(57)【要約】【課題】高画質画像を印刷することができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】インクを充填する液室４と、液室よりインク滴を吐出する吐出口１と、インク滴を吐出するための運動エネルギーをインクに与えるための変位発生手段としての圧電素子７と、液室４の一部を構成し、かつ圧電素子７に結合されて、圧電素子７により発生した変位を液室４内のインクに伝達する振動板５と、を備え、圧電素子７によりインクに運動エネルギーを与えることによりインクを吐出口１より吐出飛翔させる液体吐出ヘッドにおいて、圧電素子７を少なくとも２以上備え、かつ、振動板５は、結合される圧電素子毎に区画され、結合される圧電素子毎に独立して変位可能である振動部５ａ,５ｂを備えており、圧電素子７のうち少なくとも１つの圧電素子７を、変位発生手段に併せて液室４内のインク圧力を検出する圧力検出手段として用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを充填する液室と、前記液室よりインク滴を吐出する吐出口と、インク滴を吐出するための運動エネルギーをインクに与えるための変位発生手段としての圧電素子と、前記液室の一部を構成し、かつ前記圧電素子に結合されて、前記圧電素子により発生した変位を前記液室内のインクに伝達する振動板と、を備え、前記圧電素子によりインクに運動エネルギーを与えることによりインクを吐出口より吐出飛翔させる液体吐出ヘッドにおいて、
前記圧電素子を少なくとも２以上備え、かつ、前記振動板は、結合される圧電素子毎に区画され、前記結合される圧電素子毎に独立して変位可能である振動部を備えており、
前記圧電素子のうち少なくとも１つの圧電素子を、前記変位発生手段に併せて前記液室内のインク圧力を検出する圧力検出手段として用いることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
少なくとも１つの圧電素子の圧電特性は、他の圧電素子の圧電特性と異な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】
少なくとも１つの圧電素子の形状は、他の圧電素子の形状と異なることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
少なくとも１つの圧電素子の材質は、他の圧電素子の材質と異なることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
少なくとも１つの振動部の剛性は、他の振動部の剛性と異なることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
少なくとも１つの振動部の厚みは、他の振動部の厚みと異なることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
少なくとも１つの振動部は、他の振動部と異なる層数で構成されることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
少なくとも１つの振動部の材質は、改質工程により、他の振動部の材質と異なることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記圧電素子をゾルゲル法、インクジェットパターニング工法、および／または光エネルギーを用いた工法を用いて製作することを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えた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、液体吐出ヘッドおよび画像形成装置に関する。さらに詳述すると、高画質画像の印刷に好適な液体吐出ヘッドおよび該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ（印刷装置）、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを含む装置を用いて、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、液体としての記録液（以下、インクともいう。）を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なう、いわゆるインクジェット方式の画像形成装置がある。
【０００３】
ここで液体吐出ヘッドには、幾つかの方式が採用されているが、近年は主に二つの方式が広く用いられている。第一の方式は、圧電素子に電圧を印加し液室に圧力を加え、液室に充填されたインクに運動エネルギーを与えることでノズルからインクを吐出させ、インクを媒体に着弾させる方式である。また、第二の方式は、発熱抵抗体を用いて液室内に蒸気泡を発生させ、液室に充填されたインクに運動エネルギーを与えることでノズルからインクを吐出させ、インクを媒体に着弾させる方式である。
【０００４】
いずれの方式も一般的に、吐出させるインク物性（例えば、粘度、表面張力、接触角、媒体への浸透性、分子量、熱伝導率、密度など）と、吐出されたインクが着弾する媒体物性（例えば、坪量、厚さ、平滑性、コート層の有無など）とに応じて液体吐出ヘッドを設計し（例えば、ノズル形状、液室形状、材料など）、高速印刷、低コスト、高画質印刷をバランス良く最適化させて、インクジェットシステムを構築する。
