JP6308026B2 - 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、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置、例えばインクジェット記録装置が知られている。

液体吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電アクチュエータを使用する圧電型ヘッドが知られているそして、圧電型ヘッドとしては、個別液室に対応する柱状の圧電素子（駆動柱）と個別液室間隔壁に対応する柱状の圧電素子（非駆動柱）又は支柱部を交互に配置するバイピッチ構造のものがある。また、支柱をなくし、駆動柱のみを配置して高密度化を図るノーマルピッチ構造のものもある。

ところで、ノーマルピッチ構造の圧電型ヘッドにあっては、駆動柱を駆動したときに振動板部材や流路板、ノズル板の持ち上がりが生じることで、同時に駆動するノズル数によって滴吐出特性が変動するクロストークが発生し易くなる。

そこで、従来、圧電素子は活性領域でそれぞれ対応する圧力室の振動壁に接合され、不活性領域でそれぞれ対応する圧力室に対して接合され、複数の圧電素子は、それぞれ対応する圧力室に対してのみ接合され他に圧電素子同志の位置関係を固定する手段を有していないヘッド構成が知られている（特許文献１）。

また、積層型圧電素子が、活性領域と、この活性領域のノズル配列方向に直交する方向の両端に位置する不活性領域とからなり、不活性領域を、振動板を介して加圧液室基板に接続するヘッド構成が知られている（特許文献２）。

また、流路部材は液室長手方向のノズル側で独立した支持体で固定され、ノズルと反対側では圧電素子の不活性部で支持されたヘッド構成が知られている（特許文献３）。

特許第３２４８４８６号公報 特開２００４−１６０９４１号公報 特開２００８−０６２４８３号公報

しかしながら、いずれのヘッド構成にあっても、個別液室間隔壁は支持されていないことから、圧電素子を駆動したときに、駆動した圧電素子の振動が隣接チャネルの個別液室にも伝播する。なお、「チャネル」とは、１つのノズルから液滴を吐出させるために寄与する、ノズルが通じる個別液室、個別液室に通じる液体供給路、個別液室を加圧する圧力発生手段などで構成される部分を意味する。

このとき、隣接チャネルの圧電素子も同時に駆動させて吐出させた場合、隣接チャネルの滴速度が低下したり、滴体積が小さくなるなど、滴吐出特性が変動する。このように、隣接チャネルを同時に吐出するときのクロストークを抑制することができないという課題がある。

この場合、同時に吐出するノズルを１つおきにして、隣接チャネルを同時に吐出させないようにすることで、クロストークの影響を小さくできるが、印刷速度の低下を招くという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、クロストークを抑制し、ノズルの高密度化を可能にし、高速で安定した滴吐出を可能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、
液滴を吐出する複数のノズルが配列されたノズル列を有するノズル板と、
前記ノズルが通じる個別液室及び前記個別液室に液体を供給する液体供給路を含む個別流路を形成する流路板と、
前記個別流路の壁面の一部を形成する壁面部材と、
前記個別液室内の液体を加圧する複数の積層型圧電素子と、を備え、
前記圧電素子は、前記ノズルの配列方向と直交する方向の両端部に、電圧が与えられても変形しない第１不活性部及び第２不活性部を有し、
前記圧電素子の前記第１不活性部で前記液体供給路の壁面が支持された第１個別流路と、
前記圧電素子とは異なる支持部材で前記液体供給路の壁面が支持された第２個別流路と、が、
前記ノズルの配列方向に、交互に配置されている
構成とした。

