JP2008173895A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置及び静電型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】大気からの水分、異物の浸入による影響を受けることなく、共通液室の配置や構成の制限を受けず、確実に空隙内の圧力補正を行うことができない。
【解決手段】振動板１１と電極１４との間の空隙１３は圧力補正室１７に連通し、この圧力補正室１７の壁面の少なくとも一部は振動板１１よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材２１で形成され、この第１可動部材２１を挟んで圧力補正室１７と反対側には密閉されたダンパ室１８を有し、このダンパ室１８の他の壁面は第１可動部材２１よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材２２で形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置及び静電型アクチュエータに関する。

一般に、プリンタ／ファックス／コピア或いはこれらの機能を複合した画像形成装置としては、例えば、記録液（液体）の液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）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。）を行なうものがある。

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、画像形成を行うものに限定されるものではない。

液体吐出ヘッドとしては、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータを用いたもの、電気熱変換素子に膜沸騰を利用するサーマル型アクチュエータを用いたもの、振動板と電極間の静電力を利用する静電型アクチュエータを用いたものなどがあり、この中でも静電型アクチュエータを用いたヘッドは、小型化、高速化、高密度化、省電力化において他の方式のヘッドに比べて優位であるという利点を有している。

このような、静電型アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドにおいては、静電引力は圧電素子に比べて非常に弱い力であることと、アクチュエータの駆動電圧を小さくしたいという要求により、振動板（可変電極）のコンプライアンスは割と大きな値に設定される。

一方で、アクチュエータの駆動電圧をより抑えるために可変電極と固定電極間の距離（以下、「ギャップ長」という。）はできるだけ狭くするのであるが、可変電極と固定電極の間の空間（以下、「ギャップ」、「空隙」又は「振動室」という。）に異物が侵入すると、その部分で可変電極は変位できない状態になり、あるいは、水分が浸入すると、液架橋力もしくは水素結合力により可変電極が固定電極に接触したままの吸着状態になり、アクチュエータとして機能しなくなる。したがって、振動室は、外部から異物、液体が入らない構成としなければならず、そのために、振動室は外部から閉じた系とすることが好ましい。

しかしながら、振動室と振動室に連通する空間（以下、「アクチュエータ室」という。）に外の気体が出入りできない構成を採る場合には、別の問題が生じる。つまり、アクチュエータ室内の気体と外界の気体が自由に行き来できないため、外界の気圧、温度が変化すると、アクチュエータ室内と外界の気圧に差が生じ、この気圧差に応じて振動板（可変電極）の平衡位置が変化する。

例えば、温度の上昇により振動室内のガスは膨張する。また、可変電極はノズルあるいは液体供給側から大気圧の影響を受けるので、大気圧が低下すれば振動室内のガスの体積が増加する。これらの場合、可変電極の平衡位置は固定電極から遠ざかることとなる。結果として、ヘッドから吐出される液滴の吐出量，滴速度は、アクチュエータ室と外界の気圧差により変化することになり、液体吐出ヘッドは安定した吐出特性を維持できなくなる。逆に可変電極の平衡位置が固定電極側に近づく場合も同様の不具合につながる。

このとき、温度変化した場合は液体の粘度も変化するので、所望の吐出特性を得るためには、何らかの補正が必要であり、温度変化によるガスの膨張，収縮は液体粘度に対する補正と同時に行えば、付加的に必要なのは気圧に対する補正機能のみのように考えられる。しかしながら、この場合、ギャップ長を大きくすると、駆動時に可変電極と固定電極が接触する最小電圧が増大し、この最小電圧が用いているドライバの上限を超えてしまうおそれが生じる。

そこで、特許文献１には、共通液室の壁面の一部に振動板の変形量よりも大きい変形可能板を設けると共に、この変形可能板を挟んで共通液室と反対側には空隙と連通する気圧補正室を設けた液体吐出ヘッドが記載されている。
特開２００３−３３４９４５号公報

