JP4938604B2 - 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。

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えば、インクの液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備え、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、インク滴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、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。

液体吐出ヘッドとしては、例えば、数μｍ〜数十μｍの大きさの液滴を吐出するノズル、このノズルが連通する液室、液室の壁面を形成する振動板と、振動板を介して液室内の記録液を加圧する圧電素子などの圧電アクチュエータとを備えたもの、液滴を吐出するノズル、ノズルが連通する液室と、液室内の記録液を発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて膜沸騰による相変化を利用して加圧するサーマルアクチュエータとを備えたもの、液滴を吐出するノズル、このノズルが連通する液室、液室の壁面を形成する振動板と、振動板に対向する電極との間で生じる静電力で振動板を変位させて液室内の記録液を加圧する静電アクチュエータとを備えたものなどが知られている。

ところで、液室やこの液室に液体を供給する液体供給路となる液室よりも幅の狭い流体抵抗部などの流路を形成する流路板（流路部材、流路形成部材、液室形成部材、液室部材なども同義で用いる。）としては、パンチプレス等で抜いた金属プレートを接着接合し積層したもの、シリコン単結晶基板を異方性エッチングして形成したもの、ＳＵＳなどの金属プレートをエッチングで形成したもの、電鋳法で形成したものなどが挙げられる。

例えば、電鋳法によって部材を形成する場合、電鋳支持基板（電極基板）上に非導電性のレジストでパターンを形成して電鋳メッキ膜を析出するが、このとき、レジストの遮蔽面積が大きくなるほど、その部位の電界がレジスト端部の電極部に集中してメッキ膜厚が厚くなる、つまり、膜厚が偏る（これを「偏肉」という。）傾向がある。

この場合、ノズル板などの比較的遮蔽パターンの少ない部材であれば、これらの偏肉は大きな問題とはならないが、振動板などのように微細な遮蔽パターンが形成されている部材である場合、パターンによる膜厚の偏りが大きくなる。このような偏肉は、振動板と流路板を接合する場合、振動板とアクチュエータとしての圧電素子などを接合する場合、大きな問題となる。つまり、偏肉が生じている場合、完全な接合を行なうには偏肉量（最も低い部分と厚い部分の差）以上の接着剤の膜厚が必要になる。具体的には１０μｍの偏肉量があれば接着剤の膜厚は１０μｍ以上にしなければならない。しかしながら、接着剤の量が増えることは、振動板の肉厚の厚い部分では接着剤がはみ出し、微細なパターンであれば近接するパターンと接してしまったり、振動板の変形可能部分（ダイヤフラム部）が接着剤で埋まってしまったりする。

一方、流路の流体抵抗部は流路の断面積を高さ方向又は幅方向に小さくすることで形成されているが、流路の幅方向に小さくする場合は、流路の幅が狭まることにより、必然的に流体抵抗部間の隔壁幅が広くなることになるような流路パターンが多く用いられてきている。そのため、流体抵抗部間の隔壁に塗布される接着剤量が多くなり、接着剤硬化作業の際の加圧により、流体抵抗部への接着剤のはみ出し量が多くなり、吐出不良の原因となっていた。従来では、この接着剤はみ出しの影響を受けないように、接着剤塗布量を減らしたり、流体抵抗部の偏肉量(膜厚)を若干減らしたり、流体抵抗部間に肉抜きパターンを挿入して、接着剤逃げ部を設けたりしてきている。

従来、特許文献１には、流体抵抗部への接着剤のはみ出しを低減するために、液室及び流体抵抗部を有する流路部材は流体抵抗部側が薄く、液室側が厚くなるように形成することが記載されている。
特開２００２−０５２７２３号公報

特許文献２には、複数枚の板部材で流体抵抗部を形成し、流路高さ及び流路幅を調整して流体抵抗値をすることが記載されている。
特開２００１−０３０４８３号公報

特許文献３には、流体抵抗部を流路の真中に寄せるのではなく、流路の端に寄せ、加圧液室からインク供給口にかけて、段階的に開拡させていく形状の流体抵抗部を設けることが記載されている。
特許第３６７９８６３号公報

