(57)【要約】【課題】アクチュエータ基板とサブフレーム基板を接合する際の接着剤が圧電素子上へ流れ出すことを抑制し、圧電素子の変位特性を安定化させる液体吐出ヘッド。【解決手段】圧電素子、振動板及び個別液室を有するアクチュエータ基板と、前記圧電素子に対応する空隙を有するサブフレーム基板とが接合され、前記アクチュエータ基板は、前記圧電素子の両端近傍に形成された第１接合隔壁を有し、前記サブフレーム基板は、前記空隙の両端に形成された第２接合隔壁を有し、前記第１接合隔壁と前記第２接合隔壁は、接着剤を介して接合されており、前記個別液室の短手方向の断面において、前記第１接合隔壁は、前記第２接合隔壁に対して凸となる逆Ｔ字形状であって、下記式（１）を満たし、前記接着剤は、前記第１接合隔壁の底面に保持されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。  （Ｈ１×Ｗ１）／２≧Ｗ２×ｔ×２・・・式（１）【選択図】図３
2017217820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子、振動板及び個別液室を有するアクチュエータ基板と、前記圧電素子に対応する空隙を有するサブフレーム基板とが接合された液体吐出ヘッドであって、
前記アクチュエータ基板は、前記圧電素子の両端近傍に形成された第１接合隔壁を有し、
前記サブフレーム基板は、前記空隙の両端に形成された第２接合隔壁を有し、
前記第１接合隔壁と前記第２接合隔壁は、接着剤を介して接合されており、
前記個別液室の短手方向の断面において、前記第１接合隔壁は、前記第２接合隔壁に対して凸となる逆Ｔ字形状であって、
前記第１接合隔壁の凸部の高さをＨ１、前記第１接合隔壁の底面の幅をＷ１、前記第２接合隔壁の幅をＷ２、前記第１接合隔壁と前記第２接合隔壁との間の前記接着剤の厚みをｔとしたとき、下記式（１）を満たし、
前記接着剤は、前記第１接合隔壁の底面に保持されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
（Ｈ１×Ｗ１）／２≧Ｗ２×ｔ×２・・・式（１）
【請求項２】
前記第１接合隔壁は、前記圧電素子を駆動するための引き出し配線に用いられる材料、及び、絶縁保護膜によって形成さ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】
前記第１接合隔壁は、シリコン酸化膜、アルミニウム及びシリコン窒化膜により形成さ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。
【請求項４】
前記第２接合隔壁は、前記アクチュエータ基板側に凸となる形状であり、
前記サブフレーム基板は、シリコン基板上にシリコン酸化膜又はタンタル酸化膜が形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４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液体吐出ユニット。
【請求項６】
前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ユニット。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項５若しくは６に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタや複写装置などの画像形成装置において、インクジェット方式が多く取り入れられている。インクジェットヘッドでは各ノズル間を狭ピッチ化していくことにより画像解像度が上げられている。そこで、半導体プロセスを応用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を取り入れるなどして液体吐出ヘッドの開発が行われている。
【０００３】
インクジェットヘッドはピエゾ素子に代表される圧電素子の変形によりインク滴を吐出させる方式と、インク液室内に気泡を発生させてインク滴を吐出させるバブル方式が知られている。前者のピエゾ方式はインク滴の吐出量の可変性に優れるとともに、対応可能なインク種類が広範であるなど多様性にも優れる。一方、バブル方式のヘッドは半導体プロセスを用いて形成されるため、微細化、高密度化に優れている。近年ではピエゾ方式とバブル方式の利点を合わせもった薄膜ピエゾ方式によって圧電素子を形成する方法が用いられるようになってきた。この薄膜ピエゾ方式は半導体あるいはＭＥＭＳプロセスを応用した技術で、シリコン基板上に圧電素子とインク流路が一体に形成されるもので、ピエゾ方式とバブル方式の利点を合わせもった特長を有する。
【０００４】
薄膜ピエゾによるインクジェットヘッドは、圧電素子、個別液室、引出し配線が等が形成されたアクチュエータ基板と、アクチュエータ基板を保持するサブフレーム基板より構成されるもので、両基板は接着剤によって接合されている。
反面、基板の接合に用いられる接着剤は、流動性を有することから接合界面以外に流れ出すといった弊害も生じている。特に圧電素子あるいはメンブレン状の振動板上に接着剤が流れ出した場合には、振動板の動作を阻害することになり、インクジェットヘッドの吐出特性に悪影響を及ぼす。このように接着剤によって基板を接合する工法では、接着剤の流れ出しを抑制する必要があり、構造設計と工程設計が重要である。
【０００５】
接着剤の流れ出しを抑制するものとして例えば特許文献１、２が知られている。
特許文献１は、圧電素子上への接着剤の流れ出しを防止する構造として、接合隔壁に複数の段差を形成するものである。段差の角部分の表面張力を利用して接着剤の流れ出しを防止する構成が開示されている。
