ミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出装置
【課題】放物面型リフレクタの空洞部の空間使用効率を高めるとともに、実効集束倍率を向上させる。
【解決手段】液体を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートと、前記ノズル孔に連通する液室と、前記液室中の液体に超音波を与える超音波発生手段と、前記液体に与えられた超音波を反射する反射壁と、を備え、前記反射壁は、前記ノズルプレートに対向して配置され、放物面の焦点よりも頂点側の頂点を含む部分の軸対称形状を有し、その軸は前記ノズル孔を通るとともに、前記ノズル孔の近傍に前記放物面の焦点が位置することを特徴とするミスト吐出ヘッドを提供することにより前記課題を解決する。
【解決手段】液体を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートと、前記ノズル孔に連通する液室と、前記液室中の液体に超音波を与える超音波発生手段と、前記液体に与えられた超音波を反射する反射壁と、を備え、前記反射壁は、前記ノズルプレートに対向して配置され、放物面の焦点よりも頂点側の頂点を含む部分の軸対称形状を有し、その軸は前記ノズル孔を通るとともに、前記ノズル孔の近傍に前記放物面の焦点が位置することを特徴とするミスト吐出ヘッドを提供することにより前記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出装置に係り、特に、ミスト吐出ヘッド用高集束低減衰型リフレクタを用いたミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体インクを霧化させ、霧状のインクすなわちインクミストを発生させて、このインクミストを選択的に記録媒体に付着させることにより所望の画像を形成する画像形成装置が知られている。
【０００３】
例えば、画像信号に応じて超音波振動を行わせる微細な超音波振動針の先端より、局所的に帯電インクミストを発生させ、帯電インクミストに電界を印加して、記録媒体に選択的に付着させて記録を行うようにしたインクミスト画像記録装置が知られている（例えば、特許文献１あるいは特許文献２等参照）。
【０００４】
また、あるいはインクタンク内に設けられたインクを蓄えるための空洞の底面に設けられた圧電トランスジューサ（振動子）によって空洞内のインクに超音波が供給され、超音波がその断面が放物線状に形成された空洞の内壁で反射され、反射波が前記放物線の焦点に集束してインク中の音響エネルギー密度が高められ、焦点付近に形成された噴出口からインクがミスト状となって噴出されるようにした液体噴出装置が知られている（例えば、特許文献３あるいは特許文献４等参照）。
【０００５】
液体インクのミスト化には、一般にＭＨｚオーダの超音波が用いられる。具体的に液体インクをミスト化する方法としては、キャビテーション（空洞現象）によるキャビテーション霧化とキャピラリ波（毛細表面波）によるキャピラリ霧化が用いられている。このとき、後者の方法を用いた方が粒径の揃ったミストを生成することができ、かつエネルギー効率もよい。
【０００６】
キャピラリ霧化の場合、自由液面に向かって下方から平面波を印加することでキャピラリ波が発生するが、この平面波がある一定以上の周波数及び振幅となったとき、キャピラリ波は発振を起こす。その結果、成長したキャピラリ波の波頭から微小液滴が分裂してミストが発生する。
【０００７】
このとき、例えば上記特許文献３あるいは特許文献４に見られるように、超音波を反射するインクタンクの空洞内壁を放物面型のリフレクタとして、超音波を波長レベルの領域に集束させることによってエネルギー効率を上げる工夫が考えられている。
【０００８】
図８に、このような放物面型リフレクタを用いた従来のミスト吐出ヘッドの断面図を示す。
【０００９】
図８に示す従来型のミスト吐出ヘッド１００は、インクタンク１１０と、インクタンク１１０内に設けられたインクを蓄える空洞部１１２と、空洞部１１２の底面に設けられた超音波発生手段１１４とを備えている。超音波発生手段１１４は、振動板１１６と圧電素子１１８とから成っている。
【００１０】
空洞部１１２の内壁は超音波発生手段１１４が発生した超音波を反射するリフレクタ（反射壁）１２０となっている。リフレクタ１２０は、その断面形状が図の右側に示したような放物線形状を有している。また、空洞部１１２の上端側は、ストレート形状の直管部１２２となっており、この直管部１２２の中央上部に、リフレクタ１２０の断面形状がなす放物線の焦点１２４が位置するようになっている。
【００１１】
また、空洞部１１２の上側にはノズルプレート１２６が形成され、前記焦点１２４の位置にインクを吐出するための開口であるノズル１２８が形成されている。また、空洞部１１２の底面には側方から空洞部１１２にインクを供給するためのインク供給路１３０が設けられている。
【００１２】
インクミスト吐出時には、超音波発生手段１１４から空洞部１１２内のインクに対して、リフレクタ１２０の断面形状が成す放物線の軸方向に平行に（略平面状に）超音波１３２が印加される。超音波１３２は、リフレクタ１２０で反射される。リフレクタ１２０は、その断面形状が放物線を成すように形成されているため、反射した超音波１３２は放物線の焦点１２４に集束する。
【００１３】
また、焦点１２４の位置にノズル１２８が形成されているため、超音波１３２はノズル１２８で集束し、ノズル１２８においてインクの音響エネルギーが高められ、ノズル１２８からインク滴がインクミストとなって吐出する。
【００１４】
このように、従来のミスト吐出ヘッド１００においては、リフレクタ（反射壁）１２０の断面形状は放物線となるように形成され、しかも、このとき図８の右側に示すように、放物線の焦点Ｆよりもその頂点Ｃから遠い側の部分（図８の放物線で言うと焦点Ｆよりも下側の部分）Ｐ１を用いている。
【００１５】
次に、図８に示す従来の放物面型リフレクタを用いたミスト吐出ヘッドにおける振幅実効集束倍率について説明する。
【００１６】
図８に示すような放物面型リフレクタ（反射壁１２０）を用いて、音源（超音波発生手段１１４）の振動エネルギーをノズル入り口（ノズル１２８の空洞部１１２側）に集束させる場合を考える。
【００１７】
まず、放物面型リフレクタを用いた場合のエネルギーの幾何学的集束倍率ｍは、次の式（１）で与えられる。
【００１８】
ｍ＝（Ｄ２−ｄ２）／λ２ ・・・（１）
ここで、図８に示すようにＤ［ｍ］は、リフレクタ入口側Ｉｔ（空洞部１１２の底面側）の直径（inlet径)であり、ｄ［ｍ］は、リフレクタ出口側Ｏｔ（空洞部１１２上端側）の直径（outlet径)である。また、λは、次の式（２）で示されるように、流体中の音速（縦波伝播速度）ｖ［ｍ／ｓ］と、音源の周波数ｆ［Ｈｚ］の比で表される流体中の縦波波長である。
【００１９】
λ＝ｖ／ｆ ・・・（２）
また、連続体の振動エネルギーは、振幅の２乗に比例するので、振幅の増幅率としてはｍの平方根、√（ｍ）となる。そこで、振幅実効集束倍率Γを、リフレクタによる振幅の幾何学的集束倍率√（ｍ）と粘性減衰を考慮した場合の伝達率Ｔの積として、次の式（３）によって定義する。
【００２０】
Γ＝Ｔ×√（ｍ） ・・・（３）
なお、ここで伝達率Ｔは、次の式（４）で与えられる。
【００２１】
Ｔ＝ｅｘｐ（−αＬ） ・・・（４）
ここで、係数αは、α＝０．８３６１×μｆ２×１０−１３［neper・ｍ−１］、であり、Ｌ［ｍ］は伝播距離、μ［ｃＰ］は粘性係数である。
【００２２】
以上をまとめることにより、振幅実効集束倍率Γは、次の式（５）のようになる。
【００２３】
Γ＝ｆ√（Ｄ２−ｄ２）／ｖ×ｅｘｐ（０．８３６１×μｆ２×１０−１３×Ｌ）
・・・（５）
次に、リフレクタ（反射壁１２０）の形状について説明する。図９に示すように、リフレクタ（反射壁１２０）は、図の左側に示すような軸対称の放物線の焦点Ｆよりもその頂点Ｃから遠い側（図９の放物線で言うと焦点Ｆよりも下側）をその断面形状に持つような放物面形状を有している。
【００２４】
ここで、リフレクタ（反射壁）１２０を式表示するために、図９の右側に示すように座標軸ｒ、ｚをとると、このリフレクタの放物面形状は次の式（６）のように表される。
【００２５】
ｚ（ｒ）＝（ｇ＋ｐ＋ｕ＋ｑ）−（ａ１／ＲＢ１）ｒ２ ・・・（６）
なお、式（６）中で用いられている各記号の意味は以下の通りである。
【００２６】
まず、図９中に示すように、リフレクタ入口(inlet)側Ｉｔ（空洞部１１２の底面側）の半径（inlet半径)をＲＢ１、リフレクタ出口(outlet)側Ｏｔ（空洞部１１２上端側）の半径（outlet半径)をＲＡ１とし、図の左側の放物線に示すようにｈをとり、また焦点Ｆと頂点Ｃとの距離をｐとする。
【００２７】
このとき、ａ１を次の式（７）で定義する。
【００２８】
ｈ＝ａ１ＲＢ１ ・・・（７）
ａ１をこのように定義すると、簡単な計算により、この放物線の２次の項の係数（ｒ２の係数）Ａはａ１／ＲＢ１となる。
【００２９】
また、放物線の焦点Ｆと頂点Ｃとの距離ｐは、一般に２次の項（ｒ２）の係数Ａを用いて１／（４Ａ）と表されるので、上の結果を用いると次の式（８）のように表される。
【００３０】
ｐ＝ＲＢ１／（４ａ１） ・・・（８）
また、図の右側に示すリフレクタの軸方向の長さｑは、次の式（９）で表される。
【００３１】
ｑ＝（ａ１／ＲＢ１）×（ＲＢ１２ − ＲＡ１２） ・・・（９）
また、空洞部１１２の直管部１２２の軸方向の長さｇは、図より次の式（１０）で表される。
【００３２】
ｇ＝ｈ−（ｐ＋ｑ） ・・・（１０）
また図９に示すように、リフレクタが放物面型の場合に、超音波が空洞部１１２の入り口側Ｉｔ（inlet側)から放物面の軸に平行に入ってから、その放物面で反射して焦点Ｆに至るまでの伝播距離Ｌ１は、放物面の性質として一般にその反射する位置によらず一定であることが知られており、従って特に空洞部１１２の出口側Ｏｔ（outlet側)の半径ＲＡ１のところで反射した場合を考えると、図より次の式（１１）で表されることがわかる。
【００３３】
Ｌ１＝ｑ＋√（ＲＡ１２＋ｇ２） ・・・（１１）
これに式（７）〜式（１０）を代入して少し計算すれば、次の式（１２）が得られる。
【００３４】
Ｌ１＝｛（４ａ１２＋１）／４ａ１｝×ＲＢ１ ・・・（１２）
なお、これをさらに計算すると、Ｌ１＝ａ１ＲＢ１＋ＲＢ１／４ａ１＝ｈ＋ｐであることがわかる。
【００３５】
また、放物面の焦点Ｆは、空洞部１１２の出口（outlet)より上側、すなわち図９に示すように少なくとも直管部１２２内に位置する必要があるので、次の式（１３）の条件が必要となる。
【００３６】
ｇ ≧ ０ ・・・（１３）
上述したように、リフレクタ入口側Ｉｔ（空洞部１１２の底面側）の直径（inlet径)をＤ、リフレクタ出口側Ｏｔ（空洞部１１２上端側）の直径（outlet径)をｄとすると、Ｄ＝２ＲＢ１、またｄ＝２ＲＡ１である。そこで上記式（１３）を、式（７）〜式（１０）を用いて変形すると次の式（１４）が得られる。すなわち、焦点Ｆが直管部１２２内に位置するためには次の式（１４）を満たす必要がある。
【００３７】
ｄ ≧ Ｄ／２ａ１ ・・・（１４）
いま、理想的な状態としてｇ＝０の場合を考えて、リフレクタ出口側Ｏｔ（空洞部１１２上端側）の直径（outlet径)ｄを次の式（１５）で再定義しておく。
【００３８】
ｄ ＝ ｍｉｎ（ｄ）＝ Ｄ／２ａ１ ・・・（１５）
ここで、ｍｉｎ（ｄ）は、ｄの最小値を示す記号である。
【００３９】
これにより、実効集束倍率Γは、流体中の音速ｖ、音源の周波数ｆ、粘性係数μ、インク供給路の径ｕ（図９参照）、リフレクタ入口側Ｉｔの直径(inlet径）Ｄ、及び前記式（７）で定義されるａ１の関数として次の式（１６）で表される。
【００４０】
【数１】
また、この式（１６）を、γ＝０．８３６１×１０−１３として、次の式（１７）のように書くこととする。
【００４１】
【数２】
すると、この実効集束倍率ΓをＤ及びａ１のみの関数と考えたときの、Ｄ方向及びａ１方向において極値を取る点は、次の式（１８）及び式（１９）で与えられる、Ｄ−ａ１平面上の曲線上にあることがわかる。
【００４２】
【数３】
【００４３】
【数４】
例えば、ｖ＝１５００［ｍ／ｓ］、ｆ＝１０［ＭＨｚ］、μ＝２０［ｃＰ］、ｕ＝０［ｍ］としてＤとａ１を変化させたときの実効集束倍率Γ（Ｄ，ａ１）を図１０に示す。この実効集束倍率Γ（Ｄ，ａ１）を示す等高線状の曲線をcontour曲線という。
【００４４】
図１０において、これらのcontour曲線を横切る２本の曲線Ｃ１及びＣ２が示されているが、曲線Ｃ１は、式（１８）で示されるａ１を一定としたときのΓの最大値を与える曲線であり、曲線Ｃ２は、式（１９）で示されるＤを一定としたときのΓの最大値を与える曲線である。
