JP2006321101A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の吐出効率を向上させる。
【解決手段】液体を吐出する吐出口に連通し、供給流路から液体が供給される圧力室と、前記圧力室の前記吐出口に対向する壁面を構成する圧電素子と、を備え、液体吐出時には、前記圧電素子のｄ３３方向の変位により、前記圧力室内の液体を加圧するとともに、前記圧力室の隔壁と前記圧電素子の間に形成される間隙をリフィル時よりも狭くして前記圧力室側から前記供給流路側に向かう液体の流体抵抗がリフィル時より大きくなるように構成されていることを特徴とする液体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３

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に、圧電素子の変位を利用して圧力室に連通する吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。

従来より、多数のノズルが形成された印字ヘッド（液体吐出ヘッド）と記録媒体を相対的に移動させながら、各ノズルからインク滴を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が知られている。このようなインクジェット記録装置に搭載される印字ヘッドの吐出方式には、圧電素子の変位を利用して、インクが充填される圧力室の容積を変化させ、圧力室内に充填されるインクを加圧し、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する圧電方式のものがある。

例えば、特許文献１や特許文献２には、圧力室の壁面を構成する振動板を挟んで、圧力室及びその圧力室に対するインク供給流路に対向する位置に圧電素子が配置された印字ヘッドが記載されている。この印字ヘッドは、インク吐出時、圧電素子の変形により振動板がインク供給流路の断面積を狭くし、圧力室から共通液室に向かうインクの逆流を防止している。

また、特許文献３には、片持ち梁構造の弾性可動アクチュエータによってインク流路が分断され、一方はノズル側、他方は共通液室に連通する流路側となっている印字ヘッドが記載されている。この印字ヘッドでは、ノズル側に対するインク供給はインク流路の側壁と弾性可動アクチュエータの間隙を介して行われる。

また、特許文献４には、ノズル、圧力室（インクチャンバ）及び共通液室（インクプール）が１枚の基板で構成され、圧力室のノズル側と反対側に圧電素子が配置された印字ヘッドが記載されている。

さらに、特許文献５には、圧力室の内部にユニモルフ型の圧電素子を配置した印字ヘッドが記載されている。この印字ヘッドでは、圧力室の内壁面を構成する振動板上に圧電素子が固着されている。
特開平８−５８０８５号公報 特開平１１−１２３８２１号公報 特開平２−２５３９６２号公報 特開２００１−３３４６７４号公報 特開２００４−２３７６７６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された印字ヘッドでは、圧力室内のインクは振動板を介して間接的に加圧されるため、圧電素子の変位に対するインクの吐出効率が悪いという課題がある。

また、特許文献３に記載された印字ヘッドでは、インク流路内に配置される弾性可動アクチュエータは、リフィル時にはノズル側の容積を増大させる方向に動作し、インク吐出時にはノズル側の容積を減少させる方向に動作するが、弾性可動アクチュエータの変位に対するインクの吐出効率については考慮されていない。

特許文献４に記載された印字ヘッドでは、ヘッドの信頼性や歩留まりの向上、ヘッドの小型化を実現することを目的として、ノズル、圧力室及び共通液室を１枚の基板で構成しているが、特許文献３と同様に、インクの吐出効率については考慮されていない。

特許文献５に記載された印字ヘッドでは、圧力室内のインクに接液する圧電素子は液滴吐出方向である縦方向の変位とそれに垂直な横方向の変位とが相反してしまい、圧電素子の変位に対するインクの吐出効率が悪いという課題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、液体の吐出効率を向上させた液体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。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出する吐出口に連通し、供給流路から液体が供給される圧力室と、前記圧力室の前記吐出口に対向する壁面を構成する圧電素子と、を備え、液体吐出時には、前記圧電素子のｄ３３方向の変位により、前記圧力室内の液体を加圧するとともに、前記圧力室の隔壁と前記圧電素子の間に形成される間隙をリフィル時よりも狭くして前記圧力室側から前記供給流路側に向かう液体の流体抵抗がリフィル時より大きくなるように構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

本発明によれば、液体吐出時、圧電素子のｄ３３方向の変位で液体を直接加圧するため圧力の伝達効率が良い。また、圧力室から供給流路に向かうインクの逆流が防止されるので圧力損失が小さい。従って、圧電素子の変位に対する液体の吐出効率が向上する。

