JP4668020B2 - Liquid ejection head and image forming apparatus - Google Patents

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賢一 尾方
啓史 澤瀬
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本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関し、特に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。   The present invention relates to a liquid discharge head and an image forming apparatus, and more particularly, to a liquid discharge head using a laminated piezoelectric element and an image forming apparatus including the liquid discharge head.

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。   As an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, and a multifunction machine of these, for example, an ink jet recording apparatus is known. The ink jet recording apparatus uses a liquid discharge head as a recording head, and is a recording medium such as recording paper (hereinafter referred to as “paper”, but the material is not limited to paper, and the recording medium, transfer paper, transfer material, Recording is also performed by ejecting ink droplets as a recording liquid (also referred to as image formation, printing, printing, printing, etc.).

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。
特開2003−051627号公報 特開平11−277745号公報
For example, as an ink jet head as a liquid discharge head, a piezoelectric body, in particular, a laminated piezoelectric element in which piezoelectric layers and internal electrodes are alternately stacked is used as a pressure generating means for generating pressure for pressurizing ink that is liquid in a liquid chamber. Using the so-called piezo-type, in which an elastically deformable diaphragm that forms the wall surface of the liquid chamber is deformed by displacement in the d33 or d31 direction of the multilayer piezoelectric element, and the volume / pressure in the liquid chamber is changed to discharge droplets. Things are known.
JP 2003-051627 A JP-A-11-277745

このような積層型圧電素子を用いた液体吐出ヘッドにおいて、圧電素子の変位を効率的に振動板に伝達するために、特許文献3に記載されているように、圧力伝達部材の圧力室と対向する面積が積層圧電素子の該面積よりも大きく、積層圧電素子の圧力伝達部材と接合される面に、凹形状、または凸形状を有し、且つ圧力伝達部材の積層圧電素子と接合される面に、凸形状、または凹形状を有し、圧力伝達部材に接合される積層圧電素子の端面における活性部の両側に凹部が形成されているようにしたものがある。
特許第3486913号公報
In a liquid discharge head using such a laminated piezoelectric element, in order to efficiently transmit the displacement of the piezoelectric element to the diaphragm, it is opposed to the pressure chamber of the pressure transmitting member as described in Patent Document 3. The surface to be bonded is larger than the area of the multilayer piezoelectric element, and has a concave shape or a convex shape on the surface bonded to the pressure transmission member of the multilayer piezoelectric element, and the surface to be bonded to the multilayer piezoelectric element of the pressure transmission member In addition, there is a convex or concave shape in which concave portions are formed on both sides of the active portion on the end face of the laminated piezoelectric element joined to the pressure transmission member.
Japanese Patent No. 3486913

ところで、従来の積層型圧電素子を用いた液体吐出ヘッドにおいて、例えば上記特許文献3にも記載されているように積層型圧電素子を振動板の連結部に接合して振動板に変位を伝達するような構成としたとき、積層型圧電素子の接合面が平坦面を維持したまま平行移動するか、あるいは、両端部に不活性部がある場合には、不活性部が変位しないことから接合面の中央部が凸状になるように変形すると認識されている。   By the way, in a liquid discharge head using a conventional multilayer piezoelectric element, for example, as described in Patent Document 3, the multilayer piezoelectric element is joined to the connecting portion of the diaphragm to transmit the displacement to the diaphragm. In such a configuration, the joint surface of the multilayer piezoelectric element moves while maintaining a flat surface, or if there are inactive portions at both ends, the inactive portion does not displace, so the joint surface It is recognized that the center part of the lens is deformed so as to have a convex shape.

ところが、実際には、積層型圧電素子の平坦な接合面と振動板の平坦な連結部とを接合して積層型圧電素子を駆動しても、積層型圧電素子の変位が振動板の変位に十分に伝達されず、積層型圧電素子の変位の伝達効率ないし駆動効率が低いということが問題になっている。   However, in reality, even if the laminated piezoelectric element is driven by joining the flat joint surface of the laminated piezoelectric element and the flat connecting portion of the diaphragm, the displacement of the laminated piezoelectric element becomes the displacement of the diaphragm. There is a problem that the displacement transmission efficiency or drive efficiency of the multilayer piezoelectric element is low due to insufficient transmission.

そこで、本発明者らはその原因を追求したところ、積層型圧電素子の接合面は平坦面であるにもかかわらず、積層型圧電素子に電圧を印加して変位させると、接合面には凹みが生じていることが判明した。   Accordingly, the present inventors have sought the cause of the problem, and when the laminated piezoelectric element is displaced by applying voltage to the laminated piezoelectric element even though the joined surface of the laminated piezoelectric element is a flat surface, there is a depression in the bonded surface. Was found to have occurred.

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、変位伝達効率を向上した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。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid discharge head with improved displacement transmission efficiency and an image forming apparatus including the liquid discharge head.

