JP2014008633A

JP2014008633A - 高密度液体吐出ヘッド及び画像形成装置

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Publication number: JP2014008633A
Application number: JP2012145264A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sano; 武佐野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: JP5935540B2

Abstract

【課題】インク吸引動作等によるメンテナンス頻度を低減するため、空吐出にてリフレッシュさせ、早期に正常吐出できる高密度液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】駆動制御は、印字開始前にノズル６からインクが吐出しない条件で駆動電圧波形を圧電素子８に印加することにより、圧電素子８を発熱させると同時に自己発熱して、液室２内のインク温度を所定以上の温度とする液室２の予備加熱工程と、液室２内の液体(インク）が印字のための適温になるまで液室２内のインクをノズルから空吐出をさせる空吐出工程と、液室２内の液体(インク）が印字のための適温になったときにノズル６から液体(インク）を吐出させて印字動作を開始する印字工程と、を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、プリンタ、複写装置、ファクシミリ装置等に用いられる高密度液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファクシミリ／複写機の複合機などの各種画像形成装置において、記録液を吐出する液体吐出ヘッドを搭載し、被記録媒体に画像を形成する液体吐出装置を備えたものが知られている。なお、液体吐出装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体（記録媒体、転写紙、用紙などとも称され、これらは材質にかかわらず、同義語として使用する。）に液体を吐出する装置を意味し、また、「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を被記録媒体に付与することをも意味し、画像形成、印写、印字、印刷も同義語で使用する。

液体吐出ヘッドとしての例えばインクジェットヘッドとしては、液室内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段として圧電体を積層あるいは薄膜状に形成したヘッドや発熱素子を有したヘッドなどが知られている。

このインクジェットヘッドにおいて、使用する環境温度変化によってインクの粘度が変化すると十分な吐出を行えない事態が生じることがある。

このような場合、インク吐出が精度良く行われず、画像品質が低下することになる。

特に冬期の早朝など、低温環境でインクジェットプリンタを使用する場合には、使用開始からしばらくの間は十分なインク吐出が行えない場合がある。

このような問題のため、特許文献１（特開２００５-２５４４６３号公報）において、インクジェットプリンタのヘッド近傍にヒータ等の加熱手段を設ける提案がされている。

しかし、このように新たな加熱手段を設けると、ヘッド近傍の部品点数が増加し、構成が複雑化してしまう。また、ヘッドの液体収容室内のインクを広範囲に加熱制御することが難しく、加熱制御する際の効率が悪いなど、上述したヒータによる加熱制御を用いても、ヘッドの温度を均一に保つことは極めて難しい。

これらの課題を解決する手段として、特許文献２（特開平１１-１３８７９８号公報）ではピエゾ素子にインクを吐出しない条件で加熱用信号を加えることで、ピエゾ素子の発熱を利用して加熱するとともに、温度検出手段を搭載することで、微妙な温度調整をすることが提案されている。新たな加熱手段を設けていないことから構成は簡素化でき、温度制御も可能となる。

しかし、実際の使用環境下においては、使用環境温度による粘度変化だけではなく、所定の期間と吐出していないノズル部ではインク表面（以下、メニスカスと言う）が乾燥し、局部的な粘度上昇が発生してしまう。この局部的な粘度上昇が発生した場合は、非印字領域以外で空吐出を実施する等のメンテナンス動作が行われている。従来、空吐出を実施しても吐出特性に不具合が生じる場合が多く、ノズル面からのインク吸引等の動作を実施することで復帰させる必要がでてくるため、インク廃棄量が極端に多くなってしまうため、空吐出動作で復帰できることが望ましい。

ここで、特に薄膜状の圧電素子をアクチュエータとするインクジェットヘッドは、アクチュエータの変形力が小さいため低温域での粘度上昇に加え、メニスカス乾燥が多くなると、加熱信号を印加して多少温度を上昇させたとしても空吐出動作を実施しても、正常吐出させるまでの復帰が出来ないことがあり、インク吸引動作によるメンテナンス動作を実施することが必要となってくる。