【０００５】
ここで、様々な外乱（例えば、環境温度、湿度の変化による液室内のインク物性変化に伴う吐出特性の変化ノズル部ゴミ付着、液室内へのゴミ混入、ノズル部のインク乾燥、液室内への空気や気泡の混入など）の中で液体吐出ヘッドはインクを安定的に吐出させなければならない。
【０００６】
インクを安定して吐出させるための方法として、例えば、特許文献１には、液室内に圧力センサーを設け、液室内の圧力を検出し、また、吐出時の圧力特性を監視し、異常が見つかった場合にノズル部からインクを吸引するシステムが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、複数の圧電素子が複雑に配置され、多数の層を形成する必要があり、製造工程が複雑かつ多く、高価なインクジェットヘッド構成となっている。また、特許文献１における圧力検出素子は圧力を検出することに特化しているため、その必要がない時（例えば、連続吐出の吐出後から吐出直前までの時間）も圧力を測定し、ヘッド単体としてのコストパフォーマンスが悪いという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、圧電素子を少なくとも２以上備え、かつ、振動板は、結合される圧電素子毎に区画され、結合される圧電素子毎に独立して変位可能である振動部を備えており、圧電素子のうち少なくとも１つの圧電素子を、変位発生手段に併せて液室内のインク圧力を検出する圧力検出手段として用いることにより、少なくとも１つの圧電素子を液室内の圧力を検出する手段として用い、圧力を検出する必要がない時は液室内のインクに運動エネルギーを与える手段として用いることにより、インク吐出量の制御範囲を広げる（例えば小滴の場合、圧電素子を一つ駆動し、大滴の場合、圧電素子を二つ駆動する）ことによりドット階調性が向上し、高画質画像を印刷することができ、また、液室内の異常検知にも対応することができ、さらに、液体吐出ヘッドの構成をシンプルにでき、製造工程数を少なく、コストダウンを可能とする液体吐出ヘッドおよび画像形成装置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】
【０００９】
かかる目的を達成するため、請求項１に記載の液体吐出ヘッドは、インクを充填する液室と、液室よりインク滴を吐出する吐出口と、インク滴を吐出するための運動エネルギーをインクに与えるための変位発生手段としての圧電素子と、液室の一部を構成し、かつ圧電素子に結合されて、圧電素子により発生した変位を液室内のインクに伝達する振動板と、を備え、圧電素子によりインクに運動エネルギーを与えることによりインクを吐出口より吐出飛翔させる液体吐出ヘッドにおいて、圧電素子を少なくとも２以上備え、かつ、振動板は、結合される圧電素子毎に区画され、結合される圧電素子毎に独立して変位可能である振動部を備えており、圧電素子のうち少なくとも１つの圧電素子を、変位発生手段に併せて液室内のインク圧力を検出する圧力検出手段として用いるものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも１つの圧電素子の圧電特性は、他の圧電素子の圧電特性と異なるものである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも１つの圧電素子の形状は、他の圧電素子の形状と異なるものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも１つの圧電素子の材質は、他の圧電素子の材質と異なるものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも１つの振動部の剛性は、他の振動部の剛性と異なるものである。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも１つの振動部の厚みは、他の振動部の厚みと異なるものである。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも１つの振動部は、他の振動部と異なる層数で構成されるものである。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも１つの振動部の材質は、改質工程により、他の振動部の材質と異なるものである。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１から８までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、圧電素子をゾルゲル法、インクジェットパターニング工法、および／または光エネルギーを用いた工法を用いて製作するものである。
【００１８】
また、請求項１０に記載の画像形成装置は、請求項１から９までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、少なくとも１つの圧電素子を液室内の圧力を検出する手段として用い、圧力を検出する必要がない時は液室内のインクに運動エネルギーを与える手段として用いることにより、インク吐出量の制御範囲を広げることによりドット階調性が向上し、高画質画像を印刷することができる。また、液室内の異常検知にも対応することができる。さらに、液体吐出ヘッドの構成をシンプルにすることで、製造工程数を少なくし、製作コストを低下することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態であるインクジェットヘッドの概略断面図である。
