JP2006111000A - 液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルを高密度化しても高周波駆動、特に高粘度インクの吐出が可能なように更なる高密度化を達成する。
【解決手段】液体を吐出する複数の吐出口と、前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室のそれぞれに液体を供給する複数の液体供給流路と、前記複数の液体供給流路に液体を供給する共通液室と、前記複数の圧力室のそれぞれを変形する圧電素子と、前記圧電素子に駆動信号を供給する圧電素子配線とを有し、前記圧電素子配線が前記共通液室を貫通するように配設された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７

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置に係り、特に、液体を吐出する吐出口の配置を高密度化するとともに高粘度液体の吐出を可能とした液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置に関する。

従来より、画像形成装置として、多数のノズル（吐出口）を配列させたインクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）を有し 、このインクジェットヘッドと被記録媒体を相対的に移動させながら、ノズルから被記録媒体に向けてインクを吐出することにより、被記録媒体上に画像を記録するインクジェットプリンタ（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プリンタは、インクタンクからインク供給路を介して圧力室にインクを供給し、画像データに応じた電気信号を圧電素子に付与して圧電素子を駆動することにより、圧力室の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を減少させ、圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出するようになっている。

このようにインクジェットプリンタにおいては、ノズルから吐出されたインクによって形成されるドットを組み合わせることによって被記録媒体上に１つの画像が形成される。近年、インクジェットプリンタにおいても写真プリント並みの高画質な画像を形成することが望まれている。これに対して、ノズル径を小さくしてノズルから吐出されるインク液滴を小さくするとともに、ノズルを高密度に配列して１画像あたりの画素数を多くすることによって高画質を実現することが考えられている。このようなノズル配列を高密度化する方法として、従来、ノズルを２次元マトリクス状に配置することが提案されている。

例えば、ヘッド主走査方向に対して一定角度傾いた複数の行と、ヘッド主走査方向と直交する複数の列とにより構成された格子状に複数のノズルを配列し、各ノズルに対応して設けられた圧力室の一面を形成する振動板の平面形状を概略正方形あるいは菱形とすることにより、圧力室の吐出効率を向上させるとともに、ノズルを高密度に配置するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

また、キャビティープレートに設けられる圧力室を略菱形に形成し、その圧力室の一方の鋭角部にインクの供給口を形成し、他方の鋭角部にインク噴射ノズルを形成するようにして、キャビティープレートの寸法を大型化することなく、多ノズルに対応した多数のインク圧力室を配列するようにしてノズルの高密度化を図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）。
特開２００１−３３４６６１号公報 特開２００２−１６６５４３号公報

しかしながら、上記特許文献等に記載されているインクジェットヘッドのような構成でノズルの高密度化を進めて行くと、以下説明するような問題が発生するため、実際にこのような構成でノズルを高密度化し、インク吐出を効率化することは困難である。

すなわち、上記特許文献等に開示されているインクジェットヘッドの１つのノズルからインクを吐出するための構成においては、圧力室の一つの壁面を形成する振動板を境とし
て、インクの共通流路、供給路、圧力室及びノズルが同一の側に配置され、これらとは反対側に圧電アクチュエータが配置されている。

例えば、このような構成において高密度化を進めて行くと、高密度化するに伴い共通流路のサイズが小さくなって行くため、多ノズルを高周波で駆動してインクを吐出しようとすると圧力室へのインク供給が追いつかない。そこでインク供給を円滑にするために共通流路サイズを大きくした場合には、圧力室からノズルまでの距離が遠くなるため吐出そのものが困難になる。結局、このような共通流路サイズの配置上の制約から、吐出周波数を上げることができないという問題がある。

また、粘度の低いインクの場合には、被記録媒体上に着弾したインクがすぐに被記録媒体中に浸透して滲みが発生し、画質劣化を引き起こすため、このような滲み防止等の観点から高粘度インクの利用が望まれている。しかし、上述したようにノズルが高密度化されたヘッドに高粘度インクを利用しようとする場合には、上述したようなことから、圧力室へのインク供給がより一層遅くなり吐出周波数がより一層低下するという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、液体吐出口を高密度化しても、高周波駆動、特に高粘度液体の吐出が可能なようにして更なる電極配線及び液体吐出口の高密度化を達成した液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出する複数の吐出口と、前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室のそれぞれに液体を供給する複数の液体供給流路と、前記複数の液体供給流路に液体を供給する共通液室と、前記複数の圧力室のそれぞれを変形する圧力発生手段と、前記圧力発生手段に駆動信号を供給する電気配線とを有し、前記電気配線が前記共通液室を貫通するように配設されたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

これにより、前記圧力発生手段の配線が（略垂直に立ち上がり）前記共通液室を貫通するように配設されているので、共通液室内の配線が保有するスペースを最小限にすることが可能なので、吐出口の高密度化及び共通液室の流路抵抗も低減化が可能となる。

また、請求項２に示すように、前記圧力発生手段が圧電素子であることを特徴とする。

また、請求項３に示すように、前記圧力発生手段は前記圧力室の前記吐出口とは反対側に設けられ、前記共通液室は前記圧力発生手段に関し前記圧力室とは反対側に配設されたことを特徴とする。

これにより、共通液室から圧力室へ液体を導く流路の設計自由度が高くなり、圧力室より吐出口側のスペースが確保でき、その分圧力室から吐出口側への流路を短縮することができるため、液体吐出効率を増加させることができ、高粘度液体の吐出も可能となる。