特許文献２には、振動室に連通する圧力補償室が設けられ、変位板を介して圧力補償室とは逆側に設けられた大気圧室を大気に連通させることで、変位板は大気圧を感知し圧力補償を可能にした液体吐出ヘッドが記載されている。
ＷＯ９９／０４７３５７

特許文献３には、ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有する静電型アクチュエータが記載されている。
特開２００５−０８１７９０号公報

特許文献４には、１又は複数の前記空隙に連通する連通路を設け、この連通路は振動板と略平行な面と直交する面内では閉口しているインクジェットヘッドが記載されている。
特開２００２−１６０３７４号公報

しかしながら、特許文献２に記載されているように大気に連通する大気圧室と変位板を挟んで圧力補償室を設ける構成にあっては、大気圧に開口している孔が必要になるが、製造プロセス時あるいは装置搭載使用時に、何らかの異物、液体により大気に開口する孔が塞がれるおそれがあり、塞がれないまでも孔から大気圧室に侵入した異物，水分のためへ気圧補正が困難になる可能性もある。また、実際の画像形成装置では、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などの電装系統に水分が付着しないように、ノズル板表面を除いてヘッド周辺をシールドする必要があることから、ヘッドのノズル板表面はもちろんヘッドの側面にも大気に開口する孔を形成することは困難であり、ヘッドの裏面に孔を設ける等の工夫が必要となる。このとき、大気に開口する孔の配設に伴い、ヘッドの大型化或いは製造コストの上昇は避け難いものとなるという課題がある。

また、特許文献１に記載のように圧力補正室を形成する変位可能板の逆側に共通液室を配置している構成にあっては、共通液室の構成、配置が制限されるという課題がある。また、特許文献３、４に記載のアクチュエータにあっては十分な圧力補正を行うことが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、大気からの水分、異物の浸入による影響を受けることなく、共通液室の配置や構成の制限を受けず、確実に空隙内の圧力補正を行うことで安定した振動板変位特性が得られる液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置及び画像形成装置、大気からの水分、異物の浸入による影響を受けることなく、確実に空隙内の圧力補正を行うことで安定した振動板変位特性が得られる静電型アクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、振動板と電極との間の空隙は圧力補正室に連通し、この圧力補正室の壁面の少なくとも一部は振動板よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材で形成され、この第１可動部材を挟んで圧力補正室と反対側には密閉されたダンパ室を有し、このダンパ室の他の壁面は第１可動部材よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材で形成されている構成としたものである。

ここで、第２可動部材はノズルを形成したノズル板で形成されている構成とすることができる。また、ダンパ室の壁面の一部は液室を形成する部材で形成されている構成とすることができる。また、前記ダンパ室は、第１可動板側の第１ダンパ室部分と、前記第２可動板側の第２ダンパ室部分とを有し、これらの第１ダンパ室部分と第２ダンパ室部分とは連通路で連通されている構成とすることができる。また、第２可動部材は樹脂から形成されている構成とすることができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドは、振動板と電極との間の空隙は液室を形成する部材で構成された密閉されたダンパ室に連通し、このダンパ室の壁面は振動板よりもコンプライアンスの大きい可動部材で形成されている構成としたものである。ここで、可動部材は樹脂から形成されている構成とできる。

これらの各液体吐出ヘッドにおいては、記録液を供給する液体タンクが一体化されている構成とできる。

本発明に係る液体吐出装置は、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。

本発明に係る静電型アクチュエータは、振動板と電極との間の空隙は圧力補正室に連通し、この圧力補正室の壁面の少なくとも一部は振動板よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材で形成され、この第１可動部材を挟んで圧力補正室と反対側には閉じた空間で形成されるダンパ室を有し、このダンパ室の他の壁面は第１可動部材よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材で形成されている構成としたものである。