【図２】図１に示す概略断面図の点線Ａ−Ａ´での断面図である。
【図３】圧電特性の一例を示すグラフである。
【図４】他の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。
【図５】図４に示す概略断面図の点線Ａ−Ａ´での断面図である。
【図６】振動板材料の応力ひずみ曲線の一例を示すグラフである。
【図７】他の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。
【図８】他の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。
【図９】他の実施形態に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。
【図１０】圧電素子をインクジェットパターニング工法により製作する場合を説明する図である。
【図１１】圧電素子を光エネルギーを用いた工法により製作する場合を説明する図である。
【図１２】本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるインクジェット記録装置の斜視説明図である。
【図１３】インクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る構成を図１から図１３に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
（液体吐出ヘッドの構成）
（第１の実施形態）
本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態であるインクジェットヘッドの概略断面図を図１に示す。なお、図１において、１は吐出口、２はノズル層、３は液室層、４は液室、５は振動板、６はリストリクター（流体抵抗のある流路をいう）、７は圧電素子、８（８ａ,８ｂ）は振動板支持部材、９は共通流路、１０（１０ａ,１０ｂ）は電気配線である。
【００２３】
本実施形態のインクジェットヘッドは、インクを充填する液室４と、液室４よりインク滴を吐出する吐出口１と、インク滴を吐出するための運動エネルギーをインクに与えるための変位発生手段としての圧電素子７と、液室４の一部を構成し、かつ圧電素子７に結合されて、圧電素子７により発生した変位を液室４内のインクに伝達する振動板５と、を備え、圧電素子７によりインクに運動エネルギーを与えることによりインクを吐出口１より吐出飛翔させる液体吐出ヘッドであって、圧電素子を少なくとも２以上備え（第一の圧電素子７ａ,第二の圧電素子７ｂ）、かつ、振動板５は、結合される圧電素子毎に区画され、結合される圧電素子毎に独立して変位可能である振動部（５ａ,５ｂ）を備えており、圧電素子のうち少なくとも１つ（３以上の場合、１または２以上）の圧電素子を、変位発生手段に併せて液室４内のインク圧力を検出する圧力検出手段として用いるものである。
【００２４】
また、図２に図１の点線Ａ−Ａ´の断面図を示す。なお、図２は、図１の下方向から見た場合を示している。図２に示すように、本実施形態のインクジェットヘッドは、各圧電素子７ａ,７ｂを囲むように振動板支持部材８ａ,８ｂが配置されている。これは振動板５が、各圧電素子７ａ,７ｂに結合されるとともに振動板支持部材８ａ,８ｂによって圧電素子毎に区画され、圧電素子毎に独立して変位可能である振動部５ａ,５ｂを設けるためである。ここで、振動板支持部材８ａ,８ｂは、それぞれ電気配線１０ａ,１０ｂの経路を妨げることなく設けられる。なお、電気配線は、圧電素子から離れる方向に電極を引き延ばして行うようにしても良い。
【００２５】
本実施形態のインクジェットヘッドは、第一の圧電素子７ａと第二の圧電素子７ｂが共通の振動板５上に配置され、振動板支持部材８により圧電素子ごとに独立した振動部５ａと５ｂを設けられている。また、インクは共通流路９から充填され、リストリクター６を通り、液室４に充填される。
【００２６】
また、第一の圧電素子７ａは電気配線１０ａから電気を受け、第一の圧電素子７ａが伸縮振動し、その振動が振動部５ａを介して、液室４内に充填されたインクに圧力を与えることで、インクに運動エネルギーを与え、インクが吐出口１から吐出される。また、吐出後、飛翔中インクは数ｍｍ〜数百μｍの空間を数ｍ／ｓの速度で飛翔し、媒体上に着弾する。一方、振動部５ｂでは、液室内の圧力変動により、第二の圧電素子７ｂが変位し、その変位量に応じた電流を電気配線１０ｂへ出力することで、液室４内の圧力を検出する。
【００２７】
ここで、インクジェットヘッドは様々な外乱、例えば、環境温度、湿度の変化による液室内のインク物性変化に伴う吐出特性の変化、ノズル部へのゴミ付着、液室内へのゴミ混入、ノズル部のインク乾燥、液室内への空気や気泡の混入などの中でインクを安定的に吐出させなければならない。そのため、液室内に圧力センサーを設けることにより、液室内の圧力を検出し、吐出時の圧力特性を監視し、異常が見つかった場合、もしくは異常の前兆が見受けられた場合（例えば、圧力波形が徐々に弱まっている場合など）に、ノズル部からインクを吸引する、もしくは非印刷領域へインクジェットヘッドを移動し、吐出が安定するまで連続吐出するといった回復処置を即座に行うことができ、不良画像印刷を低減することができるようになる。
