JP7047423B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置に関する。

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。

この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰ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り、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。）に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行うものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。

液体吐出ヘッドとしては、液滴が吐出されるノズルに連通する個別液室（圧力発生室などともいう）を備え、個別液室内の液体を加圧する圧力を発生するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）として圧電素子を使用し、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圧電アクチュエータを用いたものが知られている。

積層型圧電素子部材として、所定のピッチで溝加工して形成した複数の柱状の圧電素子（圧電素子柱）を用い、圧電素子部材を基板上に複数配列した長尺化したものがある。
しかしながら、長尺化した圧電素子部材では、圧電素子柱の変位特性をいずれの部位においても等しくすることは困難であり、特に、両端部の変位量が、それ以外の領域とは異なる傾向がみられる。その結果、液滴の吐出特性がばらついてしまうおそれがある。

また、液体吐出ヘッドの複数のノズルから吐出される液滴の吐出速度は、いずれのノズルにおいても等しいことが望ましいが、上述のように圧電素子柱の変位量にばらつきがある場合、各ノズルからの液滴の吐出速度にばらつきが生じるという問題がある。

この問題に対し、振動板の一部に剛性の高い部分を有するアイランド構造を採用し、変位のばらつきを抑える技術や、両端部の圧電素子の幅を広くする技術（例えば、特許文献１参照）等が提案されている。

特許文献１には、ピエゾ圧電素子のうち列の両端もしくは両端付近に位置するピエゾ圧電素子の幅を、残りのピエゾ圧電素子の幅よりも１０～３０％幅広に形成することが開示されており、断面積が大きさに比例して反力が大きくなるピエゾ圧電素子の特性により、列の両端に位置するピエゾ圧電素子の特性の劣る分や大気によって受ける両端位置におけるインク温度低下分の性能低下を相殺し、結果的に全てのピエゾ圧電素子の特性ひいてはノズル特性を均一にするインクジェットプリントヘッドが得られることが記載されている。

従来の液体吐出ヘッドでは、ノズル配列方向の端部から中央部にかけて、なだらかに液滴速度が低下する現象がみられることがある。例えば、ノズルの配列方向における位置と各ノズルからの液滴吐出速度との関係をグラフに示した場合、図８に示すように弓なり状のグラフとなることがある。
このような現象は、特許文献１のように両端もしくは両端付近の圧電素子の幅を幅広に形成することのみによっては解決されない。

上述のような各ノズルからの液滴吐出速度のばらつきがあると、被記録媒体等の対象への液滴の着弾位置にばらつきが生じることとなり、画像形成装置などにおいては形成される画像の画質の劣化の原因となる。

そこで、本発明は、複数のノズルが配列されたノズル列の各ノズルから吐出される液滴の吐出速度が均一化された液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する複数の個別液室と、前記個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材と、前記振動板部材と接続され、前記複数の個別液室のそれぞれに対応する複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材と、を備え、複数の前記圧電素子柱のノズル配列方向における幅は、その位置が前記ノズル配列方向の端部から中央部に向かうに従って大きくなることを特徴とする。また、液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する複数の個別液室と、前記個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材と、前記振動板部材と接続され、前記複数の個別液室のそれぞれに対応する複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材と、を備え、ノズル配列方向における中央部に位置する前記圧電素子柱の幅は、端部に位置する前記圧電素子柱の幅よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、複数のノズルが配列されたノズル列の各ノズルから吐出される液滴の吐出速度が均一化された液体吐出ヘッドを提供することができる。

液体吐出ヘッドの一例の説明に供する同ヘッドの外観斜視説明図である。 図１のＸ－Ｘ線に沿うノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図である。 図１のＹ－Ｙ線に沿うノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示すノズル配列方向の断面図（Ａ）～（Ｃ）、及びノズル配列方向における駆動圧電素子柱の幅と溝部の幅との関係を示したグラフ（Ｄ）である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示すノズル配列方向の断面図（Ａ）～（Ｃ）、及びノズル配列方向における駆動圧電素子柱の幅と溝部の幅との関係を示したグラフ（Ｄ）である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例としての画像形成装置の機構部の全体構成を説明する側面説明図である。 同機構部の要部平面説明図である。 従来の液体吐出ヘッドにおけるノズルの位置と吐出速度との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

液体吐出ヘッドの一実施形態について図１～図３を参照して説明する。
図１は液体吐出ヘッドの外観斜視説明図、図２は図１のＸ－Ｘ線に沿うノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図、図３は図１のＹ－Ｙ線に沿うノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。