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、
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、電圧印加で振動板方向への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、前記振動板に連結部を介して連結されている液体吐出ヘッドにおいて、
前記液室の長手方向に沿う方向を長手方向とするとき、
前記活性部の長手方向の長さLp(μm)は、1100(μm)より長く、1500(μm)より短く形成され、
前記活性部の長手方向の長さLp(μm)は、前記連結部の長手方向の長さLj(μm)に対して、Lp≦Lj+500、の関係にあり、
前記連結部は前記活性部とのみ連結され、
前記積層型圧電素子が変位を生じたときに、前記積層型圧電素子は前記活性部と前記連結部との連結面の長手方向中央部に凹みを有しない
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
In order to solve the above-described problem, a liquid discharge head according to the present invention includes:
A nozzle that ejects droplets of the recording liquid, a liquid chamber that communicates with the nozzle, a diaphragm that forms a wall surface of the liquid chamber, and a laminated piezoelectric element that displaces the diaphragm,
In the liquid discharge head, the multilayer piezoelectric element includes an active portion that generates a displacement in a vibration plate direction when a voltage is applied and an inactive portion that does not generate a displacement, and is connected to the vibration plate via a connecting portion. ,
When the direction along the longitudinal direction of the liquid chamber is the longitudinal direction,
The active portion of the long side direction of the length Lp ([mu] m) is longer than 1100 ([mu] m), is shorter than 1500 ([mu] m),
The length Lp (μm) in the longitudinal direction of the active part is in a relationship of Lp ≦ Lj + 500 with respect to the length Lj (μm) in the longitudinal direction of the connecting part,
The connecting part is connected only to the active part,
The multilayer when the piezoelectric element occurs a displacement, the multilayer piezoelectric element is a liquid discharge head characterized by having no dent in the longitudinal side direction central portion of the connecting surface between the connecting portion and the active portion.

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。   The image forming apparatus according to the present invention includes the liquid discharge head according to the present invention.

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、活性部の長手方向の長さLp(μm)は、1100(μm)より長く、1500(μm)より短く形成され、活性部の長手方向の長さLp(μm)は、連結部の長手方向の長さLj(μm)に対して、Lp≦Lj+500、の関係にあり、連結部は活性部とのみ連結され、積層型圧電素子が変位を生じたときに、積層型圧電素子は活性部と連結部との連結面の長手方向中央部に凹みを有しない構成としたので、積層型圧電素子の変位を振動板にそのまま伝達することができて変位伝達効率が向上し、滴吐出効率が向上する。
According to the liquid ejection head according to the present invention, the length of the long side direction of the active section Lp ([mu] m) is longer than 1100 (μm), 1500 (μm ) is shorter than form, the longitudinal length of the active portion Lp (μm) has a relationship of Lp ≦ Lj + 500 with respect to the length Lj (μm) in the longitudinal direction of the connecting portion . The connecting portion is connected only to the active portion, and the stacked piezoelectric element is displaced. when multi-layer piezoelectric element since the structure without a recess in the longitudinal side direction central portion of the connecting surface of the connecting portion between the active portion, the displacement of the multilayer piezoelectric element can be directly transmitted to the diaphragm Displacement transmission efficiency is improved, and droplet discharge efficiency is improved.

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。   According to the image forming apparatus according to the present invention, since the liquid ejection head according to the present invention is provided, the driving efficiency is high, the droplet ejection characteristics are good, and a high-quality image can be stably formed.

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である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. A first embodiment of a liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is an exploded perspective view of the head, FIG. 2 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the head, FIG. 3 is an enlarged view of the main part of FIG. 2, and FIGS. It is sectional explanatory drawing which shows the different example along a hand direction.

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7、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。   The liquid discharge head includes, for example, a flow channel plate 1 formed of a single crystal silicon substrate, a vibration plate 2 bonded to the lower surface of the flow channel plate 1, and a nozzle that is a nozzle forming member bonded to the upper surface of the flow channel plate 1. And a pressure fluid chamber 6 through which a nozzle 4 that ejects ink droplets communicates via a communication path 5, a fluid resistance portion 7, and a communication that communicates with the liquid chamber 6 via a fluid resistance portion 7. The recording liquid (for example, ink) is supplied from the common liquid chamber 8 formed in the frame member 17 through the supply port 10 formed in the diaphragm 2. The liquid chambers 6 are separated by a partition wall 6A.

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。   Then, on the outer side of the diaphragm 2 that forms the wall surface of the liquid chamber 6 (on the side opposite to the liquid chamber 6), corresponding to each pressurized liquid chamber 6, via a connecting portion 11 formed on the diaphragm 2. The upper end portion of the multilayer piezoelectric element 12 as pressure generating means is joined, and the lower end portion of the multilayer piezoelectric element 12 is joined and fixed to the support substrate 13. Note that the support substrate 13 may be divided for each row of the piezoelectric elements 12.

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る。この場合、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。   The piezoelectric element 12 is formed by alternately stacking piezoelectric material layers 14 and internal electrodes 15a and 15b. In this case, the ink in the liquid chamber 6 is pressurized using a displacement in the d33 direction as the piezoelectric direction of the piezoelectric element 12. Although the piezoelectric elements 12 are arranged in two rows on one support substrate 13, a configuration in which a support substrate is provided for each row or a configuration in which three or more rows are arranged may be used.

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。   Further, the periphery of the flow path plate 1 and the vibration plate 2 is bonded and bonded to a frame member 17 formed by injection molding with, for example, epoxy resin or polyphenylene sulfite, and the frame member 17 and the support substrate 13 are bonded to a portion (not shown). They are fixed to each other with agents. The frame member 17 is formed with the above-described common liquid chamber 8 and a supply path (communication pipe) (not shown) for supplying recording liquid from the outside to the common liquid chamber 8. Further, it is connected to a recording liquid supply source such as a recording liquid cartridge (not shown). Although the frame member 17 is divided into two parts, it may be a single member.

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。   Further, an FPC cable 18 is connected to the piezoelectric element 12 by solder bonding, ACF (anisotropic conductive film) bonding or wire bonding in order to give a drive signal. The FPC cable 18 is selectively connected to each piezoelectric element 12. A drive circuit (driver IC) 19 for applying a drive waveform is mounted.

