JP4876046B2 - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、インク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、インク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（単に液滴を吐出する）ことをも意味する。また、「インク」とは狭義のインクに限るものではなく、画像形成を行うことができる液体を意味する。

このような画像形成装置は、捺染装置や金属配線などの産業用システムにまで利用されるようになってきている。近年、より高品位な画像を、より速い印刷速度で出力できることが求められるようになっている。前者の要求に対してノズルの数、密度共に増加する傾向にある。それに伴い、各加圧液室間隔は狭まっている。また、エネルギー印加の周波数も高くなる傾向にある。後者の要求に対しては、記録ヘッドの長尺化が試みられており、最近記録媒体の幅全領域を覆うことのできる、いわゆるライン型ヘッドの実用化が進められている。

また、液体吐出ヘッドとしては、液滴を吐出するノズル、ノズルが連通する個別液室（加圧液室、吐出室、圧力室、液体流路などとも称される。）、圧力室内の液体を加圧する圧力（エネルギー）を発生する圧力発生手段（エネルギー発生手段）と、各圧力室に液体を供給する比較的容積の大きな共通液室とを備えて、圧力発生手段で発生させる圧力で圧力室内の液体を加圧することによってノズルから液滴を吐出させる。ここで、圧力発生手段としては、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマル方式、圧電素子（本願では電気機械変換素子と同義語として用いる。）などを用いる圧電方式、静電力を発生する静電型アクチュエータを用いる静電方式などが知られている。

ところで、液体吐出ヘッドにおいて、液滴を吐出するとき、個別液室の圧力を上昇させる必要がある。ここで発生する圧力は、ノズルから液滴を吐出させると同時に、共通液室へと伝播する。この圧力が、再び個別液室側へ伝わると、個別液室内の圧力を予期しない値に変動させる要因となり、液滴を所望の滴量、速度で吐出させることができなくなり、噴射不良を引き起こす。特に、同時に複数の個別液室を加圧して液滴を吐出させる場合、共通液室に個別液室から伝えられる圧力は非常に大きなものとなり、噴射不良が発生しやすい。また、共通液室に伝播した圧力変動が隣接する加圧液室に伝播して液体にも影響が及ぶ相互干渉が生じると、意図しないノズルからの液滴の漏洩や吐出、吐出状態の不安定を誘発することになる。その結果、高品位な画像出力を得ることを妨げることになる。

これを防ぐためには、共通液室における圧力減衰効率を高める必要がある。その手段としては、一般には、共通液室の体積を大きく取る、或いは共通液室の壁面に振動板のような圧力吸収体を設けるといった手法がとられる。特に、圧力吸収体を用いる手法は、共通液室寸法を大きくすることなく圧力変動を吸収でき、また適切な吸収体を用いれば、圧力減衰効果は非常に高いため、広く用いられている。また、圧力吸収体としては、共通液室の壁面の一部を、剛性の低い部材若しくは構造とし、壁面そのものの振動によって減衰する構成、共通液室の壁面に、ゴムのように弾性の低い部材をコーティングすることによって、その部材の表面の変形によって減衰する構成などがある。このうち、壁面そのものの振動によって減衰する構成は、減衰効率の良さから、特に優れている。

例えば、特許文献１には複数の加圧液室が配列された方向をＸ方向としたときに、共通液室を構成するＸ方向に延びた壁面に、他の壁面よりも剛性が低く、振動によって圧力を吸収する圧力吸収体によるダンパ面を形成すること、ダンパ面は、共通液室のＸ方向全長に渡っては形成されずに、部分的にダンパ面の存在しない領域を設けることが記載されている。
特開２００５−１２５６３１号公報

また、特許文献２には個別液室内の圧力発生源（ヒータ）と共通液室の間の領域に圧力吸収体を設けることが記載されている。
特開平０６−１９１０３０号公報

特許文献３には共通液室に圧力変動吸収用の複数の圧力吸収体を設け、インク透過性フィルタを用いて圧力吸収体室を二分割することが記載されている。
特開２０００−１５８６６８号公報

特許文献４には共通液室の壁面を変位させるアクチュエータ手段を備えることが記載されている。
特開２００４−１０６２１７号公報 特許文献５には圧力室以外の流路に、圧力変動を緩衝させるための複数の圧力変動緩衝室を設けることが記載されている。

