(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電素子の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ことができる、液滴吐出ヘッド及び画像形成装置を提供する。【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、圧電素子の中央部の平均曲率を該圧電素子の他の部分における平均曲率よりも大きくした液滴吐出ヘッドを提供する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記圧電素子の中央部の平均曲率を該圧電素子の他の部分における平均曲率よりも大きくしたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧電素子の前記圧力室側に振動板が配置された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】
前記圧電素子中央部の平均曲率が大の部分において、前記圧電素子と前記振動板の間に隙間または弾性部材が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧電素子の中央部の厚みを該圧電素子の他の部分の厚みよりも薄く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】
前記圧電素子及び振動板の少なくとも１つをエアロゾル法で形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子の剛性がその厚み方向において、前記振動板に近い側の剛性が前記振動板に遠い側の剛性よりも高くなるように、前記圧電素子を傾斜構造組成として形成したことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記圧電素子の剛性が前記振動板に近い側の面方向において、前記振動板の中央部付近の剛性が他の部分の剛性よりも低くなるように、前記圧電素子を傾斜構造組成として形成したことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７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面（回転放物面）状に形成し、発生した圧力波をこのパラボラ曲面状の面で反射して、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曲面（回転放物面）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、小さな力で圧電素子を大きく変形させることにより圧電素子の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、前記圧電素子の中央部の平均曲率を該圧電素子の他の部分における平均曲率よりも大きくしたことを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
【００１９】
ここで圧電素子の平均曲率とは、薄板状の圧電素子を曲面と見た場合の平均曲率である。なお、曲面上の点Ｐにおける曲面の平均曲率とは、点Ｐにおける曲面の法線（点Ｐにおける曲面の接平面に垂直な直線）を含む平面と曲面との交線がなす曲線の点Ｐにおける曲率（法曲率）の、前記法線を含む平面を法線の周りに回転したときの前記法曲率の最大値Ｋ１と最小値Ｋ２の算術平均Ｋ＝１／２（Ｋ１＋Ｋ２）をいう。曲面の平均曲率は曲面上の点毎に定まる曲面の曲がり具合を表す曲面に固有の量であり、曲面を見る方向にはよらない。
【００２０】
また、圧電素子の中央部とは、圧力室に対応する圧電素子の部分の平面図形としての重心の近傍であり、この圧電素子の部分が特に正多角形であればその中心付近を言う。
【００２１】
請求項１に記載の発明においては、圧電素子の中央部の平均曲率を他の部分より大きく、すなわちその曲がり具合を大きくすることにより、圧電素子に電圧が印加され圧電素子が縮んで撓もうとする際、中央部の平均曲率の大きい部分に大きな歪を発生させるようにしている。その結果、この部分を中心にして折れ曲がるようにして圧電素子を撓ませ易くすることで、小さな力で圧電素子を大きく変形させることができ、圧電素子の発生する力からより大きな排除体積を得て、液体に伝えて効率的に液滴を吐出することができる。その結果、小さな力で大きな変形を得ることができるため圧力室を小さくすることができ、ノズルの高密度化を図ることが可能となる。
【００２２】
また、請求項２に示すように、前記圧電素子の前記圧力室側に振動板が配置されたことが好ましい。圧電素子の圧力室側に振動板を設けることにより圧電素子とユニモルフ型アクチュエータを構成すると共に、振動板を共通電極として用いることができ、さらに圧電素子の保護膜として利用することができる。
【００２３】
また、請求項３に示すように、前記圧電素子中央部の平均曲率が大の部分において、前記圧電素子と前記振動板の間に隙間または弾性部材が設けられたことを特徴とする。このように隙間や弾性部材を設けることで、圧電素子をより変形し易くすることができる。
【００２４】
また、請求項４に示すように、前記圧電素子の中央部の厚みを該圧電素子の他の部分の厚みよりも薄く形成したことが好ましい。これによっても、圧電素子が変形し易くなる。
【００２５】
また、請求項５に示すように、前記圧電素子及び振動板の少なくとも１つをエアロゾル法で形成したことを特徴とする。エアロゾル法によれば曲面の形成が簡単にでき、このような圧電素子等を容易に形成することができる。
