液体吐出ヘッド及び画像形成装置
【課題】クロストークを確実に防止し、ヘッドの高密度化を可能とする。
【解決手段】液体が充填される圧力室の対向する両壁面に第１及び第２の圧力発生素子を備え、前記第１及び第２の圧力発生素子の少なくとも一方により前記圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧力室は、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向に略垂直な方向に沿って圧力室隔壁を介して複数設けられ、前記ノズルの液滴吐出方向は、前記第１及び第２の圧力発生素子の液体加圧方向に略垂直な方向であり、前記圧力室隔壁には、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ液滴吐出方向に沿って開口する第１の溝部が設けら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。
【解決手段】液体が充填される圧力室の対向する両壁面に第１及び第２の圧力発生素子を備え、前記第１及び第２の圧力発生素子の少なくとも一方により前記圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧力室は、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向に略垂直な方向に沿って圧力室隔壁を介して複数設けられ、前記ノズルの液滴吐出方向は、前記第１及び第２の圧力発生素子の液体加圧方向に略垂直な方向であり、前記圧力室隔壁には、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ液滴吐出方向に沿って開口する第１の溝部が設けら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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に、液体が充填される圧力室の対向する両壁面に圧力発生素子を備えた液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電素子に代表される圧力発生素子の変位を利用して、圧力室（若しくはインク流路）内のインクを加圧することにより、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出して記録媒体上に所望の画像を形成する、いわゆる圧電方式のインクジェットヘッド（以下、単に「ヘッド」若しくは「印字ヘッド」という。）を搭載したインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
この種のヘッドには、圧力室の一壁面に圧力発生素子を設けた構造が従来より広く採用されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、圧力発生素子間に溝部が設けられたヘッドが記載されており、これにより、隣接する圧力発生素子間で生じるクロストークが防止されている。しかしながら、このように圧力室の一壁面に圧力発生素子を設けた構造では、圧力室内のインクに加える圧力を幅広く変化させることはできず、この結果、体積の異なる様々なインク滴をノズルから吐出することができず、多階調表現には適さないといった問題がある。また、十分な吐出力を得られず、高周波駆動には適さないといった問題もある。そこで、特許文献２〜４では、圧力室の対向する両壁面に圧力発生素子をそれぞれ設けたヘッドが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１００４１８号公報
【特許文献２】特開平０８−５２８７３号公報
【特許文献３】特開平１１−２９１４９６号公報
【特許文献４】特開平１０−１３８４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２〜４では、隣接する圧力室間で生じるクロストークは考慮されていない。そのため、圧力室間のピッチが小さくなると、クロストークによる影響が大きくなり、ヘッド全体においてインク吐出が不安定となってしまう恐れがある。このため、ヘッドの高密度化には限界があるといった問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、クロストークを確実に防止し、且つ、ヘッドの高密度化を可能とする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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、液体が充填される圧力室の対向する両壁面に第１及び第２の圧力発生素子を備え、前記第１及び第２の圧力発生素子の少なくとも一方により前記圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧力室は、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向に略垂直な方向に沿って圧力室隔壁を介して複数設けられ、前記ノズルの液滴吐出方向は、前記第１及び第２の圧力発生素子の液体加圧方向に略垂直な方向であり、前記圧力室隔壁には、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ液滴吐出方向に沿って開口する第１の溝部が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【０００７】
本発明によれば、圧力室隔壁の液体吐出側の壁面はヒンジのように中央部を略中心にして端部側が圧力室内のインクを加圧するように変形するので加圧効率が向上する一方で、隣接するインク非吐出側の壁面は変形しないのでクロストークが防止される。この結果、圧力室間のピッチを短くしても安定したインク吐出が可能となり、液体吐出ヘッドの高密度化が可能となる。