【００４５】
すべての（Ｄ，ａ１）において取り得る最大の実効集束倍率Γは、これら２曲線Ｃ１及びＣ２の交点に存在する。これは、次の式（２０）を解くことによって得られる。
【００４６】
∂Γ／∂Ｄ ＝ ∂Γ／∂ａ１ ＝ ０ ・・・（２０）
この式（２０）を解くことによって、実効集束倍率Γの最大値を与えるＤ及びａ１の値、Ｄ’及びａ１’が次の式（２１）のように得られる。
【００４７】
【数５】
またここで、実効集束倍率Γの最大値ｍａｘ（Γ）は、次の式（２２）で与えられる。
【００４８】
【数６】
図１０の場合に、具体的にその値を算出すると、次の式（２３）のようになる。すなわち、このときの最大実効集束倍率Γは、略２０．７４である。
【００４９】
【数７】
【特許文献１】特開昭６２−８５９４８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１１１７５７号公報
【特許文献３】特開２００２−５９５４０号公報
【特許文献４】特開２００２−１６６５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５０】
しかしながら、上述したような従来の放物面型リフレクタを用いたミスト吐出ヘッドにおいては、図８の右側に示すような軸対称の放物線の焦点Ｆよりもその頂点Ｃから遠い側（図８の放物線で言うと焦点Ｆよりも下側）Ｐ１をリフレクタとして使用しているため、集束に寄与しない直接波領域の面積が無駄となり、空洞部の空間使用効率が悪いという問題がある。
【００５１】
また、その一方で、直接波領域を小さくするために空洞部出口径（outlet径）を絞った場合には、リフレクタの断面形状がなす放物面の焦点までの超音波の伝播距離が長くなり、そのため粘性減衰によって実効的な集束倍率が低下してしまうという問題がある。
【００５２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、放物面型リフレクタの空洞部の空間使用効率を高めるとともに、空洞部出口径を絞っても焦点までの超音波の伝播距離が長くならず、実効集束倍率を向上させることのできるミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出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】
【００５３】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートと、前記ノズル孔に連通する液室と、前記液室中の液体に超音波を与える超音波発生手段と、前記液体に与えられた超音波を反射する反射壁と、を備え、前記反射壁は、前記ノズルプレートに対向して配置され、放物面の焦点よりも頂点側の頂点を含む部分の軸対称形状を有し、その軸は前記ノズル孔を通るとともに、前記ノズル孔の近傍に前記放物面の焦点が位置することを特徴とするミスト吐出ヘッドを提供する。
【００５４】
これにより、ミスト吐出ヘッドのリフレクタ（反射壁）として放物線の焦点よりも頂点側の部分を使用するようにしたため、リフレクタ出口側の径（outlet径）を最小でノズル径まで絞ることができ、またその際超音波の伝播距離が長くなることもないため、従来に比べて実効集束倍率を向上させることができる。
【００５５】
また、請求項２に示すように、前記超音波発生手段は、前記ノズルプレートの前記液室とは反対側の前記ノズル孔近傍に配置され、前記超音波発生手段から発生された超音波は、前記ノズルプレートを介して前記液室内の液体に印加され、前記軸に平行に、前記ノズルプレートに対向する前記反射壁に向かい、前記反射壁で反射した後前記焦点に集束することを特徴とする。
【００５６】
これにより、ノズル近傍に超音波発生手段を配置することで、超音波発生手段が発生する熱が液体のメニスカスに印加されるため、粘性を低減させることが可能となる。またさらに、超音波発生手段からノズルプレートに直接圧力を印加することにより流体を介した間接的な圧力印加よりも高効率にノズルプレート上に弾性波を生じさせ、これをノズルエッジに伝達することで表面張力波発生をアシストすることも可能となる。さらに、超音波発生手段そのものの間隙でスリット状にノズルを形成するのではなく、ノズルプレートにノズル孔として形成し、ノズルプレートのノズル孔近傍に超音波発生手段を配置するようにしたため、超音波発生手段の寸法精度がノズル孔の寸法精度に影響することはない。また、超音波発生手段をノズルプレートの液室とは反対側に配置したため、超音波発生手段の電極に対する配線を容易に形成することができる。
【００５７】
また、請求項３に示すように、前記液室に前記液体を供給する供給路が、前記液室が形成される液室プレートと前記ノズルプレートとの間の前記ノズルプレート側に形成されたことを特徴とする。
【００５８】
これにより、供給路が反射壁の反射面の形状を損なうことがないため、超音波の反射及び集束に悪影響を及ぼすことが少なく、また液室内での気泡発生を抑制することが可能となる。
【００５９】
また、前記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のミスト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。
【００６０】
これにより、効率的に液体ミストを吐出することができ効率的に画像形成を行うことができる。
【００６１】
また、前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１〜３のいずれかに記載のミスト吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００６２】
これにより、効率的に液体ミストを吐出することができる。
【発明の効果】
【００６３】
以上説明したように、本発明によれば、ミスト吐出ヘッドのリフレクタ（反射壁）として放物線の焦点よりも頂点側の部分を使用するようにしたため、リフレクタ出口側の径（outlet径）を最小でノズル径まで絞ることができ、またその際超音波の伝播距離が長くなることもないため、従来に比べて実効集束倍率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出装置について詳細に説明する。
【００６５】
図１は、本発明のミスト吐出ヘッドの一実施形態の概略を示す断面図である。
【００６６】
図１に示すように、本実施形態のミスト吐出ヘッド１０は、ノズルプレート１２と液室プレート１４を積層して形成され、ノズルプレート１２にはインクを吐出するためのノズル孔１６（以下、単にノズル１６と言う。）が形成され、液室プレート１４にはインクを蓄える空洞部としてのインク液室１８が形成されている。
【００６７】
インク液室１８のノズル１６に対向する内壁面は超音波を反射するためのリフレクタ（反射壁）２０として形成されている。ノズルプレート１２は振動板を兼ねており、ノズル１６の周囲には超音波発生手段としての圧電素子２２が配置されている。また、インク液室１８のノズルプレート１２側には、インク液室１８にインクを供給するためのインク供給路２４が形成されている。
【００６８】
リフレクタ２０は、その断面形状が図１の右側に示す放物線の焦点Ｆよりも頂点Ｃ側の部分（図１の放物線で言うと焦点Ｆよりも上側の頂点Ｃを含む部分）Ｐ２のような放物線形状を有する放物面型のリフレクタ（反射壁）である。また、リフレクタ２０は、放物面の軸がノズル１６の中心を通り、かつその焦点Ｆがノズル１６の中心でノズルプレート１２のインク液室１８側に位置するように形成されている。
【００６９】
超音波発生手段である圧電素子２２によって発生された超音波２６は、振動板を兼ねるノズルプレート１２を介してインク液室１８内のインクに伝達され、リフレクタ２０の方向に向かってリフレクタ２０の放物面としての軸に沿って平面波として進み、リフレクタ２０で反射される。
【００７０】
このとき、放物面の軸に平行に進んだ超音波２６は、放物面であるリフレクタ２０で反射された後、焦点Ｆに集束する。またノズル１６の中央に焦点Ｆが位置するように形成されているため、リフレクタ２０で反射された後の超音波２６はノズル１６の位置で集束する。その結果、ノズル１６においてインクの音響エネルギーが高められ、ノズル１６からインク滴がインクミストとなって吐出されるようになっている。
【００７１】
このように、ノズル近傍に超音波発生手段としての圧電素子２２を配置することで、圧電素子２２が発生する熱がインクのメニスカスに印加されるため、インクの粘性を低減させることが可能となる。またさらに、超音波発生手段からノズルプレート１２に直接圧力を印加することにより、流体を介した間接的な圧力印加よりも高効率にノズルプレート１２上に弾性波を生じさせ、これをノズルエッジに伝達することで表面張力波発生をアシストすることも可能となる。
【００７２】
また図１に示すように、本実施形態におけるリフレクタ２０のリフレクタ入口側Ｉｔは、リフレクタ２０を形成する放物面が軸の回りに最も大きく開いた部分であり、リフレクタ入口(inlet)側Ｉｔの半径(inlet半径）をＲＢ２とする。また、リフレクタ２０のリフレクタ出口側Ｏｔは、リフレクタ２０で反射した超音波２６が集束するノズル１６の近傍に設けられた超音波発生手段としての圧電素子２２が形成された部分であり、リフレクタ出口(outlet)側Ｏｔの半径(outlet半径）をＲＡ２とする。
【００７３】
本実施形態においては、図１に示すように、焦点Ｆはリフレクタ入口側Ｉｔよりも音源（圧電素子２２）に近い側に位置している。なお、従来のリフレクタ（反射壁１２０）においては、図８に示すように、焦点Ｆはリフレクタ入口側Ｉｔよりも音源（圧電素子１１８）から遠い側に配置されていた。超音波発生手段（圧電素子２２）で発生された超音波２６がリフレクタ入口側Ｉｔからリフレクタ２０に入り反射後、焦点Ｆに至るまでの伝播距離Ｌは、従来と同様に式（１２）で表される。
【００７４】
このとき従来は、リフレクタ出口側Ｏｔの直径（outlet径）とリフレクタ入口側Ｉｔの直径（inlet径）が前記式（１４）を満たす必要があったが、本実施形態においては、このような制約がないため、リフレクタ入口側Ｉｔからリフレクタ出口側Ｏｔまでのリフレクタ深さを無駄に増やすことなく、式（５）におけるｄに相当するリフレクタ出口側Ｏｔの直径２ＲＡ２を最小でノズル径オーダまで縮小することが可能となる。
【００７５】
なお、放物面の焦点よりもその頂点から遠い側の部分（図８のＰ１の部分）をリフレクタとして用いる従来型のリフレクタ１２０では、式（９）から明らかなように、一定のoutlet径ＲＡ１に対してinlet径ＲＢ１を絞ると、リフレクタ１２０の軸方向の長さ（inlet-outlet間距離）ｑが必然的に長くなる。その結果、超音波の伝播距離Ｌが長くなってしまう。しかし、本実施形態のリフレクタ２０においては、超音波の伝播距離Ｌが長くなることはなく、実効集束倍率を向上させることができる。
【００７６】
なお、このように超音波発生手段（圧電素子２２）をノズル近傍に配置したため、ノズル１６において集束する超音波の位相と圧電素子２２が振動する位相とが必ずしも一致せず、両者が互いに干渉し、互いを減衰することが考えられるが、ノズル面で発生する音場のエネルギー密度と焦点のエネルギー密度では、数百倍の差があるので、上記干渉効果は相対的に無視することができ、問題はない。
【００７７】
ここで、従来の図８あるいは図９と同様にして、図１の右側の放物線において、リフレクタ入口側Ｉｔにおける横軸の長さＲＢ２に対する放物線の高さｈの比ａ２を、ｈ＝ａ２ＲＢ２とすると、この放物線の２次の項ｒ２の係数ＡはＡ＝ａ２／ＲＢ２となるので、図１の放物線の焦点Ｆと頂点Ｃとの距離ｐ、及び焦点Ｆにおける横軸の長さＲは、それぞれ次のようになる。すなわち、Ｒは次の式（２４）で、ｐは式（２５）で表される。
【００７８】
Ｒ＝ＲＢ２／２ａ２ ・・・（２４）
ｐ＝ＲＢ２／４ａ２ ・・・（２５）
さらに図１よりインク供給路２４の径ｕは次の式（２６）で表される。
【００７９】
ｕ＝ｐ−ｈ＝ｐ−ａ２ＲＢ２ ・・・（２６）
また、音源である超音波発生手段から発せられた超音波２６がリフレクタ２０で反射して焦点Ｆに至るまでの伝播距離Ｌ２は、前述したように一般にリフレクタ２０での反射位置によらず一定であるため、リフレクタ入口側Ｉｔで反射した場合を考え、ｕとリフレクタinlet半径ＲＢ２を用いて計算すると、次の式（２７）のように求められる。
【００８０】
Ｌ２＝ｕ＋√（ｕ２＋ＲＢ２２） ＝ ＲＢ２／２ａ２ ＝ Ｒ ・・・（２７）
今、超音波２６の集束に寄与する音源面積を、従来型のリフレクタ１２０（図８参照）と本実施形態のリフレクタ２０とについて計算すると、