【００２６】
また、請求項６に示すように、前記圧電素子の剛性がその厚み方向において、前記振動板に近い側の剛性が前記振動板に遠い側の剛性よりも高くなるように、前記圧電素子を傾斜構造組成として形成したことを特徴とする。また、請求項７に示すように、前記圧電素子の剛性が前記振動板に近い側の面方向において、前記振動板の中央部付近の剛性が他の部分の剛性よりも低くなるように、前記圧電素子を傾斜構造組成として形成したことを特徴とする。このように、傾斜構造組成として形成することで圧電素子をより変形し易くすることができるとともに、変形時の応力を緩和して耐久性を向上させることができる。
【００２７】
また、同様に前記目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１〜７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記録を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
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、少ない印加電圧で圧電素子のより大きな変位を得ることができ、発生した圧力を効果的に圧力室内の液体に伝達することができ、効率的に液滴を吐出することができる。その結果、ノズルの高密度化も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
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。
【００３０】
図１は、本発明に係る画像形成装置としての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。
【００３１】
図１に示すように、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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）。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、図示しない共通流路から圧力室５２にインクを供給するインク供給口５３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。
【００５８】
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正方形状をしており、その対角線の一方の端にノズル５１が形成され、他方の端にインク供給口５３が設けられている。各圧力室５２は、インク供給口５３を介して図示しないインクの共通流路と連通されている。インクは、共通流路からインク供給口５３を通って圧力室５２に供給され、図示しないアクチュエータ等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。
【００５９】
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。
【００６０】
図４に示すように、各圧力室ユニット５４は、圧力室５２の上面が振動板５６によって構成され、その上に圧電素子５８が形成されている。さらに、圧電素子５８の上には、個別電極５７が形成されている。また、振動板５６は共通電極を兼ねており、共通電極（振動板５６）と個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８が変形して振動板５６が撓み、圧力室５２の容積が縮小されてノズル５１からインクが吐出されるようになっている。そしてインク吐出後、共通流路５５からインク供給口５３を通って新しいインクが圧力室５２に供給されるようになっている。
【００６１】
本実施形態では図４に示すように、振動板５６及び個別電極５７が上下に接合された圧電素子５８が、電源オフの初期状態において圧力室５２側（図の下側、個別電極５７とは反対側）に向かって凸形状に形成されている。特に、その中央部５９はその周辺部に比べて平均曲率が大きく、すなわち周辺部に比べて曲がり具合が大きく形成されている。
【００６２】
このように本実施形態は、圧電素子５８（同時に振動板５６も）を曲面とすることで曲がり易くするものであるが、単に曲面とするだけではなく、さらに圧電素子５８（振動板５６）の曲面の平均曲率が異なる部分を作り、局所的に曲がり易くするものである。
【００６３】
なお、圧電素子５８としては、バイモルフ型、すなわち厚み方向に分極された２枚の圧電素子から構成され、内部に電極が埋め込まれ貼り合わされており、外側の電極及び内部電極の両方の電極にそれぞれ電圧を印加すると、上部の圧電素子は圧電効果によって縮み、下部の圧電素子は伸び、その結果全体としては下部に凸形状に曲がるようなものでもよいし、もしくは、圧電素子の厚み方向に向かって、圧力室から遠い部分の圧電定数（ｄ３１定数）と、圧力室に近い部分の前記定数ｄ３１が異なる傾斜構成されたものでもよい。
【００６４】
このように振動板５６及び圧電素子５８全体が圧力室５２側に凸形状となっている中で特にその中央部５９の平均曲率を大きくすることによって、電圧印加時に圧電素子５８がｄ３１モードで駆動され振動板５６を下に押して変形させるとき、中央部５９の平均曲率が大きい部分に大きな歪が発生し、ここを中心に折れ曲がるようにすることで撓み易くし、より変形し易くすることができる。
【００６５】
