JP2009285969A - 静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ一体型ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッド内の温度分布のばらつきをなくしヘッド全体の温度を均一にできる静電型アクチュエータの提供。
【解決手段】加圧液室の壁面を形成する振動板１１と対向電極１３との間に静電力を発生させて振動板を変形して振動板の復元力により液を加圧する静電型アクチュエータにおいて、加圧液室を加熱する加熱素子４１と、加圧液室の温度を検知する温度検知素子とを振動板に形成し、温度検知素子によって検知される加圧液室の温度に応じて加圧液室内の温度を所定の温度範囲に制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ一体型ヘッド及び液滴吐出装置に関し、詳細には加圧液室を個別に温度制御を行う技術に関する。

液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッドに設けた吐出口からインクを吐出させて紙等の被記録材に付着させることにより各種情報を記録するものである。このような液滴吐出装置は騒音の発生が少なく、かつ高速記録が可能で、被記録材の選択範囲が広い等の多くの利点を有している。また、液滴吐出ヘッドの中で、静電エネルギーで振動板を駆動しインクに作用させて吐出口からインクを吐出させるタイプの液滴吐出ヘッドは、省エネルギーで記録信号に対する応答性が良く、またノズルの高密度マルチ化が容易である等の利点を有している。

一方、このような液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置では、異物によるノズルの目詰まり、インク供給経路内に混入した気泡やノズル表面の濡れ性の変化等により、液滴吐出ヘッドの全体又は一部のノズルで吐出不良が発生することがある。特に、被記録材の全幅に対応する多数のノズルを配するフルライン型の液滴吐出ヘッドを使用すると高速記録が可能となる。しかし、その反面、これら多数のノズルの内、吐出不良が発生したノズルを特定して画像の補完や液滴吐出ヘッドの回復作業に反映させるのが重要な課題となっている。更に、このような液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置では、液滴吐出ヘッドの温度変化に伴って各ノズルから吐出されるインク量が変化し、記録された画像濃度が安定しない事態が発生する。特に上述のフルライン型の液滴吐出ヘッドでは、このようなインク吐出量の変化による画像の劣化を抑制することが重要となる。

このような重要性に鑑み、従来から種々のインク不吐出の検知方法、不吐出の補完方法、制御方法と装置及び種々のインク吐出量の制御方法がいくつか提案されている。

液体吐出装置に用いられる多ノズル構成のアクチュエータに要求される性能においてチャネル間の吐出特性をいかに均一化するかが要求される。例えば、アクチュエータの構成パラメータ（液室形状、液室コンプライアンス、ノズル形状、振動板ディメンジョン）による仕上がり精度のばらつき、または温度、湿度、インク種類、粘度などの使用環境の影響による特性のばらつきにより、吐出液体の量、速度、方向がばらついてくる。中でも静電アクチュエータの場合、振動板剛性のばらつき、インクの粘度のばらつきは吐出特性のばらつきに影響することがわかっている。

更に、ヘッド内で見てみるとヘッド内の温度分布のばらつきでビット毎の吐出特性がばらつく。ヘッド内を分割して流れるインクの粘度は低温時高くなり高温時低くなる傾向がありビット毎の粒子化特性のばらつきに影響する。そこで、特許文献１においてはインク吐出に影響しない位置に加熱素子（ヒータ）を設けている。また、特許文献２では、各ノズル毎のヒータ近傍の温度を検知してヘッドの吐出状態の判定や吐出量制御に利用するに際して、それぞれの電気的なバラツキと熱的なバラツキを補正した、高精度の温度情報を得ることができる構成となっている。
特開２００５−３３５１７１号公報 特開２００７−３３１３５３号公報