本発明に係る静電型アクチュエータは、振動板を形成する部材上に設けられた部材に形成された密閉されたダンパ室に連通し、このダンパ室の壁面は振動板よりもコンプライアンスの大きい可動部材で形成されている構成としたものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、振動板と電極との間の空隙は圧力補正室に連通し、この圧力補正室の壁面の少なくとも一部は振動板よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材で形成され、この第１可動部材を挟んで圧力補正室と反対側には密閉されたダンパ室を有し、このダンパ室の他の壁面は第１可動部材よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材で形成されている構成としたので、大気からの水分、異物の浸入による影響を受けることなく、共通液室の配置や構成の制限を受けず、確実に空隙内の圧力補正を行うことで安定した振動板変位特性が得られる。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、振動板と電極との間の空隙は液室を形成する部材で構成された密閉されたダンパ室に連通し、このダンパ室の壁面は振動板よりもコンプライアンスの大きい可動部材で形成されている構成としたので、大気からの水分、異物の浸入による影響を受けることなく、共通液室の配置や構成の制限を受けず、確実に空隙内の圧力補正を行うことで安定した振動板変位特性が得られる。

本発明に係る液体吐出装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたので、安定した滴吐出特性が得られる。

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たので、安定した滴吐出特性が得られ高画質画像を形成できる。

本発明に係る静電型アクチュエータによれば、振動板と電極との間の空隙は圧力補正室に連通し、この圧力補正室の壁面の少なくとも一部は振動板よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材で形成され、この第１可動部材を挟んで圧力補正室と反対側には閉じた空間で形成されるダンパ室を有し、このダンパ室の他の壁面は第１可動部材よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材で形成されている構成としたので、大気からの水分、異物の浸入による影響を受けることなく、共通液室の配置や構成の制限を受けず、確実に空隙内の圧力補正を行うことで安定した振動板変位特性が得られる。

本発明に係る静電型アクチュエータによれば、振動板を形成する部材上に設けられた部材に形成された密閉されたダンパ室に連通し、このダンパ室の壁面は振動板よりもコンプライアンスの大きい可動部材で形成されている構成としたので、大気からの水分、異物の浸入による影響を受けることなく、共通液室の配置や構成の制限を受けず、確実に空隙内の圧力補正を行うことで安定した振動板変位特性が得られる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明を係る静電型アクチュエータを備え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１ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドのアクチュエータ基板の要部平面説明図、図２は図１のＡ−Ａ線に相当するノズルの並び方向の模式的断面説明図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う模式的断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、第１の基板であるアクチュエータ基板１と第２の基板である液室を形成する部材である流路基板（流路部材）２と第３の基板であるノズル板３を順次積層して構成し、これら３枚の基板１、２、３を接合することで、液滴を吐出するノズル４が連通する液室（吐出室）６、液室６に液体（インク）を供給するための図示しない流体抵抗部や共通液室を形成している。各液室６は液室間隔壁９で仕切られている。

アクチュエータ基板１は、基板２１上に、液室６の一部の壁面を形成する振動板（変形可能領域）１１を形成する振動板部材１２と、この振動板部材１２の振動板１１に空隙（ギャップ、振動室）１３を介して対向する個別電極（下部電極）１４を備えている。

また、アクチュエータ基板１の基板２０には、ノズル４の並び方向に、各空隙１３に個別連通路１５を介して連通する共通連通路（連通管）１６を形成し、この共通連通路１６を空隙１３の面積（平面での面積）よりも大きな面積の閉じた空間である圧力補正室１７に連通させている。この圧力補正室１７の壁面の一部は、振動板１１よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材（第１可動板）２１で形成されている。この第１可動板２１のコンプライアンスは、振動板１１のコンプライアンスより大きく、温度，気圧の環境変化によるアクチュエータ室（空隙１３、連通路１５、１６、圧力補正室１７を併せた空間）のガスの収縮，膨張による振動板１１の初期撓みを十分軽減できる程度に大きい必要がある。

さらに、この第１可動板２１を挟んで圧力補正室１７と反対側に流路部材２によって閉じた空間で形成されるダンパ室１８を配置し、このダンパ室１８の他の壁面（第１可動板２１で形成される壁面以外の壁面）の１つは第１可動板２１よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材（第２可動板）２２で形成されている。この第２可動板２２のコンプライアンスは、第１可動板２１のコンプライアンスよりもさらに大きく、かつ、温度，気圧の環境変化によるアクチュエータ室とダンパ室１８のガスの収縮，膨張による振動板１１の初期撓みを十分軽減できる程度に大きい必要がある。