特許文献２は、圧電素子上への接着剤の流れ出しを防止する構造として、接合隔壁の接合界面に凹形状の溝を形成するものである。溝部分を接着剤溜まりとして接着剤の流れ出しを防止する構成が示されている。
【０００６】
しかしながら、接着剤の流れ出しについては更なる改善が求められており、例えば接着剤量と接合隔壁の構造の関係等を考慮するなど、別のアプローチからの技術の提案も求められている。このようなアプローチによって、接着剤の流れ出しをより確実に、より簡便に抑制できると考えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、アクチュエータ基板とサブフレーム基板を接合する際の接着剤が圧電素子上へ流れ出すことを抑制し、圧電素子の変位特性を安定化させる液体吐出ヘッドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、圧電素子、振動板及び個別液室を有するアクチュエータ基板と、前記圧電素子に対応する空隙を有するサブフレーム基板とが接合された液体吐出ヘッドであって、前記アクチュエータ基板は、前記圧電素子の両端近傍に形成された第１接合隔壁を有し、前記サブフレーム基板は、前記空隙の両端に形成された第２接合隔壁を有し、前記第１接合隔壁と前記第２接合隔壁は、接着剤を介して接合されており、前記個別液室の短手方向の断面において、前記第１接合隔壁は、前記第２接合隔壁に対して凸となる逆Ｔ字形状であって、前記第１接合隔壁の凸部の高さをＨ１、前記第１接合隔壁の底面の幅をＷ１、前記第２接合隔壁の幅をＷ２、前記第１接合隔壁と前記第２接合隔壁との間の前記接着剤の厚みをｔとしたとき、下記式（１）を満たし、前記接着剤は、前記第１接合隔壁の底面に保持されていることを特徴とする。
（Ｈ１×Ｗ１）／２≧Ｗ２×ｔ×２・・・式（１）
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アクチュエータ基板とサブフレーム基板を接合する際の接着剤が圧電素子上へ流れ出すことを抑制し、圧電素子の変位特性を安定化させる液体吐出ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の説明に供する同ヘッドの外観斜視説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う液室短手方向の断面説明図である。
【図３】図２の要部模式図である。
【図４】本発明に含まれない液体吐出ヘッドにおける液室短手方向の断面説明図である。
【図５】本発明に係る液体吐出ユニットの一例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す模式図である。
【図７】本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す模式図である。
【図８】本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す模式図である。
【図９】本発明に係る画像形成装置の一例の機構部の全体構成を説明する側面説明図である。
【図１０】同機構部の要部平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００１２】
本発明は、圧電素子、振動板及び個別液室を有するアクチュエータ基板と、前記圧電素子に対応する空隙を有するサブフレーム基板とが接合された液体吐出ヘッドであって、前記アクチュエータ基板は、前記圧電素子の両端近傍に形成された第１接合隔壁を有し、前記サブフレーム基板は、前記空隙の両端に形成された第２接合隔壁を有し、前記第１接合隔壁と前記第２接合隔壁は、接着剤を介して接合されており、前記個別液室の短手方向の断面において、前記第１接合隔壁は、前記第２接合隔壁に対して凸となる逆Ｔ字形状であって、前記第１接合隔壁の凸部の高さをＨ１、前記第１接合隔壁の底面の幅をＷ１、前記第２接合隔壁の幅をＷ２、前記第１接合隔壁と前記第２接合隔壁との間の前記接着剤の厚みをｔとしたとき、下記式（１）を満たし、前記接着剤は、前記第１接合隔壁の底面に保持されていることを特徴とする。
（Ｈ１×Ｗ１）／２≧Ｗ２×ｔ×２・・・式（１）
【００１３】
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一実施形態を図１に示す。なお、図１は同ヘッドの外観斜視説明図であり、基板が接合されていない状態を模式的に示すものである。
【００１４】
図１の右側に示されるように、本実施形態に係る液体吐出ヘッドは圧電素子１２、第１接合隔壁１１等が形成されたアクチュエータ基板１０と、アクチュエータの駆動領域を確保するための空隙２２、第２接合隔壁２１が形成されたサブフレーム基板２０と、ノズル孔３１が形成されたノズル基板３０を接合することによって形成される。
【００１５】
なお、ノズル基板３０に形成されたノズル孔３１は圧電素子１２、個別液室１４に対応して形成され、ノズル基板３０に列設している。
【００１６】
アクチュエータ基板１０とサブフレーム基板２０は、例えば図１の左側に示されるように６インチシリコンウェハ４０上に素子を形成したもので、それぞれウェハ状態で接着剤にて接合される。また、ノズル基板３０は、個片化した後にチップ状態で接合される。
【００１７】
アクチュエータ基板１０とサブフレーム基板２０の接合は、まずサブフレーム基板２０側の接合面に接着剤を塗布し、その後アクチュエータ基板１０と接合を行う。サブフレーム基板２０の面に接着剤を塗布する際は、汎用的なフレキソ印刷を用い、サブフレーム基板２０の接合面に形成された凸パターン上に接着剤が塗布される。その後、ウェハ接合機によってアクチュエータ基板１０との接合が行われる。接合の際には、加圧と温度を加えることで、接着剤に流動性をもたせ、押し潰す形で接合、接着が行われる。