しかしながら、上記特許文献１では、ヘッド全体を加熱する構造であるためにヘッド内の温度分布のばらつきを制御できない。また、ヘッド全体の温度を均一にするためには大掛かりな発熱素子／構造が必要であり、また制御に時間がかかり、ビット毎の温度把握はできない、というような課題がある。また、上記特許文献２の基本構成は電気熱エネルギー変換体の熱エネルギーをインクに作用させて吐出口からインクを吐出させる液滴吐出ヘッドであり、更に液滴吐出停止時に動作させるため、吐出時の制御ができないという問題点がある。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、加圧液室の温度を個別に制御でき、安定した動作特性が得られる静電型アクチュエータ、安定した滴吐出特性が得られて高画質記録が可能な液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドとインクカートリッジが一体化したインクカートリッジ一体型ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明の静電型アクチュエータは加圧液室の壁面を形成する振動板と対向電極との間に静電力を発生させて振動板を変形して振動板の復元力により液を加圧する。そして、本発明の静電型アクチュエータは、加圧液室を加熱する加熱素子と、加圧液室の温度を検知する温度検知素子とを振動板に形成し、更に温度検知素子によって検知される加圧液室の温度に応じて加圧液室内の温度を所定の温度範囲に制御することに特徴がある。よって、加圧液室毎の振動板上の発熱素子で温度制御するので各加圧液室での温度ばらつきがなくなり、より均一な、かつ安定した吐出特性が得られる。

また、加熱素子は振動板の端部に形成することにより、加圧液室毎に振動板の剛性を変化させることができるので低駆動電圧、吐出量増などの吐出特性を制御することができる。

更に、振動板を構成する電極内に不純物を注入して加熱素子を形成することにより、大きな工程追加することなく高集積に作り込め、ヘッド小体積化が可能である。また、この構成の場合振動板の電極材料シリコン内に形成されるためシリコン層の剛性の均一性を損なうことなく形成でき、液室面側の凹凸形状が低減され流路板との接合に有利である。

また、振動板の非駆動時に加熱素子を駆動することにより、振動板駆動波形の中に加熱素子駆動波形を組み込めるため駆動波形形成が単純化される。また、液滴吐出時のタイミングで温度制御ができるためより特性の均一化が可能となる。

更に、複数の振動板と、振動板毎に設けられた加熱素子及び温度検知素子と、温度検知素子によって検知される加圧液室の温度に応じて加圧液室内の温度を所定の温度範囲に制御する複数の制御部とを有する。よって、複数の加熱素子を時分割制御でき、ドライバＩＣの数を少なくでき、コストを下げることができる。各加圧液室毎に制御部を設けるので各加圧液室毎に高速で温度制御が可能となる。

また、別の発明としての液滴吐出ヘッドは、加圧液室の壁面を形成する振動板と対向電極との間に静電力を発生させて振動板を変形して振動板の復元力により液を加圧してノズルから液滴を吐出する。そして、本発明の液滴吐出ヘッドは、加圧液室を加熱する加熱素子と、加圧液室の温度を検知する温度検知素子とを振動板に形成し、温度検知素子によって検知される加圧液室の温度に応じて加圧液室内の温度を所定の温度範囲に制御する静電型アクチュエータを具備することに特徴がある。よって、高集積に作り込め、液滴吐出ヘッドの小体積化が可能となると共に、より高温で温度制御すればインク粘度が下がり駆動電圧を下げることができる。また、より高温で温度制御すればインク粘度が下がりインクの流体抵抗が下がりインクリフィル特性の向上が見込める。

更に、加熱素子は、ノズルと対向する振動板に形成されることにより、ノズル孔近辺のインク温度を制御でき、インク粘度が下がり駆動電圧を下げることができる。

また、別の発明としての、液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジ一体型ヘッドは、液滴吐出ヘッドが上記静電型アクチュエータを具備することに特徴がある。よって、振動板の振動変位が安定するとともに、滴吐出量及び滴吐出速度の安定化が図れ、信頼性に優れ、高画質記録が可能になる。また、液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したので、製品の信頼性を確保できると共に、低コスト化を図ることができる。

