(57)【要約】      （修正有）【課題】高密度ノズル化した液滴吐出ヘッドにおいて、吐出効率及び画像品質を改善できる液滴吐出ヘッド等を提供する。【解決手段】画像形成に用いられる記録液の液滴を吐出する複数のノズルを含むノズル板と、各ノズルと連通する加圧液室を複数形成する流路板と、加圧液室の一壁面を構成するとともにダイアフラム部が配置された振動板３と、加圧液室を加圧するエネルギーを発生する圧電素子とを備えた液滴吐出ヘッドであって、ダイアフラム部５１は、圧電素子と当接してエネルギーを加圧液室に伝達するアイランド部５１ｂと、アイランド部５１ｂの周囲に、加圧液室に対応する部分の変形を容易にする第１の薄肉部５１ｃ、５１ｄと、を有し、アイランド部５１ｂには、圧電素子と当接せず、かつ、ノズルの配列方向と直交する方向に、平行に伸びるスリット状の第２の薄肉部５１ｅが設けられる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、画像形成に用いられる記録液の液滴を吐出する複数のノズルを含むノズル板と、前記ノズルのそれぞれと連通する加圧液室を複数形成する流路板と、前記加圧液室の一壁面を構成するとともに、ダイアフラム部が配置された振動板と、前記加圧液室を加圧するエネルギーを発生する圧電素子と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、
前記ダイアフラム部は、
前記圧電素子と当接して前記エネルギーを前記加圧液室に伝達するアイランド部と、
前記アイランド部の周囲に、前記加圧液室に対応する部分の変形を容易にする第１の薄肉部と、を有し、
前記アイランド部には、
前記圧電素子と当接せず、かつ、前記ノズルの配列方向と直交する方向に、平行に伸びるスリット状の第２の薄肉部が設けられたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記スリット状の第２の薄肉部がアイランド部全長にわたって形成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第２の薄肉部によって分離された前記アイランド部のうち最外縁に位置する厚肉部は、前記圧電素子と接する面が外縁方向に前記圧電素子から遠ざかる方向に傾斜したことを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記厚肉部が、前記圧電素子の駆動時に当該圧電素子に押下されて、前記ノズルの配列方向と直交する方向から見て当該ノズルの配列方向に傾斜し、前記最外縁に位置する厚肉部の前記加圧液室側底面が前記ダイアフラム部の外縁方向に変位することで、前記第１の薄肉部が収縮して剛性が低下するとともに、前記第２の薄肉部が伸張し剛性が増加することを特徴とする請求項３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第２の薄肉部によって分離された前記アイランド部のうち最外縁に位置する厚肉部は、前記圧電素子に接着されていないことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記第２の薄肉部は、前記第１の薄肉部と同一の肉厚を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記第２の薄肉部は、前記第１の薄肉部と同一面上に配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
前記振動板は、２層以上の電鋳ニッケルからなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第２の薄肉部に対応するスリットにおいて、前記圧電素子側開口部の幅が、前記加圧液室側開口部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記液滴吐出ヘッドを構成する振動板の形成工程として、
第１のレジスト膜を基板上に塗布する工程と、
第１の光学マスクを用いて前記第１のレジスト膜を露光し、第１の膜変質部を形成する工程と、
前記第１のレジスト膜上に第２のレジスト膜を塗布する工程と、
第２の光学マスクを用いて前記第２のレジスト膜を露光し、第２の膜変質部を形成する工程と、
前記第１のレジスト膜及び前記第２のレジスト膜に対して、前記第１のレジスト部及び前記第２のレジスト部以外を除去する工程と、
前記基板上に、前記第１のレジスト膜の膜厚より厚く、かつ、前記第１のレジスト膜と前記第２のレジスト膜を合わせた膜厚より薄く、ニッケル電鋳層を形成する工程と、
前記第１のレジスト部及び前記第２のレジスト部を除去する工程と、を有し、
前記第１のレジスト部は、少なくとも前記第１の薄肉部と前記第２の薄肉部に対応し、
前記第２のレジスト部は、少なくとも前記第２の薄肉部に対応することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成に用いられる記録液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、画像形成装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。