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。   Here, the flow path plate 1 is formed by anisotropically etching a single crystal silicon substrate having a crystal plane orientation (110), for example, with an alkaline etching solution such as an aqueous potassium hydroxide solution (KOH), so Groove portions constituting the through hole, the fluid resistance portion 7, the communication portion 9 and the like serving as the pressurized fluid chamber 6 are formed.

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。   The diaphragm 2 is formed from a nickel (Ni) metal plate, and is manufactured by an electroforming method (electroforming). In the diaphragm 2, a portion corresponding to the pressurized liquid chamber 6 is a thin portion for facilitating deformation, and a connecting portion 11 for joining to the piezoelectric element 12 is provided in the central portion.

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。   In the lateral direction of the liquid chamber (the direction in which the nozzles 4 are arranged), as shown in FIG. 4, a bi-pitch structure in which the piezoelectric elements 12 and the column portions 22 are alternately arranged can be used, or as shown in FIG. Thus, it can also be set as the normal pitch structure which does not provide the support | pillar part 22. FIG.

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。   The nozzle plate 3 is formed from a nickel (Ni) metal plate, and is manufactured by an electroforming method (electroforming). In this nozzle plate 3, nozzles 4 having a diameter of 10 to 35 μm are formed corresponding to the respective pressure chambers 6, and bonded to the flow path plate 1 with an adhesive. A water-repellent layer formed of silicone resin is provided on the droplet discharge side surface of the nozzle plate 3 (surface in the discharge direction: discharge surface or surface opposite to the liquid chamber 6 side).

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。   In the liquid ejection head configured as described above, for example, when driven by a punching method, a drive pulse voltage of 20 to 50 V is selectively applied to the plurality of piezoelectric elements 2 according to an image recorded from a control unit (not shown). By applying the voltage, the piezoelectric element 12 to which the pulse voltage is applied is displaced to deform the vibration plate 2 in the direction of the nozzle plate 3, and pressurize the liquid in the liquid chamber 6 by changing the volume (volume) of the liquid chamber 6. Thus, droplets are ejected from the nozzles 4 of the nozzle plate 3. As the liquid droplets are discharged, the pressure in the liquid chamber 6 decreases, and a slight negative pressure is generated in the liquid chamber 6 due to the inertia of the liquid flow at this time. Under this state, the application of voltage to the piezoelectric element 12 is turned off, so that the diaphragm 2 returns to the original position and the liquid chamber 6 has the original shape, so that further negative pressure is generated. At this time, the liquid that has entered from the liquid supply pipe that leads to a liquid tank (not shown) is filled in the liquid chamber 6, and droplets are ejected from the nozzle 4 in response to the next drive pulse application.

そこで、積層型圧電素子12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を接合している。
Therefore, details of the multilayer piezoelectric element 12 will be described with reference to FIG.
As described above, the piezoelectric element 12 is formed by alternately stacking the piezoelectric material layers 14 and the internal electrodes 15a and 15b, and the internal electrodes 15a and 15b are interposed via the piezoelectric material layer 14 as shown in FIG. The opposed regions become active portions 31 that generate displacement by applying a voltage, and both ends in the longitudinal direction where the internal electrodes 15a and 15b are not opposed via the piezoelectric material layer 14 are displaced by applying a voltage. There is no inactive portion 32. And the connection part 11 of the diaphragm 2 is joined to the upper end surface of the active part 31.

ここで、圧電素子12の活性部31の長手方向長さ(以下「活性部長」ともいう。)Lpを長くすれば、圧電素子12の総変位は増えるが、実際は、連結部11に接続された領域のみ、振動板2の変形、即ち加圧液室6に対する圧力印加に寄与する。   Here, if the length in the longitudinal direction of the active portion 31 of the piezoelectric element 12 (hereinafter also referred to as “active portion length”) Lp is increased, the total displacement of the piezoelectric element 12 increases, but in reality, the piezoelectric element 12 is connected to the connecting portion 11. Only the region contributes to the deformation of the diaphragm 2, that is, the pressure application to the pressurized liquid chamber 6.

そこで、本発明者らは圧電素子12の活性部長Lpを1400μm、1600μmの2種類とし、不活性部32の長手方向長さ(以下「不活性部長」ともいう。)Luを150μmで固定して、圧電素子12を駆動したときの圧電素子12と連結部11の接触面(連結面)の変位分布を測定した。この結果を図7に示している。   Therefore, the present inventors set the active portion length Lp of the piezoelectric element 12 to two types of 1400 μm and 1600 μm, and the longitudinal length of the inactive portion 32 (hereinafter also referred to as “inactive portion length”) Lu is fixed at 150 μm. The displacement distribution of the contact surface (connecting surface) between the piezoelectric element 12 and the connecting portion 11 when the piezoelectric element 12 was driven was measured. The result is shown in FIG.

この図7から分かるように、この例では、活性部長Lpが1400μmでは変位後も圧電素子12の接触面(上端面)は凹みのない平坦面であるのに対し、活性部長Lpが1600μmになると、連結部11と連結する中央付近が凹み変位量が減少していることが判る。このように、圧電素子12を駆動したときに連結部11との連結面に凹みが生じると、圧電素子12の変位を振動板2に対して効率的に伝達することができなくなる。   As can be seen from FIG. 7, in this example, when the active portion length Lp is 1400 μm, the contact surface (upper end surface) of the piezoelectric element 12 is a flat surface without a depression even after displacement, whereas when the active portion length Lp is 1600 μm. It can be seen that the vicinity of the center connected to the connecting portion 11 is recessed and the amount of displacement is reduced. As described above, when the piezo-electric element 12 is driven and the connecting surface with the linking part 11 is depressed, the displacement of the piezo-electric element 12 cannot be efficiently transmitted to the diaphragm 2.