特許文献５には共通液室内の圧力変動を緩衝するための可撓性の緩衝壁が形成されたものが記載されている。
特開２００５−１５３２４８号公報

しかしながら、共通液室の壁面の剛性を下げ、薄い膜として形成する場合、広い領域に渡って薄膜を形成する必要が生じるため、ピンホール等の工程異常が発生しやすくなる。即ち、製造歩留まりが低下する。また、製造過程における薄膜の取り扱いも難しくなる。特に、近年は高速印字化のため、ラインヘッドに代表されるようにヘッドは多ノズル化により長尺化していく傾向にある。この場合、圧力吸収体の面積も必然的に大きくなり、こうした工法上の問題は更に深刻となるという課題がある。

また、共通液室壁面の剛性を下げると、薄膜とした壁面自体が共振を起こし、これによって共通液室の圧力変動を生じさせるという課題がある。この共振周波数が駆動周波数帯と重なると、噴射特性に影響を及ぼすようになる。この問題も、ラインヘッド等の長尺ヘッドにおいていっそう顕著に発生するようになる。

また、上記特許文献２に記載されているように個別液室単位で圧力吸収体を設けるのでは、圧力吸収体の剛性を十分に下げることが難しく、効果的な圧力吸収を行うことが困難になる。また、特許文献４に記載されているように圧力吸収体面を変位させるアクチュエータ手段を備えることは構成が複雑になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、圧力吸収体の共振点を少なくして効率的な圧力減衰効果が得られ、製造工程上の問題も改善できるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、複数の加圧液室と、各加圧液室が連通口を介して接続された共通液室と、加圧液室内の圧力を変化させる圧力変換手段とを備え、加圧液室に連通したノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、複数の加圧液室が並ぶ方向に延びた共通液室の壁面の少なくとも一つの壁面は、他の壁面よりも剛性が低く、振動によって圧力を吸収する圧力吸収体面が形成され、加圧液室が並ぶ方向をｘ方向、圧力吸収体面に垂直な方向をｚ方向とし、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向をｙ方向としたとき、圧力吸収体面のｙ方向の幅として、寸法の異なる少なくとも２種類の幅の領域が存在し、複数種の幅の領域が、ｘ方向に繰り返し形成されている構成とした。

ここで、圧力吸収体面は全面が同一の厚さで形成されており、共通液室のｙ方向幅により、圧力吸収体面のｙ方向幅が規定されている構成とできる。また、三列以上のノズル列を有し、各ノズル列に対応して共通液室が形成されており、隣接する共通液室の少なくとも１箇所以上で、圧力吸収体面がｘｙ面上にて勘合状に入り込んで配置されている構成とできる。また、圧力吸収体面はＮｉにより形成されている構成とできる。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、複数の加圧液室が並ぶ方向に延びた共通液室の壁面の少なくとも一つの壁面は、他の壁面よりも剛性が低く、振動によって圧力を吸収する圧力吸収体面が形成され、加圧液室が並ぶ方向をｘ方向、圧力吸収体面に垂直な方向をｚ方向とし、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向をｙ方向としたとき、圧力吸収体面のｙ方向の幅として、寸法の異なる少なくとも２種類の幅の領域が存在し、複数種の幅の領域が、ｘ方向に繰り返し形成されている構成としたので、圧力吸収体面の共振点が少なくなり、より少ない面積の圧力吸収体面でより効率的な圧力吸収効果が得られる。

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ているので、安定した滴吐出特性が得られ、高画質画像を形成することができるようになる。

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。本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの流路構成を説明する模式的平面説明図、図２は図１のＹ１−Ｙ１線に沿う断面説明図、図３は図１のＹ２−Ｙ２線に沿う断面説明図、図４は共通液室形成部材の模式的要部平面説明図である。

この液体吐出ヘッドに流路構成は、ノズル、液室などを含む液室ユニット１０１が複数個並んで配置され、それぞれが連通部（連通口）１０３を介して共通液室１０２に接続されている。共通液室１０２は、共通液室形成部材としてのフレーム部材１０５に形成されている。

なお、液室ユニット１０１は、液滴を吐出するノズル、ノズルが連通する液室（加圧液室）、圧力発生手段等により構成される。ここで、圧力発生手段は、電歪素子に電圧を印加して電歪素子を変形させることで液滴を吐出させる圧電型アクチュエータ、電気熱変換素子に電流を流すことで発熱により液体を発泡させることで液滴を吐出させるサーマル型アクチュエータ、振動板と電極間の静電力と振動板の機械的変位を用いる静電型アクチュエータなどで構成することができる。また、液室ユニット１０１は流路からノズル（吐出口）にかけての形状が直線的であるエッジシュータ方式であっても良いし、流路の向きとノズル（吐出口）の向きが異なるサイドシュータ方式であっても良い（図１はサイドシュータ方式）。

