(57)【要約】【課題】圧電素子を効率良く変位させ液滴を効率的に吐出するとともに、圧電素子の耐久性を向上させる。【解決手段】圧力室の一部を形成する圧電素子を変形させて圧力室内の液体に圧力を加え、圧力室に設けられたノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、前記圧力室の全面または前記圧力室の前記ノズルが形成される面以外の面に前記圧電素子が形成され、かつ、前記圧電素子が、前記圧力室内側の表面積が変化するように駆動可能に形成されたことを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供することにより前記課題を解決する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室の一部を形成する圧電素子を変形させて圧力室内の液体に圧力を加え、圧力室に設けられたノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、
前記圧力室の全面または前記圧力室の前記ノズルが形成される面以外の面の全面に前記圧電素子が形成され、かつ、前記圧電素子が、前記圧力室内側の表面積が変化するように駆動可能に形成されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧電素子は、球状または半球状であることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧電素子とそれに隣接した圧電素子との間は可撓性フランジによって接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧電素子をエアロゾル法で形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に液滴の吐出効率を良くした液滴吐出ヘッドとこれを利用してインクを記録媒体上に吐出して画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、画像形成装置として、多数のノズル（液滴吐出口）を配列させたインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）を有し、このインクジェットヘッドと記録媒体を相対的に移動させながら、ノズルからインクを液滴として吐出することにより、記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置におけるインク液滴の吐出方法として、従来から圧電素子（圧電アクチュエータ）の変形によって圧力室の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を変化させ、圧力室の容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出する圧電方式が知られている。
【０００４】
インクジェット記録装置のようなインク吐出ヘッドを有する画像形成装置においては、インクを貯蔵するインクタンクからインク供給路を介してインク吐出ヘッドにインクを供給してインクを液滴として吐出しているが、インクの吐出量、吐出速度、吐出方向及び吐出されるインクの形状（体積）等が、常に所定量となるようにインク液滴を安定して効率良く吐出する必要がある。
【０００５】
そこで、例えば装置の簡略化、省電力化を図り、インク液滴の効率的な吐出を行うように圧力室に設けられる振動板のエッジを波状に変形させて振動板が変形し易いようにしたインクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献１等参照）。これによれば振動板が板に垂直な方向に変位する場合に有効である。
【０００６】
また、圧電素子の変位によって流路板の流路側壁を変形させ、この流路隔壁が変形することでインクを吐出するようにしたもので、この隔壁を初めから湾曲しやすい、又は湾曲した形状とすることにより低エネルギーで大きな変化を得ることができるようにして効率良くインクを吐出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２等参照）。
【０００７】
圧力室の上面に振動板、電極、圧電素子をこの順で形成し、電極の圧力室中央部を肉厚にすることによって、圧電素子が振動板の圧電素子側の境界面を超えて圧力室側に撓み込まないように構成し、インク吐出時に圧電素子の収縮力が圧力室の側壁に作用することなく、圧電素子によって発生する力の大部分が振動板を変形させることに働き振動板の変形量を大きくしたものが知られている（例えば、特許文献３等参照）。
【０００８】
また、圧力室の１つの面をノズルを有するノズルプレートで形成し、ノズルプレートに圧電素子を接合し、圧電素子によりノズルプレートを振動させて圧力波を発生させ、ノズルプレートに対向する圧力室の他の面をノズル口を焦点としたパラボラ曲線状に形成し、発生した圧力波をこのパラボラ曲線状の面で反射して、ノズルに向かって集中させるようにして効率的にノズルからインクを吐出するようにしたものが知られている（例えば、特許文献４等参照）。
【０００９】
また、圧力室の一部を構成する振動板を変形させて圧力室内のインクを吐出する記録ヘッドにおいて、振動位置を一枚の平面ではなく、吐出口に近づくに従って振動板が厚くあるいは薄くなるように、また振動板の中心に近づくに従って振動板が厚くあるいは薄くなるように、振動板が階段状になるように形成して比較的低電圧の印加によっても大きな振動板の変形が得られるようにしたものが知られている（例えば、特許文献５等参照）。