これを確認するために、圧電素子12の活性部長Lpをパラメータとして液室6で発生する圧力の値について数値シミュレーションを行なった。この結果を図8に示している。この図8から判るように、ある活性部長Lpで液室圧力がピークを持つ特性になる。即ち、活性部長Lpが液室圧力がピーク値になる長さよりも短い場合には、活性部長Lpの長さが十分でないため、活性部長Lpの増大に伴い、圧電素子12の総変位量が増えることから圧力は増加するが、ピーク値になる長さを超えると、図7に示したように、連結面の中央付近に凹みが生じて変位量が減るため、液室圧力が増加しなくなる。   In order to confirm this, a numerical simulation was performed on the pressure value generated in the liquid chamber 6 using the active portion length Lp of the piezoelectric element 12 as a parameter. The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 8, the liquid chamber pressure has a peak at a certain active portion length Lp. That is, when the active portion length Lp is shorter than the length at which the liquid chamber pressure reaches the peak value, the active portion length Lp is not sufficient, and therefore the total displacement amount of the piezoelectric element 12 increases as the active portion length Lp increases. Therefore, the pressure increases, but if the length exceeding the peak value is exceeded, as shown in FIG. 7, a depression is generated near the center of the connecting surface and the displacement is reduced, so that the liquid chamber pressure does not increase.

したがって、圧電素子12の活性部長Lpは駆動したときに連結面に凹みが生じない長さにすることで、変位伝達効率が向上し、滴吐出効率ないし駆動効率が向上する。圧電素子の活性部長を液室圧力がピーク値になるときの長さよりも長くしても、大型化によるコスト上昇を招くだけで、特性はむしろ低下することになる。
このように、積層型圧電素子が変位を生じたときに、連結部と積層型圧電素子との連結面が平坦であり、連結領域長手方向中央部に凹みを有しない構成とすることで、積層型圧電素子の変位を振動板にそのまま伝達することができて変位伝達効率が向上し、滴吐出効率が向上する。
Therefore, by setting the active portion length Lp of the piezoelectric element 12 to such a length that does not cause a depression on the connecting surface when driven, the displacement transmission efficiency is improved, and the droplet ejection efficiency or the driving efficiency is improved. Even if the length of the active portion of the piezoelectric element is made longer than the length when the liquid chamber pressure reaches the peak value, the cost is increased due to the increase in size, and the characteristics are rather lowered.
As described above, when the multilayer piezoelectric element is displaced, the coupling surface between the coupling part and the multilayer piezoelectric element is flat, and the coupling region has a configuration in which the central part in the longitudinal direction has no depression. The displacement of the piezoelectric element can be transmitted to the diaphragm as it is, so that the displacement transmission efficiency is improved and the droplet discharge efficiency is improved.

次に、圧電素子12の活性部長Lpと連結部11の長手方向長さ(以下「連結部長)という。)Ljとの関係について説明する。
上述した液室圧力がピーク値を示す活性部長Lpは、連結部長Ljによって変化する。そこで、活性部長Lpと連結部長Ljの関係を変えた場合の圧力がピーク値になる構成について実験を行なった。
Next, the relationship between the active portion length Lp of the piezoelectric element 12 and the longitudinal length of the connecting portion 11 (hereinafter referred to as “connecting portion length”) Lj will be described.
The active part length Lp at which the above-described liquid chamber pressure exhibits a peak value varies depending on the connecting part length Lj. Therefore, an experiment was conducted on a configuration in which the pressure when the relationship between the active portion length Lp and the connecting portion length Lj was changed reached a peak value.

ここでは、活性部長Lpと連結部長Ljの差、即ち(Lp−Lj)をパラメータとし、連結部長Lj及び不活性部長Luを固定し、活性部長Lpを変えたときの、液室圧力の変化を評価し、圧力が最大となるときの活性部長Lpから、(Lp−Lj)の値を求めることとした。この結果を図9に示している。   Here, the difference between the active part length Lp and the connecting part length Lj, that is, (Lp−Lj) is used as a parameter, the connecting part length Lj and the inactive part length Lu are fixed, and the change in the liquid chamber pressure when the active part length Lp is changed. Evaluation was made and the value of (Lp−Lj) was determined from the active part length Lp when the pressure was maximum. The result is shown in FIG.

この図9から判るように、連結部長Ljを長くしていく場合、(Lp−Lj)の最適値は減少していくが、短くしていくと、ある値で一定になる。このときの(Lp−Lj)の最大値は、図9から500μm程度となっている。不活性部長Luをこれ以上短くすることは現実的でないことから、(Lp−Lj)の値は、最大でも500μmとするのが良い。これ以上、(Lp−Lj)を大きくすると、大型化によるコスト上昇及び駆動効率低下といった問題のみ発生し、メリットがない。(Lp−Lj)をこの値よりも小さくすることは、駆動効率の面では低下するが、小型化によるコストメリットは発生する。   As can be seen from FIG. 9, when the connecting portion length Lj is lengthened, the optimum value of (Lp−Lj) decreases, but when it is shortened, it becomes constant at a certain value. The maximum value of (Lp−Lj) at this time is about 500 μm from FIG. Since it is not practical to make the inactive portion length Lu shorter than this, the value of (Lp−Lj) is preferably 500 μm at the maximum. If (Lp−Lj) is further increased, only problems such as an increase in cost and a decrease in driving efficiency due to an increase in size occur, and there is no merit. Making (Lp−Lj) smaller than this value lowers the driving efficiency, but there is a cost merit due to downsizing.