従来の一般的な流路パターンは図３２に示すように、液室（加圧液室）５０１と、液室５０１に液体を供給する供給路となる流体抵抗部５０２と、流体抵抗部５０２が臨んでいる液体導入路５０３とで１つの流路５００が構成され、各流路５００がノズルの並び方向に沿って所定の間隔で並んで配置されている。

このような流路構成の場合、隣り合う流路５００、５００間では、液室５０１、５０１間の隔壁（液室間隔壁）５１１の幅（流路の並び方向の幅）と流体抵抗部５０２、５０２間の隔壁（流体抵抗部間隔壁）５１２の幅とが異なるため、電鋳法によって流路部材を形成しようとすると、液室５０１外周部分と流体抵抗部５０２外周部分の電流密度が大きく異なり、電鋳法で形成される膜厚分布が大きくなり、液室間隔壁５１１の高さと流体抵抗部間隔壁５１２の高さが異なってしまうことになる。

また、電鋳工法ではなく、プレス工法やエッチング工法で流路部材を形成する場合であっても、液室間隔壁５１１の幅よりも流体抵抗部間隔壁５１２の幅が広いことから、流体抵抗部５０２への接着剤のはみ出し量が多くなり、吐出不良の原因となる。

そこで、流体抵抗部間隔壁５１２に接着剤の逃げ場となる肉抜き部（凹部）を設けることが考えられるが、図３２のような流路パターンでは、ノズルの高密度化を図る場合、流体抵抗部間隔壁５１２の幅が狭くなり、工法的な制約によって、実際には、流体抵抗部間隔壁に肉抜き部を形成することは、高精度な工法が必要とされ、歩留まりが低下し、仮に肉抜き部を形成できても、寸法的な制約が厳しく、目的とする滴吐出特性が得られなくなるという課題がある。

なお、上述した特許文献３には流体抵抗部が圧力発生室に向けて拡開するように複数の段差部を有する形状とし、流体抵抗部間の隔壁には接着領域に微小な凹部や細い溝を形成する構成が開示されているが、液室の配置密度（ノズル配置密度）の高密度化が進むと、流路幅および流路間の隔壁幅が狭くなり、複数の段差や微小な凹部や細い溝を形成するには高精度な加工が必要となり、労力およびコストが増加してしまう。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、より小さな領域内に必要な流体抵抗値を有する流体抵抗部を配置でき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、
液滴を吐出する複数のノズルが連通する各個別液室及びこの個別液室に液体を供給する液室よりも幅の狭い流体抵抗部を含む流路を備え、
前記個別液室の長手方向の中心軸に対して前記流体抵抗部の長手方向中心軸が斜めに交差する関係で前記個別液室と前記流体抵抗部が設けられ、かつ、前記流路は同じピッチで前記ノズルの並び方向に沿って配列され、
隣接する前記個別液室間の隔壁の幅と隣接する前記流体抵抗部間の隔壁の幅が同じである
構成とした。

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、より小さな領域内に必要な流体抵抗値を有する流体抵抗部を配置できるようになる。

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、高密度化による高画質画像を形成することができる。

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。先ず、図１を参照して本発明の基本的な構成原理について説明する。
図１（ａ）に示すように、縦ａ、横ｂの面積内に、幅ｘ、流路長さｚ、隔壁幅ｙの複数の流路１００１が幅ｙの隔壁１００２で隔てて配列されている。

この流路１００１を、図１（ｂ）に示すように、角度θ傾けた流路１００１にすることで、流路面積は同じでも、相対的に、幅ｘ１が狭くなり（ｘ１＜ｘ）、流路長さｚ１が長くなる（ｚ１＞ｚ）。すなわち、流路１００１に角度をつけることにより、狙いの流体抵抗値、リアクタンス値を得るための流路幅と流路長さを、より小さい面積内で形成することが可能となる。