【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、画像形成に用いられる記録液の液滴（例えばインク滴）を吐出する液滴吐出ヘッド（液体吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた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、インクジェット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、インクジェット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、インクジェット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】
近年の液滴吐出ヘッドにおいては、ノズルを高密度化し、ヘッド数を増やすことなく高画質化を実現する技術が既に知られている。しかし、今までの高密度ノズルヘッドでは、ノズル配列方向の振動板ダイアフラム薄肉部幅の確保が難しくなり、振動板の変位を稼ぐことが困難であることによる吐出効率の低下、また圧力室（加圧液室）を区画する隔壁幅が減少してクロストーク増大による吐出効率の低下及び画像品質の低下という問題があった。また、従来より比較的大量に液滴を吐出した直後の圧力室内の残留圧力振動が、次滴の吐出速度や方向に影響を与え、それに因ると考えられるスジ・ムラが印字画像に発生し、画像品質が低下するという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、インクジェットヘッドの高応答性と高安定性を得る目的で、圧力室内に吐出時の圧力によって弾性変形可能な薄肉部を設け、薄肉部と対向する領域に対向壁を設けて薄肉部が対向壁に当接する構成が開示されている。この構成では、インク吐出後は圧力室の剛性が低くなり残留圧力振動を緩和させつつも、インク吐出時には圧力室の剛性が低下せずインク吐出効率を低下させないようにはできる。しかし、上述したノズル高密度化による吐出効率低下という問題は解消できていない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高密度ノズル化した液滴吐出ヘッドにおいて、振動板の変位を拡大するとともに、クロストークや圧力室内残留振動を抑えることにより、吐出効率及び画像品質を改善できる液滴吐出ヘッド、画像形成装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、本発明の液滴吐出ヘッドは、少なくとも、画像形成に用いられる記録液の液滴を吐出する複数のノズルを含むノズル板と、ノズルのそれぞれと連通する加圧液室を複数形成する流路板と、加圧液室の一壁面を構成するとともに、ダイアフラム部が配置された振動板と、加圧液室を加圧するエネルギーを発生する圧電素子と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、ダイアフラム部は、圧電素子と当接してエネルギーを加圧液室に伝達するアイランド部と、アイランド部の周囲に、加圧液室に対応する部分の変形を容易にする第１の薄肉部と、を有し、アイランド部には、圧電素子と当接せず、かつ、ノズルの配列方向と直交する方向に、平行に伸びるスリット状の第２の薄肉部が設けられたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の画像形成装置は、上記本発明の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法であって、液滴吐出ヘッドを構成する振動板の形成工程として、第１のレジスト膜を基板上に塗布する工程と、第１の光学マスクを用いて第１のレジスト膜を露光し、第１の膜変質部を形成する工程と、第１のレジスト膜上に第２のレジスト膜を塗布する工程と、第２の光学マスクを用いて第２のレジスト膜を露光し、第２の膜変質部を形成する工程と、第１のレジスト膜及び第２のレジスト膜に対して、第１のレジスト部及び第２のレジスト部以外を除去する工程と、基板上に、第１のレジスト膜の膜厚より厚く、かつ、第１のレジスト膜と第２のレジスト膜を合わせた膜厚より薄く、ニッケル電鋳層を形成する工程と、第１のレジスト部及び第２のレジスト部を除去する工程と、を有し、第１のレジスト部は、少なくとも第１の薄肉部と第２の薄肉部に対応し、第２のレジスト部は、少なくとも第２の薄肉部に対応することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高密度ノズル化した液滴吐出ヘッドにおいて、振動板の変位を拡大するとともに、クロストークや圧力室内残留振動を抑えて、吐出効率及び画像品質を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの液室構造について説明する分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドの液室構造について説明する液室長手方向断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッド（バイピッチ構造の場合）の液室構造について説明する液室短手方向断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッド（ノーマルピッチ構造の場合）の液室構造について説明する液室短手方向断面図である。
