JP4056052B2 - 液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（インク流路、吐出室、圧力室、加圧液室、流路等とも称される。）と、この液室内のインクを加圧するための駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、液室内のインクを加圧する圧力を発生するための駆動手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて、駆動手段の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させて液室内容積／圧力を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のものが知られている。
【０００４】
このインクジェットヘッドは、圧電素子を充放電することで変形させ、圧電素子に当接した振動板を変位させ、振動板が加圧液室の容積を収縮するように変位することで加圧液室内部の圧力が上昇し、インク滴をノズルから吐出させるものであり、インク滴を吐出した後は、加圧液室の容積を膨張させるように振動板に変位を与えるべく、圧電素子を変形させる。
【０００５】
このようなインクジェットヘッドの一例を図２２及び図２３に示している。なお、図２２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図２３は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【０００６】
このインクジェットヘッドは、液室基板２１１とノズル板２１８とを接合して、インク滴を吐出するノズル２１３に連通した加圧液室２１４、加圧液室２１４に連通部２２０を介してインクを供給する共通液室２１９を形成し、加圧液室２１４の壁面の一部を形成する振動板２１６の面外側にベース基板２１２に設けた圧電素子２１７を接合している。
【０００７】
この振動板２１６は、圧電素子２１７の変形に伴い弾性変形するが、圧電素子２１７の変位を効率よく加圧液室２１４の容積変化にするために、振動板２１６は通常、加圧液室２１４を構成する他の面よりも剛性を小さく（＝コンプライアンスを大きく）している。また、共通液室２１９は図示しないインクタンクに接続され、液室基板２１１とベース基板２１２との間には支持部材２２１を設けている。
【０００８】
ここで、圧電素子２１７に図示しない駆動回路から電圧を加えることで圧電素子２１７は変形を生じ、振動板２１６を加圧液室２１４の容積が増加または減少するように変形させる。加圧液室２１４の容積を増加させた場合は加圧液室２１４の内部圧力は減少するので、共通液室２１９から連通部２２０を通ってインクが加圧液室２１４に補充される。
【０００９】
その後に加圧液室２１４の内部圧力を増加させるような駆動を行う。すなわち、加圧液室２１４の容積を減少させるように圧電素子２１７を駆動させた場合は、加圧液室２１４の内部圧力が増加するので、ノズル２１３からインクが押し出されてインク滴２２２となって飛翔し、図示しない記録媒体（紙など）にインク滴が付着することで記録を行うことができる。
【００１０】
このように、振動板を用いたインクジェットヘッドにおけるインク滴の形成は、振動板の変位がその源であり、さらにその駆動源である圧電素子との接合部分の構成は、インクジェットヘッドの特性を左右する重要な要素であるといえる。
【００１１】
そこで、従来のインクジェットヘッドにおいては、特許第３１４７１３２号公報や特許第３０７０６２５号公報等に開示されているように、振動板に圧電素子と接合するための島状凸部を形成することが行われている。
【００１２】
このような従来のインクジェットヘッドの構成について図２４乃至図２７を参照して説明する。なお、図２４は同ヘッドの斜視説明図、図２５は図２４の要部拡大説明図、図２６は他の例の振動板の斜視説明図、図２７は同ヘッドの模式的斜視図である。なお、図２２及び図２３に対応する部分には同一符号を付して説明を簡略化する。
【００１３】
このインクジェットヘッドでは、加圧液室２１４の壁面の一つを形成している振動板２１６には凹部２２３が設けられて薄肉部２２６を形成している。圧電素子２１７が振動板２１６に当接する部分には厚肉部である島状凸部２２４が形成されている。すなわち、薄肉部２２６は厚肉部である島状凸部２２４の全周を均一な厚さで取り巻いている。
【００１４】
圧電素子２１７は加圧液室２１４に対応しており、厚肉部２２５によって圧電素子２１７が当接する島状凸部２２４を隔てている凹部２２３を区画している。なお、図２６の振動板２１６は薄肉部２２６を形成し、その中に厚肉部である島状凸部２２４を形成したものである。
【００１５】
このような島状凸部に圧電素子を当接して圧電素子を駆動することで、駆動した圧電素子の振動が隣接する他の加圧液室に伝播する量が少なくなり、また、圧電素子の変位を効率的に加圧液室の容積変化、すなわち圧力変化へと変換することができる。
【００１６】
一方、島状の凸部を有さず、圧電素子が当接している振動板の厚さが、加圧液室を構成している壁面全体にわたって一様であるヘッドとして、例えば特開２００２−８６７１３号公報や特開２００２−９６４６７５号公報に開示されているものがある。このようなヘッドの一例を図２８に示している。なお、図２２及び図２３に対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘッドにあっては、振動板に形成する島状凸部は、加圧液室を区画する境界から一定の距離を置いて形成する必要があるため、島状凸部の全周にわたって均一な幅の薄肉部を形成しなければならず、製造上、一段高い寸法精度や位置決め精度が要求される。
【００１８】
また、島状凸部の長辺は圧電素子の先端部の長辺よりも長く、さらに薄肉部の間隔も必要とされることから、ヘッド全体を小型化することが困難であるという問題があり、高密度配列への対応が課題となる。しかも、液室内部の容積変化は凸部の寸法と圧電素子の変位量から決まるので、凸部の寸法は高精度にする必要があるが、長い寸法のものを高精度に作製することが難しく、歩留まりが低下し、コストが高くなる。
【００１９】
さらに、平板上振動板のように全面が薄肉部である振動板を用いた場合、薄肉部の面積が大きい振動板を構成要素としている加圧液室は、加圧液室全体としての剛性が小さくなり（＝コンプライアンスが大きくなり）、加圧液室の内部圧力を増加させる際の効率が悪くなるとともに、インク滴噴射時のメニスカスの制御性に劣るという課題もある。
【００２０】
加えて、圧電素子を駆動したときに、島状凸部は、全周の薄肉部で弾性変形による歪みが発生しており、凸部または薄肉部の形成時のバラツキ等の予期せぬ不具合によって起こった応力集中で、振動板が破断するおそれもある。多数の加圧液室をバラツキなく形成するためには、製造工程が煩雑になりかねず、様々な装置の開発が求められ、また、コストの上昇を招くという課題もある。
【００２１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、厚肉部の精度を落とすことができて、歩留まり向上、低コスト化、液室の剛性の向上を図れ、これにより噴射効率の改善、信頼性の向上を図れるようにすることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板は、駆動手段の変位により変形する薄肉部と支持部材に固定されて変形しない第１の厚肉部と駆動手段に固定され駆動手段と共に変位する第２の厚肉部とからなり、液室に対応する薄肉部の領域は第２の厚肉部で液室短手方向に２つに分離され、薄肉部の液室長手方向の長さは液室の長手方向の長さよりも長く、薄肉部は、並列に配置された複数の液室からなる２つの液室列にまたがって形成されている構成とした。
【００２３】
ここで、駆動手段は積層型圧電素子である構成とできる。また、駆動手段は、振動板の法線方向の変位が、ｄ３３方向である圧電素子で構成されている構成とでき、この場合、駆動手段は、液室長手方向の両端部に電界が生じない不活性域を有し、不活性域の少なくとも一方が液室の長手方向の隔壁に振動板を介して接合されている構成とできる。
【００２４】
また、振動板に形成された薄肉部の角部は曲面に形成されている構成とできる。また、厚肉部の一部分の厚さが他の部分より薄い構成とできる。
【００２５】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。まず、本発明を適用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドについて図１乃至図５を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのノズルと液室の千鳥配置を説明する平面説明図、図３は同ヘッドの液室長手方向で図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は図３の要部拡大説明図、図５は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図６は同ヘッドの部分拡大斜視説明図である。
【００２７】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成基板（液室基板）１と、この流路形成基板１の下面に接合した振動板２と、流路形成基板１の上面に接合したノズル板３と、後述するフレーム部材１７（図１では図示省略）を有し、これらによってインク滴を吐出するノズル５が連通する流路（インク液室）である加圧液室６、加圧液室６にインクを流体抵抗部となるインク供給路７を介してインクを供給する共通液室８を形成している。