【００２８】
また、一般的にインク吐出量を決めるのはノズル径と圧電素子の駆動電圧と駆動波形である。このため、ノズル径数十μｍ〜数μｍのノズルを製作し、ノズル部の液面（メニスカス）の挙動特性を予め評価し、メニスカス挙動に合せて、駆動波形や駆動周波数を最適設計される。
【００２９】
しかしながら、圧電素子の感度や時間応答性などから駆動波形は制限される。例えば、圧電素子の時間応答がμsecオーダーだとすると、それより短い時間での制御は不可能である。これに対し、圧電素子を複数配置することで、上記のような問題を解決することが可能となる。例えば、第一の圧電素子を駆動し終えた後、１μsec以内に第二の圧電素子を駆動することで、nsecオーダーの制御が可能となる。更には、第一の圧電素子を駆動している最中に、第二の圧電素子を駆動することで、より複雑な制御が可能となり、メニスカス挙動に合わせた最適設計が容易となる。
【００３０】
特に、複数の液滴を飛翔中に合体させ、液滴量を制御するマルチドロップ制御の場合、一般にそれを実現する駆動波形は複雑なものとなるが、本実施形態に係るインクジェットヘッドを用いると容易に最適設計が可能となる。更には、環境変化によってインクの物性などが変わって、吐出するのに通常よりも大きなエネルギーが必要となった場合（例えば、環境温度が低下し、それに伴いインク粘度が増加した場合など）であっても、検出素子として機能していた圧電素子をアクチュエーターとして機能させることで、インクにより大きな運動エネルギーを与え、吐出させることができる。
【００３１】
本実施形態のインクジェットヘッドにおける圧電素子７は、２つの手段として機能する。すなわち、一つはアクチュエーターとして運動エネルギーをインクに与えて、インクを吐出させる手段（変位発生手段）であり、もう一つはセンサーとして液室内の圧力を検出する手段（圧力検出手段）である。
【００３２】
ここで、複数の圧電素子がそれぞれアクチュエーターとセンサーの役割を同時に行うためには、それぞれの圧電素子の動作は独立していなければならない。例えば、もし圧電素子ごとに独立した振動部が無いとした場合、第一の圧電素子７ａがアクチュエーターとして液室内に圧力を加えている最中に、第二の圧電素子７ｂがセンサーとして圧力を検出しても、振動板が共通していると、第一の圧電素子７ａの振動が直接振動板を伝わって、第二の圧電素子７ｂを振動させてしまい、液室内の圧力を正確に検出することができない。
【００３３】
そこで、本実施形態のインクジェットヘッドは、各圧電素子７ａ,７ｂに対応して変位する振動部５ａ,５ｂが支持部材８ａ,８ｂによって区画されるようにすることにより、各圧電素子７ａ,７ｂは独立に動作することができるようになり、アクチュエーターとしての機能とセンサーとしての機能を同時に満たすことができるものである。また、複数の圧電素子が同時にアクチュエーターとして機能する場合、各圧電素子から印加される圧力を独立制御できるというメリットもある。
【００３４】
また、複数の圧電素子が振動板５を共有することで、インクジェットヘッドの構成がシンプルになり、製作時の工程数が低減され、コストダウンが可能となる。例えば、図１に示した構成の場合、スピンコートなどの成膜工法とエッチング工法にて複数の圧電素子を比較的安価に振動板上に形成することができる。
【００３５】
（その他の実施形態）
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、少なくとも１つの圧電素子の圧電特性が他の圧電素子の圧電特性と異なることが好ましい。
【００３６】
ここで、図３に一般的な圧電特性を示す。図３において、２１はアクチュエーター用の圧電素子の圧電特性、２２はセンサー用の圧電素子の圧電特性を示している。したがって、例えば、第一の圧電素子７ａが主にセンサーとして動作し、第二の圧電素子７ｂが主にアクチュエーターとして駆動する場合、センサーの圧電特性は変位量が小さくても出力電圧が大きい方が好ましく、アクチュエーターの圧電特性は入力電圧に対して変位量は大きい方が好ましい。そこで、圧電素子を主としてセンサーとして用いるか、アクチュエーターとして用いるかに応じて圧電特性が異なるものを用いることで、各圧電素子の機能を最適化することができる。
【００３７】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、少なくとも１つの圧電素子の形状が他の圧電素子の形状と異なることが好ましい。
【００３８】
図４に本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態としてのインクジェットヘッドの概略断面図を示す。図４において、５ａはセンサー用圧電素子の振動部、５ｂはアクチュエーター用圧電素子の振動部、７ａはセンサー用圧電素子（第一の圧電素子）、７ｂはアクチュエーター用圧電素子（第二の圧電素子）を指す。以下、上記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略する。また、図５に図４の点線Ａ−Ａ´の断面図を示す。
【００３９】
ここで、第一の圧電素子７ａが主にセンサーとして動作し、第二の圧電素子７ｂが主にアクチュエーターとして駆動する場合、アクチュエーターはなるべく大きな運動エネルギーをインクに与えたいので、振動部５ｂを大きく振動させる必要がある。一方、センサーが圧力を検出するのに必要な振動板の変位量は比較的小さくても可能である。
