JP5549163B2 - 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し、特に液滴を吐出する液体吐出ヘッド及び同ヘッドを備える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としてインクジェット記録装置などが知られている。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。）を行なうものであり、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。

なお、本願において、液体吐出記録方式の「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、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、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３次元的に造形して形成された像も含まれる。

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。

この画像形成装置については近年、用途が広がるにつれて、小型化や高性能化が求められるようになっている。高性能化とは、具体的には画像形成の高速化、液滴の大きさ、飛行速度などをより厳密にコントロールして高品位な画像を得ることなどである。前記小型化、高速化の要求に対しては、ノズルの数、密度共に増加する傾向にある。それに伴って、各加圧液室間隔は狭くなり、また、高速化のために吐出エネルギー印加の駆動周波数も高くなる傾向にある。

このような高密度化された多数のノズルを備えることが要求される液体吐出ヘッドにあっては、所定の加圧液室に加えた吐出エネルギーによって当該加圧液室の液体に圧力波を生じるとともに、この加圧液室内で生じた圧力変動は圧力波となって、複数の加圧液室に液体を供給する共通流路（以下「共通液室」という。）にも伝播する。

この共通液室に伝播した圧力波が当該液滴を吐出する加圧液室に逆伝播すると、加圧液室の圧力を変動させることになって、メニスカスをコントロールできなくなり、所要の滴速度、滴量（滴体積）で液滴を吐出できなくなり、場合によって滴不吐出を引き起こすことになる。また、共通液室に伝播した圧力波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。さらに、この傾向は液体吐出ヘッドの駆動周波数が高くなるとより顕著になり画像品質が悪化する。これらの現象が液体吐出ヘッドのノズルの高密度化、高駆動周波数化を妨げていた。

そこで、これの圧力波の伝播による吐出異常を防ぐための手段として、共通液室を構成する壁の一部に大きな音響コンプライアンスを持つダンパを設けることで、圧力波の抑制を行うことが一般的に行われている。ダンパの圧力波抑制能力を高めるためにはダンパの面積を大きくすることが有効だが、ダンパの大型化はヘッドの大型化につながってしまう。

そのため、ダンパの大型化を避けながらコンプライアンスを高める方法が求められており、例えば、共通インク室を区画形成している区画壁の一部を、他の部分よりも薄肉に構成してノズル列方向に長尺なダイヤフラム部とし、該ダイヤフラム部の面上にノズル列方向に長尺な島状の梁部を形成するものが知られている（特許文献１）。

また、共通インク室の一方の開口面を封止する弾性体膜の共通インク室の一方の開口面を封止する部分に、外力による塑性変形によって形成した撓みを持たせたものも知られている（特許文献２）。

特開２００８−１７３７８７号公報 特許第３６２０２９３号公報

しかしながら、特許文献１の構成にあっては、ダンパの一部を薄肉化するにあたって、薄くしすぎると製造時の膜厚の不均一性から膜に微細な孔が発生しやすくなり、それによる不良品率が増大してしまうという問題がある。ダンパのコンプライアンスは更に大きくなることが期待されているが、現状でダンパの膜厚は例えば金属の場合で５μｍを下回る範囲まで薄くなっており、更なる薄肉化には限界がある。

また、特許文献２の構成によれば、製造工程内のダンパ材料の熱収縮によって発生する張力を小さくしてダンパのコンプライアンスを大きくするという目的は確かに達成できる。しかしながら、特許文献２に開示の構成は、特定の材料と製造法の組み合わせにより製造され、製造工程内でダンパ部に張力が発生する構成においてのみ有効である。

この点について具体的に説明すると、製造されたヘッドに張力の発生しない、たとえば加熱による処理を行わなかったり、金属のような線膨張係数の小さな材料によってダンパを形成した場合には効果が得られない。また、特許文献２に記載の構成を適用しても、ヘッド内は駆動時、非駆動時共に常時負圧であるため、単純にダンパ全体に撓みがある構成においては、形成された撓み部は常にヘッド内部の液体流路に向けて伸びたままになってしまう。そのため、ダンパが機能を果たすために伸縮をする際には、ダンパは撓みのない平面ダンパと同様に４方向から変位を阻害する方向の張力を受けながら伸縮をすることになる。すなわち、平面ダンパが変位する前から発生している張力が０に近づくようにするものではあるが、ダンパの変位に際して変位を阻害する方向に発生する張力を小さくすることができるものではない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、小さな面積でより大きな圧力波吸収効果が得られ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、
液滴を吐出する複数のノズルと、
前記ノズルが連通する個別流路と、
各個別流路に液体を供給する共通液室と、備え、
前記共通液室の壁面の一部に変形可能な領域部分が設けられ、
前記変形可能な領域部分は、平面領域と、前記平面領域を挟んで複数の撓み領域を有し、
前記複数の撓み領域は前記平面領域の対向する２方向のみに互いに平行になるように配置されている
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、小さな面積でより大きな圧力波吸収効果が得られるようになる。