【００１０】
さらに、圧力室のインクを加圧する圧電素子を変形前の形がその断面形状が円弧状で、変形後に２次曲線となるようにしたもの（例えば、特許文献６等参照）や、振動板上に圧電素子を設け、さらにその上に電極膜を形成したバイモルフ型アクチュエータを用いたインクジェットで非駆動時に圧電素子の中央が電極膜側に撓んだ形状であるもの（例えば、特許文献７等参照）、あるいは圧力室の一部を形成する振動板が圧電素子で構成され、圧電素子が圧力室側へ凸状に湾曲しているもの（例えば、特許文献８等参照）が知られている。
【特許文献１】特開昭５７−２４２６２号公報
【特許文献２】特開平７−５２３８１号公報
【特許文献３】特開平７−６０９６０号公報
【特許文献４】特開平７−３１４６６５号公報
【特許文献５】特開平１０−２１１６９７号公報
【特許文献６】特開昭６０−３８１６３号公報
【特許文献７】ＷＯ０１／０７２５２１号公報
【特許文献８】特開２００３−１３６７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものは、振動板が板面に垂直な方向に変位する場合には有効であるが、圧電素子と振動板にバイメタル構造を取り変位する場合には有効ではないという問題がある。
【００１２】
また、上記特許文献２に記載のものは、圧電素子の変位を拡大する点で効果はあるが、２次元的に小さな圧力室を並べたマトリクス構造のインクジェットヘッドでは、圧力室の壁の撓ませ方から実際に構成するのは難しいという問題がある。
【００１３】
また、上記特許文献３に記載のものは、圧電素子を焼成する際の撓みの影響を緩和し、隣の圧力室への影響を小さくすることを目的としており、圧電素子（振動板）の変位効率を向上させるものではない。また、上記特許文献４に記載のものもこれと同様に、圧力波の反射面をパラボラにしてノズルに収束させるものであり、平面状である振動板や圧電素子の変位効率を向上させるものではない。
【００１４】
また、上記特許文献５に記載のものは、振動板の板厚を均一ではなく、場所によってその板厚を変化させたものであり、特に階段状に形成したものが開示されているが、階段状に形成したのは製法の制約からであって、必ずしもこの形状が振動板の変位効率を最もよく向上させるものではない。
【００１５】
また、上記特許文献７に記載のものは、振動板の上に圧電素子が形成されたバイモルフ構造で、圧電素子の中央部が振動板とは反対側の電極側（上側）に凸となるように撓んだ形状となっているが、このようなバイモルフ構造において圧電素子の変形は基本的に振動板側（下側）に変位する方向に使用されるものであり、それを逆方向に使うと圧電素子の強度上問題がある。
【００１６】
またこれとは逆に、上記特許文献６あるいは特許文献８に記載のものは、圧電素子が圧力室側へ円弧状あるいは凸状に湾曲しているが、その曲率は一定（円弧状）あるいは中央部での曲率が周辺部より小（すなわち中央部での曲率半径が周辺部より大）であり、単に圧力室側へ凸状にしただけでは必ずしもそれ程大きな変位効率の向上は望めない。
【００１７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、圧電素子を歪みが少なく均一に変形させることにより圧電素子を効率良く変位させ発生する圧力を効率良く圧力室内の液体に伝達し液滴を効率的に吐出するとともに、圧電素子の耐久性を向上させることのできる液滴吐出ヘッド及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】
【００１８】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、圧力室の一部を形成する圧電素子を変形させて圧力室内の液体に圧力を加え、圧力室に設けられたノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであって、前記圧力室の全面または前記圧力室の前記ノズルが形成される面以外の面に前記圧電素子が形成され、かつ、前記圧電素子が、前記圧力室内側の表面積が変化するように駆動可能に形成されたことを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
【００１９】
これによれば、少なくとも圧力室の全面またはノズルが形成される面以外の面が全て圧電素子で形成されその表面積が減少するように変形することにより、圧電素子が当初の形状に対し歪みが少なく均一に変形するため、液滴吐出効率を向上させることができるとともに、耐久性を向上させることができる。
【００２０】
また、請求項２に示すように、前記圧電素子は、球状または半球状であることを特徴とする。これにより、特に圧電素子を対称形に形成することで変形時の面内方向の歪みをほぼなくし、圧電素子の変形によって発生する圧力をノズルに効率的に集中することができ、吐出効率を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項３に示すように、前記圧電素子とそれに隣接した圧電素子との間は可撓性フランジによって接合されていることを特徴とする。これにより、隣接した圧力室との干渉を防止し、効率的な駆動が可能となる。
【００２２】
また、請求項４に示すように、前記圧電素子をエアロゾル法で形成したことが好ましい。エアロゾル法によれば任意の形状の曲面の形成が容易であり、球面状や半球状の圧電素子であっても簡単に形成することができる。
【００２３】