本発明によれば、クロストークを抑制し、ノズルの高密度化が可能になり、高速で安定した滴吐出が可能になる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図４のＡ―Ａ線に沿う断面説明図である。 同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図４のＢ―Ｂ線に沿う断面説明図である。 図１及び図２のＣ−Ｃ線に沿うノズル配列方向に沿う方向の断面説明図である。 （ａ）は流路板を圧電素子側から見た底面図、（ｂ）は圧電素子をノズル側から見た平面説明図、（ｃ）は振動板部材を圧電素子側から見た底面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図７のＤ―Ｄ線に沿う断面説明図である。 同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図７のＥ―Ｅ線に沿う断面説明図である。 （ａ）は流路板を圧電素子側から見た底面図、（ｂ）は圧電素子をノズル側から見た平面説明図、（ｃ）は振動板部材を圧電素子側から見た底面説明図である。 同実施形態の圧電部材の形成方法の説明に供する透視略図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。 本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。 同じく要部平面説明図である。 同実施形態の他の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要部平面説明図である。 本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図１５のＦ―Ｆ線に沿う断面説明図である。 （ａ）は流路板を圧電素子側から見た底面図、（ｂ）は圧電素子をノズル側から見た平面説明図、（ｃ）は振動板部材を圧電素子側から見た底面説明図である。 本発明の第７実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。 圧電素子をノズル側から見た平面説明図である。 本発明の第８実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図１９のＧ―Ｇ線に沿う断面説明図である。 （ａ）は流路板を圧電素子側から見た底面図、（ｂ）は圧電素子をノズル側から見た平面説明図、（ｃ）は振動板部材を圧電素子側から見た底面説明図である。 比較例の説明に供する要部説明図である。 同比較例における第１個別流路の個別液室と圧電素子の最大変位点との関係を説明する説明図である。 同比較例における第２個別流路の個別液室と圧電素子の最大変位点との関係を説明する説明図である。 引き込み波形の説明に供する説明図である。 同比較例における第１個別流路の個別液室（チャネル１）と第２個別流路の個別液室（チャネル２）における滴速度が最大になる引き込み波形のパルス幅の説明に供する説明図である。 本発明の第８実施形態における第１個別流路の個別液室（チャネル１）と第２個別流路の個別液室（チャネル２）における滴速度が最大になる引き込み波形のパルス幅の説明に供する説明図である。 本発明の第９実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。 図２６の要部拡大図である。 本発明の第１０実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の要部断面説明図である。 本発明の第１１実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の要部断面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す機構部の側面説明図である。 同機構部の要部平面説明図である。

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。図１は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図４のＡ―Ａ線に沿う断面説明図、図２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図４のＢ―Ｂ線に沿う断面説明図、図３は図１及び図２のＣ−Ｃ線に沿うノズル配列方向に沿う方向の断面説明図である。図４（ａ）は流路板を圧電素子側から見た底面図、（ｂ）は圧電素子をノズル側から見た平面説明図、（ｃ）は振動板部材を圧電素子側から見た底面説明図である。なお、図を見やすくするために断面ハッチングを一部省略している（以下でも同様とする。）。

まず、この液体吐出ヘッドの全体構成について説明する。

この液体吐出ヘッドは、ノズル板１と、流路板（液室基板）２と、壁面部材である振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３を変位させる積層型圧電素子を含む圧力発生手段である圧電アクチュエータ１１と、共通液室部材（共通流路部材）としてのフレーム部材２０とを備えている。

ノズル板１は、液滴を吐出する複数のノズル４を配列した１列のノズル列４０を有している。

ノズル板１は、例えば、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）で製造したものを用いている。これに限らず、その他の金属部材、樹脂部材、樹脂層と金属層の積層部材などを用いることができる。また、ノズル板１の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面）には撥液層を設けている。

流路板２は、ノズル列４０の各ノズル４が通じる個別液室６と、個別液室６に液体を供給する流体抵抗部を含む液体供給路７及び液導入部８を形成している。液導入部８は個別液室６ごとに分割されていてもよいし、複数又は全部の個別液室６に１つの割合で設けられていても良い。

ここでは、個別液室６及び液体供給路７を合わせて「個別流路」と称し、図３（ａ）に示すように、隣接する２つの個別流路の一方を「第１個別流路６１Ａ」とし、他方を「第２個別流路６１Ｂ」とする。ここで、第１個別流路６１Ａは、後述する第１不活性部１２Ｂが振動板部材３に接合されて液体供給路７の壁面が支持される個別流路である。第２個別流路６１Ｂは、後述する支持部材１４が振動板部材３に接合されて液体供給路７の壁面が支持される個別流路である。

流路板２は、単結晶シリコン基板をエッチングして、個別液室６、液体供給路などを構成する溝部及び貫通穴を形成している。なお、流路板２は、例えばＳＵＳ基板などの金属板を酸性エッチング液でエッチングし、あるいはプレスなどの機械加工を行って形成することもできる。

振動板部材３は、流路板２の個別液室６の壁面を形成する壁面部材を兼ね、第１層３Ａ、第２層３Ｂ及び第３層３Ｃの３層構造としているが、２層又は４層以上の構造とすることもできるし、１層構造とすることもできる。ここでは、振動板部材３の第１層３Ａによって個別液室６に対応する部分に変形可能な振動領域３０を有している。

