JP2012192571A

JP2012192571A - 液体吐出ヘッド及び記録装置

Info

Publication number: JP2012192571A
Application number: JP2011057118A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ashiba; 賢治足羽; Mitsuru Shingyouchi; 内充新行; Masanori Kato; 将紀加藤; Yusuke Nonoyama; 裕介野々山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2031-03-15
Also published as: JP5754184B2

Abstract

【課題】加圧液室はもとより補強部においても構造コンプライアンスのばらつきを低減することが可能な液体吐出ヘッド及びこれを用いる記録装置を提供する。
【解決手段】振動板６１と、振動板６１の一方の面上に形成された変位発生手段７０と、振動板６１の他方の面に接続し流路隔壁６６ａにより区画されてなる加圧液室６６ｂと、加圧液室６６ｂに連通するノズル孔６７ａとを有し、加圧液室６６ｂに収容された液体が変位発生手段７０により生じた振動板６１の変位により加圧され、加圧された液体をノズル孔６７ａより液滴として吐出する液体吐出ヘッド７において、振動板６１の一方の面上かつ流路隔壁６６ａと対向する位置であって流路隔壁６６ａよりも加圧液室６６ｂ側に突出する補強部材６８を設け、補強部材６８を少なくとも２層以上の複数層を有する積層体から構成し、積層体を構成する全ての層の中で最大の曲げ剛性を有する層６８ｂを振動板６１に接する層以外の層とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノズル孔等の穴部からインク液滴等の液体を吐出する液体吐出ヘッドの構造、及びこれを用いた記録装置に関する。

画像形成装置として、ノズル孔からインク液滴を吐出して記録媒体上に着弾させることにより画像形成を行うインクジェットプリンタが広く普及しており、中でも記録に供するインク液滴のみを選択的に吐出する、いわゆるオンデマンド方式のものが主流となっている。このオンデマンド方式は、インク液が吐出する運動エネルギの発生原理により、電気・機械変換素子である圧電素子の動作により生じる加圧液室体積変位によってインク液中に圧力を発生させてこの圧力からインク液滴吐出の運動エネルギを得るいわゆるピエゾ方式、電気・機械変換素子として静電アクチュエータを用いる静電方式、電気・熱変換素子によりインク液中に気泡を発生させてこの気泡の膨張によりインクを排除することによりインク液滴吐出の運動エネルギを得るいわゆるサーマル方式等に分類される。

さらに、ピエゾ方式における駆動方式として、加圧液室に接して設けられた振動板を別の構造体に支持されたバルク状のピエゾ素子が押す（または引く）ことにより加圧液室体積変位を得るいわゆるブッシュモード、加圧液室に接して設けられた振動板上に形成された板状のピエゾ素子が内面方向に伸縮することにより振動板に撓み変形を生じさせて加圧液室体積変位を得るいわゆるベンドモード、加圧液室を構成する部材の一部が圧電素子であってこの圧電素子が剪断変形することにより加圧液室体積変位を得るいわゆるシェアモード等が挙げられる。何れの方式においても加圧液室及びノズル孔は列状あるいは格子状となるように複数配列されることが一般的であり、近年は記録装置に対する高画質化及び低コスト化への要求に応えるため、高解像度及び実装面積収縮を両立すべく実装の高集積化が進展している。

上述の動向に対応し、半導体プロセスやマイクロマシニング技術を利用した液滴吐出ヘッドの製造方法が提案されている。これは、シリコン基板の片面上に成膜法及びリソグラフィ法等により薄膜状のピエゾ素子のパターンを直接形成すると共に、このシリコン基板の反対側の面にリソグラフィ法により加圧液室を直接形成するものであり、この製造方法によるヘッドは振動板と薄膜状のピエゾ素子とが薄膜アクチュエータを構成し、駆動方式としてはベンドモードに該当する。この方法によれば、機械加工では困難な微細形状の実現が可能であると共に、振動板・ピエゾ素子貼付のような構造部材の位置合わせ工程を大幅に削減できるため、液滴吐出ヘッドの高集積化、低コスト化等の面で有利となる。