また、同様に前記課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４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を提供する。これにより、吐出効率のよい安定した画像形成が可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッド及び画像形成装置によれば、圧電素子を歪みが少なく均一に変形させることにより圧力室内の液体に対する加圧効率を向上させ、液滴吐出効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る液滴吐出ヘッド及び画像形成装置について詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係るインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。図１に示したように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド（インク吐出ヘッド）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６とを備えている。
【００２７】
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００２８】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
【００２９】
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
【００３０】
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
【００３１】
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。
【００３２】
ベルト３３は、記録紙１６幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。      
【００３３】
ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。
【００３４】
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
【００３５】
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
【００３６】
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００３７】
印字部１２は、４色（ＫＣＭＹ）に対応する印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからなり、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、それぞれが複数の吐出口を有する複数の吐出ヘッドを記録紙１６の全幅を担うように、各吐出ヘッドの長手方向を記録紙１６の幅方向に並べて構成された、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを、紙搬送方向と直交する方向に配置した、いわゆるフルライン型ヘッドとなっている（図２参照）。
【００３８】
各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、図２に示すように、インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドを有して構成されている。      
【００３９】
記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
【００４０】
このように、紙幅の全域をカバーするフルライン型ヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
【００４１】
なお、本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。
【００４２】
図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００４３】
印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
【００４４】
本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
【００４５】
印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。
【００４６】
印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
【００４７】
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
【００４８】
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００４９】
このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。
【００５０】
また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
【００５１】