この液体吐出ヘッドにおいては、可変電極である振動板１１と電極１４との間にヘッド駆動回路から所定の駆動パルスを印加することによって、振動板１１と対向電極１４との間に静電力が生じて、振動板１１が対向電極１４側に当接するまで変位し（破線図示の状態）、駆動パルスが立ち下がることによって静電力が消失することにより、振動板１１が自身の復元力によって液室６側に復元するので、この振動板１１の機械的な力によって液室６内の記録液が加圧されて、ノズル４から液滴が吐出される。

そして、この液体吐出ヘッドでは、振動板１１と電極１４との間の空隙１３は圧力補正室１７に連通し、この圧力補正室１７の壁面の少なくとも一部は振動板１１よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材２１で形成され、この第１可動部材２１を挟んで圧力補正室１７と反対側には密閉されたダンパ室１８を有し、このダンパ室１８の他の壁面は第１可動部材２１よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材２２で形成されているので、温度，気圧の環境変化による振動板２１の平衡位置の変化を十分軽減することができ、安定した振動板変位特性が得られて、安定した滴吐出特性の維持が可能となるとともに、大気に通じていないので、ダンパ室１８への異物、水分の侵入のおそれがなく、また、共通液室とは別にダンパ室１８が設けられているので、共通液室の配置、構成上の制限を受けることがない。

また、この液体吐出ヘッドにおける本発明に係る静電型アクチュエータは、液室６などの流路、ノズルを形成する部分を除く部分で構成される、つまり、振動板と電極との間の空隙は圧力補正室に連通し、この圧力補正室の壁面の少なくとも一部は振動板よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材で形成され、この第１可動部材を挟んで圧力補正室と反対側には閉じた空間で形成されるダンパ室を有し、このダンパ室の他の壁面は第１可動部材よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材で形成されている構成であるので、温度，気圧の環境変化による振動板の平衡位置の変化を十分軽減することができ、安定した振動板変位特性が得られるとともに、大気に通じていないので、ダンパ室への異物、水分の侵入のおそれがない。

なお、上記実施形態では、第１可動板２１と振動板１１とは振動板部材１２で形成しているが、同じ厚みである必要はなく、異なる材料で形成することもできる。また、ダンパ室１８の第１、第２可動板２１、２２以外の壁面は流路部材２で形成しているが、流路部材と異なる材料、部材で形成することもできる。また、第２可動板２２はノズル板３で形成しているが、ノズル板３と異なる材料、部材で形成することもできる。

ただし、プロセス工程を最少にすることでコスト低減効果を得るためには、上述したように、第１可動部材は振動板部材で形成し、ダンパ室は流路部材で形成し、第２可動部材はノズル板で形成する方が好ましい。

ここで、第１可動部材２１、第２可動部材２２、気圧補正室１７、ダンパ室１８のスケール（大きさ）について説明する。
気圧補正室１７に連通する全ての振動室（空隙）１３を含むアクチュエータ室の室温における初期の体積が、状態方程式Ｐ_０Ｖ_０＝ｎＲＴ^０により表せるとする。その後、温度，気圧がそれぞれＴ，Ｐとなったときの状態をＰＶ＝ｎＲＴで表す。すると、状態遷移前後の体積差ΔＶは、次に（１）式で与えられる。

一方、矩形板が変位したときに形成される変位体積をＷとする。例えば、矩形板の長辺長ｂが短辺長ａに対して十分長く、矩形板に加わる圧力Ｐが一様であり、矩形板の端部の変位が他の部分と同じと仮定すると、変位体積Ｗは、次の（２）式で与えられる。なお、（２）式中、ν：ポアソン比、Ｅ：ヤング率、ｔ：矩形板の厚みである。

