインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。
一方、給紙カセット１２０などの被記録媒体積載部（圧板）１２１上に積載した被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を給紙するための被記録媒体給送手段１０２として、被記録媒体積載部（圧板）１２１から被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１２２、及び半月コロ（給紙ローラ）１２２に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１２３を備え、この分離パッド１２３は半月コロ（給紙ローラ）１２２側に付勢されている。
一方、給紙カセット１２０などの被記録媒体積載部（圧板）１２１上に積載した被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を給紙するための被記録媒体給送手段１０２として、被記録媒体積載部（圧板）１２１から被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１２２、及び半月コロ（給紙ローラ）１２２に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１２３を備え、この分離パッド１２３は半月コロ（給紙ローラ）１２２側に付勢されている。
そして、この被記録媒体給送手段１０２から給送された被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を記録ヘッド１０３の下方側で搬送するための搬送部１０４として、被記録媒体（Ｐ）を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１４０と、被記録媒体給送手段１０２からガイド１２４を介して送られる被記録媒体（Ｐ）を搬送ベルト１４０との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１４１と、略鉛直上方に送られる被記録媒体（Ｐ）を略９０°方向転換させて搬送ベルト１４０上に倣わせるための搬送ガイド１４２と、押さえ部材１４３で搬送ベルト１４０側に付勢される先端加圧コロ１４４を備えている。
また、搬送ベルト１４０の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１４５を備えている。
また、搬送ベルト１４０の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１４５を備えている。
ここで、搬送ベルト１４０は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１４６とテンションローラ１４７との間に掛け渡されて、副走査モータ１４８からタイミングベルト１４９、及びタイミングローラ１５０を介して搬送ローラ１４６が回転されることで、図示の矢印（Ｇ）方向の搬送ベルト１４０の搬送方向である副走査方向に周回するように構成している。
尚、搬送ベルト１４０の裏面側には液滴吐出ヘッド１０からなる記録ヘッド１０３による画像形成領域に対応してガイド部材１５１を配置している。
尚、搬送ベルト１４０の裏面側には液滴吐出ヘッド１０からなる記録ヘッド１０３による画像形成領域に対応してガイド部材１５１を配置している。
また、図１４に図示するように、搬送ローラ１４６の軸には、スリット円板１５２を取り付け、このスリット円板１５２のスリットを検知するセンサ１５３を設けて、これらのスリット円板１１５２及びセンサ１５３によってエンコーダ１５４を構成している。
帯電ローラ１４５は、搬送ベルト１４０の表層に接触し、搬送ベルト１４０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、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジの前方側には、図１３に図示するように、スリットを形成したエンコーダスケール１１５を設け、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジの前面側にはエンコーダスケール１１５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１１６を設け、これらによって、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジの主走査方向位置（ホーム位置に対する位置）を検知するためのエンコーダ１１７を構成している。
帯電ローラ１４５は、搬送ベルト１４０の表層に接触し、搬送ベルト１４０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、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジの前方側には、図１３に図示するように、スリットを形成したエンコーダスケール１１５を設け、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジの前面側にはエンコーダスケール１１５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１１６を設け、これらによって、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジの主走査方向位置（ホーム位置に対する位置）を検知するためのエンコーダ１１７を構成している。
さらに、液滴吐出ヘッド１０からなる記録ヘッド１０３で記録画像の記録された被記録媒体（Ｐ）を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１４０から被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を分離するための分離部と、排出ローラ１５５及び排出コロ１５６と、排出される被記録媒体（Ｐ）をストックする排出トレイ１５７とを備えている。