【００２８】
ここで、ノズル５及び加圧液室６は、図２に示すように、それぞれ２列に配置し（一方のノズル５の列を「ノズル列５Ａ」、他方のノズル５の列を「ノズル列５Ｂ」という）、一方のノズル列５Ａのノズル５及び対応する加圧液室６と、他方のノズル列５Ｂのノズル５及び対応する加圧液室６とは、ノズルピッチの半分だけずらして千鳥状に配置している。したがって、一方のノズル列５Ａのノズル５に対応する他方のノズル列５Ｂでは加圧液室６の隔壁２０が存在することになる。
【００２９】
そして、振動板２の面外側（液室６と反対面側）に各加圧液室６に対応して駆動手段としての積層型圧電素子１２を接合し、この積層型圧電素子１２はベース基板１３に接合して固定している。
【００３０】
この圧電素子１２は、圧電材料層と内部電極とを交互に積層したものである。この場合、圧電素子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。
【００３１】
また、流路形成基板１、振動板２及びノズル板３の外周部をエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７に接着接合し、このフレーム部材１７とベース基板１３とは図示しない部分で接着剤などで相互に固定している。このフレーム部材１７には前述したように共通液室８を形成し、外部から共通液室８にインクを供給するためのインク供給口を形成している。なお、フレーム部材１７は２つの部品に分けているが１つの部品で構成することもできる。
【００３２】
さらに、圧電素子１２には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル１８を接続し、このＦＰＣケーブル１８には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１９を実装している。
【００３３】
ここで、流路形成基板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となる貫通穴、インク供給路７となる溝部をそれぞれ形成している。この場合、各加圧液室６は隔壁２０によって区画している。
【００３４】
振動板２はニッケル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で製造している。この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部２１及び圧電素子１２の一端を当接させて接合するための中央厚肉部２２を形成するとともに、隔壁２０に対応する部分にも周囲厚肉部２３を形成し、平坦面側を流路形成基板１に接着剤接合している。
【００３５】
この振動板２の液室間隔壁２０に対応する周囲厚肉部２３とベース基板１３との間には支持部材２５を介設している。これにより、振動板２とベース基板１３は、圧電素子１２と支持部材２５の両方で連接され、上部の加圧液室６の剛性を保つとともに、圧電素子１２の変形による振動板２の中央厚肉部２２の変位効率を向上させている。なお、この支持部材２５は圧電素子１２と同じ構成とすることができる。
【００３６】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル５を形成し、流路形成基板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、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、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、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。このノズル板３の周囲とフレーム部材１７との間には封止剤２６を充填している。この封止剤２６は接着の役割も兼ねている。
【００３７】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、圧電素子１２に対して選択的に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子１２が積層方向（ｄ３３方向を用いる場合）に変位して振動板２をノズル５方向に変形させ、加圧液室６の容積／体積変化によって加圧液室６内のインクが加圧され、ノズル５からインク滴が吐出（噴射）される。
【００３８】
そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室６内の液圧力が低下し、このときのインク流れの慣性によって加圧液室６内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電素子１２への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板２が元の位置に戻って加圧液室６が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、共通液室８、流体抵抗部であるインク供給路７を経て加圧液室６内にインクが充填される。そこで、ノズル５のインクメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のために圧電素子１２にパルス電圧を印加しインク滴を吐出させる。
【００３９】
そこで、このインクジェットヘッドにおける振動板２の構成の詳細について、まず１つの加圧液室６に対応する部分を例にして図７をも参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的要部拡大斜視説明図である。
先ず、振動板２の第１例について図７を参照して説明すると、振動板２は、薄肉部２１と第２の厚肉部である中央厚肉部２２及び第１の厚肉部である周囲厚肉部２３から構成され、圧電素子１２が当接する（ここでは接合する）中央厚肉部２２によって、薄肉部分は２つの薄肉部２１、２１に領域を分離されている。
【００４０】
中央厚肉部２２は、加圧液室６の長手方向（液室長手方向）に沿って形成し、薄肉部２１は中央厚肉部２２を挟んで対称な位置に、加圧液室６の長手方向に沿って細長く設けている（その範囲を規定した本発明の異なる例については後述する。）。これにより、駆動時における加圧液室６内の圧力変化が対称となって相互干渉を防止することができる。
【００４１】
周囲厚肉部２３は加圧液室６に対して薄肉部２１及び中央厚肉部２２を１つずつ（１チャンネル毎に）区画している厚肉部であり、前述したように支持部材２５を介してベース基板１３と接続している。この周囲厚肉部２３と中央厚肉部２２との厚みは異ならせ、中央厚肉部２２の厚みを周囲厚肉部２３の厚みより薄く形成している。
【００４２】
この振動板２の中央厚肉部２２に圧電素子１２を接合し、前述したように、ドライバＩＣからの駆動信号を与えることで圧電素子１２が伸縮して、加圧液室６の内部圧力を適切に制御することでインク滴が噴射する。このとき、圧電素子１２の変形は、中央厚肉部２２の変形にも用いられることから、効率の低下についての数値シミュレーションを行ったところ、加圧液室６の内部圧力は十分上昇し、加圧液室内部圧力の時間変化も従来のものと比較して、大きな位相変化や圧力変化量の特異点等も見られなかった。
【００４３】
したがって、振動板２への圧電素子１２の当接部分を厚肉化する場合、当接部分をその周囲を薄肉部で取り巻いた島状凸部（図２７の例）にせず、加圧液室６の長手方向に沿って形成した厚肉部２２で薄肉部２１を分離した当接部であっても、良好なインク滴の噴射速度や噴射滴体積などの特性を得ることができる。
【００４４】
そして、従来の島状凸部の形状にした場合に比べて、次のような利点がある。すなわち、これによれば、厚肉部の面積を増加させつつ、振動板の変位量を確保できることになり、加圧液室の剛性を高めて滴噴射の制御性を向上することができる。また、島状凸部を形成しないので、凸部の寸法精度に起因する加圧液室の容積変動量を抑えることができ、特性バラツキが低減する。
【００４５】
すなわち、従来例に比較して、振動板２に形成した薄肉部２１の面積が小さいので、加圧液室６の剛性が高くなる。したがって、固有振動数が大きくなり、より高い周波数での駆動が可能になる。また、圧電素子１２の駆動変位に対する加圧液室６の内部圧力の追随性が向上することにもなり、内部圧力、すなわちインク滴噴射に関する高精度な制御が可能となる。特に、ノズル５を加圧液室６の端部に設置した場合、周囲厚肉部２３があるためにノズル５直下の振動板２の剛性を高くすることができる。
【００４６】
インクジェットヘッドにおいて、圧電素子で駆動する部分以外の構成要素は、印字動作時の振動等、ヘッド外部からの不要な外力の影響を排除するため、できるだけ剛性を高めることが好ましい。したがって、振動板２も、圧電素子１２が当接する部分（中央厚肉部２２）以外の周囲厚肉部２３の厚さはできるだけ厚くすることが好ましい。
【００４７】
次に、振動板２の第２例について図８を参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的要部拡大斜視説明図である。
この例では、振動板２には薄肉部２１と中央厚肉部２２及び周囲厚肉部２３を形成するが、液室長手方向に沿って設けられていて薄肉部２１を分離している中央厚肉部２２の厚さは、チャンネル毎に１つずつ区画している周辺厚肉部２３の厚さと同じにしたものである。
【００４８】
このように構成すれば、振動板２の厚さは薄い部分（薄肉部２１）と厚い部分ところの２種類だけなので、製造工程が簡単になり、コストや精度を大きく向上することができる。