図８に示す従来のリフレクタ１２０に対する音源面積Ａ１は、次の式（２８）で表される。
【００８１】
Ａ１＝π（ＲＢ１２ − ＲＡ１２） ・・・（２８）
また、図１に示す本実施形態のリフレクタ２０に対する音源面積Ａ２は、次の式（２９）で表される。
【００８２】
Ａ２＝π（ＲＢ２２ − ＲＡ２２） ・・・（２９）
周波数ｆが同じならば、集束倍率は音源面積に依存するので、今従来と本実施形態において集束倍率が同じであると仮定すると、各音源面積Ａ１、Ａ２は等しくなる。そこで、Ａ１＝Ａ２とすると、式（２８）、（２９）より、ＲＢ１２−ＲＡ１２＝ＲＢ２２−ＲＡ２２となり、これに式（２５）、（２６）を用いて多少の計算をすることにより、次の式（３０）が得られる。
【００８３】
ＲＢ２＝２ａ２｛ｕ＋√（ｕ２−ＲＡ１２＋ＲＢ１２＋ＲＡ２２）｝ ・・・（３０）
従って、これより本実施形態のリフレクタ２０における超音波の伝播距離Ｌ２は、次の式（３１）のように表される。
【００８４】
Ｌ２＝ｕ＋√（ｕ２−ＲＡ１２＋ＲＢ１２＋ＲＡ２２） ・・・（３１）
ここでさらに、式（１５）に示すような理想化、ｄ＝Ｄ／２ａ１を行い従来型のリフレクタ１２０の直管部（ストレート部）１２２を無くすようにする。すなわち、２ＲＡ１＝２ＲＢ１／２ａ１よりＲＡ１＝ＲＢ１／２ａ１を式（３１）に代入することにより、次の式（３２）が得られる。
【００８５】
Ｌ２＝｛（２ａ１ｕ＋１）／２ａ１｝
×√（４ａ１２ｕ２＋（４ａ１２−１）ＲＢ１２＋４ａ１２ＲＡ２２） ・・・（３２）
ここで、もし次の式（３３）が満たされれば、同じ集束倍率で本実施形態のリフレクタ２０による超音波の伝播距離Ｌ２は従来型のリフレクタ１２０による超音波の伝播距離Ｌ１を下回る事となるため、本実施形態における粘性減衰を考慮した実効集束倍率は、確実に従来型より向上することとなる。
【００８６】
Ｌ２ ＜ Ｌ１ ・・・（３３）
そこで、次の連立不等式（３４）を考える。
【００８７】
Ｌ２ ≦Ｌ１，１／２≦ａ１，０＜ＲＢ１，０＜ＲＡ２，ｕ＝０ ・・・（３４）
式（３４）の第２式は、従来型ではoutlet径はinlet径よりも常に小さいということを意味している。また、式（３４）の第５式では、前述した従来型での検討と同様に、音源からリフレクタ入口側Ｉｔ（inlet）までの距離はｕ＝０として理想化した。式（３４）を解くと、次の式（３５）が得られる。
【００８８】
０ ＜ ＲＡ２ ≦ ＲＢ１√（１６ａ１４−８ａ１２＋５）／４ａ１ ・・・（３５）
これを満たす限り、同じ幾何学的集束倍率において、本実施形態のリフレクタは、従来型のリフレクタに比べて超音波の伝播距離が短いことになり、その結果、実効集束倍率は従来型に比べて向上していると言える。また、上記式（３５）を満たすようにすることは容易である。
【００８９】
ここで比較のために、超音波の伝播距離を従来型の場合Ｌ１と本実施形態の場合Ｌ２を、本実施形態は従来型と同じ幾何学的倍率を持つとして（従来型のoutlet面は焦点に一致していると想定した）並べて式（３６）、（３７）として記載する。なお、音源からリフレクタ入口側Ｉｔ（inlet）までの距離を従来型はｕ１、本実施形態はｕ２とした。
【００９０】
Ｌ１＝ｕ１＋｛（４ａ１２＋１）／４ａ１｝ＲＢ１ ・・・（３６）
Ｌ２＝｛（２ａ１ｕ２＋１）／２ａ１｝
×√（４ａ１２ｕ２２＋（４ａ１２−１）ＲＢ１２＋４ａ１２ＲＡ２２） ・・・（３７）
例えば、 ａ１＝１．５、ｕ１＝ｕ２＝０．５［ｍｍ］、ＲＡ１＝０．５［ｍｍ］、ＲＢ１＝１．０［ｍｍ］、ＲＡ２＝１０［μｍ］の時、式（３５）はおよそ次の式（３９）のようになり、式は満たされる。
【００９１】
０ ＜ １０×１０−６ ＜ １．３７４×１０−３ ・・・（３９）
実際、この時、次の式（４０）に示すようになった。
【００９２】
【数８】
このように、本実施形態における伝播距離Ｌ２＝１．５６７は、従来の伝播距離Ｌ１＝２．１６６に対して、（２．１６６−１．５６７）／２．１６６＝０．２７６より、２７．６％小さくなっている。また、圧電素子の直径はリフレクタ入口側Ｉｔの直径（inlet径）に略等しいが、本実施形態のinlet半径はＲＢ２＝０．８６６であるのに対して、従来のinlet半径はＲＢ１＝１．０であり、直径で比較すると（２ＲＢ１−２ＲＢ２）／２ＲＢ１＝（２．０−１．７３２）／２．０＝０．１３４となり、従来の圧電素子径より１３．４％小さくなっている。結局、本実施形態においては、同じ集束倍率で、伝播距離はおよそ２７．６％、超音波発生手段である圧電素子の直径はおよそ１３．４％、従来型のリフレクタよりも小さくなったことになる。
【００９３】
このように、本実施形態のリフレクタによれば、同じ幾何学的集束倍率において、粘性減衰を考慮した実効集束倍率は向上し、また、高密化適性も向上する。
【００９４】
次に、本実施形態のリフレクタにおける実効集束倍率の上限について説明する。
【００９５】
本実施形態のリフレクタにおいて、超音波のリフレクタ入口側Ｉｔから反射後焦点に至るまでの伝播距離Ｌ２は、上述した式（２７）により、次の式（４１）のように表される。
【００９６】
Ｌ２＝ｕ＋√（ｕ２＋ＲＢ２２） ・・・（４１）
このときの実効集束倍率は次の式（４２）のようになる。
【００９７】
【数９】
ここで、Ｄ＝２ＲＢ２、ＤＮ＝２ＲＡ２である。また、この式（４２）からわかるように、実効集束倍率Γは、式（２４）あるいは式（２５）で与えられるａ２には依存しない。これは、式（１６）で示す従来型の場合には実効集束倍率Γが式（７）で定義されるａ１に依存するのとは大きく異なる点である。
【００９８】
また、実効集束倍率Γ（Ｄ）がＲＢ２方向（Ｄ方向）に極大値を取る点は、次の５次方程式（４３）の開として与えられる。
【００９９】
∂Γ（Ｄ）／∂Ｄ ＝ ０ ・・・（４３）
しかし、この方程式の解の中で物理的に意味があるのは、次の式（４４）で示される点である。
【０１００】
【数１０】
また、従来型のリフレクタにおいて、あるＤに対する最大の実効集束倍率は次の式（４５）で与えられる。
【０１０１】
【数１１】
ここで、最大実効集束倍率を与えるａ１の値は、∂Γ／∂ａ１＝０となるａ１の値であり、これは次の４次方程式（４６）を解ことによって得られる。
【０１０２】
【数１２】
このａ１の値を各Ｄ毎に、Hitchcock-Bairstow法を用いて数値的に求め、上記式（４５）に適用して得た従来型のリフレクタにおける最大実効集束倍率と、上記式（４２）で表される本実施形態のリフレクタにおける実効集束倍率を同じ条件でプロットして図２に示す。すなわち、図２は、ｖ＝１５００［ｍ／ｓ］、ｆ＝１０［ＭＨｚ］、μ＝２０［ｃＰ］、ｕ＝０［ｍ］、ＤＮ＝２０［μｍ］における従来型と本実施形態における集束倍率の違いを横軸にＤ、縦軸にΓをとって示したものである。
【０１０３】
図２において、Ｎｅｗは本実施形態のリフレクタにおける集束倍率ΓＮｅｗ（Ｄ）を示すグラフであり、Ｃｏｎｖは従来型のリフレクタにおける集束倍率ΓＣｏｎｖ（Ｄ）を示すグラフである。
【０１０４】
本実施形態における集束倍率のグラフＮｅｗ上の点Ｎ１は集束倍率ΓＮｅｗ（Ｄ）が最大となる点であり、そのときの値は次の式（４８）で与えられる。また、従来における集束倍率のグラフＣｏｎｖ上の点Ｃ１は集束倍率ΓＣｏｎｖ（Ｄ）が最大となる点であり、そのときの値は次の式（４７）で与えられる。
【０１０５】
【数１３】
また、グラフＮｅｗ上の点Ｎ２及びグラフＣｏｎｖ上の点Ｃ２は、リフレクタの開口直径を表すＤの値をそれぞれ入れ換えたものである。その値は次の式で示され、従来は式（４９）のように、本実施形態は式（５０）のようになる。
【０１０６】
【数１４】
また、本実施形態における集束倍率ΓＮｅｗ（Ｄ）が最大となるグラフＮｅｗ上の点Ｎ１のＤの値は次の式（５２）で与えられ、同様に従来の集束倍率ΓＣｏｎｖ（Ｄ）が最大となるグラフＣｏｎｖ上の点Ｃ１のＤの値は次の式（５１）で与えられる。
【０１０７】
【数１５】
なお、図２の従来のグラフＣｏｎｖは、前述した従来の図１０においてあるＤに対して最大のΓを与えるａ１に沿って見たΓを表すグラフとなっている。
【０１０８】
また、上記式（４７）におけるａ１の値は、次の式（５３）で与えられる。
【０１０９】
【数１６】
また、上記式（４９）におけるａ１の値は、次の式（５４）で与えられる。
【０１１０】
【数１７】
このように、図２から明らかなように、従来型のリフレクタの実効集束倍率ΓＣｏｎｖ（Ｄ）は、すべてのＤの値にわたって本実施形態のリフレクタの実効集束倍率ΓＮｅｗ（Ｄ）を超えることはない。
【０１１１】
また、実効集束倍率の上限は、本実施形態では上記式（４８）より、ΓＮｅｗ（Ｄ）＝２９．３３であり、これは従来の実効集束倍率の上限ΓＣｏｎｖ（Ｄ）＝２０．７４よりも４１％強向上している。
【０１１２】
ただし、その際のＤの値は、上記式（５２）より本実施形態ではＤＮｅｗ＝１１．９６となり、これは上記式（５１）が示す従来のＤの値ＤＣｏｎｖ＝１０．３６よりも１５％強大きくなる。
【０１１３】
また、図３に、図１０の従来のcontour曲線に対応する本実施形態のcontour曲線を示す。前述したように、本実施形態においては、従来のようにａ１（本実施形態ではａ２）に依存することはないため、グラフが等高線状となることはない。すわなち、本実施形態では上で求めたようにＤ＝１１．９６でΓＮｅｗが最大となるが、ａ２に依存しないため、図３に示すようにＤ＝１１．９６でａ２軸に平行な直線が実効集束倍率ΓＮｅｗの最大を示すグラフとなる。
【０１１４】
以下、上で説明したミスト吐出ヘッドを備えた画像形成装置、液体吐出装置について説明する。
【０１１５】
図４にこのようなミスト吐出ヘッドを備えた画像形成装置の概略を示す。
【０１１６】
図４に示すように、画像形成装置３０は、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数のミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙを有するミスト吐出部３２と、各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部３４と、記録媒体である記録紙３６を供給する給紙部３８と、記録紙３６のカールを除去するデカール処理部４０と、ミスト吐出部３２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙３６の平面性を保持しながら記録紙３６を搬送する搬送部４２と、ミスト吐出部３２による吐出結果を読み取る吐出検出部４４と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部４６とを主に備えている。
【０１１７】
インク貯蔵／装填部３４は、各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介して各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙと連通されている。
【０１１８】
図４では、給紙部３８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、またはこれと併用して、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。
【０１１９】
給紙部３８から送り出される記録紙３６はマガジンに装填されていたことにより巻き癖が残りカールする。このカール除去するためにデカール処理部４０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム４８で記録紙３６に熱を与える。
【０１２０】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図４のように裁断用のカッタ（第１のカッタ）５０が設けられており、カッタ５０によってロール紙は所望のサイズにカットされる。なお、カット紙を使用する場合には、カッタ５０は不要である。
【０１２１】
デカール処理後、カットされた記録紙３６は、搬送用ローラ対５２によってニップ搬送され、プラテン５４上へと送られる。プラテン５４の後段（ミスト吐出部３２の下流側）にも搬送用ローラ対５６が配置されており、前段の搬送用ローラ対５２と後段の搬送用ローラ対５６とが連動して記録紙３６を所定の速度で搬送する。
【０１２２】
プラテン５４は、記録紙３６の平面性を保ちつつ記録紙３６を保持（下から支持）する部材（記録媒体保持手段）として機能するとともに、ミスト吐出部３２から吐出されたインクミストを記録紙３６側に引き寄せ着弾させるための背面電極としても機能する部材である。図４におけるプラテン５４は、記録紙３６の幅よりも広い幅寸法を有し、少なくともミスト吐出部３２のノズル面及び吐出検出部４４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。