【００１８】
接着剤接合の弊害として、サブフレーム基板２０の接合面に過剰に接着剤が塗布された場合など、流動性を有する接着剤が接合界面以外の領域に流れ出す不具合が挙げられる。この流れ出した接着剤が圧電素子、あるいはメンブレン状の振動板上に流れ出した場合には、振動板の撓み状態が変化し、圧電素子の変位特性に悪影響を及ぼす。
【００１９】
本発明では、このような接着剤の流れ出しを抑制し、圧電素子の動作を安定化させることを狙いとしている。その手段としては、圧電素子の両端近傍に設けられる接合隔壁に関して、その隔壁形状の適正化と接着剤の厚みの関連を規定するものである。具体的にはサブフレーム基板２０の接合面に塗布される接着剤の量（厚さ）と、圧電素子の両端近傍に設けられた接合隔壁の寸法形状の最適形状を示すもので、それによって接着剤の流れ出しを抑制するものである。
【００２０】
図２にアクチュエータ基板１０とサブフレーム基板２０の接合部分の詳細を示す。図２は図１におけるＡ−Ａ断面図を示すものであり、個別液室１４の短手方向における断面図を模式的に示すものである。ここで、アクチュエータ基板１０には圧電素子１２の両端近傍に第１接合隔壁１１が形成されており、サブフレーム基板２０には空隙２２の両端に第２接合隔壁２１が形成されている。そして、第１接合隔壁１１と第２接合隔壁２１は、接着剤２３を介して接合されている。
【００２１】
また、アクチュエータ基板１０は、一方の面に圧電素子１２、振動板１３が形成されており、他方の面に個別液室１４が形成されている。個別液室１４は液室隔壁１６によって区画されている。圧電素子１２は、上部電極１７、圧電体１８、下部電極１９等からなり、保護膜１５によって保護されている。保護膜１５としては例えばアルミナ膜を用いることができ、保護膜１５は圧電体１８を被覆している。
【００２２】
第１接合隔壁１１は、第２接合隔壁２１に対して凸となる逆Ｔ字形状となっている。本実施形態の第１接合隔壁１１は、層間絶縁膜２６と配線材料２７とパッシベーション膜２８とからなる。なお、層間絶縁膜とパッシベーション膜を含めて絶縁保護膜と称することがある。
【００２３】
層間絶縁膜２６としては、特に制限されるものではないが、例えばシリコン酸化膜等を用いることができる。
配線材料２７は、外部回路への引き出し配線を形成するための配線材料である。第１接合隔壁１１においては、配線材料２７は引き出し配線として機能していてもよいし、していなくてもよい。
配線材料２７としては、特に制限されるものではないが、例えばアルミニウム等を用いることができる。
パッシベーション膜２８としては、特に制限されるものではないが、例えばシリコン窒化膜等を用いることができる。
【００２４】
本実施形態の第１接合隔壁１１は、シリコン酸化膜、アルミニウム及びシリコン窒化膜により形成されている。このような第１接合隔壁１１を形成するにあたっては、圧電素子を形成した後に、配線材料、絶縁保護膜を用いて形成される。なお、第１接合隔壁１１の構成材料を適宜選択することにより、アクチュエータ基板１０の各構成部の形成と同時に第１接合隔壁１１の形成を行うことができ、製造工程の増加を防止できる。
【００２５】
また、サブフレーム基板２０は圧電素子１２の駆動を妨げないように空隙２２（アクチュエータ保護空間などとも称される）と、アクチュエータ基板１０との接合界面となる第２接合隔壁２１が形成されている。
【００２６】
図示されるように、第２接合隔壁２１は、アクチュエータ基板１０側に凸となる形状である。
本実施形態のサブフレーム基板２０はシリコン基板上にシリコン酸化膜又はタンタル酸化膜が形成されてなる。サブフレーム基板２０の形成方法は、特に制限されるものではないが、シリコン基板上に第２接合隔壁２１をパターニングし、シリコン酸化膜又はタンタル酸化膜を形成する。なお、図２ではシリコン酸化膜とタンタル酸化膜の図示を省略しているが、第２接合隔壁２１の凸形状、その側面、空隙２２の表面に形成される。
【００２７】
図２に示される接合状態は理想的な状態を示すもので、第１接合隔壁１１、第２接合隔壁２１の双方とも隔壁側面に接着剤２３が留まった状態にある。本実施形態では、接合隔壁の形状、寸法と接着剤塗布量（接着剤層厚）の関係を規定することで、振動板、あるいは圧電素子上への接着剤の流れ出しを抑制する。具体的には、塗布される接着剤の量（接着剤層厚）を接合隔壁の接着剤溜まりの容量より少なくすることで、接着剤の流れ出しを抑制する。
【００２８】
これに対して、本発明に含まれない液体吐出ヘッドの例として、接着剤が流れ出している場合の例を図４に示す。図４は図２と同様に個別液室の短手方向の断面図であり、不良状態を示すもので、接着剤２３の塗布量が多いため、接着剤２３が圧電素子１２、振動板１３上に流れ出た状態を示している。このように圧電素子上に接着剤が流れ出した場合には、メンブレン状に形成された振動板１３の撓み状態が変化し、圧電素子１２の変位特性に悪影響が生じる。
【００２９】
上記のように接着剤の流れ出しを抑制する方法の詳細について図３を用いて説明する。図３は図２における接合部分の要部を示す図である。ここでは、これらの接着剤の流れ出しを抑制するために、接着剤塗布量と隔壁形状、寸法を適正化することを狙いとしている。
【００３０】
本実施形態では、第１接合隔壁１１の凸部の高さをＨ１、第１接合隔壁１１の底面の幅をＷ１、第２接合隔壁２１の幅をＷ２、第１接合隔壁１１と第２接合隔壁２１との間の接着剤２３の厚みをｔとしたとき、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
【００３１】
（Ｈ１×Ｗ１）／２≧Ｗ２×ｔ×２・・・式（１）
【００３２】