【図５】従来技術の液滴吐出ヘッドを構成する振動板のノズル面方向平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る液滴吐出ヘッドを構成する振動板のノズル面方向平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る振動板のダイアフラム部の断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る振動板のダイアフラム部の挙動時の遷移を説明する断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る振動板のダイアフラム部の形成工程の遷移を説明する断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る振動板のダイアフラム部の別形状を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る振動板のダイアフラム部の別形状を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る振動板のダイアフラム部の別形状を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の機構部の要部平面説明図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の機構部全体の概略構成図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の記録ヘッドの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（実施形態）について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
まず、本発明の概要について説明する。本発明は、振動板のダイアフラム部のうち、圧電素子と当接する厚肉部(アイランド)の一部に、ノズル配列方向と直交する方向にスリット状の第２の薄肉部を設けた液室構成にすることを特徴とする。この特徴により、第２の薄肉部の弾性変形によって個別液室内圧力変動や、隣接ノズルとのクロストークを吸収する効果が得られ、吐出効率及び画像品質を改善できる。また、本発明は、第２の薄肉部によって仕切られた厚肉部群のうち最外縁の位置にあるものは、圧電素子と接する面が外縁方向に下がるように傾斜し、その傾斜による変動量は圧電素子の駆動変位量以上とすることを特徴とする。
この特徴により、上記最外縁の厚肉部が、圧電素子駆動時に圧電素子に押されて傾斜し、厚肉部の圧力室側底面がダイアフラム外縁方向に変位するので、第１の薄肉部領域を十分に確保できない高密度ヘッドにおいても第１の薄肉部が緩んで圧電素子の変位を制限することがなくなるので、圧電素子本来の変位量で厚肉部を変位させることができる。同時に、第２の薄肉部は引っ張られて剛性が増加するので、厚肉部内に設けたとしても吐出効率が低下することはない。このような本発明の特徴について、以下、図面を参照しながら詳細に解説する。
【００１４】
本実施形態の液滴吐出ヘッドの一例について図１〜図４を参照して説明する。図１は、本実施形態の液滴吐出ヘッドの分解斜視説明図、図２は本実施形態の液滴吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３はバイピッチ構造にした場合の、本実施形態の液滴吐出ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図４はノーマルピッチ構造にした場合の、本実施形態の液滴吐出ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【００１５】
本実施形態の液体吐出ヘッドは、例えばシリコン部材からなる流路形成部材である流路板１と、この流路板１の上面に接合したノズル形成部材である金属部材からなるノズル板２と、この流路板１の下面に接合した金属部材からなる振動板３とを有し、これらによって液滴（画像形成に用いられる記録液の液滴。例えばインク滴）を吐出するノズル４が連通路５を介して連通する加圧液室６（圧力室。単に「液室」ともいう）、流体抵抗部７、この流体抵抗部７を介して液室６と連通する導入部８を形成し、導入部８に振動板３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から記録液（例えばインク）を供給する。