また、背部には両面給紙ユニット１０５が着脱自在に装着されている。この両面給送ユニット１０５は搬送ベルト１４０の逆方向回転で戻される被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１４１と搬送ベルト１４０との間に給紙する。
このように構成した液滴吐出ヘッド１０を備える画像形成装置１００においては、被記録媒体給送手段１０２から被記録媒体（Ｐ）の記録用紙が１枚ずつ分離給送され、略鉛直上方に給送された被記録媒体（Ｐ）の記録用紙はガイド１２４で案内され、搬送ベルト１４０とカウンタローラ１４１との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１４２で案内されて先端加圧コロ１４４で搬送ベルト１４０に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
また、背部には両面給紙ユニット１０５が着脱自在に装着されている。この両面給送ユニット１０５は搬送ベルト１４０の逆方向回転で戻される被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１４１と搬送ベルト１４０との間に給紙する。
このように構成した液滴吐出ヘッド１０を備える画像形成装置１００においては、被記録媒体給送手段１０２から被記録媒体（Ｐ）の記録用紙が１枚ずつ分離給送され、略鉛直上方に給送された被記録媒体（Ｐ）の記録用紙はガイド１２４で案内され、搬送ベルト１４０とカウンタローラ１４１との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１４２で案内されて先端加圧コロ１４４で搬送ベルト１４０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１４５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１４０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１４０上に被記録媒体（Ｐ）の記録用紙が給送されると、被記録媒体（Ｐ）が搬送ベルト１４０に静電力で吸着され、搬送ベルト１４０の周回移動によって被記録媒体（Ｐ）の記録用紙が副走査方向に搬送される。
そこで、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジを移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド１０からなる記録ヘッド１０３を駆動することにより、被記録媒体給送手段１０２から液滴吐出ヘッド１０の液滴吐出部に給送して停止している被記録媒体（Ｐ）の記録用紙にインク滴を吐出して１行分を記録し、被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を所定量搬送後、次の行の記録を行う。
このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１４０上に被記録媒体（Ｐ）の記録用紙が給送されると、被記録媒体（Ｐ）が搬送ベルト１４０に静電力で吸着され、搬送ベルト１４０の周回移動によって被記録媒体（Ｐ）の記録用紙が副走査方向に搬送される。
そこで、液滴吐出ヘッド装着部１０１のキャリッジを移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド１０からなる記録ヘッド１０３を駆動することにより、被記録媒体給送手段１０２から液滴吐出ヘッド１０の液滴吐出部に給送して停止している被記録媒体（Ｐ）の記録用紙にインク滴を吐出して１行分を記録し、被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を所定量搬送後、次の行の記録を行う。
記録終了信号又は被記録媒体（Ｐ）の記録用紙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、被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を排出トレイ１５７に排出する。
また、両面記録又は印刷の場合には、表面の最初に記録又は印刷する面の記録が終了したときに、搬送ベルト１４０を逆回転させることで、記録又は印刷済みの被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を両面給送ユニット１０５内に送り込み、被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を反転させて、裏面が記録面又は印刷面となる状態にして、再度カウンタローラ１４１と搬送ベルト１４０との間に給送し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１４０上に搬送して裏面に記録又は印刷を行った後、排出トレイ１５７に排出する。
従って、流路板３等の流路ユニットを支持する力が強く振動を抑え液滴吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られ加工精度も高く高画質化と長尺化ができて高品質の画像形成が行われる安価で小型の液滴吐出ヘッド１０を備える画像形成装置１００を提供することが出来る。
また、両面記録又は印刷の場合には、表面の最初に記録又は印刷する面の記録が終了したときに、搬送ベルト１４０を逆回転させることで、記録又は印刷済みの被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を両面給送ユニット１０５内に送り込み、被記録媒体（Ｐ）の記録用紙を反転させて、裏面が記録面又は印刷面となる状態にして、再度カウンタローラ１４１と搬送ベルト１４０との間に給送し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１４０上に搬送して裏面に記録又は印刷を行った後、排出トレイ１５７に排出する。
従って、流路板３等の流路ユニットを支持する力が強く振動を抑え液滴吐出の相互干渉を抑えて良好な噴射性能が得られ加工精度も高く高画質化と長尺化ができて高品質の画像形成が行われる安価で小型の液滴吐出ヘッド１０を備える画像形成装置１００を提供することが出来る。