【０００８】
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、前記第１の溝部の断面形状は略Ｒ状であることを特徴とする。
【０００９】
圧力室隔壁に対する応力集中を避けるため、第１の溝部の断面形状は略Ｒ状であることが好ましい。
【００１０】
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、前記圧力室隔壁には、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向の中間層として弾性部材が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
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、前記圧力室隔壁には、前記圧力室側に開口する第２の溝部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
液体吐出効率を更に向上させ、且つ、クロストークを確実に防止するために、圧力室隔壁に弾性部材から成る中間層を設ける態様が好ましく、更に、圧力室側に開口する第２の溝部を圧力室隔壁に設ける態様が好ましい。
【００１３】
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であって、前記第１の溝部は、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ複数設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の態様によれば、クロストークを更に確実に防止することができる。
【００１５】
また、前記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧力室隔壁の液体吐出側の壁面はヒンジのように中央部を略中心に端部側が圧力室内のインクを加圧するように変形するので加圧効率が向上する一方で、隣接するインク非吐出側の壁面は変形しないのでクロストークが防止される。この結果、圧力室間のピッチを短くしても安定したインク吐出が可能となり、液体吐出ヘッドの高密度化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
〔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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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１次元状に配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
尚、インク色ごと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ので、以下では、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。
【００４３】
〔印字ヘッドの構造〕
図２は、第１の実施形態に係る印字ヘッド５０の外観斜視図である。同図に示すように、本例の印字ヘッド５０は、流路基板６０及び圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）から成るヘッド本体６４の前面にノズルプレート６６が設けられた構成となっている。ノズルプレート６６には、インク滴を吐出するためのノズル５１が記録紙１６（図１参照）の紙幅方向（主走査方向）に沿って１次元状に配列されている。ノズル５１から吐出されるインク滴の飛翔方向（インク吐出方向）は、流路基板６０及び圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）の積層方向に略垂直な方向である。
【００４４】
図３は、図２に示した印字ヘッド５０をノズル側から見たときの一部破断面図である。図４は、図３中４−４線に沿う断面図である。
【００４５】
流路基板６０は、例えば、ＳＵＳ等で構成され、図３において紙面表裏方向（即ち、図４の水平方向）に延びるスリット状の複数の孔部６８（圧力室５２に相当）が各ノズル５１に対応する位置に設けられる。つまり、各孔部６８の長さ方向は図２に示したインク吐出方向と略平行である。流路基板６０を上下に貫通する各孔部６８の開口部は、流路基板６０の両側に設けられる振動板７６により塞がれている。このように、四方向の側壁面が流路基板６０により構成され、上壁面及び下壁面が振動板７６により構成される部分が、ノズル５１から吐出されるインクが充填される圧力室５２となる。このような圧力室５２は主走査方向に１次元状に配列されており、各圧力室５２はそれぞれインク吐出方向に対して略平行に延びるように構成される。
【００４６】
圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）は、圧電体７０、個別電極７２、共通電極７４及び振動板７６から主に構成される。圧電体７０は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウム等の圧電材料から成る。圧電体７０には、流路基板６０側に開口する溝部７０ａが圧力室５２間の隔壁（圧力室隔壁）７８に対応する位置に設けられ、また、振動板７６との接合面に相当する流路基板６０側の面に各圧力室５２に対応する個別電極７２が設けられ、更に、溝部７０ａ及び個別電極７２を覆うように振動板７６が接合される。また、圧電体７０の流路基板６０側とは反対側の面には共通電極７４が設けられる。
【００４７】