また、請求項４に示すように、前記液体供給流路は、前記圧力発生手段を含む面に略垂直に形成されたことを特徴とする。

これにより、共通液室と圧力室を流体的に直接繋ぐことができ、高粘度液体であっても迅速なリフィルが可能となり、さらに高周波駆動が可能となる。

また、請求項５に示すように、前記電気配線は、前記圧力発生手段を含む面に略垂直に
形成されたことを特徴とする。

これにより、２次元電極取り出しが可能となり、配線を高密度化することが可能となる。

また、請求項６に示すように、前記複数の圧力室は、２次元マトリクス状に配置されたことを特徴とする。

これにより、更なる吐出口の高密度化が可能となる。

また、請求項７に示すように、前記共通液室の前記圧力発生手段とは反対側に、前記電気配線と接続される配線層を設けたことを特徴とする。

これにより、配線層の自由度を向上させることができ、配線を高密度化することが可能となる。

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。

これにより、高密度化された液体吐出ヘッドにより高画質な画像形成を行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明に係る液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置によれば、圧力発生手段に駆動信号を供給するための配線のスペースを確保することができ、吐出口を高密度化することが可能となる。

また、共通液室を圧力発生手段に関して圧力室とは反対側に配置した場合には、供給流路のサイズを大きくすることができ、吐出口を高密度化するとともに高周波駆動が可能となる。さらに、電気配線を用いて配線層を共通液室の上側に配置するようにした場合には、ドライバーチップとの一体化が可能となり、さらなる高密度化が可能となる。

また、共通液室を圧力発生手段に関して圧力室とは反対側に配置することにより、液体供給部と圧力室を流体的に直接繋ぐことができ、高粘度の液体であっても、迅速なリフィルが可能であり、高粘度液体の吐出も容易となる。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッド及びこれを備えた画像形成装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する画像形成装置としてのインクジェット記録装置の第１実施形態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（液体吐出ヘッド）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。

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（フラット面）をなすように構成されている。

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。

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。

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。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。

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（図２参照）。

図２に示すように、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、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また本例では、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（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。

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。

次に、印字ヘッド（液体吐出ヘッド）のノズル（液体吐出口）の配置について説明する。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表すものとし、
図３に印字ヘッド５０の平面透視図を示す。

図３に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、インクを液滴として吐出するノズル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３では図示を省略した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、ノズル５１の高密度化が図られている。

このような印字ヘッド５０上のノズル配置のサイズは特に限定されるものではないが、一例として、ノズル５１を横４８行（２１ｍｍ）、縦６００列（３０５ｍｍ）に配列することにより２４００ｎｐｉを達成する。

図３に示す例においては、各圧力室５２を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしているが、圧力室５２の平面形状はこのような正方形に限定されるものではない。圧力室５２には、図３に示すように、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。

また、図４は他の印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。図４に示すように、複数の短尺ヘッド５０’を２次元の千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、これらの複数の短尺ヘッド５０’全体で印字媒体の全幅に対応する長さとなるようにして１つの長尺のフルラインヘッドを構成するようにしてもよい。

図５はインクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク６０は印字ヘッド５０にインクを供給するための基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インクタンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口（図示省略）からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、図５のインクタンク６０は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。

図５に示したように、インクタンク６０と印字ヘッド５０を繋ぐ管路の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは印字ヘッド５０のノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。

なお、図５には示さないが、印字ヘッド５０の近傍又は印字ヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１０には、ノズルの乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４と、ノズル面５０Ａの清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。

これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、図示を省略した移動機構によって印字ヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。

キャップ６４は、図示しない昇降機構によって印字ヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。昇降機構は、電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで
上昇させ、印字ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面５０Ａのノズル領域をキャップ６４で覆うようになっている。

クリーニングブレード６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示を省略したブレード移動機構により印字ヘッド５０のインク吐出面（ノズル面５０Ａ）に摺動可能である。ノズル面５０Ａにインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード６６をノズル面５０Ａに摺動させることでノズル面５０Ａを拭き取り、ノズル面５０Ａを清浄するようになっている。

印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、そのノズル５１近傍のインク粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したインクを排出すべく、キャップ６４に向かって予備吐出が行われる。

また、印字ヘッド５０内のインク（圧力室５２内のインク）に気泡が混入した場合、印字ヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７で圧力室５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも行われ、粘度が上昇して固化した劣化インクが吸い出され除去される。

すなわち、印字ヘッド５０は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用の圧力発生手段（図示省略、後述）が動作してもノズル５１からインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で（圧力発生手段の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で）、インク受けに向かって圧力発生手段を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面５０Ａの清掃手段として設けられているクリーニングブレード６６等のワイパーによってノズル面５０Ａの汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作によってノズル５１内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。

また、ノズル５１や圧力室５２内に気泡が混入したり、ノズル５１内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、上述したような吸引動作を行う。

すなわち、ノズル５１や圧力室５２のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル５１内のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、圧力発生手段を動作させてもノズル５１からインクを吐出できなくなる。このような場合、印字ヘッド５０のノズル面５０Ａに、キャップ６４を当てて圧力室５２内の気泡が混入したインク又は増粘インクをポンプ６７で吸引する動作が行われる。

ただし、上記の吸引動作は、圧力室５２内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きい。したがって、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出を行うことが好ましい。なお、図５で説明したキャップ６４は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のインク受けとしても機能し得る。

また、好ましくは、キャップ６４の内側が仕切壁によってノズル列に対応した複数のエリアに分割されており、これら仕切られた各エリアをセレクタ等によって選択的に吸引できる構成とする。

図６はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。イン
クジェット記録装置１０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。

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、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を介してインクジェット記録装置１０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。