したがって、圧電素子の活性部長Lp(μm)は、長い方向では、連結部長Lj(μm)に対して、Lp≦Lj+500(μm)の関係にあるようにすることが好ましい。これにより、圧電素子の小型化によるヘッドの小型化と駆動効率の向上との調和を図ることができる。   Accordingly, it is preferable that the active portion length Lp (μm) of the piezoelectric element is in a relationship of Lp ≦ Lj + 500 (μm) with respect to the connecting portion length Lj (μm) in the long direction. As a result, it is possible to achieve harmony between miniaturization of the head due to miniaturization of the piezoelectric element and improvement of driving efficiency.

次に、圧電素子の活性部長Lpと連結部長Ljとの差(Lp−Lj)を、あまり小さくすると、圧電素子の極度の小型化による、相互干渉特性の劣化、即ち支持部22による支持力低下といった問題が発生する。   Next, if the difference (Lp−Lj) between the active portion length Lp and the connecting portion length Lj of the piezoelectric element is made too small, the mutual interference characteristics are deteriorated due to the extreme miniaturization of the piezoelectric element, that is, the supporting force is reduced by the supporting portion 22. Such a problem occurs.

そこで、圧電素子と加圧液室、及び連結部の構成を変えて相互干渉特性について比較した。この結果を図10に示している。ここで、
構成1:加圧液室長1500μm 連結部長1200μm 不活性部長300μm
構成2:加圧液室長1300μm 連結部長1200μm 不活性部長150μm

構成3:加圧液室長1100μm 連結部長1100μm 不活性部長150μm
とした。
Therefore, the mutual interference characteristics were compared by changing the configurations of the piezoelectric element, the pressurized liquid chamber, and the connecting portion. The result is shown in FIG. here,
Configuration 1: Pressurized liquid chamber length 1500 μm Connection portion length 1200 μm Inactive portion length 300 μm
Configuration 2: Pressurized liquid chamber length 1300 μm Connection portion length 1200 μm Inactive portion length 150 μm

Configuration 3: Pressurized liquid chamber length 1100 μm Connection portion length 1100 μm Inactive portion length 150 μm
It was.

ここでは、相互干渉を示す指標として、加圧液室の圧力最大値を、流路板1の、圧電素子12の駆動方向への変位量で割った値を用いている。即ち、値が大きければ同じ圧力でも流路板1の振動が少ないことになり、相互干渉は起こりにくいことを示す。   Here, as an index indicating the mutual interference, a value obtained by dividing the maximum pressure value of the pressurized liquid chamber by the displacement amount of the flow path plate 1 in the driving direction of the piezoelectric element 12 is used. That is, if the value is large, the vibration of the flow path plate 1 is small even at the same pressure, indicating that mutual interference hardly occurs.

この図10から判るように、いずれの構成においても、(Lp−Lj)が300μm以下になると、相互干渉特性は悪くなっていく。したがって、(Lp−Lj)の値は300μm以上、即ち、Lp≧300+Lj、の関係にあることが好ましい。   As can be seen from FIG. 10, in any configuration, when (Lp−Lj) is 300 μm or less, the mutual interference characteristics deteriorate. Therefore, the value of (Lp−Lj) is preferably 300 μm or more, that is, Lp ≧ 300 + Lj.

圧電素子は、活性部長Lpを短くすると、全長即ち活性部長Lpと不活性部長Luを加算した値に対する活性部長Lpの割合が低下する。即ち、圧電素子のサイズに対する、変位発生領域の比率が低下する。したがって、圧電素子をあまり小型化すると、効率の悪い構造になる。また、図7に示したとおり、活性部長Lpを長くしすぎると、活性部31の領域の変位の平坦性が損なわれ、連結部11に接続する中央付近に凹みが生じて変位が低下する。   In the piezoelectric element, when the active part length Lp is shortened, the ratio of the active part length Lp to the total length, that is, the value obtained by adding the active part length Lp and the inactive part length Lu decreases. That is, the ratio of the displacement generation region to the size of the piezoelectric element is reduced. Therefore, if the piezoelectric element is too small, the structure becomes inefficient. As shown in FIG. 7, if the active part length Lp is too long, the flatness of the displacement of the active part 31 is impaired, and a dent is generated near the center connected to the connecting part 11 to reduce the displacement.

これらの2点に加えて、圧電素子の最大変位量を、圧電素子の性能を示すパラメータと考え、以下のような評価パラメータを定義した。
評価パラメータ=寸法効率×平坦性×最大変位
In addition to these two points, the maximum displacement amount of the piezoelectric element was considered as a parameter indicating the performance of the piezoelectric element, and the following evaluation parameters were defined.
Evaluation parameter = dimensional efficiency x flatness x maximum displacement

ここで、寸法効率=活性部長/(活性部長+不活性部長)
平坦性 =圧電素子中央部での変位量/圧電素子の最大変位
Here, dimensional efficiency = active part length / (active part length + inactive part length)
Flatness = Displacement at the center of the piezoelectric element / maximum displacement of the piezoelectric element

この評価パラメータを用いて、圧電素子12の活性部長Lpを変えた場合の評価結果を図11に示している。このことから、活性部長Lpが、1100(μm)以下及び1500(μm)以上になると、急激に評価パラメータの値は低下することが判る。即ち、圧電素子12の活性部長Lpは、1100μm<Lp<1500μm、の範囲内とすることが好ましい。   FIG. 11 shows an evaluation result when the active portion length Lp of the piezoelectric element 12 is changed using this evaluation parameter. From this, it can be seen that when the active part length Lp becomes 1100 (μm) or less and 1500 (μm) or more, the value of the evaluation parameter rapidly decreases. That is, the active part length Lp of the piezoelectric element 12 is preferably in the range of 1100 μm <Lp <1500 μm.