また、エレクトロフォーミング法（電鋳法）における膜厚成長速度に大きな影響を与える項目は、単位面積当たりの電流密度（単位面積当たりのめっき面積に比例）とめっき部分のエッジ比率（電荷分布のエッジ効果）である。前者の単位面積当たりの電流密度の影響が大きい場合には、加圧液室の幅ｘ、隔壁幅ｙとするとき、流体抵抗部を角度θ曲げ、流体抵抗部の流路幅をｘ１＝ｘ・ｃｏｓθ、流体抵抗部の隔壁幅をｙ１＝ｙ・ｃｏｓθとすれば、単位面積当たりのめっき面積が加圧液室部分と流体抵抗部分で等しいパターンのまま、角度θによる流体抵抗値（Ｒ）と流体リアクタンス値（Ｌ）の調整とが可能となる。

また、めっき部分のエッジ比率（電荷分布のエッジ効果）の影響が大きい場合には、ず１（ｃ）に示すように、加圧液室外周の隔壁幅ｙと流体抵抗部の隔壁幅ｙ１が同じ値（ｙ＝ｙ１）となるように調整し、流体抵抗部の流路幅をｘ１＝ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・(１−ｃｏｓθ)と設計すればよい。すなわち、流体抵抗部の流路幅は、設計値や形成条件に応じて、ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・(１−ｃｏｓθ)≦ｘ１≦ｘ・ｃｏｓθ（ただし、０°＜θ＜９０°）の範囲内で設計する。

このように、加圧液室の長手中心軸に対して傾けた角度で流体抵抗部を形成することで、目的の流路幅と隔壁幅の流体抵抗部をより小さい面積内に形成が可能となり、流路板の小型化を実現することができる。また、流体抵抗部の角度を調整することで、加圧液室外周の隔壁部面積率と、流体抵抗部外周の隔壁部面積率を、ほぼ同等の値にすることが可能となる。これにより、加圧液室外周と流体抵抗部外周の接着剤はみ出し量バラツキを低減させることができる。また、エレクトロフォーミング法（電鋳法）で流路形成するときには、加圧液室外周部と流体抵抗部外周部の電流密度が同等になるような角度と隔壁幅に調整することにより、加圧液室外周の隔壁高さと、流体抵抗部外周の隔壁高さのバラツキを低減することができる。

そこで、本発明の第１実施形態について図２を参照して説明する。なお、図２は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、ノズル６が連通する加圧液室１と、この加圧液室１にインクを供給し、かつ液室１よりも幅の狭く、加圧液室１の長手方向中心軸に対して、長手方向中心軸が角度θ傾いて形成されている流体抵抗部２と、この流体抵抗部２にインクを供給するインク供給部３と、加圧液室１，１間の隔壁４と、流体抵抗部２，２間の隔壁５とで流路を構成し、複数の加圧液室１及び流体抵抗部２は同じ間隔（ピッチ）、ここではノズル６のピッチ（ノズルピッチ）と同じ間隔でノズル６の配列方向（ノズル配列方向）に沿って配置されている。

ここで、流体抵抗部２は、図１（ａ）、（ｂ）に示したような形状をしており、流体抵抗部２の流路幅ｘ１と隔壁５の幅（隔壁幅）ｙ１は、加圧液室１の流路幅ｘ及び隔壁４の幅（隔壁幅）ｙに対して、ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・(１−ｃｏｓθ)≦ｘ１≦ｘ・ｃｏｓθ（ただし、０°＜θ＜９０°）の範囲内で形成されている。

この構成により、所望の形状（狙いの流体特性値を満たす形状）の流体抵抗部２を、加圧液室１と流体抵抗部２の各長手方向中心軸が一致する場合に比べて、相対的により小さい面積内に形成することが可能になり、流路板（流路形成部材）の小型化を図れる。

また、エレクトロフォーミング法（電鋳法）で流路を形成する場合には、角度θ及び流体抵抗部隔壁５の隔壁幅ｙ１を調整することにより、電流分布が均一となるパターンを得ることができ、加圧液室１外周の隔壁４の高さと流体抵抗部２外周の隔壁４の高さバラツキを低減させることができる。また、加圧液室１周辺の隔壁４の面積率と流体抵抗部２の周辺の隔壁５の面積率を、角度θ及び流体抵抗部２の隔壁幅ｙ１を調整することで、接着剤硬化作業のときの加圧時に、流体抵抗部２にはみ出す接着剤の量を調整することが可能となり、歩留まりの向上及び吐出安定性の確保を図れる。