なお、図１中、ノズル列における一方の端部のノズルをＮ１（１番目のノズル）、他方の端部のノズルをＮｎ（ｎ番目のノズル）として示している。Ｎａは中央部（略中央部）のノズルを示している。

本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル４と、ノズル４が連通する複数の個別液室６と、個別液室６の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材３と、振動板部材３と接続され、複数の個別液室６のそれぞれに対応する複数の圧電素子柱１２Ａを有する圧電素子部材１２と、を備えている。
圧電素子部材１２は、個別液室６のそれぞれに対応する圧電素子柱である第１の圧電素子柱１２Ａと、第１の圧電素子柱に溝部１２Ｃを介して隣接する第２の圧電素子柱１２Ｂとを有する。
また、電極１５を有する給電部材を備え、電極１５がいずれかの圧電素子柱に接続される。本実施形態においては、電極１５は第１の圧電素子柱１２Ａに接続されている。

液体吐出ヘッドは、ノズル板１と、流路板（液室基板）２と、薄膜部材としての振動板部材３とが積層接合している。そして、振動板部材３を変位させる圧電アクチュエータと、このヘッドのフレームを構成する共通流路部材としてフレーム部材２０とを備えている。

ノズル板１、流路板２及び振動板部材３によって、液滴を吐出する複数のノズル４に連なって通じる個別液室（圧力発生室ともいう）６、個別液室６に液体を供給する流体抵抗部を兼ねた液体供給路７と、液体供給路７に連なる液体導入部８とを形成している。

そして、フレーム部材２０の共通流路としての共通液室１０からインク流入口として振動板部材３に形成したフィルタ部９を通じて、液体導入部８、液体供給路７を経て複数の個別液室６に液体を供給する。

ノズル板１は、インク液滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル４が多数形成されている。
ノズル板１の材料としては、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、例えば、ニッケル（Ｎｉ）の金属プレートからエレクトロフォーミング法（電鋳）で製造したものや、ステンレス材をプレス加工により形成したもの等が挙げられる。

ノズル４の直径としては約１０～３５μｍとすることができ、約２０～３５μｍが好ましい。
ノズル４はテーパ形状とすることができ、ピッチを１５０ｄｐｉとなるように形成することができる。
また、このノズル板１の液滴吐出側面（吐出方向の表面）には撥水層を設けてもよい。

流路板２は、ノズル板１に接合されている。
流路板２の材料としては、金属板や単結晶シリコン基板が挙げられる。
例えば、ステンレス材にプレスまたはエッチング（例えば、酸性エッチング液によるエッチング）等の加工を行うことにより、または単結晶シリコン基板をエッチングすることにより、個別液室６、液体供給路７、液体導入部８などを構成する溝部を形成することができる。加工で残された部分が、個別液室６を画成する隔壁５となる。流体抵抗部を兼ねた液体供給路７は打ち抜き幅を狭くすることにより形成することができる。

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ており、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。
振動板部材３は、薄膜のダイアフラム部３ｂと、島状凸部（アイランド部）３ａと、梁を含む厚膜部と、インク流入口となるフィルタ部９とを備え、例えば、電鋳工法により形成されたニッケル合金メッキ膜とを２層重ねることにより形成される。

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が配置されている。

この圧電アクチュエータは、ベース部材１３上に接着剤接合した複数の積層型の圧電素子部材（以下、「積層圧電素子」ともいう）１２を有している。積層圧電素子１２は、ハーフカットダイシングによって溝加工を行い、１つの積層圧電素子１２に対して所要数の圧電柱１２Ａ及び１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。
ベース部材１３の材料としては、例えば、ステンレス材が挙げられる。

積層圧電素子１２の第１の圧電柱１２Ａ及び第２の圧電素子柱１２Ｂは、同じものであるが、電極１５と接続され、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動圧電素子柱（駆動部）、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を非駆動圧電素子柱（非駆動部）として区別することができる。
本実施形態においては、電極１５が個別液室６のそれぞれに対応した１つおきの圧電素子柱である第１の圧電素子柱１２Ａに接続されているため、第１の圧電素子柱を駆動圧電素子柱１２Ａ、第２の圧電素子柱を被駆動圧電素子柱１２Ｂとして説明するが、圧電素子部材１２の構成としてはこれに限定されない。