フレーム部材２０には、複数の個別液室６に液体を供給する共通液室５０が形成されている。この共通液室５０から振動板部材３に形成した開口部９を通じて、液導入部８、液体供給路７を経て個別液室６に液体を供給する。なお、振動板部材３の開口部９にはフィルタ部を設けることができる。

そして、フレーム部材２０には、図示しないヘッドタンクや液体カートリッジから共通液室５０に液体を供給する図示しない液体供給口部が形成されている。

このフレーム部材２０は、例えばエポキシ系樹脂或いは熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイト等で射出成形により形成している。

そして、振動板部材３の個別液室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３０を変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。

この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接着剤接合した積層型圧電素子である圧電部材１２に、ハーフカットダイシングによって溝１２４を加工して、所要数の柱状の積層型圧電素子（以下、「圧電柱」という。）１２０を所定の間隔で櫛歯状に形成したものである。また、圧電部材１２とフレーム部材２０との間には、流路板２及び振動板部材３（これらを併せて「流路部材」という。）を支持する支持部材１４をベース部材１３に接合している。

そして、圧電部材１２の圧電柱１２０は、振動板部材３の振動領域３０の凸部３１に接着接合されている。

この圧電部材１２は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極が設けられている。そして、圧電柱１２０の外部電極に駆動信号を与えるための可撓性を有するフレキシブル配線基板としてのＦＰＣ１５が接続されている。

また、振動板部材３はダンパ形成部材を兼ねており、第１層３Ａによって、共通液室５０の一部の壁面を形成する変形可能な領域としてのダンパ領域８１を形成している。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電柱１２０に与える電圧を基準電位から下げることによって圧電柱１２０が収縮し、振動板部材３の振動領域３０が引かれて個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内に液体が流入する。

その後、圧電柱１２０に与える電圧を上げて圧電柱１２０を積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４方向に変形させて個別液室６の容積を収縮させる。これにより、個別液室６内の液体が加圧され、ノズル４から液滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電柱１２０に与える電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材３の振動領域３０が初期位置に復元し、個別液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室５０から液体供給路７を通じて個別液室６内に液体が充填される。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、駆動波形の与え方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

次に、圧電アクチュエータ１１について説明する。

圧電アクチュエータ１１は、圧電部材１２をベース部材１３に接着接合する。そして、圧電部材１２の表面を研磨加工することによって表面を平面化し、ダイシングにより一括で圧電部材１２に所定のピッチで溝加工（溝１２４を加工）して、複数の圧電柱１２０を形成する。

その後、ノズル配列方向と直交する方向において、圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂ側に、図３（ｂ）に示すように、支持部となる支持部材１４を配置して、ベース部材１３に接着接合している。支持部材１４は、１つの圧電柱１２０おきに配置されている。

また、支持部材１４は、圧電柱１２０と同じ厚さ（ノズルの配列方向：ノズル配列方向の幅）を有している。

ここで、支持部材１４の材料は、ここでは圧電部材１２と同じ材料を使用しているが、吐出時に個別液室６が持ち上がるのを抑制するための液室支持機能（流路部材支持機能）を高めるために、圧電部材１２よりもヤング率の高い材料にすることが好ましい。

次に、本実施形態における液室支持構成（流路部材支持構成）について説明する。

圧電部材１２には前述したように溝加工によって複数の圧電柱１２０が形成されて、振動板部材３の振動領域３０の凸部３１に接着接合されている。

ここで、圧電柱１２０（圧電部材１２）は、ノズル配列方向と直交する方向（個別液室の長手方向）において、両端部に電圧を与えても変形しない第１不活性部１２Ｂ及び第２不活性部１２Ｃを有し、中央部に電圧を与えることで変形（伸縮）する活性部１２Ａを有している。なお、ここでは、第１不活性部１２Ｂを個別液室６への液体流入側（液体供給路７側）とする。

そして、すべての圧電柱１２０の活性部１２Ａを振動板部材３の振動領域３０の凸部３１に接着接合している。

また、複数の圧電柱１２０は、１つおきに、第１不活性部１２Ｂが振動板部材３の液体供給路７の壁面の面外に形成された凸部（三層部分：図３（ｃ）に面塗りを施した領域）３２に接着接合されている。

また、第１不活性部１２Ｂが振動板部材３に接合されていない圧電柱１２０については、支柱部である支持部材１４が振動板部材３の液体供給路７の壁面の面外に形成された凸部（三層部分：図３（ｃ）に面塗りを施した領域）３４に接着接合されている。