【００４９】
このインクジェットヘッドは、前記実施形態と同様に中央厚肉部２２に圧電素子１２を接合し、ドライバＩＣからの駆動信号に従って伸縮させて、加圧液室６の内部圧力を適切に制御することで、インク滴を噴射する。このとき、圧電素子１２の変位が振動板２の中央厚肉部２２を変形させるので、中央厚肉部２２の剛性は低い、すなわち中央厚肉部２２の厚さは薄い方が圧電素子１２の効率は向上する。しかし、中央厚肉部２２の厚さを薄くすると、周囲厚肉部２３の厚さも薄くなってしまい、ヘッド全体の剛性も小さくなってしまうおそれがあるが、振動板２は流路形成基板１や図示しないフレーム部材１７に接合されているので、その接合部分を強固にすることで、ヘッド全体の剛性の低下は防止できる。
【００５０】
ここで、圧電素子１２について説明すると、圧電素子１２は、振動板２が加圧液室６の内部圧力を増減するように駆動するので、ベース基板１３と振動板２との距離を伸縮するように構成する。低電圧での駆動が好ましいので、前述したように、圧電材料と電極材料を交互に複数積層して形成した積層型圧電素子を用いることが好ましく、その際、圧電方向としてｄ３１とｄ３３のいずれを用いても上述した作用効果を得ることができる。
【００５１】
そこで、特にｄ３３変位を用いた場合の圧電素子長さと厚肉部の長さの関係の第１例について図９を参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的断面説明図である。
ここで、圧電素子３２は圧電層３３と電極層（内部電極）３４とを交互に積層した積層型圧電素子であり、内部電極３３は交互に反対の端面に引き出している。この圧電素子３２においては、内部電極３４、３４で圧電層３３が挟まれた部分（領域）が電界を発生して変位を生じる活性域３５となり、液室長手方向の両端部では一方端面からの内部電極３４のみで他方端面からの内部電極３４が存在しないので、その両端部分は電圧を印加しても変位を生じない不活性域３６、３６となる。
【００５２】
そして、ｄ３３変位を利用する圧電素子３２の一方の不活性域３６は、加圧液室６を区画する隔壁（外壁部を含む）２０に対向した位置に配置している。この場合、圧電素子３２の長さＬｐと中央厚肉部２２の長さＬｓとの関係は、いずれが長くても良い。圧電素子３２の活性域３５の変位は、不活性域３６の近傍では元々小さいので、隔壁２０による圧電素子３２の変位の抑制には大きな影響を与えない。
【００５３】
このように圧電素子３２の一方の不活性域３６のみを隔壁２０で抑制する構成にすることで、圧電素子３２と振動板２の接合時に位置ずれを生じたとしても、振動板２の変位領域のずれが小さくなり、特性のバラツキを抑制することができる。
【００５４】
次に、圧電素子長さと厚肉部の長さの関係の第２例について図１０を参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的断面説明図である。
ここでは、圧電素子３２の各不活性域３６、３６は、加圧液室６を区画する隔壁（外壁部を含む）２０に対向した位置に配置している。この場合、圧電素子３２の長さＬｐは中央厚肉部の長さＬｓよりも長くなる。圧電素子３２の活性域３５の変位は、不活性域３６、３６の近傍では元々小さいので、隔壁２０による圧電素子３２の変位の抑制には大きな影響を与えない。逆に、圧電素子３２の不活性域３６、３６が、ベース基板１３と振動板２を接合する支持部材として働くので、流路形成基板１を強固にすることができ、ヘッド全体の剛性を向上できる。
【００５５】
ここで、圧電素子３２の活性域３５が、加圧液室６を構成／区画する長手方向両側の隔壁２０に対向した位置には存在しないように構成すると、圧電素子３２の駆動時に隔壁２０に変位を与えることがないので、不要な振動変位が加圧液室６に生じることがなく、また、圧電素子３２の変位効率を阻害することもなくなる。
【００５６】
次に、圧電素子長さと厚肉部の長さの関係の第３例について図１１を参照して説明する。
ここでは、圧電素子３２の活性域３５の液室長手方向の長さを振動板２の中央厚肉部２２の液室長手方向の長さよりも短くし、不活性域３６が中央厚肉部２２に対応する領域まで入り込むようにしている。
【００５７】
すなわち、圧電素子３２の各不活性域３６、３６は、加圧液室６を区画する隔壁（外壁部を含む）２０に対向した位置に配置するとともに、活性域３５の変形によって振動板２が変位する領域にも不活性域３６、３６を配している。この場合も、圧電素子３２の長さＬｐは中央厚肉部２２の長さＬｓよりも長くなる。
【００５８】
圧電素子３２の不活性域３５の変位は非常に小さいので、圧電素子３２の不活性域３６、３６が、ベース基板１３と振動板２を接合する支持部材として働き、流路形成基板１を強固にすることができる。その上、圧電素子３２と振動板２の接合時に位置ずれを生じたとしても、加圧液室６の内部から見た圧電素子３２の活性域３５の大きさは変わらないことになり、特性のバラツキを抑制することができる。
【００５９】
次に、圧電素子の幅と厚肉部の幅の関係について図１２を参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的断面説明図である。
ここでは、圧電素子３２が振動板２に当接する部分の、加圧液室６の短手方向の長さ（＝幅Ｗｐ）は、振動板２に設けた中央厚肉部２２の加圧液室６の短手方向の長さ（＝幅Ｗｓ）より長くする。
【００６０】
このように構成することで、圧電素子３２を周囲厚肉部２３に接合する位置が図１２の左右方向に多少ずれても、両者が当接する領域の面積を一定に確保することができるので、特性のバラツキを抑えることができる。
【００６１】
以上は、ノズル列が一列の場合での説明であるので、次に前述したように２つのノズル列５Ａ、５Ｂを有し、ノズル列５Ａ、５Ｂを千鳥状に配置した場合の振動板２の第３例について図１３を参照して説明する。なお、同図は同実施形態の振動板を圧電素子側から見た模式図で、実際には見えない各加圧液室の外形の一部とノズルを破線で示している。また、圧電素子や、以下の説明に不要な構成は省略している（以下、図１７まで同様）。
【００６２】
ここでは、振動板２に設けた薄肉部２１は、その各々を、ノズル列５Ａの加圧液室６とノズル列５Ｂの加圧液室６とで共有している。この場合、ノズル列５Ａの加圧液室６とノズル列５Ｂの加圧液室６は千鳥状配置であるので、両端の加圧液室を除いて、一方のノズル列の加圧液室６に対応する振動板２に設けた薄肉部２１、２１は他方のノズル列の２つの加圧液室６に対応することになる。
【００６３】
このように、２つのノズル列に対応する加圧液室６、６で振動板２の薄肉部２１を共有することにより、振動板２の薄肉部２１の作製が容易になり、厚さの均一な薄肉部２１を形成し易くなり、特性バラツキの少ないヘッドが得られる。
【００６４】
次に、２つのノズル列５Ａ、５Ｂを有し、ノズル列５Ａ、５Ｂを平行配置した場合の振動板２の第４例について図１４を参照して説明する。
ここでは、２つのノズル列５Ａ、５Ｂを有し、ノズル列５Ａ、５Ｂを同じ位置、すなわち、ノズル列方向において各ノズル列５Ａ、５Ｂのノズル位置がノズル列方向と直交する方向で同じである配置にしている。
【００６５】
そして、第３例と同様に、２つのノズル列に対応する加圧液室６、４で振動板２の薄肉部２１を共有している。この場合は、２つのノズル列５Ａ、５Ｂの対応する１つの加圧液室６、６同士で振動板２の薄肉部２１を共有することになる。
【００６６】
前述した千鳥配置のノズルは、通常、画素形成密度を向上させるために用いられるが、図１４の平行配置では、そのような効果は期待できない。ただし、例えば、ノズル列５Ａからノズル列５Ｂへ向かう方向を主走査方向とする場合（ここで、方向を定義しているので、Ａ→ＢでもＢ←Ａでも同様である）、ノズル列間ピッチを適宜選択することで、ノズル列が１つの場合と比較して、同じ印刷速度を達成するのための画素形成周波数を下げることができるため、安定したインク噴射が行えたり、ノズル列が１つのときと液滴形成周波数が同じ場合には、画素形成周波数が２倍になり、高速な印刷が行えることになる。
【００６７】
次に、複数のノズル列５Ａ、５Ｂを有する場合で振動板２の薄肉部を共有しないが、ノズル列５Ａとノズル列５Ｂの間の隔壁に対応する部分を厚肉部とした振動板２の第５例について図１５を参照して説明する。
２つのノズル列５Ａとノズル列５Ｂの間の隔壁は、それぞれのノズル列内での隣接加圧液室間の隔壁２０と同様、振動板２と流路形成基板（ここでは図示を省略している。）を強固に接合するためにも、押え部分は厚肉部となっているほうが好ましい。
【００６８】
そこで、同図に示すように、振動板２の薄肉部２１は共有されてはいないが、共有している状態から、ノズル列５Ａ、５Ｂ間に対応して厚肉部２４を配している。
【００６９】
流路形成基板１と振動板２とを一体に作製せず、別体として作製した後に接着剤等で接合する際には、両者を押し当てる必要がある。このとき、強固な接合を得る場合は、押え部分をしっかりと保持しなければならない。したがって、ノズル列５Ａとノズル列５Ｂの間に対応した位置に厚肉部２４を設けることによって、流路形成基板１と振動板２の接合時にしっかりとした押えを行うことができ、ヘッドとしての性能を確保できる。
【００７０】
次に、薄肉部を加圧液室長さよりも短くした振動板２の第６例について図１６を参照して説明する。
加圧液室６を構成する壁（隔壁２０を含む）の剛性は大きい、すなわち硬い方が好ましい。そこで、同図に示すように、振動板２に設けた薄肉部２１の領域を狭くし、厚肉部２４の領域を広くする。また、上述したように、加圧液室基板１と振動板２との強固な接合のためには、加圧液室６間の隔壁２０に対応する振動板２の部分は厚肉部で形成されているほうが好ましい。