第１接合隔壁１１と第２接合隔壁２１の形状が前記式（１）に該当しない場合、接着剤２３が第１接合隔壁１１の底面に留まらずに、振動板１３上あるいは圧電素子１２上へ流れ出すため、メンブレン状の振動板１３の撓み状態が変化し、圧電素子１２の変位特性に悪影響を及ぼす。
【００３３】
図２及び図３では、第１接合隔壁１１の底面（Ｗ１で表される部分、すなわち逆Ｔ字形状におけるＬ字部分）に接着剤２３が留まっており、以下この部分を接着剤溜まりとも称する。
前記式（１）は、接着剤の塗布量が、第１接合隔壁１１に形成される接着剤溜まりの容量よりも小さいことを規定したものである。例えば、接着剤２３の厚みｔを１μｍ、サブフレーム基板２０側の第２接合隔壁２１の幅Ｗ２を１０μｍとした場合に、前記式（１）より、第１接合隔壁１１の凸部の高さＨ１と第１接合隔壁１１の底面の幅Ｗ１の積が、４０μｍ２以上を必要とする。この場合、第１接合隔壁１１の寸法は、凸部の高さＨ１が５μｍの場合、接着剤溜まりの幅Ｗ１が８μｍ以上必要であることを規定している。
【００３４】
なお、図３ではＷ１を２箇所図示されているが、この２つのＷ１は前記式（１）を満たすのであれば互いに異なっていてもよい。
【００３５】
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図５及び図６を参照して説明する。図５は同装置の要部平面説明図、図６は同装置の要部側面説明図である。
【００３６】
この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。
【００３７】
このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、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置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
【００３８】
液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。
【００３９】
供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。
【００４０】
この装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。
【００４１】
搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
【００４２】
そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
【００４３】
さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。
【００４４】
維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。
【００４５】
主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。
【００４６】
このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。
【００４７】
そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。
【００４８】
このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。
【００４９】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図７を参照して説明する。図７は同ユニットの要部平面説明図である。
【００５０】
この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。
【００５１】
なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
【００５２】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図８を参照して説明する。図８は同ユニットの正面説明図である。
【００５３】
この液体吐出ユニットは、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。
【００５４】
なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。
【００５５】
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
【００５６】
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
【００５７】
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
【００５８】
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
【００５９】
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
【００６０】
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、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、壁紙や床材などの建材、衣料用のテキスタイルなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
【００６１】
また、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液なども含まれる。