上述の液滴吐出ヘッドでは、一般に加圧液室の構造コンプライアンス（単位圧力当たりの体積変位量）が吐出特性に大きく影響する。薄膜アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドの場合には、構造コンプライアンスが最大となる部位は薄膜アクチュエータであり、特にアクチュエータの可動部面積のばらつきは吐出特性のばらつきに直結する。一方、高集積化されたヘッドの加工においては、加工深さを加工幅で除した値で定義されるアスペクト比が高くなりがちであり、これは列状にノズル孔を配列する場合に、平面形状として幅が狭く細長い形状を採る構成において顕著である。アスペクト比の高い加圧液室をリソグラフィ法で加工する場合にエッチング時における形状ばらつきの発生は不可避であるため、従来技術にみられる加圧液室端部がアクチュエータの可動部面積を規定する構成では構造コンプライアンスのばらつきを押さえることが困難であり、このことが不安定な吐出特性に繋がっていた。

上述の問題点を解決する方法として、加圧液室端部以外の部位により、あるいは別部材を配置することにより振動板の可動部面積を規定する構成が各種提案されている。例えば「特許文献１」には、静電方式の液滴吐出ヘッドに関し、加圧液室幅よりも間隔の狭い壁面に対向する側に振動板を配置してその可動部面積を高精度に規定する技術が、「特許文献２」には、ピエゾ方式の液滴吐出ヘッドに関し、加圧液室側に補強部である振動規制層を設ける技術がそれぞれ開示されている。これ等の技術では、加圧液室端部にて振動板の可動部面積を規定するものに比してより高精度に振動板の可動部面積を規定できるため、構造コンプライアンスのばらつきを低減させることができる。また、加圧液室と対向する側に補強部を設けることにより、補強部としてインク液との接液性による材質の制約を受けないため、補強部を構成する材質の選択自由度が高いというメリットもある。

しかし、さらなる構造コンプライアンスのばらつきを考え高集積な液滴吐出ヘッドを製作する場合には補強部の形成工程にもリソグラフィ法が選択されることとなるが、そのアスペクト比の低さから加圧液室形成時ほど顕著ではないものの加工ばらつきの発生は不可避である。これは、エッチング深さをエッチングストップ層によって規制したときに幅方向にエッチングが進行するためである。このばらつきは一般的に振動板近傍ほど大きなものとなるため、ばらつきの低減は振動板の可動部面積を規定する上で非常に重要となる。また、補強部によって振動板の可動部面積を規定していることから振動板の変形時において補強部にも応力が作用するが、補強部に作用する応力はその中立軸を中心として振動板側の面とこれとは逆側の面とでは逆方向となる。

本発明は上述の点に鑑み、加圧液室はもとより補強部においても構造コンプライアンスのばらつきを低減することが可能な液体吐出ヘッド及びこれを用いる記録装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、少なくとも一部が板状の可撓性部材からなる振動板と、前記振動板の一方の面上に形成された電気・機械変換素子の変形により前記振動板を変位させる変位発生手段と、前記振動板の他方の面に接続し流路隔壁により区画されてなる加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズル孔とを有し、前記加圧液室に収容された液体が前記変位発生手段により生じた前記振動板の変位により加圧され、加圧された前記液体を前記ノズル孔より液滴として吐出する液体吐出ヘッドにおいて、前記振動板の一方の面上であって前記流路隔壁と対向する位置に配設され前記流路隔壁よりも前記加圧液室側に突出した補強部材を有し、該補強部材は少なくとも２層以上の複数層を有する積層体からなると共に、前記積層体を構成する全ての層の中で最大の曲げ剛性を有する層が前記振動板に接する層以外の層であることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の液体吐出ヘッドにおいて、さらに前記最大の曲げ剛性を有する層は前記積層体を構成する全ての層の中で最大のヤング率を有する層であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の液体吐出ヘッドにおいて、さらに前記最大の曲げ剛性を有する層は前記積層体を構成する全ての層の中で最大の厚みを有する層であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、さらに前記積層体を構成する全ての層の中で最小の曲げ剛性を有する層が前記振動板に接する層であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の液体吐出ヘッドにおいて、さらに前記最小の曲げ剛性を有する層は前記積層体を構成する全ての層の中で最小のヤング率を有する層であることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４記載の液体吐出ヘッドにおいて、さらに前記最小の曲げ剛性を有する層は前記積層体を構成する全ての層の中で最小の厚みを有する層であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、さらに前記振動板に接する層が二酸化ケイ素からなることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、さらに前記振動板に接する層以外の層が窒化ケイ素からなることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、さらに前記補強部材に接続された支持部材を有し、前記支持部材の前記補強部材に接続される部位の幅が前記補強部材の幅よりも小さいことを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドを有し、前記液体吐出ヘッドから液滴を吐出させて画像形成を行う記録装置であることを特徴とする。