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であって、前記圧電素子の前記吐出口側の表面は中央部が凹んだ略曲面状であることを特徴とする。

請求項２の態様によれば、圧力室内の液体に与えられる圧力の伝播方向が吐出口に集中するようになるので、圧力損失が小さく、液体の吐出効率が更に向上する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッドであって、前記圧力室は、前記吐出口に向かって径が狭くなるテーパ部を有することを特徴とする。

請求項３の態様によれば、圧力室内の液体に与えられる圧力の伝播方向が吐出口に集中するようになるので、圧力損失が小さく、液体の吐出効率が更に向上する。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記供給流路を介して前記圧力室に供給する液体を貯留する共通液室は、前記圧電素子を挟んで前記吐出口が形成される側の反対側に形成されていることを特徴とする。

請求項４の態様によれば、吐出口や圧力室の高密度配置が可能となる。

また、上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項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を提供する。

本発明によれば、液体吐出時、圧電素子のｄ３３方向の変位で液体を直接加圧するため圧力の伝達効率が良い。また、圧力室から供給流路に向かうインクの逆流が防止されるので圧力損失が小さい。従って、圧電素子の変位に対する液体の吐出効率が向上する。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
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概略を示す全体構成図である。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。

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。

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。

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。

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。

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をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の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（不図示）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。

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（不図示）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。

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。

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。従って、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。

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。

印字部１２は、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（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部１２を構成する各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本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で構成されている。

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。

このように、紙幅の全域をカバーするフルライン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（副走査方向）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、一回の副走査で）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（主走査方向）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（不図示）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。

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。

尚、インク色ごとに設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを示すものとする。

〔印字ヘッドの構造〕
次に、本実施形態の印字ヘッド５０の構造について説明する。

図２は、印字ヘッド５０の一部を簡略化して表示した平面透視図である。図３は、図２中３−３線に沿う断面図であり、図４は、図２中４−４線に沿う断面図である。

本実施形態の印字ヘッド５０は、図２に示すように、インク滴を吐出するノズル５１が２次元状（マトリクス状）に配置されるとともに、ノズル５１に対応する圧力室５２も２次元状（マトリクス状）に配列されている。

圧力室５２の平面形状は略円形状であり、ノズル５１を略中心とする対称形状である（図２参照）。また、圧力室５２の断面形状はインク吐出方向に向かって径が徐々に小さくなるテーパ状である（図３及び図４参照）。そして、圧力室５２のインク吐出方向の先端はノズル５１となっている。但し、圧電素子７０に近い部分の圧力室５２の断面形状はストレート形状としてもよい。このような構造により、後述するように、圧力室５２内のインクに与えられた圧力がノズル５１に集中するので、圧力損失が小さく、インクの吐出効率が良くなっている。尚、圧力室５２の平面形状は略円形状に限定されず、ノズル５１を略中心とする対称形状（例えば、多角形状）であればよい。

圧力室５２のノズル５１側と反対側には、テーパ状の圧力室５２の最大径よりも大きな径の空間（円筒部）６２ａが形成されており、この円筒部６２ａに圧電素子７０が配置されている。圧電素子７０の構成については後で詳説するが、所定の肉厚を有する略円盤状の圧電体の両面（厚み方向の両面）に電極が配置された圧電素子であり、テーパ状の圧力室５２の最大径よりも大きく、且つ、円筒部６２ａの径よりも小さく構成され、圧力室５２の内部のインクに接液する部分には樹脂等のインク保護膜が形成されている。従って、圧力室５２のノズル５１側と反対側の壁面は、圧電素子７０の上面によって構成される。また、後述するインク供給流路５４の一部は、圧電素子７０の上面端部によって構成される。尚、円筒部６２ａや圧電素子７０の平面形状は略円形状に限定されず、多角形状でもよい。

この印字ヘッド５０は、図３及び図４に示すように、圧電素子７０が固着されるベースプレート６０上に、円筒部６２ａが形成されるスペーサプレート６２、及び、テーパ状の圧力室５２が形成されるキャビティプレート６４を積層した構造となっている。尚、本実施形態の印字ヘッド５０のインク吐出側の面はキャビティプレート６４で構成されているが、キャビティプレート６４上にノズルプレートを積層して印字ヘッド５０のインク吐出側の面をノズルプレートで構成するようにしてもよい。