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、滴吐出性能が安定し、安定した滴吐出を行って高画質画像を形成することができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの第１実施形態をノズル方向から見た平面説明図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 １つのダンパ領域の説明図である。 同じく作用説明に供する図４のＸ１−Ｘ１付近の変形状態を説明する説明図である。 同じく図４のＸ２−Ｘ２付近の変形状態を説明する説明図である。 比較例１のダンパ領域の説明に供する説明図である。 比較例２のダンパ領域の説明に供する説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの第２実施形態の説明に供する１つのダンパ領域の平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの第３実施形態の説明に供する１つのダンパ領域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全体構成図である。 同じく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全体構成図である。

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。まず、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３を参照して説明する。なお、図１は同液体吐出ヘッドをノズル方向から見た平面説明図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図３は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、流路部材（流路板、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が連通路５を介して連通する個別流路（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を介して液体である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）を構成する積層型圧電部材の駆動圧電素子柱１２Ａを接合している。

圧電部材１２には、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駆動圧電素子柱１２Ａと非駆動圧電素子柱１２Ｂを形成している。圧電部材１２は複数個の圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂ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柱は、交互に駆動する駆動圧電素子柱１２Ａと単なる支柱部となる駆動されない非駆動圧電素子柱１２Ｂとなる。支柱部となる非駆動圧電素子柱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３１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３２Ａ、３２Ｂとを交互に積層したものであり、内部電極３２を交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極３３及び共通電極３４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。）である駆動圧電素子柱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。駆動圧電素子柱１２Ａに駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また駆動圧電素子柱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に液体（記録液）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（ノズル配列方向：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の壁面の一部は、振動板部材２で形成し、更に振動板部材２の第１層２ａのみからなる変形可能な領域部分（これを「ダンパ領域」という）２０を設けている。ダンパ領域２０は、フレーム部材１７及び３層構造の振動板部材２で形成される他の壁面よりも剛性が低い。このダンパ領域２０の詳細については後述する。

なお、ダンパ領域２０は、１層ではなく２層としても良いし、あるいはダンパ領域２０のみを振動板部材２と異なる材料で構成しても良い。また、ダンパ領域２０は、例えば金属Ｎｉのような気体の透過性が低い素材で構成されていることが好ましいが、樹脂膜等で形成されていてもよい。気体の透過性の低い材料をダンパ領域２０に用いることにより、ヘッドを長期間利用せずに放置しても液室内部の液体の粘度上昇などが起きにくくなる。

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２の振動領域２Ａ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２の振動領域２Ａをノズル４方向に変形させて加圧液室６の容積を収縮させることにより、加圧液室６内のインクが加圧され、ノズル４からインク滴が吐出（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２の振動領域２Ａ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内にインクが充填される。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。

次に、この液体吐出ヘッドにおけるダンパ領域２０の詳細について図４をも参照して説明する。なお、図４（ａ）は１つのダンパ領域の平面説明図、（ｂ）は正面説明図、（ｃ）は側面説明図である。
このダンパ領域２０は、図４にも示すように、１つの平面領域２１と２つの撓み領域２２で構成されている。

ここで、撓み領域２２はプレスによって形成しても良いし、他の手段、例えばあらかじめ曲面を持った基板上に電解又は無電解のニッケル鍍金で形成してもよい。また、撓み領域２２はその領域の長手方向（Ｙ−Ｙ方向）を互いに平行（略平行を含む）に設けられている。また、撓み領域２２の長手方向は、ダンパ領域２０全体の長辺に対しても略平行に設けられている。また、平面領域２１の面積はできるだけ大きくすることが好ましく、そのためには２つの撓み領域２２、２２はダンパ領域２０の中央付近ではなく両端部に設けられ、さらに撓み領域２２、２２の面積は、変位を確保できる範囲内でできるだけ小さいことが好ましい。

なお、ここでは、撓み領域２２は、平面領域２１を挟んで両側に配置しているが、撓み領域２２、平面領域２１の数はより多くてもコンプライアンスを大きくするための一定の効果を得ることはできる。また、撓み領域２２の長辺同士、撓み領域２２の長辺とダンパ領域２０の長辺がそれぞれ略平行であるとしているが、これらは完全な平行でなくても、１本以上の直線が、ダンパ領域２０の平面領域２１を、撓み領域２２に重なることなく、横断することができる形状であれば、効果は落ちるが本発明の原理上、一定の効果を得ることができる。同様に、撓み領域２２には途切れている部分があっても本発明の効果を得ることができる（図１では途切れているものを図示している。）。