そして、この液体吐出ヘッドにおいては、複数の液室（液室ユニット１０１）が並ぶ方向に延びた共通液室１０２の壁面の少なくとも一つの壁面は、他の壁面よりも剛性が低く、振動によって圧力を吸収する圧力吸収体面１０４とし、液室が並ぶ方向をｘ方向、圧力吸収体面１０４に垂直な方向をｚ方向とし、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向をｙ方向としたとき、圧力吸収体面１０４のｙ方向の幅として、寸法の異なる少なくとも２種類の幅（幅Ａ、幅Ｂ、Ａ＜Ｂ）の領域１０４Ａ、１０４Ｂが存在し、これら複数種の幅Ａ、Ｂの領域１０４Ａ、１０４Ｂが、ｘ方向に繰り返し形成されている。

ここで、幅Ｂの領域１０４Ｂは２箇所のみ図示しているが、この幅Ｂの領域１０４Ｂの数は共通液室１０２のｘ方向長によって決定される。領域１０４Ｂの数をあまり多くすると、領域１０４Ｂによる圧力吸収効果が減少するため、３〜１０箇所程度とするのが良い。但し、ライン型ヘッドなど、特にｘ方向長が長い場合、これ以上の数とすることもできる。

また、ここでは、圧力吸収体面１０４の一部に図２に示すように厚肉部１１４を形成することで圧力吸収体として機能しないようにすることで、ｙ方向の幅が異なる領域１０４Ａ、１０４Ｂを形成している。この場合、共通液室１０２の圧力吸収体面１０４に対応する領域は図４に示すように一定の幅としている。

このように構成することで、圧力吸収体面１０４の共振周波数の低下及び共振時の大きな振動を抑えることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図５ないし図８を参照して説明する。なお、図５は同ヘッドの流路構成を説明する模式的平面説明図、図６は図５のＹ３−Ｙ３線に沿う断面説明図、図７は図５のＹ４−Ｙ４線に沿う断面説明図、図８は共通液室形成部材の模式的要部平面説明図である。

この液体吐出ヘッドに流路構成は、ノズル、液室などを含む液室ユニット１０１が複数個並んで配置され、それぞれが連通部（連通口）１０３を介して共通液室１０２に接続されている。共通液室１０２は、共通液室形成部材としてのフレーム部材１０５に形成されている。なお、液室ユニット１０１は、液滴を吐出するノズル、ノズルが連通する液室（加圧液室）、圧力発生手段等により構成される。

そして、この液体吐出ヘッドにおいては、複数の液室（液室ユニット１０１）が並ぶ方向に延びた共通液室１０２の壁面の少なくとも一つの壁面は、他の壁面よりも剛性が低く、振動によって圧力を吸収する圧力吸収体面１０４とし、液室が並ぶ方向をｘ方向、圧力吸収体面１０４に垂直な方向をｚ方向とし、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向をｙ方向としたとき、圧力吸収体面１０４のｙ方向の幅として、寸法の異なる少なくとも２種類の幅（幅Ａ、幅Ｂ、Ａ＜Ｂ）の領域１０４Ａ、１０４Ｂが存在し、これら複数種の幅Ａ、Ｂの領域１０４Ａ、１０４Ｂが、ｘ方向に繰り返し形成されている。

ここで、幅Ｂの領域１０４Ｂは２箇所のみ図示しているが、この幅Ｂの領域１０４Ｂの数は共通液室１０２のｘ方向長によって決定される。領域１０４Ｂの数をあまり多くすると、領域１０４Ｂによる圧力吸収効果が減少するため、３〜１０箇所程度とするのが良い。但し、ライン型ヘッドなど、特にｘ方向長が長い場合、これ以上の数とすることもできる。

また、ここでは、圧力吸収体面１０４の厚さを一定とし、図６ないし図８に示すように、圧力吸収体面１０４を形成する部材を接合する共通液室形成部材（フレーム部材）１０５に、平面で見て凹凸形状（凸部１０５ａ、凹部１０５ｂとする。）を形成することで圧力吸収体面１０４の変形可能領域を規定することにより、ｙ方向の幅が異なる領域１０４Ａ、１０４Ｂを共通液室長手方向に繰り返し形成している。

このように構成することで、圧力吸収体面１０４の共振周波数の低下及び共振時の大きな振動を抑えることができる。また、この実施形態では圧力吸収体面１０４を形成する部材を一層構造とすることもでき、工法がより単純になる。

次に、上記各実施形態のおける作用効果を比較例との関係において説明する。
先ず、比較例の第１例に係る流路構成について、図９及び図１０を参照して説明すると、前述したノズル、液室などを含む液室ユニット１０１が複数個並んで配置され、それぞれが連通部１０３を介して共通液室１０２に接続されている。共通液室１０２は、フレーム部材１０５に形成され、その一面は矩形状の圧力吸収体面１０４となっている。また、図１１及び図１２に示す第２例では、液室ユニット１０１、連通部１０３、共通液室１０２が直線状に並ぶ例（エッジシュータの例）である。