【００４０】
そこで、図４,図５に示すように、センサー用圧電素子７ａがアクチュエーター用圧電素子７ｂよりも小さくすることで、各圧電素子の機能を最適化することができる。
【００４１】
また、振動板５の平面上の面積を変えることに替え、またはこれに併せて、振動板５の厚さを変えることも好ましい。例えば、センサー用の圧電素子７ａの厚みをアクチュエーター用の圧電素子７ｂよりも薄くすることで、圧電素子の機能に応じて、最適な形状を設けることが可能である。
【００４２】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、少なくとも１つの圧電素子の材質が他の圧電素子の材質と異なることが好ましい。
【００４３】
例えば、アクチュエーター用の圧電素子には変位量が大きいセラミックス系のPb(Zr、Ti)O3（通称、PZT）等を使用し、センサー用の圧電素子には感度が高い、高分子系のポリフッ化ビニリデン（PVDF）等を使用することが好ましい。
【００４４】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、少なくとも１つの圧電素子に対応した独立した振動部の振動板の剛性が他の振動部の剛性と異なることが好ましい。
【００４５】
例えば、図１に示した例において、第一の圧電素子７ａが主にセンサーとして動作し、第二の圧電素子７ｂが主にアクチュエーターとして駆動する場合、アクチュエーターもセンサー同様、小さな力でも、振動部５が大きく変位するような剛性を持った振動板が良い。
【００４６】
しかしながら、アクチュエーターは、なるべく大きな運動エネルギーをインクに与えたいのでアクチュエーターの振動部５ｂの変位量（ひずみ量）はセンサーの振動部５ａの変位量（ひずみ量）よりも大きい。図６は、一般的な振動板材料の応力ひずみ曲線を示す図であって、３１は、アクチュエーター用の振動板の応力ひずみ曲線で、３２はセンサー用の振動板の応力ひずみ曲線である。そこで、圧電素子の機能に応じて、各圧電素子の振動部の剛性を最大ひずみ量が弾性変形領域に収まるように合わせることで、各圧電素子の機能を最適化することができる。
【００４７】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、少なくとも１つの圧電素子に対応した独立した振動部の振動板の厚みが他の振動部の厚みと異なることが好ましい。
【００４８】
図７に本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態としてのインクジェットヘッドの概略断面図を示す。アクチュエーターはなるべく大きな運動エネルギーをインクに与えたいのでアクチュエーターの振動部５ｂの変位量（ひずみ量）は、センサーの振動部５ａの変位量（ひずみ量）よりも大きい。そこで、アクチュエーターの振動部５ｂの振動板厚さをセンサーの振動部５ａの振動板厚さよりも厚くすることで各圧電素子の振動部の剛性を最適化することができる。
【００４９】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、少なくとも１つの圧電素子に対応した独立した振動部の振動板の層構造が異なることが好ましい。
【００５０】
図８に本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態としてのインクジェットヘッドの概略断面図を示す。アクチュエーターはなるべく大きな運動エネルギーをインクに与えたいのでアクチュエーターの振動部５ｂの変位量（ひずみ量）はセンサーの振動部５ａの変位量（ひずみ量）よりも大きい。そこで、アクチュエーターの振動部５ｂの振動板の層構造をセンサーの振動部５ａの振動板よりも多くすること（５ｃ）で各圧電素子の振動部の剛性を最適化することができる。
【００５１】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、少なくとも１つの圧電素子に対応した独立した振動部の振動板の材質が改質工程により、他の振動部の材質と異なることが好ましい。
【００５２】
図９に本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態としてのインクジェットヘッドの概略断面図を示す。アクチュエーターはなるべく大きな運動エネルギーをインクに与えたいのでアクチュエーターの振動部５ｂの変位量（ひずみ量）はセンサーの振動部５ａの変位量（ひずみ量）よりも大きい。そこで、アクチュエーターの振動部５ｂの振動板の材質を改質し、センサーの振動部５ａの振動板よりも剛性を強くすることで各圧電素子の振動部の剛性を最適化することができる。なお、アクチュエーターの振動部５ｂの振動板の材質の改質は、例えば、イオンプレーティング、溶射、表面改質強化剤を用いた分子結合被膜形成等の方法で行うこととすれば良い。また、材料の異なる振動板を同じ層に張り合わせるのは製作上困難であり、コストアップにつながるため、同じ材料の共通振動板を部分的に改質する手法が好ましい。これにより、容易かつ安価で製作することができる。
【００５３】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドの圧電素子７は、溶液（ゾルゲル）法、インクジェットパターニング工法、および／または光エネルギーを用いた工法により製作することが好ましい。