このように構成したダンパ領域２０の作用について図５及び図６を参照して説明する。図５は図４のＸ１−Ｘ１付近の変形状態を説明する説明図、図６は図４のＸ２−Ｘ２付近の変形状態を説明する説明図である。
先ず、図５に示すように、ダンパ領域２０内でダンパとして圧力に応じて変位する平面領域２１の周囲にある２組の対辺のうち、１組の対辺方向（図５のＸ−Ｘ方向の対辺）には、撓み領域２２が伸びきらない範囲内のダンパ変位量であれば、ダンパ機能を阻害する張力が働かず、平面領域２１が受ける張力はＹ−Ｙ方向からのみになる。

そして、ダンパ領域２０の長手方向端部付近である図４のＸ１−Ｘ１付近においては、固定端が近くにあるため、図５（ａ）に示すように例えば０．２ｋＰａの圧力がかかった場合と図５（ｂ）に示すように例えば３ｋＰａの圧力がかかった場合とで大きな差はなく、大きく変位することはできない。これに対して、ダンパ領域２０の長手方向中央部付近である図４のＸ２−Ｘ２付近においては、固定端からも十分に遠く、１組の対辺は自由端として扱えるので、図６（ａ）に示すように例えば０．２ｋＰａの圧力がかかった場合に比べて、図６（ｂ）に示すように例えば３ｋＰａの大きな圧力がかかった場合には大きく変位する。

ここで、比較例について図７及び図８を参照して説明する。なお、符号は説明上実施形態と同一のものを用いる。
図７に示す比較例１は、平面領域のみから構成されたダンパ領域２０を有する例であり、図８に示す比較例２は、全面が予め撓みを持たせたダンパ領域２０を有する例である。これらの比較例１、２にあっては、各図（ａ）の状態から、ヘッドの駆動によりヘッド内の負圧が大きくなり、ダンパ領域２０の変形による圧力波抑制が行われるときに、ダンパ領域２０がわずかでも変形すると、それを阻害する方向に、各図（ｂ）に示すように、断面内方向の張力Ｔが生じるため、結果として、ダンパ領域２０を形成する４辺全てからの張力を受けることでダンパの機能が阻害されてしまうことになる。

つまり、本実施形態によるダンパ領域の構成は、比較例１，２と比較して、張力によるダンパ機能の阻害を受けることが少ないため、より大きな圧力波抑制効果を得ることができる。これにより、ダンパ領域２０の面積を小さくしたままで、高速化、高画質化を行うことが可能となる。

このように、共通液室の壁面を形成する部材の一部に変形可能な領域部分が設けられ、変形可能な領域部分は、平面領域と、平面領域をはさんで複数の撓み領域を有し、撓み領域は、ノズル配列方向で互いに平行に配置されている構成とすることで、小さな面積でより大きな圧力波吸収効果が得られるようになる。

つまり、ダンパとして機能する平面領域を囲む４辺のうち、少なくとも向かい合う二辺が撓みを持つことで自由端として扱えるため、ダンパが圧力を受けて変位するときに、撓みが伸びきらない範囲内で変位する限りにおいて、平面領域は撓みを有した２辺からは張力を受けなくなる。そのため、ダンパの変形時に必ず周囲の４辺から張力を受けて変形が阻害される従前の構成と比較して、大きな構造コンプライアンスを得ることができ、小さな面積のダンパで圧力波を効果的に抑制することができる。それにより、圧力波が画像形成に与える悪影響が抑制される

この効果は、ダンパとして働く平面領域の全面（比較例２）、もしくは平面領域を囲む４辺全てに撓みがある場合には得ることができない（この場合は、変形はするが復元力がなくなりダンパとしての機能を有さなくなる）。すなわち、平面領域を挟んだ、略平行な２つ以上の辺に撓み領域が存在することにより、変位の際に平面領域が平面の状態へと戻ろうとする復元力が生まれることで、得ることができるのである。