【００１６】
そして、液室６の壁面を形成する振動板３の面外側（液室６と反対面側）に、各加圧液室６に対応して、振動板３に形成したアイランド部を介して駆動素子（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての積層型圧電素子１２（単に「圧電素子」ともいう）の上端面を接合している。また、積層型圧電素子１２の下端面はベース部材１３に接合している。
【００１７】
ここで、圧電素子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をそれぞれ端面に引き出して端面電極（外部電極）２３ａ、２３ｂに接続し、端面電極２３ａ、２３ｂに電圧を印加することで積層方向の変位を生じる。
【００１８】
そして、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１５を接続する。このＦＰＣケーブル１５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図示しない駆動回路（ドライバＩＣ）を実装する。
【００１９】
なお、液室短手方向（ノズル４の並び方向）では、図３に示すように、圧電素子１２と支柱部１２Ａを交互に配置したバイピッチ構造とすることもできるし、あるいは、図４に示すように、支柱部１２を設けないノーマルピッチ構造とすることもできる。
【００２０】
本実施形態の液滴吐出ヘッドでは、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて液室６内インクを加圧する構成とし、さらに、液滴の吐出方向が液室６での記録液の流れ方向と異なるサイドシュータ方式で液滴を吐出させる構成としている。サイドシュータ方式とすることで、圧電素子１２の大きさが略ヘッドの大きさとなり、圧電素子１２の小型化を直接ヘッドの小型化に結びつけることができ、ヘッドの小型化を図り易いが、本発明はこの形態に限るものではない。
【００２１】
さらに、これらの圧電素子１２、ベース部材１３及びＦＰＣ１５などで構成されるアクチュエータ部の外周側には、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。
【００２２】
そして、このフレーム部材１７には上記共通液室１０を形成するとともに、この共通液室１０に外部から記録液を供給するための供給口１９を形成し、この供給口１９はさらに図示しないサブタンクや記録液カートリッジなどの記録液供給源に接続される。
【００２３】
ここで、流路板１は、シリコンの異方性エッチングにより、連通路５となる貫通穴、加圧液室６、流体抵抗部７、連通部８などを構成する溝部をそれぞれ形成している。なお、加圧液室６はそれぞれ隔壁６ａにて隔てられている。
【００２４】
ノズル板２は、ニッケル（Ｎｉ）電鋳でノズル４となるノズル孔を形成している。このノズル板２のノズル４は、例えば直径１０〜３５μｍの孔で形成され、流路板１に接着剤接合している。そして、このノズル板２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）には撥水処理を施している。
【００２５】
振動板３は、ニッケル電鋳（例えば２層以上）で形成している。図５に示すように、この振動板３には、ダイアフラム部５１が設けられている。ダイアフラム部５１は、加圧液室６に対応する部分の変形を容易にするための第１の薄肉部５１ｃ、５１ｄと、中央部には圧電素子１２と接合するためのアイランド部５１ｂとを有する。第１の薄肉部５１ｃ、５１ｄは、ノズル４が形成された方向（ノズル面方向）から見てアイランド部５１ｂを包含する。なお、図５に示すダイアフラム部５１の構成は、従来技術で用いられるものである。本実施形態では、図５に示す構成において、アイランド部５１ｂに第２の薄肉部を設ける構成とする。これについては図６を用いて後述する。
【００２６】
圧電素子１２は、積層型圧電素子部材をベース部材１３の接合した後、ダイシングソーなどによって溝加工を施すことによって分割して形成したものである。前述した図３のバイピッチ構造をとるときの支柱部１２Ａは、溝加工によって形成される圧電素子部材であるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱として機能するだけである。
【００２７】
以上のように構成された本実施形態の液滴吐出ヘッドは、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複数の圧電素子１２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圧電素子１２が変位して振動板３をノズル板２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２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、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内に記録液が充填され、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。