【００５４】
セラミックスは、溶融法を用いて製作することが一般的である。溶融法はセラミックスの原料を１０００℃以上の高温下で溶融しなければならない。一方、溶液（ゾルゲル）法は加水分解、縮重合などの化学反応からゲルを作製し、比較的低温の熱処理をすることにより内部に残された溶媒を蒸発させ、結晶化させることでセラミックス製作することができる。溶液（ゾルゲル）法は、溶融法と異なり１０００℃以上の高温で焼く必要がないため、圧電素子が配置されている振動板や、電極層などを破損することなく、製作できるメリットがある。
【００５５】
図１０は、インクジェットパターニング工法の装置断面図であって、４１はインクジェットパターニング用のインクジェット装置、４２ａ,４２ｂはインクジェットパターニング用のインクジェット装置から吐出された圧電素子を形成するセラミックス溶液（ゾルゲル液）、４３ａ,４３ｂは振動板上に着弾した圧電素子を形成するセラミックス溶液を示す。振動板上に着弾したセラミックス溶液４３ａ,４３ｂは数百℃程度で加熱し、溶媒を蒸発させ、さらに乾躁したセラミックスを五百℃以上で加熱し、結晶化させ、圧電素子を形成する。インクジェットパターニングのメリットはエッチングなどによるパターニングと比べて溶液を効率的に使用できることである。エッチングの場合、パターンとして残したい場所以外は最終的に廃棄することになるが、インクジェットパターニングはそのような廃棄を行う必要がない。そのため、結果的に製品のコストダウンと環境負荷低減につながる。更に、アクチュエーター用圧電素子とセンサー用圧電素子の材料、厚みなどを変えるのが容易で、工程数を低減でき、コストメリットが大きい。
【００５６】
図１１は、ゾルゲル液の溶媒蒸発プロセス、圧電素子の結晶化プロセス、または振動板の改質プロセスを、光エネルギーを用いて行う装置断面図であって、５１は光源、５２ａ,５２ｂは光源から照射された光エネルギー、５３ａ,５３ｂは振動板上に着弾した圧電素子を形成するセラミックス溶液である。振動板上に着弾したセラミックス溶液５３ａ,５３ｂは光エネルギーにて数百℃程度で加熱し、溶媒を蒸発させ、さらに光エネルギーにて乾躁したセラミックスを五百℃以上で加熱し、結晶化させ、圧電素子を形成する。上記手法を用いることで、光エネルギーを集光させ、セラミックス溶液のパターン上のみを加熱するので、効率的に圧電素子を製作することができる。さらに、上記手法では、セラミックス溶液の無い部分を加熱しないので、その部分への熱的負荷がかからず、製品の信頼性を向上することができる。更に、飛翔中の溶液に光エネルギーを与えることも可能である。溶液の物性が飛翔中に制御できるメリットがある。更に、溶液が着弾する前に着弾場所を光エネルギーにて予め加熱しておくことで、溶媒の乾躁と結晶化プロセスを高速化することができる。更なるメリットとしては、着弾部材の表面状態を制御することができる。更に、アクチュエーター用圧電素子とセンサー用圧電素子の材料、厚みなどが異なる場合、各圧電素子に応じて、光エネルギーを最適化し、圧電素子を製作するメリットがある。
【００５７】
（画像形成装置の構成）
次に、以上説明した本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるインクジェット記録装置について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２はインクジェット記録装置の斜視説明図、図１３はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
【００５８】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１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を実施した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８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２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８６に排紙する。
【００５９】
印字機構部８２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９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３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インクジェットヘッドからなるヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、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９３にはヘッド９４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９５を交換可能に装着している。
【００６０】
インクカートリッジ９５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。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４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。