更に、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載する、本発明の液滴吐出装置によれば、液滴吐出ヘッドが上記静電型アクチュエータを具備することに特徴がある。よって、高画質記録を行うことができる。

本発明に係る静電型アクチュエータによれば、加圧液室毎の振動板上の発熱素子で温度制御するので加圧液室間での温度ばらつきがなくなりより均一な吐出特性が得られる。また、本発明の静電型アクチュエータを液滴吐出ヘッドに搭載することにより、高集積に作り込め、ヘッド小体積化が可能である。更に、より高温で温度制御すればインク粘度が下がり駆動電圧を下げることができる。また、より高温で温度制御すればインク粘度が下がりインクの流体抵抗が下がりインクリフィル特性の向上が見込める。更に、振動板の振動変位が安定するとともに、滴吐出量及び滴吐出速度の安定化が図れ、信頼性に優れ、高画質記録が可能になる。

図１は本発明の一実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。また、図２は本実施の形態の液滴吐出ヘッドの構成を示す透視平面図である。更に、図３は図２のＡ−Ａ’線断面図である。本実施の形態の液滴吐出ヘッド１は、静電型アクチュエータを圧力発生手段として使用した液滴吐出ヘッドであり、主として、アクチュエータ基板１０、液室基板２０及びノズル板３０を含んで構成され、それ以外に図示していないフレーム、ＦＰＣやドライバＩＣなどから構成されている。

また、アクチュエータ基板１０には、結晶軸が＜１００＞のシリコン基板を用い、アクチュエータは低消費電力でMEMS加工技術を用いて高集積加工が可能な、振動板１１、空隙１２及び固定電極１３を含んで構成された静電型アクチュエータが形成されている。また、アクチュエータ基板１０には、ノズル並び方向に、各空隙を相互に連通する連通路１４が形成され、連通路１４の他端部は空隙１２や連通路内を大気に開放するための大気開放部１５に連通されている。この大気開放部１５はアクチュエータ基板１０を形成した後は封止剤によって封止される。更に、アクチュエータ基板１０のノズルや液室側と反対の面（以下裏面と称す）側から吐出液を供給するため、液供給路１６が基板を貫通して形成されている。

更に、液室基板２０には、結晶軸が＜１１０＞のシリコン基板を用い、ノズルと反対側の面に加圧液室２１、流低抵抗部２２、共通液室２３が形成され、またノズル板３０のノズル孔３１と加圧液室２１を連通させるための連通管２４が液室基板２０を貫通させて形成されている。このような構成とすることにより、基板厚みよりも加圧液室高さを低くすることができ、ハンドリングの容易な厚さの基板を用いたまま、加圧液室２１の高さを吐出特性面から最適化することが可能となっている。また、＜１１０＞のシリコン基板を用いているので、公知のごとく、加圧液室等を異方性エッチングにて高精度に加工することが可能となっている。また、加圧液室２１などその他を形成した後、熱酸化により表面に酸化膜を形成し、濡れ性の向上とインクによる基材であるシリコンの腐食防止を図っている。このとき、図示は省略したが、液室基板２０のノズル接着面側には、ダミーパターンを設けておくことで、熱酸化後に酸化膜の内部応力により基板が反ることを防止している。

また、ノズル板３０は、例えば紙面側（図２の上面側）に撥水膜をコーティングしたポリイミドフィルムであり、ノズル孔３１はノズル板３０を液室基板２０に接着した後、レーザ加工にて開口したものである。