個別電極７２と共通電極７４に挟まれた領域（図３中破線で囲んだ領域）は、個別電極７２に所定の駆動電圧が印加されると圧力室５２側に向かって伸縮する圧力発生部８０（８０Ａ、８０Ｂ）を構成する。即ち、圧力発生部８０は、圧電アクチュエータ６２の各圧力室５２に対応する位置にそれぞれ設けられている。つまり、本例の印字ヘッド５０は、各圧力室５２の対向する両壁面（上壁面及び下壁面）にそれぞれ圧力発生部８０Ａ、８０Ｂを備えている。このような圧力発生部８０Ａ、８０Ｂは独立駆動させることが可能であり、圧力室５２内のインクに加える圧力を幅広く変化させることができ、多階調表現に好適である。また、圧力発生部８０間に設けられる溝部７０ａにより、同一アクチュエータ６２における圧力発生部８０間のクロストークを防止することができる。
【００４８】
ところで、図３において、圧力室隔壁７８には各圧電アクチュエータ６２Ａ、６２Ｂ側にそれぞれインク吐出方向に沿って開口する略Ｒ状の断面の溝部７８ａ（第１の溝部）が設けられている。つまり、このような圧力室隔壁７８の断面形状は変形Ｈ状となっている。溝部７８ａの開口幅は圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）に形成される溝部７０ａの幅と略同様であり、それぞれ開口側が振動板７６を介して対向するように構成されている。
【００４９】
本発明の実施に際して、溝部７８ａの形状、大きさは特に限定されるものではないが、クロストークを効果的に防止できるようにある程度の大きさであることが必要である。例えば、接着逃げ溝のような微小溝は適さない。図３に示すように、溝部７８ａの開口面における幅が圧力室隔壁７８の幅に対して１／３〜１／２程度であり、また、溝部７８ａの深さが圧力室隔壁７８の高さ（即ち、流路基板６０の厚さ）の１／４〜１／３程度であることが望ましい。
【００５０】
次に、上記の如く構成された印字ヘッド５０の作用について図５を用いて説明する。図５は、図３に示した圧力室周辺の一部拡大図である。尚、インク吐出側の圧力室を符号５２Ａで表し、インク非吐出側の圧力室を符号５２Ｂで表す。また、圧力室隔壁７８の圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）側の４つの足部のうち、インク吐出側となる圧力室５２Ａ側の足部を符号８２ａで表し、インク非吐出側となる圧力室５２Ｂ側の足部を符号８２ｂで表す。以下では、圧力室５２Ａの対向する両壁面に設けられた圧力発生部８０Ａ、８０Ｂを同時に駆動したときについて説明する。
【００５１】
圧力発生部８０Ａ、８０Ｂに対応する個別電極７２に所定の駆動電圧が印加されると、圧力発生部８０Ａ、８０Ｂは圧力室５２Ａ側に伸びるように変位する（以下、「縦方向の変位」ともいう。）とともに、ポアソン変形によって圧力発生部８０Ａ、８０Ｂの幅を縮めるように変位する（以下、「横方向の変位」ともいう。）。このとき、圧力室５２Ａ内のインクは圧力発生部８０Ａ、８０Ｂの縦方向の変位によって加圧されるだけでなく、更に、圧力室隔壁７８の圧力室５２Ａ側の壁面がヒンジのように折れ曲がることによって該インクは加圧される。即ち、圧力発生部８０Ａ、８０Ｂの縦方向及び横方向の変位によって、圧力室隔壁７８の圧力室５２Ａ側の壁面がヒンジのように中央部を略中心にして足部８２ａの圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）側が圧力室５２Ａの略中心（図５においてノズル５１側）に向かうように変形し、これにより、圧力室５２Ａ内のインクが加圧される。つまり、図５に示した圧力室５２Ａ周辺に示した矢印の如く、圧力室５２Ａ内のインクは加圧され、圧力室５２Ａに対応するノズル５１からインク滴として吐出される。
【００５２】
ところで、圧力室隔壁７８の圧力室５２Ｂ側（インク非吐出側）の壁面は、圧力室隔壁７８に設けられる溝部７８ａによって圧力室５２Ａ側（インク吐出側）の壁面の変形による影響が及ばず、この結果、圧力室隔壁７８を介して生じるクロストークが防止される。
【００５３】
また、各圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）に設けられる溝部７０ａによって、同一圧電アクチュエータ６２内で隣接する圧力発生部８０間で生じるクロストークが防止される。
【００５４】
尚、圧力発生部８０Ａ、８０Ｂのいずれか一方を駆動したときについては説明が重複するため省略するが、上述した場合と同様、インク吐出の際に生じるクロストークを防止することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、圧力室隔壁７８に設けられる溝部７８ａによって、インク吐出側の圧力室５２Ａ内のインクを効率良く加圧できるとともに、インク非吐出側の圧力室５２Ｂに対するクロストークを確実に防止することができる。これにより、圧力室５２間のピッチを小さくしてもクロストークの影響がなく安定したインク吐出が可能となり、ヘッドの高密度化を実現することが可能となる。
【００５６】
また、ヘッド本体６４が圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）の間に流路基板６０を挟んで構成されるため、ヘッド全体の剛性が向上する。
【００５７】
尚、本発明の実施に際しては、溝部７８ａの断面形状は本実施形態に限定されない。ただし、上述したように圧力室隔壁７８のインク吐出側の壁面はヒンジ状に変形するため、このときの応力集中を緩和させるために、本実施形態の如く、断面形状が略Ｒ状であることが好ましい。
【００５８】
図６は、第２の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図である。図６では、圧力室５２Ａの両側に設けられた圧力発生部８０（８０Ａ、８０Ｂ）を駆動したときの圧力室５２Ａの四方を囲む隔壁（即ち、圧力発生部８０及び圧力室隔壁７８）の変位の様子を破線で模式的に表している。第２の実施形態では、圧力室隔壁７８に弾性部材から成る中間層８６が設けられる。これにより、圧力室隔壁７８の圧力室５２Ａ側（インク吐出側）の壁面はヒンジ状に変形しやすく、圧力室５２Ａ内のインクに対する加圧効率が良くなり、第１の実施形態に比べてインク吐出効率が向上する。