【００７１】
したがって、同図に示すように、振動板２の薄肉部２１を、加圧液室６の長手方向長さよりも短くし、かつ、加圧液室６の振動板領域の内側に位置するように形成する。これにより、加圧液室６と振動板２の接合部の間には厚肉部が必ず存在することになり、液室の剛性を高めると共に十分な接合性を確保できる。
【００７２】
次に、薄肉部の角部を曲面にした振動板２の第７例について図１７を参照して説明する。
圧電素子１２によって振動板２を変形させた場合、振動板２の薄肉部２１と厚肉部２２、２３の境に応力の集中が生じ易く、圧電素子による駆動を繰り返すと、応力が集中した箇所から振動板の破壊が起こってしまうことがある。
【００７３】
そこで、同図（ａ）に示すように、振動板２に形成する薄肉部２１の角部２１ａにＲを設けて曲面に形成する。このようにすれば、振動板２に形成する薄肉部２１の角部２１ａに応力が集中しないように緩和することができ、同図（ｂ）に示すように、薄肉部２１の角部２１ｂでひび割れ２８が発生することを防ぐことができ、ヘッドの耐久性や信頼性が向上する。
【００７４】
次に、振動板２の第８例について図１８を参照して説明する。同図は１チャンネル分の斜視説明図である。
この例では、振動板２は薄肉部２１と中央厚肉部４１及び周囲厚肉部２３から構成されている。加圧液室長手方向に沿って設けられていて薄肉部２１を分離する中央厚肉部４１は、圧電素子１２と当接する領域となっている第１の中央厚肉部（第１厚肉部）４２と、周囲厚肉部２３と連結する第２厚肉部である厚肉連結部４３とを有し、第１の中央厚肉部４１よりも厚肉連結部４３の厚さが薄く、またこの厚肉連結部４３の厚さは厚肉部２３の厚さとも異なった厚さに形成している。
【００７５】
この場合、従来のような島状凸部とは異なり、中央厚肉部４１は均一の厚さである薄肉部２１で全周を取り囲まれてはいない。したがって、圧電素子１２が伸縮駆動する際、振動板２に生じる最大応力を厚肉連結部４３を設けることで小さくしながら、圧電素子１２の効率もできるだけ減少させずに、かつ、加圧液室６全体の剛性も確保することができる。
【００７６】
さらに、振動板２の第９例について図１９を参照して説明する。同図は１チャンネル分の斜視説明図である。
この例では、振動板２の中央厚肉部２２は周囲厚肉部２３と同じ厚さに形成するとともに、加圧液室長手方向で一部分を除去して、分離している薄肉部２１、２１間と同じ厚さの架橋薄肉部２１ａとしている。このように、中央厚肉部２２であった領域をわずかに薄肉部とすることで、圧電素子１２の変形に伴う振動板２の変形を容易にしつつ、加圧液室６のコンプライアンスを確保する。
【００７７】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図２０及び図２１を参照して説明する。なお、図２０は同記録装置の斜視説明図、図２１は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００７８】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【００７９】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図２１で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。
【００８０】
インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００８１】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００８２】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【００８３】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００８４】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【００８５】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはインク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されているので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【００８６】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００８７】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００８８】
このように、このインクジェット記録装置では本発明に係る液滴の噴射特性が向上し、小型で特性のバラツキが少ない液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載するので、高速で、高画質記録を行うことができる。
【００８９】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振動板は、駆動手段の変位により変形する薄肉部と支持部材に固定されて変形しない第１の厚肉部と駆動手段に固定され駆動手段と共に変位する第２の厚肉部とからなり、液室に対応する薄肉部の領域は第２の厚肉部で液室短手方向に２つに分離され、薄肉部の液室長手方向の長さは液室の長手方向の長さよりも長く、薄肉部は、並列に配置された複数の液室からなる２つの液室列にまたがって形成されている構成としたので、厚肉部の精度を落とすことができて、歩留まり向上、低コスト化、液室の剛性の向上を図れ、これにより噴射効率の改善、信頼性の向上を図れるようになる。
【００９２】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したので、高品質の画像を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドの要部平面説明図
【図３】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図４】図３の要部拡大説明図
【図５】同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図
【図６】同ヘッドの要部拡大斜視説明図
【図７】振動板の第１例の説明に供する要部拡大模式的斜視説明図
【図８】振動板の第２例の説明に供する要部拡大模式的斜視説明図
【図９】圧電素子と厚肉部の液室長手方向長さの関係の第１例の説明に供する模式的断面説明図
【図１０】同じく第２例の説明に供する模式的断面説明図
【図１１】同じく第３例の説明に供する模式的断面説明図
【図１２】同じく第４例の説明に供する模式的断面説明図
【図１３】振動板の第３例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１４】振動板の第４例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１５】振動板の第５例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１６】振動板の第６例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１７】振動板の第７例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１８】振動板の第８例の説明に供する要部模式的斜視説明図
【図１９】振動板の第９例の説明に供する要部模式的斜視説明図
【図２０】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図２１】同記録装置の機構部の側面説明図
【図２２】ピエゾ型インクジェットヘッドの説明に供する液室長手方向に沿う模式的断面説明図
【図２３】同じく液室短手方向に沿う模式的断面説明図
【図２４】従来のインクジェットヘッドの説明に供する斜視説明図
【図２５】図２４の要部拡大説明図
【図２６】他の例の振動板の斜視説明図
【図２７】同ヘッドの模式的斜視図
【図２８】従来のインクジェットヘッドの他の例の説明に供する断面説明図
【符号の説明】
１…流路形成基板、２…振動板、３…ノズル板、５…ノズル、５Ａ、５Ｂ…ノズル列、６…加圧液室、７…インク供給路、８…共通液室、１２、３２…圧電素子、１３…ベース基板、１７…フレーム部材、２０…隔壁、２１…薄肉部、２２、４１…中央厚肉部、２３…周囲厚肉部、４２…第１厚肉部、４３…第２厚肉部。
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（インク流路、吐出室、圧力室、加圧液室、流路等とも称される。）と、この液室内のインクを加圧するための駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、液室内のインクを加圧する圧力を発生するための駆動手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて、駆動手段の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させて液室内容積／圧力を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のものが知られている。
【０００４】
このインクジェットヘッドは、圧電素子を充放電することで変形させ、圧電素子に当接した振動板を変位させ、振動板が加圧液室の容積を収縮するように変位することで加圧液室内部の圧力が上昇し、インク滴をノズルから吐出させるものであり、インク滴を吐出した後は、加圧液室の容積を膨張させるように振動板に変位を与えるべく、圧電素子を変形させる。