更に、振動板１１は積層膜で形成され、空隙側から、図３に示すように、以下の５層からなっている。振動板側絶縁膜１１−１（酸化シリコン膜）は振動板と対向電極が当接したときの短絡防止の機能を有している。また、振動板電極１１−２（ヒ素ドープポリシリコン膜）は対向電極との間に電圧を印加して静電力を発生させるための電極である。更に、引っ張り応力膜１１−３（窒化シリコン膜）は振動板を全体として引っ張り応力とすることで、撓まず張った状態にすること、及び駆動時の反発力を確保する機能を有している。また、犠牲層除去孔封止膜１１−４（酸化シリコン膜）は犠牲層除去孔の封止する機能を有している。更に、引っ張り応力膜１１−３（窒化シリコン膜）の割れ防止も兼ねている。また、接液膜１１−５（ＰＢＯ（Polyenzoxazole(ポリベンゾオキサゾール)）膜）はインクによる振動板腐食防止する機能を有している。なお、本実施の形態では省略したが、公知のごとく振動板電極１１−２と引っ張り応力膜１１−３の間に振動板撓み防止膜として酸化シリコン膜を設ける場合もある。

また、固定電極１３の層にはリンドープのポリシリコンを用い、その空隙側には絶縁膜として酸化シリコン膜を形成している。また、固定電極１３の層とアクチュエータ基板１０の間にも基板絶縁膜１６として酸化シリコン膜が形成され、固定電極１３の層とアクチュエータ基板１０間の絶縁を確保している。空隙１２及び連通路１４は、ポリシリコンを犠牲層に用いた犠牲層プロセスにて形成されている。犠牲層除去孔やその周囲の詳細構造については図示していない。更に、連通路１４については、固定電極層のポリシリコンも連通路形成の犠牲層として利用することで、連通路１４のコンダクタンス増加を図っている。なお、振動板電極１１−２や固定電極１３は犠牲層と同じくポリシリコンにて形成されているが、上述したように、空隙（となる部分）に面している部分は絶縁膜として設けたシリコン酸化膜で覆われているので、ポリシリコンとシリコン酸化膜で十分な選択性な選択性を有するエッチャント、例えばＴＭＡＨ(Tetra methyl ammonium hydroxide (テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド))水溶液、を用いて犠牲層除去を行うことにより、犠牲層除去時にエッチングされることは無い。また、振動板電極１１−２と固定電極１３のどちらか一方をノズル（チャネル）枚に分離した個別電極、他方を複数ノズル（チャネル）、例えば全ノズル（チャネル）、で共通の共通電極とすることで、吐出させるノズル（チャネル）の選択が可能であるが、ここでは振動板電極１１−２を共通電極、固定電極１３を個別電極とした。

図４は本発明の一実施の形態に係る静電アクチュエータの構成を示す図である。同図の（ａ）は正面図、同図の（ｂ）は同図の（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図、同図の（ｃ）は同図の（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。同図に示すように本実施の形態の静電アクチュエータは、加熱素子としての薄膜抵抗体４１を振動板１１のそれぞれに形成したものである。薄膜抵抗体４１には共通配線４２及び個別配線４３が接続されている。また振動板１１にも固定電極配線４４が接続されている。更に同図の（ｃ）に示すように、加熱素子としての薄膜抵抗体４１は振動板１１の端部に形成されている。このように薄膜抵抗体４１で形成される加熱素子は、図４に示すように、各振動板１１の直上に分離独立して配置されている。また、各加熱素子４１に接続される共通配線４２及び個別配線４３は、図示していない各温度検知素子で検知された温度情報を取得する検出回路の一部として構成される。なお、加熱素子の形態は公知で様々であるが一般的に薄膜抵抗体で形成され加熱時は加熱可能な電流を流し、検知時は温度上昇しない程度の微少電流を流し抵抗値測定により温度に換算する。

図５は本発明の一実施の形態に係る静電アクチュエータの別の構成を示す図である。同図の（ａ）は正面図、同図の（ｂ）は同図の（ａ）のＤ−Ｄ’線断面図、同図の（ｃ）は同図の（ａ）のＥ−Ｅ’線断面図である。同図に示すように本実施の形態の静電アクチュエータは、不純物イオンを振動板１１に注入して抵抗体形成したものである。
なお、薄膜抵抗体形成はよく知られている薄膜積層プロセスを使って形成し、Ａｌ，Ｐｔ，Ｔｉ，ＴｉＮ，ＴｉＳｉ，Ｔａ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，ＴａＣｒ，Ｃｒ，ＣｒＳｉＮ，Ｗ等の薄膜抵抗体で形成する。目安として１０〜２００Ω程度の薄膜抵抗体を各々材料の持つ比抵抗でディメンジョンを決定すればよい。従来の振動板形成プロセスフローの途中に挿入することで簡便に組み込める点がメリットである。