【００２８】
ここで、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおけるダイアフラム部５１の例について、図６〜図８を参照して説明する。
【００２９】
図６は、振動板３を圧電素子接合面方向から見た平面図である。図６に示すように、本実施形態では、振動板３上にノズル配列方向に配置されたダイアフラム部５１において、圧電素子１２と当接するアイランド部５１ｂ内に、圧電素子１２と当接せず、かつ、ノズル配列方向と直交する方向にアイランド部５１ｂ全長にわたって平行に伸びるスリット状の、第２の薄肉部５１ｅを設けている。このような第２の薄肉部５１ｅを形成することにより図８に示すように駆動前後は第２の薄肉部５１ｅが撓んで、効率よく液室６内の圧力変動を減衰することができる。これにより隣接ノズルとのクロストークも抑制することができる。一方で駆動中は圧電素子１２の変位により第２の薄肉部５１ｅには引っ張る方向にテンションがかかるため剛性があがり厚肉部とほぼ同様の効果を示す。これにより駆動中は厚肉部で形成した場合と同等の吐出効率を達成するとともに、駆動前後では液室６内に面する薄肉部面積を稼いで速やかに圧力変動を減衰することができる。
【００３０】
また、この第２の薄肉部５１ｅによって仕切られたアイランド部５１のうち最外縁位置にある（スリット状の第２の薄肉部の両外側にある）厚肉部５１fは、図７に示すように、圧電素子１２と接する面が外縁方向に下がるように傾斜させることが好ましい。このように傾斜させることで図８に示すように、駆動時に厚肉部５１ｆが外方向に傾斜し第２薄肉部をより効率的に引き伸ばすことができるために第２薄肉部の剛性をより高めることができる。また合わせて、第１の薄肉部は収縮する方向に変位することになるため、第１の薄肉部の幅が十分にとれないような高密度ノズルヘッドにおいても、第１の薄肉部で圧電素子の駆動を阻害することがない。具体的に第１の薄肉部と厚肉部のみの構成では、第１の薄肉部領域が狭いと圧電素子の変位分だけ第１の薄肉部が伸びることができず、圧電素子は十分に変位することができない。これに対し、このような傾斜構成があれば駆動時に厚肉部５１ｆが傾くことにより第１の薄肉部が撓み、その撓み分が伸びる分だけ圧電素子の変位をより大きく許容できる。これにより高密度ノズルヘッドにおいても十分な吐出効率を得ることができる。
【００３１】
このとき、圧電素子１２と振動板３はアイランド部５１ｂとの接着により接合保持されており、圧電素子１２と厚肉部５１fは接着されていないことが好ましい。先端が接着されていたとしても接着点を支点に変形して上記の効果を奏するが、非接着で圧電素子上を摺動できるような構成とすることでより厚肉部５１fを動きやすくでき、上記効果を高めることができる。
【００３２】
また、第１の薄肉部５１ｃ、５１ｄと第２の薄肉部５１ｅとの肉厚は優先される特性により差をもたせればよく、圧力変動抑制を優先するならば第２の薄肉部５１ｅを第１の薄肉部５１ｃ、５１ｄよりも薄く、吐出効率向上を優先するならば厚く形成すればよい。しかし、好ましくは第２の薄肉部５１ｅは、第１の薄肉部５１ｃ、５１ｄと同一の肉厚で形成し、第２の薄肉部５１ｅは、第１の薄肉部５１ｃ、５１ｄと同一面上に配置することがよい。このように形成することで第１の薄肉部５１ｃ、５１ｄと第２の薄肉部５１ｅを同一工程で形成することが可能となり、通常の振動板と同等のコストで形成することができる。
【００３３】
また、第２の薄肉部５１ｅに対応するスリットにおいて、圧電素子１２側の開口部の幅が、加圧液室６側の開口部の幅よりも小さくすることが好ましい。このようにすることで、圧電素子との接合面積を広く確保し薄肉部面積を広く確保したまま厚肉部の剛性を高めることができる。
【００３４】
図８は、本実施形態における、吐出前後のダイアフラム部５１の挙動を説明する断面図である。図８では、圧電素子１２の駆動前、駆動中、駆動直後のそれぞれにおけるダイアフラム部５１の挙動を示している。なお、図８において、ダイアフラム部５１を構成する各部については図示を省略しているが、図７に示す図示と同様である。
【００３５】
まず、図示はしていないが、例えば図５に示した従来技術のダイアフラム部５１の挙動について説明する。図５に示す振動板３の構成では、圧電素子１２がその駆動変位量８０ａだけノズル面方向に変位することで、加圧液室６が加圧される。このような、圧電素子１２によりダイアフラム部５１が８０ａだけノズル面方向に変位した状態では、第１の薄肉部５１ｄは張力が増加している。特に、従来技術のような高密度ノズルヘッドにおいて、空間的制約から第１の薄肉部５１ｄの幅（例えば図８の８１ｄ参照）は小さく、せいぜい１０μｍ程度である。したがって、圧電素子１２の駆動状態（液滴吐出状態）においては、第１の薄肉部５１ｄの張力上昇も、その幅が小さい場合は顕著となり、圧電素子１２の変位を抑制するため、吐出効率が低下する一因となる。