【０１２３】
記録紙３６の搬送経路において、ミスト吐出部３２の上流側には、加熱ファン５８が設けられている。加熱ファン５８は、インクが吐出される前の記録紙３６に加熱空気を吹き付け、記録紙３６を加熱する。インク吐出直前に記録紙３６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。
【０１２４】
図５にミスト吐出部３２の周辺を拡大して示す。図５に示すように、ミスト吐出部３２の各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙは、当該画像形成装置３０が対象とする記録紙３６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録紙３６の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている。
【０１２５】
ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙは、記録紙３６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙが記録紙３６の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置されている。
【０１２６】
搬送部４２により記録紙３６を搬送しつつ各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙３６上にカラー画像を形成するようになっている。
【０１２７】
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙３６とミスト吐出部３２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙３６の全面に画像を形成することができる。これにより、ミスト吐出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（シリアル型）ヘッドに比べて高速プリントが可能であり、生産性を向上させることができる。
【０１２８】
本実施形態ではＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を示したが、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、特別色インクを追加することができる。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するミスト吐出ヘッドを追加する構成としてもよい。また、各色のミスト吐出ヘッドの配置順序も特に限定されない。
【０１２９】
吐出検出部４４は、各色のミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙにより形成されたテストパターンまたは実画像を読み取り、吐出結果を検査するものである。
【０１３０】
再び図４に戻り、吐出検出部４４の後段には後乾燥部６０が設けられている。後乾燥部６０は、記録紙３６上に形成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。
【０１３１】
後乾燥部６０の後段には、加熱・加圧部６２が設けられている。加熱・加圧部６２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６３で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【０１３２】
こうして生成されたプリント物は排紙部４６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）とテスト画像とは分けて排出することが好ましい。本実施形態の画像形成装置３０では、本画像のプリント物とテスト画像のプリント物とを選別してそれぞれの排出部４６Ａ、４６Ｂ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画像とを同時に並列しに形成する場合には、カッタ（第２のカッタ）６４によってテスト画像の部分を切り離す。また、図４には示さないが、本画像の排紙部４６Ａには、オーダ別に画像を集積するソータが設けられる。
【０１３３】
図６に、ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙの一例を平面透視図で示す。各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙの構造はすべて同じであるので、ここでは単に符号６５で代表させてミスト吐出ヘッドを表すものとする。
【０１３４】
図６に示すように、ミスト吐出ヘッド６５は、インクの吐出口であるノズル６６Ａと、各ノズル６６Ａに対応するインク室６６Ｂ、個別供給路６６Ｃからなる複数のインク室ユニット（ミスト吐出素子）６６を２次元マトリクス状に配列させた構造を有し、これにより、ミスト吐出ヘッド６５の長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。なお、図６では、便宜上、一部のインク室ユニット６６は省略して描いている。
【０１３５】
各インク室６６Ｂは個別供給路６６Ｃを介して共通流路６８に連通している。共通流路６８は、接続口６８Ａ、６８Ｂを介してインク供給源たるインクタンク（図６では図示省略、図４のインク貯蔵／装填部３４と等価なもの）と連通しており、インクタンクから供給されるインクは図６の共通流路６８を介して各チャンネルのインク室６６Ｂに分配供給される。なお、図６中の符号６６Ｃは共通流路６８の本流、６８Ｄは本流６８Ｃから分岐した支流である。
【０１３６】
図７は画像形成装置３０のシステム構成を示す要部ブロック図である。画像形成装置３０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。
【０１３７】
通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（図示省略）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介して画像形成装置３０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。
【０１３８】
システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。
【０１３９】
モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部６０等のヒータ８９を駆動するドライバである。
【０１４０】
プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介してミスト吐出部３２のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
【０１４１】
プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図７において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【０１４２】
ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいてミスト吐出部３２の超音波発生手段を駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【０１４３】
吐出検出部４４は、図４で説明したように、ラインセンサー（図示省略）を含むブロックであり、記録紙３６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供するものである。
【０１４４】
プリント制御部８０は、必要に応じて吐出検出部４４から得られる情報に基づいてミスト吐出部３２に対する各種補正を行うようになっている。
【０１４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、ミスト吐出ヘッドのリフレクタとして放物線の焦点よりも頂点側の部分を使用するようにしたため、リフレクタ出口側の径（outlet径）を最小でノズル径まで絞ることができ、またその際超音波の伝播距離が長くなることもないため、従来に比べて実効集束倍率を向上させることができる。
【０１４６】
また、このようなミスト吐出ヘッドを画像形成装置に備えることにより、効率的に画像を形成することが可能となる。
【０１４７】
以上、本発明のミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出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】
【０１４８】
【図１】本発明のミスト吐出ヘッドの一実施形態の概略を示す断面図である。
【図２】本実施形態と従来の集束倍率の違いを比較するための実効集束倍率のグラフである。
【図３】本実施形態のリフレクタの集束倍率を示すｃｏｎｔｏｕｒ曲線のグラフである。
【図４】本実施形態のミスト吐出ヘッドを備えた画像形成装置の概略を示す全体構成図である。
【図５】図４の画像形成装置のミスト吐出部周辺の拡大図である。
【図６】ミスト吐出ヘッドの一例を示す平面透視図である。
【図７】本実施形態の画像形成装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。
【図８】放物面型リフレクタを用いた従来のミスト吐出ヘッドを示す断面図である。
【図９】図８のミスト吐出ヘッドの四分の一断面図である。
【図１０】従来のミスト吐出ヘッドにおける集束倍率を示すｃｏｎｔｏｕｒ曲線のグラフである。
【符号の説明】
【０１４９】
１０…ミスト吐出ヘッド、１２…ノズルプレート、１４…液室プレート、１６…ノズル（孔）、１８…インク液室、２０…リフレクタ、２２…圧電素子、２４…インク供給路、２６…超音波、３０…画像形成装置、３２…ミスト吐出部、３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙ、６５…ミスト吐出ヘッド、３４…インク貯蔵／装填部、３６…記録紙、３８…給紙部、４０…デカール処理部、４２…搬送部、４４…吐出検出部、４６…排紙部、４８…加熱ドラム、５０…カッタ（第１のカッタ）、５２、５６…搬送用ローラ対、５４…プラテン、５８…加熱ファン、６０…後乾燥部、６２…加熱・加圧部、６３…加圧ローラ、６４…カッタ（第２のカッタ）、６５…ミスト吐出ヘッド、６６…インク室ユニット、６６Ａ…ノズル、６６Ｂ…インク室、６６Ｃ…個別供給路、６８…共通流路、６８Ａ、６８Ｂ…接続口、６８Ｃ…共通流路の本流、６８Ｄ…本流から分岐した支流、７０…通信インターフェース、７２…システムコントローラ、７４…画像メモリ、７６…モータドライバ、７８…ヒータドライバ、８０…プリント制御部、８２…画像バッファメモリ、８４…ヘッドドライバ、８６…ホストコンピュータ、８８…モータ、８９…ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出装置に係り、特に、ミスト吐出ヘッド用高集束低減衰型リフレクタを用いたミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体インクを霧化させ、霧状のインクすなわちインクミストを発生させて、このインクミストを選択的に記録媒体に付着させることにより所望の画像を形成する画像形成装置が知られている。
【０００３】
例えば、画像信号に応じて超音波振動を行わせる微細な超音波振動針の先端より、局所的に帯電インクミストを発生させ、帯電インクミストに電界を印加して、記録媒体に選択的に付着させて記録を行うようにしたインクミスト画像記録装置が知られている（例えば、特許文献１あるいは特許文献２等参照）。
【０００４】
また、あるいはインクタンク内に設けられたインクを蓄えるための空洞の底面に設けられた圧電トランスジューサ（振動子）によって空洞内のインクに超音波が供給され、超音波がその断面が放物線状に形成された空洞の内壁で反射され、反射波が前記放物線の焦点に集束してインク中の音響エネルギー密度が高められ、焦点付近に形成された噴出口からインクがミスト状となって噴出されるようにした液体噴出装置が知られている（例えば、特許文献３あるいは特許文献４等参照）。
【０００５】