本発明は、インク吸引動作等によるメンテナンス頻度を低減するため、空吐出にてリフレッシュさせ、早期に正常吐出できる高密度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。

この目的を達成するため、この発明は、複数の液室が設けられたアクチュエータ基板と、
前記複数の液室からインクを吐出する複数のノズルと、
前記液室の上部を閉成する薄膜状の振動板および前記振動板上に設けられた薄膜状の圧電素子を有し、且つ、前記圧電素子で前記振動板を振動させることにより、前記液室内のインクを加圧する薄膜状のアクチュエータと、前記アクチュエータ基板上に設けられていると共に前記圧電素子を駆動制御させる駆動用ＩＣと、前記液室内の温度を検出するヘッド温度検出素子と、を備え、前記駆動用ＩＣが前記ヘッド温度検出素子からの検出温度信号に基づいて前記圧電素子を駆動制御することにより、前記圧電素子および前記駆動用ＩＣは前記圧電素子の駆動制御時にそれぞれ発熱して前記液室内のインク温度を上昇させることができる高密度液体吐出ヘッドであって、前記駆動制御は、印字開始前に前記ノズルからインクが吐出しない条件で駆動電圧波形を前記圧電素子に印加することにより、前記圧電素子を発熱させると同時に自己発熱して、前記液室内のインク温度を所定以上の温度とする前記液室の予備加熱工程と、前記液室内の液体が印字のための適温になるまで前記液室内のインクを前記ノズルから空吐出をさせる空吐出工程と、前記液室内の液体が印字のための適温になったときに前記ノズルから前記液体を吐出させて印字動作を開始する印字工程と、有することを特徴とする。また、この発明に係る画像形成装置は上記高密度液体吐出ヘッドを搭載している。

この構成によれば、インク吸引動作等によるメンテナンス頻度を低減するため、空吐出にてリフレッシュさせ、早期に正常吐出できる。

この発明に係る高密度液体吐出ヘッドをノズル列が２列のインクジェットヘッドに適用した実施例の断面図である。図１のフレーム，振動板及びＦＰＣを省略したインクジェットヘッドの平面図である。図１の上フレームを省略したインクジェットヘッドの平面図である。図１のＡ１−Ａ１線に沿う断面図である。図１のＡ２−Ａ２線に沿う断面図である。図１のＡ３−Ａ３線に沿う断面図である。図１のフレームを省略したインクジェットヘッドの平面図である。印字開始前のノズル部（ノズル）のメンテナンス動作制御を示す説明図である。この発明の高密度液体吐出ヘッドの他の例を示す断面図である。この発明に係る高密度液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）を適用した実施例３の画像形成装置の概略説明図である。図９の高密度液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）と操作方向の関係を示す概略平面図である。図１０ヘッドコントローラと温度検出素子等の関係を示す回路図である。図１１のヘッドコントローラにる印字制御のフローチャートである。

本発明に係る高密度液体吐出ヘッドの実施例１を図１〜図７に基づいて以下に説明する。
[構成]
Ａ．基本構成
図１はこの発明に係る高密度液体吐出ヘッドをノズル列が２列のインクジェットヘッドに適用した実施例の断面図である。図２は、図１のフレーム，振動板及びＦＰＣを省略したインクジェットヘッドの平面図である。図２Ａは、図１の上フレームを省略したインクジェットヘッドの平面図である。図３は図１のＡ１−Ａ１線に沿う断面図、図４は図１のＡ２−Ａ２線に沿う断面図、図５は図１のＡ３−Ａ３線に沿う断面図である。また、図６は図１のフレームを省略したインクジェットヘッドの平面図である。

この実施例１の構成はノズル列が２列のインクジェットヘッドに適用した例で説明するが、本発明は２列より多いノズル列を有するインクジェットヘッドへも同様に適用できる。

図１において、１はガラスや薄い金属板の積層体、シリコン基板等で作成されたアクチュエータ基板である。このアクチュエータ基板１は、好ましくはシリコン基板で作製すると良い。このアクチュエータ基板１がシリコン基板等で作成されている場合、複数の液室２はシリコン基板をエッチング処理することにより形成できる。

