(57)【要約】      （修正有）【課題】加工上の困難さや歩留まり低下を招くことなく、振動板部材の振動領域の剛性増大を抑制して、高密度配置でも高い駆動効率で安定した滴吐出を行なうことができる液体吐出ヘッドの提供。【解決手段】ノズルが連通する液室６の壁面の一部を形成する振動板部材には、振動領域に対応して駆動柱と連結する第１連結部１１Ａと、液室間隔壁に対応する部分で非駆動柱と接合する第２連結部１１Ｂが設けられ、第１連結部１１Ａは液室長手方向に連続して形成され、第２連結部１１Ｂは液室長手方向の複数箇所に分断領域１１Ｃが形成されている。【選択図】図４
2011183616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルと、
各ノズルが連通する液室と、
各液室の壁面の一部を形成する変形可能な振動領域を有する振動板部材と、
前記振動板部材の振動領域に連結される駆動柱と、
前記振動板部材の前記液室間の隔壁に対応する部分に連結される支持柱と、を備え、
前記振動板部材には、前記振動領域に前記駆動柱と接合される第１連結部が、前記液室間の隔壁に対応する部分に前記支持柱と接合される第２連結部が設けられ、
前記第１連結部は、液室長手方向に連続的に形成され、
前記第２連結部は、前記液室間隔壁の液室配列方向幅よりも広く、液室長手方向に分断されて形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
１つの前記液室の液室配列方向両側に液室間隔壁に対応する２つの前記第２連結部は、液室長手方向で少なくとも１つの分断領域が異なる位置に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。
【請求項３】
液滴を吐出する複数のノズルと、
各ノズルが連通する液室と、
各液室の壁面の一部を形成する変形可能な振動領域を有する振動板部材と、
前記振動板部材の振動領域に連結される駆動柱と、
前記振動板部材の前記液室間の隔壁に対応する部分に連結される支持柱と、を備え、
前記振動板部材には、前記振動領域に前記駆動柱と接合される第１連結部が、前記液室間の隔壁に対応する部分に前記支持柱と接合される第２連結部が設けられ、
前記第１連結部は、液室長手方向に連続的に形成され、
１つの前記液室の両側の隔壁に対応する２つの前記第２連結部の少なくとも一方は、前記液室間隔壁の液室配列方向幅よりも広く、液室長手方向に分断されて形成されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特に振動板部材を有する液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（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。
【０００３】
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。
【０００４】
従来の液体吐出ヘッドとしては、液室内の液体であるインクを加圧し圧力を発生するための圧力発生手段としての圧電体、例えば、圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子を用いた圧電アクチュエータを備え、積層型圧電素子のｄ３３またはｄ３１方向の変位で液室の壁面を形成する振動板部材の変形可能な振動領域を変形させ、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型ヘッドが知られている。
【０００５】
このような積層型圧電素子を用いた液体吐出ヘッドの特徴としては、振動板部材を高周波数で駆動することができるため、個別の液滴を集合体として着弾させることも可能であり、小滴から大滴までの吐出を制御することが可能であるため、高速、高画質での印刷が可能である。
【０００６】
ところで、更なる高速、高画質印刷を目指した画像形成装置を実現するためには、液滴を吐出するノズルを高密度に配置することが求められているが、積層型圧電素子を用いたヘッドの高密度化においては、滴吐出を行うために振動板部材の振動領域（ダイアフラム部）を変位させたときに、隣接する液室まで圧力変動が伝播し、隣接する液室が滴吐出を行なうときに滴吐出が不安定になったり、隣接する液室が滴吐出を行なわない場合にノズルから液垂れを生じるなどの所謂相互干渉が問題となる。
【０００７】
そこで、従来から圧電部材に駆動信号を印加する柱状の圧電素子（駆動柱）と駆動信号を印加しないで支持部材とする柱状の圧電素子（非駆動柱：支持柱）とを交互に配置して、非駆動柱で液室間の隔壁を支持する構成が知られている（特許文献１）。この場合、駆動柱と非駆動柱は積層型圧電部材に溝加工を施して滴吐出のために液室を加圧する駆動柱と液室を構成する流路板の隔壁に対向する位置に配置される支持柱としての非駆動柱とに使い分けられる。