このように、本実施形態においては、ノズル配列方向において、交互に、圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂと、支持部材１４が振動板部材３の液体供給路７に対応する部分に接合されている。

つまり、隣り合うチャネルの一方のチャネルの第１個別流路６１Ａは、圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂで振動板部材３を介して支持される。他方のチャネルの第２個別流路６１Ｂは、圧電柱１２０とは別部材である支持部材１４で振動板部材３を介して支持される。

これに対し、すべての圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂで振動板部材３を介して液室を支持する構成もある。

ここで、不活性部は電圧によって圧電材料が変位しない部分であるが、吐出時に活性部が伸縮することによって不活性部に振動が生じる。

そのため、隣接チャネルを同じ圧電部材の不活性部で支持した場合、この振動が一体である隣接チャネルの圧電柱１２０を通して隣接チャネルの液体供給路７（個別流路）にも振動を与える。

その結果、隣接チャネルも同時に吐出するときに、インクの流れに影響を与え滴速度の低下や滴体積の低下など滴吐出特性の変動や不吐出などの吐出不良を生じることになる。

一方、本実施形態のように、液体供給路７から個別液室６への液体流入側が、圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂで支持された第１個別流路６１Ａと、支持部材１４で支持された第２個別流路６１Ｂとを、交互に並べて配置することにより、隣接チャネルの第１個別流路６１Ａと第２個別流路６１Ｂとの間でのクロストークを抑制できる。

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７を参照して説明する。図５は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図７のＤ―Ｄ線に沿う断面説明図、図６は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図７のＥ―Ｅ線に沿う断面説明図、図７（ａ）は流路板を圧電素子側から見た底面図、（ｂ）は圧電素子をノズル側から見た平面説明図、（ｃ）は振動板部材を圧電素子側から見た底面説明図である。なお、図５は前記第１実施形態の図１と同じである。

本実施形態では、圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂで支持されている個別液室６を含む第１個別流路６１Ａと、支持部材１４で支持されている個別液室６を含む第２個別流路６１Ｂとを、相対的に、ノズル配列方向と直交する方向に位置をずらして形成配置している。

より具体的には、支持部材１４で支持されている第２個別流路６１Ｂは、第１不活性部１２Ｂで支持されている第１個別流路６１Ａに対して、共通液室５０側に移動させている。

すなわち、前記第１実施形態の構成では、隣接するチャネルで圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂで支持される位置と支持部材１４で支持される位置が異なる構成のため、チャネル間でのクロストーク特性にバラツキが生じやすくなる。

そこで、本実施形態では、支持部材１４で支持される第２個別流路６１Ｂをノズル４等を含めて移動させて、支持位置を隣接チャネル間で略同じにすることにより、隣接チャネル間でのクロストーク特性のバラツキを低減することができる。

この場合、第２個別流路６１Ｂの位置をずらしたことに伴って、図５及び図６に示すように、圧電柱１２ｂは隣接するチャネルで活性部１２Ａと第１、第２不活性部１２Ｂ、１２Ｃの長さが各々異なる構成としている。

ここで、上記のように、チャネル毎に活性部と不活性部の長さが異なる積層型圧電部材の形成方法について図８を参照して説明する。図８は圧電部材をノズル側から見た透視略図である。

この圧電部材の製造プロセスは、スクリーン印刷により、圧電材料と電極材料をパターニングして圧電層１２１と、内部電極層１２２，１２３を積み重ねていく既知の方法により製造する。

このとき、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、溝加工するピッチで櫛歯状に形成された長さの異なる内部電極層１２２Ａ、１２２Ａと内部電極層１２３Ａ、１２３Ｂを、圧電層１２１を介して、交互に印刷する。

これにより、図８（ｃ）に示すように、活性部の構成が異なる状態、すなわち、内部電極層１２２Ａと１２３Ａとで構成される活性部と、内部電極層１２２Ｂと１２３Ｂとで構成される活性部とが、溝加工のピッチで形成される。

その後、図８（ｄ）に示すように、溝１２４を所定のピッチで加工することにより、隣接する圧電柱１２０では、活性部１２Ａが交互にずれた位置になる構成が得られる。なお、図８（ｅ）は図５と同じ断面位置での断面を、図８（ｆ）は図６と同じ断面位置での断面を示している。