また、不純物イオン注入による抵抗体形成は振動板形成プロセスフローの途中に挿入する。ここでは、振動板積層構成膜材料がポリシリコンであり、はじめに個別電極としての導電性はｐ型あるいはｎ型の不純物を予め所望のプロファイルで注入しておく、次に抵抗体形成エリアは所望のマスクを用い、ｐ型あるいはｎ型の不純物濃度においてイオン注入する。後工程で活性化のための熱処理（Ｎ２雰囲気、７００〜９００℃で６０分）を施す。ポリシリコンはエピタキシャルあるいはレーザー照射等による単結晶化にすることで抵抗値精度をより向上することが可能である。

この構成の場合振動板の電極材料シリコン内に形成されるためシリコン層の剛性の均一性を損なうことなく形成できる点と液室面側の凹凸形状が低減され流路板との接合に有利である。これらの振動板への抵抗体の配置のように液室側に設ければ静電力（有効面積）に影響なく、しかもインクを直接加熱・温度コントロールも可能となる。図４に示すように振動板面でノズルと対向するノズル対応領域に加熱素子を設けることで吐出特性に影響がある流体抵抗を下げることができるためより省エネルギーで効果的である。

図６は本発明の一実施の形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、制御部５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３及びＡ／Ｄ変換器５４を有し、Ｓ／Ｒ部６１−１〜６１−ｎ（ｎは正の整数）、駆動回路６２−１〜６２−ｎ、温度検知回路６３−１〜６３−ｎ、個別ノズルなどを含む記録ヘッド６０−１〜６０−ｎを有する記録部６０及び機構部７０の動作を制御している。

図７は本発明の一実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおける加熱素子の駆動回路及び温度検知回路の回路構成を示す論理回路図である。同図において、加熱素子の駆動回路１００は、ヒータ１０１と、ヒータ１０１を駆動するスイッチング素子１０２と、選択信号とオン／オフ信号の論理積をとるＡＮＤゲート１０３とを含んで１つのセグメントを構成する。加熱素子の駆動回路１１０、１２０、・・・、１９０は、駆動回路１００と同様な構成を有している。つまり、本実施の形態では１０個のセグメントを有している。また、温度検出回路の出力は、スイッチング素子１０４のオン抵抗値と温度検知素子１０５の抵抗値との和と、定電流源１０６から供給される電流値との積で求めることができる。そして、このセンサ抵抗値Ｒｓの温度係数によって温度検知素子１０５で検出された温度を求めることができる。ここで各部のセンサ出力のバラツキの要因は、電気的要因と熱的要因に分類することができる。即ち、電気的なバラツキの要因として、定電流源における電流値のバラツキ、温度検知素子のサイズ、膜厚及び膜質によるセンサ抵抗値Ｒｓのバラツキ、スイッチング素子のオン抵抗及び配線抵抗による定電流源のからの電流値のバラツキが挙げられる。更に、熱的バラツキ要因としては、抵抗体をカバーする層間絶縁膜の厚さ、膜質によるバラツキ、ヒータのサイズや形状による抵抗値に起因する温度バラツキが挙げられる。また、これらの電気的ばらつきと熱的バラツキには、チップ内の位置によるばらつき、液滴吐出ヘッド内のヘッド基板の位置によるチップ間のバラツキ、ヘッド基板間のバラツキが加わった総合的な電気的、熱的バラツキ等が考えられる。これらの電気的バラツキや熱的バラツキを当初から抑制することは当然に重要であり、設計、製造の各プロセスで、種々の努力がなされている。しかし、生産上どうしてもこれらのバラツキが発生してしまう。このようなバラツキがあると、正確な温度情報を検知することは不可能となってしまう。