【０００８】
この場合、振動板部材には、駆動柱と接合して連結する第１連結部、非駆動柱と接合して連結する第２連結部がそれぞれ設けられる。そして、第２連結部の液室配列方向（短手方向）の幅は液室間隔壁の短手方向の幅よりも広くすることで、振動板部材と流路部材（液室部材）とを接合するときに、第２連結部と液室間隔壁の位置ずれが生じた場合でも振動領域の短手方向の幅が変化しないようにしている。
【０００９】
このように、第２連結部の短手方向の幅と液室間隔壁の短手方向の幅の差（マージン）が必要であることから、液室の高密度配置が進むと、振動板部材の振動領域の幅が狭くなり、剛性が高くなる。振動領域の剛性が高くなると、駆動効率が低下することになる。
【００１０】
そこで、例えば、振動板部材の駆動柱との接合面及び反対側の面（液室面）に凹部を形成することで、振動領域の剛性を下げることが行なわれている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２９２８６４号公報
【特許文献２】特開２００５−１０４０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述特許文献２に開示されているように、振動板部材の駆動柱との接合面及び反対側の面（液室面）に凹部を形成することは、振動板部材の加工が難しくなり、歩留まりが低下するという課題がある。
【００１３】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、加工上の困難さや歩留まり低下を招くことなく、振動板部材の振動領域の剛性増大を抑制して、高密度配置でも高い駆動効率で安定した滴吐出を行なうことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、
各ノズルが連通する液室と、
各液室の壁面の一部を形成する変形可能な振動領域を有する振動板部材と、
前記振動板部材の振動領域に連結される駆動柱と、
前記振動板部材の前記液室間の隔壁に対応する部分に連結される支持柱と、を備え、
前記振動板部材には、前記振動領域に前記駆動柱と接合される第１連結部が、前記液室間の隔壁に対応する部分に前記支持柱と接合される第２連結部が設けられ、
前記第１連結部は、液室長手方向に連続的に形成され、
前記第２連結部は、前記液室間隔壁の液室配列方向幅よりも広く、液室長手方向に分断されて形成されている
構成とした。
【００１５】
ここで、１つの前記液室の液室配列方向両側に液室間隔壁に対応する２つの前記第２連結部は、液室長手方向で少なくとも１つの分断領域が異なる位置に設けられている構成とできる。
【００１６】
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、
各ノズルが連通する液室と、
各液室の壁面の一部を形成する変形可能な振動領域を有する振動板部材と、
前記振動板部材の振動領域に連結される駆動柱と、
前記振動板部材の前記液室間の隔壁に対応する部分に連結される支持柱と、を備え、
前記振動板部材には、前記振動領域に前記駆動柱と接合される第１連結部が、前記液室間の隔壁に対応する部分に前記支持柱と接合される第２連結部が設けられ、
前記第１連結部は、液室長手方向に連続的に形成され、
１つの前記液室の両側の隔壁に対応する２つの前記第２連結部の少なくとも一方は、前記液室間隔壁の液室配列方向幅よりも広く、液室長手方向に分断されて形成されている
構成とした。
【００１７】
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ているものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、振動板部材には、振動領域に駆動柱と接合される第１連結部が、液室間の隔壁に対応する部分に支持柱と接合される第２連結部が設けられ、第１連結部は、液室長手方向に連続的に形成され、第２連結部は、液室間隔壁の液室配列方向幅よりも広く、液室長手方向に分断されて形成されている構成としたので、加工上の困難さや歩留まり低下を招くことなく、ノズルを高密度配置した場合でも、振動板部材の振動領域の剛性増大を抑えて、高い駆動効率で安定した滴吐出を行なうことができる。
【００１９】