このアクチュエータ基板１には、図１に示したように両面（図１のアクチュエータ基板１の上面および下面）に開放する液室（個別液室）２が複数形成されている。この各液室２は、図２に示したようにアクチュエータ基板１の短手方向（図２の左右方向）に直線状に細長く延びている。

この複数の液室２は、図２，図３に示したようにアクチュエータ基板１の長手方向（図２の上下方向、図３の左右方向）に等ピッチで直線状に配列された第１液室列Ｌｑ１と、図２，図４に示したようにアクチュエータ基板１の長手方向（図２の上下方向、図４の左右方向）に等ピッチで直線状に配列された第２液室列Ｌｑ２を構成している。しかも、この第１，第２液室列Ｌｑ１，Ｌｑ２は、アクチュエータ基板１の短手方向（図２の左右方向）に向けて２列に配列（短手方向に並設）されている。ここで、アクチュエータ基板１の短手方向の側縁部を図１，図２に示したように１ａ，１ｂとする。

このアクチュエータ基板１の各側縁部１ａ，１ｂには、第１，第２液室列Ｌｑ１，Ｌｑ２の各液室２にそれぞれ対応し且つアクチュエータ基板１の両面に開口する複数の個別流路３がそれぞれ形成されている。また、この側縁部１ａ，１ｂには、アクチュエータ基板１の一面側に開放し且つ各個別流路３と各液室２をそれぞれ連通させる複数の切欠状の個別連通路４が形成されている。

尚、第１液室列Ｌｑ１側の個別連通路４と第２液室列Ｌｑ２側の個別連通路４は、第１液室列Ｌｑ１の細長い液室２と第２液室列Ｌｑ２の細長い液室２の互いに反対側の部分に連通している。

この個別連通路４は、小断面積に形成されていて、個別流路３から液室２に流れる液体の流量を制限するようになっている。尚、アクチュエータ基板１がシリコン基板等で作成されている場合には、液室２，個別流路３および個別連通路４等はエッチングにより形成できる。
（ノズル板５、ノズル６）
各液室２，個別流路３および個別連通路４は、図１に示したように、アクチュエータ基板１の一面側（図1の下面側）への開放端がアクチュエータ基板１の一面に接合（固着）されたノズル板５で閉成されている。

このノズル板５は樹脂又は金属材料から形成され、このノズル板５には図１，図３，図４に示したように、各液室２にそれぞれ連通する複数のノズル６がノズル部として形成されている。この複数のノズル６は、図２に示すように、アクチュエータ基板１の短手方向（図２の左右方向）に向けて２列に配列されていて、短手方向に並設された２列の第１，第２ノズル列Ｎｚ１，Ｎｚ２を構成（形成）している。

この第１ノズル列Ｎｚ１のノズル６と第２ノズル列Ｎｚ２のノズル６は、図1，図２に示したように、第１液室列Ｌｑ１と第２液室列Ｌｑ２の隣接側に位置させられている。即ち、第１ノズル列Ｎｚ１のノズル６と第２ノズル列Ｎｚ２のノズル６は、第１液室列Ｌｑ１の液室２と第２液室列Ｌｑ２の液室２の互いに隣接する側の端部に連通している。
（振動板７）
また、本実施例では、液室２のアクチュエータ基板１の他面側端部は、アクチュエータ基板１の他面に設けられた薄膜状の振動板７で閉成されている。この振動板７は、ＳＯＩ(Silicon On Insurator)基板のＳｉＯ₂層から形成されている。また、アクチュエータ基板１が上述したようにガラスや薄い金属板の積層体の支持基板で形成されている場合、アクチュエータ基板１と別体のＳＯＩ基板をアクチュエータ基板１に接合又は固着して貼り合わせ、このＳＯＩ基板を薄膜状に研磨することにより、薄膜状のＳＯＩ基板を振動板７とすることができる。

また、アクチュエータ基板１が上述したようにシリコン基板等で作成されている場合にも、アクチュエータ基板１と別体のＳＯＩ基板をアクチュエータ基板１に接合又は固着して貼り合わせ、このＳＯＩ基板を薄膜状に研磨することにより、薄膜状のＳＯＩ基板を振動板７とすることができる。