【００５９】
また、第２の実施形態では、同一の圧電アクチュエータ６２において隣接する圧力発生部８０間には２つの溝部７０ａ（７０ａ-１、７０ａ-２）が設けられる。溝部７０ａの数は本例に限定されず、３つ以上でもよい。このように複数の溝部７０ａを隣接する圧力発生部８０間に設けることによって、クロストークを確実に防止することができる。
【００６０】
図７は、第３の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図である。図６と同様に、圧力室５２Ａの四方を囲む隔壁の変位の様子を破線で模式的に表している。第３の実施形態では、圧力室隔壁７８の側壁面の略中央部に圧力室５２側に開口する溝部８４が設けられている。このような圧力室隔壁７８は、例えば、ハーフエッチングにより溝部７８ａが形成された２枚のＳＵＳの間に中間層８６を挟むことにより形成することができる。中間層８６は、第２の実施形態のように弾性部材で構成することが好ましい。第１、第２の実施形態に比べて圧力室隔壁７８の圧力室５２Ａ側（インク吐出側）の壁面がヒンジのように変形しやすく、圧力室５２Ａ内のインクに対する加圧効率が更に良くなり、インク吐出効率が向上する。
【００６１】
図８は、第４の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図である。図６と同様に、圧力室５２Ａの四方を囲む隔壁の変位の様子を破線で模式的に表している。第１〜第３の実施形態では、１つの圧力室隔壁７８には各圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）側にそれぞれ開口する溝部７８ａが１つずつ設けられる構成であるのに対して（図３等参照）、第４の実施形態では２つの溝部７８ａ-１、７８ａ-２が圧電アクチュエータ８０Ａ、８０Ｂ側にそれぞれ設けられており、また、第２の実施形態と同様に、圧力室隔壁７８の側壁面の略中央部に圧力室５２側に開口する溝部８４が設けられている。第１〜第３の実施形態に比べてヘッド剛性が向上し、圧力室５２内のインクを効率良く加圧することができるとともに、クロストークの防止効果をより一層高めることができる。
【００６２】
図９は、第５の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図である。図６と同様に、圧力室５２Ａの四方を囲む隔壁の変位の様子を破線で模式的に表している。上述した第４の実施形態では、同一の圧電アクチュエータ６２において隣接する圧力発生部８０間には１つの溝部７０ａが設けられた構成となっていたが（図８参照）、第５の実施形態では、図９に示すように、２つの溝部７０ａ−１、７０ａ−２が設けられた構成となっており、第４の実施に比べてクロストークの防止効果が高くなっている。
【００６３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図
【図２】第１の実施形態に係る印字ヘッドの外観斜視図
【図３】図２に示した印字ヘッドをノズル側から見たときの一部破断面図
【図４】図３中４−４線に沿う断面図
【図５】図３に示した圧力室周辺の一部拡大図
【図６】第２の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図
【図７】第３の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図
【図８】第４の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図
【図９】第５の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図
【符号の説明】
【００６５】
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、６０…流路基板、６２（６２Ａ、６２Ｂ）…圧電アクチュエータ、６８…流路孔、７０…圧電体、７０ａ…溝部、７２…個別電極、７４…共通電極、７８…圧力室隔壁、７８ａ…溝部、８０（８０Ａ、８０Ｂ）…圧力発生部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に、液体が充填される圧力室の対向する両壁面に圧力発生素子を備えた液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電素子に代表される圧力発生素子の変位を利用して、圧力室（若しくはインク流路）内のインクを加圧することにより、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出して記録媒体上に所望の画像を形成する、いわゆる圧電方式のインクジェットヘッド（以下、単に「ヘッド」若しくは「印字ヘッド」という。）を搭載したインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
この種のヘッドには、圧力室の一壁面に圧力発生素子を設けた構造が従来より広く採用されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、圧力発生素子間に溝部が設けられたヘッドが記載されており、これにより、隣接する圧力発生素子間で生じるクロストークが防止されている。しかしながら、このように圧力室の一壁面に圧力発生素子を設けた構造では、圧力室内のインクに加える圧力を幅広く変化させることはできず、この結果、体積の異なる様々なインク滴をノズルから吐出することができず、多階調表現には適さないといった問題がある。また、十分な吐出力を得られず、高周波駆動には適さないといった問題もある。そこで、特許文献２〜４では、圧力室の対向する両壁面に圧力発生素子をそれぞれ設けたヘッドが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１００４１８号公報