次に、本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図９を参照して説明する。図９は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。

本実施形態では、前記第１実施形態或いは第２実施形態において、振動板部材３と接着接合することで液室を支持する圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂの長さ（ノズル配列方向と直交する方向の長さ）を第２不活性部１２Ｃの長さよりも長く形成している。

これにより、第１不活性部１２Ｂによる支持領域が長く（大きく）なって、液室（流路）を強固に支持できる。

また、液室を支持していない第２不活性部１２Ｃは長さを短く形成することにより、圧電柱１２０の拘束による変位低減を抑えられ、圧電柱１２０の変位を確保でき、吐出効率を向上させることができる。また、圧電部材１２自体のサイズを小型化でき、ヘッドの小型化と圧電素子や流路部品などの部品コストの低減を図れる。

次に、本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図、図１１は同じく要部平面説明図である。

本実施形態では、第１不活性部１２Ｂと活性部１２Ａとの間、第２不活性部１２Ｃと活性部１２Ａとの間で、第１不活性部１２Ｂ側、第２不活性部１２Ｃ側に、溝（凹部）１２５、１２６をそれぞれ形成している。

溝１２５、１２６は、図１１に示すように、ノズル列方向に、全ての圧電柱１２０にダイシング加工により形成されている。溝１２５、１２６は、圧電部材１２に溝加工を行う前に行う。

このように構成した場合、溝１２５は、活性部１２Ａの変位に伴って液室を支持する第１不活性部１２Ｂも変位してしまうことを抑制でき、液室をより強固に支持できて、一層クロストークを抑制できる。溝１２６は、活性部１２Ａの変位が第２不活性部１２Ｃの拘束を受け減少することを防止し、良好な吐出効率が得られる。

ここで、振動板部材３と接合される側の第１不活性部１２Ｂに形成された溝１２５は、反対側の溝１２６より深く形成されている。これにより、支持部分となる第１不活性部１２Ｂに活性部１２Ａの振動が伝わりにくくなり、クロストークを更に効果的に抑制できる。

なお、図１２に示すように、第１不活性部１２Ｂと活性部１２Ａとの間にだけ溝１２５を設ける構成とすることもできる。

次に、本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１３を参照して説明する。図１３は同ヘッドの要部平面説明図である。

本実施形態では、ベース部材１３上に圧電部材１２とともに支持部材１４を接合して、これらの圧電部材１２及び支持部材１４の表面を研磨加工することにより、表面を平面化している。

そして、ダイシングにより、一括で、圧電部材１２と支持部材１４に溝加工を施して、圧電柱１２０を形成するとともに、支持部材１４にも圧電柱１２０と同じピッチで支持部１４ａを形成している。

支持部材１４の材料は、圧電素子と支持部材を一括でダイシング加工するときに、同じ加工条件で安定加工できるセラミックが好ましい。例えば、ＰＺＴなどの安価なアルミナや圧電素子と同類の材料である。

このように支持部材１４と圧電部材１２の振動板部材３との接合面を同時に研磨加工することで、高精度の平滑面を形成することができ、圧電柱１２０と支持部１４ａを振動板部材３と均一に接合することができ、チャネル間での吐出ばらつきの低減を図れる。

また、支持部材１４は圧電部材１２と同じピッチで溝が形成さているため、駆動時の支持部材１４の振動が隣接チャネルへ伝播することを抑制できるとともに、圧電部材１２と一括で溝加工できることで、加工コストを低下することができる。

次に、本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図１５のＦ―Ｆ線に沿う断面説明図、図１５（ａ）は流路板を圧電素子側から見た底面図、（ｂ）は圧電素子をノズル側から見た平面説明図、（ｃ）は振動板部材を圧電素子側から見た底面説明図である。

本実施形態では、隣接するチャネルにおいて、液体供給路７から個別液室６への液体流入方向が反対になる位置関係で配置している。つまり、個別液室６が入れ子状に整列した構成としている。

この構成では、２つのノズル列４１、４３が配置される。

そして、ノズル列４１を構成するノズル４が通じる個別液室６を含む第１個別流路６１Ａは、例えば、圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂで支持される。一方、ノズル列４３を構成するノズル４が通じる個別液室６を含む第２個別流路６１Ｂは、例えば、支持部材１４で支持される