尚、アクチュエータ基板１が上述したようにシリコン基板等で作成されている場合、シリコン基板の一面に薄膜状のＳｉＯ₂層を形成することにより、シリコン基板のＳｉＯ₂層が形成されていない部分をアクチュエータ基板本体（支持基板）とすることもできる。このアクチュエータ基板本体は図１ではアクチュエータ基板１となる。

そして、このシリコン基板に他面側からエッチング処理を施して複数の液室２を形成する際、ＳｉＯ₂層をエッチングストップ層として使うことができる。そして、この液室２を形成することにより、薄膜状のＳｉＯ₂層を図１の振動板７としてシリコン基板の一面に形成できる。このように振動板７をＳｉ_N（Ｓｉ０₂）などで成膜した薄膜振動板にすることにより、ＳＯＩ基板より安価になるので、コストダウンを図ることができる。尚、アクチュエータ基板１をシリコン基板から形成した場合には、振動板７をアクチュエータ基板１と一体に形成することもできる。

尚、この振動板７には、図１に示したように、個別流路３に対応して個別流路３に一致する連通路７ｐが形成されている。
（圧電素子８、配線）
また、図１に示したように、振動板７の液室２と反対側の面には、スパッタリングやゾルゲル(sol-gel)法などの加工方法によって形成された薄膜ＰＺＴ[即ちPb(ZrTi)O₃]が薄膜状の圧電素子（薄膜状圧電素子）８として設けられている。ただし、ここでは薄膜状の圧電素子（薄膜状圧電素子）８を薄膜ＰＺＴから形成しているが、圧電素子８はＰＺＴ以外の圧電素子でも良い。

この圧電素子８は、交流電圧が印加されることで膨張・収縮して振動板７を振動させて、この振動板７により液室２に圧力を作用させるので、振動板７と共にアクチュエータを構成している。また、複数の圧電素子８は、図５，図６に示したように、直線状に２列に配列されていて、２列の第１，第２圧電素子列Ｐｚ１，Ｐｚ２を構成（形成）している。ここで、図６において、７ａ，７ｂは振動板７における第１，第２圧電素子列Ｐｚ１，Ｐｚ２の並設方向の互いに反対の側縁部、７ｃは振動板７における第１，第２圧電素子列Ｐｚ１，Ｐｚ２の延びる方向の端部である。

この振動板７の液室２と反対側の面には、図６に示したように、側縁部７ａおよび端部７ｃに沿って延びる第１Ｃｏｍ配線(即ち第１Ｃｏｍパターン配線)９と、側縁部７ｂ及び端部７ｃに沿って延びる第２Ｃｏｍ配線(即ち第２Ｃｏｍパターン配線)１０がエッチング等により形成されている。そして、第１圧電素子列Ｐｚ１の各圧電素子８は第１Ｃｏｍ配線９に接続され、第２圧電素子列Ｐｚ２の各圧電素子８は第２Ｃｏｍ配線１０に接続されている。

また、振動板７の端部７ｃには、第１Ｃｏｍ配線９から分岐する入力端子９ａ，第２Ｃｏｍ配線１０から分岐する入力端子１０ａ形成されている。更に、振動板７の端部７ｃには、第１Ｃｏｍ配線９と第２Ｃｏｍ配線１０との間に位置させてＶｃｏｍ配線１１，１２が形成されていると共にＶｃｏｍ配線１１，１２から分岐する複数の入力端子１１ａ，１２ａが形成されている。また、振動板７の端部７ｃには、入力端子１１ａ，１２ａ間に位置させた複数の入力端子１３が形成されている。

上述した複数の液室２，ノズル６および圧電素子（薄膜状圧電素子）８は図１，図３，図４に示したように対応するものが符号を省略した液吐出ヘッド部（液吐出部）を構成している。この液吐出ヘッド部は、各液室２に対応して複数設けられていると共に、直線状に２列に配列されていて、２列の第１，第２の液吐出ヘッド部列（符号省略）を構成（形成）している。
（下フレーム板１４）
また、図１，図３，図４に示したように、振動板７上には下フレーム板（サブフレーム）１４が接合（固着）されている。この下フレーム板１４には、第１，第２圧電素子列Ｐｚ１，Ｐｚ２の各圧電素子８にそれぞれ臨む振動許容凹部１４ａが複数形成されている。この複数の振動許容凹部１４ａは、直線状で細長い液室２と同形状で、各液室２と一致して重なるように設けられている。