駆動圧電素子柱１２Ａは、振動板部材３の振動領域３０に形成した島状凸部（アイランド部）３ａに接合している。接合方法としてはは、例えば、接合ギャップ材を含んだ接着層をパターニングして接着する方法が挙げられる

この積層圧電素子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、駆動圧電素子柱１２Ａの外部電極に駆動信号を与えるための電極（可撓性を有するフレキシブル配線基板としてのＦＰＣ）１５が接続されている。
これにより駆動圧電素子柱１２Ａへの駆動電圧印加が制御される。

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液体が供給されるインク供給口１１及び共通液室１０が形成されている。
フレーム部材２０としては、例えば、エポキシ系樹脂ある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されたものであってもよく、ステンレス材の切削加工によって形成されたものであってもよい。
ステンレス材からなるフレーム部材２０と振動板部材３とは、ギャップ材を含んだ接着層をパターニングして接着することで接合される。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて駆動圧電素子柱１２Ａに１０～５０Ｖのパルス電圧からなる駆動波形が印加されることにより、駆動圧電素子柱１２Ａに積層方向の変位が生じ、振動板部材３を介して個別液室６が加圧され、圧力が上昇してノズル４からインク液滴が吐出される。

詳しくは、駆動圧電素子柱１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって駆動圧電素子柱１２Ａが収縮し、振動板部材３の振動領域３０が下降して個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内に液体が流入し、その後駆動圧電素子柱１２Ａに印加する電圧を上げて駆動圧電素子柱１２Ａ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とにより、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、駆動圧電素子柱１２Ａに印加す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１０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。

従来の液体吐出ヘッドの構成では、各ノズルからの液滴吐出速度のばらつきが生じることがあり、ノズルの位置と吐出速度との関係において、図８に示すような弓なり状のグラフとなる傾向がみられる。
図８のグラフの横軸はノズル配列方向における位置を示しており、一方の端部のノズルＮ１の位置を「１」、他方の端部のノズルＮｎの位置を「ｎ」で表している。縦軸は、ノズルから吐出される液滴の吐出速度を表している。
図示されているように、ノズル位置が両端側から中央へ向かうに従って、なだらかに吐出速度が低下する減少がみられる。

これに対し、本実施形態の液体吐出ヘッドは、複数の第１の圧電素子柱１２Ａのノズル配列方向における幅は、その位置がノズル配列方向の端部から中央部に向かうに従って大きくなるように構成されている。
また、ノズル配列方向における中央部に位置する第１の圧電素子柱１２Ａの幅は、端部に位置する第１の圧電素子柱１２Ａの幅よりも大きい構成となっている。

個別液室６と対応した第１の圧電素子柱（駆動圧電素子柱）１２Ａの幅を大きくすることにより、変位面積が大きくなるとともに、アイランド部３ａを押圧する面積も大きくなる。これにより、個別液室６における液体の排除可能な体積も増加するため、ノズルから吐出される液滴の吐出速度も上昇する。
よって、第１の圧電素子柱（駆動圧電素子柱）１２Ａの幅を、ノズル配列方向の中央部で最も広く（太く）、両端部で最も狭く（細く）し、端部から中央部へ向けてノズル位置に応じて大きくする（太くする）構成とすることにより、中央部に向かうに従ってノズルからの液滴吐出速度を向上させることができ、図８に示すような吐出速度の低下を相殺し、吐出速度の均一化を実現することができる。

第１の圧電素子柱（駆動圧電素子柱）１２Ａの幅Ｗについて説明する。
図１に示したように、ノズル列における一方の端部のノズルをＮ１（１番目のノズル）、他方の端部のノズルをＮｎ（ｎ番目のノズル）として表したとき、一方の端部のノズルＮ１に対応する第１の圧電素子柱１２Ａの幅をＷ１、他方の端部のノズルＮｎに対応する第１の圧電素子柱１２Ａの幅をＷｎとして表す。
ｎの値は、特に限定されず、目的（例えば、要求される解像度等）に応じて適宜選択することができる。例えば、ｎ＝３２０とすることができる。

ｎが偶数の場合、中央に位置するノズルの番号はｎ／２及びｎ／２＋１であり、これをａ及びａ＋１で表すと、中央ノズルに対応する第１の圧電素子柱１２Ａの幅はＷａ及びＷａ＋１として表され、幅の値は以下の式（１）～（２）の関係を満たす。
Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜…＜Ｗａ 式（１）
Ｗａ≒Ｗａ＋１ 式（２）
Ｗａ＋１＞…＞Ｗｎ－２＞Ｗｎ－１＞Ｗｎ 式（３）
一方ｎが奇数の場合、中央に位置するノズルの番号は（ｎ＋１）／２であり、これをａで表すと、中央ノズルに対応する第１の圧電素子柱１２Ａの幅はＷａとして表され、幅の値は以下の式（４）及び式（５）関係を満たす。
Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜…＜Ｗａ 式（４）
Ｗａ＞…＞Ｗｎ－２＞Ｗｎ－１＞Ｗｎ 式（５）