このように構成したので、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。つまり、吐出時の圧電柱の振動によって、支持に用いられる不活性部にも振動が生じるが、隣接するチャネルの圧電柱の不活性部に支持される部分はノズルの外側の液体の流路ではない部分であるため、吐出時に隣接チャネルの液体流れに影響を与えることはない。そのため、隣接クロストークを抑制できる。

また、本実施形態によれば、一つの圧電部材１２から２列の独立したノズル列４１、４３を形成することができ、高速印刷に適したヘッドを得ることができる。

次に、本発明の第７実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図、図１７は圧電素子をノズル側から見た平面説明図である。

本実施形態では、ノズル板１は、液滴を吐出する複数のノズル４を配列した４列のノズル列４１〜４４を有している。

そして、ノズル配列方向と直交する方向で、内側に位置するノズル列４１、４２は、個別液室６よりも外側に配置され、フレーム部材２０に形成されている第１共通液室５１、５２に通じている。第１共通液室５１、５２には外部からの液体供給口部５５が通じている。

また、ノズル配列方向と直交する方向で、外側に位置するノズル列４３、４４は、ノズル列４１、４２間に配置される流路板２で形成されている第２共通液室５３、５４に通じている。なお、第２共通液室５３、５４は、流路板２の貫通穴がノズル板１と振動板部材３とで塞がれることで形成される。

一方、圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に、２つの圧電部材１２，１２が配置されるとともに、これらの圧電部材１２，１２間に配置した支持部材１４が配置されて、接着接合されている。なお、これらの圧電部材１２、１２及び支持部材１４は、表面を一括で研磨加工して平面化し、ダイシングにより一括して溝加工を施している。

そして、１つの圧電部材１２に形成した圧電柱１２０を交互にノズル列４１、４３又は４２、４４に対応する個別液室６の壁面を形成する振動領域３０に接合している。

また、個別液室６、６は、本実施形態でも、図１７に示すように、入れ子状に配置されている。これにより、一つの圧電部材１２から２列の独立したノズル列４１、４３又は４２、４４を形成することができ、共通液室５１〜５４の各ノズル列４１〜４４に対応した配置が容易となり、また、流路板２の面積を増加させずに、小型化できる。

そして、外側の共通液室５１、５２に通じるノズル列４１、４２に対応する第１個別流路６１Ａは、圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂによって支持されている。また、内側の共通液室５３、５４に通じるノズル列４３、４３に対応する第２個別流路６１Ｂは、支持部材１４によって支持されている

このように、不活性部で支持されるチャネルと支持部材で支持されるチャネルが交互に配置されていることで、前記各実施形態と同様に、隣接チャネルにおけるクロストークを抑制することができる。

次に、本発明の第８実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１８及び図１９を参照して説明する。図１８は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の図１９のＧ―Ｇ線に沿う断面説明図、図１９（ａ）は流路板を圧電素子側から見た底面図、（ｂ）は圧電素子をノズル側から見た平面説明図、（ｃ）は振動板部材を圧電素子側から見た底面説明図である。

本実施形態では、前記第６実施形態と同様に、隣接するチャネルにおいて、個別液室６が入れ子状に整列し、液体供給路７から個別液室６への液体流入方向が反対になる位置関係で配置し、２つのノズル列４１、４３を配置している。

そして、ノズル列４１を構成するノズル４が通じる個別液室６を含む第１個別流路６１Ａは、圧電柱１２０の第１不活性部１２Ｂで支持される。一方、ノズル列４３を構成するノズル４が通じる個別液室６を含む第２個別流路６１Ｂは、支持部材１４で支持される。

ここで、第１個別流路６１Ａ及び第２個別流路６１Ｂの各個別液室６の壁面を形成する振動板部材３の振動領域３０の凸部３１は、前述したように、圧電柱１２０の活性部１２Ａに接着接合している。

このとき、ノズル配列方向において、第１個別流路６１Ａ及び第２個別流路６１Ｂの各個別液室６の中央位置Ｐ１は、圧電柱１２０の活性部１２Ａの中央位置Ｐ２よりも第２不活性部１２Ｃ側に位置している。

ここで、本実施形態の比較例について図２０ないし図２２を参照して説明する。

この比較例は、図２０に示すように、ノズル配列方向において、個別液室６の中央位置Ｐ１が圧電柱１２０（圧電素子）の活性部１２Ａの中央位置Ｐ２と同じである構成としたものである。