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やヒーター８９を制御する制御信号を生成する。

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４２等のヒーター８９を駆動するドライバである。

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を介して印字ヘッド５０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。

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６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。

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各色の印字ヘッド５０の圧力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。

印字検出部２４は、図１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１６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。

プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行うようになっている。

次に、本発明の特徴であるノズル及びインク供給系、駆動信号を供給する配線を高密度化した場合にも高周波駆動、高粘度インク吐出を可能とした液体吐出ヘッド（印字ヘッド５０）について詳しく説明する。

第１実施形態では、このような印字ヘッドの高密度化を実現するために、まず、例えば図３に示したように、圧力室５２（ノズル５１）を２次元マトリクス状に配置してノズル５１の高密度化（例えば２４００ｎｐｉ）を図っている。次に、詳しくは以下説明するが、本実施形態では圧力室５２にインクを供給する共通液室を振動板の上側に配置し、インクのリフィル性を重視するためこの共通液室から直接圧力室５２へインクを供給するようにして流路抵抗となるような配管をなくしてインク供給系を高集積化するようにした。さらに、本実施形態では、圧力室５２を変形する圧力発生手段の電極（個別電極）に駆動信号を供給する電気配線を各個別電極から垂直に立ち上げて共通液室中を貫通するようにして上部のフレキシブルケーブル等の配線へと接続するようにしている。

図７に、このような高密度化された印字ヘッド５０の一部を、簡単化して斜視透視図で示す。

図７に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０においては、ノズル５１とインク供給口５３を有する圧力室５２の上側に、圧力室５２の上面を形成する振動板５６が配置され、振動板５６上の各圧力室５２に対応する部分に上下を電極で挟んだピエゾ等の圧電体で構成される圧力発生手段としての圧電素子５８（圧電アクチュエータ）が配置され、圧電素子５８はその上面に個別電極５７を有している。

そして、この個別電極５７の端面から外側へ電極接続部としての電極パッド５９が引き出されて形成され、電極パッド５９上に電気配線９０が圧電素子５８（圧力発生手段）を含む面に略垂直に立ち上がって形成されている。この圧電素子５８を含む面に対して略垂直に立ち上がった電気配線９０の上には多層のフレキシブルケーブル９２が配置され、前述したヘッドドライバ８４からこれらの配線を介して駆動信号が圧電素子５８の個別電極５７に供給されるようになっている。

また、振動板５６とフレキシブルケーブル９２との間の柱状の電気配線９０が立ち並んだ空間は、ここから各インク供給口５３を介して各圧力室５２にインクを供給するための共通液室５５となっている。

なお、ここに示した共通液室５５は、図３に示した全ての圧力室５２にインクを供給するように、圧力室５２が形成された全領域に渡って形成される１つの大きな空間となっているが、共通液室５５は、このように一つの空間として形成されるものには限定されず、いくつかの領域に分かれて複数に形成されていてもよい。

各圧力室５２毎に個別電極５７から引き出されて設けられた電極パッド５９上に垂直に柱のように立ち上がった電気配線９０は、フレキシブルケーブル９２を下から支え、共通液室５５となる空間を形成している。この柱のように立ち上がった電気配線９０は、その形状からエレキ柱とも呼ぶこととする。逆に言うと、電気配線９０（エレキ柱）は、共通液室５５を貫通するように形成されている。

なお、ここに示した電気配線９０は、各圧電素子５８（の個別電極５７）に対して１つずつ形成され、一対一に対応しているが、配線数（エレキ柱の数）を削減するために、いくつかの圧電素子５８に対する配線をまとめて１つの電気配線９０とするように複数の圧電素子５８に対して１つの電気配線９０が対応するようにしてもよい。さらに、個別電極
５７ばかりでなく、共通電極（振動板５６）に対する配線もこの電気配線９０として形成するようにしてもよい。

図７に示すようにノズル５１が底面に形成され、ノズル５１と対角をなす角部の上面側にインク供給口５３が設けられている。インク供給口５３は振動板５６を貫いており、その上の共通液室５５と圧力室５２はインク供給口５３を介して真っ直ぐに連通している。これにより、共通液室５５と圧力室５２を流体的に直接繋ぐことが出来る。

振動板５６は、各圧力室５２に共通のものとし１枚のプレートで形成されている。そして、振動板５６の各圧力室５２に対応する部分に、圧力室５２を変形させるための圧電素子５８が配置されている。圧電素子５８に電圧を印加して駆動するための電極（共通電極と個別電極）が圧電素子５８を挟むようにその上下面に形成されている。

振動板５６を例えばＳＵＳ等の導電性の薄膜で形成して、振動板５６が共通電極を兼ねるようにしてもよい。このとき、圧電素子５８の上面には個々の圧電素子５８を個別に駆動するための個別電極５７が形成される。

上述したように、この個別電極５７から電極パッド５９を引き出して形成し、電極パッド５９の上に垂直に立ち上がり共通液室５５を貫通する電気配線９０（エレキ柱）が形成される。電気配線９０（エレキ柱）の製造方法は後述するが、その製造工程において電気配線９０は図７に示すようにテーパ状に形成される。

柱状の電気配線９０の上には多層のフレキシブルケーブル９２が形成されており、電気配線９０が柱となって多層フレキシブルケーブル９２を支え、振動板５６を床、多層フレキシブルケーブル９２を天井として、共通液室５５としての空間が確保されるようになっている。また、図示は省略したが、各電気配線９０からそれぞれ個別の配線に接続されて個々の個別電極５７に駆動信号が供給され、各圧電素子５８が駆動されるようになっている。