そこで、以下の４種の形状にて、前記第１実施形態の構成（実施例）、及び、図９及び図１０に示す比較例の第１例の構成（比較例Ａ、Ｂ、Ｃ）における、実際の圧力吸収効果の確認を行った。また、以下の４種の形状にて、共通液室１０２の圧力共振解析を行った。これは、駆動周波数を０〜１０ｋＨｚに変えて駆動したときの、共通液室１０２の圧力値を評価するものである。なお、比較例Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、圧力吸収体面１０４は矩形状であるため幅Ａ、幅Ｂという区別はないが、対比するために分けて示している。

比較例Ａ 幅Ａ １６００μｍ 幅Ｂ １６００μｍ
比較例Ｂ 幅Ａ ２１００μｍ 幅Ｂ ２１００μｍ
従来例Ｃ 幅Ａ ２６００μｍ 幅Ｂ ２６００μｍ
実施例 幅Ａ １６００μｍ 幅Ｂ ２６００μｍ
（実施例の圧力吸収面１０４の面積は比較例Ｂと同じになる。）

この結果を図１３に示している。この結果から、まず、幅の最も狭い比較例Ａでは、共振点は少ないものの、共振時の値は非常に大きくなっている（７ｋＨｚ付近）。特に半値幅が大きいため、駆動周波数にかかる可能性が高くなっている。一方、幅の最も広い比較例Ｃでは、共振時の値は比較例Ａよりも小さいが、共振点自体が増えている。これは圧力吸収体面１０４の共振点が、比較例Ａ、Ｂに比べ、より低周波数領域で発生していることによる。

これに対し、実施例では、共振点は非常に少なく、特に、この例のヘッド自体の共振周波数（２．４ｋＨｚ）付近以外では、大きな共振点がほとんど無い。特に、圧力吸収体面１０４の面積がより広い比較例Ｃよりも特性が良くなっている。このことから、本発明を適用することで、より少ない圧力吸収体面の面積で、より効果的な圧力吸収を行うことができ、効率的な圧力吸収効果が得られる。また、圧力吸収体面の面積を減らせば、前述したピンホール等の工程不良問題の発生頻度も減らすことができ、生産性の向上につながる。

次に、本発明の第３実施形態について図１４及び図１５を参照して説明する。
この実施形態は、個別液室の列（ノズル列と同じ）が複数列ある例である。ここでは、液室ユニット１０１の列１０１ａと１０１ｂとを有し、各液室ユニット列１０１ａ、１０１ｂの間に、液室ユニット１０１ａにインクを供給する共通液室１０２ａと、液室ユニット列１０１ｂにインクを供給する共通液室１０２ｂが配置されている。そして、隣接する共通液室１０２ａ、１０２ｂの圧力吸収体面１０４ａ、１０４ｂがｘｙ面上にて勘合状に入り込んで配置されている。

つまり、一方の共通液室１０２ａの凸部（圧力吸収体面１０４ａの幅Ｂの領域１０４Ｂとなる部分）を、隣接する他方の共通液室１０２ｂの凹部（圧力吸収体１０４ｂの幅Ａの領域１０４Ａとなる部分）に食い込むように配置されている。この場合の共通液室１０２ａ、１０２ｂの構造は、図１５に示すように、フレーム部材１０５に隔壁部１０６を形成することで、各圧力吸収体面１０４ａ、１０４ｂに幅Ａの領域１０４Ａ及び幅Ｂの領域１０４Ｂが形成される構成としている。

このように構成することで、紙面左右方向、即ちｙ方向の距離を短くすることができ、ヘッドを小型化することができる。なお、フレーム部材１０５は各液室ユニット列１０１ａ，１０１ｂに対応して別のフレーム部材とすることもでき、この場合には２つのフレーム部材の平面形状を図１５に示す共通液室１０２ａ、１０２ｂの形状と同じく凹凸状とすればよい。

次に、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１６ないし図１８を参照して説明する。なお、図１６は同液体吐出ヘッドの液室長手方向（液室の並び方向と直交する方向）に沿う断面説明図、図１７は同じく液室短手方向（液室の並び方向）に沿う断面説明図、図１８は共通液室部分の平面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、流路部材（液室基板）１と、この流路部材１の下面に接合した振動板部材２と、流路部材１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによって液滴（液体の滴）を吐出するノズル４が連通する個別流路（以下「加圧液室」ともいう。）６を形成し、各加圧液室６に振動板部材２に設けた連通部９及び流路部材１に形成した連通路１０、流体抵抗部７を介してインクを供給する共通液室８は後述するフレーム部材１７に形成している。