次に、圧電素子12の不活性部長Luは、不活性部32を延ばすことによって活性部31の変位が抑えられるため、駆動効率は低下するが、図4において支持部22の紙面奥行き方向の長さが増すことから支持力が増え、流路板1の変位は減少する。即ち、相互干渉特性が改善される。   Next, since the displacement of the active part 31 is suppressed by extending the inactive part 32, the inactive part length Lu of the piezoelectric element 12 is reduced in driving efficiency, but in FIG. Therefore, the supporting force increases and the displacement of the flow path plate 1 decreases. That is, the mutual interference characteristic is improved.

そこで、両者を評価するため、先に用いた相互干渉を示す指標を用い、不活性部長Luを変えた場合の特性を評価した。その結果を図12に示している。   Therefore, in order to evaluate both, the characteristic when the inactive part length Lu was changed was evaluated using the index indicating the mutual interference used previously. The result is shown in FIG.

この図12から判るように、不活性部長Luの長さを変えた場合、ある値にて極大値を持つことがわかる。この値より大きくすると、相互干渉特性は悪くなり、不活性部長Luを延ばすメリットが無くなる。したがって、不活性長Luはこの極大値を取る値以下にすることが好ましい。この図12からは、概ね不活性部長Lu(μm)は、−0.5×活性部長Lp(μm)+950(μm)以下することが良い。   As can be seen from FIG. 12, when the length of the inactive portion length Lu is changed, it can be seen that there is a maximum value at a certain value. If the value is larger than this value, the mutual interference characteristic is deteriorated, and the merit of extending the inactive portion length Lu is lost. Therefore, it is preferable that the inert length Lu be equal to or less than a value that takes this maximum value. From FIG. 12, it is preferable that the inactive portion length Lu (μm) is approximately −0.5 × active portion length Lp (μm) +950 (μm) or less.

駆動効率は上述したように不活性部長Luを短くすることで改善されるが、ある程度短くすると、それ以上は変わらなくなる。これについて評価した結果を図13に示している。ここでは、活性部長Lp、不活性部長Luを変えてインクジェットヘッドを作ったときの、液室6の圧力について評価している。   As described above, the driving efficiency is improved by shortening the inactive portion length Lu, but if it is shortened to some extent, it does not change any more. The result of evaluating this is shown in FIG. Here, the pressure in the liquid chamber 6 when an ink jet head is manufactured by changing the active part length Lp and the inactive part length Lu is evaluated.

この図13から判るように、活性部長Lpに関わらず、不活性部長Luが100μm以下になると、圧力の値は変わらない。即ち、不活性部長Luを100μm以下とすると、相互干渉特性が悪くなるだけで、駆動効率は改善されない。したがって、圧電素子の不活性部長Luは、100μm以上にするのが好ましい。   As can be seen from FIG. 13, regardless of the active portion length Lp, the pressure value does not change when the inactive portion length Lu is 100 μm or less. That is, when the inactive portion length Lu is set to 100 μm or less, the mutual interference characteristic is deteriorated and the driving efficiency is not improved. Therefore, the inactive portion length Lu of the piezoelectric element is preferably 100 μm or more.

ところで、上述したように、圧電素子の小型化を図るために、不活性部長も必要以上に延ばせない場合には、不活性部32の端部(活性部31に接する側と反対側の端部)も実際には変位が発生する。そのため、例えば図14に示すように、この領域が振動板厚肉部2Aを介して流路板1と接続されていると、不活性部32で発生する変位により流路板1を押し上げ、相互干渉特性が劣化する。   By the way, as described above, in order to reduce the size of the piezoelectric element, when the inactive part length cannot be extended more than necessary, the end part of the inactive part 32 (the end part opposite to the side in contact with the active part 31). ) Actually causes displacement. Therefore, for example, as shown in FIG. 14, if this region is connected to the flow path plate 1 via the diaphragm thick part 2A, the flow path plate 1 is pushed up by the displacement generated in the inactive portion 32, Interference characteristics deteriorate.

したがって、圧電素子12と振動板2の連結は活性部31のみで連結し、不活性部32では連結しないことが好ましい。組み付けの都合上、振動板厚肉部2Aを連結部11以外に配置する必要が生じる場合には、図15に示すように、振動板厚肉部2Aと不活性部32が連結(接続)されないようにする。   Therefore, it is preferable that the piezoelectric element 12 and the diaphragm 2 are connected only by the active part 31 and not by the inactive part 32. When it is necessary to arrange the diaphragm thick part 2A other than the connecting part 11 for the convenience of assembly, the diaphragm thick part 2A and the inactive part 32 are not connected (connected) as shown in FIG. Like that.

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16及び図17を参照して説明する。なお、図16は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図17は同装置の要部平面説明図である。   Next, an example of an image forming apparatus provided with the liquid ejection head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is an explanatory side view for explaining the overall configuration of the image forming apparatus, and FIG. 17 is an explanatory plan view of the main part of the apparatus.

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。   In this image forming apparatus, a carriage 103 is slidably held in a main scanning direction by a guide rod 101 and a guide rail 102 that are horizontally mounted on left and right side plates (not shown), and a driving pulley 106A is driven by a main scanning motor 104. And the driven pulley 106B are moved and scanned in the direction indicated by the arrow (main scanning direction) via the timing belt 105.

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。   For example, four independent ink jet recording liquid droplets (ink droplets) of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) are recorded on the carriage 103. The recording head 107 composed of the liquid ejection heads 107k, 107c, 107m, and 107y is arranged in a direction along the main scanning direction, and is mounted with the droplet ejection direction facing downward. In addition, although the independent liquid discharge head is used here, it is also possible to employ a configuration in which one or a plurality of heads having a plurality of nozzle rows for discharging recording liquid droplets of each color are used. Further, the number of colors and the arrangement order are not limited to this.