したがって、ΔＶ＜Ｗ、の関係を満たせば、温度，気圧の変化によって振動板１１の平衡位置が変わることはない。つまり、環境変化によるアクチュエータ室の体積変化分をΔＶ１、アクチュエータ室とダンパ室の体積変化分をΔＶ２とし、第１可動部材２１の変位体積をＷ１、第２可動部材２２の変位体積をＷ２とすると、ΔＶ１＜Ｗ１、ΔＶ２＜Ｗ２、という２つの式を満たす必要がある。

次に、本発明を係る静電型アクチュエータを備える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４及び図５を参照して説明する。なお、図４は同ヘッドのノズルの並び方向の模式的断面説明図、図５は同ヘッドの流路部材のダンパ室部分の斜視説明図である。
この実施形態では、ダンパ室１８は、第１可動板２１側の相対的に面積の狭い第１ダンパ室部分１８Ａと、この第１ダンパ室部分１８Ａに連続する、第２可動板２２側の相対的に面積の広い第２ダンパ室部分１８Ｂとで形成している。

次に、具体的な実施例について説明する。
〔実施例１〕
（アクチュエータ基板の作製プロセス）
図６に示すように、シリコン基板２０上に熱酸化膜３０を形成し、その上に固定電極の導電層となるポリシリコン３１を０．５μｍ厚で積層する。その後、絶縁膜となるＨＴＯ３２を０．１５μｍ厚で積層する。次に、振動板−固定電極間の空隙１３を形成するために犠牲層としてポリシリコンを０．２５μｍ厚で積層する。

さらに、振動板部材１２を形成するため、犠牲層上に振動板保護膜である絶縁膜となるＨＴＯ３４を０．１５μｍ厚で積層し、振動板１１内の可変電極である導電層となるポリシリコン３５を０．２μｍ厚で積層し、次に、引張内部応力を有するＳｉ_３Ｎ_４３６を０．１８μｍ厚、ＨＴＯ３７を０．６μｍ厚で順次積層形成した後、図示しない除去孔を通して犠牲層であるポリシリコンをＩＣＰによりエッチング除去し、空隙１３を形成して、その後接液層である樹脂ポリイミド層３８を１μｍ厚で積層することで振動板１１とする。

これにより、振動板１１及び電極１４を１つの基板２０上に犠牲層プロセスで形成した静電型アクチュエータを作製し、この静電型アクチュエータを１６０個集積して液体吐出ヘッドのアクチュエータとした。なお、振動板１１は１０００×６０μｍの面積を有する。

ここで、静電型アクチュエータの振動板部材１２は、振動板１１を形成するとともに第１可動板２１を形成する。また、気圧補正室１７、連通路１５、１６は空隙１３と同時に犠牲層をエッチング除去することで形成しており、これたは同じ深さを有している。なお、電極１４を形成する電極形成層となるポリシリコンは気圧補正室１７及び連通路１５、１６にも形成されるが、この電極形成層には外部から電位を与えることはできない構成となっている。なお、連通路１５、１６の幅は５μｍとし、１６０個の空隙１３が連通路１５、１６を通じて一つの気圧補正室１７に連通する構成としている。

（流路部材の作製プロセス）
流路部材２にはシリコン基板を用いて、ＫＯＨによるウェットエッチングとＩＣＰを併用して、同じシリコン基板に液室６などの流路とダンパ室１８を形成した。シリコン基板の厚みは４００μｍである。

（ノズル板の作製プロセス）
ノズル板３にはポリイミド系の樹脂フィルム（厚み２０μｍ）を用いている。このノズル板３はダンパ室１８の壁面となる第２可動板２２を形成している。

なお、後述する実施例２における評価を行うために、一部のアクチュエータに対応する流路部材の一部分は、大きい貫通穴を設けて、さらにその部分にはノズル板を接合せずに、上方から振動板１１を観察できる状態で形成した。