下フレーム板１４には、図１，図２Ａに示したように、第１，第２圧電素子列Ｐｚ１，Ｐｚ２間に位置して上下面に開口する配設空間１４ｂが形成され、配設空間１４ｂ内には振動板７上に固定した駆動用ＩＣ１５が制御装置（制御部、制御回路）として配設されている。この駆動用ＩＣ１５は、アンダーフィル剤１５ａにより封止されていて、裏面側が他部品と接触することのない状態となっている。

この駆動用ＩＣ１５は、振動板７上の圧電素子８を駆動制御するように各圧電素子８の一端に配線接続されていると共に、入力端子１１ａ，１２ａ，１３に配線接続されている。
（上フレーム板１６）
更に、図１に示したように、下フレーム板１４上には上フレーム板（上フレーム）１６が接合（固着）されている。この下フレーム板１４と上フレーム板１６の互いに反対側の側縁部には、図１に示したように、下フレーム板１４と上フレーム板１６に跨って形成され且つ第１，第２圧電素子列Ｐｚ１，Ｐｚ２の互いに反対側の側方に位置する第１，第２共通液室１７ａ，１７ｂがそれぞれ形成されている。この第１，第２共通液室１７ａ，１７ｂは、図２Ａに示したように、個別流路３の配列方向に沿って延びている。また、この上フレーム板１６の第１，第２圧電素子列Ｐｚ１，Ｐｚ２に対応する部分には、図１に示したように、第１，第２共通液室１７ａ，１７ｂにそれぞれ連通する供給口１６ａ，１６ｂが形成されている。尚、この供給口１６ａ，１６ｂは、例えば、第１，第２圧電素子列Ｐｚ１，Ｐｚ２の延びる方向の略中央又は端部側に位置させて上フレーム板１６に設けられる。
（ボンデイング部）
ノズル板５は各第１，第２ノズル列Ｎｚ１，Ｎｚ２の延びる方向（即ち各第１，第２ノズル列Ｎｚ１，Ｎｚ２のノズル６の配列方向）の寸法がアクチュエータ基板１の寸法よりも大きく形成されている。これにより、ノズル板５の各第１，第２ノズル列Ｎｚ１，Ｎｚ２の延びる方向の両端側には、図2〜図６に示したように、アクチュエータ基板１の端から突出する延設部５ａ（他方図示せず）が突出端部として形成されている。

この延設部５ａ上には、配線接続用のＦＰＣ（フレキシブル配線基板）１８の配線端部１８ａが配設されている。この配線端部１８ａの表面には複数の配線端子１９が並設されている。また、図３，図４に示したように、配線端部１８ａの裏面には裏打ち板２０が固着されている。この裏打ち板２０を延設部５ａに固着することにより、ＦＰＣ１８の配線端部１８ａが延設部５ａ上に取り付けられている。

この配線端部１８ａの複数の配線端子１９は、振動板７に設けた複数の入力端子１１ａ，１２ａ，１３にボンデイングワイヤ２１によりそれぞれボンデイング接続（ワイヤボンディング）されている。
（温度検出素子）
また、高密度液体吐出ヘッドには、図２Ａ，図５に示したように液室（個別液室）２のインク温度を検出させるサーミスタ等の温度検出素子（ヘッド温度検出素子）２２が設けられる。この温度検出素子２２は、液室（個別液室）２内のインク温度を精度良く検出することが望まれる。このため、温度検出素子２２は、液室（個別液室）２に隣接しているノズル板５やアクチュエータ基板１或いはアクチュエータ基板１の振動板７の上に設ける。