また、平面領域が平面に戻ろうとする復元力を有することによって、次のような効果も得られる。たとえば、ダンパ部の中央を含めた全体に撓みが形成される構造（上記比較例２の構造）においては、ヘッド内に常時存在する負圧によってダンパ部は常にヘッドの液体流路内に撓み、その撓みを中心としてダンパとしての伸縮が行われるため、液体流路を狭めて流体抵抗を高める要因になってしまう。これに対し、上記実施形態のように、ダンパ領域となる平面領域の周囲にある一組の向かい合った辺には水平方向の張力が働き、これは上記のように復元力として働くため、平面領域がダンパとしての効果を現すときに、平面領域の両端を結ぶ線上を中心として振動する。これにより、ダンパの中央に撓みが存在する構成と比較して液体の流路を狭めにくくなるのである。

この場合、上述した実施形態のように、複数の撓み領域２２のうち、少なくとも２つがダンパ領域２０と他の領域（振動板部材２の３層構造部分）との境界に隣接する位置に設けられることで、より大きな面積の平面領域が、ダンパとして振動することができるので、ダンパ領域のコンプライアンスをより大きくすることができる。

また、撓み領域２２の長手方向が、ダンパ領域２０の長辺に対して略平行になっていることで、ダンパ領域２０の短辺に対して略平行になっている場合と比較して、より大きな構造のコンプライアンスを得ることができる。

また、平面領域２０は１辺以上の自由端を持つため変形が起きやすく、ダンパとしてより大きな役割を果たすことから、平面領域２１の面積を撓み領域２２の面積よりも大きくすることで、構造のコンプライアンスをより大きくすることができる。

また、平面領域２１を挟んで２つの撓み領域２２、２２が配置されていることで、コンプライアンスの大きな自由端を持つ平面領域２１の面積がより大きくなるため、ダンパ領域２０全体の構造のコンプライアンスをより大きくすることができ、また、ヘッド内負圧によって変形し流路を狭める撓み部が小さくなるので、流体抵抗の増加も防ぐことができる。

また、振動板部材２の一部でダンパ領域２０を形成するなど、共通液室８の壁面を形成する部材とダンパ領域とを単一材料で構成することで、より容易にダンパ領域の組立を行うことができる。また、共通液室８の壁面を形成する部材とダンパ領域２０と金属で構成することによって、高分子材料による膜と比較してガスバリア性が高く、また、高温で長時間放置を行っても非可逆な収縮の起きにくく、構造コンプライアンスを維持しやすいダンパ領域を得ることができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第２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１つのダンパ領域の平面説明図である。
この実施形態においては、ダンパ領域２０上に形成された撓み領域２２を、ダンパ領域２０の長手方向に対して平行でなく斜めになるように配置している。この形状においても、撓みの無い平面領域２１には直線方向の張力がかかっており、また、撓み領域２２と接する２辺は固定されていない自由端となるため、小さな面積でより大きな圧力波吸収効果が得られるようになる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第３実施形態について図１０を参照して説明する。なお、図１０は同実施形態における１つのダンパ領域の平面説明図である。実施形態について説明する。
この実施形態においては、ダンパ領域２０上に形成された撓み領域２２を、ダンパ領域２０の短手方向（長辺方向と直行する方向）に配置し、かつ撓み領域２２と平面領域２１の数を増したものである。このような構成であっても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この場合、図１０に示すように、撓み領域２２間の間隔は一定でなくてもよい。また、前記第１実施形態と比較して、撓み領域２２の面積が小さくなることで、撓み領域２２の形成がしやすくなるという利点がある。

なお、上記液体吐出ヘッドをインクタンクと一体化したカートリッジ一体型ヘッドとして構成することもできる。

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画像形成装置の一例について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１２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、一方のヘッド２３４ａの一方の２列のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方の２列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２列のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方の２列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、１ヘッド当たり４ノズル列配置として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、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、滴吐出性能が向上するので、安定した滴吐出を行って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る本発明に係る画像形成装置の他の例について図１３を参照して説明する。なお、図１３は同装置の機構部全体の概略構成図である。
この画像形成装置は、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等を有し、装置本体４０１の下方側に多数枚の記録媒体（用紙）４０３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４０３を取り込み、搬送機構４０５によって用紙４０３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の側方に装着された排紙トレイ４０６に用紙４０３を排紙する。

また、装置本体４０１に対して着脱可能な両面ユニット４０７を備え、両面印刷を行うときには、一面（表面）印刷終了後、搬送機構４０５によって用紙４０３を逆方向に搬送しながら両面ユニット４０７内に取り込み、反転させて他面（裏面）を印刷可能面として再度搬送機構４０５に送り込み、他面（裏面）印刷終了後排紙トレイ４０６に用紙４０３を排紙する。

ここで、画像形成部４０２は、例えばブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の液滴を吐出する、フルライン型の４個の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド４１１ｋ、４１１ｃ、４１１ｍ、４１１ｙ（色を区別しないときには「記録ヘッド４１１」という。）を備え、各記録ヘッド４１１は液滴を吐出するノズルを形成したノズル面を下方に向けてヘッドホルダ４１３に装着している。