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。   The carriage 103 is equipped with a sub tank 108 for each color for supplying each color ink to the recording head 107. Ink is supplied to the sub tank 108 from a main tank (ink cartridge) (not shown) via an ink supply tube 109.

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。   On the other hand, as a sheet feeding unit for feeding a recording medium (sheet) 112 loaded on a sheet stacking unit (pressure plate) 111 such as a sheet feeding cassette 110, the sheets 112 are separated and fed from the sheet stacking unit 111 one by one. Opposite to the half-moon roller (feed roller) 113 and the feed roller 113 to be fed, a separation pad 114 made of a material having a large friction coefficient is provided, and this separation pad 114 is urged toward the feed roller 113 side.

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。   As a transport unit for transporting the paper 112 fed from the paper feed unit below the recording head 107, a transport belt 121 for electrostatically attracting and transporting the paper 112, and a paper feed unit A counter roller 122 for transporting the paper 112 fed through the guide 115 while sandwiching it between the transport belt 121 and the paper 112 fed substantially vertically upward is changed by about 90 ° and copied on the transport belt 121. A conveying guide 123 for adjusting the pressure and a tip pressure roller 125 urged toward the conveying belt 121 by a pressing member 124. Further, a charging roller 126 which is a charging unit for charging the surface of the conveyance belt 121 is provided.

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。   Here, the conveyance belt 121 is an endless belt, is stretched between the conveyance roller 127 and the tension roller 128, and the conveyance roller 127 is rotated from the sub-scanning motor 131 via the timing belt 132 and the timing roller 133. By doing so, it is configured to circulate in the belt conveyance direction (sub-scanning direction). A guide member 129 is disposed on the back side of the conveyance belt 121 in correspondence with the image forming area formed by the recording head 107.

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。   In addition, a slit disk 134 is attached to the shaft of the transport roller 127, and a sensor 135 for detecting the slit of the slit disk 134 is provided, and the encoder 136 is configured by the slit disk 134 and the sensor 135. .

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。   The charging roller 126 is arranged so as to contact the surface layer of the conveyor belt 121 and rotate following the rotation of the conveyor belt 121, and applies 2.5N to both ends of the shaft as a pressing force.

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。   Further, an encoder scale 142 having slits is provided on the front side of the carriage 103, and an encoder sensor 143 including a transmission type photosensor for detecting the slits of the encoder scale 142 is provided on the front side of the carriage 103. An encoder 144 for detecting the position of the carriage 103 in the main scanning direction is configured.

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。   Further, as a paper discharge unit for discharging the paper 112 recorded by the recording head 107, a separation unit for separating the paper 112 from the conveying belt 121, a paper discharge roller 152 and a paper discharge roller 153, and paper discharge A paper discharge tray 154 for stocking the paper 112 to be printed.

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。   A double-sided paper feeding unit 155 is detachably mounted on the back. The double-sided paper feeding unit 155 takes in the paper 112 returned by the reverse rotation of the transport belt 121, reverses it, and feeds it again between the counter roller 122 and the transport belt 121.

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。   Further, as shown in FIG. 10, a maintenance / recovery mechanism 156 for maintaining and recovering the state of the nozzles of the recording head 107 is arranged in the non-printing area on one side of the carriage 103 in the scanning direction.

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。   The maintenance / recovery machine 156 includes a cap 157 for capping each nozzle surface of the recording head 107, a wiper blade 158 which is a blade member for wiping the nozzle surface, and a discharge unit for discharging the thickened recording liquid. An empty discharge receiver 159 for receiving droplets when performing empty discharge for discharging droplets that do not contribute to recording is provided.

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。   In the image forming apparatus configured as described above, the sheets 112 are separated and fed one by one from the sheet feeding unit, and the sheet 112 fed substantially vertically upward is guided by the guide 115, and includes the conveyance belt 121 and the counter roller 122. The leading end is guided by the conveying guide 123 and pressed against the conveying belt 121 by the leading end pressure roller 125, and the conveying direction is changed by approximately 90 °.

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。   At this time, a positive voltage output and a negative output are alternately repeated from the AC bias supply unit to the charging roller 126 by a control circuit (not shown), that is, a charging voltage pattern in which an alternating voltage is applied and the conveying belt 121 alternates. That is, plus and minus are alternately charged in a band shape with a predetermined width in the sub-scanning direction which is the circumferential direction. When the paper 112 is fed onto the conveyance belt 121 charged alternately with plus and minus, the paper 112 is attracted to the conveyance belt 121 by electrostatic force, and the paper 112 is conveyed in the sub-scanning direction by the circular movement of the conveyance belt 121. Is done.

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。   Therefore, by driving the recording head 107 according to the image signal while moving the carriage 103 in the forward and backward directions, ink droplets are ejected onto the stopped paper 112 to record one line, and the paper 112 is After transporting a predetermined amount, the next line is recorded. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 112 has reached the recording area, the recording operation is finished, and the paper 112 is discharged onto the paper discharge tray 154.

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   In the case of double-sided printing, when recording on the front surface (surface to be printed first) is completed, the recording belt 112 is fed into the double-sided paper feeding unit 155 by rotating the conveyor belt 121 in the reverse direction. The paper 112 is reversed (with the back surface being the printing surface), and is fed again between the counter roller 122 and the conveyor belt 121. The timing is controlled, and the sheet is conveyed onto the conveyor bell 121 as described above. After recording on the back side, the paper is discharged onto the paper discharge tray 154.