【００３６】
これに対し、本実施形態によれば、図８に示すように、厚肉部５１fが、圧電素子１２の駆動時（液滴吐出時）に、圧電素子１２に押されて接触点５１ｈを中心とするモーメント力により傾斜し、圧肉部５１ｆの圧力室側底面がダイアフラム５１外縁方向にΔ=８１ｄ−８２ｄだけ変位する。これにより、薄肉部５１ｄは緩んで剛性が低下し、圧電素子１２及びダイアフラム５１の変位を８０ｃだけ増加させると同時に、第２の薄肉部５１ｅは引っ張られて剛性が増加するので、５１ｅによって吐出効率が低下することを防ぐことができる。加えて、吐出直後は第２の薄肉部５１ｅが弾性変形することにより、圧力室内の圧力振動を吸収でき、比較的単位時間に多量の吐出を行った直後においても、比較的安定した吐出が可能となる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態の液滴吐出ヘッドによれば、少なくとも、画像形成に用いる液滴を吐出する複数のノズルを含むノズル板と、ノズルのそれぞれと連通する加圧液室を複数形成する流路板と、加圧液室の一壁面を構成するとともに、ダイアフラム部が配置された振動板と、加圧液室を加圧するエネルギーを発生する圧電素子とを備えた液滴吐出ヘッドであって、ダイアフラム部は、圧電素子と当接してエネルギーを加圧液室に伝達するアイランド部と、ノズルが形成された方向から見てアイランド部を包含し、加圧液室に対応する部分の変形を容易にする第１の薄肉部と、を有し、アイランド部には、圧電素子と当接せず、かつ、ノズルの配列方向と直交する方向に、アイランド部全長にわたって平行に伸びるスリット状の第２の薄肉部が設けられたことを特徴とする。これにより、第２の薄肉部が個別液室ダンパとして機能し、圧力変動を吸収できる。すなわち、第２の薄肉部の弾性変形によって個別液室内圧力変動や、隣接ノズルとのクロストークを吸収する効果が得られ、吐出効率及び画像品質を改善できる。
【００３８】
また、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいては、第２の薄肉部によって分離されたアイランド部のうち最外縁に位置する厚肉部は、圧電素子と接する面が外縁方向に下がるように傾斜し、当該傾斜による厚肉部の両端の変動量は、圧電素子の駆動変位量以上であることを特徴とする。また、厚肉部が、圧電素子の駆動時に当該圧電素子に押下されて、ノズルの配列方向と直交する方向から見て当該ノズルの配列方向に傾斜し、最外縁に位置する厚肉部の加圧液室側底面がダイアフラム部の外縁方向に変位することで、第１の薄肉部が収縮して剛性が低下するとともに、第２の薄肉部が伸張し剛性が増加することを特徴とする。このような特徴により、第２の薄肉部は引っ張られて剛性が増加し、第２の薄肉部による吐出効率低下を防ぐ効果が得られる。すなわち、液滴吐出時に第２の薄肉部による液室の剛性低下を防ぐことができ、ＰＺＴ変位を増加させて吐出効率を向上させることができる。
【００３９】
また、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいては、第２の薄肉部によって分離されたアイランド部のうち最外縁に位置する厚肉部は、圧電素子に接着されていないことを特徴とする。この特徴により、接着剤の節約によるコストダウンを実現できるとともに、上述した厚肉部の傾斜を行い易くできる。
【００４０】
また、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいては、第２の薄肉部は、第１の薄肉部と同一の肉厚を有することを特徴とする。この特徴により、加工を容易にし、コストダウンを実現できる。
【００４１】
また、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおいては、第２の薄肉部は、第１の薄肉部と同一面上に配置されていることを特徴とする。この特徴により、加工を容易にし、コストダウンを実現でき、加工方法の自由度を拡大することもできる。
【００４２】
次に、上記振動板３のダイアフラム部５１の形成方法（本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法の一実施形態）について、図９を用いて説明する。
【００４３】
まず、図９（ａ）に示すように、スピンコート等にてウエハ基板９１ａ上に一層目のレジスト部となる第１のレジスト膜９１ｂを均一に塗布する（ステップＳ１）。ここで、ウエハ基板９１ａは、同様のニッケル電鋳法等によってあらかじめ土台基板に形成された振動板３の一層目を指す。
【００４４】
図９（ａ）に示すように第１のマスク９１ｃにより第１のレジスト膜９１ｂを露光し、第１の薄肉部５１ｄ及び第２の薄肉部５１ｅに相当する領域を硬化させ、図９（ｂ）に示すように第１の膜変質部（第１のレジスト部）９２ａを形成する（ステップＳ２）。
【００４５】