【０００５】
このようなインクジェットヘッドの一例を図２２及び図２３に示している。なお、図２２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図２３は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【０００６】
このインクジェットヘッドは、液室基板２１１とノズル板２１８とを接合して、インク滴を吐出するノズル２１３に連通した加圧液室２１４、加圧液室２１４に連通部２２０を介してインクを供給する共通液室２１９を形成し、加圧液室２１４の壁面の一部を形成する振動板２１６の面外側にベース基板２１２に設けた圧電素子２１７を接合している。
【０００７】
この振動板２１６は、圧電素子２１７の変形に伴い弾性変形するが、圧電素子２１７の変位を効率よく加圧液室２１４の容積変化にするために、振動板２１６は通常、加圧液室２１４を構成する他の面よりも剛性を小さく（＝コンプライアンスを大きく）している。また、共通液室２１９は図示しないインクタンクに接続され、液室基板２１１とベース基板２１２との間には支持部材２２１を設けている。
【０００８】
ここで、圧電素子２１７に図示しない駆動回路から電圧を加えることで圧電素子２１７は変形を生じ、振動板２１６を加圧液室２１４の容積が増加または減少するように変形させる。加圧液室２１４の容積を増加させた場合は加圧液室２１４の内部圧力は減少するので、共通液室２１９から連通部２２０を通ってインクが加圧液室２１４に補充される。
【０００９】
その後に加圧液室２１４の内部圧力を増加させるような駆動を行う。すなわち、加圧液室２１４の容積を減少させるように圧電素子２１７を駆動させた場合は、加圧液室２１４の内部圧力が増加するので、ノズル２１３からインクが押し出されてインク滴２２２となって飛翔し、図示しない記録媒体（紙など）にインク滴が付着することで記録を行うことができる。
【００１０】
このように、振動板を用いたインクジェットヘッドにおけるインク滴の形成は、振動板の変位がその源であり、さらにその駆動源である圧電素子との接合部分の構成は、インクジェットヘッドの特性を左右する重要な要素であるといえる。
【００１１】
そこで、従来のインクジェットヘッドにおいては、特許第３１４７１３２号公報や特許第３０７０６２５号公報等に開示されているように、振動板に圧電素子と接合するための島状凸部を形成することが行われている。
【００１２】
このような従来のインクジェットヘッドの構成について図２４乃至図２７を参照して説明する。なお、図２４は同ヘッドの斜視説明図、図２５は図２４の要部拡大説明図、図２６は他の例の振動板の斜視説明図、図２７は同ヘッドの模式的斜視図である。なお、図２２及び図２３に対応する部分には同一符号を付して説明を簡略化する。
【００１３】
このインクジェットヘッドでは、加圧液室２１４の壁面の一つを形成している振動板２１６には凹部２２３が設けられて薄肉部２２６を形成している。圧電素子２１７が振動板２１６に当接する部分には厚肉部である島状凸部２２４が形成されている。すなわち、薄肉部２２６は厚肉部である島状凸部２２４の全周を均一な厚さで取り巻いている。
【００１４】
圧電素子２１７は加圧液室２１４に対応しており、厚肉部２２５によって圧電素子２１７が当接する島状凸部２２４を隔てている凹部２２３を区画している。なお、図２６の振動板２１６は薄肉部２２６を形成し、その中に厚肉部である島状凸部２２４を形成したものである。
【００１５】
このような島状凸部に圧電素子を当接して圧電素子を駆動することで、駆動した圧電素子の振動が隣接する他の加圧液室に伝播する量が少なくなり、また、圧電素子の変位を効率的に加圧液室の容積変化、すなわち圧力変化へと変換することができる。
【００１６】
一方、島状の凸部を有さず、圧電素子が当接している振動板の厚さが、加圧液室を構成している壁面全体にわたって一様であるヘッドとして、例えば特開２００２−８６７１３号公報や特開２００２−９６４６７５号公報に開示されているものがある。このようなヘッドの一例を図２８に示している。なお、図２２及び図２３に対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のインクジェットヘッドにあっては、振動板に形成する島状凸部は、加圧液室を区画する境界から一定の距離を置いて形成する必要があるため、島状凸部の全周にわたって均一な幅の薄肉部を形成しなければならず、製造上、一段高い寸法精度や位置決め精度が要求される。
【００１８】
また、島状凸部の長辺は圧電素子の先端部の長辺よりも長く、さらに薄肉部の間隔も必要とされることから、ヘッド全体を小型化することが困難であるという問題があり、高密度配列への対応が課題となる。しかも、液室内部の容積変化は凸部の寸法と圧電素子の変位量から決まるので、凸部の寸法は高精度にする必要があるが、長い寸法のものを高精度に作製することが難しく、歩留まりが低下し、コストが高くなる。
【００１９】
さらに、平板上振動板のように全面が薄肉部である振動板を用いた場合、薄肉部の面積が大きい振動板を構成要素としている加圧液室は、加圧液室全体としての剛性が小さくなり（＝コンプライアンスが大きくなり）、加圧液室の内部圧力を増加させる際の効率が悪くなるとともに、インク滴噴射時のメニスカスの制御性に劣るという課題もある。
【００２０】
加えて、圧電素子を駆動したときに、島状凸部は、全周の薄肉部で弾性変形による歪みが発生しており、凸部または薄肉部の形成時のバラツキ等の予期せぬ不具合によって起こった応力集中で、振動板が破断するおそれもある。多数の加圧液室をバラツキなく形成するためには、製造工程が煩雑になりかねず、様々な装置の開発が求められ、また、コストの上昇を招くという課題もある。
【００２１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、厚肉部の精度を落とすことができて、歩留まり向上、低コスト化、液室の剛性の向上を図れ、これにより噴射効率の改善、信頼性の向上を図れるようにすることを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板は、駆動手段の変位により変形する薄肉部と支持部材に固定されて変形しない第１の厚肉部と駆動手段に固定され駆動手段と共に変位する第２の厚肉部とからなり、液室に対応する薄肉部の領域は第２の厚肉部で液室短手方向に２つに分離され、薄肉部の液室長手方向の長さは液室の長手方向の長さよりも長く、薄肉部は、並列に配置された複数の液室からなる２つの液室列にまたがって形成されている構成とした。
【００２３】
ここで、駆動手段は積層型圧電素子である構成とできる。また、駆動手段は、振動板の法線方向の変位が、ｄ３３方向である圧電素子で構成されている構成とでき、この場合、駆動手段は、液室長手方向の両端部に電界が生じない不活性域を有し、不活性域の少なくとも一方が液室の長手方向の隔壁に振動板を介して接合されている構成とできる。
【００２４】
また、振動板に形成された薄肉部の角部は曲面に形成されている構成とできる。また、厚肉部の一部分の厚さが他の部分より薄い構成とできる。
【００２５】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。まず、本発明を適用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドについて図１乃至図５を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのノズルと液室の千鳥配置を説明する平面説明図、図３は同ヘッドの液室長手方向で図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は図３の要部拡大説明図、図５は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図６は同ヘッドの部分拡大斜視説明図である。
【００２７】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路形成基板（液室基板）１と、この流路形成基板１の下面に接合した振動板２と、流路形成基板１の上面に接合したノズル板３と、後述するフレーム部材１７（図１では図示省略）を有し、これらによってインク滴を吐出するノズル５が連通する流路（インク液室）である加圧液室６、加圧液室６にインクを流体抵抗部となるインク供給路７を介してインクを供給する共通液室８を形成している。
【００２８】
ここで、ノズル５及び加圧液室６は、図２に示すように、それぞれ２列に配置し（一方のノズル５の列を「ノズル列５Ａ」、他方のノズル５の列を「ノズル列５Ｂ」という）、一方のノズル列５Ａのノズル５及び対応する加圧液室６と、他方のノズル列５Ｂのノズル５及び対応する加圧液室６とは、ノズルピッチの半分だけずらして千鳥状に配置している。したがって、一方のノズル列５Ａのノズル５に対応する他方のノズル列５Ｂでは加圧液室６の隔壁２０が存在することになる。
【００２９】
そして、振動板２の面外側（液室６と反対面側）に各加圧液室６に対応して駆動手段としての積層型圧電素子１２を接合し、この積層型圧電素子１２はベース基板１３に接合して固定している。
【００３０】
この圧電素子１２は、圧電材料層と内部電極とを交互に積層したものである。この場合、圧電素子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。
【００３１】