第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗが上述の式（１）～（３）、または（４）及び（５）の関係を満たす態様としては、第１の圧電素子柱１２Ａと第２の圧電素子柱１２Ｂとの間の溝部１２Ｃの幅Ｇを調整することにより、第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗを変化させる第一の態様、及び溝部１２Ｃの幅Ｇは一定とし、溝部１２Ｃの位置（ピッチ）を調整することにより第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗを変化させる第二の態様が挙げられる。

〔第一の態様〕
圧電素子部材１２は、個別液室６に対応する第１の圧電素子柱１２Ａと、第１の圧電素子柱に溝部１２Ｃを介して隣接する第２の圧電素子柱１２Ｂとを有する。
第一の態様では、溝部１２Ｃのノズル配列方向における溝幅Ｇは、その位置がノズル配列方向の端部から中央部へ向かうに従って小さくなる。
また、ノズル配列方向における中央部に位置する溝部１２Ｃの幅Ｇは、端部に位置する溝部１２Ｃの幅Ｇよりも小さい。

本実施態様の一例を図４に示す。
図４（Ａ）は一方の端部側（図１の１番目側）、図４（Ｂ）は中央（図１のａ番目を含む領域）、図４（Ｃ）は他方の端部側（図１のｎ番目側）におけるノズル配列方向（図１のＹ－Ｙ線に沿う方向）の断面図である。
また、図４（Ｄ）は、ノズル配列方向における第１の圧電素子柱（駆動圧電素子柱）１２Ａの幅Ｗと、溝部１２Ｃの幅Ｇとの関係を示したグラフである。

一方の端部側の第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗ１、他方の端部側の第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗｎ、中央の第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗａは、図４に示すようにＷ１＜Ｗ２＜Ｗａ、Ｗｎ＜Ｗｎ－１＜Ｗａとなっている。
また、一方の端部側の溝部１２Ｃの幅Ｇ１、他方の端部側の溝部１２Ｃの幅をＧｎ、中央の溝部１２Ｃの幅Ｇａは、図４に示すようにＧ１＞Ｇ２＞Ｇａ、Ｇｎ＞Ｇｎ－１＞Ｇａとなっている。

溝部１２Ｃの幅Ｇが中央部へ向かうに従って小さくなるように加工することにより、第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗが中央部へ向かうに従って大きくなった本実施形態の液体吐出ヘッドを構成する圧電素子部材１２が得られる。
溝部１２Ｃの加工方法としては、例えば、ダイシング加工やワイヤーカット加工などが挙げられる。

〔第二の態様〕
圧電素子部材１２は、個別液室６に対応する第１の圧電素子柱１２Ａと、第１の圧電素子柱に溝部１２Ｃを介して隣接する第２の圧電素子柱１２Ｂとを有する。
第二の態様では、溝部１２Ｃのノズル配列方向における溝幅Ｇが一定である。ノズル配列方向において、第１の圧電素子柱１２Ａを画成する一対の溝部１２Ｃの間隔が、ノズル配列方向の端部から中央部へ向かうに従って大きくなっている。

本実施態様の一例を図５に示す。
図５（Ａ）は一方の端部側（図１の１番目側）、図５（Ｂ）は中央（図１のａ番目を含む領域）、図５（Ｃ）は他方の端部側（図１のｎ番目側）におけるノズル配列方向（図１のＹ－Ｙ線に沿う方向）の断面図である。
また、図５（Ｄ）は、ノズル配列方向における第１の圧電素子柱（駆動圧電素子柱）１２Ａの幅Ｗと、溝部１２Ｃの幅Ｇとの関係を示したグラフである。

一方の端部側の第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗ１、他方の端部側の第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗｎ、中央の第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗａは、図５に示すようにＷ１＜Ｗ２＜Ｗａ、Ｗｎ＜Ｗｎ－１＜Ｗａとなっている。
一方の端部側の溝部１２Ｃの幅Ｇ１、他方の端部側の溝部１２Ｃの幅をＧｎ、中央の溝部１２Ｃの幅Ｇａは、図６に示す様に一定（Ｇ１＝Ｇａ＝Ｇｎ）であるが、第１の圧電素子柱１２Ａを画成する一対の溝部１２Ｃのノズル配列方向における間隔（ピッチ）が異なっている。