通常この段階で未硬化部の膜除去を行うが、ここでは未だ除去は行わず、図９（ｂ）に示すように、再度スピンコート等にて第１のレジスト膜９１ｂ上に第２のレジスト膜９２ｂを塗布する（ステップＳ３）。
【００４６】
図９（ｂ）に示すように、第２のマスク９２ｃにより第２のレジスト膜９２ｂを露光し、第２の薄肉部５１ｅに相当する領域を硬化させ、図９（ｃ）に示すように第２の膜変質部（第２のレジスト部）９３ａを形成する（ステップＳ４）。ここで、図１０（ａ）に示すように９３ａに対し９２ａが所定量９５ａだけ広くなるようオフセットすれば、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように機能を損なわずに接着面積を拡大することもできる。
【００４７】
第１のレジスト膜９１ｂ及び第２のレジスト膜９２ｂに対し、膜変質部（レジスト部）以外を除去し、図９（ｄ）のようにする（ステップＳ５）。
【００４８】
ニッケル電鋳を行い、図９（ｅ）、（ｆ）に示すように、９３ｂ以上９３ｃ以下の膜厚となる電鋳層９４ａを形成する（ステップＳ６）。
【００４９】
最後に、図９（ｇ）に示すように、レジスト９２ａ、９３ａを溶解除去し（ステップＳ７）、表面をポリイミドベーク等によりコートすれば（ステップＳ８）、ダイアフラム部５１を有する振動板３が完成する。
【００５０】
図９で説明したダイアフラム部５１の形成方法を用いて、図９（ｇ）に示す形状以外のダイアフラム部５１を形成することも可能である。この例について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００５１】
図１１の例では、振動板３に形成されるダイアフラム部５１において、第２の薄肉部５１ｅを１箇所（上図）ないし３箇所（下図）にした場合を示している。厚肉部５１fがアイランド部５１ｂの中心軸に対し線対称に配置されていれば、図７、図８、図９（ｇ）で説明したダイアフラム部５１の機能を満足する。ただし、第２の薄肉部５１ｅが複数箇所の場合（下図）は、中央の薄肉部５１ｇは吐出時も端部の薄肉部５１ｅに比べて剛性の上昇が小さいため、５１ｇを増やすと圧力変動吸収機能が増加する一方吐出効率は低下する。
【００５２】
図１２の例では、振動板３に形成されるダイアフラム部５１において、第２の薄肉部５１ｅを、アイランド部５１ｂの長手方向に平行に伸びた上で両端部をさらに連結した環状形状とした場合（上図及び下図）を示している。上図は1つの環状薄肉部、下図は複数の環状薄肉部を形成した場合を示している。これにより、スリット状の第２の薄肉部５１ｅ設置によるアイランド部５１ｂの剛性低下を防ぐことができる。また、アイランド部５１ｂの短手方向にも複数の薄肉部５１ｇを任意配置する（下図参照）ことで、圧力変動吸収機能、すなわちコンプライアンス値の調整が可能である。ただし、前述同様に薄肉部５１ｇは吐出時も剛性の上昇は比較的小さい構成である。
【００５３】
次に、本実施形態の液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例について図１３及び図１４を参照して説明する。なお、図１３は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１４は同機構部の要部平面説明図である。
【００５４】
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。
【００５５】
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上述した本実施形態の液滴吐出ヘッドと、同ヘッドに駆動信号を与える電気回路基板と、同ヘッドに供給するインクを収容するタンクを一体化した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。
【００５６】
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ユニット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、１ヘッド当たり４ノズル列配置とし、１個のヘッドで４色の各色を吐出させることもできる。
【００５７】
また、記録ヘッド２３４のタンク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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
このように、この画像形成装置では、上述した本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えるので、信頼性が向上する。
【００６９】
次に、本実施形態の液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置の他の例について図１５を参照して説明する。なお、図１５は同装置の機構部全体の概略構成図である。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