液体インクのミスト化には、一般にＭＨｚオーダの超音波が用いられる。具体的に液体インクをミスト化する方法としては、キャビテーション（空洞現象）によるキャビテーション霧化とキャピラリ波（毛細表面波）によるキャピラリ霧化が用いられている。このとき、後者の方法を用いた方が粒径の揃ったミストを生成することができ、かつエネルギー効率もよい。
【０００６】
キャピラリ霧化の場合、自由液面に向かって下方から平面波を印加することでキャピラリ波が発生するが、この平面波がある一定以上の周波数及び振幅となったとき、キャピラリ波は発振を起こす。その結果、成長したキャピラリ波の波頭から微小液滴が分裂してミストが発生する。
【０００７】
このとき、例えば上記特許文献３あるいは特許文献４に見られるように、超音波を反射するインクタンクの空洞内壁を放物面型のリフレクタとして、超音波を波長レベルの領域に集束させることによってエネルギー効率を上げる工夫が考えられている。
【０００８】
図８に、このような放物面型リフレクタを用いた従来のミスト吐出ヘッドの断面図を示す。
【０００９】
図８に示す従来型のミスト吐出ヘッド１００は、インクタンク１１０と、インクタンク１１０内に設けられたインクを蓄える空洞部１１２と、空洞部１１２の底面に設けられた超音波発生手段１１４とを備えている。超音波発生手段１１４は、振動板１１６と圧電素子１１８とから成っている。
【００１０】
空洞部１１２の内壁は超音波発生手段１１４が発生した超音波を反射するリフレクタ（反射壁）１２０となっている。リフレクタ１２０は、その断面形状が図の右側に示したような放物線形状を有している。また、空洞部１１２の上端側は、ストレート形状の直管部１２２となっており、この直管部１２２の中央上部に、リフレクタ１２０の断面形状がなす放物線の焦点１２４が位置するようになっている。
【００１１】
また、空洞部１１２の上側にはノズルプレート１２６が形成され、前記焦点１２４の位置にインクを吐出するための開口であるノズル１２８が形成されている。また、空洞部１１２の底面には側方から空洞部１１２にインクを供給するためのインク供給路１３０が設けられている。
【００１２】
インクミスト吐出時には、超音波発生手段１１４から空洞部１１２内のインクに対して、リフレクタ１２０の断面形状が成す放物線の軸方向に平行に（略平面状に）超音波１３２が印加される。超音波１３２は、リフレクタ１２０で反射される。リフレクタ１２０は、その断面形状が放物線を成すように形成されているため、反射した超音波１３２は放物線の焦点１２４に集束する。
【００１３】
また、焦点１２４の位置にノズル１２８が形成されているため、超音波１３２はノズル１２８で集束し、ノズル１２８においてインクの音響エネルギーが高められ、ノズル１２８からインク滴がインクミストとなって吐出する。
【００１４】
このように、従来のミスト吐出ヘッド１００においては、リフレクタ（反射壁）１２０の断面形状は放物線となるように形成され、しかも、このとき図８の右側に示すように、放物線の焦点Ｆよりもその頂点Ｃから遠い側の部分（図８の放物線で言うと焦点Ｆよりも下側の部分）Ｐ１を用いている。
【００１５】
次に、図８に示す従来の放物面型リフレクタを用いたミスト吐出ヘッドにおける振幅実効集束倍率について説明する。
【００１６】
図８に示すような放物面型リフレクタ（反射壁１２０）を用いて、音源（超音波発生手段１１４）の振動エネルギーをノズル入り口（ノズル１２８の空洞部１１２側）に集束させる場合を考える。
【００１７】
まず、放物面型リフレクタを用いた場合のエネルギーの幾何学的集束倍率ｍは、次の式（１）で与えられる。
【００１８】
ｍ＝（Ｄ２−ｄ２）／λ２ ・・・（１）
ここで、図８に示すようにＤ［ｍ］は、リフレクタ入口側Ｉｔ（空洞部１１２の底面側）の直径（inlet径)であり、ｄ［ｍ］は、リフレクタ出口側Ｏｔ（空洞部１１２上端側）の直径（outlet径)である。また、λは、次の式（２）で示されるように、流体中の音速（縦波伝播速度）ｖ［ｍ／ｓ］と、音源の周波数ｆ［Ｈｚ］の比で表される流体中の縦波波長である。
【００１９】
λ＝ｖ／ｆ ・・・（２）
また、連続体の振動エネルギーは、振幅の２乗に比例するので、振幅の増幅率としてはｍの平方根、√（ｍ）となる。そこで、振幅実効集束倍率Γを、リフレクタによる振幅の幾何学的集束倍率√（ｍ）と粘性減衰を考慮した場合の伝達率Ｔの積として、次の式（３）によって定義する。
【００２０】
Γ＝Ｔ×√（ｍ） ・・・（３）
なお、ここで伝達率Ｔは、次の式（４）で与えられる。
【００２１】
Ｔ＝ｅｘｐ（−αＬ） ・・・（４）
ここで、係数αは、α＝０．８３６１×μｆ２×１０−１３［neper・ｍ−１］、であり、Ｌ［ｍ］は伝播距離、μ［ｃＰ］は粘性係数である。
【００２２】
以上をまとめることにより、振幅実効集束倍率Γは、次の式（５）のようになる。
【００２３】
Γ＝ｆ√（Ｄ２−ｄ２）／ｖ×ｅｘｐ（０．８３６１×μｆ２×１０−１３×Ｌ）
・・・（５）
次に、リフレクタ（反射壁１２０）の形状について説明する。図９に示すように、リフレクタ（反射壁１２０）は、図の左側に示すような軸対称の放物線の焦点Ｆよりもその頂点Ｃから遠い側（図９の放物線で言うと焦点Ｆよりも下側）をその断面形状に持つような放物面形状を有している。
【００２４】
ここで、リフレクタ（反射壁）１２０を式表示するために、図９の右側に示すように座標軸ｒ、ｚをとると、このリフレクタの放物面形状は次の式（６）のように表される。
【００２５】
ｚ（ｒ）＝（ｇ＋ｐ＋ｕ＋ｑ）−（ａ１／ＲＢ１）ｒ２ ・・・（６）
なお、式（６）中で用いられている各記号の意味は以下の通りである。
【００２６】
まず、図９中に示すように、リフレクタ入口(inlet)側Ｉｔ（空洞部１１２の底面側）の半径（inlet半径)をＲＢ１、リフレクタ出口(outlet)側Ｏｔ（空洞部１１２上端側）の半径（outlet半径)をＲＡ１とし、図の左側の放物線に示すようにｈをとり、また焦点Ｆと頂点Ｃとの距離をｐとする。
【００２７】
このとき、ａ１を次の式（７）で定義する。
【００２８】
ｈ＝ａ１ＲＢ１ ・・・（７）
ａ１をこのように定義すると、簡単な計算により、この放物線の２次の項の係数（ｒ２の係数）Ａはａ１／ＲＢ１となる。
【００２９】
また、放物線の焦点Ｆと頂点Ｃとの距離ｐは、一般に２次の項（ｒ２）の係数Ａを用いて１／（４Ａ）と表されるので、上の結果を用いると次の式（８）のように表される。
【００３０】
ｐ＝ＲＢ１／（４ａ１） ・・・（８）
また、図の右側に示すリフレクタの軸方向の長さｑは、次の式（９）で表される。
【００３１】
ｑ＝（ａ１／ＲＢ１）×（ＲＢ１２ − ＲＡ１２） ・・・（９）
また、空洞部１１２の直管部１２２の軸方向の長さｇは、図より次の式（１０）で表される。
【００３２】
ｇ＝ｈ−（ｐ＋ｑ） ・・・（１０）
また図９に示すように、リフレクタが放物面型の場合に、超音波が空洞部１１２の入り口側Ｉｔ（inlet側)から放物面の軸に平行に入ってから、その放物面で反射して焦点Ｆに至るまでの伝播距離Ｌ１は、放物面の性質として一般にその反射する位置によらず一定であることが知られており、従って特に空洞部１１２の出口側Ｏｔ（outlet側)の半径ＲＡ１のところで反射した場合を考えると、図より次の式（１１）で表されることがわかる。
【００３３】
Ｌ１＝ｑ＋√（ＲＡ１２＋ｇ２） ・・・（１１）
これに式（７）〜式（１０）を代入して少し計算すれば、次の式（１２）が得られる。
【００３４】
Ｌ１＝｛（４ａ１２＋１）／４ａ１｝×ＲＢ１ ・・・（１２）
なお、これをさらに計算すると、Ｌ１＝ａ１ＲＢ１＋ＲＢ１／４ａ１＝ｈ＋ｐであることがわかる。
【００３５】
また、放物面の焦点Ｆは、空洞部１１２の出口（outlet)より上側、すなわち図９に示すように少なくとも直管部１２２内に位置する必要があるので、次の式（１３）の条件が必要となる。
【００３６】
ｇ ≧ ０ ・・・（１３）
上述したように、リフレクタ入口側Ｉｔ（空洞部１１２の底面側）の直径（inlet径)をＤ、リフレクタ出口側Ｏｔ（空洞部１１２上端側）の直径（outlet径)をｄとすると、Ｄ＝２ＲＢ１、またｄ＝２ＲＡ１である。そこで上記式（１３）を、式（７）〜式（１０）を用いて変形すると次の式（１４）が得られる。すなわち、焦点Ｆが直管部１２２内に位置するためには次の式（１４）を満たす必要がある。
【００３７】
ｄ ≧ Ｄ／２ａ１ ・・・（１４）
いま、理想的な状態としてｇ＝０の場合を考えて、リフレクタ出口側Ｏｔ（空洞部１１２上端側）の直径（outlet径)ｄを次の式（１５）で再定義しておく。
【００３８】
ｄ ＝ ｍｉｎ（ｄ）＝ Ｄ／２ａ１ ・・・（１５）
ここで、ｍｉｎ（ｄ）は、ｄの最小値を示す記号である。
【００３９】
これにより、実効集束倍率Γは、流体中の音速ｖ、音源の周波数ｆ、粘性係数μ、インク供給路の径ｕ（図９参照）、リフレクタ入口側Ｉｔの直径(inlet径）Ｄ、及び前記式（７）で定義されるａ１の関数として次の式（１６）で表される。
【００４０】
【数１】
また、この式（１６）を、γ＝０．８３６１×１０−１３として、次の式（１７）のように書くこととする。
【００４１】
【数２】
すると、この実効集束倍率ΓをＤ及びａ１のみの関数と考えたときの、Ｄ方向及びａ１方向において極値を取る点は、次の式（１８）及び式（１９）で与えられる、Ｄ−ａ１平面上の曲線上にあることがわかる。
【００４２】
【数３】
【００４３】
【数４】
例えば、ｖ＝１５００［ｍ／ｓ］、ｆ＝１０［ＭＨｚ］、μ＝２０［ｃＰ］、ｕ＝０［ｍ］としてＤとａ１を変化させたときの実効集束倍率Γ（Ｄ，ａ１）を図１０に示す。この実効集束倍率Γ（Ｄ，ａ１）を示す等高線状の曲線をcontour曲線という。
【００４４】
図１０において、これらのcontour曲線を横切る２本の曲線Ｃ１及びＣ２が示されているが、曲線Ｃ１は、式（１８）で示されるａ１を一定としたときのΓの最大値を与える曲線であり、曲線Ｃ２は、式（１９）で示されるＤを一定としたときのΓの最大値を与える曲線である。
【００４５】
すべての（Ｄ，ａ１）において取り得る最大の実効集束倍率Γは、これら２曲線Ｃ１及びＣ２の交点に存在する。これは、次の式（２０）を解くことによって得られる。
【００４６】
∂Γ／∂Ｄ ＝ ∂Γ／∂ａ１ ＝ ０ ・・・（２０）
この式（２０）を解くことによって、実効集束倍率Γの最大値を与えるＤ及びａ１の値、Ｄ’及びａ１’が次の式（２１）のように得られる。
【００４７】
【数５】
またここで、実効集束倍率Γの最大値ｍａｘ（Γ）は、次の式（２２）で与えられる。
【００４８】
【数６】
図１０の場合に、具体的にその値を算出すると、次の式（２３）のようになる。すなわち、このときの最大実効集束倍率Γは、略２０．７４である。
【００４９】
【数７】
【特許文献１】特開昭６２−８５９４８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１１１７５７号公報
【特許文献３】特開２００２−５９５４０号公報
【特許文献４】特開２００２−１６６５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５０】
しかしながら、上述したような従来の放物面型リフレクタを用いたミスト吐出ヘッドにおいては、図８の右側に示すような軸対称の放物線の焦点Ｆよりもその頂点Ｃから遠い側（図８の放物線で言うと焦点Ｆよりも下側）Ｐ１をリフレクタとして使用しているため、集束に寄与しない直接波領域の面積が無駄となり、空洞部の空間使用効率が悪いという問題がある。
【００５１】
また、その一方で、直接波領域を小さくするために空洞部出口径（outlet径）を絞った場合には、リフレクタの断面形状がなす放物面の焦点までの超音波の伝播距離が長くなり、そのため粘性減衰によって実効的な集束倍率が低下してしまうという問題がある。
【００５２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、放物面型リフレクタの空洞部の空間使用効率を高めるとともに、空洞部出口径を絞っても焦点までの超音波の伝播距離が長くならず、実効集束倍率を向上させることのできるミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出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】
【００５３】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートと、前記ノズル孔に連通する液室と、前記液室中の液体に超音波を与える超音波発生手段と、前記液体に与えられた超音波を反射する反射壁と、を備え、前記反射壁は、前記ノズルプレートに対向して配置され、放物面の焦点よりも頂点側の頂点を含む部分の軸対称形状を有し、その軸は前記ノズル孔を通るとともに、前記ノズル孔の近傍に前記放物面の焦点が位置することを特徴とするミスト吐出ヘッドを提供する。