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、振動板部材には、振動領域に駆動柱と接合される第１連結部が、液室間の隔壁に対応する部分に支持柱と接合される第２連結部が設けられ、第１連結部は、液室長手方向に連続的に形成され、１つの液室の両側の隔壁に対応する２つの第２連結部の少なくとも一方は、液室間隔壁の液室配列方向幅よりも広く、液室長手方向に分断されて形成されている構成としたので、加工上の困難さや歩留まり低下を招くことなく、ノズルを高密度配置した場合でも、振動板部材の振動領域の剛性増大を抑えて、高い駆動効率で安定した滴吐出を行なうことができる。
【００２０】
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、安定した滴吐出を行なって高画質画像を形成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視斜視説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。
【図３】同１のＢ−Ｂ線に沿う一例の断面説明図である。
【図４】同ヘッドにおける振動板部材の詳細な説明に供する流路部分を透過状態で示す要部平面説明図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。
【図６】図４のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態におけるヘッドの流路部分を透過状態で示す要部平面説明図である。
【図８】比較例におけるヘッドの流路部分を透過状態で示す要部平面説明図である。
【図９】図８のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
【図１０】実施形態の数値シミュレーション結果の説明に供する説明図である。
【図１１】同じく数値シミュレーション結果に基づく滴吐出速度の説明に供する説明図である。
【図１２】本発明の第３実施形態におけるヘッドの流路部分を透過状態で示す要部平面説明図である。
【図１３】数値シミュレーション結果の説明に供する説明図である。
【図１４】本発明の第４実施形態におけるヘッドの流路部分を透過状態で示す要部平面説明図である。
【図１５】具体的な実施例の数値シミュレーション結果の説明に供する説明図である。
【図１６】本発明に係る画像形成装置の機構部の一例を示す概略構成図である。
【図１７】同機構部の要部平面説明図である。
【図１８】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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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は同ヘッドの外観斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向：図１のＡ−Ａ線）に沿う断面説明図、図３は同ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向：図１のＢ−Ｂ線）に沿う断面説明図である。
【００２３】
この液体吐出ヘッドは、ＳＵＳ基板などで形成した流路板（流路部材、流路基板、液室基板などとも称される。）１と、この流路板１の下面に接合した振動板を形成する振動板部材２と、流路板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を吐出する複数のノズル４がそれぞれ連通する個別流路としての複数の液室（加圧液室、圧力室、加圧室、流路などとも称される。）６、液室６にインクを供給する供給路を兼ねた流体抵抗部７、この流体抵抗部７を介して液室６と連通する連通部８を形成し、連通部８に振動板部材２に形成した供給口９を介して後述するフレーム部材１７に形成した共通液室１０からインクを供給する。
【００２４】
流路板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（プレス）などの機械加工することで、加圧液室６、流体抵抗部７などの開口をそれぞれ形成している。なお、流路板１は、例えば単結晶シリコン基板をエッチングして形成することなどもできる。
【００２５】
振動板部材２は、第１層２Ａと第２層２Ｂとで形成されて、第１層２Ａで薄肉部を形成し、第１層２Ａ及び第２層２Ｂで厚肉部を形成している。そして、この振動板部材２は、各液室６に対応してその壁面を形成する第１層２Ａで形成された各振動領域（ダイアフラム部）２ａを有し、この振動領域２ａの中に、面外側（液室６と反対面側）に第１層２Ａ及び第２層２Ｂの厚肉部で形成された島状凸部である第１連結部１１Ａが設けられ、また、液室間隔壁６Ａに対応する部分に同様に厚肉部で形成された第２連結部１１Ｂが設けられている。