そこで、各ノズルの電気的バラツキ値と熱的バラツキ値をデータテーブルに記録して、実測温度の情報を書き換える際の補正値として用いる。これにより、液滴吐出ヘッドの各ノズルの温度情報を高精度に得ることが可能となる。これにより、各ノズル毎のヒータ近傍の温度を検知してヘッドの吐出状態の判定や吐出量制御に利用するに際して、それぞれの電気的なバラツキと熱的なバラツキを補正した、高精度の温度情報を得ることができる。これらの動作機能を使ってインクジェット液滴吐出ヘッドの校正処理（キャリブレーション）を行うことも可能となる。特に、ライン型液滴吐出ヘッドでは、高画質、高品質、ローコスト、高信頼性、小型に提供できる液滴吐出ヘッド及び、その液滴吐出ヘッドを用いたインクジェット記録装置を提供できる。そのため、その工業生産的な効果は極めて大きなものである。

次に、振動板駆動と加熱素子駆動のタイミングについて概説する。先ず、駆動波形生成部は、パルスパターンの波形データを格納するＲＯＭなどの格納手段と、この格納手段から読み出された所要のパルスパターンの波形データをＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換手段、電圧増幅器、電流増幅器などで構成される。また、選択部は、液体吐出ヘッドの所要のアクチュエータを駆動するための画像データを入力するシフトレジスタ、ラッチ回路、アナログスイッチなどで構成され、駆動波形生成部から出力さされるパルスを画像データに応じて選択する。

ここで、駆動波形生成部が生成出力する駆動波形の例について、図８を参照して説明する。この例では、小滴、中滴、大滴の３つの大きさの液滴を打ち分ける駆動波形としている。この駆動波形には、小滴形成のための小滴用パルスパターンＰＰ１と、中滴形成のための中滴用パルスパターンＰＰ２と、大滴形成のための大滴用パルスパターンＰＰ３が含まれ、これらのパルスパターンＰＰ１〜ＰＰ３を構成する第１〜第６のパルスＰ１〜Ｐ６が１駆動周期内で生成されて出力される。なお、１駆動周期とは１印字周期であり、１印字周期とは、各アクチュエータが媒体に各ドットを形成するための時間間隔であって、液体吐出ヘッドの駆動周波数を逆数とした時間に等しい。ここで、小滴用パルスパターンＰＰ１は第１のパルスＰ１のみで構成され、中滴用パルスパターンＰＰ２は第２、第３のパルスＰ２、Ｐ３で構成され、大滴用パルスパターンＰＰ３は第４〜第６のパルスＰ４〜Ｐ６で構成される。

そして、小滴用パルスパターンＰＰ１を構成する第１のパルスＰ１は正極性、中滴用パルスパターンＰＰ２を構成する第２のパルスＰ２は正極性、第３のパルスＰ３は負極性、大滴用パルスパターンＰＰ３を構成する第４のパルスＰ４は負極性、第５のパルスＰ５は正極性、第６のパルスＰ６は負極性である。つまり、各パルスパターンＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３には同じ数（ＰＰ２の場合）又は一方が他方より１つ多い（ＰＰ１、ＰＰ３の場合）関係で正極性の電位を有するパルスと負極性の電位を有するパルスが含まれ、かつ全てのパルスパターンＰＰ１〜ＰＰ３に含まれるパルス数は正極性の電位を有するパルスの数（３個）と負極性の電位を有するパルスの数（３個）が同じ関係である。

そして、液体吐出ヘッドの一方の電極（例えば可動電極となる振動板）を共通電極としてグランド電位にし、他方の電極（例えば対向電極）を個別電極として図８に示す電位ＡのパルスパターンＰＰ１〜ＰＰ３の内から所要のパルスパターンを選択して当該パルスパターンに含まれるパルスを印加している。この場合、中滴用パルスパターンＰＰ２では、極性の異なる第２、第３のパルスＰ２、Ｐ３が１パルスずつ、合計２パルス印加されているので、振動板が対向電極側に当接した場合でも絶縁膜での残留電荷の発生は無い。