【００５４】
これにより、ミスト吐出ヘッドのリフレクタ（反射壁）として放物線の焦点よりも頂点側の部分を使用するようにしたため、リフレクタ出口側の径（outlet径）を最小でノズル径まで絞ることができ、またその際超音波の伝播距離が長くなることもないため、従来に比べて実効集束倍率を向上させることができる。
【００５５】
また、請求項２に示すように、前記超音波発生手段は、前記ノズルプレートの前記液室とは反対側の前記ノズル孔近傍に配置され、前記超音波発生手段から発生された超音波は、前記ノズルプレートを介して前記液室内の液体に印加され、前記軸に平行に、前記ノズルプレートに対向する前記反射壁に向かい、前記反射壁で反射した後前記焦点に集束することを特徴とする。
【００５６】
これにより、ノズル近傍に超音波発生手段を配置することで、超音波発生手段が発生する熱が液体のメニスカスに印加されるため、粘性を低減させることが可能となる。またさらに、超音波発生手段からノズルプレートに直接圧力を印加することにより流体を介した間接的な圧力印加よりも高効率にノズルプレート上に弾性波を生じさせ、これをノズルエッジに伝達することで表面張力波発生をアシストすることも可能となる。さらに、超音波発生手段そのものの間隙でスリット状にノズルを形成するのではなく、ノズルプレートにノズル孔として形成し、ノズルプレートのノズル孔近傍に超音波発生手段を配置するようにしたため、超音波発生手段の寸法精度がノズル孔の寸法精度に影響することはない。また、超音波発生手段をノズルプレートの液室とは反対側に配置したため、超音波発生手段の電極に対する配線を容易に形成することができる。
【００５７】
また、請求項３に示すように、前記液室に前記液体を供給する供給路が、前記液室が形成される液室プレートと前記ノズルプレートとの間の前記ノズルプレート側に形成されたことを特徴とする。
【００５８】
これにより、供給路が反射壁の反射面の形状を損なうことがないため、超音波の反射及び集束に悪影響を及ぼすことが少なく、また液室内での気泡発生を抑制することが可能となる。
【００５９】
また、前記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のミスト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。
【００６０】
これにより、効率的に液体ミストを吐出することができ効率的に画像形成を行うことができる。
【００６１】
また、前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１〜３のいずれかに記載のミスト吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００６２】
これにより、効率的に液体ミストを吐出することができる。
【発明の効果】
【００６３】
以上説明したように、本発明によれば、ミスト吐出ヘッドのリフレクタ（反射壁）として放物線の焦点よりも頂点側の部分を使用するようにしたため、リフレクタ出口側の径（outlet径）を最小でノズル径まで絞ることができ、またその際超音波の伝播距離が長くなることもないため、従来に比べて実効集束倍率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出装置について詳細に説明する。
【００６５】
図１は、本発明のミスト吐出ヘッドの一実施形態の概略を示す断面図である。
【００６６】
図１に示すように、本実施形態のミスト吐出ヘッド１０は、ノズルプレート１２と液室プレート１４を積層して形成され、ノズルプレート１２にはインクを吐出するためのノズル孔１６（以下、単にノズル１６と言う。）が形成され、液室プレート１４にはインクを蓄える空洞部としてのインク液室１８が形成されている。
【００６７】
インク液室１８のノズル１６に対向する内壁面は超音波を反射するためのリフレクタ（反射壁）２０として形成されている。ノズルプレート１２は振動板を兼ねており、ノズル１６の周囲には超音波発生手段としての圧電素子２２が配置されている。また、インク液室１８のノズルプレート１２側には、インク液室１８にインクを供給するためのインク供給路２４が形成されている。
【００６８】
リフレクタ２０は、その断面形状が図１の右側に示す放物線の焦点Ｆよりも頂点Ｃ側の部分（図１の放物線で言うと焦点Ｆよりも上側の頂点Ｃを含む部分）Ｐ２のような放物線形状を有する放物面型のリフレクタ（反射壁）である。また、リフレクタ２０は、放物面の軸がノズル１６の中心を通り、かつその焦点Ｆがノズル１６の中心でノズルプレート１２のインク液室１８側に位置するように形成されている。
【００６９】
超音波発生手段である圧電素子２２によって発生された超音波２６は、振動板を兼ねるノズルプレート１２を介してインク液室１８内のインクに伝達され、リフレクタ２０の方向に向かってリフレクタ２０の放物面としての軸に沿って平面波として進み、リフレクタ２０で反射される。
【００７０】
このとき、放物面の軸に平行に進んだ超音波２６は、放物面であるリフレクタ２０で反射された後、焦点Ｆに集束する。またノズル１６の中央に焦点Ｆが位置するように形成されているため、リフレクタ２０で反射された後の超音波２６はノズル１６の位置で集束する。その結果、ノズル１６においてインクの音響エネルギーが高められ、ノズル１６からインク滴がインクミストとなって吐出されるようになっている。
【００７１】
このように、ノズル近傍に超音波発生手段としての圧電素子２２を配置することで、圧電素子２２が発生する熱がインクのメニスカスに印加されるため、インクの粘性を低減させることが可能となる。またさらに、超音波発生手段からノズルプレート１２に直接圧力を印加することにより、流体を介した間接的な圧力印加よりも高効率にノズルプレート１２上に弾性波を生じさせ、これをノズルエッジに伝達することで表面張力波発生をアシストすることも可能となる。
【００７２】
また図１に示すように、本実施形態におけるリフレクタ２０のリフレクタ入口側Ｉｔは、リフレクタ２０を形成する放物面が軸の回りに最も大きく開いた部分であり、リフレクタ入口(inlet)側Ｉｔの半径(inlet半径）をＲＢ２とする。また、リフレクタ２０のリフレクタ出口側Ｏｔは、リフレクタ２０で反射した超音波２６が集束するノズル１６の近傍に設けられた超音波発生手段としての圧電素子２２が形成された部分であり、リフレクタ出口(outlet)側Ｏｔの半径(outlet半径）をＲＡ２とする。
【００７３】
本実施形態においては、図１に示すように、焦点Ｆはリフレクタ入口側Ｉｔよりも音源（圧電素子２２）に近い側に位置している。なお、従来のリフレクタ（反射壁１２０）においては、図８に示すように、焦点Ｆはリフレクタ入口側Ｉｔよりも音源（圧電素子１１８）から遠い側に配置されていた。超音波発生手段（圧電素子２２）で発生された超音波２６がリフレクタ入口側Ｉｔからリフレクタ２０に入り反射後、焦点Ｆに至るまでの伝播距離Ｌは、従来と同様に式（１２）で表される。
【００７４】
このとき従来は、リフレクタ出口側Ｏｔの直径（outlet径）とリフレクタ入口側Ｉｔの直径（inlet径）が前記式（１４）を満たす必要があったが、本実施形態においては、このような制約がないため、リフレクタ入口側Ｉｔからリフレクタ出口側Ｏｔまでのリフレクタ深さを無駄に増やすことなく、式（５）におけるｄに相当するリフレクタ出口側Ｏｔの直径２ＲＡ２を最小でノズル径オーダまで縮小することが可能となる。
【００７５】
なお、放物面の焦点よりもその頂点から遠い側の部分（図８のＰ１の部分）をリフレクタとして用いる従来型のリフレクタ１２０では、式（９）から明らかなように、一定のoutlet径ＲＡ１に対してinlet径ＲＢ１を絞ると、リフレクタ１２０の軸方向の長さ（inlet-outlet間距離）ｑが必然的に長くなる。その結果、超音波の伝播距離Ｌが長くなってしまう。しかし、本実施形態のリフレクタ２０においては、超音波の伝播距離Ｌが長くなることはなく、実効集束倍率を向上させることができる。
【００７６】
なお、このように超音波発生手段（圧電素子２２）をノズル近傍に配置したため、ノズル１６において集束する超音波の位相と圧電素子２２が振動する位相とが必ずしも一致せず、両者が互いに干渉し、互いを減衰することが考えられるが、ノズル面で発生する音場のエネルギー密度と焦点のエネルギー密度では、数百倍の差があるので、上記干渉効果は相対的に無視することができ、問題はない。
【００７７】
ここで、従来の図８あるいは図９と同様にして、図１の右側の放物線において、リフレクタ入口側Ｉｔにおける横軸の長さＲＢ２に対する放物線の高さｈの比ａ２を、ｈ＝ａ２ＲＢ２とすると、この放物線の２次の項ｒ２の係数ＡはＡ＝ａ２／ＲＢ２となるので、図１の放物線の焦点Ｆと頂点Ｃとの距離ｐ、及び焦点Ｆにおける横軸の長さＲは、それぞれ次のようになる。すなわち、Ｒは次の式（２４）で、ｐは式（２５）で表される。
【００７８】
Ｒ＝ＲＢ２／２ａ２ ・・・（２４）
ｐ＝ＲＢ２／４ａ２ ・・・（２５）
さらに図１よりインク供給路２４の径ｕは次の式（２６）で表される。
【００７９】
ｕ＝ｐ−ｈ＝ｐ−ａ２ＲＢ２ ・・・（２６）
また、音源である超音波発生手段から発せられた超音波２６がリフレクタ２０で反射して焦点Ｆに至るまでの伝播距離Ｌ２は、前述したように一般にリフレクタ２０での反射位置によらず一定であるため、リフレクタ入口側Ｉｔで反射した場合を考え、ｕとリフレクタinlet半径ＲＢ２を用いて計算すると、次の式（２７）のように求められる。
【００８０】
Ｌ２＝ｕ＋√（ｕ２＋ＲＢ２２） ＝ ＲＢ２／２ａ２ ＝ Ｒ ・・・（２７）
今、超音波２６の集束に寄与する音源面積を、従来型のリフレクタ１２０（図８参照）と本実施形態のリフレクタ２０とについて計算すると、
図８に示す従来のリフレクタ１２０に対する音源面積Ａ１は、次の式（２８）で表される。
【００８１】
Ａ１＝π（ＲＢ１２ − ＲＡ１２） ・・・（２８）
また、図１に示す本実施形態のリフレクタ２０に対する音源面積Ａ２は、次の式（２９）で表される。
【００８２】
Ａ２＝π（ＲＢ２２ − ＲＡ２２） ・・・（２９）
周波数ｆが同じならば、集束倍率は音源面積に依存するので、今従来と本実施形態において集束倍率が同じであると仮定すると、各音源面積Ａ１、Ａ２は等しくなる。そこで、Ａ１＝Ａ２とすると、式（２８）、（２９）より、ＲＢ１２−ＲＡ１２＝ＲＢ２２−ＲＡ２２となり、これに式（２５）、（２６）を用いて多少の計算をすることにより、次の式（３０）が得られる。
【００８３】
ＲＢ２＝２ａ２｛ｕ＋√（ｕ２−ＲＡ１２＋ＲＢ１２＋ＲＡ２２）｝ ・・・（３０）
従って、これより本実施形態のリフレクタ２０における超音波の伝播距離Ｌ２は、次の式（３１）のように表される。
【００８４】
Ｌ２＝ｕ＋√（ｕ２−ＲＡ１２＋ＲＢ１２＋ＲＡ２２） ・・・（３１）
ここでさらに、式（１５）に示すような理想化、ｄ＝Ｄ／２ａ１を行い従来型のリフレクタ１２０の直管部（ストレート部）１２２を無くすようにする。すなわち、２ＲＡ１＝２ＲＢ１／２ａ１よりＲＡ１＝ＲＢ１／２ａ１を式（３１）に代入することにより、次の式（３２）が得られる。
【００８５】
Ｌ２＝｛（２ａ１ｕ＋１）／２ａ１｝
×√（４ａ１２ｕ２＋（４ａ１２−１）ＲＢ１２＋４ａ１２ＲＡ２２） ・・・（３２）
ここで、もし次の式（３３）が満たされれば、同じ集束倍率で本実施形態のリフレクタ２０による超音波の伝播距離Ｌ２は従来型のリフレクタ１２０による超音波の伝播距離Ｌ１を下回る事となるため、本実施形態における粘性減衰を考慮した実効集束倍率は、確実に従来型より向上することとなる。
【００８６】
Ｌ２ ＜ Ｌ１ ・・・（３３）
そこで、次の連立不等式（３４）を考える。
【００８７】
Ｌ２ ≦Ｌ１，１／２≦ａ１，０＜ＲＢ１，０＜ＲＡ２，ｕ＝０ ・・・（３４）
式（３４）の第２式は、従来型ではoutlet径はinlet径よりも常に小さいということを意味している。また、式（３４）の第５式では、前述した従来型での検討と同様に、音源からリフレクタ入口側Ｉｔ（inlet）までの距離はｕ＝０として理想化した。式（３４）を解くと、次の式（３５）が得られる。
【００８８】
０ ＜ ＲＡ２ ≦ ＲＢ１√（１６ａ１４−８ａ１２＋５）／４ａ１ ・・・（３５）
これを満たす限り、同じ幾何学的集束倍率において、本実施形態のリフレクタは、従来型のリフレクタに比べて超音波の伝播距離が短いことになり、その結果、実効集束倍率は従来型に比べて向上していると言える。また、上記式（３５）を満たすようにすることは容易である。
【００８９】