〔実施例２〕
上記製造工程により、気圧補正室１７、第１可動板２１、ダンパ室１８、第２可動板２２からなる気圧補正機構を設けないヘッドＡと、気圧補正機構を設けたヘッドＢを作製した。ヘッドＢは、第２実施形態の構成として、図４及び図５に示す各部のパラメータを図７に示すようにした。

（評価方法）
振動板１１と電極１４との間に駆動周波数１ｋＨｚの駆動パルスを印加して駆動し、ドップラ振動計を用いて振動板１１表面を観測し、振動板１１が固定電極１４側に接触する最小電圧Ｖｔｈを計測することで、気圧補正の効果が得られているかを判断した。なお、振動板１１が固定電極１４側に接触するまでの距離、すなわち、ギャップ長でもって効果を判断していないのは、最小電圧Ｖｔｈを用いた方が計測の精度が良いと判断しているからである。

また、評価において、外気圧を変更することは簡単ではないので、ヘッドをホットプレートに積載し、温度を変更することで、外気圧を変更したのと等価な実験条件を得ている。

この評価の結果を図７に示している。これより、室温での最小電圧Ｖｔｈとヘッド加熱時（４０℃）の最小電圧Ｖｔｈの計測結果から、気圧補正機構を有しないヘッドＡにおいては、最小電圧Ｖｔｈが変化しているが、ヘッドＢでは殆ど変化していないことが分かる。なお、有限要素法によるシミュレーション結果からは、ヘッドＡの２.９Ｖの最小電圧Ｖｔｈの増加は、ギャップ長が０.０１９μｍ程度増加したことに相当する。

次に、本発明を係る静電型アクチュエータを備える本発明に係る液体吐出ヘッドの第３実施形態について図８を参照して説明する。なお、図８は同ヘッドのノズルの並び方向の模式的断面説明図である。
この実施形態では、ダンパ室１８は、第１可動板２１側の第１ダンパ室部分１８Ａと、第２可動板２２側の第２ダンパ室部分１８Ｂと、これらの第１ダンパ室部分１８Ａと第２ダンパ室部分１８Ｂとを連通する連通路である連通口１８Ｃとで形成している。この場合、第１可動板２１と第２可動板２２の面積（可動面積）は同じでも異なってもよい。

このように構成することで、第１可動板２１、第２可動板２２の可動性を遮ることなく、ダンパ室１８の空間体積を第１、第２実施形態よりも小さくすることができ、環境変化により増減するダンパ室内ガスの絶対値を下させることになる。したがって、第２可動部材の面積を低減することができ、その結果、静電型アクチュエータ並びに液体吐出ヘッドの大きさを抑えることができる。

次に、本発明を係る静電型アクチュエータを備える本発明に係る液体吐出ヘッドの第４実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドのノズルの並び方向の模式的断面説明図、図１０（ａ）は同ヘッドの流路部材のダンパ室部分の第１可動板側から見た斜視説明図、図１０（ｂ）は同ヘッドの流路部材のダンパ室部分の第２可動板側から見た斜視説明図である。
この実施形態では、ダンパ室１８は、第１可動板２１側の相対的に面積の狭い第１ダンパ室部分１８Ａと、第２可動板２２側の相対的に面積の広い第２ダンパ室部分１８Ｂと、これらの第１ダンパ室部分１８Ａと第２ダンパ室部分１８Ｂとを連通する連通口１８Ｃとで形成している。

次に、具体的な実施例について説明する。
〔実施例３〕
上記製造工程により、気圧補正室１７、第１可動板２１、ダンパ室１８、第２可動板２２からなる気圧補正機構を設けた第２実施形態の構成の前記ヘッドＢ、ヘッドＣと、異なる気圧補正機構を設けた第４実施形態の構成のヘッドＤとを作製した。このとき、各部のパラメータは図１１に示すようにした。そして、前述した実施例２と同様の評価方法及び条件で評価した。この結果を図１０に示している。