溝部１２Ｃのピッチを、第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗが端部側から中央側へ向かって漸次大きくなるように定めて圧電素子柱を形成することにより、本実施形態の液体吐出ヘッドを構成する圧電素子部材１２が得られる。
本実施態様では溝部１２Ｃの幅Ｇを調整する加工が不要となるため、第１の圧電素子柱１２Ａの幅Ｗが中央部へ向かうに従って大きくなった圧電素子部材１２を容易に製造することができる。

本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、複数のノズルが配列されたノズル列の各ノズルから吐出される液滴の吐出速度が均一化されているため、被記録媒体等の対象への液滴の着弾位置のばらつきが低減され、例えば、画像形成装置の記録ヘッドに適用された場合は、形成される画像の画質の劣化を防止することができる。
なお、本実施形態は、個別液室内のインクを循環させる循環型液体吐出ヘッドにも適応可能である。

次に、本発明に係る液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置について説明する。
本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一実施形態について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同装置の機構部の全体構成を説明する側面説明図、図７は同機構部の要部平面説明図である。本実施形態では画像形成装置を例に挙げて説明するが、これに限られるものではない。

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を備えた記録ヘッド２３４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つのノズル列を有する本発明に係る液体吐出ヘッド２３４ａ、２３４ｂを１つのベース部材に取り付けて構成したもので、一方のヘッド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、他方のヘッド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。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、各色毎の液体吐出ヘッドを備えることもできる。

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サブタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「サブタンク２３５」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２３６を介して、供給ユニット２２４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、増粘したインク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インク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、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はガイド部材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。

１ ノズル板
２ 流路板（液室基板）
３ 振動板部材
３ａ アイランド部
３ｂ ダイアフラム部
４ ノズル
５ 隔壁
６ 個別液室
７ 液体供給路
８ 液体導入部
９ フィルタ部
１０ 共通液室
１１ インク供給口
１２ 圧電素子部材（積層圧電素子）
１２Ａ 第１の圧電素子柱（駆動圧電素子柱、駆動部）
１２Ｂ 第２の圧電素子柱（非駆動圧電素子柱、非駆動部）
１２Ｃ 溝部
１３ ベース部材
１５ 電極（ＦＰＣ）
２０ フレーム部材
３０ 振動領域

特開平８－１９２８号公報

Claims (8)

1. 液滴を吐出する複数のノズルと、
   前記ノズルが連通する複数の個別液室と、
   前記個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材と、
   前記振動板部材と接続され、前記複数の個別液室のそれぞれに対応する複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材と、を備え、
   複数の前記圧電素子柱のノズル配列方向における幅は、その位置が前記ノズル配列方向の端部から中央部に向かうに従って大きくなることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液滴を吐出する複数のノズルと、
   前記ノズルが連通する複数の個別液室と、
   前記個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板部材と、
   前記振動板部材と接続され、前記複数の個別液室のそれぞれに対応する複数の圧電素子柱を有する圧電素子部材と、を備え、
   ノズル配列方向における中央部に位置する前記圧電素子柱の幅は、端部に位置する前記圧電素子柱の幅よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記圧電素子部材は、前記個別液室に対応する第１の圧電素子柱と、前記第１の圧電素子柱に溝部を介して隣接する第２の圧電素子柱とを有し、
   前記溝部の前記ノズル配列方向における溝幅は、その位置が前記ノズル配列方向の端部から中央部へ向かうに従って小さくなることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記圧電素子部材は、前記個別液室に対応する第１の圧電素子柱と、前記第１の圧電素子柱に溝部を介して隣接する第２の圧電素子柱とを有し、
   ノズル配列方向における中央部に位置する前記溝部の幅は、端部に位置する前記溝部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記圧電素子部材は、前記個別液室に対応する第１の圧電素子柱と、前記第１の圧電素子柱に溝部を介して隣接する第２の圧電素子柱とを有し、
   前記溝部の前記ノズル配列方向における溝幅が一定であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記ノズル配列方向において、前記第１の圧電素子柱を画成する一対の前記溝部の間隔が、前記ノズル配列方向の端部から中央部へ向かうに従って大きくなっていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出ユニット。
8. 請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体を吐出する装置。
   

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