また、図７では図示を省略したが、共通液室５５はインクで満たされるため、共通電極としての振動板５６、個別電極５７、電気配線９０及び多層フレキシブルケーブル９２のインクと接触する面はそれぞれ絶縁性の保護膜で覆われている。

なお、上述したような印字ヘッド５０の各サイズは、特に限定されるものではないが、一例を示すと、圧力室５２は平面形状が３００μｍ×３００μｍの略正方形（インク流れのよどみ点を排除する目的で角は面取りされている。）で、高さが１５０μｍ、振動板５６及び圧電素子５８はそれぞれ厚さが１０μｍ、電気配線９０（エレキ柱）は電極パッド５９との接続部の直径が１００μｍ、高さは５００μｍ等のように形成される。

図８に、このような圧力室５２の一部を、拡大した平面透視図で示す。前述したように、各圧力室５２は略正方形状であり、その対角線の両隅にノズル５１及びインク供給口５３が形成され、ノズル５１側に電極パッド５９を引き出して、その上に電気配線（エレキ柱）９０が形成されている。

図８中の一点鎖線、９−９線に沿った断面図を図９に示す。

図９に示すように、第１実施形態の印字ヘッド５０は、複数の薄膜等が積層されて形成されている。まず、ノズル５１が形成されたノズルプレート９４の上に、圧力室５２、インク供給口５３及び圧力室５２とノズル５１を結ぶノズル流路５１ａ等が形成された流路プレート９６が積層される。図では流路プレート９６は、１枚のプレートのように表され
ているが、実際は、流路プレート９６はさらに複数のプレートが積層されて形成されるようにしてもよい。

流路プレート９６の上には、圧力室５２の天面を形成する振動板５６が積層される。振動板５６は個別電極５７とともに後述する圧電素子５８を駆動するための共通電極をも兼ねていることが好ましい。また、振動板５６には圧力室５２のインク供給口５３に対応する開口部が設けられ、これにより圧力室５２と振動板５６の上側に形成される共通液室５５とが直接連通する。

振動板５６（共通電極）上の圧力室５２上面の略全面に対応する部分に圧電体５８ａが形成され、圧電体５８ａの上面には個別電極５７が形成される。このようにしてその上下を共通電極（振動板５６）と個別電極５７で挟まれた圧電体５８ａは、共通電極５６と個別電極５７によって電圧が印加されると変形して圧力室５２の体積を減少させ、ノズル５１からインクを吐出させる圧電素子５８（圧電アクチュエータ）を構成する。

個別電極５７のノズル５１側端部は、外側へ引き出され電極接続部としての電極パッド５９が形成される。そして、この電極パッド５９の上に垂直に柱状の電気配線９０（エレキ柱）が共通液室５５を貫通するように形成される。

電気配線９０の上部には、多層フレキシブルケーブル９２が形成され、多層フレキシブルケーブル９２に形成される図示を省略した各配線が各電気配線９０に電極パッド９０ａで接続し、各圧電素子５８を駆動するための駆動信号がそれぞれの電気配線９０を通じて供給されるようになっている。

また、振動板５６と多層フレキシブルケーブル９２との間の柱状の電気配線９０（エレキ柱）が林立する空間は圧力室５２に供給するためのインクをプールする共通液室５５となっており、ここにはインクが充満するため、振動板５６、個別電極５７、圧電体５８ａ及び電気配線９０、さらに多層フレキシブルケーブル９２のインクに接する表面部分には絶縁・保護膜９８が形成される。

このように、本実施形態においては、従来、振動板に関して圧力室と同じ側にあった共通液室を、振動板の上側に持って行き、圧力室とは反対側に配置するようにしたため、従来必要であった共通液室から圧力室にインクを導くための配管等が不要となり、また共通液室のサイズを大きくすることができるためインクをきちんと供給することができ、ノズルの高密度化を達成することができるとともに、高密度化した場合においても高周波での駆動が可能となる。

また、各圧電素子の個別電極への配線を個別電極の電極パッドから垂直に立ち上げ共通液室を貫通するようにしたため、駆動信号を各圧電素子に供給するための配線を高密度化することが可能となった。

また、共通液室を振動板の上側に配置して、共通液室と圧力室とを真っ直ぐなインク供給口で繋ぐようにしたため、共通液室と圧力室とを流体的に直接繋ぐことができ、さらに共通液室を振動板の上側に配置したため、圧力室５２からノズル５１までのノズル流路５１ａの長さを従来よりも短くすることができ、高密度化した場合であっても、高粘度インク（例えば、２０ｃｐ〜５０ｃｐ程度）の吐出が可能であり、また吐出後の迅速なリフィルが可能な流路構造とすることができる。

次に、このような印字ヘッド５０の製造方法について説明する。

図１０（ａ）〜（ｄ）に、上述したような印字ヘッド５０の製造工程を示す。

まず図１０（ａ）に示すように、圧力室５２を形成する。圧力室５２の形成方法としては、特に限定はされないが、例えばＳＵＳのプレートをエッチングして圧力室５２となるべき空間を開口したＳＵＳプレートを積層したり、あるいはＳｉをエッチングしたりして、圧力室５２となる空間を有する流路プレート９６を形成する方法が挙げられる。