次に、本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。なお、図３は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
第１実施形態におけるインク供給部３が隣接した流路間で独立しているのに対して、ここでは、隣接する流路間でインク供給部３が連通した構成としている。これにより、インク供給部３における流体抵抗値を大きく低減することができ、高周波駆動による高速印字が可能となる。

次に、本発明の第３実施形態について図４及び図５を参照して説明する。なお、図４は同実施形態における流路パターンの平面説明図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。
ここでは、第１、第２、第３基板１１，１２、１３を接合して、前記加圧液室１、流体抵抗部２、インク供給部３を形成し、第３基板１３にノズル６を形成し、また、インク供給部３は各流路間で独立した構成としている。また、第１基板１１には各インク供給部３にそれぞれ独立して連通する開口部１４が形成されている。

次に、本発明の第４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は同実施形態における流路パターンの平面説明図、図７は図６のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。
ここでは、第１、第２、第３基板１１，１２、１３を接合して、前記加圧液室１、流体抵抗部２、インク供給部３を形成し、第３基板１３にノズル６を形成し、また、インク供給部３は各流路間で連通した構成としている。また、第２基板１２にはすべてのインク供給部３に連通する開口部１５が形成されている。これにより、インク供給部３における流体抵抗値を低減することができ、高周波印字および多量滴での印字が可能となる。

次に、本発明の第５実施形態について図８を参照して説明する。なお、図８は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、複数のノズル６が配列されたノズル列を２列有し（一方のノズル列６Ａ、他方をノズル列６Ｂとする。）、一方のノズル列６Ａの隣接するノズル６、６間に他方のノズル列６Ｂの流路の一部（ここでは、加圧液室１Ａ、１Ｂ）が配置され、一方のノズル列６Ａに対応する流路の流体抵抗部２Ａと他方のノズル列６Ｂに対応する流路の流体抵抗部２Ｂとは反対の方向に引き出され、更に、各ノズル列６Ａ、６Ｂに対応する流体抵抗部２Ａ、２Ｂの傾きの方向が逆方向である構成としている。

また、各流体抵抗部２Ａ、２Ｂに通じるインク供給部３Ａ、３Ｂは、各流路で独立した構成としている。

これにより、ノズル列６Ａとノズル列６Ｂの各ノズル６から異なる色のインク滴を吐出することが可能になる。また、ここでの流体抵抗部２Ａ、２Ｂは、図１（ｂ）、（ｃ）で示したような構成範囲内で形成され、加圧液室１と流体抵抗部２の流路幅ｘ１と隔壁幅ｙ１、及び角度θの関係は、加圧液室１の流路幅ｘ及び隔壁幅ｙに対して、ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・(１−ｃｏｓθ)≦ｘ１≦ｘ・ｃｏｓθ（ただし、０°＜θ＜９０°）の範囲内で構成されている。

次に、本発明の第６実施形態について図９を参照して説明する。なお、図９は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、各列のインク供給部３Ａ、３Ｂは複数の流路に連通した共通のインク供給部としている。これにより、インク供給部における流体抵抗値を低減することができ、高周波印字および多量滴での印字が可能となる。

次に、本発明の第７実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同実施形態における流路パターンの平面説明図、図１１は図１０のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。
ここでは、第１、第２、第３基板１１，１２、１３を接合して、前記加圧液室１Ａ、１Ｂ、流体抵抗部２Ａ、２Ｂ、インク供給部３Ａ、３Ｂを形成し、第３基板１３にノズル６を形成し、また、インク供給部３は各流路間で独立した構成としている。また、第１基板１１には各インク供給部３にそれぞれ独立して連通する開口部１４ａ、１４ｂが形成されている。