なお、ここで、パルス数としてカウントするのは、液滴を吐出することのできる最小の駆動電圧値以上の電圧値を有するパルスであって、例えば液室内の液体の揺動のみを目的とするパルスはパルス数にカウントしない。

従来の振動板の駆動波形、駆動タイミングに対して加熱素子駆動のタイミングは振動板非駆動時、すなわち１周期以内ではあるが振動板駆動パルスパターンＰＰ１、ＰＰ２、ＰＰ３を除くタイミングにおいて加熱素子駆動波形を組み込むものである。加熱素子駆動波形のパルスとしては液滴を吐出することのできる最小の駆動電圧値未満の電圧値で設計することでそれが可能となる。そうすることで駆動波形生成部の回路構成をより簡単にするものである。

本発明では複数ビットの加熱素子を同時に駆動させる以外に、時間的に分割して駆動させることができる。全ビットの加熱素子を同時に駆動させると、各ノズル間のクロストークの影響による記録品位の低下や、一時的に大電流が必要になることにより電源の大容量化などの不利益が生じる場合があるが、時分割駆動することでこれらの不利益を避けることができる。尚、時分割駆動については公知であり動作説明は省略する。

次に、本発明のインクカートリッジについて図９を参照して説明する。同図に示すインクカートリッジ一体型ヘッド２００は、ノズル孔２０１等を有する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド２０２と、このインクジェットヘッドに対してインクを供給するインクタンク２０３とを一体化したものである。このように本発明に係る液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンク（液体タンク）を一体化することにより、滴吐出特性のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ一体型ヘッドが低コストで得られる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の機構の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同記録装置の透視斜視図、図１１は同記録装置の機構部の側面図である。

このインクジェット記録装置３００は、装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ３０１、キャリッジ３０１に搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ３０２等で構成される印字機構部等を収納し、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙３０３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）３０４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙３０３を手差しで給紙するための手差しトレイ３０５を開倒することができ、給紙カセット３０４或いは手差しトレイ３０５から給送される用紙３０３を取り込み、印字機構部によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ３０６に排紙する。

また、印字機構部は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド３０７と従ガイドロッド３０８とでキャリッジ３０１を主走査方向（紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ３０１にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッド３０９を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ３０１には液滴吐出ヘッド３０９に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ３０２を交換可能に装着している。なお、本発明に係るインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。

更に、インクカートリッジ３０２は上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッド３０９へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド３０９へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。

また、液滴吐出ヘッドとしてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。

ここで、キャリッジ３０１は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド３０７に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド３０８に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ３０１を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ３１０で回転駆動される駆動プーリ３１１と従動プーリ３１２との間にタイミングベルト３１３を張装し、このタイミングベルト３１３をキャリッジ３０１に固定しており、主走査モータ３１０の正逆回転によりキャリッジ３０１が往復駆動される。

一方、給紙カセット３０４にセットした用紙３０３を液滴吐出ヘッド３０９の下方側に搬送するために、給紙カセット３０４から用紙３０３を分離給装する給紙ローラ３１４及びフリクションパッド３１５と、用紙３０３を案内するガイド部材３１６と、給紙された用紙３０３を反転させて搬送する搬送ローラ３１７と、この搬送ローラ３１７の周面に押し付けられる搬送コロ３１８及び搬送ローラ３１７からの用紙３０３の送り出し角度を規定する先端コロ３１９とを設けている。搬送ローラ３１７は副走査モータ３２０によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ３０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３１７から送り出された用紙３０３を液滴吐出ヘッド３０９の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材３２１を設けている。この印写受け部材３２１の用紙搬送方向下流側には、用紙３０３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３２２、拍車３２３を設け、更に用紙３０３を排紙トレイ３０６に送り出す排紙ローラ３２４及び拍車３２５と、排紙経路を形成するガイド部材３２６，３２７とを配設している。