【特許文献２】特開平０８−５２８７３号公報
【特許文献３】特開平１１−２９１４９６号公報
【特許文献４】特開平１０−１３８４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２〜４では、隣接する圧力室間で生じるクロストークは考慮されていない。そのため、圧力室間のピッチが小さくなると、クロストークによる影響が大きくなり、ヘッド全体においてインク吐出が不安定となってしまう恐れがある。このため、ヘッドの高密度化には限界があるといった問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、クロストークを確実に防止し、且つ、ヘッドの高密度化を可能とする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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、液体が充填される圧力室の対向する両壁面に第１及び第２の圧力発生素子を備え、前記第１及び第２の圧力発生素子の少なくとも一方により前記圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧力室は、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向に略垂直な方向に沿って圧力室隔壁を介して複数設けられ、前記ノズルの液滴吐出方向は、前記第１及び第２の圧力発生素子の液体加圧方向に略垂直な方向であり、前記圧力室隔壁には、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ液滴吐出方向に沿って開口する第１の溝部が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【０００７】
本発明によれば、圧力室隔壁の液体吐出側の壁面はヒンジのように中央部を略中心にして端部側が圧力室内のインクを加圧するように変形するので加圧効率が向上する一方で、隣接するインク非吐出側の壁面は変形しないのでクロストークが防止される。この結果、圧力室間のピッチを短くしても安定したインク吐出が可能となり、液体吐出ヘッドの高密度化が可能となる。
【０００８】
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、前記第１の溝部の断面形状は略Ｒ状であることを特徴とする。
【０００９】
圧力室隔壁に対する応力集中を避けるため、第１の溝部の断面形状は略Ｒ状であることが好ましい。
【００１０】
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、前記圧力室隔壁には、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向の中間層として弾性部材が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
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、前記圧力室隔壁には、前記圧力室側に開口する第２の溝部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
液体吐出効率を更に向上させ、且つ、クロストークを確実に防止するために、圧力室隔壁に弾性部材から成る中間層を設ける態様が好ましく、更に、圧力室側に開口する第２の溝部を圧力室隔壁に設ける態様が好ましい。
【００１３】
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であって、前記第１の溝部は、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ複数設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の態様によれば、クロストークを更に確実に防止することができる。
【００１５】
また、前記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５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。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧力室隔壁の液体吐出側の壁面はヒンジのように中央部を略中心に端部側が圧力室内のインクを加圧するように変形するので加圧効率が向上する一方で、隣接するインク非吐出側の壁面は変形しないのでクロストークが防止される。この結果、圧力室間のピッチを短くしても安定したインク吐出が可能となり、液体吐出ヘッドの高密度化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
〔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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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１次元状に配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
尚、インク色ごと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ので、以下では、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。
【００４３】
〔印字ヘッドの構造〕