【００２６】
そして、この振動板部材２の液室と反対側に、第１連結部１１Ａに連結されて振動領域２ａ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１００を配置している。
【００２７】
この圧電アクチュエータ１００は、ベース部材１３上に接着剤接合した複数（ここでは２つとする）の積層型圧電部材１２を有し、圧電部材１２にはハーフカットダイシングによって溝加工して１つの圧電部材１２に対して所要数の圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。なお、圧電部材１２の圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電素子柱を駆動圧電素子柱（駆動柱）１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支持柱として使用する圧電素子柱を非駆動圧電素子柱（非駆動柱）１２Ｂとして区別している。
【００２８】
そして、駆動柱１２Ａの上端面（接合面）を振動板部材２の第１連結部１１Ａに接合して連結している。また、非駆動柱１２Ｂの上端面は液室間隔壁６Ａに対応する位置で振動板部材２の第２連結部１１Ｂに接合している。
【００２９】
ここで、圧電部材１２は、圧電材料層２１と内部電極２２Ａ、２２Ｂとを交互に積層したものであり、内部電極２２Ａ、２２Ｂをそれぞれ端面、即ち圧電部材１２の振動板部材２に略垂直な側面（積層方向に沿う面）に引き出して、この側面に形成された端面電極である個別外部電極２３、共通外部電極２４に接続し、外部電極２３、２４間に電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。なお、共通外部電極２４は内部電極を通じて個別外部電極２３側の端面であって、圧電部材１２の端部に引出されている。
【００３０】
また、圧電部材１２には駆動圧電素子柱１２Ａに駆動信号を与えるための可撓性を有する給電部材（配線部材）としてのフレキシブル配線基板であるＦＰＣ１５が接続されている。ＦＰＣ１５には、駆動圧電素子柱１２Ａに駆動波形を与えるドライバＩＣ（駆動回路）１６が搭載されている。
【００３１】
なお、ここでは、上述したように、圧電部材１２の圧電素子柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電素子柱を駆動柱１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支持柱として使用する圧電素子柱を非駆動柱１２Ｂとして、駆動柱１２Ａと非駆動柱１２Ｂとを交互に使用するバイピッチ構成としている。
【００３２】
ノズル板３は、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）で製造している。このノズル板３には各液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板１に接着剤で接合している。そして、このノズル板３の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面）には撥水層を設けている。
【００３３】
さらに、これらの圧電素子１２、ベース部材１３及びＦＰＣ１５などで構成される圧電アクチュエータ１００の外周側には、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を接合している。そして、このフレーム部材１７には前述した共通液室１０を形成し、更に共通液室１０に外部からインクを供給するための供給口を形成し、この供給口１９は更に図示しないサブタンクやインクカートリッジなどのインク供給源に接続される。
【００３４】
このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば押し打ち方式で駆動する場合には、図示しない制御部から記録する画像に応じて駆動柱１２Ａに２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を選択的に印加することによって、パルス電圧が印加された駆動柱１２Ａが変位して振動板部材２の振動領域２ａをノズル板３方向に変形させ、液室６の容積（体積）変化によって液室６内の液体を加圧することで、ノズル板３のノズル４から液滴が吐出される。そして、液滴の吐出に伴って液室６内の圧力が低下し、このときの液流れの慣性によって液室６内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、駆動柱１２Ａへの電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板部材２が元の位置に戻って液室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１０から液室６内にインクが充填され、次の駆動パルスの印加に応じて液滴がノズル４から吐出される。