ここで、流路部材１は、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各加圧液室６や流体抵抗部７、連通路１０などの開口、溝を形成している。なお、流路部材１は、ＳＵＳ基板を、酸性エッチング液を用いてエッチング、あるいは打ち抜きなどの機械加工することで、各加圧液室６などを形成することもできるし、また、流路部材１とノズル板３或いは振動板部材２とを電鋳で一体形成することもできる。その他感光性樹脂などを用いることもできる。

振動板部材２は、加圧液室６側から第１層２ａ、第２層２ｂ、第３層２ｃの３層構造のニッケルプレートで形成したもので、例えば電鋳によって作製している。なお、この振動板部材２は、例えば、ポリイミドなどの樹脂部材とＳＵＳ基板などの金属プレートとの積層部材、或いは、樹脂部材から形成したものなどを用いることもできる。

ノズル板３は、各加圧液室６に対応して多数のノズル４を形成し、流路部材１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、ポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル４の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。

また、ノズル板３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、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。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、記録液物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、記録液の滴形状、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。

そして、振動板部材２には、各加圧液室６に対応して第１層２ａで形成した変形可能な領域であるダイアフラム部（振動領域）２Ａの中央部に第２層２ｂ及び第３層２ｃの積層構造からなる凸部２Ｂを形成し、この凸部２Ｂに圧力発生手段（アクチュエータ手段）を構成する積層型の圧電素子１２Ａをそれぞれ接合している。

複数の圧電素子１２Ａは、１つの圧電素子部材１２にハーフカットの溝加工（スリット加工）によって分断することなくことなく櫛歯状に形成したものであり、圧電素子部材１２は複数個の圧電素子１２Ａの並び方向に沿ってベース部材１３上に固定配置している。この場合、１列に並ぶ複数の圧電素子は、交互に駆動する圧電素子１２Ａと単なる支柱部となる駆動されない圧電素子１２Ｂとなる。支柱部となる圧電素子１２Ｂは液室間隔壁部６Ａに対応する部分に接合している。

圧電素子部材１２は、例えば厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層とを交互に積層したものであり、内部電極を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極及び共通電極にそれぞれ電気的に接続したものである。この圧電定数がｄ３３（ｄ３３は内部電極面に垂直（厚み方向）の伸び縮みを指す。）である圧電素子１２Ａの伸縮により振動領域２Ａを変位させて液室６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子１２Ａに駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２Ａに充電された電荷が放電すると反対方向に収縮する。

なお、圧電素子部材１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることも、圧電素子部材１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることもできる。本実施形態ではｄ３３方向の変位を用いた構成をとっている。

ベース部材１３は金属材料で形成することが好ましい。ベース部材１３の材質（材料）が金属であれば、圧電素子部材１２の自己発熱による蓄熱を防止することができる。

さらに、振動板部材２の周囲にはフレーム部材１７を接着剤で接合している。そして、このフレーム部材１７には各液室６に液体を供給する共通液室８を形成している。この共通液室８から振動板部材２に形成した連通部９を介して液室６にインクが供給される。なお、フレーム部材１７には共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給口も形成される。

この共通液室８は、加圧液室６の並び方向（ノズル並び方向：これを「共通液室長手方向」とする）に平面形状で長方形状に形成している。そして、この共通液室８を形成する壁面の中で、少なくとも一つの壁面は、振動板部材２の第１層２ａで形成することにより、フレーム部材１７で形成される他の壁面よりも剛性が低い圧力吸収体面２０としている。

この圧力吸収体面２０は、振動板部材２の第１層２ａで形成されている。そして、図１７に示すように、振動板部材２の第１層２ａ〜第３層ｃで形成された厚さが相対的に厚い厚肉部２２を前記第１実施形態と同様に共通液室１８の長手方向（ノズル並び方向）に間隔を置いて設けることで、圧力吸収体面２０にはｙ方向の幅が相対的に狭い幅Ａの領域２０Ａと相対的に広い幅Ｂの領域２０Ｂとが、共通液室１８の長手方向に繰り返し形成されている。