図２は、第１の実施形態に係る印字ヘッド５０の外観斜視図である。同図に示すように、本例の印字ヘッド５０は、流路基板６０及び圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）から成るヘッド本体６４の前面にノズルプレート６６が設けられた構成となっている。ノズルプレート６６には、インク滴を吐出するためのノズル５１が記録紙１６（図１参照）の紙幅方向（主走査方向）に沿って１次元状に配列されている。ノズル５１から吐出されるインク滴の飛翔方向（インク吐出方向）は、流路基板６０及び圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）の積層方向に略垂直な方向である。
【００４４】
図３は、図２に示した印字ヘッド５０をノズル側から見たときの一部破断面図である。図４は、図３中４−４線に沿う断面図である。
【００４５】
流路基板６０は、例えば、ＳＵＳ等で構成され、図３において紙面表裏方向（即ち、図４の水平方向）に延びるスリット状の複数の孔部６８（圧力室５２に相当）が各ノズル５１に対応する位置に設けられる。つまり、各孔部６８の長さ方向は図２に示したインク吐出方向と略平行である。流路基板６０を上下に貫通する各孔部６８の開口部は、流路基板６０の両側に設けられる振動板７６により塞がれている。このように、四方向の側壁面が流路基板６０により構成され、上壁面及び下壁面が振動板７６により構成される部分が、ノズル５１から吐出されるインクが充填される圧力室５２となる。このような圧力室５２は主走査方向に１次元状に配列されており、各圧力室５２はそれぞれインク吐出方向に対して略平行に延びるように構成される。
【００４６】
圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）は、圧電体７０、個別電極７２、共通電極７４及び振動板７６から主に構成される。圧電体７０は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウム等の圧電材料から成る。圧電体７０には、流路基板６０側に開口する溝部７０ａが圧力室５２間の隔壁（圧力室隔壁）７８に対応する位置に設けられ、また、振動板７６との接合面に相当する流路基板６０側の面に各圧力室５２に対応する個別電極７２が設けられ、更に、溝部７０ａ及び個別電極７２を覆うように振動板７６が接合される。また、圧電体７０の流路基板６０側とは反対側の面には共通電極７４が設けられる。
【００４７】
個別電極７２と共通電極７４に挟まれた領域（図３中破線で囲んだ領域）は、個別電極７２に所定の駆動電圧が印加されると圧力室５２側に向かって伸縮する圧力発生部８０（８０Ａ、８０Ｂ）を構成する。即ち、圧力発生部８０は、圧電アクチュエータ６２の各圧力室５２に対応する位置にそれぞれ設けられている。つまり、本例の印字ヘッド５０は、各圧力室５２の対向する両壁面（上壁面及び下壁面）にそれぞれ圧力発生部８０Ａ、８０Ｂを備えている。このような圧力発生部８０Ａ、８０Ｂは独立駆動させることが可能であり、圧力室５２内のインクに加える圧力を幅広く変化させることができ、多階調表現に好適である。また、圧力発生部８０間に設けられる溝部７０ａにより、同一アクチュエータ６２における圧力発生部８０間のクロストークを防止することができる。
【００４８】
ところで、図３において、圧力室隔壁７８には各圧電アクチュエータ６２Ａ、６２Ｂ側にそれぞれインク吐出方向に沿って開口する略Ｒ状の断面の溝部７８ａ（第１の溝部）が設けられている。つまり、このような圧力室隔壁７８の断面形状は変形Ｈ状となっている。溝部７８ａの開口幅は圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）に形成される溝部７０ａの幅と略同様であり、それぞれ開口側が振動板７６を介して対向するように構成されている。
【００４９】
本発明の実施に際して、溝部７８ａの形状、大きさは特に限定されるものではないが、クロストークを効果的に防止できるようにある程度の大きさであることが必要である。例えば、接着逃げ溝のような微小溝は適さない。図３に示すように、溝部７８ａの開口面における幅が圧力室隔壁７８の幅に対して１／３〜１／２程度であり、また、溝部７８ａの深さが圧力室隔壁７８の高さ（即ち、流路基板６０の厚さ）の１／４〜１／３程度であることが望ましい。
【００５０】
次に、上記の如く構成された印字ヘッド５０の作用について図５を用いて説明する。図５は、図３に示した圧力室周辺の一部拡大図である。尚、インク吐出側の圧力室を符号５２Ａで表し、インク非吐出側の圧力室を符号５２Ｂで表す。また、圧力室隔壁７８の圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）側の４つの足部のうち、インク吐出側となる圧力室５２Ａ側の足部を符号８２ａで表し、インク非吐出側となる圧力室５２Ｂ側の足部を符号８２ｂで表す。以下では、圧力室５２Ａの対向する両壁面に設けられた圧力発生部８０Ａ、８０Ｂを同時に駆動したときについて説明する。
【００５１】
圧力発生部８０Ａ、８０Ｂに対応する個別電極７２に所定の駆動電圧が印加されると、圧力発生部８０Ａ、８０Ｂは圧力室５２Ａ側に伸びるように変位する（以下、「縦方向の変位」ともいう。）とともに、ポアソン変形によって圧力発生部８０Ａ、８０Ｂの幅を縮めるように変位する（以下、「横方向の変位」ともいう。）。このとき、圧力室５２Ａ内のインクは圧力発生部８０Ａ、８０Ｂの縦方向の変位によって加圧されるだけでなく、更に、圧力室隔壁７８の圧力室５２Ａ側の壁面がヒンジのように折れ曲がることによって該インクは加圧される。即ち、圧力発生部８０Ａ、８０Ｂの縦方向及び横方向の変位によって、圧力室隔壁７８の圧力室５２Ａ側の壁面がヒンジのように中央部を略中心にして足部８２ａの圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）側が圧力室５２Ａの略中心（図５においてノズル５１側）に向かうように変形し、これにより、圧力室５２Ａ内のインクが加圧される。つまり、図５に示した圧力室５２Ａ周辺に示した矢印の如く、圧力室５２Ａ内のインクは加圧され、圧力室５２Ａに対応するノズル５１からインク滴として吐出される。