【００３５】
なお、液体吐出ヘッドは、上記の押し打ち以外にも、引き打ち方式（振動板部材２の振動領域２ａを引いた状態から開放して復元力で加圧する方式）、引き−押し打ち方式（振動板部材２の振動領域２ａを中間位置で保持しておき、この位置から引いた後、押出す方式）などの方式で駆動することもできる。
【００３６】
そこで、この液体吐出ヘッドにおける振動板部材の詳細について図４ないし図６を参照して説明する。なお、図４は同ヘッドの流路部分を透過状態で示す要部平面説明図、図５は図４のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、図６は図４のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。また、図４では振動板部材の第１層は省略している。
振動板部材２は、前述したように駆動柱１２Ａと接合して連結する第１連結部１１Ａと、液室間隔壁６Ａに対応する部分で非駆動柱１２Ｂと接合して連結する第２連結部１１Ｂとを有している。
【００３７】
ここで、第１連結部１１Ａは、液室長手方向に連続的に形成されている。一方、第２連結部１１Ｂは、液室間隔壁６Ａの液室配列方向幅よりも広く（ＲＷ＞ＫＷ）、液室長手方向に複数箇所（この例では３箇所）に分断領域１１Ｃが設けられて形成されている。この第２の連結部１１Ｂが分断領域１１Ｃを有することで、この分断領域１１Ｃは非駆動柱１２Ｂに連結されない。
【００３８】
これにより、振動板部材２の振動領域２ａの短手方向の幅ＤＷは、第２連結部１１Ｂが設けられている部分では幅ＤＷ１となり、分断領域１１Ｃが設けられた部分ではＤＷ２となって、分断領域１１Ｃを設けた部分で振動領域２ａの幅が広くなる（ＤＷ２＞ＤＷ１）。
【００３９】
このように、第２連結部１１Ｂの分断領域１１Ｃで振動領域２ａの幅が広がることで、その部分の剛性が低くなり、振動領域２ａ全体の剛性が下がる。その結果、振動板領域２ａ全体の変形量が増加し、駆動効率が向上する。また、駆動柱１２Ａによる駆動変位は、振動領域２ａの剛性が下がることにより液室間隔壁６Ａに伝わりにくくなり、相互干渉も低減する。
【００４０】
一方、振動領域２ａの幅方向は液室間隔壁６Ａではなく、第２連結部１１Ｂにより規制されるため、流路板１と振動板部材２の接合時に位置ズレが多少生じたとしても、振動領域の中心に常に第１連結部１１Ａが存在するため変位量を安定させることができる。
【００４１】
なお、第１連結部１１Ａは、第２連結部１１Ｂと異なり連続的に形成する必要がある。これは、途中に分断領域があると、駆動柱１２Ａから振動領域２ａへの変位伝達効率が低下し、このため液滴吐出効率が低下してしまうためである。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態について図７を参照して説明する。なお、図７は同実施形態におけるヘッドの流路部分を透過状態で示す要部平面説明図である。
ここでは、振動板部材２の第２連結部１１Ｂの分断領域１１Ｃを一箇所とした例である。このような構成であっても第２連結部１１Ｂを圧電素子柱１２Ｂで支えることにより、同様の効果を有することができる。このとき、相互干渉をより抑えるためには、駆動部である第１連結部１１Ａの端部と支持部である第２連結部１１Ｂとは液室配列方向に重なる構成とすることが好ましい。
【００４３】
ここで、本発明による効果を説明するため、比較例について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は比較例におけるヘッドの流路部分を透過状態で示す要部平面説明図、図９は図８のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。
この比較例では、第２連結部分１１Ｂは長手方向で分断されない連続形状で形成されている。
【００４４】
この場合、前述したように、高密度化を図るためには液室間隔壁６Ａの幅ＫＷと液室６の幅ＬＷを共に狭くしていく必要があるが、これによって液室６の幅ＬＷが狭くなると、振動板部材２の振動領域の幅ＤＷも狭くなる。振動板部材２の厚さは工法的に薄膜化は限界があるため、幅ＤＷが狭くなることで、振動領域２ａの剛性は高くなりやすい。
【００４５】