本発明によれば、振動板の面上であって流路隔壁と対向する位置に流路隔壁よりも加圧液室側に突出した補強部材を設け、補強部材を少なくとも補強下層と補強上層との２層を有する積層体で構成し、積層体を構成する各層の中で最大の曲げ剛性を有する補強上層を振動板に接する層以外の層とすることにより大きな曲げ剛性向上効果を得ることができ、流路隔壁によって振動板の幅を規定する場合に比して構造コンプライアンスのばらつきを低減することができる。

本発明の一実施形態を適用可能な記録装置としてのインクジェットプリンタの概略正面図である。本発明の一実施形態を適用可能な記録装置としてのインクジェットプリンタの概略側面図である。本発明の一実施形態に用いられる液体吐出ヘッドの概略図である。本発明の一実施形態に用いられる液体吐出ヘッドの部分拡大図である。本発明の一実施形態に用いられる液体吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられる液体吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられる液体吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられる液体吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられる液体吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。本発明の一実施形態に用いられる液体吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を採用した記録装置としてのインクジェットプリンタ１の正面図を、図２は同左側面図を示している。インクジェットプリンタ１は、左右の側板９に横架されたガイドロッド２により図１における紙面方向である主走査方向に摺動自在に保持されたキャリッジ３を有しており、主走査モータ４によって駆動プーリ６Ａと従動プーリ６Ｂとに掛け渡されたタイミングベルト５を走行移動させることにより、タイミングベルト５に接続されたキャリッジ３を図２において左右方向である主走査方向に移動走査する。ガイドロッド２とキャリッジ３との間には２個のガイドブッシュ３ａが配設されている。

キャリッジ３には、例えばそれぞれイエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）のインク液を吐出する２個の液体吐出ヘッドであるヘッド７が設けられており、各ヘッド７はそれぞれ複数のインク吐出口であるノズル列を主走査方向とは直交する方向に備え、インク滴の吐出方向が水平となるようにキャリッジ３に取り付けられている。ヘッド７については後述する。

キャリッジ３には、ヘッド７に各色のインクを供給するための各色に対応したヘッドタンクが搭載されている。このヘッドタンクには、インク供給チューブを介して図示しないインクカートリッジからインクが補充供給される。なお、インク滴を吐出するヘッド７以外に、インクと反応することによりインクの定着性を高める定着用インクを吐出するヘッドを備えることも可能である。ヘッド７のノズルは乾燥によるノズル詰まりが発生し易く、印字中のエラー等による装置停止中や電源オフ時等のキャリッジ非稼働時には、ノズル面に対してキャップを被覆して保湿を行っている。吸引キャップ７１及び保湿キャップ７２はクリーニング装置に設けられており、クリーニング装置は装置本体の左右どちらかに配置されている。

装置本体の下部には、給紙カセット１０の用紙積載部１１上に積載された用紙１２を給紙する給紙部が配置されている。給紙部は、用紙積載部１１から用紙１２を給送する給紙ローラ１３、給紙ローラ１３に圧接配置され高摩擦抵抗部材からなる分離パッド１４等を有しており、これ等により用紙積載部１１上の用紙１２が１枚ずつ分離給送される。