【００５２】
ところで、圧力室隔壁７８の圧力室５２Ｂ側（インク非吐出側）の壁面は、圧力室隔壁７８に設けられる溝部７８ａによって圧力室５２Ａ側（インク吐出側）の壁面の変形による影響が及ばず、この結果、圧力室隔壁７８を介して生じるクロストークが防止される。
【００５３】
また、各圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）に設けられる溝部７０ａによって、同一圧電アクチュエータ６２内で隣接する圧力発生部８０間で生じるクロストークが防止される。
【００５４】
尚、圧力発生部８０Ａ、８０Ｂのいずれか一方を駆動したときについては説明が重複するため省略するが、上述した場合と同様、インク吐出の際に生じるクロストークを防止することができる。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、圧力室隔壁７８に設けられる溝部７８ａによって、インク吐出側の圧力室５２Ａ内のインクを効率良く加圧できるとともに、インク非吐出側の圧力室５２Ｂに対するクロストークを確実に防止することができる。これにより、圧力室５２間のピッチを小さくしてもクロストークの影響がなく安定したインク吐出が可能となり、ヘッドの高密度化を実現することが可能となる。
【００５６】
また、ヘッド本体６４が圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）の間に流路基板６０を挟んで構成されるため、ヘッド全体の剛性が向上する。
【００５７】
尚、本発明の実施に際しては、溝部７８ａの断面形状は本実施形態に限定されない。ただし、上述したように圧力室隔壁７８のインク吐出側の壁面はヒンジ状に変形するため、このときの応力集中を緩和させるために、本実施形態の如く、断面形状が略Ｒ状であることが好ましい。
【００５８】
図６は、第２の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図である。図６では、圧力室５２Ａの両側に設けられた圧力発生部８０（８０Ａ、８０Ｂ）を駆動したときの圧力室５２Ａの四方を囲む隔壁（即ち、圧力発生部８０及び圧力室隔壁７８）の変位の様子を破線で模式的に表している。第２の実施形態では、圧力室隔壁７８に弾性部材から成る中間層８６が設けられる。これにより、圧力室隔壁７８の圧力室５２Ａ側（インク吐出側）の壁面はヒンジ状に変形しやすく、圧力室５２Ａ内のインクに対する加圧効率が良くなり、第１の実施形態に比べてインク吐出効率が向上する。
【００５９】
また、第２の実施形態では、同一の圧電アクチュエータ６２において隣接する圧力発生部８０間には２つの溝部７０ａ（７０ａ-１、７０ａ-２）が設けられる。溝部７０ａの数は本例に限定されず、３つ以上でもよい。このように複数の溝部７０ａを隣接する圧力発生部８０間に設けることによって、クロストークを確実に防止することができる。
【００６０】
図７は、第３の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図である。図６と同様に、圧力室５２Ａの四方を囲む隔壁の変位の様子を破線で模式的に表している。第３の実施形態では、圧力室隔壁７８の側壁面の略中央部に圧力室５２側に開口する溝部８４が設けられている。このような圧力室隔壁７８は、例えば、ハーフエッチングにより溝部７８ａが形成された２枚のＳＵＳの間に中間層８６を挟むことにより形成することができる。中間層８６は、第２の実施形態のように弾性部材で構成することが好ましい。第１、第２の実施形態に比べて圧力室隔壁７８の圧力室５２Ａ側（インク吐出側）の壁面がヒンジのように変形しやすく、圧力室５２Ａ内のインクに対する加圧効率が更に良くなり、インク吐出効率が向上する。
【００６１】
図８は、第４の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図である。図６と同様に、圧力室５２Ａの四方を囲む隔壁の変位の様子を破線で模式的に表している。第１〜第３の実施形態では、１つの圧力室隔壁７８には各圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）側にそれぞれ開口する溝部７８ａが１つずつ設けられる構成であるのに対して（図３等参照）、第４の実施形態では２つの溝部７８ａ-１、７８ａ-２が圧電アクチュエータ８０Ａ、８０Ｂ側にそれぞれ設けられており、また、第２の実施形態と同様に、圧力室隔壁７８の側壁面の略中央部に圧力室５２側に開口する溝部８４が設けられている。第１〜第３の実施形態に比べてヘッド剛性が向上し、圧力室５２内のインクを効率良く加圧することができるとともに、クロストークの防止効果をより一層高めることができる。
【００６２】
図９は、第５の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図である。図６と同様に、圧力室５２Ａの四方を囲む隔壁の変位の様子を破線で模式的に表している。上述した第４の実施形態では、同一の圧電アクチュエータ６２において隣接する圧力発生部８０間には１つの溝部７０ａが設けられた構成となっていたが（図８参照）、第５の実施形態では、図９に示すように、２つの溝部７０ａ−１、７０ａ−２が設けられた構成となっており、第４の実施に比べてクロストークの防止効果が高くなっている。
【００６３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図
【図２】第１の実施形態に係る印字ヘッドの外観斜視図
【図３】図２に示した印字ヘッドをノズル側から見たときの一部破断面図
【図４】図３中４−４線に沿う断面図