次に、印字ヘッドの構造について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているため、以下、これらを一つの印字ヘッド５０で代表させて説明する事とする。
【００５２】
図３に、印字ヘッド５０の構造例を平面透視図で示す。図３に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、インクを吐出するノズル５１、インクを吐出する際インクに圧力を付与する圧力室５２、共通流路（図示省略）から圧力室５２にインクを供給するインク供給口（図示省略）を含んで構成される多数の圧力室ユニット５４が千鳥状の２次元マトリクス状に配列され、これによりノズル５１の見かけ上のノズルピッチの高密度化が図られている。
【００５３】
図３に示すように、各圧力室５２は、上方から見るとその平面形状が概略円形をしており、その中心にノズル５１が形成されている。各圧力室５２は、図示しない供給口を介してインクの共通流路と連通されている。インクは、共通流路から供給口を通って圧力室５２に供給され、図３では図示を省略した圧電素子（アクチュエータ）により発生された圧力により圧力室５２が変形して、ノズル５１から記録紙に向かって吐出されるようになっている。
【００５４】
また、図３中に示した一点鎖線４Ａ−４Ｂに沿って圧力室ユニット５４を切断した断面図を図４に示す。
【００５５】
図４に示すように、本実施形態の圧力室ユニット５４は、平面状のノズルプレート６０上に圧電素子５８が半球状に形成されている。圧力室５２は、底面をノズルプレート６０によって、また上面を半球状の圧電素子５８によって囲まれたドーム状に形成されている。
【００５６】
圧力室５２の底面のノズルプレート６０の中心にインクを吐出するノズル５１が設けられている。また、図示を省略したが、インク供給口についてはその設置位置は特に限定はされない。例えば、ノズルプレート６０にある程度の厚みを持たせて、ノズルプレート６０のノズル５１とは別の位置に共通流路に連通するインク供給口を設けるようにしてもよい。あるいは可撓性フランジ６２のノズルプレート６０側に共通流路に連通するインク供給口を設けるようにしてもよい。あるいは半球状の圧電素子５８の一部に小さな孔をあけてそこからインクを供給するようにしてもよい。このときには、例えば半球状の圧電素子５８に設けた小孔からインクを供給する管を柔らかい部材で形成して圧電素子５８が多少変形してもその動きに合わせられるようにすると良い。
【００５７】
圧電素子５８の内側には圧電素子５８の保護層を兼ねた各圧電素子の電極と導通している共通電極５６の層が形成され、圧電素子５８の外側には各圧電素子を個別に駆動させるための個別電極５７の層が形成されている。圧電素子５８は、これら共通電極５６及び個別電極５７に電圧を印加することによって駆動される。
【００５８】
この圧電素子５８の内側に形成される共通電極５６は、振動板でもよいが、本実施形態においては、振動板は無くてもよいし、むしろ無い方がよい。図４に示す例では、圧力室５２の内壁は、底面のノズルプレート６０以外は半球状の１つの面（曲面）で形成されており、この面はすべて圧電素子５８によって形成されている。このように形成された圧電素子５８を駆動する際には、圧電素子（ピエゾ素子）５８のｄ３１モードという方向の変位が効果的に働く。すなわち、圧電素子５８の面方向の長さが伸びたり縮んだりする方向に働き、結果的に、半球状の圧電素子５８がそのドーム状の形状を略保ちながら、その表面積が拡大したり減少したりするように変形する。このように完全に相似形ではないが略同様の形状を保ちながらその表面積を減少させたり増大させたりする変形による駆動を、空気を吐き出してしぼんだり、空気を吸い込んで膨らむ肺の動きになぞらえて呼吸モードということがある。
【００５９】
このように、本実施形態においては、圧電素子５８は、その表面上の全ての点において上に凸状に膨らんだドーム状の形状を略保ちながら、その圧力室内側の表面積が減少及び増加するように呼吸モードで駆動する。従って、圧電素子５８の内側に振動板を形成した場合、振動板も圧電素子の呼吸モード駆動に合わせた変形をしなければならない。図４に示す例では、底面のノズルプレート６０以外の全ての面が圧電素子５８で形成され変形するようになっているため、特に振動板を圧電素子５８の内側に設ける必要はない。
【００６０】
このように、圧電素子５８は略そのままの形状を保ったまま変形し、その変形した形状が最初の形状から歪んだり曲がったりせずに拡大及び縮小するように変形するため、変形による歪みがほとんど発生することはなく、効率よく駆動することができる。特に、圧電素子５８が半球状でノズル５１が圧力室５２の底面の円の中心に形成されているため、圧電素子５８の収縮によって生じる圧力波は丁度ノズル５１付近に集中し、圧電素子５８によって生じる圧力を非常に効率良くインク吐出に用いることができる。
【００６１】
また、図４に示すように、半球状の圧電素子５８と隣の圧電素子５８ａとの間は隙間が開いており、可撓性のフランジ６２が配置されている。これにより、隣り合った圧電素子同士が干渉することはない。
【００６２】
また、このようにその両面に共通電極５６及び個別電極５７が形成される圧電素子５８は、エアロゾル法によって効率的に形成することができる。
【００６３】
次にエアロゾル法について説明する。
【００６４】
図５は、エアロゾル法による成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、原料の粉体を収容するエアロゾル生成器７２を有している。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。