ベースプレート６０は、各圧力室５２に供給するためのインクを貯留する共通液室５５の上壁面を構成する。即ち、共通液室５５は、圧電素子７０が固着されるベースプレート６０を挟んでノズル５１や圧力室５２が形成される側とは反対側に形成されており、ノズル５１や圧力室５２の高密度配置（例えば、１列で６００ｄｐｉ）が可能となっている。

スペーサプレート６２の隔壁６２ｂ及びこれに対応するベースプレート６０の部分には、共通液室５５と圧力室５２を連通するインク供給流路５４が形成されている。インク供給流路５４は、図３の垂直方向に延びる垂直部、その先端で図３の水平方向に延びる水平部、及び、圧電素子７０の上面端部から構成される。

図５は、ベースプレート６０上の圧電素子７０を簡略化して表示した斜視図である。同図では、圧電素子７０の構造に対する理解を容易にするため、図３及び図４に示したスペーサプレート６２やキャビティプレート６４の図示を省略している。

本実施形態の圧電素子７０は伸び変形を利用した形態であり、所定の厚みを有する円盤状の圧電体７２の両面に電極７４、７６（上部電極７４、下部電極７６）を配置した構造となっている。尚、ベースプレート６０上の圧電素子７０Ａ、７０Ｂはそれぞれ異なる圧力室５２の内部に配置されるものであり、圧力室５２の内部に充填されるインクに接液する部分には、前述したように、例えば、樹脂等で構成されるインク保護膜（不図示）が形成される。

後述するように各圧電素子７０（７０Ａ、７０Ｂ）の圧電体７２の上面は中央部が凹んだ曲面形状となっており、図５に示すように、各圧電体７２の上面には上部電極７４が形成され、圧電体７２の側面を通ってベースプレート６０の端部にそれぞれ引き出されている。これに対して、各圧電体７２の下面に配置される下部電極７６はそれぞれ隣接する下部電極７６と電気的に繋がって１つの共通電極として構成されており、この共通電極（下部電極）７６はベースプレート６０の端部に引き出されている。ベースプレート６０の端部に引き出された電極７４、７６は不図示の駆動回路に外部配線を介して接続され、この駆動回路から所定の電圧が電極７４、７６間に印加されて、圧電素子７０が駆動される。

尚、圧電素子７０の構成は図５の態様に限定されず、例えば、ベースプレート６０の表面全体に電極膜を形成してこれを共通電極としてもよいし、金属材料から構成されるベースプレート６０を用いてこれを共通電極としてもよい。尚、これらの場合、ベースプレート６０上の上部電極７４の引き出し部７４ａと共通電極との間に絶縁層を設ける必要がある。

本明細書において「圧電素子」は、「電歪素子」と呼ばれるものを含む。圧電体７２の圧電材料としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、チタン酸バリウム、ＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ系等のリラクサ系材料がある。また、電極７４、７６の電極材料としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、プラチナ等の金属や導電性金属酸化物がある。

図５の圧電素子７０は、圧電体７２の厚み方向（「縦方向」ともいう）に分極されており、電極７４、７６間に所定の電圧が印されると、電極７４、７６間の縦方向の電界に応じて歪み（「変位」ともいう）が生じる。以下、圧電素子７０に生じる圧電素子７０（圧電体７２）の厚み方向の変位を「縦方向（又はｄ３３方向）の変位」と称し、圧電素子７０（圧電体７２）の厚み方向とは直交する方向の変位を「横方向（又はｄ３１方向）の変位」と称する。