次にこの圧力室５２となる空間が形成された流路プレート９６に対し、例えばポリイミドで形成された、ノズル５１を有するノズルプレート９４を貼り合せる。

次に図１０（ｂ）において、圧力室５２となる空間が形成された流路プレート９６の上に振動板５６を貼り付ける。振動板５６は共通電極を兼ねるものとする。振動板５６には、圧力室５２へのインク供給口５３に対応する位置に開口が設けられている。また、振動板５６の上側の圧力室５２に対応する部分に、ＡＤ法（エアロゾル法）あるいはスパッタ法等によって薄膜状の圧電体５８ａを形成する。あるいは、バルクの圧電体を研磨して形成するようにしてもよい。振動板５６及び圧電体５８ａの厚さは、例えば１０μｍ程度に形成される。

次に図１０（ｃ）に示すように、共通液室５５を形成する。

すなわち、まず振動板５６上に形成された圧電体５８ａの上に個別電極５７を形成し、その一部、例えばノズル５１側の端部を外側に引き出して配線接続用の電極パッド５９を形成する。

これに対して、プレート上に略垂直に電気配線９０（エレキ柱）が立設された配線プレート９１を、電気配線９０の先端が電極パッド５９に接続するように貼り合せる。これにより、電気配線９０（エレキ柱）を柱として、振動板５６を床、配線プレート９１を天井とする共通液室５５が形成される。

ここで、電気配線９０の先端と電極パッド５９との接続は、電気配線９０の先端に設けられた半田９０ａによって行われる。また、電気配線９０（エレキ柱）の作製方法については後述する。

なお、圧力室５２上に振動板５６（共通電極）及び個別電極５７に挟まれた圧電体５８ａによって構成される圧電素子５８が形成されたプレートに対して、電気配線９０（エレキ柱）が形成された配線プレート９１を貼り付けて共通液室５５を形成した後、図示は省略するが、共通液室５５のインクに接する部分の表面に絶縁・保護膜を形成する。

最後に図１０（ｄ）において、配線プレート９１の上側に多層のフレキシブルケーブル９２を貼り付けて印字ヘッド５０が形成される。電気配線９０と多層フレキシブルケーブル９２との接続は、電気配線９０の一方の端部に設けられた半田９０ａによって行われる。また、多層フレキシブルケーブル９２は、少なくとも４層以上とする。

次に、電気配線９０（エレキ柱）の製造方法について説明する。

図１１（ａ）〜（ｅ）に電気配線９０の製造工程を示す。

まず図１１（ａ）に示すように、その上に電気配線９０（エレキ柱）が形成される配線プレート９１となる絶縁基板上に厚さ約５００μｍの銅の層９３を形成する。次に図１１（ｂ）において、この厚さ約５００μｍの銅の層９３をエッチング等によって削り、柱状
の電気配線９０（エレキ柱）を形成する。

このとき、各電気配線９０（エレキ柱）のサイズは、例えば、その先端部（後で電極パッド５９と接続する部分）の直径ｄ１は約１００μｍ、高さｄ２は銅の層９３の厚さに等しく約５００μｍとなるように形成される。

次に図１１（ｃ）に示すように、電気配線９０の柱状の側面に絶縁・保護膜９８をコートする。これは前述したように、電気配線９０は共通液室５５の中を貫通するため、常にインクと接触するため、それから電気配線９０を保護するためである。

次に図１１（ｄ）において、配線プレート９１を下側から加工して、電気配線９０がある部分に対して、多層フレキシブルケーブル９２との接続用の穴９１ａを開ける。これは配線プレート９１上に銅の層９３を形成する前に予め、配線プレート９１に開けておくようにしてもよい。

最後に、図１１（ｅ）に示すように、電気配線９０の上下端部に対して半田９０ａを流し込んで配線プレート９１上に電気配線９０が形成される。これを、上下逆にして、圧力室５２等が形成された流路プレート９６に貼り合せることにより、図１０に示したようにして印字ヘッド５０が形成される。

なお、このように電気配線９０が形成された配線プレート９１をさかさまにして流路プレート９６に貼り合せるのではなく、配線プレート９１から一つ一つの電気配線９０を切り離して、一つ一つ流路プレート９６の電極パッド５９に対して接合するようにしてもよい。電気配線９０を一つずつ取り付ける場合には、手間はかかるが配線プレート９１上に電気配線９０を形成する際の位置精度を問題にする必要がない。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図１２に、本発明の第２実施形態の印字ヘッドを断面図で示す。図１２は、図９と同様の断面図である。本実施形態の印字ヘッドも、共通液室を振動板に関して圧力室とは反対側に形成したものである。

すなわち、図１２に示すように、本実施形態の印字ヘッド１５０は、ノズル１５１が形成されたノズルプレート１９４上に圧力室１５２等が形成された流路プレート１９６が配置され、その上に振動板１５６が配置されている。

振動板１５６上には、共通電極としての振動板１５６、圧電体１５８ａ、個別電極１５７から構成される圧電素子１５８が形成され、個別電極１５７から引き出されて形成された電極パッド１５９から上に向かって略垂直に電気配線１９０（エレキ柱）が形成されている。

そして、電気配線１９０の上には多層フレキシブルケーブル１９２が形成されており、振動板１５６と多層フレキシブルケーブル１９２との間の空間が共通液室１５５となっており、電気配線１９０が共通液室１５５の中を貫通する形となっている。

このように、本実施形態の印字ヘッド１５０は前述した第１実施形態の印字ヘッド５０と略同様の構成を有している。本実施形態の印字ヘッド１５０が第１実施形態の印字ヘッド５０と異なる点は、振動板１５６（共通電極）、圧電体１５８ａ及び個別電極１５７からなる圧電素子１５８（圧電アクチュエータ）の上部に、このアクチュエータの動作用の空隙１５８ｂを設けたことである。