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。   Further, during printing (recording) standby, the carriage 103 is moved to the maintenance / recovery mechanism 155 side, and the nozzle surface of the recording head 107 is capped by the cap 157 so that the nozzles are kept in a wet state. To prevent. In addition, the recording liquid is sucked from the nozzle in a state where the recording head 107 is capped by the cap 157 (referred to as “nozzle suction” or “head suction”), and a recovery operation is performed to discharge the thickened recording liquid or bubbles. Wiping is performed by the wiper blade 158 in order to clean and remove ink adhering to the nozzle surface of the recording head 107 by this recovery operation. In addition, an idle ejection operation for ejecting ink not related to recording is performed before the start of recording or during recording. Thereby, the stable ejection performance of the recording head 107 is maintained.

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、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。   As described above, since the image forming apparatus includes the recording head constituted by the liquid discharge head according to the present invention, the droplet discharge efficiency is high, a high-quality image can be stably formed, and the apparatus itself can be downsized. Also, the cost can be reduced.

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。   In the above embodiment, the present invention has been described with reference to an example in which the present invention is applied to an image forming apparatus having a printer configuration. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to an image forming apparatus such as a printer / fax / copier multifunction machine. it can. Further, the present invention can be applied to an image forming apparatus using a recording liquid or a fixing processing liquid that is a liquid other than ink.

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。It is an exploded perspective view showing an example of a liquid discharge head concerning the present invention. 同ヘッドの長手方向に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing along the longitudinal direction of the head. 図2の要部拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a main part of FIG. 2. 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。It is sectional explanatory drawing of the bipitch structure along the liquid chamber transversal direction of the head. 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。It is sectional explanatory drawing of the normal pitch structure along the liquid chamber transversal direction of the head. 同ヘッドの圧電素子部分の要部拡大断面説明図である。It is principal part expanded sectional explanatory drawing of the piezoelectric element part of the head. 活性部長と変位量の関係を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the relationship between active part length and displacement. 活性部長と液室圧力の関係を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the relationship between an active part length and a liquid chamber pressure. 振動板連結部長と圧力最大となる活性部長と連結部長の差を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the difference of the active part length used as a diaphragm connection part length and a pressure maximum, and a connection part length. 活性部長と連結部長の差と相互干渉の関係の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the relationship between the difference of active part length, a connection part length, and mutual interference. 活性部長と評価パラメータとの関係の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the relationship between active part length and an evaluation parameter. 不活性部長と相互干渉の関係の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the relationship between an inactive part length and a mutual interference. 不活性部長と液室圧力の関係の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the relationship between an inactive part length and a liquid chamber pressure. 振動板厚肉部と圧電素子の不活性部とを連結した液体吐出ヘッド構成を説明する断面説明図である。FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view illustrating a liquid discharge head configuration in which a diaphragm thick wall portion and an inactive portion of a piezoelectric element are connected. 振動板厚肉部と圧電素子の不活性部とを連結しない液体吐出ヘッド構成を説明する断面説明図である。FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view illustrating a liquid discharge head configuration that does not connect a thick plate portion of a diaphragm and an inactive portion of a piezoelectric element. 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。1 is an overall configuration diagram illustrating an example of an image forming apparatus according to the present invention. 同じく要部平面説明図である。Similarly it is principal part plane explanatory drawing.

符号の説明Explanation of symbols

1…流路板
2…振動板
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow path plate 2 ... Vibration plate 3 ... Nozzle plate 4 ... Nozzle 6 ... Liquid chamber 11 ... Connection part 12 ... Piezoelectric element 31 ... Active part 32 ... Inactive part 103 ... Carriage 107 ... Recording head

Claims (2)

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、電圧印加で振動板方向への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、前記振動板に連結部を介して連結されている液体吐出ヘッドにおいて、
前記液室の長手方向に沿う方向を長手方向とするとき、
前記活性部の長手方向の長さLp(μm)は、1100(μm)より長く、1500(μm)より短く形成され、
前記活性部の長手方向の長さLp(μm)は、前記連結部の長手方向の長さLj(μm)に対して、Lp≦Lj+500、の関係にあり、
前記連結部は前記活性部とのみ連結され、
前記積層型圧電素子が変位を生じたときに、前記積層型圧電素子は前記活性部と前記連結部との連結面の長手方向中央部に凹みを有しない
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
A nozzle that ejects droplets of the recording liquid, a liquid chamber that communicates with the nozzle, a diaphragm that forms a wall surface of the liquid chamber, and a laminated piezoelectric element that displaces the diaphragm,
In the liquid discharge head, the multilayer piezoelectric element includes an active portion that generates a displacement in a vibration plate direction when a voltage is applied and an inactive portion that does not generate a displacement, and is connected to the vibration plate via a connecting portion. ,
When the direction along the longitudinal direction of the liquid chamber is the longitudinal direction,
The active portion of the long side direction of the length Lp ([mu] m) is longer than 1100 ([mu] m), is shorter than 1500 ([mu] m),
The length Lp (μm) in the longitudinal direction of the active part is in a relationship of Lp ≦ Lj + 500 with respect to the length Lj (μm) in the longitudinal direction of the connecting part,
The connecting part is connected only to the active part,
The multilayer when the piezoelectric element occurs a displacement, the multilayer piezoelectric element is a liquid discharge head characterized by having no dent in the longitudinal side direction central portion of the connecting surface between the connecting portion and the active portion.
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。 An image forming apparatus comprising a liquid ejection head for ejecting recording liquid droplets of the recording liquid, comprising the liquid ejection head according to claim 1 .
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