なお、厚肉部２２を２層構造とし、圧力吸収体面２０を１層構造とし、あるいは、厚肉部２２を３層構造とし、圧力吸収体面２０を２層構造としても良い。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子１２に印加する電圧を基準電位から下げることによって圧電素子１２が収縮し、振動板２が下降して加圧液室６の容積が膨張することで、加圧液室６内にインクが流入し、その後圧電素子１２に印加する電圧を上げて圧電素子１２を積層方向に伸長させ、振動板２をノズル４方向に変形させて加圧液室６の容積／体積を収縮させることにより、加圧液室６内の記録液が加圧され、ノズル４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１２に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板２が初期位置に復元し、加圧液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室８から加圧液室６内に記録液が充填される。そこで、ノズル４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行うこともできる。引き打ちとは、基準電位から電位を下げて圧電素子を収縮させて加圧液室の内容積を増加し後電位を基準電位まで戻すことによって振動板を初期位置に復帰させて液滴を吐出させる打ち方、押し打ちとは基準電位から電位を上げて振動板を加圧液室側に押し込むことで液滴を吐出させる打ち方である。

このようにしてノズル４から液滴を吐出させるために加圧液室６内に圧力変動が生じさせると、加圧液室６内の圧力変動が流体抵抗部７、連通路１０、連通部９を通じて共通液室８に伝播される。これにより、共通液室８に圧力変動が生じるが、圧力吸収体面２０が振動することで、伝播した圧力変動を減衰させるので、液滴を吐出させる加圧液室６の圧力を変動させて所要の滴体積、滴速度で液滴を吐出できなくなったり、液滴を吐出させない加圧液室６の圧力を変動させてノズルメニスカスを崩して、インクが漏洩したり、液滴が吐出されたりすることが防止され、安定して滴吐出を行うことができる。

そして、この実施形態においても、圧力吸収体面２０の共振周波数の低下及び共振時の大きな振動を抑えることができ、少ない面積で大きな圧力吸収効果を得ることができる。

次に、本発明の第５実施形形態に係る液体吐出ヘッドについて図１９及び図２０を参照して説明する。なお、図１９は同液体吐出ヘッドの液室長手方向（液室の並び方向と直交する方向）に沿う断面説明図、図２０は共通液室部分の平面説明図である。
この実施形態は、圧力吸収体面２０を振動板部材２の第１層２ａで形成し、前記第２実施形態と同様に共通液室８を形成するフレーム部材１７の形状によって圧力吸収体面２０にｙ方向の幅が相対的に狭い幅Ａの領域２０Ａと相対的に広い幅Ｂの領域２０Ｂとが、共通液室１８の長手方向に繰り返し形成されている構成としたものである。その他の構成及び作用は前記第４実施形態と同様である。

なお、これらの第４、第５実施形態のように、圧力吸収体面をＮｉよって形成することで、振動板部材と共通化することができ、また、加工が容易で、大面積の圧力吸収体面の形成にも適し、比較的低コストのプロセスで形成することができる。

次に、上記第４実施形態の具体例について説明する。
流路部材１として高さ５００μｍのＳｉを用い、これに高さ１００μｍ、長手方向の長さ１０００μｍ、短手方向の幅１７０μｍの加圧液室６を形成する。Ｎｉ電鋳により厚さ２０μｍのノズル板３を形成する。振動板部材２は、Ｎｉ電鋳による３層構造とし、液室６側より、３μｍ（第１層２ａ）、１１．５μｍ（第２層２ｂ）、１１．５μｍ（第３層２ｃ）の厚さとする。振動板部材２の第１層２ａで圧力吸収体面２０を形成している。

圧力発生手段として圧電素子１２Ａを用い、これをベース部材１３に固定し、連結部２Ｂを介して加圧液室６を加圧する。なお、圧電素子１２Ａは、銀・パラジュームによる電極を上下に挟んだ１６層積層配置構造とする。

共通液室８はエポキシ樹脂によって形成されたフレーム部材１７に形成され、深さ３０００μｍ、短手方向長さ（図１６にて紙面左右方向長さ）２６００μｍ、長手方向長さ（図１にて紙面垂直方向長さ）５４０００μｍとなっている。

圧力吸収体面２０は、部分的に厚肉部２２が形成され、この厚肉部２２は、フレーム部材１７の共通液室８の壁面端部から８００μｍせり出すように形成されている。この厚肉部２２形成領域を含め、圧力吸収体面２０の最大幅（紙面左右方向の幅）は１６００μｍとなっている。

また、厚肉部２２は、紙面垂直方向にて、存在する箇所と存在しない箇所があり、これによって幅Ａ（８００μｍ）の領域と幅Ｂ（１６００μｍ）の領域の二種類の圧力吸収面の幅が存在し、共通液室８の長手方向に繰り返し形成されている。凸部の長さ（図１８におい、幅Ｂとなる領域２０Ｂのｘ方向長さ）は、一箇所当たり８０００μｍであり、ｘ方向に合計３箇所存在している。