ここで、画像形成部４０２は、例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色の液滴を吐出する、ライン型の４個の本実施形態に係る液滴吐出ヘッドと当該液体吐出ヘッドにインクを供給するサブタンクを一体化して構成した記録ヘッド４１１ｙ、４１１ｍ、４１１ｃ、４１１ｋ（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。
【００７３】
なお、１つの記録ヘッド４１１は、図１６に示すように、複数（この例では６個）のサブタンク一体型の本実施形態に係る液滴吐出ヘッド５０１Ａ〜５０１Ｆをベース部材５０２に所定の位置関係で配列して構成しているが、１つのフルライン型の液滴吐出ヘッドで構成することもできる。
【００７４】
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４１２ｙ、４１２ｍ、４１２ｃ、４１２ｋ（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。
【００７５】
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。
【００７６】
また、搬送ガイド部材４４３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。
【００７７】
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。なお、搬送機構としては例えばエアー吸引によって搬送ベルトに被記録媒体を吸着させるものなども使用できる。
【００７８】
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。
【００７９】
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、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。
【００８０】
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。
【００８１】
このように、この画像形成装置では、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、吐出効率及び画像品質を改善でき、画像形成の信頼性が向上する。
【００８２】
なお、上記実施形態では、プリンタ構成の画像形成装置を例に説明したが、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、前述したように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。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記説明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１    流路板
２    ノズル板
３    振動板
４    ノズル
５    連通路
６    加圧液室
６ａ    隔壁
７    流体抵抗部
８    導入部
９    供給口
１０    共通液室
１２    積層型圧電素子
１２Ａ    支柱部
１３    ベース部材
１５    ＦＰＣケーブル
１７    フレーム部材
１９    供給口
２１    圧電材料層
２２ａ、２２ｂ    内部電極
２３ａ、２３ｂ    端面電極
５１    ダイアフラム部
５１ｂ    アイランド部
５１ｃ、５１ｄ    第１の薄肉部
５１ｅ    第２の薄肉部
５１ｆ    厚肉部
５１ｈ    接触点
８１ｇ    傾斜量
９１ａ    ウエハ基板
９１ｂ    第１のレジスト膜
９１ｃ    第１のマスク
９２ａ    第１の膜変質部（レジスト部）
９２ｂ    第２のレジスト膜
９２ｃ    第２のマスク
９３ａ    第２の膜変質部（レジスト部）
９３ｂ    第１の膜変質部の高さ（厚さ）
９３ｃ    第１の膜変質部と第２の膜変質部を合わせた高さ（厚み）
９４ａ    電鋳層
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８５】
【特許文献１】特開２００３−１２７３７２号公報
【図１】
2012187714.tif 000003
【図２】
2012187714.tif 000004
【図３】
2012187714.tif 000005
【図４】
2012187714.tif 000006
【図５】
2012187714.tif 000007
【図６】
2012187714.tif 000008
【図７】
2012187714.tif 000009
【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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