【００６２】
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。
【００６３】
また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
【００６４】
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
【００６５】
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
【００６６】
例えば、液体吐出ユニットとして、図６で示した液体吐出ユニット４４０のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
【００６７】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
【００６８】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、図７で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。
【００６９】
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。
【００７０】
また、液体吐出ユニットとして、図８で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。
【００７１】
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。
【００７２】
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）以外にも、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものでもよい。
【００７３】
また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
【００７４】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドあるいは液体吐出ユニットを備えた液体を吐出する装置の一例について、画像形成装置を例に挙げて図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同装置の全体構成を説明する側面説明図、図１０は同装置の要部平面説明図である。
【００７５】
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４でタイミングベルト１０５を介して矢示方向（主走査方向）に移動走査する。
【００７６】
このキャリッジ１０３には、例えば、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４個の液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド１０７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。なお、記録ヘッド１０７を構成する液体吐出ヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータを用いたものを使用している。
【００７７】
また、キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８には図示しないインク供給チューブを介してメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。
この実施形態では、サブタンク１０８と記録ヘッド１０７で本発明に係る液滴吐出装置を構成しているが、記録ヘッド１０７を本発明に係る液体吐出ヘッドで構成し、別途サブタンク１０８を設ける構成とすることもできるし、あるいは、サブタンクを用いないでインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。
【００７８】
一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した用紙１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。
【００７９】
そして、この給紙部から給紙された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５とを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。
【００８０】
ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、図１０のベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。
【００８１】
また、図９に示すように、搬送ローラ１２７の軸には、スリット円板１３４を取り付け、このスリット円板１３４のスリットを検知するセンサ１３５を設けて、これらのスリット円板１３４及びセンサ１３５によってエンコーダ１３６を構成している。
【００８２】
帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に例えば各２．５Ｎをかけている。
【００８３】