室温での最小電圧Ｖｔｈとヘッド加熱時の最小電圧Ｖｔｈの計測結果から、ヘッドＢのＹ２を６５０μｍへと短くしたヘッドＣでは最小電圧Ｖｔｈが明らかに変化しており、気圧補正機構が十分に作用していないことが分かる。一方、ヘッドＤでは、Ｙ２の値がヘッドＣと同じであるにも関わらず、最小電圧Ｖｔｈは変化しておらず、気圧補正機構が十分働いていることが分かる。なお、有限要素法によるシミュレーション結果からは、ヘッドＣの２.６Ｖの最小電圧Ｖｔｈの増加はギャップ長が０.０１６μｍ程度増加したことに相当する。

なお、可動板の自由変位による気圧補正機構を採用する場合、最小でも第１可動部材のスペースが必要である。つまり、アクチュエータ室の圧力補正を行なうために第１可動部材は必ず必要である。

上述した各実施例では第２可動板は第１可動板よりも大きなスペース（面積）としているが、同じ面積を有し、同じ圧力を受けたときに、第２可動部材がより変位しやすい材料であれば、第１可動部材と第２可動部材とを同じ大きさにすることができ、最小のスペース増加で気圧補正機構を設けることができる。

次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備える本発明に係る液体吐出ヘッドの第５実施形態の異なる例について図１２及び図１３を参照して説明する。
この実施形態では、圧力補正室１７に代えて、アクチュエータ基板１の共通連通路１５を振動板部材１２に形成した開口２５及び連通路２６を通じて流路部材２に設けたダンパ室２８に連通させ、ダンパ室２８の壁面の一部を、振動板１１よりもコンプライアンスの大きい可動部材である可動板２３で形成している。なお、図１２の例では連通路２６の開口断面積と同じ開口２５を形成し、図１３では連通路２６の開口断面積より小さい開口２５を形成している。

つまり、振動板１１と電極１４との間の空隙１３は液室６を形成する部材で構成された密閉されたダンパ室２８に連通し、このダンパ室２８の壁面は振動板１１よりもコンプライアンスの大きい可動部材２３で形成されている構成としている。なお、静電型アクチュエータとして構成する場合には、ダンパ室２８を形成する部材を別途設ければよい。

これにより、アクチュエータ室という密閉された空間の容積は前記第１ないし第４実施形態に比べて小さくなり、第２可動板２２の面積に比べて小さな面積の可動板２３でも圧力補正を行うことができるようになり、ヘッドの小型化を図ることができる。なお、大気からの水分、異物の浸入による影響を受けることなく、共通液室の配置や構成の制限を受けず、確実に空隙内の圧力補正を行うことで安定した振動板変位特性が得られること、安定した滴吐出特性が得られることは前記各実施形態と同様である。

なお、上記各実施形態における第２可動部材２１、可動部材２３の材質として、メタルなどを用いた場合、製造プロセスにおいて作製も取り扱いも困難な程に厚みを薄くするか、あるいは気圧補正機構のために大きなスペースを用いてヘッドを大型化しなければならなくなる。そこで、これらの第２可動部材２１、可動部材２３としては曲げ弾性率の低い樹脂により形成することで、面積増大、これによるヘッドの大型化を防ぎつつ、気圧補正機構をヘッドに組み込むことができるようになる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態としての液体カートリッジ一体型液体吐出ヘッドについて図１４を参照して説明する。
この液体カートリッジ一体型ヘッド８０は、ノズル８１等を有する本発明に係る液体吐出ヘッドと同じ構成のヘッド部８２と、このヘッド部８２に対して記録液（インク）を供給するインクタンク（液体タンク）８３とを一体化したものである。これにより、安定した滴吐出特性が得られる液体カートリッジ一体型液体吐出ヘッドを得ることができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置の一例について図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図１６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、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。この維持回復機構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（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よれば、安定した滴吐出特性が得られる液体吐出ヘッドを備えるので、高画質画像を形成することができる。