なお、本発明に係る液滴吐出ヘッド１０を備える画像形成装置１００は、インクジェットプリンタ等の印刷機、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。また、インク以外の液体、例えば、ＤＮＡ試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、或いはこれらを備える画像形成装置１００にも適用することができる。
１ ノズル孔
２ 加圧液室
３ 流路板
４ 振動板
５ 積層圧電素子部材
６ 流路板保持部
７ 外部電極
８ フレーム
９ ＦＰＣ
１０ 液滴吐出ヘッド
１１ ノズル板
３０ 流体抵抗部
３１ 連通口
３２ 流路隔壁
４０ 流体流入口
５０ ベース部材５１
５１ 活性領域部
５２ 不活性領域部
５３ 溝形状部
５４ 柱形状部
５５ 非溝形状部
５６ 傾斜面
５７ 圧電層
５８ 内部電極層
５９ 溝加工ライン
７０ 個別電極
７１ 共通電極
８０ 共通液室
１００ 画像形成装置
１０１ 液滴吐出ヘッド装着部
１０２ 被記録媒体給送手段
１０３ 記録ヘッド
１０４ 搬送部
１０５ 両面給送ユニット
１１０ ガイドロッド
１１１ ガイドレール
１１２ 主走査モータ
１１３ タイミングベルト
１１４ サブタンク
１１５ エンコーダスケール
１１６ エンコーダセンサ
１１７ エンコーダ
１２０ 給紙カセット
１２１ 被記録媒体積載部（圧板）
１２２ 半月コロ（給紙ローラ）
１２３ 分離パッド
１２４ ガイド
１４０ 搬送ベルト
１４１ カウンタローラ
１４２ 搬送ガイド
１４３ 押さえ部材
１４４ 先端加圧コロ
１４５ 帯電ローラ
１４６ 搬送ローラ
１４７ テンションローラ
１４８ 副走査モータ
１４９ タイミングベルト
１５０ タイミングローラ
１５１ ガイド部材
１５２ スリット円板
１５３ センサ
１５４ エンコーダ
１５５ 排出ローラ
１５６ 排出コロ
１５７ 排出トレイ
１０００ 液滴吐出ヘッド
１００１ ノズル孔
１００２ 加圧液室
１００３ 流路板
１００４ 振動板
１００５ 積層圧電素子部材
１００６ 流路板保持部
１００７ 外部電極
１００８ フレーム
１００９ ＦＰＣ
１０１１ ノズル板
１０３０ 流体抵抗部
１０３１ 連通口
１０３２ 流路隔壁
１０４０ インク流入口
１０４１ ダイヤフラム部
１０４２ 凸部
１０５０ ベース部材
１０５１ 活性領域部
１０５２ 不活性領域部
１０５３ 溝形状部
１０５４ 柱形状部
１０５７ 圧電層
１０５８ 内部電極層
１０５９ 溝加工ライン
１０７０ 個別電極
１０７１ 共通電極
１０８０ 共通液室
２ 加圧液室
３ 流路板
４ 振動板
５ 積層圧電素子部材
６ 流路板保持部
７ 外部電極
８ フレーム
９ ＦＰＣ
１０ 液滴吐出ヘッド
１１ ノズル板
３０ 流体抵抗部
３１ 連通口
３２ 流路隔壁
４０ 流体流入口
５０ ベース部材５１
５１ 活性領域部
５２ 不活性領域部
５３ 溝形状部
５４ 柱形状部
５５ 非溝形状部
５６ 傾斜面
５７ 圧電層
５８ 内部電極層
５９ 溝加工ライン
７０ 個別電極
７１ 共通電極
８０ 共通液室
１００ 画像形成装置
１０１ 液滴吐出ヘッド装着部
１０２ 被記録媒体給送手段
１０３ 記録ヘッド
１０４ 搬送部
１０５ 両面給送ユニット
１１０ ガイドロッド
１１１ ガイドレール
１１２ 主走査モータ
１１３ タイミングベルト
１１４ サブタンク
１１５ エンコーダスケール
１１６ エンコーダセンサ
１１７ エンコーダ
１２０ 給紙カセット
１２１ 被記録媒体積載部（圧板）
１２２ 半月コロ（給紙ローラ）
１２３ 分離パッド
１２４ ガイド
１４０ 搬送ベルト
１４１ カウンタローラ
１４２ 搬送ガイド
１４３ 押さえ部材
１４４ 先端加圧コロ
１４５ 帯電ローラ
１４６ 搬送ローラ
１４７ テンションローラ
１４８ 副走査モータ
１４９ タイミングベルト
１５０ タイミングローラ
１５１ ガイド部材
１５２ スリット円板
１５３ センサ
１５４ エンコーダ
１５５ 排出ローラ
１５６ 排出コロ
１５７ 排出トレイ
１０００ 液滴吐出ヘッド
１００１ ノズル孔
１００２ 加圧液室
１００３ 流路板
１００４ 振動板
１００５ 積層圧電素子部材
１００６ 流路板保持部
１００７ 外部電極
１００８ フレーム
１００９ ＦＰＣ
１０１１ ノズル板
１０３０ 流体抵抗部
１０３１ 連通口
１０３２ 流路隔壁
１０４０ インク流入口
１０４１ ダイヤフラム部
１０４２ 凸部
１０５０ ベース部材
１０５１ 活性領域部
１０５２ 不活性領域部
１０５３ 溝形状部
１０５４ 柱形状部
１０５７ 圧電層
１０５８ 内部電極層
１０５９ 溝加工ライン
１０７０ 個別電極
１０７１ 共通電極
１０８０ 共通液室
Claims (16)
- 電気機械変換手段と、液滴を吐出するノズル孔と、前記ノズル孔に対応し、液体が加圧される加圧液室と、前記加圧液室を形成する流路板と、記加圧液室の一面を形成し、前記電気機械変換手段によって変位して液体を加圧する振動板と、を備え、前記振動板の変位によって前記加圧液室内の液体を加圧して前記ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、
前記電気機械変換手段は、圧電材料と電極とを交互に積層した積層圧電素子部材であって、当該積層圧電素子部材の一端を固定するベース部材と、前記振動板と接続して電圧の印加により変位を発生する活性領域部と、前記活性領域部よりも高い剛性を備え電圧が印加されない不活性領域部と、を備え、