図１において給紙部の左方には、給紙部からの用紙１２をヘッド７のノズル面に対して平行となるように搬送する搬送部が配設されている。搬送部は、用紙１２を静電力により吸着して搬送する搬送ベルト２１、給紙部より送られた用紙１２を案内するガイド板１５、用紙１２の先端を検知する反射型センサからなる第１用紙有無検知センサ２００、押さえ部材２４により付勢され用紙１２を搬送ベルト２１に圧接させる先端加圧コロ２５、押さえ部材２４に固定され用紙１２の先端を検知する反射型センサからなる第２用紙有無検知センサ２０１、搬送ベルト２１の表面を帯電させる帯電ローラ２６等を有している。無端ベルトからなる搬送ベルト２１は搬送ローラ２７とテンションローラ２８との間に掛け渡されており、タイミングベルト３２及びタイミングローラ３３を介して副走査モータ３１からの駆動力を受けた搬送ローラ２７が回転駆動されることにより図２に示すベルト搬送方向（副走査方向）に走行駆動される。搬送ベルト２１の裏面側であってヘッド７の画像形成領域と対応した部位にはガイド部材２９が配設されている。

図２に示すように搬送ローラ２７の回転中心軸には光を透過する透過部と透過しない非透過部とが交互に形成された円板型のエンコーダシート３４が取り付けられており、搬送ローラ２７の回転中心軸を支持する側板にはエンコーダシート３４の透過部と非透過部とを検知するエンコーダセンサ３５が配設され、これ等によってエンコーダ３６が構成されている。帯電ローラ２６は搬送ベルト２１の表層に接触しており、搬送ベルト２１の移動に従動して回転する。

キャリッジ３の前方側には、図１に示すように光を透過する透過部と透過しない非透過部とが交互に形成されたエンコーダシート４２が設けられており、キャリッジ３の前面側にはエンコーダシート４２の透過部と非透過部と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が設けられ、これ等によってキャリッジ３の主走査方向における位置が検知される。さらに、ヘッド７によって記録された用紙１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２１から用紙１２を分離する分離爪５１、排紙ローラ５２及び排紙コロ５３、排紙される用紙１２をストックする排紙トレイ５４等が設けられている。

上述のインクジェットプリンタ１では給紙部から用紙１２が１枚ずつ分離給送され、水平方向に給紙された用紙１２はガイド板１５によって垂直方向に案内されてその先端を第１用紙有無検知センサ２００によって検知される。その後、用紙１２は搬送ベルト２１上に搬送され、先端加圧コロ２５によって搬送ベルト２１に押し付けられた状態で再度その先端を第２用紙有無検知センサ２０１によって検知される。このとき帯電ローラ２６に対してプラス（正極）出力とマイナス（負極）出力とが交互に繰り返される交番電圧が印加され、搬送ベルト２１にはその走行方向である副走査方向に、プラス及びマイナスの電荷が所定の幅で帯状に交互に印加される。このプラス及びマイナスに交互に帯電した搬送ベルト２１上に用紙１２が給送されると、用紙１２が搬送ベルト２１に静電力で吸着されて搬送ベルト２１の周回移動により用紙１２が副走査方向に搬送される。

上述の状態でキャリッジ３を移動させつつ画像信号に応じてヘッド７を駆動することにより、停止している用紙１２にインク滴を吐出して１行分の記録を行い、用紙１２を所定量搬送した後に次の行の記録を行う。記録終了信号または用紙１２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が終了し、用紙１２は排紙ローラ５２及び排紙コロ５３によって排紙トレイ５４上に排出される。このインクジェットプリンタ１では、１方向の走査時にのみ画像を形成する片方向記録モードと両方向の走査時の何れにも画像を形成する両方向記録モードとがあり、これをユーザからの指定や印刷画像に応じて設定するか、あるいは何れかのモードのみを行うかを任意に設定可能である。

ヘッド７のノズルの回復やマシン停止中にノズルの保湿を行うクリーニング装置は、本実施形態においては図２に示すように装置本体の右側に配設されており、クリーニング装置のフレーム１１０は装置本体の右側板に位置決めされてねじにより固定されている。フレーム１１０内には図示しないキャッピング機構用ステッピングモータが配設されており、これを正回転させると図示しないギヤ及びカムを介して吸引キャップ７１及び保湿キャップ７２がキャッピングとデキャップ動作を実施する。また、図示しないキャッピング機構用ステッピングモータを逆回転させると、チュービングポンプによるポンプ駆動を実施する。