比較例として、同一構成で厚肉部２２を除去したヘッドを作製した。

これらの第４実施形態に係るヘッドと比較例に係るヘッドをプリンタに搭載し、印字試験を行った。その結果、比較例のヘッドを搭載したプリンタでは、一部のチャートで白スジ発生といった不良画質が発生したが、上記実施形態のヘッドを搭載したプリンタでは不良画質を発生することのない、良好な結果が得られた。

次に、上記第５実施形態の具体例について説明する。
流路部材１として高さ５００μｍのＳｉを用い、これに高さ１００μｍ、長手方向の長さ１０００μｍ、短手方向の幅１７０μｍの加圧液室６を形成する。Ｎｉ電鋳により厚さ２０μｍのノズル板３を形成する。振動板部材２は、Ｎｉ電鋳による３層構造とし、液室６側より、３μｍ（第１層２ａ）、１１．５μｍ（第２層２ｂ）、１１．５μｍ（第３層２ｃ）の厚さとする。振動板部材２の第１層２ａで圧力吸収体面２０を形成している。

圧力発生手段として圧電素子１２Ａを用い、これをベース部材１３に固定し、連結部２Ｂを介して加圧液室６を加圧する。なお、圧電素子１２Ａは、銀・パラジュームによる電極を上下に挟んだ１６層積層配置構造とする。

共通液室８はエポキシ樹脂によって形成されたフレーム部材１７に形成され、深さ３０００μｍ、短手方向の最大長さ（図１９にて紙面左右方向長さ）２６００μｍ、長手方向長さ（図１９にて紙面垂直方向長さ）５４０００μｍとなっている。共通液室８には、短手方向の長さが２６００μｍの領域と１８００μｍの領域が存在している。２６００μｍとなる領域は、共通液室長手方向（ｘ方向）に４箇所あり、一箇所当たりのｘ方向長さは６０００μｍである。

この共通液室８の短手方向長さに対応し、圧力吸収体面２０の幅（紙面左右方向の幅）は１６００μｍ及び８００μｍの各領域が繰り返し形成されている。但し、圧力吸収体面２０を構成する振動板部材２の第１層２ａ自体はｘｙ平面で見たときに長方形形状をしており、共通液室８の構造により２種類の幅の領域が形成されている。

比較例として、同一構成で圧力吸収体面２０を全て第１層２ａの厚さ３μｍの矩形状としたヘッドも作製した。

これらの第５実施形態に係るヘッドと比較例に係るヘッドをプリンタに搭載し、印字試験を行った。その結果、比較例のヘッドを搭載したプリンタでは、一部のチャートで白スジ発生といった不良画質が発生したが、上記実施形態のヘッドを搭載したプリンタでは不良画質を発生することのない、良好な結果が得られた。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の一例について図２１及び図２２を参照して説明する。なお、図２１は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図２２は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

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

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

また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク３５」という。）を搭載している。このサブタンク２３５には各色の供給チューブ３６を介して、各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。

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

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

また、装置本体１の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。

また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

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

このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

このようなシリアル型画像形成装置において、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えることによって、安定した滴吐出を行うことができ、高速で高画質画像を形成することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例について図２３を参照して説明する。なお、図２３は同画像形成装置の概略構成図である。
この画像形成装置はフルライン型ヘッドを備えたライン型画像形成装置であり、装置本体４０１の内部に画像形成部４０２及び用紙を搬送する搬送機構４０３等を有し、装置本体４０１の一方側に多数枚の用紙４０５を積載可能な給紙トレイ４０４を備え、この給紙トレイ４０４から給紙される用紙４０５を取り込み、副走査搬送機構４０３によって用紙４０５を搬送しながら画像形成部４０２によって所要の画像を記録した後、装置本体４０１の他方側に装着された排紙トレイ４０６に用紙４０５を排紙する。

画像形成部４０２は、インクを収容した液体タンクを一体にし、用紙の幅方向（搬送方向と直交する方向）の長さ相当分のノズル列を有する本発明に係る液体吐出ヘッドで構成したライン型ヘッド４１０ｙ、４１０ｍ、４１０ｃ、４１０ｋを備えたものである。これらのライン型ヘッド４１０ｙ、４１０ｍ、４１０ｃ、４１０ｋは図示しないヘッドホルダに取り付けている。

ライン型ヘッド４１０ｙ、４１０ｍ、４１０ｃ、４１０ｋは、用紙搬送方向上流側からそれぞれ例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に各色の液滴を吐出する。なお、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で配置した１つのヘッドを用いることもできるし、ヘッドと液体カートリッジを別体としたものを用いることもできる。