次に、本発明の第８実施形態について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２は同実施形態における流路パターンの平面説明図、図１３は図１２のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。
ここでは、第１、第２、第３基板１１，１２、１３を接合して、前記加圧液室１Ａ、１Ｂ、流体抵抗部２Ａ、２Ｂ、インク供給部３Ａ、３Ｂを形成し、第３基板１３にノズル６を形成し、また、インク供給部３Ａ、３Ｂは各流路間で連通した構成としている。また、第２基板１２にはすべてのインク供給部３Ａ、３Ｂに連通する開口部１５Ａ、１５Ｂが形成されている。これにより、インク供給部における流体抵抗値を低減することができ、高周波印字および多量滴での印字が可能となる。

次に、本発明の第９実施形態について図１４を参照して説明する。なお、図１４は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、上記第５実施形態において、隣接する流体抵抗部２Ａ、２Ｂ間の隔壁５Ａ、５Ｂに、流路を形成する部材の全部又は一部を取り除いた肉抜き部１０が形成されている。

そして、加圧液室１Ａ、１Ｂ及び流体抵抗部２Ａ、２Ｂの流路及び隔壁４、５の関係は、図１（ｂ）、（ｃ）に示したような形状をしており、流体抵抗部２Ａ、２Ｂの流路幅ｘ１と隔壁幅ｙ１は、加圧液室１の流路幅ｘ及び隔壁幅ｙに対して、ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・(１−ｃｏｓθ)≦ｘ１≦ｘ・ｃｏｓθ（ただし、０°＜θ＜９０°）の範囲内で構成されている。

これにより、エレクトロフォーミング法（電鋳法）を用いて流路形成を行う場合は、流体抵抗部間隔壁の電流密度を調整することが可能となり、隔壁高さバラツキの低減も可能となる。または、ダミーの肉抜きパターン部分を設けることで、接着剤硬化作業の際の加圧時のはみ出し量を均一化することが可能となる。さらには、ダミー部分への接着剤逃げ効果により、流体抵抗部への接着剤はみ出しが低減でき、部品の歩留まり向上や、吐出安定性の向上が可能となる。

次に、本発明の第１０実施形態について図１５を参照して説明する。なお、図１５は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、上記第６実施形態において、隣接する流体抵抗部２Ａ、２Ｂ間の隔壁部５Ａａ、５Ｂに、流路を形成する部材の全部又は一部を取り除いた肉抜き部１０が形成されている。

このように、この実施形態では、隣接する流体抵抗部間隔壁５Ａ、５Ｂには、流路を形成する部材がない肉抜き部１０ａ、１０ｂが形成され、更に隣接するインク供給部３Ａ、３Ｂが複数連通しているので、エレクトロフォーミング法（電鋳法）を用いて流路形成を行う場合は、流体抵抗部間隔壁の電流密度を調整することが可能となり、隔壁高さバラツキの低減も可能となる。また、ダミーの肉抜きパターン部分を設けることで、接着剤硬化作業の際の加圧時のはみ出し量を均一化することが可能となる。さらに、ダミー部分への接着剤逃げ効果により、流体抵抗部への接着剤はみ出しが低減でき、部品の歩留まり向上や、吐出安定性の向上が可能となる。また、インク供給部を連通させることにより、高周波駆動による高速印字の吐出安定性を向上させることができる。

次に、本発明の第１１実施形態について図１６を参照して説明する。なお、図１６は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、複数のノズル６が配列されたノズル列を２列有し（一方のノズル列６Ａ、他方をノズル列６Ｂとする。）、一方のノズル列６Ａの隣接するノズル６、６間に他方のノズル列６Ｂの流路の一部（ここでは、加圧液室１Ａ、１Ｂ）が配置され、一方のノズル列６Ａに対応する流路の流体抵抗部２Ａと他方のノズル列６Ｂに対応する流路の流体抵抗部２Ｂとは反対の方向に引き出され、更に、各ノズル列６Ａ、６Ｂに対応する流体抵抗部２Ａ、２Ｂの傾きの方向が同じ方向である構成としている。

また、各流体抵抗部２Ａ、２Ｂに通じるインク供給部３Ａ、３Ｂは、各流路で独立した構成としている。

これにより、ノズル列６Ａとノズル列６Ｂの各ノズル６から異なる色のインク滴を吐出することが可能になる。また、ここでの流体抵抗部２Ａ、２Ｂは、図１（ｂ）、（ｃ）で示したような構成範囲内で形成され、加圧液室１と流体抵抗部２の流路幅ｘ１と隔壁幅ｙ１、及び角度θの関係は、加圧液室１の流路幅ｘ及び隔壁幅ｙに対して、ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・(１−ｃｏｓθ)≦ｘ１≦ｘ・ｃｏｓθ（ただし、０°＜θ＜９０°）の範囲内で構成されている。