フレーム１１０内には、ヘッド７のノズル面をクリーニングするワイピング機構が設けられている。このワイピング機構は、撥水性を有しノズル面に当接しつつ移動するワイパブレード１０１、ワイパブレード１０１を保持するホルダ部１０２及びスライダ１０３、それぞれ図示しないギヤ、ステッピングモータ、スライダ１０３の移動をガイドするガイドレール１０６等を有している。スライダ１０３にはラック部が形成されており、これにステッピングモータの出力軸に接続されたギヤが噛合している。ホルダ部１０２とスライダ１０３とは、一体であっても別体であってもよく、スライダ１０３が下方へと移動することにより、ノズル面に付着したインクや紙粉等の異物をワイパブレード１０１が除去する。

ここで、本発明の特徴部であるヘッド７の構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態に用いられるヘッド７を示している。ヘッド７は、振動板６１、共通電極６２、圧電素子６３、個別電極６４、パッシベーション膜６５、流路板６６、ノズル板６７、補強部材６８、支持部材としての支持フレーム６９等を有している。

振動板６１は、２〜４μｍ程度の厚みを有するシリコンオンインシュレーティングサブストレート（ＳＯＩ：絶縁体層の上にケイ素層を形成するもの）、あるいはケイ素（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等による積層板からなり、振動板６１の一方の面上に共通電極６２、圧電素子６３、個別電極６４が積層され、これら全体をパッシベーション膜６５にて被覆したものにより変位発生手段としての薄膜アクチュエータ７０が構成されている。共通電極６２及び個別電極６４はチタン（Ｔｉ）、プラチナ（Ｐｔ）あるいは酸化物電極材料等の材料が、パッシベーション膜６５はアルミナ等の材料がそれぞれ成膜されたものにより構成され、圧電素子６３はピエゾ素子（ＰＺＴ）等の材料が１〜３μｍ程度の厚みで形成されたものにより構成されている。

振動板６１の他方の面には流路板６６が接続して配設されており、さらに流路板６６に接続してノズル孔６７ａを有するノズル板６７が配設されている。流路板６６の一部は流路隔壁６６ａによって区画されており、これとノズル板６７とによって閉じられた幅５０〜１００μｍ程度の空間により加圧液室６６ｂが構成されている。振動板６１を介して各流路隔壁６６ａと対向する位置には補強下層６８ａ及び補強上層６８ｂを有する積層膜からなる補強部材６８がそれぞれ配設されており、この補強部材６８には支持フレーム６９が接着固定されている。

図４は、ヘッド７の補強部材６８近傍を拡大した断面図を示している。補強下層６８ａは０．５μｍ程度の厚みを有する二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）によって形成されており、補強上層６８ｂは２μｍ程度の厚みを有する窒化ケイ素（ＳｉＮ）によって形成されている。そして補強部材６８は、加圧液室６６ｂ端部の公称位置Ａから実際に加工される位置Ａ’との公差δの存在を前提として、自身が加圧液室６６ｂ端部よりも加圧液室６６ｂ側に張り出した張り出し量ＷＯを有するように形成されている。

次に、ヘッド７の動作について説明する。加圧液室６６ｂには、図示しない供給流路を経由して供給されたインク液が充填されている。この状態において共通電極６２と個別電極６４との間に電圧を印加すると、圧電素子６３が収縮して振動板６１に図３において二点差線で示す撓み変形が発生する。この撓み変形により加圧液室６６ｂ内に体積変位が生じ、これに伴い加圧液室６６ｂ内のインク液が加圧される。加圧されたインク液はノズル板６７のノズル孔６７ａより流出し、これによりインク液の吐出が行われる。

次に、ヘッド７の製造工程について説明する。先ず図５に示すように、シリコン基板等からなる流路板６６上に振動板６１を形成する。振動板６１としては、例えばシリコンオンインシュレーティングサブストレート（ＳＯＩ）、あるいは二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、ポリシリコン等を複数層積層成膜した構成等を選択可能である。次に図６に示すように、共通電極６２、圧電素子６３、個別電極６４のパターニングを行い、その後全面にパッシベーション膜６５を成膜することにより薄膜アクチュエータ７０を構成する。共通電極６２、個別電極６４はチタン（Ｔｉ）、プラチナ（Ｐｔ）等から、圧電素子６３はピエゾ素子（ＰＺＴ）等から、パッシベーション膜６５は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等からそれぞれ構成される。