図６（ａ）、（ｂ）は、圧電素子７０の変位の様子を表した説明図である。図６（ａ）はリフィル時を表しており、図６（ｂ）はインク吐出時を表している。

共通液室５５からインク供給流路５４を介して圧力室５２にインクが供給されるリフィル時には、圧電素子７０に電圧が印加されない状態（圧電素子７０の非駆動状態）となっている。このとき、図６（ａ）に示すように、圧電素子７０の上面端部とキャビティプレート６４のスペーサプレート６２側の面との間に間隙７８が形成され、圧力室５２に対してインク供給流路５４は開かれた状態となっており、共通液室５５から圧力室５２に対してインクの供給が可能な状態となっている。尚、圧電素子７０の非駆動状態における間隙７８が狭いとインクの流路抵抗となってリフィル性能に影響を及ぼす場合があるので、この間隙７８が十分広くなるように構成されることが望ましい。尚、リフィルの態様として、上述した以外に、圧電素子７０に電圧を印加した状態で吐出動作後に圧力室５２内にインクを充填してもよい。

これに対して、ノズル５１からインク滴を吐出するインク吐出時には、図６（ｂ）に示すように、圧電素子７０に電圧が印加される状態（圧電素子７０の駆動状態）となっており、圧電素子７０（圧電体７２）の縦方向（ｄ３３方向）の変位により、圧力室５２の容積が減少し、圧力室５２内のインクが直接加圧される。

圧電素子７０は、所定の電圧が印加された駆動状態において圧電素子７０の一部がキャビティプレート６４に接するように構成されている。具体的には、圧電素子７０（圧電体７２）の縦方向（ｄ３３方向）の変位により、圧電素子７０（圧電体７２）の上面端部がキャビティプレート６４のスペーサプレート６２側の表面に接するように構成されている。尚、本実施形態では、最も望ましい態様として、インク吐出時に圧電素子７０の一部がキャビティプレート６４に接する構成を示したが、圧力室５２からインク供給流路５４に向かうインクの流路抵抗がリフィル時に比べてインク吐出時の方が大きくなるように構成されていればよい。即ち、リフィル時における間隙７８（図６（ａ）参照）がインク吐出時には小さくなるように構成されていればよい。これにより、インク吐出時に圧力室５２から共通液室５５に向かうインクの逆流が防止され、圧力室５２内のインクに与えられる圧力の損失が小さくなり、インク吐出効率が良くなる。

また、前述したように、圧電素子７０はテーパ状の圧力室５２の最大径よりも大きく、且つ、円筒部６２ａの径よりも小さく構成されており、圧電素子７０の側面が圧力室５２の外側に配置される。従って、インク吐出時（即ち、圧電素子７０の駆動時）において、圧電素子７０（圧電体７２）の横方向（ｄ３１方向）の変位による影響を受けずに、圧電素子７０（圧電体７２）の縦方向（ｄ３３方向）の変位で圧力室５２内のインクを直接加圧することができる。即ち、圧電素子７０（圧電体７２）全体が圧力室５２内に配置されている場合には、インク吐出時において、圧電素子７０（圧電体７２）の縦方向（ｄ３３方向）の変位による圧力室５２の容積の変化と横方向（ｄ３１方向）の変位による圧力室５２の容積の変化が相反することにより、結果的に圧力室５２の容積変化がキャンセルされる現象（例えば、縦方向の変位による圧力室５２の容積変化が増加する場合には横方向の変位による圧力室５２の容積変化が減少）が生じるが、本実施形態では上記の如く構成することによって、横方向（ｄ３１方向）の変位によって圧力室５２の容積変化がキャンセルされる現象はなくなり、この結果、インク吐出効率が向上している。

また、圧電素子７０（圧電体７２）の上面は中央部が凹んだ略曲面状に構成されている。具体的には、圧電素子７０（圧電体７２）のノズル５１側の表面は、端部から中央部の厚さが徐々に薄くなる略曲面状に構成されている。即ち、圧電素子７０（圧電体７２）は、端部より中央部の方がその厚さが薄くなっている。特に、圧電素子７０（圧電体７２）はその上面の法線がノズル５１の略中心を向くような略曲面状に構成されていることが最も望ましい。