次に、本発明の第１２実施形態について図１７を参照して説明する。なお、図１７は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、各列のインク供給部３Ａ、３Ｂは複数の流路に連通した共通のインク供給部としている。これにより、インク供給部における流体抵抗値を低減することができ、高周波印字および多量滴での印字が可能となる。

次に、本発明の第１３実施形態について図１８及び図１９を参照して説明する。なお、図１８は同実施形態における流路パターンの平面説明図、図１９は図１８のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
ここでは、第１、第２、第３基板１１，１２、１３を接合して、前記加圧液室１Ａ、１Ｂ、流体抵抗部２Ａ、２Ｂ、インク供給部３Ａ、３Ｂを形成し、第３基板１３にノズル６を形成し、また、インク供給部３は各流路間で独立した構成としている。また、第１基板１１には各インク供給部３にそれぞれ独立して連通する開口部１４ａ、１４ｂが形成されている。

次に、本発明の第１４実施形態について図２０及び図２１を参照して説明する。なお、図２０は同実施形態における流路パターンの平面説明図、図２１は図２０のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
ここでは、第１、第２、第３基板１１，１２、１３を接合して、前記加圧液室１Ａ、１Ｂ、流体抵抗部２Ａ、２Ｂ、インク供給部３Ａ、３Ｂを形成し、第３基板１３にノズル６を形成し、また、インク供給部３Ａ、３Ｂは各流路間で連通した構成としている。また、第２基板１２にはすべてのインク供給部３Ａ、３Ｂに連通する開口部１５Ａ、１５Ｂが形成されている。これにより、インク供給部における流体抵抗値を低減することができ、高周波印字および多量滴での印字が可能となる。

次に、本発明の第１５実施形態について図２２を参照して説明する。なお、図２２は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、上記第１１実施形態において、隣接する流体抵抗部２Ａ、２Ｂ間の隔壁５Ａ、５Ｂに、流路を形成する部材の全部又は一部を取り除いた肉抜き部１０が形成されている。

そして、加圧液室１Ａ、１Ｂ及び流体抵抗部２Ａ、２Ｂの流路及び隔壁４、５の関係は、図１（ｂ）、（ｃ）に示したような形状をしており、流体抵抗部２Ａ、２Ｂの流路幅ｘ１と隔壁幅ｙ１は、加圧液室１の流路幅ｘ及び隔壁幅ｙに対して、ｘ・ｃｏｓθ＋ｙ・(１−ｃｏｓθ)≦ｘ１≦ｘ・ｃｏｓθ（ただし、０°＜θ＜９０°）の範囲内で構成されている。

これにより、エレクトロフォーミング法（電鋳法）を用いて流路形成を行う場合は、流体抵抗部間隔壁の電流密度を調整することが可能となり、隔壁高さバラツキの低減も可能となる。または、ダミーの肉抜きパターン部分を設けることで、接着剤硬化作業の際の加圧時のはみ出し量を均一化することが可能となる。さらには、ダミー部分への接着剤逃げ効果により、流体抵抗部への接着剤はみ出しが低減でき、部品の歩留まり向上や、吐出安定性の向上が可能となる。

次に、本発明の第１６実施形態について図２３を参照して説明する。なお、図２３は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、上記第１２実施形態において、隣接する流体抵抗部２Ａ、２Ｂ間の隔壁部５Ａ、５Ｂに、流路を形成する部材の全部又は一部を取り除いた肉抜き部１０が形成されている。