この空隙１５８ｂは、圧電体１５８ａ及びその上に形成される個別電極１５７を完全に覆うように各圧電素子１５８毎に筐体１５８ｃを設けることによって形成される。また、この筐体１５８ｃの表面には、絶縁・保護膜１９８が形成される。なお、絶縁・保護膜１９８のみでこの筐体１５８ｃを形成するようにしてもよい。

このように、圧電素子１５８上に空隙１５８ｂを設けたことにより、圧電素子１５８が駆動する際の抵抗が減少するため、圧電素子１５８が動作し易くなり、圧電素子１５８の駆動効率が向上する。

本実施形態における他の部分については、前述した第１実施形態と全く同じであるため、各符号の下二桁を同じにすることにより詳しい説明は省略する。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。

図１３に本発明の第３実施形態の印字ヘッドを図１２と同様の断面図で示す。

図１３に示すように、本実施形態の印字ヘッド２５０は、図１２に示した本発明の第２実施形態の印字ヘッド１５０と略同様の構成を有している。

すなわち、本実施形態の印字ヘッド２５０も、第２実施形態の印字ヘッド１５０と同様に、共通液室２５５を振動板２５６の上側に配置し、共通液室２５５を貫通するように垂直に立設された電気配線２９０を有し、さらに圧電体２５８が動作し易くするための空隙２５８ｂを有している。

本実施形態の印字ヘッド２５０が第２実施形態の印字ヘッド１５０と異なる点は、共通液室２５５から圧力室２５２へインクを供給するインク供給口２５３の一部に、径を細くしたインク逆流防止用の絞り２５３ａを設けたことである。

絞り２５３ａの形成方法は特に限定はないが、図に示すものでは、振動板２５６のインク供給口２５３に対応する開口部を細くして絞り２５３ａとしている。

前述した第１実施形態あるいは第２実施形態のように、このような絞りを設けていない場合には、前述したように、特に高粘度インクを吐出した後のリフィル時間を短縮することが可能となる。一方、本実施形態のように絞り２５３ａを設けた場合には、低粘度インクを用いた場合の吐出効率を改善して、圧電素子の消費電力を低減するとともに圧力室を小型化することが可能となる。

以下、本実施形態における絞り２５３ａを設けたことによる効果について説明する。

図１４に、粘度２０ｃＰのインクを２ｐｌ吐出した場合における、絞りなしの場合と絞りありの場合のリフィル特性をグラフで示す。なお、このリフィル特性の解析の具体的な方法については後述する。

図１４において、グラフＡは絞りなしの場合であり、グラフＢは絞りありの場合を表している。また、横軸は時間（μｓｅｃ）であり、縦軸はメニスカス体積（ｐｌ）である。ここでメニスカス体積が０となったときがリフィルの完了であり、メニスカス体積が正（＞０）の場合はメニスカス面が初期位置よりも出ていることを示している。

図１４のグラフＢが示すように、絞りありの場合にはリフィル時間が６０μｓｅｃである。これに対して、グラフＡが示すように、絞りなしの場合にはリフィル時間が３０μｓｅｃとなり、絞りありの場合に対し半減している。

また、図１５に、粘度２０ｃＰのインクを２ｐｌ吐出した場合における、絞りなしの場合と絞りありの場合の吐出特性をグラフで示す。なお、吐出特性の解析の具体的方法については後述する。

図１５において、グラフＡは絞りなしの場合であり、グラフＢは絞りありの場合を表している。また、横軸は時間（μｓｅｃ）であり、縦軸はノズル粒子速度（ｍ／ｓｅｃ）である。 吐出特性の重要なパラメータは吐出液滴速度、吐出液滴体積である。速度はノズル粒子速度、体積はグラフと（縦軸の値）＝０で囲まれた範囲の面積に比例する。従って、図１５からわかるように、グラフＡ及びグラフＢはともに略同じ特性を示している。すなわち、インク粘度２０ｃＰにおいて吐出特性は、絞りのあるなしで大きく変わることはない。

これは次のように説明することができる。すなわち、吐出時にはインクはノズル側へは吐出方向の流れとなり、供給側へは逆流方向の流れとなる。このとき、ノズル側と供給側へのインク移動体積の比、（ノズル側）／（供給側＋ノズル側）は、絞りありの場合には、（ノズル側）／（供給側＋ノズル側）＝０．５４となり、絞りなしの場合には、（ノズル側）／（供給側＋ノズル側）＝０．２８となる。従って、絞りなしの場合に比較して、絞りありの場合の方が２倍効率がよい。一方、減衰率は、絞りありの場合が１．３２で、絞りなしの場合が１．７９であり、減衰率は絞りありの方が１．４倍大きい。そのため両者がキャンセルして、絞りあり及び絞りなしで吐出特性に大きな差がなくなっていると考えられる。

以上のことから、粘度が２０ｃＰの高粘度インクにおいては、絞りがない場合であっても、吐出特性にはあまり影響を及ぼさないでリフィル時間を短縮して高周波吐出が可能になる。

また同様に、粘度２ｃＰのインクを２ｐｌ吐出した場合における、絞りなしの場合と絞りありの場合の、リフィル特性を表すグラフを図１６に示し、吐出特性を表すグラフを図１７に示す。

図１６が示すように、この場合、絞りのあるなしに関わらずメニスカス面が大きく振動している。従って、リフィル時間の短縮には、絞りのあるなしは関係なく、メニスカス面の振動の抑制が重要である。