また、流路形成基板１、振動板２及びノズル板３の外周部をエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成したフレーム部材１７に接着接合し、このフレーム部材１７とベース基板１３とは図示しない部分で接着剤などで相互に固定している。このフレーム部材１７には前述したように共通液室８を形成し、外部から共通液室８にインクを供給するためのインク供給口を形成している。なお、フレーム部材１７は２つの部品に分けているが１つの部品で構成することもできる。
【００３２】
さらに、圧電素子１２には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル１８を接続し、このＦＰＣケーブル１８には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）１９を実装している。
【００３３】
ここで、流路形成基板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となる貫通穴、インク供給路７となる溝部をそれぞれ形成している。この場合、各加圧液室６は隔壁２０によって区画している。
【００３４】
振動板２はニッケル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で製造している。この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための薄肉部２１及び圧電素子１２の一端を当接させて接合するための中央厚肉部２２を形成するとともに、隔壁２０に対応する部分にも周囲厚肉部２３を形成し、平坦面側を流路形成基板１に接着剤接合している。
【００３５】
この振動板２の液室間隔壁２０に対応する周囲厚肉部２３とベース基板１３との間には支持部材２５を介設している。これにより、振動板２とベース基板１３は、圧電素子１２と支持部材２５の両方で連接され、上部の加圧液室６の剛性を保つとともに、圧電素子１２の変形による振動板２の中央厚肉部２２の変位効率を向上させている。なお、この支持部材２５は圧電素子１２と同じ構成とすることができる。
【００３６】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル５を形成し、流路形成基板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、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、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、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。このノズル板３の周囲とフレーム部材１７との間には封止剤２６を充填している。この封止剤２６は接着の役割も兼ねている。
【００３７】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、圧電素子１２に対して選択的に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加された圧電素子１２が積層方向（ｄ３３方向を用いる場合）に変位して振動板２をノズル５方向に変形させ、加圧液室６の容積／体積変化によって加圧液室６内のインクが加圧され、ノズル５からインク滴が吐出（噴射）される。
【００３８】
そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室６内の液圧力が低下し、このときのインク流れの慣性によって加圧液室６内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、圧電素子１２への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板２が元の位置に戻って加圧液室６が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、共通液室８、流体抵抗部であるインク供給路７を経て加圧液室６内にインクが充填される。そこで、ノズル５のインクメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のために圧電素子１２にパルス電圧を印加しインク滴を吐出させる。
【００３９】
そこで、このインクジェットヘッドにおける振動板２の構成の詳細について、まず１つの加圧液室６に対応する部分を例にして図７をも参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的要部拡大斜視説明図である。
先ず、振動板２の第１例について図７を参照して説明すると、振動板２は、薄肉部２１と第２の厚肉部である中央厚肉部２２及び第１の厚肉部である周囲厚肉部２３から構成され、圧電素子１２が当接する（ここでは接合する）中央厚肉部２２によって、薄肉部分は２つの薄肉部２１、２１に領域を分離されている。
【００４０】
中央厚肉部２２は、加圧液室６の長手方向（液室長手方向）に沿って形成し、薄肉部２１は中央厚肉部２２を挟んで対称な位置に、加圧液室６の長手方向に沿って細長く設けている（その範囲を規定した本発明の異なる例については後述する。）。これにより、駆動時における加圧液室６内の圧力変化が対称となって相互干渉を防止することができる。
【００４１】
周囲厚肉部２３は加圧液室６に対して薄肉部２１及び中央厚肉部２２を１つずつ（１チャンネル毎に）区画している厚肉部であり、前述したように支持部材２５を介してベース基板１３と接続している。この周囲厚肉部２３と中央厚肉部２２との厚みは異ならせ、中央厚肉部２２の厚みを周囲厚肉部２３の厚みより薄く形成している。
【００４２】
この振動板２の中央厚肉部２２に圧電素子１２を接合し、前述したように、ドライバＩＣからの駆動信号を与えることで圧電素子１２が伸縮して、加圧液室６の内部圧力を適切に制御することでインク滴が噴射する。このとき、圧電素子１２の変形は、中央厚肉部２２の変形にも用いられることから、効率の低下についての数値シミュレーションを行ったところ、加圧液室６の内部圧力は十分上昇し、加圧液室内部圧力の時間変化も従来のものと比較して、大きな位相変化や圧力変化量の特異点等も見られなかった。
【００４３】
したがって、振動板２への圧電素子１２の当接部分を厚肉化する場合、当接部分をその周囲を薄肉部で取り巻いた島状凸部（図２７の例）にせず、加圧液室６の長手方向に沿って形成した厚肉部２２で薄肉部２１を分離した当接部であっても、良好なインク滴の噴射速度や噴射滴体積などの特性を得ることができる。
【００４４】
そして、従来の島状凸部の形状にした場合に比べて、次のような利点がある。すなわち、これによれば、厚肉部の面積を増加させつつ、振動板の変位量を確保できることになり、加圧液室の剛性を高めて滴噴射の制御性を向上することができる。また、島状凸部を形成しないので、凸部の寸法精度に起因する加圧液室の容積変動量を抑えることができ、特性バラツキが低減する。
【００４５】
すなわち、従来例に比較して、振動板２に形成した薄肉部２１の面積が小さいので、加圧液室６の剛性が高くなる。したがって、固有振動数が大きくなり、より高い周波数での駆動が可能になる。また、圧電素子１２の駆動変位に対する加圧液室６の内部圧力の追随性が向上することにもなり、内部圧力、すなわちインク滴噴射に関する高精度な制御が可能となる。特に、ノズル５を加圧液室６の端部に設置した場合、周囲厚肉部２３があるためにノズル５直下の振動板２の剛性を高くすることができる。
【００４６】
インクジェットヘッドにおいて、圧電素子で駆動する部分以外の構成要素は、印字動作時の振動等、ヘッド外部からの不要な外力の影響を排除するため、できるだけ剛性を高めることが好ましい。したがって、振動板２も、圧電素子１２が当接する部分（中央厚肉部２２）以外の周囲厚肉部２３の厚さはできるだけ厚くすることが好ましい。
【００４７】
次に、振動板２の第２例について図８を参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的要部拡大斜視説明図である。
この例では、振動板２には薄肉部２１と中央厚肉部２２及び周囲厚肉部２３を形成するが、液室長手方向に沿って設けられていて薄肉部２１を分離している中央厚肉部２２の厚さは、チャンネル毎に１つずつ区画している周辺厚肉部２３の厚さと同じにしたものである。
【００４８】
このように構成すれば、振動板２の厚さは薄い部分（薄肉部２１）と厚い部分ところの２種類だけなので、製造工程が簡単になり、コストや精度を大きく向上することができる。
【００４９】
このインクジェットヘッドは、前記実施形態と同様に中央厚肉部２２に圧電素子１２を接合し、ドライバＩＣからの駆動信号に従って伸縮させて、加圧液室６の内部圧力を適切に制御することで、インク滴を噴射する。このとき、圧電素子１２の変位が振動板２の中央厚肉部２２を変形させるので、中央厚肉部２２の剛性は低い、すなわち中央厚肉部２２の厚さは薄い方が圧電素子１２の効率は向上する。しかし、中央厚肉部２２の厚さを薄くすると、周囲厚肉部２３の厚さも薄くなってしまい、ヘッド全体の剛性も小さくなってしまうおそれがあるが、振動板２は流路形成基板１や図示しないフレーム部材１７に接合されているので、その接合部分を強固にすることで、ヘッド全体の剛性の低下は防止できる。
【００５０】
ここで、圧電素子１２について説明すると、圧電素子１２は、振動板２が加圧液室６の内部圧力を増減するように駆動するので、ベース基板１３と振動板２との距離を伸縮するように構成する。低電圧での駆動が好ましいので、前述したように、圧電材料と電極材料を交互に複数積層して形成した積層型圧電素子を用いることが好ましく、その際、圧電方向としてｄ３１とｄ３３のいずれを用いても上述した作用効果を得ることができる。