また、各記録ヘッド４１１に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構４１２ｋ、４１２ｄ、４１２ｍ、４１２ｙ（色を区別しないときには「維持回復機構４１２」という。）を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド４１１と維持回復機構４１２とを相対的に移動させて、記録ヘッド４１１のノズル面に維持回復機構４１２を構成するキャッピング部材などを対向させる。

なお、ここでは、記録ヘッド４１１は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、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設けた１又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドに記録液を供給する記録液カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。

給紙トレイ４０４の用紙４０３は、給紙コロ（半月コロ）４２１と図示しない分離パッドによって１枚ずつ分離され装置本体４０１内に給紙され、搬送ガイド部材４２３のガイド面４２３ａに沿ってレジストローラ４２５と搬送ベルト４３３との間に送り込まれ、所定のタイミングでガイド部材４２６を介して搬送機構４０５の搬送ベルト４３３に送り込まれる。

また、搬送ガイド部材４２３には両面ユニット４０７から送り出される用紙４０３を案内するガイド面４２３ｂも形成されている。更に、両面印刷時に搬送機構４０５から戻される用紙４０３を両面ユニット４０７に案内するガイド部材４２７も配置している。

搬送機構４０５は、駆動ローラである搬送ローラ４３１と従動ローラ４３２との間に掛け渡した無端状の搬送ベルト４３３と、この搬送ベルト４３３を帯電させるための帯電ローラ４３４と、画像形成部４０２に対向する部分で搬送ベルト４３３の平面性を維持するプラテン部材４３５と、搬送ベルト４３３から送り出す用紙４０３を搬送ローラ４３１側に押し付ける押さえコロ４３６と、その他図示しないが、搬送ベルト４３３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クリーニングローラなどを有している。

この搬送機構４０５の下流側には、画像が記録された用紙４０３を排紙トレイ４０６に送り出すための排紙ローラ４３８及び拍車４３９を備えている。

このように構成した画像形成装置において、搬送ベルト４３３は矢示方向に周回移動し、高電位の印加電圧が印加される帯電ローラ４３４と接触することで帯電され、この高電位に帯電した搬送ベルト４３３上に用紙４０３が給送されると、用紙４０３は搬送ベルト４３３に静電的に吸着される。このようにして、搬送ベルト４３３に強力に吸着した用紙４０３は反りや凹凸が校正され、高度に平らな面が形成される。

そして、搬送ベルト４３３を周回させて用紙４０３を移動させ、記録ヘッド４１１から液滴を吐出することで、用紙４０３上に所要の画像が形成され、画像が記録された用紙４０３は排紙ローラ４３８によって排紙トレイ４０６に排紙される。

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からなる記録ヘッドを備えているので、滴吐出性能が向上するので、安定した滴吐出を行って高速で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、前述したように、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、また、狭義のインク以外の液体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。

１ 流路板
２ 振動板部材
２ａ 第１層
２ｂ 第２層
２ｃ 第３層
２Ａ 振動領域
２Ｂ 島状凸部
３ ノズル板
４ ノズル
６ 液室
７ 供給路（流体抵抗部）
８ 共通液室
１２ 圧電部材
１２Ａ 駆動圧電素子柱（駆動部）
１２Ｂ 非駆動圧電素子柱（支柱部）
１３ ベース部材
１７ フレーム部材
２０ ダンパ領域（変形可能な領域部分）
２１ 平面領域
２２ 撓み領域
２３３ キャリッジ
２３４ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）

Claims (7)

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個別流路と、
   各個別流路に液体を供給する共通液室と、備え、
   前記共通液室の壁面の一部に変形可能な領域部分が設けられ、
   前記変形可能な領域部分は、平面領域と、前記平面領域を挟んで複数の撓み領域を有し、
   前記複数の撓み領域は前記平面領域の対向する２方向のみに互いに平行になるように配置されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記撓み領域は、前記変形可能な領域部分が変形不可能な領域部分と接する境界に隣接して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記複数の撓み領域は、ノズル配列方向に沿って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. 前記変形可能な領域部分は、前記平面領域の面積が前記複数の撓み領域の面積よりも大きいことを特長とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記変形可能な領域部分は、１つの前記平面領域を挟んで両側にそれぞれ２本の前記撓み領域が設けられてい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. 前記共通液室の壁面を形成する部材が複層構造の振動板部材であり、前記変形可能な領域部分が前記振動板部材の一部の層で形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１ないし６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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