【図５】図３に示した圧力室周辺の一部拡大図
【図６】第２の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図
【図７】第３の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図
【図８】第４の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図
【図９】第５の実施形態に係る印字ヘッド５０の一部断面図
【符号の説明】
【００６５】
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、６０…流路基板、６２（６２Ａ、６２Ｂ）…圧電アクチュエータ、６８…流路孔、７０…圧電体、７０ａ…溝部、７２…個別電極、７４…共通電極、７８…圧力室隔壁、７８ａ…溝部、８０（８０Ａ、８０Ｂ）…圧力発生部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が充填される圧力室の対向する両壁面に第１及び第２の圧力発生素子を備え、前記第１及び第２の圧力発生素子の少なくとも一方により前記圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室は、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向に略垂直な方向に沿って圧力室隔壁を介して複数設けられ、
前記ノズルの液滴吐出方向は、前記第１及び第２の圧力発生素子の液体加圧方向に略垂直な方向であり、
前記圧力室隔壁には、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ液滴吐出方向に沿って開口する第１の溝部が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の溝部の断面形状は略Ｒ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。
【請求項３】
前記圧力室隔壁には、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向の中間層として弾性部材が設けられてい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。
【請求項４】
前記圧力室隔壁には、前記圧力室側に開口する第２の溝部が設けら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。
【請求項５】
前記第１の溝部は、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項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。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５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。
【請求項１】
液体が充填される圧力室の対向する両壁面に第１及び第２の圧力発生素子を備え、前記第１及び第２の圧力発生素子の少なくとも一方により前記圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室は、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向に略垂直な方向に沿って圧力室隔壁を介して複数設けられ、
前記ノズルの液滴吐出方向は、前記第１及び第２の圧力発生素子の液体加圧方向に略垂直な方向であり、
前記圧力室隔壁には、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ液滴吐出方向に沿って開口する第１の溝部が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１の溝部の断面形状は略Ｒ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。
【請求項３】
前記圧力室隔壁には、前記第１及び第２の圧力発生素子が対向する方向の中間層として弾性部材が設けられてい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。
【請求項４】
前記圧力室隔壁には、前記圧力室側に開口する第２の溝部が設けら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。
【請求項５】
前記第１の溝部は、前記第１の圧力発生素子側及び前記第２の圧力発生素子側にそれぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項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。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−８３６７５（Ｐ２００７−８３６７５Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７８４０８（Ｐ２００５−２７８４０８）
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【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１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【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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