このように、この実施形態では、隣接する流体抵抗部間隔壁５Ａ、５Ｂには、流路を形成する部材がない肉抜き部１０Ａ、１０Ｂが形成され、更に隣接するインク供給部３Ａ、３Ｂが複数連通しているので、エレクトロフォーミング法（電鋳法）を用いて流路形成を行う場合は、流体抵抗部間隔壁の電流密度を調整することが可能となり、隔壁高さバラツキの低減も可能となる。また、ダミーの肉抜きパターン部分を設けることで、接着剤硬化作業の際の加圧時のはみ出し量を均一化することが可能となる。さらに、ダミー部分への接着剤逃げ効果により、流体抵抗部への接着剤はみ出しが低減でき、部品の歩留まり向上や、吐出安定性の向上が可能となる。また、インク供給部を連通させることにより、高周波駆動による高速印字の吐出安定性を向上させることができる。

次に、本発明の第１７実施形態について図２４を参照して説明する。なお、図２４は同実施形態における流路パターンの平面説明図である。
ここでは、加圧液室１及び流体抵抗部２は前記第１実施形態とほぼ同じ構成であるが、同一部材内には、加圧液室１と流体抵抗部２が形成されており、インク供給部３は流体抵抗部２とは別部材に形成された構成で、流体抵抗部２に連通する構成となる。

次に、本発明の第１８実施形態について図２５ないし図２７を参照して説明する。なお、図２５は同実施形態における流路パターンの平面説明図、図２６は図２５のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図、図２７は図２５のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図である。また、図２５では各部を区別するために線種を異ならせて示している。
ここでは、１つの加圧液室１に対して、複数、この例では２本の流体抵抗部２ａ、２ｂを連通させ、流体抵抗部２ａは加圧液室１に対して各長手方向中心軸が角度θａで交差し、流体抵抗部２ｂは加圧液室１に対して各長手方向中心軸が角度θｂで交差している。

そして、ここでは、第１基板２１、第２基板２２、第３基板２３及び第４基板２４を順次積層して、加圧液室１は第１〜第３基板２１〜２３に形成した貫通溝２１ａ、２２ａ、２３ａで形成し、流体抵抗部２ａは第１基板２１に形成した貫通溝２１ｂで、流体抵抗部２ｂは第２基板２２に形成した貫通溝２２ｂでそれぞれ形成し、各流路に共通のインク供給部３は基板２１〜２３に形成した貫通溝２１ｃ、２２ｃ、２３ｃで形成している。

このように複数の部材を積層して各流路を形成することで、各部材の流路パターンが簡単な形状になり、微細なパターンコントロールを必要としない。また、加圧液室にインクを供給する流体抵抗部が複数本存在することで、同じ流体抵抗値でも、より小さいリアクタンス値を得ることができ、より安定的な高周波駆動による高速印字が可能となる。

次に、液体吐出ヘッドの一例について図２８及び図２９を参照して説明する。なお、図２８は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図２９は同ヘッドの液室短手方向（ノズルの並び方向）の断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、流路板１０１と、この流路板１０１の下面に接合した例えばニッケル電鋳で形成した振動板１０２と、流路板１０１の上面に接合したノズル板１０３とを接合して積層し、これらによって液滴（インク滴）を吐出するノズル１０４が連通する流路であるノズル連通路１０５及び圧力発生室である液室（個別流路）１０６、液室１０６に連通する流体抵抗部１０７、インク供給部（口）１０９を形成し、インク供給部１０９は振動板１０２に形成した開口部１１０を介して共通液室１０８に連通している。

また、振動板１０２を変形させて液室１０６内のインクを加圧するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての２列の積層型圧電素子１２１と、この圧電素子１２１を接合固定するベース基板１２２とを備えている。なお、圧電素子１２１の間には支柱部１２３を設けている。この支柱部１２３は圧電素子部材を分割加工することで圧電素子１２１と同時に形成した部分であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。また、圧電素子１２１には図示しない駆動回路（駆動ＩＣ）を搭載したＦＰＣケーブル１２６を接続している。

そして、振動板１０２の周縁部をフレーム部材１３０に接合し、このフレーム部材１３０には、圧電素子１２１及びベース基板１２２などで構成されるアクチュエータユニットを収納する貫通部１３１及び共通液室１０８となる凹部、この共通液室１０８に外部からインクを供給するためのインク供給穴１３２を形成している。