一方、非駆動柱１１Ｂと液室間隔壁６ａを接続する第２連結部１１Ｂの幅ＲＷは、隔壁６Ａの幅ＫＷよりも広く取る必要がある。これは、振動板部材２と流路板１とを接合するとき、短手方向で位置ずれが発生した場合、隔壁６Ａが振動領域２ａに載ることで、振動板領域２ａの剛性が変化することを防ぐためである。すなわち、隔壁６Ａがずれても第２連結部１１Ｂ上（幅ＲＷの領域上）に載っていれば、振動板領域２ａの剛性は変わらない。
【００４６】
そのため、こうした接合ずれに対するマージンとして、一般にＲＷ＞ＫＷとされている。このマージンの値（ＲＷ−ＫＷ）は、ノズル高密度化で全体が縮小しても、接合精度が改善されない限り変えることができない。例えば、液室幅を半分にしても、（ＲＷ−ＫＷ）の値は半分にできないことから、相対的に振動領域２ａの幅ＤＷの値は更に小さくなり、振動板領域２ａの剛性は益々高くなり、駆動効率が低下することになる。
【００４７】
これに対して、上記実施形態のように、第２連結部１１Ｂに分断領域１１Ｃを設けることで、振動板領域２ａの幅を部分的に広くして剛性を下げることができて、駆動効率の低下を防止できるのである。
【００４８】
以上の効果を、数値シミュレーションにより確認した結果を図１０に示している。同図では、第２連結部１１Ｂの長手方向長さＬＡ（図４参照）に対し、分断領域１１Ｃの長さの合計（図４のＬＣ１＋ＬＣ２＋ＬＣ３）の比率をパラメータとしている。そして、各比率について分断領域１１Ｃの数に対する液室圧力をシミュレーションにより確認している。
【００４９】
まず、上述した比較例の場合、分断領域１１Ｃが全く無いため比率０％となる。逆に、第２連結部１１Ｂが全く無い場合は比率１００％となる。比率０％では１点（ｂ０点）であり、比率１００％でも１点（図示しないが、結果は０．４２［Ｍｐａ］であった。）である。
【００５０】
これに対し、本発明による場合、比率１０％は線ａ１０で、比率２０％は線ａ２０で、比率３０％は線ａ３０で、比率４０％は線ａ４０で、比率５０％は線ａ５０で、比率６０％は線ａ６０で、比率７０％は線ａ７０で、比率８０％は線ａ８０で、それぞれ示す液室圧力が得られた。
【００５１】
ここで、液室圧力が高いほど駆動柱１２Ａの変位が効率的に振動領域２ａに伝達されたことになるので、図１０の結果から、本発明では比較例の比率０％、１００％よりも全体的に高い液室圧力が得られ、駆動効率ひいては滴吐出効率が向上することが分かる。
【００５２】
上記の図１０に示す結果から実際にノズルから吐出される液滴の吐出速度を算出した結果を図１１に示している（線ａ１０〜ａ８０、ｂ０は図１０と同じ意味）。これは、比較例では８ｍ／ｓの吐出速度である場合、圧力変化からどの程度吐出速度が変化するか算出したものである。この図１１から、本発明を適用した場合、最大で１８％程度（比較例：８．００ｍ／ｓ、本発明：９．４６ｍ／ｓ）、吐出効率が改善されることが分かる。
【００５３】
なお、図１０及び図１１の結果から、分断領域１１Ｃは概ね２〜４箇所とするのが良いが、これに限るものではない。また、第２連結部１１Ｂの全長に対する分断領域の合計長の比率は、４０〜６０％程度が好ましいが、この限りではない。
【００５４】
次に、本発明の第３実施形態について図１２を参照して説明する。なお、図１２は同実施形態におけるヘッドの流路部分を透過状態で示す要部平面説明図である。
ここでは、１つの液室６の両側の液室隔壁６Ａに対応する２つの第２連結部１１Ｂ１、１１Ｂ２は、液室長手方向に関し非対称である構成としている。つまり、２つの第２連結部１１Ｂ１、１１Ｂ２は、液室長手方向で分断領域１１Ｃが異なる位置に設けられている構成としている。具体的には、第２連結部１１Ｂ１、１１Ｂ２の分断領域１１Ｃを液室長手方向で千鳥状にずらして配置しており、非対称となっている。
【００５５】
このように、１つの液室６の両側の液室隔壁６Ａに対応する２つの第２連結部１１Ｂ１、１１Ｂ２の分断領域１１Ｃを液室長手方向で異なる位置に設けることにより、振動領域２ａの幅ＤＷが第２連結部１１Ｂ１、１１Ｂ２の両方によって狭くなる領域が減少するため、剛性をより下げられるととともに、液室長手方向全域にわたり非駆動柱１２Ｂとの連結領域が存在することから、相互干渉をより低減することができる。
【００５６】
これを数値シミュレーション解析で確認した結果を図１３に示している。前述した図１０と同様、液室圧力で評価している。図１３において、横軸のシフト量は、図１２でどの一方の第２連結部１１Ｂ１の分断領域１１Ｃが他方の第２連結部１１Ｂ２の分断領域１１Ｃに対して液室長手方向でどの程度ずれたかを表し、１００％の場合、一方の第１連結部１１Ｂ１の液室長手方向中央位置が他方の第２連結部１１Ｂ２の分断領域１１Ｃの同方向中央までずれた場合、０％は全くずれていない場合を示している。なお、ここでは図１０におけるａ４０の場合で評価している。