なお、上記実施形態においては、液体吐出ヘッドとしては、インク以外にも、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液体吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液体吐出ヘッドなどの他の液体吐出ヘッドにも適用できる。また、静電型アクチュエータは、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバイス）、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなど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アクチュエータ基板の要部平面説明図である。 図１のＡ−Ａ線に相当するノズルの並び方向の模式的断面説明図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿う模式的断面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズルの並び方向の模式的断面説明図である。 同ヘッドの流路部材のダンパ室部分の斜視説明図である。 具体的な実施例の説明に供するアクチュエータ基板の説明図である。 同じく各部のパラメータ及び最小電圧Ｖｔｈの変化の説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズルの並び方向の模式的断面説明図である。 本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズルの並び方向の模式的断面説明図である。 同ヘッドの流路部材のダンパ室部分の斜視説明図である。 具体的な実施例の説明に供する説明図である。 本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズルの並び方向の模式的断面説明図である。 同第５実施形態の他の例に係る液体吐出ヘッドのノズルの並び方向の模式的断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例の説明に供する斜視説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を説明する側面説明図である。 同画像形成装置の要部平面説明図である。

符号の説明

１…アクチュエータ基板
２…流路基板（流路部材）
３…ノズル基板
４…ノズル
６…液室（吐出室）
９…液室間隔壁
１１…振動板
１２…振動板部材
１３…空隙
１４…個別電極
１５…個別連通路
１６…共通連通路
１７…圧力補正室
１８、２８…ダンパ室
２１…第１可動板（第１可動部材）
２２…第２可動板（第２可動部材）
２３…可動板（可動部材）
２５…開口
２６…連通路
８０…液体カートリッジ一体型液体吐出ヘッド
１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙ…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）

Claims (12)

1. 液滴を吐出するノズルが連通する液室の一面を形成する変形可能な振動板と、この振動板に空隙を介して対向する電極を備える液体吐出ヘッドにおいて、
   前記空隙は圧力補正室に連通し、この圧力補正室の壁面の少なくとも一部は前記振動板よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材で形成され、この第１可動部材を挟んで前記圧力補正室と反対側には密閉されたダンパ室を有し、このダンパ室の他の壁面は前記第１可動部材よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材で形成されている
   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、前記第２可動部材は前記ノズルを形成したノズル板で形成されてい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、前記ダンパ室の壁面の一部は前記液室を形成する部材で形成されてい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、前記ダンパ室は、第１可動板側の第１ダンパ室部分と、前記第２可動板側の第２ダンパ室部分とを有し、これらの第１ダンパ室部分と第２ダンパ室部分とは連通路で連通されてい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、前記第２可動部材は樹脂から形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 液滴を吐出するノズルが連通する液室の一面を形成する変形可能な振動板と、この振動板に空隙を介して対向する電極を備える液体吐出ヘッドにおいて、
   前記空隙は前記液室を形成する部材で壁面の一部が形成される密閉されたダンパ室に連通し、このダンパ室の壁面は前記振動板よりもコンプライアンスの大きい可動部材で形成されている
   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、前記可動部材は樹脂から形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
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、記録液を供給する液体タンクが一体化されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
9. 液体吐出ヘッドから液滴を吐出させる液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項１ないし８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする液体吐出装置。
10. 液滴を吐出する液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項１ないし８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
11. 変形可能な振動板と、この振動板に空隙を介して対向する電極を備える静電型アクチュエータにおいて、
    前記空隙は圧力補正室に連通し、この圧力補正室の壁面の少なくとも一部は前記振動板よりもコンプライアンスの大きい第１可動部材で形成され、この第１可動部材を挟んで前記圧力補正室と反対側には閉じた空間で形成されるダンパ室を有し、このダンパ室の他の壁面は前記第１可動部材よりもコンプライアンスの大きい第２可動部材で形成されている
    ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
12. 変形可能な振動板と、この振動板に空隙を介して対向する電極を備える静電型アクチュエータにおいて、
    前記空隙は前記振動板を形成する部材上に設けられた部材に形成された密閉されたダンパ室に連通し、このダンパ室の壁面は前記振動板よりもコンプライアンスの大きい可動部材で形成されている
    ことを特徴とする静電型アクチュエータ。

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