【００６１】
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１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９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００６２】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００６３】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４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１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。
【００６４】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３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８３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８３を排紙する。
【００６５】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７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９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４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。
【００６６】
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９４の吐出口（ノズル）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。
【００６７】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００６８】
例えば、上述の実施形態では、２つの圧電素子を備えたインクジェットヘッドを例に説明したが、圧電素子は２つに限られるものではなく、３つ以上備えるようにしても良いのは勿論である。この場合も同様に、振動板は、結合される圧電素子毎に区画され、結合される圧電素子毎に独立して変位可能である振動部を備え、圧電素子のうち少なくとも１つの圧電素子を、変位発生手段に併せて圧力検出手段として用いるものであれば良い。
【００６９】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、印刷技術以外にもインクジェット方式を用いた産業用製品（例えば電子配線、絶縁薄膜コーティング、薄型ディスプレイのカラーフィルターなど）の生産用途にも適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  吐出口
２  ノズル層
３  液室層
４  液室
５  振動板
５ａ,５ｂ  振動部
６  リストリクター
７  圧電素子
７ａ  第一の圧電素子
７ｂ  第二の圧電素子
８,８ａ,８ｂ  振動板支持部材
９  共通流路
１０,１０ａ,１０ｂ  電気配線
２１  アクチュエーター用の圧電素子の圧電特性
２２  センサー用の圧電素子の圧電特性
３１  アクチュエーター用の振動板の応力ひずみ曲線
３２  センサー用の振動板の応力ひずみ曲線
４１  インクジェットパターニング用のインクジェット装置
４２ａ,４２ｂ  セラミックス溶液
４３ａ,４３ｂ  セラミックス溶液
５１  光源
５２ａ,５２ｂ  光エネルギー
５３ａ,５３ｂ  セラミックス溶液
８１  装置本体
８２  印字機構部
８３  用紙
８４  給紙カセット
８５  手差しトレイ
８６  排紙トレイ
９１  主ガイドロッド
９２  従ガイドロッド
９３  キャリッジ
９４  ヘッド
９５  インクカートリッジ
９７  主走査モータ
９８  駆動プーリ
９９  従動プーリ
１００  タイミングベルト
１０１  給紙ローラ
１０２  フリクションパッド
１０３  ガイド部材
１０４  搬送ローラ
１０５  搬送コロ
１０６  先端コロ
１０９  印写受け部材
１１１  搬送コロ
１１２  拍車
１１３  排紙ローラ
１１４  拍車
１１５、１１６  ガイド部材
１１７  回復装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７１】
【特許文献１】特開２００６−８８４７５号公報
【図１】
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【図２】
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【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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