一方、図１７に示すように、粘度２ｃＰにおいて吐出特性は、絞りのあるなしで変わっている。これは、絞りのあるなしで減衰率がほとんど変化しないのに対して、ノズル側と供給側へのインク移動体積の比が、絞りありの場合には、（ノズル側）／（供給側＋ノズル側）＝０．５３であるのに対して、絞りなしの場合には、（ノズル側）／（供給側＋ノズル側）＝０．３１であり、絞りありの方が効率が１．７倍よいためである。

以上のことから、粘度２ｃＰの低粘度インクにおいては、絞りがある場合には、絞りがリフィル時間を支配する要因にはならず、吐出特性を効率化することが可能となる。

次に上で結果のみを示したリフィル特性及び吐出特性の具体的解析方法について説明する。

リフィル特性の解析には、図１８に示すような等価回路モデルを適用した。なお、図１８において、Ｒはノズルと供給絞りの合成抵抗、Ｍはノズルと供給絞りの合成イナータンス、Ｃはノズルメニスカスのコンプライアンスでメニスカス形状（リフィル状態）により変わる値であり、ノズル上面からメニスカス最下部までの距離をｙ、ノズル半径をｒ_ｎ、インク表面張力をσとするとき、Ｃは次の式（１）で表される。

また、吐出特性の解析には、図１９に示すような等価回路モデルを適用した。ここで図１９において、Ｃ_ｐはピエゾアクチュエータのコンプライアンス、Ｃ_ｃは圧力室のコンプライアンス、Ｒ_ｎはノズル抵抗、Ｒ_ｓは供給絞り抵抗、Ｍ_ｎはノズルイナータンス、Ｍ_ｓは供給絞りイナータンス、Ｖはピエゾアクチュエータ発生圧力を表す。

なお、リフィル特性及び吐出特性の解析を行う際の各要素の具体的な数値を図２０に示す。図２０において、ノズル側とはノズル＋圧力室からノズルへの連通路を含み、供給側とは供給絞り＋共通液室への連通路を含むものとする。

前述した図９や図１２に示した実施例においては、共通液室５５、１５５と圧力室５２、１５２を連通するインク供給口５３、１５３は径が一様となっており、特に絞りは設けられていない。これらの例においては、インク供給口５３、１５３の共通液室５５、１５５と圧力室５２、１５２間の部分におけるインク自体の質量によって逆流を抑止するようにしている。これは、高周波駆動時あるいは高粘度インク使用時における確実なインク供給を重視したものである。これに対し、本実施例では、逆流防止効果をより確実にするために径の細い絞り２５３ａを設置するようにしたものである。

また、絞り２５３ａ以外の構成については、前述した第２実施形態の構成と同じであり、それらの各構成要素については下二桁の符号を同じにして詳しい説明は省略する。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。

第４実施形態は、今まで説明してきたものとは異なり、共通液室は従来と同様、振動板に関して圧力室と同じ側に配置されている。しかし本実施形態においても、圧電素子の個別電極へ駆動信号を供給する電気配線が、ノズル面に対して垂直に形成され共通液室中を貫通するようになっている。

図２１に、本発明の第４実施形態の印字ヘッドを断面図で示す。

図２１は、例えば図３に示すような一つの圧力室ユニット５４に相当する部分を、ノズル面に垂直な平面でノズル、インク供給口及び電気配線（エレキ柱）を通るように切断した断面図である。

図２１に示すように、本実施形態の印字ヘッド３５０においては、圧力室３５２の天面は共通電極を兼ねた振動板３５６で構成され、振動板３５６の上には圧電体３５８ａが接合され、その上面には個別電極３５７が形成され、共通電極（振動板３５６）と圧電体３５８ａと個別電極３５７によって圧電素子３５８が構成されている。また、圧力室３５２は、ノズル流路３５１ａによってノズル３５１と連通するとともに、振動板３５６に関して圧力室３５２と同じ側（図では圧力室３５２の下側）に設けられた共通液室３５５とインク供給口３５３を介して連通している。

また、図２１に示すように、個別電極３５７から電極接続部である電極パッド３５９を横へ引き出して、電極パッド３５９から下方に向かってノズル面に略垂直に電気配線３９０（エレキ柱）を形成する。電気配線３９０は、圧力室３５２が形成されるプレートを貫き、そのまま共通液室３５５を貫通してノズル３５１が形成されるノズルプレート側へ向かって下へ延び、共通液室３５５の下に設けられた配線部３９５に接続している。共通液室３５５を貫通する電気配線３９０は、インクに接する部分が絶縁・保護膜３９８によって保護されている。

配線部３９５は、ノズル面に沿って印字ヘッド３５０内をその端部まで延び、フレキシブルケーブル（図示省略）に接続し、駆動信号の供給を受けるようになっている。

本実施形態における電気配線は全てこのように共通液室を貫通するように形成されているのではなく、従来と同様に個別電極３５７からそのまま振動板３５６の上部に形成されフレキシブルケーブルに接続される電気配線も存在する。

そして、図２１に示すもののように共通液室３５５を貫通する電気配線３９０（エレキ柱）を形成して共通液室３５５の下を通すように配線するものと、従来のように振動板３５６の上部を配線するものとを交互に形成することによって、電極の配線スペースを確保することができ、配線をより高密度化することができる。また配線を高密度化することによって、ノズルの更なる高密度化も可能となる。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。

今まで説明して来た実施形態においては、いずれも圧力発生手段として圧電素子（５８等）を用いていたが、第５実施形態は今まで説明して来たものとは異なり、圧力発生手段として静電気作用により振動板を駆動制御する静電アクチュエータを用いたものである。