【００５７】
この図１３の結果から、千鳥状にずらしたほうが液室圧力が高くなる、即ち吐出効率が向上することが分かる。
【００５８】
なお、上記各実施形態において、１つの液室６の両側の液室隔壁６Ａに対応する２つの第２連結部１１Ｂ１、１１Ｂ２に設ける分断領域１１Ｃの数は同一である必要はない。
【００５９】
次に、本発明の第４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ヘッドの流路部分を透過状態で示す要部平面説明図である。
ここでは、１つの液室６の両側の液室隔壁６Ａに対応する２つの第２連結部１１Ｂ１、１１Ｂ２のうち、一方の第１連結部１１Ｂ１は分断領域１１Ｃを設けないで連続形状とし、他方の第２連結部１１Ｂ２は複数（この例では３箇所）の分断領域１１Ｃを設けたものである。
【００６０】
このように構成しても前記実施形態と同様な効果を得ることができる。つまり、振動板部材には、振動領域に駆動柱と接合される第１連結部が、液室間の隔壁に対応する部分に支持柱と接合される第２連結部が設けられ、第１連結部は、液室長手方向に連続的に形成され、１つの液室の両側の隔壁に対応する２つの第２連結部の少なくとも一方は、液室間隔壁の液室配列方向幅よりも広く、液室長手方向に分断されて形成されている構成とすることで、加工上の困難さや歩留まり低下を招くことなく、ノズルを高密度配置した場合でも、振動板部材の振動領域の剛性増大を抑えて、高い駆動効率で安定した滴吐出を行なうことができる。
【００６１】
なお、上記各実施形態において支持柱は駆動柱と同様に圧電部材で形成しているが、別途支持柱部材を設ける構成とすることもできる。
【００６２】
＜実施例１＞
次に、前記第１実施形態の効果を数値シミュレーション解析により確認した結果を図１５に実施例１として示している。
ここでは、図５に示す構造にて、液室６の長手方向長さ１２００μｍ、分断領域１１の数（分割数）を７、第２連結部１１Ｂの短手方向幅ＲＷを１２０μｍとした実施例１と、同じ液室寸法にて分断領域１１Ｃの数を０とした（連続形状とした）比較例を比較している。第２連結部１１Ｂの長手方向長さＬＡ（図４参照）に対し、分断領域１１Ｃの長さの合計（図４のＬＣ１＋ＬＣ２＋ＬＣ３）の比率は３０％（ａ３０）とした。
【００６３】
評価項目として、吐出効率と相互干渉を採用した。吐出効率に関しては前述したと同様に液室圧力により評価を行った。また、相互干渉に関しては、次のとおり、相互干渉抑制指数を定義して評価した。
相互干渉抑制指数＝液室圧力／加圧液室基板の変位量
【００６４】
一般に、液室圧力が高くなれば、流路板（加圧液室基板）１が突き上げられ変位量が増す。これが相互干渉の原因となる。相互干渉を抑えるためには、高い液室圧力で吐出効率を確保しつつ、流路板の変位は少ないほうが良い。相互干渉抑制指数は、同一の液室変位量で、どの程度の圧力を確保できるかを示す値であり、値は値が高い方が特性が良い。支持柱による流路板の支持が不十分の場合、この値は悪くなりやすい。
【００６５】
図１５の結果から、比較例と実施例では相互干渉特性は殆ど変わらないが、液室圧力は実施例の方が値が大きい。即ち、相互干渉特性を劣化させることなく、吐出効率を向上できることが判る。
【００６６】
＜実施例２＞
前記第３実施形態の効果を数値シミュレーション解析により確認した結果を図１５に実施例２として示している。
ここでは、実施例１（千鳥配置なし）と、実施例１の構成で液室６の一方の第２連結部１１Ｂの分断領域１１Ｃを他方の第２連結部１１Ｂの分断領域１１Ｃに対して液室長手方向に１００％ずらして分断領域１１Ｃを千鳥状とした実施例２（千鳥配置あり）とを比較している。
【００６７】
この図１５の結果から、千鳥配置なしの実施例１よりも千鳥配置とした実施例２の場合の方が吐出効率も相互干渉も改善され、ともに比較例、実施例１よりも良い特性となっている。即ち、千鳥配置をとることによって、より特性改善の効果が確認できる。
【００６８】
＜実施例３、４＞
ここでは、実施例１の構成であって、駆動柱１２Ａと支持柱１２Ｂを同じ圧電部材に溝加工を施して形成したもの（前記各実施形態のもの）を実施例３とし、駆動柱１２Ａと支持柱１２Ｂとを別部材としたものを実施例４とした（振動板部材の第２連結部の構成は同じ）。これについて、ヘッドの全ノズルから同時に液滴を吐出させたときに滴吐出速度を確認した。
【００６９】
その結果、実施例３、実施例４のいずれの構成でも、ヘッドの吐出速度が上昇し、吐出効率の改善は確認されるが、実施例３のヘッドでは全てのノズルでほぼ均一な滴速度であったのに対し、実施例４のヘッドでは、複数のノズルで液吐出速度の低下が発生した。