【００５１】
そこで、特にｄ３３変位を用いた場合の圧電素子長さと厚肉部の長さの関係の第１例について図９を参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的断面説明図である。
ここで、圧電素子３２は圧電層３３と電極層（内部電極）３４とを交互に積層した積層型圧電素子であり、内部電極３３は交互に反対の端面に引き出している。この圧電素子３２においては、内部電極３４、３４で圧電層３３が挟まれた部分（領域）が電界を発生して変位を生じる活性域３５となり、液室長手方向の両端部では一方端面からの内部電極３４のみで他方端面からの内部電極３４が存在しないので、その両端部分は電圧を印加しても変位を生じない不活性域３６、３６となる。
【００５２】
そして、ｄ３３変位を利用する圧電素子３２の一方の不活性域３６は、加圧液室６を区画する隔壁（外壁部を含む）２０に対向した位置に配置している。この場合、圧電素子３２の長さＬｐと中央厚肉部２２の長さＬｓとの関係は、いずれが長くても良い。圧電素子３２の活性域３５の変位は、不活性域３６の近傍では元々小さいので、隔壁２０による圧電素子３２の変位の抑制には大きな影響を与えない。
【００５３】
このように圧電素子３２の一方の不活性域３６のみを隔壁２０で抑制する構成にすることで、圧電素子３２と振動板２の接合時に位置ずれを生じたとしても、振動板２の変位領域のずれが小さくなり、特性のバラツキを抑制することができる。
【００５４】
次に、圧電素子長さと厚肉部の長さの関係の第２例について図１０を参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的断面説明図である。
ここでは、圧電素子３２の各不活性域３６、３６は、加圧液室６を区画する隔壁（外壁部を含む）２０に対向した位置に配置している。この場合、圧電素子３２の長さＬｐは中央厚肉部の長さＬｓよりも長くなる。圧電素子３２の活性域３５の変位は、不活性域３６、３６の近傍では元々小さいので、隔壁２０による圧電素子３２の変位の抑制には大きな影響を与えない。逆に、圧電素子３２の不活性域３６、３６が、ベース基板１３と振動板２を接合する支持部材として働くので、流路形成基板１を強固にすることができ、ヘッド全体の剛性を向上できる。
【００５５】
ここで、圧電素子３２の活性域３５が、加圧液室６を構成／区画する長手方向両側の隔壁２０に対向した位置には存在しないように構成すると、圧電素子３２の駆動時に隔壁２０に変位を与えることがないので、不要な振動変位が加圧液室６に生じることがなく、また、圧電素子３２の変位効率を阻害することもなくなる。
【００５６】
次に、圧電素子長さと厚肉部の長さの関係の第３例について図１１を参照して説明する。
ここでは、圧電素子３２の活性域３５の液室長手方向の長さを振動板２の中央厚肉部２２の液室長手方向の長さよりも短くし、不活性域３６が中央厚肉部２２に対応する領域まで入り込むようにしている。
【００５７】
すなわち、圧電素子３２の各不活性域３６、３６は、加圧液室６を区画する隔壁（外壁部を含む）２０に対向した位置に配置するとともに、活性域３５の変形によって振動板２が変位する領域にも不活性域３６、３６を配している。この場合も、圧電素子３２の長さＬｐは中央厚肉部２２の長さＬｓよりも長くなる。
【００５８】
圧電素子３２の不活性域３５の変位は非常に小さいので、圧電素子３２の不活性域３６、３６が、ベース基板１３と振動板２を接合する支持部材として働き、流路形成基板１を強固にすることができる。その上、圧電素子３２と振動板２の接合時に位置ずれを生じたとしても、加圧液室６の内部から見た圧電素子３２の活性域３５の大きさは変わらないことになり、特性のバラツキを抑制することができる。
【００５９】
次に、圧電素子の幅と厚肉部の幅の関係について図１２を参照して説明する。同図は１チャンネル分の模式的断面説明図である。
ここでは、圧電素子３２が振動板２に当接する部分の、加圧液室６の短手方向の長さ（＝幅Ｗｐ）は、振動板２に設けた中央厚肉部２２の加圧液室６の短手方向の長さ（＝幅Ｗｓ）より長くする。
【００６０】
このように構成することで、圧電素子３２を周囲厚肉部２３に接合する位置が図１２の左右方向に多少ずれても、両者が当接する領域の面積を一定に確保することができるので、特性のバラツキを抑えることができる。
【００６１】
以上は、ノズル列が一列の場合での説明であるので、次に前述したように２つのノズル列５Ａ、５Ｂを有し、ノズル列５Ａ、５Ｂを千鳥状に配置した場合の振動板２の第３例について図１３を参照して説明する。なお、同図は同実施形態の振動板を圧電素子側から見た模式図で、実際には見えない各加圧液室の外形の一部とノズルを破線で示している。また、圧電素子や、以下の説明に不要な構成は省略している（以下、図１７まで同様）。
【００６２】
ここでは、振動板２に設けた薄肉部２１は、その各々を、ノズル列５Ａの加圧液室６とノズル列５Ｂの加圧液室６とで共有している。この場合、ノズル列５Ａの加圧液室６とノズル列５Ｂの加圧液室６は千鳥状配置であるので、両端の加圧液室を除いて、一方のノズル列の加圧液室６に対応する振動板２に設けた薄肉部２１、２１は他方のノズル列の２つの加圧液室６に対応することになる。
【００６３】
このように、２つのノズル列に対応する加圧液室６、６で振動板２の薄肉部２１を共有することにより、振動板２の薄肉部２１の作製が容易になり、厚さの均一な薄肉部２１を形成し易くなり、特性バラツキの少ないヘッドが得られる。
【００６４】
次に、２つのノズル列５Ａ、５Ｂを有し、ノズル列５Ａ、５Ｂを平行配置した場合の振動板２の第４例について図１４を参照して説明する。
ここでは、２つのノズル列５Ａ、５Ｂを有し、ノズル列５Ａ、５Ｂを同じ位置、すなわち、ノズル列方向において各ノズル列５Ａ、５Ｂのノズル位置がノズル列方向と直交する方向で同じである配置にしている。
【００６５】
そして、第３例と同様に、２つのノズル列に対応する加圧液室６、４で振動板２の薄肉部２１を共有している。この場合は、２つのノズル列５Ａ、５Ｂの対応する１つの加圧液室６、６同士で振動板２の薄肉部２１を共有することになる。
【００６６】
前述した千鳥配置のノズルは、通常、画素形成密度を向上させるために用いられるが、図１４の平行配置では、そのような効果は期待できない。ただし、例えば、ノズル列５Ａからノズル列５Ｂへ向かう方向を主走査方向とする場合（ここで、方向を定義しているので、Ａ→ＢでもＢ←Ａでも同様である）、ノズル列間ピッチを適宜選択することで、ノズル列が１つの場合と比較して、同じ印刷速度を達成するのための画素形成周波数を下げることができるため、安定したインク噴射が行えたり、ノズル列が１つのときと液滴形成周波数が同じ場合には、画素形成周波数が２倍になり、高速な印刷が行えることになる。
【００６７】
次に、複数のノズル列５Ａ、５Ｂを有する場合で振動板２の薄肉部を共有しないが、ノズル列５Ａとノズル列５Ｂの間の隔壁に対応する部分を厚肉部とした振動板２の第５例について図１５を参照して説明する。
２つのノズル列５Ａとノズル列５Ｂの間の隔壁は、それぞれのノズル列内での隣接加圧液室間の隔壁２０と同様、振動板２と流路形成基板（ここでは図示を省略している。）を強固に接合するためにも、押え部分は厚肉部となっているほうが好ましい。
【００６８】
そこで、同図に示すように、振動板２の薄肉部２１は共有されてはいないが、共有している状態から、ノズル列５Ａ、５Ｂ間に対応して厚肉部２４を配している。
【００６９】
流路形成基板１と振動板２とを一体に作製せず、別体として作製した後に接着剤等で接合する際には、両者を押し当てる必要がある。このとき、強固な接合を得る場合は、押え部分をしっかりと保持しなければならない。したがって、ノズル列５Ａとノズル列５Ｂの間に対応した位置に厚肉部２４を設けることによって、流路形成基板１と振動板２の接合時にしっかりとした押えを行うことができ、ヘッドとしての性能を確保できる。
【００７０】
次に、薄肉部を加圧液室長さよりも短くした振動板２の第６例について図１６を参照して説明する。
加圧液室６を構成する壁（隔壁２０を含む）の剛性は大きい、すなわち硬い方が好ましい。そこで、同図に示すように、振動板２に設けた薄肉部２１の領域を狭くし、厚肉部２４の領域を広くする。また、上述したように、加圧液室基板１と振動板２との強固な接合のためには、加圧液室６間の隔壁２０に対応する振動板２の部分は厚肉部で形成されているほうが好ましい。
【００７１】
したがって、同図に示すように、振動板２の薄肉部２１を、加圧液室６の長手方向長さよりも短くし、かつ、加圧液室６の振動板領域の内側に位置するように形成する。これにより、加圧液室６と振動板２の接合部の間には厚肉部が必ず存在することになり、液室の剛性を高めると共に十分な接合性を確保できる。
【００７２】
次に、薄肉部の角部を曲面にした振動板２の第７例について図１７を参照して説明する。
圧電素子１２によって振動板２を変形させた場合、振動板２の薄肉部２１と厚肉部２２、２３の境に応力の集中が生じ易く、圧電素子による駆動を繰り返すと、応力が集中した箇所から振動板の破壊が起こってしまうことがある。
【００７３】
そこで、同図（ａ）に示すように、振動板２に形成する薄肉部２１の角部２１ａにＲを設けて曲面に形成する。このようにすれば、振動板２に形成する薄肉部２１の角部２１ａに応力が集中しないように緩和することができ、同図（ｂ）に示すように、薄肉部２１の角部２１ｂでひび割れ２８が発生することを防ぐことができ、ヘッドの耐久性や信頼性が向上する。