そして、記録時には、キャリッジ３０１を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド３０９を駆動することにより、停止している用紙３０３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３０３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙３０３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙３０３を排紙する。

また、キャリッジ３０１の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド３０９の吐出不良を回復するための維持回復装置３２８を配置している。維持回復装置３２８はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ３０１は印字待機中にはこの維持回復装置３２８側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド３０９をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。詳細には、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、インク滴の吐出特性のバラツキが少なく、高い画像品質の画像を記録できる画像形成装置が得られる。

なお、本実施の形態の一例として液滴吐出ヘッドを挙げて説明したが、本発明による静電アクチュエータは光学走査ミラーや光学バルブなどの光学デバイスとしても利用でき、あるいは液体を輸送するマイクロポンプにも利用できる。

また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの構成を示す分解斜視図である。 本実施の形態の液滴吐出ヘッドの構成を示す透視平面図である。 図２のＡ−Ａ’線断面図である。 本発明の一実施の形態に係る静電アクチュエータの構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る静電アクチュエータの別の構成を示す図である。 本発明の一実施の形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおける加熱素子の駆動回路及び温度検知回路の回路構成を示す論理回路図である。 駆動波形生成部が生成出力する駆動波形の例を示す波形図である。 本発明のインクカートリッジの構成を示す斜視図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の機構の一例を示す透視斜視図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の機構の一例を示す側面図である。

符号の説明

１；液滴吐出ヘッド、４１；薄膜抵抗体、４２；共通配線、
４３；個別配線、２００；インクカートリッジ一体型ヘッド、
３００；インクジェット記録装置。

Claims (9)

1. 加圧液室の壁面を形成する振動板と対向電極との間に静電力を発生させて前記振動板を変形して前記振動板の復元力により液を加圧する静電型アクチュエータにおいて、
   前記加圧液室を加熱する加熱素子と、前記加圧液室の温度を検知する温度検知素子とを前記振動板に形成し、
   前記温度検知素子によって検知される前記加圧液室の温度に応じて前記加圧液室内の温度を所定の温度範囲に制御することを特徴とする静電型アクチュエータ。
2. 前記加熱素子は前記振動板の端部に形成することを特徴とする請求項１記載の静電型アクチュエータ。
3. 前記振動板を構成する電極内に不純物を注入して前記加熱素子を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータ。
4. 前記振動板の非駆動時に前記加熱素子を駆動することを特徴とする請求項１記載の静電型アクチュエータ。
5. 複数の前記振動板と、前記振動板毎に設けられた前記加熱素子及び前記温度検知素子と、前記温度検知素子によって検知される前記加圧液室の温度に応じて前記加圧液室内の温度を所定の温度範囲に制御する複数の制御部とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電型アクチュエータ。
6. 加圧液室の壁面を形成する振動板と対向電極との間に静電力を発生させて前記振動板を変形して前記振動板の復元力により液を加圧してノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記加圧液室を加熱する加熱素子と、前記加圧液室の温度を検知する温度検知素子とを前記振動板に形成し、前記温度検知素子によって検知される前記加圧液室の温度に応じて前記加圧液室内の温度を所定の温度範囲に制御する静電型アクチュエータを具備することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 前記加熱素子は、前記ノズルと対向する前記振動板に形成されることを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッド。
8. 液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクとを一体化したインクカートリッジ一体型ヘッドにおいて、
   前記液滴吐出ヘッドが請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電型アクチュエータを具備することを特徴とするインクカートリッジ一体型ヘッド。
9. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載する液滴吐出装置において、
   前記液滴吐出ヘッドが請求項１〜５のいずれかに記載の静電型アクチュエータを具備することを特徴とする液滴吐出装置。

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