さらに図７に示すように、薄膜アクチュエータ７０の全面に補強下層６８ａ及び補強上層６８ｂを成膜した後、図８に示すように圧電素子６３の近傍のみをエッチングにより選択的に除去することで補強部材６８が形成される。その後図９に示すように、流路板６６を薄膜アクチュエータ７０が形成されている面とは反対側よりエッチングすることで流路隔壁６６ａ及び加圧液室６６ｂが形成され、図１０に示すように流路板６６にノズル板６７が、補強部材６８に支持フレーム６９がそれぞれ接合されることによりヘッド７が完成する。

上述のように製造されたヘッド７では、図４に示すように加圧液室６６ｂの端部が公称位置Ａに対してばらつきである公差δを有する位置Ａ’に加工されるが、振動板６１及び共通電極６２及びパッシベーション膜６５を介して加圧液室６６ｂと対向する位置にはさらに加圧液室６６ｂ側に張り出した補強部材６８が存在し、補強部材６８によって振動板６１が実質的に変形する幅が規定されているため、流路隔壁６６ａによって振動板６１の幅を規定する場合に比して構造コンプライアンスのばらつきが低減されている。また、補強部材６８においても公称位置Ｂと補強下層６８ａが振動板６１と接する位置Ｂとの間にばらつきが生じるが、補強上層６８ｂを構成する窒化ケイ素（ＳｉＮ）よりもヤング率が低い二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）によって補強下層６８ａを構成し、かつ補強上層６８ｂの厚み２μｍよりも補強下層６８ａの厚みを０．５μｍと薄くすることにより上述のばらつきに対する曲げ剛性の感度を低減させることができ、構造コンプライアンスのばらつきをさらに低減させることができる。以下に、この理由を説明する。

層数Ｎからなる積層板の曲げ剛性は、幅をｂ、ヤング率をＥ、ポアソン比をν、各層境界の厚み方向位置をｚ、各層を区別する添え字をｉとすると、
（ｂ／３）Σ［｛Ｅ_ｉ／（１−ν_ｉ ^２）｝｛（ｚ_ｉ＋１−ｚｎ）^３−（ｚ_ｉ−ｚｎ）^３｝］
で表される。ここで、ΣはｉからＮまでの総和を表す総和記号、ｚｎは積層板の曲げに関する中立軸位置であって、
ｚｎ＝［Σ｛Ｅ_ｉ／（１−ν_ｉ ^２）×（ｚ_ｉ＋１−ｚ_ｉ）（ｚ_ｉ＋１＋ｚ_ｉ）｝］／［２Σ｛Ｅ_ｉ／（１−ν_ｉ ^２）×（ｚ_ｉ＋１−ｚ_ｉ）｝］
で表される。上式より、中立軸から離れた（振動板６１から離れた）位置にヤング率が高くかつ厚い層を配置すると大きな曲げ剛性向上効果が得られ、逆に中立軸に近い（振動板６１に近い）位置にヤング率が低くかつ薄い層を配置すると加工位置Ｂのばらつきに対する曲げ剛性の感度を低減させることができる。

上述したように本発明によれば、振動板６１の面上であって流路隔壁６６ａと対向する位置に流路隔壁６６ａよりも加圧液室６６ｂ側に突出した補強部材６８を設け、補強部材６８を少なくとも補強下層６８ａと補強上層６８ｂとの２層を有する積層体で構成し、積層体を構成する各層６８ａ，６８ｂの中で最大の曲げ剛性を有する補強上層６８ｂを振動板６１に接する層以外の層とすることにより大きな曲げ剛性向上効果を得ることができ、流路隔壁６６ａによって振動板６１の幅を規定する場合に比して構造コンプライアンスのばらつきを低減することができる。また、積層体を構成する各層６８ａ，６８ｂの中で最小の曲げ剛性を有する補強下層６８ａを振動板６１に接する層とすることにより、剛性のばらつきを緩和して加工位置Ｂのばらつきに対する曲げ剛性の感度を低減させることができ、構造コンプライアンスのばらつきをより一層低減することができる。