本実施例では、温度検出素子２２は、駆動用ＩＣ１５に隣接して振動板７の上面に設けている。この温度検出素子２２からの温度検出信号は駆動用ＩＣ１５に入力されるようになっている。
[作用]
次に、このような構成の高密度液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの他の構成条件や作用を説明する。
(i).印字開始前のノズル部（ノズル）のメンテナンス動作制御（印字前のノズル部（ノズル６）におけるメニスカス部のインク空吐出制御）
上記記載の通り、液体を吐出する複数のノズル６と、このノズル６が連通する液室２と、この液室２内の液体を加圧する圧力を発生させるためのアクチュエータ（振動板７と圧電素子８）と温度検出素子２２を有する高密度液体吐出ヘッドにおいて、アクチュエータ（振動板７と圧電素子８）はアクチュエータ基板１上に薄膜状に形成されている。また、このアクチュエータ基板１上に駆動用ＩＣ１５を実装している。そして、圧電素子８の駆動時には、圧電素子８と駆動用ＩＣ１５が発熱するため、発熱密度が高い構成であるとともにアクチュエータが基板１を通じて液室２内のインクに熱が伝わりやすい構成としている。

ただし、通常印字時は吐出されるインクにより排熱されるため、ヘッドの温度上昇を抑えることができる。

特に低温低湿度環境下で一定時間吐出されないノズル部（ノズル６）においては、メニスカス部で局部的な乾燥が起こりやすく、低温環境下ではインクの粘度が上昇するため、駆動力の弱い薄膜状の圧電素子８では大きな変位量を確保することが出来ない。このため、圧電素子８の駆動波形（振動波形）に液室２（個別液室）の共振駆動波形を利用しても、空吐出（正常にメンテナンス動作）することが困難となる。尚、メニスカス部は、ノズル６内のインクの先端が表面張力等によって凹んだり凸状に盛り上がったりする部分を言う。

ここでは、ノズル部（ノズル６）の空吐出前の予備加熱として、インクが吐出されない条件で駆動電圧波形を駆動用ＩＣ１５から圧電素子８に印加することで、インクによる排熱が起こらないため、液室２（個別液室）内のインク温度は上昇する。

即ち、駆動用ＩＣ１５に印字のための駆動電力が図示しない制御回路からＦＰＣ１８を介して供給されると、駆動用ＩＣ１５は圧電素子８に電圧を印加して圧電素子８を発熱させると共に自己発熱を開始する。この際、温度検出素子２２から温度検出信号が駆動用ＩＣ１５に入力される。

この状態で、図７に示したように駆動用ＩＣ１５は、ノズル部（ノズル６）の空吐出前に、時間ｔ１の環境温度Ｘ１から設定された印字温度(印字開始温度Ｘ２）よりも高い予備加熱温度Ｘ３になる時間ｔ２まで液室２（個別液室）内のインク温度を上昇させる。そして、駆動用ＩＣ１５は、温度検出素子２２からの温度検出信号から液室２（個別液室）内のインク温度が予備加熱温度Ｘ３になったのを検知すると、圧電素子８を振動（作動）させて、ノズル部（ノズル６）の空吐出を行わせる。これにより、ノズル部（ノズル６）からインクが吐出されて、液室２（個別液室）内の熱がインクと共に廃熱されて液室２内の温度が低下する。この液室２内の温度が時間ｔ３で印字温度(印字開始温度Ｘ２）になると、駆動用ＩＣ１５は印字を開始する。

このようにインクの空吐出動作を実施することで、ノズル部（ノズル６）におけるインク粘度は低下し、ノズル部（ノズル６）の乾燥したメニスカス部の振動も得られるため、空吐出が可能となる。

この空吐出による排熱で液室２（個別液室内）のインク温度は低下する。ここでの特徴としては、本ヘッド構成が発熱密度は高いが、各ノズル部（ノズル６）の熱容量は小さいため、ノズル部（ノズル６）からのインク排熱により急激に温度低下させることで、迅速にメニスカス部のインクの粘性を低くし且つ迅速に印字温度(印字開始温度Ｘ２）にできることにある。