このように中央部が凹んだ略曲面状の上面を有する圧電素子７０は次のようにして製造される。即ち、図５に示すように、ベースプレート６０に相当するフラットな基材上に、下部電極７６に相当する電極層をスクリーン印刷等で形成した後、この電極層上にＡＤ法（エアロゾルデポジション法）やスパッタ等を用いて圧電材料を成膜して上面が平面状の圧電体７２を形成する。続いて、圧電体７２の上面を略曲面状にレーザー等で加工した後、圧電体７２上に上部電極７４に相当する電極層をスクリーン印刷等で形成する。最後に、圧電素子７０の表面に樹脂等の保護膜を形成する。このようにして本実施形態の圧電素子７０を製造することができる。尚、フラットな基材に代えて、圧電素子７０が配置される部分に曲面状の凹部が形成された基材を用いる場合には、この凹部に圧電材料を成膜することによって略曲面状の上面を有する圧電体７２が形成されるので、レーザー等による加工が不要となる。

このように構成される圧電素子７０を用いることによって、圧電素子７０（圧電体７２）の縦方向（ｄ３３方向）の変位で圧力室５２内のインクはノズル５１に略真っ直ぐ向かう方向（図６（ｂ）の矢印方向）に加圧される。即ち、圧力室５２内のインクに与えられる圧力の伝播方向がノズル５１に集中する。さらに、圧力室５２にはインク吐出方向（即ち、ノズル５１側）に向かって径が徐々に小さくなるテーパ部５２ａが形成されているため、圧力室５２内のインクはノズル５１にさらに集中しやすくなる。この結果、圧力損失が小さくなり、インク吐出効率が更に向上する。

以上説明したように、本実施形態の印字ヘッド５０では、インク吐出時（即ち、圧電素子７０の駆動状態）において、圧力室５２内に配置された圧電素子７０の縦方向（ｄ３３方向）の変位で圧力室５２内のインクを直接加圧することができる。また、インク吐出時には圧電素子７０の縦方向（ｄ３３方向）の変位で圧力室５２からインク供給流路５４に向かう流路抵抗が大きくなり、圧力室５２から共通液室５５に向かうインクの逆流が防止される。また、圧電素子７０（圧電体７２）の側面は圧力室５２の外側に配置されているので、圧電素子７０の横方向（ｄ３１方向）の変位による影響を受けない。また、圧電素子７０（圧電体７２）はノズル５１側の表面の中央部が凹んだ略曲面状となっており、更に、圧力室５２にはインク吐出方向（即ち、ノズル５１側）に向かって径が徐々に小さくなるテーパ部５２ａが形成されるため、圧力室５２内のインクに与えられる圧力の伝播方向がノズル５１に集中する。従って、圧力室５２内のインクに与えられる圧力の損失は小さくなり、圧電素子７０の変位に対するインクの吐出効率が向上する。

尚、本実施形態では、圧電素子７０に電圧が印加された状態（駆動状態）がインク吐出時となり、圧電素子７０に電圧が印加されない状態（非駆動状態）がリフィル時となる構成を示したが、本発明の実施に際してはこれに限定されず、圧電素子７０の駆動状態がリフィル時で、圧電素子７０の非駆動状態がインク吐出時であってもよい。

以上、本発明の液体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。

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概略を示す全体構成図である。 印字ヘッドの一部を簡略化して表示した平面透視図である。 図２中３−３線に沿う断面図である。 図２中４−４線に沿う断面図である。 ベースプレート上の圧電素子を簡略化して表示した斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は圧電素子の変位の様子を表した説明図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５４…インク供給流路、５５…共通液室、６０…ベースプレート、６２…スペーサプレート、６４…キャビティプレート、７０…圧電素子、７２…圧電体、７４…上部電極（電極）、７６…下部電極（電極）

Claims (5)

1. 液体を吐出する吐出口に連通し、供給流路から液体が供給される圧力室と、
   前記圧力室の前記吐出口に対向する壁面を構成する圧電素子と、を備え、
   液体吐出時には、前記圧電素子のｄ３３方向の変位により、前記圧力室内の液体を加圧するとともに、前記圧力室の隔壁と前記圧電素子の間に形成される間隙をリフィル時よりも狭くして前記圧力室側から前記供給流路側に向かう液体の流体抵抗がリフィル時より大きくなるように構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記圧電素子の前記吐出口側の表面は中央部が凹んだ略曲面状であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記圧力室は、前記吐出口に向かって径が狭くなるテーパ部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記供給流路を介して前記圧力室に供給する液体を貯留する共通液室は、前記圧電素子を挟んで前記吐出口が形成される側の反対側に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項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。
   

Images