【００７４】
次に、振動板２の第８例について図１８を参照して説明する。同図は１チャンネル分の斜視説明図である。
この例では、振動板２は薄肉部２１と中央厚肉部４１及び周囲厚肉部２３から構成されている。加圧液室長手方向に沿って設けられていて薄肉部２１を分離する中央厚肉部４１は、圧電素子１２と当接する領域となっている第１の中央厚肉部（第１厚肉部）４２と、周囲厚肉部２３と連結する第２厚肉部である厚肉連結部４３とを有し、第１の中央厚肉部４１よりも厚肉連結部４３の厚さが薄く、またこの厚肉連結部４３の厚さは厚肉部２３の厚さとも異なった厚さに形成している。
【００７５】
この場合、従来のような島状凸部とは異なり、中央厚肉部４１は均一の厚さである薄肉部２１で全周を取り囲まれてはいない。したがって、圧電素子１２が伸縮駆動する際、振動板２に生じる最大応力を厚肉連結部４３を設けることで小さくしながら、圧電素子１２の効率もできるだけ減少させずに、かつ、加圧液室６全体の剛性も確保することができる。
【００７６】
さらに、振動板２の第９例について図１９を参照して説明する。同図は１チャンネル分の斜視説明図である。
この例では、振動板２の中央厚肉部２２は周囲厚肉部２３と同じ厚さに形成するとともに、加圧液室長手方向で一部分を除去して、分離している薄肉部２１、２１間と同じ厚さの架橋薄肉部２１ａとしている。このように、中央厚肉部２２であった領域をわずかに薄肉部とすることで、圧電素子１２の変形に伴う振動板２の変形を容易にしつつ、加圧液室６のコンプライアンスを確保する。
【００７７】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図２０及び図２１を参照して説明する。なお、図２０は同記録装置の斜視説明図、図２１は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００７８】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【００７９】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図２１で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。
【００８０】
インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００８１】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００８２】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【００８３】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００８４】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【００８５】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはインク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されているので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【００８６】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００８７】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００８８】
このように、このインクジェット記録装置では本発明に係る液滴の噴射特性が向上し、小型で特性のバラツキが少ない液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載するので、高速で、高画質記録を行うことができる。
【００８９】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振動板は、駆動手段の変位により変形する薄肉部と支持部材に固定されて変形しない第１の厚肉部と駆動手段に固定され駆動手段と共に変位する第２の厚肉部とからなり、液室に対応する薄肉部の領域は第２の厚肉部で液室短手方向に２つに分離され、薄肉部の液室長手方向の長さは液室の長手方向の長さよりも長く、薄肉部は、並列に配置された複数の液室からなる２つの液室列にまたがって形成されている構成としたので、厚肉部の精度を落とすことができて、歩留まり向上、低コスト化、液室の剛性の向上を図れ、これにより噴射効率の改善、信頼性の向上を図れるようになる。
【００９２】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したので、高品質の画像を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドの要部平面説明図
【図３】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図４】図３の要部拡大説明図
【図５】同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図
【図６】同ヘッドの要部拡大斜視説明図
【図７】振動板の第１例の説明に供する要部拡大模式的斜視説明図
【図８】振動板の第２例の説明に供する要部拡大模式的斜視説明図
【図９】圧電素子と厚肉部の液室長手方向長さの関係の第１例の説明に供する模式的断面説明図
【図１０】同じく第２例の説明に供する模式的断面説明図
【図１１】同じく第３例の説明に供する模式的断面説明図
【図１２】同じく第４例の説明に供する模式的断面説明図
【図１３】振動板の第３例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１４】振動板の第４例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１５】振動板の第５例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１６】振動板の第６例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１７】振動板の第７例の説明に供する要部模式的平面説明図
【図１８】振動板の第８例の説明に供する要部模式的斜視説明図
【図１９】振動板の第９例の説明に供する要部模式的斜視説明図
【図２０】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図
【図２１】同記録装置の機構部の側面説明図
【図２２】ピエゾ型インクジェットヘッドの説明に供する液室長手方向に沿う模式的断面説明図
【図２３】同じく液室短手方向に沿う模式的断面説明図
【図２４】従来のインクジェットヘッドの説明に供する斜視説明図
【図２５】図２４の要部拡大説明図
【図２６】他の例の振動板の斜視説明図
【図２７】同ヘッドの模式的斜視図
【図２８】従来のインクジェットヘッドの他の例の説明に供する断面説明図
【符号の説明】
１…流路形成基板、２…振動板、３…ノズル板、５…ノズル、５Ａ、５Ｂ…ノズル列、６…加圧液室、７…インク供給路、８…共通液室、１２、３２…圧電素子、１３…ベース基板、１７…フレーム部材、２０…隔壁、２１…薄肉部、２２、４１…中央厚肉部、２３…周囲厚肉部、４２…第１厚肉部、４３…第２厚肉部。
Claims (7)
- 液滴を吐出する複数のノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板と、この振動板に一端が当接されて前記液室内の液体を加圧する圧力を発生するための駆動手段と、前記駆動手段の他端が接合されている支持基板と、前記液室の隔壁に対応する位置で前記支持基板と振動板とを連接する支持部材とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記振動板は、前記駆動手段の変位により変形する薄肉部と前記支持部材に固定されて変形しない第１の厚肉部と前記駆動手段に固定され駆動手段と共に変位する第２の厚肉部とからなり、
前記液室に対応する薄肉部の領域は前記第２の厚肉部で液室短手方向に２つに分離され、前記薄肉部の液室長手方向の長さは前記液室の長手方向の長さよりも長く、
前記薄肉部は、並列に配置された複数の前記液室からなる２つの液室列にまたがって形成されている
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動手段は積層型圧電素子であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動手段は、前記振動板の法線方向の変位が、ｄ３３方向である圧電素子で構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動手段は、液室長手方向の両端部に電界が生じない不活性域を有し、前記不活性域の少なくとも一方が前記液室の長手方向の隔壁に振動板を介して接合されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板に形成された薄肉部の角部は曲面に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記厚肉部の一部分の厚さが他の部分より薄いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
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