【００６５】
エアロゾル生成器７２には、キャリアガス導入部７３、エアロゾル導出部７４、振動部７５が設けられている。キャリアガス導入部７３から窒素ガス（Ｎ2 ) 等の気体を導入することによってエアロゾル生成容器７２内に収容された原料の粉体が噴き上げられ、エアロゾルが生成される。その際に、振動部７５によってエアロゾル生成容器７２に振動を与えることにより、原料の粉体が攪拌され、効率よくエアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル導出部７４を通って成膜チャンバ７６に導かれる。
【００６６】
成膜チャンバ７６には、排気管７７、ノズル７８、可動ステージ７９が設けられている。排気管７７は、真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ７６内を排気する。エアロゾル生成容器７２において生成され、エアロゾル導出部７４を通って成膜チャンバ７６に導かれたエアロゾルは、ノズル７８から基板７０に向けて噴射される。これにより、原料の粉体が基板７０上に衝突して堆積する。基板７０は、３次元に移動可能な可能ステージ７９に載置されており、可動ステージ７９を制御することにより、基板７０とノズル７８との相対的位置が調節される。
【００６７】
図６に、印字ヘッドユニットの他の例を示す。図６に示す印字ユニット１５４は、平面状のノズルプレート１６０上に圧電素子１５８が球状（薄いシェル状）に形成され、圧力室１５２は球形をなしている。そして、球状の圧電素子１５８が平面状のノズルプレート１６０に接する位置にノズル１５１が形成されている。
【００６８】
また、圧電素子１５８の内壁面には保護膜を兼ねる共通電極１５６が形成され、圧電素子１５８の外側の面には個別電極１５７が形成されている。さらに、圧電素子１５８と隣の圧電素子１５８ａとの間には可撓性のフランジ１６２が配置されている。
【００６９】
この例では、このように圧力室１５２をその全面を薄いシェル状の圧電素子１５８によって形成している。そして圧力室１５２内部全面に形成された圧電素子１５８を前述した呼吸モードで駆動することにより、歪みや当初の形状からの曲がり等がなく、圧力室１５２（圧電素子１５８）全体が略相似形を保ったまま変形して、効率良くインクを吐出することができる。
【００７０】
また、このとき圧力室（圧電素子）は完全な球形ではなく、図７に示すように、四角形（角柱）の角の部分が丸みを帯びたような形状にしてもよい。すなわち、図７に示す印字ユニット２５４は、角が丸く形成された角柱状の全面が圧電素子２５８で構成された圧力室２５２が平面状のノズルプレート２６０上に形成されている。そして、ノズルプレート２６０に接する部分の面の中央にノズル２５１が形成されている。
【００７１】
また、図示は省略したが、前述した例と同様に、圧電素子２５８のそれぞれの面には圧電素子２５８を駆動するための共通電極及び個別電極が形成されている。また、圧電素子２５８と隣の圧電素子２５８ａとの間には可撓性のフランジ２６２が設けられている。
【００７２】
なお、図７に示した例では、圧力室２５２の内壁全面に圧電素子２５８が形成されていたが、必ずしも全面に圧電素子２５８を形成する必要はなく、例えば、底面、側面及び上面のみに圧電素子２５８を形成し、角の部分には圧電素子を設けないようにしてもよい。しかし、図７に示すように全面に圧電素子２５８が形成されて繋がっている方が駆動効率の点で好ましい。
【００７３】
なお、図６あるいは図７に示すような圧電素子１５８、２５８を形成する方法は特には限定されないが、例えば、前述したようなエアロゾル法により図４に示すような半球状の圧電素子５８を形成して、これを２つ合わせて球状に形成する方法等が考えられる。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態によれば、圧力室を半球状あるいは球状に形成しその内面を全面圧電素子で形成し、いわゆる呼吸モードで駆動することにより、変形の際の歪みの発生もなく、効率的に圧力をインクに加えることができ、効率的にインクを吐出することができる。
【００７５】
以上、本発明の液滴吐出ヘッド及び画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施形態としてのインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。
【図２】図１のインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。
【図３】印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。
【図４】図３中の４Ａ−４Ｂ線に沿った印字ヘッドユニットの一例を示す断面図である。
【図５】エアロゾル法による成膜装置を示す模式図である。
【図６】印字ヘッドユニットの他の例を示す図４と同様の断面図である。
【図７】図６の印字ヘッドユニットの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５４…圧力室ユニット、５６…共通電極、５７…個別電極、５８…圧電素子、６０…ノズルプレート、６２…可撓性フランジ
【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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