ここで比較のために、超音波の伝播距離を従来型の場合Ｌ１と本実施形態の場合Ｌ２を、本実施形態は従来型と同じ幾何学的倍率を持つとして（従来型のoutlet面は焦点に一致していると想定した）並べて式（３６）、（３７）として記載する。なお、音源からリフレクタ入口側Ｉｔ（inlet）までの距離を従来型はｕ１、本実施形態はｕ２とした。
【００９０】
Ｌ１＝ｕ１＋｛（４ａ１２＋１）／４ａ１｝ＲＢ１ ・・・（３６）
Ｌ２＝｛（２ａ１ｕ２＋１）／２ａ１｝
×√（４ａ１２ｕ２２＋（４ａ１２−１）ＲＢ１２＋４ａ１２ＲＡ２２） ・・・（３７）
例えば、 ａ１＝１．５、ｕ１＝ｕ２＝０．５［ｍｍ］、ＲＡ１＝０．５［ｍｍ］、ＲＢ１＝１．０［ｍｍ］、ＲＡ２＝１０［μｍ］の時、式（３５）はおよそ次の式（３９）のようになり、式は満たされる。
【００９１】
０ ＜ １０×１０−６ ＜ １．３７４×１０−３ ・・・（３９）
実際、この時、次の式（４０）に示すようになった。
【００９２】
【数８】
このように、本実施形態における伝播距離Ｌ２＝１．５６７は、従来の伝播距離Ｌ１＝２．１６６に対して、（２．１６６−１．５６７）／２．１６６＝０．２７６より、２７．６％小さくなっている。また、圧電素子の直径はリフレクタ入口側Ｉｔの直径（inlet径）に略等しいが、本実施形態のinlet半径はＲＢ２＝０．８６６であるのに対して、従来のinlet半径はＲＢ１＝１．０であり、直径で比較すると（２ＲＢ１−２ＲＢ２）／２ＲＢ１＝（２．０−１．７３２）／２．０＝０．１３４となり、従来の圧電素子径より１３．４％小さくなっている。結局、本実施形態においては、同じ集束倍率で、伝播距離はおよそ２７．６％、超音波発生手段である圧電素子の直径はおよそ１３．４％、従来型のリフレクタよりも小さくなったことになる。
【００９３】
このように、本実施形態のリフレクタによれば、同じ幾何学的集束倍率において、粘性減衰を考慮した実効集束倍率は向上し、また、高密化適性も向上する。
【００９４】
次に、本実施形態のリフレクタにおける実効集束倍率の上限について説明する。
【００９５】
本実施形態のリフレクタにおいて、超音波のリフレクタ入口側Ｉｔから反射後焦点に至るまでの伝播距離Ｌ２は、上述した式（２７）により、次の式（４１）のように表される。
【００９６】
Ｌ２＝ｕ＋√（ｕ２＋ＲＢ２２） ・・・（４１）
このときの実効集束倍率は次の式（４２）のようになる。
【００９７】
【数９】
ここで、Ｄ＝２ＲＢ２、ＤＮ＝２ＲＡ２である。また、この式（４２）からわかるように、実効集束倍率Γは、式（２４）あるいは式（２５）で与えられるａ２には依存しない。これは、式（１６）で示す従来型の場合には実効集束倍率Γが式（７）で定義されるａ１に依存するのとは大きく異なる点である。
【００９８】
また、実効集束倍率Γ（Ｄ）がＲＢ２方向（Ｄ方向）に極大値を取る点は、次の５次方程式（４３）の開として与えられる。
【００９９】
∂Γ（Ｄ）／∂Ｄ ＝ ０ ・・・（４３）
しかし、この方程式の解の中で物理的に意味があるのは、次の式（４４）で示される点である。
【０１００】
【数１０】
また、従来型のリフレクタにおいて、あるＤに対する最大の実効集束倍率は次の式（４５）で与えられる。
【０１０１】
【数１１】
ここで、最大実効集束倍率を与えるａ１の値は、∂Γ／∂ａ１＝０となるａ１の値であり、これは次の４次方程式（４６）を解ことによって得られる。
【０１０２】
【数１２】
このａ１の値を各Ｄ毎に、Hitchcock-Bairstow法を用いて数値的に求め、上記式（４５）に適用して得た従来型のリフレクタにおける最大実効集束倍率と、上記式（４２）で表される本実施形態のリフレクタにおける実効集束倍率を同じ条件でプロットして図２に示す。すなわち、図２は、ｖ＝１５００［ｍ／ｓ］、ｆ＝１０［ＭＨｚ］、μ＝２０［ｃＰ］、ｕ＝０［ｍ］、ＤＮ＝２０［μｍ］における従来型と本実施形態における集束倍率の違いを横軸にＤ、縦軸にΓをとって示したものである。
【０１０３】
図２において、Ｎｅｗは本実施形態のリフレクタにおける集束倍率ΓＮｅｗ（Ｄ）を示すグラフであり、Ｃｏｎｖは従来型のリフレクタにおける集束倍率ΓＣｏｎｖ（Ｄ）を示すグラフである。
【０１０４】
本実施形態における集束倍率のグラフＮｅｗ上の点Ｎ１は集束倍率ΓＮｅｗ（Ｄ）が最大となる点であり、そのときの値は次の式（４８）で与えられる。また、従来における集束倍率のグラフＣｏｎｖ上の点Ｃ１は集束倍率ΓＣｏｎｖ（Ｄ）が最大となる点であり、そのときの値は次の式（４７）で与えられる。
【０１０５】
【数１３】
また、グラフＮｅｗ上の点Ｎ２及びグラフＣｏｎｖ上の点Ｃ２は、リフレクタの開口直径を表すＤの値をそれぞれ入れ換えたものである。その値は次の式で示され、従来は式（４９）のように、本実施形態は式（５０）のようになる。
【０１０６】
【数１４】
また、本実施形態における集束倍率ΓＮｅｗ（Ｄ）が最大となるグラフＮｅｗ上の点Ｎ１のＤの値は次の式（５２）で与えられ、同様に従来の集束倍率ΓＣｏｎｖ（Ｄ）が最大となるグラフＣｏｎｖ上の点Ｃ１のＤの値は次の式（５１）で与えられる。
【０１０７】
【数１５】
なお、図２の従来のグラフＣｏｎｖは、前述した従来の図１０においてあるＤに対して最大のΓを与えるａ１に沿って見たΓを表すグラフとなっている。
【０１０８】
また、上記式（４７）におけるａ１の値は、次の式（５３）で与えられる。
【０１０９】
【数１６】
また、上記式（４９）におけるａ１の値は、次の式（５４）で与えられる。
【０１１０】
【数１７】
このように、図２から明らかなように、従来型のリフレクタの実効集束倍率ΓＣｏｎｖ（Ｄ）は、すべてのＤの値にわたって本実施形態のリフレクタの実効集束倍率ΓＮｅｗ（Ｄ）を超えることはない。
【０１１１】
また、実効集束倍率の上限は、本実施形態では上記式（４８）より、ΓＮｅｗ（Ｄ）＝２９．３３であり、これは従来の実効集束倍率の上限ΓＣｏｎｖ（Ｄ）＝２０．７４よりも４１％強向上している。
【０１１２】
ただし、その際のＤの値は、上記式（５２）より本実施形態ではＤＮｅｗ＝１１．９６となり、これは上記式（５１）が示す従来のＤの値ＤＣｏｎｖ＝１０．３６よりも１５％強大きくなる。
【０１１３】
また、図３に、図１０の従来のcontour曲線に対応する本実施形態のcontour曲線を示す。前述したように、本実施形態においては、従来のようにａ１（本実施形態ではａ２）に依存することはないため、グラフが等高線状となることはない。すわなち、本実施形態では上で求めたようにＤ＝１１．９６でΓＮｅｗが最大となるが、ａ２に依存しないため、図３に示すようにＤ＝１１．９６でａ２軸に平行な直線が実効集束倍率ΓＮｅｗの最大を示すグラフとなる。
【０１１４】
以下、上で説明したミスト吐出ヘッドを備えた画像形成装置、液体吐出装置について説明する。
【０１１５】
図４にこのようなミスト吐出ヘッドを備えた画像形成装置の概略を示す。
【０１１６】
図４に示すように、画像形成装置３０は、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数のミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙを有するミスト吐出部３２と、各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部３４と、記録媒体である記録紙３６を供給する給紙部３８と、記録紙３６のカールを除去するデカール処理部４０と、ミスト吐出部３２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙３６の平面性を保持しながら記録紙３６を搬送する搬送部４２と、ミスト吐出部３２による吐出結果を読み取る吐出検出部４４と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部４６とを主に備えている。
【０１１７】
インク貯蔵／装填部３４は、各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介して各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙと連通されている。
【０１１８】
図４では、給紙部３８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、またはこれと併用して、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。
【０１１９】
給紙部３８から送り出される記録紙３６はマガジンに装填されていたことにより巻き癖が残りカールする。このカール除去するためにデカール処理部４０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム４８で記録紙３６に熱を与える。
【０１２０】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図４のように裁断用のカッタ（第１のカッタ）５０が設けられており、カッタ５０によってロール紙は所望のサイズにカットされる。なお、カット紙を使用する場合には、カッタ５０は不要である。
【０１２１】
デカール処理後、カットされた記録紙３６は、搬送用ローラ対５２によってニップ搬送され、プラテン５４上へと送られる。プラテン５４の後段（ミスト吐出部３２の下流側）にも搬送用ローラ対５６が配置されており、前段の搬送用ローラ対５２と後段の搬送用ローラ対５６とが連動して記録紙３６を所定の速度で搬送する。
【０１２２】
プラテン５４は、記録紙３６の平面性を保ちつつ記録紙３６を保持（下から支持）する部材（記録媒体保持手段）として機能するとともに、ミスト吐出部３２から吐出されたインクミストを記録紙３６側に引き寄せ着弾させるための背面電極としても機能する部材である。図４におけるプラテン５４は、記録紙３６の幅よりも広い幅寸法を有し、少なくともミスト吐出部３２のノズル面及び吐出検出部４４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。
【０１２３】
記録紙３６の搬送経路において、ミスト吐出部３２の上流側には、加熱ファン５８が設けられている。加熱ファン５８は、インクが吐出される前の記録紙３６に加熱空気を吹き付け、記録紙３６を加熱する。インク吐出直前に記録紙３６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。
【０１２４】
図５にミスト吐出部３２の周辺を拡大して示す。図５に示すように、ミスト吐出部３２の各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙは、当該画像形成装置３０が対象とする記録紙３６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録紙３６の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている。
【０１２５】
ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙは、記録紙３６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びイエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙが記録紙３６の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置されている。
【０１２６】
搬送部４２により記録紙３６を搬送しつつ各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙３６上にカラー画像を形成するようになっている。
【０１２７】
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙３６とミスト吐出部３２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙３６の全面に画像を形成することができる。これにより、ミスト吐出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（シリアル型）ヘッドに比べて高速プリントが可能であり、生産性を向上させることができる。
【０１２８】
本実施形態ではＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を示したが、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、特別色インクを追加することができる。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するミスト吐出ヘッドを追加する構成としてもよい。また、各色のミスト吐出ヘッドの配置順序も特に限定されない。