また、キャリッジ１０３の前方側には、図９に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール１４２を設け、キャリッジ１０３の前面側にはエンコーダスケール１４２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１４３を設け、これらによって、キャリッジ１０３の主走査方向位置（ホーム位置に対する位置）を検知するためのエンコーダ１４４を構成している。
【００８４】
さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。
【００８５】
また、背部には両面給紙ユニット１６１が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１６１は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。
【００８６】
このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００８７】
このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ１２６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１２１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１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。
【００８８】
そこで、キャリッジ１０３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２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１１２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１１２を排紙トレイ１５４に排紙する。
【００８９】
また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１６１内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する。
【００９０】
なお、本発明に係る画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。また、インク以外の液体、例えばＤＮＡ試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液体吐出ヘッドや液滴吐出装置、あるいはこれらを備える画像形成装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  アクチュエータ基板
１１  第１接合隔壁
１２  圧電素子
１３  振動板
１４  個別液室
１５  保護膜
１６  液室隔壁
１７  上部電極
１８  圧電体
１９  下部電極
２０  サブフレーム基板
２１  第２接合隔壁
２２  空隙
２３  接着剤
２４  余剰接着剤
２６  層間絶縁膜
２７  配線材料
２８  パッシベーション膜
３０  ノズル基板
３１  ノズル孔
４０  シリコンウェハ
１０１  ガイドロッド
１０２  ガイドレール
１０３  キャリッジ
１０４  主走査モータ
１０５  タイミングベルト
１０７  記録ヘッド
１０８  サブタンク
１１０  給紙カセット
１１１  用紙積載部
１１２  用紙
１１３  給紙ローラ
１１４  分離パッド
１１５  ガイド
１２１  搬送ベルト
１２２  カウンタローラ
１２３  搬送ガイド
１２４  押さえ部材
１２５  先端加圧コロ
１２６  帯電ローラ
１２７  搬送ローラ
１２８  テンションローラ
１２９  ガイド部材
１３１  副走査モータ
１３２  タイミングベルト
１３３  タイミングローラ
１３４  スリット円板
１３５  センサ
１３６  エンコーダ
１４２  エンコーダスケール
１４３  エンコーダセンサ
１４４  エンコーダ
１５２  排紙ローラ
１５３  排紙コロ
１５４  排紙トレイ
１６１  両面給紙ユニット
４０１  ガイド部材
４０３  キャリッジ
４０４  液体吐出ヘッド
４０５  主走査モータ
４０６  駆動プーリ
４０７  従動プーリ
４０８  タイミングベルト
４１０  用紙
４１２  搬送ベルト
４１３  搬送ローラ
４１４  テンションローラ
４１６  副走査モータ
４１７  タイミングベルト
４１８  タイミングプーリ
４２０  維持回復機構
４２１  キャップ部材
４２２  ワイパ部材
４４０  液体吐出ユニット
４４１  ヘッドタンク
４４２  カバー
４４３  コネクタ
４４４  流路部品
４５０  液体カートリッジ
４５１  カートリッジホルダ
４５２  送液ユニット
４５６  チューブ
４９１Ａ、４９１Ｂ  側板
４９１Ｃ  背板
４９３  主走査移動機構
４９４  供給機構
４９５  搬送機構
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９２】
【特許文献１】特開２０１４−１７２３２８号公報
【特許文献２】特開２０１５−０１３３９６号公報
【図１】
2017217820.tif 000003
【図２】
2017217820.tif 000004
【図３】
2017217820.tif 000005
【図４】
2017217820.tif 000006
【図５】
2017217820.tif 000007
【図６】
2017217820.tif 000008
【図７】
2017217820.tif 000009
【図８】
2017217820.tif 000010
【図９】
2017217820.tif 000011
【図１０】
2017217820.tif 000012