この比較例においては、ノズル列４１を構成するノズル４が通じる第１個別流路６１Ａの個別液室６（これを「チャネル１」とする。）に対応する圧電柱１２０（圧電素子）の最大変位点Ｐｍａｘは図２１に示す位置になる。

また、ノズル列４３を構成するノズル４が通じる第２個別流路６１Bの個別液室６（これを「チャネル２」とする。）に対応する圧電柱１２０（圧電素子）の最大変位点Ｐｍａｘは図２２に示す位置になる。

このように、比較例では、図２０に示すように圧電素子の最大変位点Ｐｍａｘが活性部１２Ａの中央より不活性部が短い側（第２不活性部１２Ｃ側）に位置する。

そして、個別液室６の中央位置Ｐ１が活性部１２Ａの中央位置Ｐ２と同じである場合、図２１に示すように、第１個別流路６１Ａのチャネル１では個別液室６の中央位置よりもノズル側に圧電素子（圧電柱１２０）の最大変位点Ｐｍａｘが位置する。また、図２２に示すように第２個別流路６１Ｂのチャネル２では個別液室６の中央位置よりも液体供給路７側に圧電素子（圧電柱１２０）の最大変位点Ｐｍａｘが位置する構成となる。

ここで、図２３に示すような駆動パルスを圧電素子に与えるものとする。図２３に示す駆動パルスは、引き打ちを行う駆動パルスであり、電圧を立ち下げて個別液室６の容積を膨張させた後、電圧を立ち上げて個別液室６の容積を収縮させて液滴を吐出させる。

この駆動パルスの保持時間（パルス幅）Ｐｗを変化させた場合にチャネル１とチャネル２から吐出される液滴の滴速度の変化の一例を図２４に示している。この図２４では、チャネル１の滴速度が最大となるパルス幅Ｐｗは１．５μｓ、チャネル２の滴速度が最大となるパルス幅は１．７μｓとなっている。つまり、吐出時の圧力波の速度がピークに到達する時間が第１個別流路６１Ａのチャネル１と第２個別流路６１Ｂのチャネル２とで異なる現象が生じる。

そのため、同一の駆動信号（駆動パルス）を入力して駆動した場合、第１個別流路６１Ａのチャネル１と第２個別流路６１Ｂのチャネル２とで吐出特性（滴速度や滴体積）が異なる現象が生じることになり、画像品質が低下する。

これに対して、本実施形態では、個別液室６の中心位置Ｐ１が活性部１２Ａの中心位置Ｐ２よりも、第２不活性部１２Ｃ側に位置するようにしている。このとき、特に、圧電素子の最大変位点Ｐｍａｘを個別液室６の略中央に位置するようにすることで、図２５に示すように、チャネル１とチャネル２の圧力波の速度がピークに到達する時間を一致させることが可能になり、チャネル１とチャネル２の吐出特性を同等にすることができる。

次に、本発明の第９実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図２６及び図２７を参照して説明する。図２６は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の断面説明図、図２７は図２６の要部拡大図である。

本実施形態の液体吐出ヘッドは、前記第７実施形態において、圧電素子の壁面支持に用いない第２不活性部１２Ｃと対面するベース部材１３の面に凹部（ここでＵ溝形状としている）１３１が形成されている。

この凹部１３１によって第２不活性部１２Ｃがベース部材１３と接着固定されない構成となる。

これにより、圧電素子（圧電柱１２０）が変形するときに、ベース部材１３による拘束で変位が低減することが防止されて、活性部１２Ａの変位を稼ぐことができる。この場合、活性部１２Ａ及び第１不活性部１２Ｂはベース部材１３に強固に接着固定されているため、液室が持ち上がることによるクロストーク特性の悪化はなく、ヘッドの吐出効率を向上できる。

次に、本発明の第１０実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図２８を参照して説明する。図２８は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の要部断面説明図である。

本実施形態では、圧電素子（圧電柱１２０）の壁面支持に用いない第２不活性部１２Ｃのベース部材１３に対向する面にテーパー面１２７を形成している。ここでは、テーパー面１２６はダイシングソーにより加工した。

このように構成することで、前記第９実施形態と同様に、第２不活性部１２Ｃがベース部材１３に固定されてない構成となり、活性部１２Ａの変位効率を向上して、ヘッドの吐出効率を向上できる。

次に、本発明の第１１実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図２９を参照して説明する。図２９は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向の要部断面説明図である。