【０１２９】
吐出検出部４４は、各色のミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙにより形成されたテストパターンまたは実画像を読み取り、吐出結果を検査するものである。
【０１３０】
再び図４に戻り、吐出検出部４４の後段には後乾燥部６０が設けられている。後乾燥部６０は、記録紙３６上に形成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。
【０１３１】
後乾燥部６０の後段には、加熱・加圧部６２が設けられている。加熱・加圧部６２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６３で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【０１３２】
こうして生成されたプリント物は排紙部４６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）とテスト画像とは分けて排出することが好ましい。本実施形態の画像形成装置３０では、本画像のプリント物とテスト画像のプリント物とを選別してそれぞれの排出部４６Ａ、４６Ｂ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画像とを同時に並列しに形成する場合には、カッタ（第２のカッタ）６４によってテスト画像の部分を切り離す。また、図４には示さないが、本画像の排紙部４６Ａには、オーダ別に画像を集積するソータが設けられる。
【０１３３】
図６に、ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙの一例を平面透視図で示す。各ミスト吐出ヘッド３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙの構造はすべて同じであるので、ここでは単に符号６５で代表させてミスト吐出ヘッドを表すものとする。
【０１３４】
図６に示すように、ミスト吐出ヘッド６５は、インクの吐出口であるノズル６６Ａと、各ノズル６６Ａに対応するインク室６６Ｂ、個別供給路６６Ｃからなる複数のインク室ユニット（ミスト吐出素子）６６を２次元マトリクス状に配列させた構造を有し、これにより、ミスト吐出ヘッド６５の長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。なお、図６では、便宜上、一部のインク室ユニット６６は省略して描いている。
【０１３５】
各インク室６６Ｂは個別供給路６６Ｃを介して共通流路６８に連通している。共通流路６８は、接続口６８Ａ、６８Ｂを介してインク供給源たるインクタンク（図６では図示省略、図４のインク貯蔵／装填部３４と等価なもの）と連通しており、インクタンクから供給されるインクは図６の共通流路６８を介して各チャンネルのインク室６６Ｂに分配供給される。なお、図６中の符号６６Ｃは共通流路６８の本流、６８Ｄは本流６８Ｃから分岐した支流である。
【０１３６】
図７は画像形成装置３０のシステム構成を示す要部ブロック図である。画像形成装置３０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。
【０１３７】
通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（図示省略）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介して画像形成装置３０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。
【０１３８】
システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。
【０１３９】
モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部６０等のヒータ８９を駆動するドライバである。
【０１４０】
プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介してミスト吐出部３２のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
【０１４１】
プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図７において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【０１４２】
ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいてミスト吐出部３２の超音波発生手段を駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【０１４３】
吐出検出部４４は、図４で説明したように、ラインセンサー（図示省略）を含むブロックであり、記録紙３６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供するものである。
【０１４４】
プリント制御部８０は、必要に応じて吐出検出部４４から得られる情報に基づいてミスト吐出部３２に対する各種補正を行うようになっている。
【０１４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、ミスト吐出ヘッドのリフレクタとして放物線の焦点よりも頂点側の部分を使用するようにしたため、リフレクタ出口側の径（outlet径）を最小でノズル径まで絞ることができ、またその際超音波の伝播距離が長くなることもないため、従来に比べて実効集束倍率を向上させることができる。
【０１４６】
また、このようなミスト吐出ヘッドを画像形成装置に備えることにより、効率的に画像を形成することが可能となる。
【０１４７】
以上、本発明のミスト吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置、液体吐出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】
【０１４８】
【図１】本発明のミスト吐出ヘッドの一実施形態の概略を示す断面図である。
【図２】本実施形態と従来の集束倍率の違いを比較するための実効集束倍率のグラフである。
【図３】本実施形態のリフレクタの集束倍率を示すｃｏｎｔｏｕｒ曲線のグラフである。
【図４】本実施形態のミスト吐出ヘッドを備えた画像形成装置の概略を示す全体構成図である。
【図５】図４の画像形成装置のミスト吐出部周辺の拡大図である。
【図６】ミスト吐出ヘッドの一例を示す平面透視図である。
【図７】本実施形態の画像形成装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。
【図８】放物面型リフレクタを用いた従来のミスト吐出ヘッドを示す断面図である。
【図９】図８のミスト吐出ヘッドの四分の一断面図である。
【図１０】従来のミスト吐出ヘッドにおける集束倍率を示すｃｏｎｔｏｕｒ曲線のグラフである。
【符号の説明】
【０１４９】
１０…ミスト吐出ヘッド、１２…ノズルプレート、１４…液室プレート、１６…ノズル（孔）、１８…インク液室、２０…リフレクタ、２２…圧電素子、２４…インク供給路、２６…超音波、３０…画像形成装置、３２…ミスト吐出部、３２Ｋ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙ、６５…ミスト吐出ヘッド、３４…インク貯蔵／装填部、３６…記録紙、３８…給紙部、４０…デカール処理部、４２…搬送部、４４…吐出検出部、４６…排紙部、４８…加熱ドラム、５０…カッタ（第１のカッタ）、５２、５６…搬送用ローラ対、５４…プラテン、５８…加熱ファン、６０…後乾燥部、６２…加熱・加圧部、６３…加圧ローラ、６４…カッタ（第２のカッタ）、６５…ミスト吐出ヘッド、６６…インク室ユニット、６６Ａ…ノズル、６６Ｂ…インク室、６６Ｃ…個別供給路、６８…共通流路、６８Ａ、６８Ｂ…接続口、６８Ｃ…共通流路の本流、６８Ｄ…本流から分岐した支流、７０…通信インターフェース、７２…システムコントローラ、７４…画像メモリ、７６…モータドライバ、７８…ヒータドライバ、８０…プリント制御部、８２…画像バッファメモリ、８４…ヘッドドライバ、８６…ホストコンピュータ、８８…モータ、８９…ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートと、
前記ノズル孔に連通する液室と、
前記液室中の液体に超音波を与える超音波発生手段と、
前記液体に与えられた超音波を反射する反射壁と、
を備え、前記反射壁は、前記ノズルプレートに対向して配置され、放物面の焦点よりも頂点側の頂点を含む部分の軸対称形状を有し、その軸は前記ノズル孔を通るとともに、前記ノズル孔の近傍に前記放物面の焦点が位置することを特徴とするミスト吐出ヘッド。
【請求項２】
前記超音波発生手段は、前記ノズルプレートの前記液室とは反対側の前記ノズル孔近傍に配置され、前記超音波発生手段から発生された超音波は、前記ノズルプレートを介して前記液室内の液体に印加され、前記軸に平行に、前記ノズルプレートに対向する前記反射壁に向かい、前記反射壁で反射した後前記焦点に集束することを特徴とする請求項１に記載のミスト吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液室に前記液体を供給する供給路が、前記液室が形成される液室プレートと前記ノズルプレートとの間の前記ノズルプレート側に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のミスト吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のミスト吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のミスト吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１】
液体を吐出するノズル孔が形成されたノズルプレートと、
前記ノズル孔に連通する液室と、
前記液室中の液体に超音波を与える超音波発生手段と、
前記液体に与えられた超音波を反射する反射壁と、
を備え、前記反射壁は、前記ノズルプレートに対向して配置され、放物面の焦点よりも頂点側の頂点を含む部分の軸対称形状を有し、その軸は前記ノズル孔を通るとともに、前記ノズル孔の近傍に前記放物面の焦点が位置することを特徴とするミスト吐出ヘッド。
【請求項２】
前記超音波発生手段は、前記ノズルプレートの前記液室とは反対側の前記ノズル孔近傍に配置され、前記超音波発生手段から発生された超音波は、前記ノズルプレートを介して前記液室内の液体に印加され、前記軸に平行に、前記ノズルプレートに対向する前記反射壁に向かい、前記反射壁で反射した後前記焦点に集束することを特徴とする請求項１に記載のミスト吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液室に前記液体を供給する供給路が、前記液室が形成される液室プレートと前記ノズルプレートとの間の前記ノズルプレート側に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のミスト吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のミスト吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載のミスト吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−６６４４（Ｐ２００８−６６４４Ａ）
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７８１７０（Ｐ２００６−１７８１７０）
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１７日（２００８．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２８日（２００６．６．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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