給紙トレイ４０４の用紙４０５は、給紙コロ４２１によって１枚ずつ分離され装置本体４０１内に給紙され、用紙供給ローラ４２２によって搬送機構４０３に送り込まれる。

この搬送機構４０３は、駆動ローラ４２３と従動ローラ４２４との間に掛け渡した搬送ベルト４２５と、この搬送ベルト４２５を帯電させるための帯電ローラ４２６と、搬送ベルト４２５を画像形成部２に対向する部分で案内するガイド部材（プラテンプレート）４２７と、搬送ベルト４２５に付着した記録液（インク）を除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなる記録液拭き取り部材（ここでは、クリーニングローラ）４２８と、用紙４０５を除電するための導電ゴムを主体とした除電ローラ４２９と、用紙４０５を搬送ベルト４２５側へ押える用紙押さえローラ４３０とを備えている。

また、搬送機構４０３の下流側には画像が記録された用紙４０５を排紙トレイ４０６に送り出すための排紙ローラ４３１を備えている。

このように構成したライン型画像形成装置においても、搬送ベルト４２５を帯電させて用紙４０５を送り込むことによって、静電力で用紙４０５が搬送ベルト４２５に吸着されて、搬送ベルト４２５の周回移動によって搬送され、画像形成部４０２によって画像が形成されて、排紙トレイ４０６に排紙される。

このようなライン型画像形成装置において、本発明に係る液体吐出ヘッドを含む本発明に係る液体吐出装置を備えることによって、安定した滴吐出を行うことができるので、高速で高画質画像を形成することができる。

なお、本発明に係る液体吐出装置、画像形成装置は、例えば、プリンタ／ファックス／コピアの単機能機やこれらの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、その他の前述したような各種の液体を吐出する画像形成装置にも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの流路構成を説明する模式的平面説明図である。 図１のＹ１−Ｙ１線に沿う断面説明図である。 図１のＹ２−Ｙ２線に沿う断面説明図である。 共通液室形成部材の模式的要部平面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの流路構成を説明する模式的平面説明図である。 図５のＹ３−Ｙ３線に沿う断面説明図である。 図５のＹ４−Ｙ４線に沿う断面説明図である。 共通液室形成部材の模式的要部平面説明図である。 比較例の第１例の流路構成を説明する模式的説明図である。 図９のＡ−Ａ線に沿う模式的説明図である。 比較例の第２例の説明する模式的説明図である。 図１１のＢ−Ｂ線に沿う模式的説明図である。 実験結果の説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの流路構成を説明する模式的平面説明図である。 同じく共通液室の構造を説明する平面説明図である。 本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。 同じく液室短手方向に沿う断面説明図である。 同じく共通液室部分の平面説明図である。 本発明の第５実施形形態に係る液体吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。 同じく共通液室部分の平面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 同機構部の要部平面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。

符号の説明

１…流路部材
２…振動板部材
２Ａ…振動領域
２Ｂ…島状凸部
３…ノズル板
４…ノズル
６…加圧液室（圧力室）
７…流体抵抗部
８…共通液室
１２…圧電素子
１３…ベース部材
２０…圧力吸収体面
２２…厚肉部
１０１…液室ユニット
１０２…共通液室
１０４…圧力吸収体面
１０５…フレーム部材
１１４…厚肉部
２３４ａ、２３４ｂ…記録ヘッド
４１０ｋ、４１０ｃ、４１０ｍ、４１０ｙ…ライン型ヘッド

Claims (5)

1. 複数の加圧液室と、各加圧液室が連通口を介して接続された共通液室と、加圧液室内の圧力を変化させる圧力変換手段とを備え、前記加圧液室に連通したノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、
   前記複数の加圧液室が並ぶ方向に延びた前記共通液室の壁面の少なくとも一つの壁面は、他の壁面よりも剛性が低く、振動によって圧力を吸収する圧力吸収体面が形成され、
   前記加圧液室が並ぶ方向をｘ方向、前記圧力吸収体面に垂直な方向をｚ方向とし、ｘ方向及びｚ方向に垂直な方向をｙ方向としたとき、
   前記圧力吸収体面のｙ方向の幅として、寸法の異なる少なくとも２種類の幅の領域が存在し、
   前記複数種の幅の領域が、ｘ方向に繰り返し形成されている
   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、前記圧力吸収体面は全面が同一の厚さで形成されており、前記共通液室のｙ方向幅により、前記圧力吸収体面のｙ方向幅が規定されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、２列以上のノズル列を有し、各ノズル列に対応して前記共通液室が形成されており、隣接する前記共通液室の少なくとも１箇所以上で、前記圧力吸収体面がｘｙ面上にて勘合状に入り込んで配置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、前記圧力吸収体面はＮｉにより形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 液体吐出ヘッドから液滴を吐出して画像を形成する画像形成装置において、請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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