なお、ノズル板１０３は各液室１０６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル１０４を形成し、流路板１０１に接着剤接合している。このノズル板１０３は、金属部材からなるノズル形成部材の表面に所要の層を介して最表面に撥水層を形成したものである。

圧電素子１２１は、圧電材料１５１と内部電極１５２とを交互に積層した積層型圧電素子（ここではＰＺＴ）である。この圧電素子１２１の交互に異なる端面に引き出された各内部電極１５２には個別電極１５３及び共通電極１５４が接続されている。なお、この実施形態では、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室１０６内インクを加圧する構成としているが、圧電素子１２１の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室１０６内インクを加圧する構成とすることもできる。また、１つの基板１２２に１列の圧電素子１２１が設けられる構造とすることもできる。

このように構成した液体吐出ヘッドヘッドにおいては、例えば圧電素子１２１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１２１が収縮し、振動板１０２が下降して液室１０６の容積が膨張することで、液室１０６内にインクが流入し、その後圧電素子１２１に印加する電圧を上げて圧電素子１２１を積層方向に伸長させ、振動板１０２をノズル１０４方向に変形させて液室１０６の容積／体積を収縮させることにより、液室１０６内の記録液が加圧され、ノズル１０４から記録液の滴が吐出（噴射）される。

そして、圧電素子１２１に印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板１０２が初期位置に復元し、液室１０６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０８から液室１０６内に記録液が充填される。そこで、ノズル１０４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。

また、ここでは圧電型アクチュエータを圧力発生手段に用いる液体吐出ヘッドについて説明しているが、これ以外にも、前述したように、サーマルアクチュエータを備えるヘッド、静電アクチュエータを備えるヘッドなどにも同様に適用することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例について図３１及び図３２を参照して説明する。なお、図３１は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図３２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２１０ｋ、２１０ｃ、２１０ｍ、２１０ｙ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。

このようにこの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ので、高密度化を図ることができて、安定して高画質画像を形成することができる。

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、レジスト、ＤＮＡ試料などを用いる画像形成装置にも適用することができる。さらに、ライン型液体吐出ヘッドやライン型画像形成装置にも適用することができる。

本発明の基本構成の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第１実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第２実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第３実施形態における流路パターンの平面説明図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 本発明の第４実施形態における流路パターンの平面説明図である。 図６のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 本発明の第５実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第６実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第７実施形態における流路パターンの平面説明図である。 図１０のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。 本発明の第８実施形態における流路パターンの平面説明図である。 図１０のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。 本発明の第９実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第１０実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第１１実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第１２実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第１３実施形態における流路パターンの平面説明図である。 図１８のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。 本発明の第１４実施形態における流路パターンの平面説明図である。 図２０のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図である。 本発明の第１５実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第１６実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第１７実施形態における流路パターンの平面説明図である。 本発明の第１８実施形態における流路パターンの平面説明図である。 図２５のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図である。 図２５のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の分解斜視説明図である。 同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の機構部の一例を示す側面説明図である。 同じく要部平面説明図である。 従来の流路パターンの一例を示す平面説明図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ…加圧液室（個別流路）
２、２Ａ、２Ｂ…流体抵抗部
３、３Ａ、３Ｂ…インク供給部
４…液室間の隔壁
５…流体抵抗部間の隔壁
６…ノズル
６Ａ、６Ｂ…ノズル列
１０…肉抜き部
１０６…加圧液室
１０７…流体抵抗部
１０８…共通液室
２３３…キャリッジ
２３４…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）

Claims (2)

1. 液滴を吐出する複数のノズルが連通する各個別液室及びこの個別液室に液体を供給する液室よりも幅の狭い流体抵抗部を含む流路を備え、
   前記個別液室の長手方向の中心軸に対して前記流体抵抗部の長手方向中心軸が斜めに交差する関係で前記個別液室と前記流体抵抗部が設けられ、かつ、前記流路は同じピッチで前記ノズルの並び方向に沿って配列され、
   隣接する前記個別液室間の隔壁の幅と隣接する前記流体抵抗部間の隔壁の幅が同じである
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えて媒体に画像を形成する画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項１に記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。

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