【００７０】
このことは、実施例３のヘッドよりも実施例４のヘッドの方が、支持柱加工（振動板部材２と支持柱１２Ｂもしくは支持柱１２とベース部材１３の接合加工）での不良発生率が高くなることを意味する。したがって、駆動柱と支持柱とは同じ圧電部材に溝加工を施して形成する方が製造時の不良発生率が低くなり、より容易に加工できる。
【００７１】
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１６及び図１７を参照して説明する。なお、図１６は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１７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。
【００７２】
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ユニット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。
【００７３】
記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有する液体吐出ヘッド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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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、記録ヘッドとしてノズルを高密度で配置した高密度ヘッドを用いて、高速で、高画質画像を形成することができる。
【００８６】
つまり、上記実施形態に係る液体吐出ヘッドと比較例に係る液体吐出ヘッドをそれぞれプリンタに搭載して印字試験を行ったところ、比較例によるヘッドを搭載したプリンタでは、一部のチャートで白スジ発生といった不良画質が発生したが、上記実施形態に係るヘッドを搭載したプリンタでは不良画質を発生することの無い、良好な結果が得られた。
【００８７】
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１８を参照して説明する。なお、図１８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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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、４１２ｃ、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。
【００９１】
なお、ここでは、記録ヘッド４１１は、用紙搬送方向上流側から、ブランク、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インクを供給する液体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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、記録ヘッドとしてノズルを高密度で配置した高密度ヘッドを用いて、高速で、高画質画像を形成することができる。
【００９９】
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、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。
【符号の説明】
【０１００】
１  流路板（流路部材）
２  振動板部材
２Ａ  第１層
２Ｂ  第２層
２Ｃ  第１層
２Ｄ  第２層
２Ｅ  第３層
２ａ  振動領域（ダイアフラム部）
２ｂ  第１凸部（島状凸部）
２ｃ  第２凸部
２ｄ  第３凸部
３  ノズル板
４  ノズル
６  液室
１０  共通液室
１２  圧電部材
１２Ａ  駆動圧電素子柱
１２Ｂ  非駆動圧電素子柱
１３  ベース部材
１５  ＦＰＣ（配線部材）
１００  圧電アクチュエータ
２３３  キャリッジ
２３４ａ、２３４ｂ  記録ヘッド
４１１ｋ、４１１ｃ、４１１ｍ、４１１ｙ  記録ヘッド
【図１】
2011183616.tif 000003
【図２】
2011183616.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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