またこのとき、図５に示すように、中央部５９の平均曲率が周辺部より大きい部分において、振動板５６と圧電素子５８との間に隙間６０を設けるようにする。この隙間６０は単に空気が入った隙間としてもよいが、弾性を持つ別部材をこの中に入れて振動板５６と圧電素子５８とともに層状に構成してもよい。このように、中央部５９の平均曲率が周辺部より大きい部分に隙間６０を設け、あるいは弾性部材をこの中に入れることにより変形する部分に余裕を持たせることで、圧電素子５８をより変形し易くし振動板５６をより曲がり易くすることができる。弾性部材としては特に限定はされず、例えば樹脂でもよいし、ゴムでもよい、あるいは流体でもよい。
【００６６】
なお、このとき圧電素子５８及び振動板５６について、層の厚みを部分によって異ならせて、動作時の効率が最大になるようにしてもよい。具体的には、圧電素子５８と振動板５６の変形に対して、変形時の歪みが略均一になるように変形の大きい部分の層の厚みを薄くするようにする。すなわち、変形の大きい振動板５６の中央部５９付近において、振動板５６及び圧電素子５８の両方あるいは少なくともどちらか一方の層の厚みを薄くしてその剛性を周辺の剛性より低くする。
【００６７】
また、圧電素子５８の厚み方向において、振動板５６に近い側の剛性が振動板５６から遠い側（個別電極５７側）の剛性より高くなるようにしてもよい。さらに、圧電素子５８の厚み方向において振動板５６に近い側で、振動板５６の中央部５９付近の剛性は他の部分の剛性よりも低くするようにしてもよい。
【００６８】
このような圧電素子５８を傾斜構造組成とすることは、圧電素子５８をエアロゾル法によって形成することによって容易にできる。このとき圧電素子５８のみならず振動板５６もエアロゾル法によって形成することが好ましい。エアロゾル法によれば、エアロゾルを噴射するノズルを往復移動させて噴射する成分を調整して形成することにより、圧電素子５８及び振動板５６を上述したような傾斜構造組成として形成することができる。
【００６９】
次にこのようなエアロゾル法について説明する。
【００７０】
図６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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
図７に印字ヘッドユニットの他の例を示す。
【００７４】
図７に示すように、印字ヘッドユニット１５４は、図４に示す印字ヘッドユニット５４と同様に、圧力室１５２の上面が振動板１５６によって構成され、さらにその上に圧電素子１５８が形成されている。圧電素子１５８の上には、個別電極１５７が形成されている。また、振動板１５６は共通電極を兼ねており、共通電極（振動板１５６）と個別電極１５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子１５８が変形して振動板１５６が撓み、圧力室１５２の容積が縮小されてノズル１５１からインクが吐出されるようになっている。そしてインク吐出後、共通流路１５５からインク供給口１５３を通って新しいインクが圧力室１５２に供給されるようになっている。
【００７５】
図７に示す例においては、図４に示すものと異なり、振動板１５６及び個別電極１５７が上下に接合された圧電素子１５８が、電源オフの初期状態において圧力室１５２とは反対側（図の上側、個別電極１５７側）に向かって凸形状に形成されている。また、この例においても、単に上に凸形状にしたのではなく、特に、その中央部１５９がその周辺部に比べて平均曲率が大きく、すなわち曲がり具合が大きくなるように形成されている。このように、特に中央部１５９の平均曲率を大きくしたことにより振動板１５６がより曲がり易くすることができる。
【００７６】
また、図８に示すように、この中央部１５９において振動板１５６と圧電素子１５８との間に隙間１６０を設けることが好ましい。この隙間１６０は単に隙間としてもよいが、この中に樹脂やゴム等の弾性部材を入れるようにしてもよい。
【００７７】
このような隙間１６０を設けることにより、圧電素子１５８が駆動されて振動板１５６を下へ撓ますときに動きに余裕ができ、圧電素子１５８の耐久性も向上される。
【００７８】
なお、上記実施形態において、圧電素子、振動板等はエアロゾル法で形成するのが好ましいと述べたが、エアロゾル法以外に、例えばスパッタ法を用いることもできる。
【００７９】
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】
【００８０】
【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】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６】エアロゾル法による成膜装置を示す模式図である。
【図７】印字ヘッドユニットの他の一例を示す図４と同様の断面図である。
【図８】図７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】
【００８１】
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、５３…インク供給口、５４…圧力室ユニット、５５…共通流路、５６…振動板、５７…個別電極、５８…圧電素子、５９…中央部、６０…隙間
【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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