前記不活性領域部は、前記振動板を介して前記流路板を保持する流路板保持部を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズル孔と、前記ノズル孔に対応する前記加圧液室とをそれぞれ複数個備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路板は、シリコン単結晶基板をパターニングして形成した流体抵抗部と、前記加圧液室を形成する彫込部と、前記ノズル孔に対する位置に連通口を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記シリコン単結晶基板の厚さは、５００μｍ以上であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項３又は４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記彫込部の深さは、１００μｍ以下であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記流路板は、ＳＵＳ材を複数枚重ねて形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至６の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、開口を穿設した高分子圧延フィルム材を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項７に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記高分子圧延フィルム材は、ポリフエニレンサルフアイト樹脂からなる延伸性フィルムであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至８の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、一層で構成されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至９の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記活性領域部は、前記加圧液室に対応する柱形状部を形成した溝形状部を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部の少なくとも一部に前記柱形状部を形成しない非溝形状部を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部に備えた前記溝形状部は、前記活性領域部に備えた前記溝形状部の深さよりも浅いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部は、少なくとも前記積層圧電素子部材を構成する前記電極の一部が分割されていないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至１３の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記活性領域部に設けた前記溝形状部を傾斜させて形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至１４の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不活性領域部に設けた前記溝形状部を傾斜させて形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至１５の何れか一項に記載液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006253605A JP2008073898A (ja) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006253605A JP2008073898A (ja) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008073898A true JP2008073898A (ja) | 2008-04-03 |
Family
ID=39346463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006253605A Pending JP2008073898A (ja) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | 液滴吐出ヘッド及び画像形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2008073898A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018084826A1 (en) * | 2016-11-01 | 2018-05-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device including fluid output channel |
-
2006
- 2006-09-19 JP JP2006253605A patent/JP2008073898A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018084826A1 (en) * | 2016-11-01 | 2018-05-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device including fluid output channel |
| CN109641456A (zh) * | 2016-11-01 | 2019-04-16 | 惠普发展公司，有限责任合伙企业 | 包括流体输出通道的流体喷射设备 |
| US10723128B2 (en) | 2016-11-01 | 2020-07-28 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device including fluid output channel |
| CN109641456B (zh) * | 2016-11-01 | 2021-06-15 | 惠普发展公司，有限责任合伙企业 | 包括流体输出通道的流体喷射设备 |
| US11642885B2 (en) | 2016-11-01 | 2023-05-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Fluid ejection device including fluid output channel |
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