なお、最大の曲げ剛性を有する層とは最大のヤング率を有する層または最大の厚みを有する層であり、最小の曲げ剛性を有する層とは最小のヤング率を有する層または最小の厚みを有する層であることは、上式より明らかである。上記実施形態では、積層体を構成する各層の中で最大の曲げ剛性を有する層を振動板に接する層以外の層としているが、最大の曲げ剛性を有する層は実質的な最外殻層とすることが望ましい。ここでいう実質的な最外殻層とは、コーティング等を目的として補強を目的としない薄層を含まず、補強を目的とした層の中で最外殻に位置するものをいう。

また、補強部材６８に接続された支持フレーム６９を設けることによりヘッド７全体の剛性をより高くすることができ、さらに支持フレーム６９が補強部材６８よりも小さな幅で補強部材６８に接触することにより、支持フレーム６９と補強部材６８との接合位置ずれ等に起因する不具合現象の発生を防止することができる。

上記実施形態では、補強部材６８として、補強下層６８ａに厚さ０．５μｍ程度の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を、補強上層６８ｂに厚さ２．０μｍ程度の窒化ケイ素（ＳｉＮ）を用いた２層構造のものを示したが、本発明の補強部材はこれに限定されることはなく、最大曲げ剛性を有する層が振動板６１と接する層以外の層に配置されていれば、上記とは異なる層数、材質、厚みを選択してもよい。このとき最小曲げ剛性を有する層を振動板６１に接する層とすることにより、構造コンプライアンスのばらつき低減効果をより好適に発揮することができる。

１記録装置（インクジェットプリンタ）
７液体吐出ヘッド（ヘッド）
６１振動板
６６ａ流路隔壁
６６ｂ加圧液室
６７ａノズル孔
６８補強部材
６９支持部材（支持フレーム）
７０変位発生手段（薄膜アクチュエータ）

特開２００１−２５３０７３号公報特開２００８−１４３１６０号公報

Claims

少なくとも一部が板状の可撓性部材からなる振動板と、前記振動板の一方の面上に形成された電気・機械変換素子の変形により前記振動板を変位させる変位発生手段と、前記振動板の他方の面に接続し流路隔壁により区画されてなる加圧液室と、前記加圧液室に連通するノズル孔とを有し、前記加圧液室に収容された液体が前記変位発生手段により生じた前記振動板の変位により加圧され、加圧された前記液体を前記ノズル孔より液滴として吐出する液体吐出ヘッドにおいて、
前記振動板の一方の面上であって前記流路隔壁と対向する位置に配設され前記流路隔壁よりも前記加圧液室側に突出した補強部材を有し、該補強部材は少なくとも２層以上の複数層を有する積層体からなると共に、前記積層体を構成する全ての層の中で最大の曲げ剛性を有する層が前記振動板に接する層以外の層であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記最大の曲げ剛性を有する層は前記積層体を構成する全ての層の中で最大のヤング率を有する層であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記最大の曲げ剛性を有する層は前記積層体を構成する全ての層の中で最大の厚みを有する層であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１ないし３の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記積層体を構成する全ての層の中で最小の曲げ剛性を有する層が前記振動板に接する層であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項４記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記最小の曲げ剛性を有する層は前記積層体を構成する全ての層の中で最小のヤング率を有する層であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項４記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記最小の曲げ剛性を有する層は前記積層体を構成する全ての層の中で最小の厚みを有する層であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１ないし６の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記振動板に接する層が二酸化ケイ素からなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１ないし７の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記振動板に接する層以外の層が窒化ケイ素からなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１ないし８の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記補強部材に接続された支持部材を有し、前記支持部材の前記補強部材に接続される部位の幅が前記補強部材の幅よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
請求項１ないし９の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドを有し、前記液体吐出ヘッドから液滴を吐出させて画像形成を行うことを特徴とする記録装置。