静電アクチュエータは、電極にパルス電圧を印加することにより、電極面の正電荷または負電荷と対応の振動板面の負電荷または正電荷により振動板を吸引し、撓ませ、次いで電極をＯＦＦにしたときの振動板面の復元作用により、圧力室の容積を減少し、圧力室内の圧力を瞬間的に上昇させてインクをノズルから吐出させるものである。

図２２に、第５実施形態の印字ヘッドを断面図で示す。

図２２は、例えば図９等と同様の断面図である。図２２に示すように、本実施形態の印字ヘッド４５０は、圧力発生手段以外については、前述した図９に示す第１実施形態と同
様である。すなわち、印字ヘッド４５０は、共通液室４５５を振動板４５６の上側に配置し、共通液室４５５を貫通するように垂直に立設された電気配線４９０を有している。

また、本実施形態の圧力発生手段は、静電アクチュエータ型であり、振動板４５６の上に電極４０１が配置され、電極４０１は絶縁・保護膜４９８が形成され、さらに、電極４０１と振動板４５６との間には隙間４０２が設けられている。

また、電極４０１から電極パッド４５９が引き出され、この上に垂直に立ち上がる電気配線４９０と接続している。電気配線４９０は、上部において多層フレキシブルケーブル４９２と電極パッド４９０ａで接続している。電極４０１には、電気配線４９０を通じてパルス電圧が印加されるようになっている。

なお、これ以外の構成については、前述した第１実施形態と同様であるので符号の下二桁を同一として詳しい説明は省略する。

以下、本実施形態の作用を説明する。

電極４０１に電気配線４９０を通じて所定のパルス電圧を印加すると、電極４０１の表面が＋電位に帯電すると、対応する振動板４５６の下面は−電位に帯電する。その結果、振動板４５６は、静電気の吸引力によって図の上方に撓む。振動板４５６が上方に撓むと圧力室４５２の容積が増加し、共通液室４５５からインク供給口４５３を介してインクが圧力室４５２内に充填される。

次に、電極４０１をＯＦＦにすると、振動板４５６は復元するため、圧力室４５２の容積は減少する。その結果、圧力室４５２内の圧力は急激に上昇し、ノズル４５１からインクが吐出される。

このように圧力発生手段は、圧電素子だけに限定されるものではなく、静電アクチュエータでもよい。

以上、本発明の液体吐出ヘッド及びこれを備えた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一実施形態の概略を示す全体構成図である。 図１に示した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。 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 印字ヘッドの他の例を示す平面図である。 本実施形態のインクジェット記録装置におけるインク供給系の構成を示した概要図である。 本実施形態のインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。 本実施形態の印字ヘッドの一部を拡大して示す斜視透視図である。 圧力室の一部を拡大して示す平面透視図である。 図８中の９−９線に沿った断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は第１実施形態に係る印字ヘッドの製造工程を示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）は電気配線（エレキ柱）の製造工程を示す説明図である。 本発明の第２実施形態の印字ヘッドを示す断面図である。 本発明の第３実施形態の印字ヘッドを示す断面図である。 粘度２０ｃＰのインクに対し絞りなしと絞りありの場合のリフィル特性を比較して示すグラフである。 粘度２０ｃＰのインクに対し絞りなしと絞りありの場合の吐出特性を比較して示すグラフである。 粘度２ｃＰのインクに対し絞りなしと絞りありの場合のリフィル特性を比較して示すグラフである。 粘度２ｃＰのインクに対し絞りなしと絞りありの場合の吐出特性を比較して示すグラフである。 リフィル特性の解析に適用した等価回路モデルを示す回路図である。 吐出特性の解析に適用した等価回路モデルを示す回路図である。 リフィル特性及び吐出特性の解析に用いた各要素の数値を示す説明図である。 本発明の第４実施形態の印字ヘッドを示す断面図である。 本発明の第５実施形態の印字ヘッドを示す断面図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２４…印字検出部、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、５０Ａ…ノズル面、５１…ノズル、５１ａ…ノズル流路、５２…圧力室、５３…インク供給口、５４…圧力室ユニット、５５…共通液室、５６…振動板（共通電極）、５７…個別電極、５８ａ…圧電体、５８…圧電素子、５９…電極パッド、６０…インクタンク、６２…フィルタ、６４…キャップ、６６…ブレード、６７…吸引ポンプ、６８…回収タンク、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、９０…電気配線（エレキ柱）、９１…配線プレート、９２…多層フレキシブルケーブル、９４…ノズルプレート、９６…流路プレート、９８…絶縁・保護膜

Claims (8)

1. 液体を吐出する複数の吐出口と、
   前記複数の吐出口のそれぞれと連通する複数の圧力室と、
   前記複数の圧力室のそれぞれに液体を供給する複数の液体供給流路と、
   前記複数の液体供給流路に液体を供給する共通液室と、
   前記複数の圧力室のそれぞれを変形する圧力発生手段と、
   前記圧力発生手段に駆動信号を供給する電気配線とを有し、
   前記電気配線が前記共通液室を貫通するように配設されたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記圧力発生手段が圧電素子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. 前記圧力発生手段は前記圧力室の前記吐出口とは反対側に設けられ、前記共通液室は前記圧力発生手段に関し前記圧力室とは反対側に配設されたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記液体供給流路は、前記圧力発生手段を含む面に略垂直に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記電気配線は、前記圧力発生手段を含む面に略垂直に形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記複数の圧力室は、２次元マトリクス状に配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記共通液室の前記圧力発生手段とは反対側に、前記電気配線と接続される配線層を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 請求項１〜７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。

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