本実施形態は、前記第１０実施形態に、前記第４実施形態を適用して、第１不活性部１２Ｂと活性部１２Ａとの間で、第１不活性部１２Ｂ側に、溝（凹部）１２５形成している。

溝１２５は、ノズル列方向に、全ての圧電柱１２０にダイシング加工により形成されている。ここでは、溝１２５は、圧電部材１２に溝加工を行う前に行う。

このように構成した場合、溝１２５は、活性部１２Ａの変位に伴って液室を支持する第１不活性部１２Ｂも変位してしまうことを抑制でき、液室をより強固に支持できて、更にクロストークを抑制できる。

次に、本発明に係る画像形成装置の一例について図３０及び図３１を参照して説明する。図３０は同装置の機構部の側面説明図、図３１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る。左右の側板２２１Ａ、２２１Ｂ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２３４を搭載している。記録ヘッド２３４は、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つのノズル列を有する。一方の記録ヘッド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）の液滴を吐出する。他方の記録ヘッド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）の液滴を吐出する。なお、ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、１ヘッド当たり４ノズル列配置とし、１個のヘッドで４色の各色を吐出させることもできる。

また、記録ヘッド２３４のヘッドタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、供給ユニットによっ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に対向する分離パッド２４４を備える。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。さらに、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ッ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。）を備えている。また、維持回復機構２８１は、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空吐出受け２８８を配置している。この空吐出受け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る。更に用紙２４２は先端を搬送ガイド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。

そして、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。

このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えるので、高画質画像を安定して形成することができる。

なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味である。被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。

また、「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する。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（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。

また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いる。例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。

また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

１ ノズル板
２ 流路板
３ 振動板部材
４ ノズル
６ 個別液室
７ 液体供給路
１２ 圧電部材
１２Ａ 第１不活性部
１４ 支持部材
１４ａ 支持部
２０ フレーム部材
４１〜４４ ノズル列
５０ 共通液室
５１、５２ 第１共通液室
５３、５４ 第２共通液室
６１Ａ 第１個別流路
６１Ｂ 第２個別流路
１２１ 圧電柱
２３３ キャリッジ
２３４ａ、２３４ｂ 記録ヘッド

Claims (8)

1. 液滴を吐出する複数のノズルが配列されたノズル列を有するノズル板と、
   前記ノズルが通じる個別液室及び前記個別液室に液体を供給する液体供給路を含む個別流路を形成する流路板と、
   前記個別流路の壁面の一部を形成する壁面部材と、
   前記個別液室内の液体を加圧する複数の積層型圧電素子と、を備え、
   前記圧電素子は、前記ノズルの配列方向と直交する方向の両端部に、電圧が与えられても変形しない第１不活性部及び第２不活性部を有し、
   前記圧電素子の前記第１不活性部で前記液体供給路の壁面が支持された第１個別流路と、
   前記圧電素子とは異なる支持部材で前記液体供給路の壁面が支持された第２個別流路と、が、
   前記ノズルの配列方向に、交互に配置されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記ノズルの配列方向と直交する方向において、前記第１不活性部の長さは、前記第２不活性部の長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記圧電素子は、前記第１不活性部と前記第２不活性部との間に活性部を有し、前記第１不活性部と前記活性部との間で、前記壁面部材と対向する面には、前記ノズルの配列方向に沿って、凹部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 積層型圧電部材に所定のピッチで形成された溝によって柱状の前記複数の圧電素子が形成され、
   前記支持部材に前記所定のピッチで形成された溝によって柱状の支持部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 隣り合う前記第１個別流路と前記第２個別流路とは、前記液体供給路から前記個別液室への液体流入方向が反対であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
6. ノズル配列方向と直交する方向において、前記第１個別流路及び前記第２個別流路の各個別液室の中央位置は、前記圧電素子の電圧が与えられて変形する活性部の中央位置よりも前記第２不活性部側に位置していることを特徴とする請求項５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記ノズル板には４列のノズル列を有し、
   前記流路板を、前記壁面部材を介して保持するフレーム部材を備え、
   前記個別流路に液体を供給する、前記フレーム部材で形成された第１共通液室と、
   前記個別流路に液体を供給する、前記流路板で形成された第２共通液室と、を有し、
   前記第２共通液室はノズル列の間に配置され、
   ノズル配列方向と直交する方向において、外側に位置する２つのノズル列には、独立した前記第２共通液室から液体が供給され、内側に位置する２つのノズル列には、独立した前記第１共通液室から液体が供給される
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
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を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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