このように液室２（個別液室内）の温度が所定以下の温度に早く戻ることから、メンテナンス動作時に印字動作までの開始時間を短縮することが出来るようになる。

空吐出波形としては、液室２（個別液室内）の共振周期と合わせることでメニスカス振動を大きくすることが出来、安定して空吐出することができるようになる。

本構成のように２列のノズル列に対して列間に駆動用ＩＣ１５をアクチュエータがアクチュエータ基板１上に実装していることから、駆動用ＩＣ１５の発熱をノズル列方向に均一に伝えることが出来、液室２（個別液室内）内のインクを予備加熱時に効率よく加熱することが出来る。

駆動用ＩＣ１５は、アクチュエータ基板１上にフリップチップ実装されており、図１のアンダーフィル剤１５ａにより封止されている。駆動用ＩＣ１５の裏面側は他部品と接触することなく、中空状態の構成となっている。

このため、駆動用ＩＣ１５で発生する熱は、効率よくアクチュエータ基板１に伝わる構成となっており、印字時にはインクによる排熱が効率よく行われ、予備加熱時には効率よく液室２（個別液室）内のインク温度を高くする効果を有している。
(ii).駆動用ＩＣ１５による圧電素子８の駆動電圧波形周期すなわち圧電素子８の駆動波形（振動波形）の制御
上記構成において圧電素子８の駆動波形（振動波形）等について説明する。

２列のノズル列間に駆動用ＩＣ１５を実装しているため、ＦＰＣ１８の接続端子はヘッドの短手方向に引き出す構成となる。つまり、図２Ａに示すとおり、圧電素子８への充放電時に流れる電流は第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２に集結され、駆動チャネル（ノズル）分だけの電流が流れることになる
ここで、予備加熱および空吐出等すべてのチャネル（ノズル）を連続して駆動すると、圧電素子８への充放電時にアクチュエータ基板１上の第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２に流れる電流が非常に大きくなる。このため、エレクトロマイグレーション等の問題を解決するため、配線の断面積を大きくする。この場合、配線厚を厚くするあるいは配線幅を広くする等の設計変更が必要となり、ヘッド構成としてコストアップを招くこととなる。

このため、予備加熱あるいは空吐出時における配線部の電流を低減するには、次のような対策をすると良い。

予備加熱時の駆動用ＩＣ１５による圧電素子８の駆動電圧波形周期すなわち駆動波形(振動波形）を、液室２（個別液室）の共振周期より長くすることで、第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２を流れる電流の実効電流を小さくしている。

ここで、各ノズル６又は各ノズル６に連通する各液室２（個別液室）若しくはノズル６と液室２に跨って形成される液通路（インク通路）を１チャネルとしたとき、駆動用ＩＣ１５による各チャネルに対応する圧電素子８の駆動制御は次のようにする。

以下の説明では、各液室２を１チャネルとして説明し、各液室２に対応する圧電素子８を駆動用ＩＣ１５により駆動して、各圧電素子８の発熱により各液室２を加熱するする場合、圧電素子８により加熱される液室２を駆動チャネルとして説明する。

予備加熱時の駆動用ＩＣ１５で駆動される圧電素子８により加熱される駆動チャネルをたとえば１チャネルおきに分割して、分割したチャネルの圧電素子８を駆動することで、第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２に同時に流れる電流を制限する一方で、この分割したチャネルの圧電素子８の駆動を高速にスイッチングして切り替えることで、全てのチャネルの圧電素子８を時間差で駆動し、全てのチャネル（ノズル６および液室２）を予備加熱する。

上記同様、複数のチャネルを分割駆動とするとともに、分割駆動される各チャネルの圧電素子８の駆動波形（駆動電圧波形周期）を液室２の共振周期よりも早くすることで、各チャネルの圧電素子８の発熱を大きくし、発熱効率を高めるとともに、配線部に流れる電流を制限することが出来る。

予備加熱時の駆動波形として波形の立上がり、立下り時間をインク吐出時の駆動波形よりも長くすることで、配線部に流れる最大電流および実効電流を低減することが出来る
空吐出時の駆動チャネルをたとえば１チャネル（１つのノズル６）おきに分割して、分割したチャネルの圧電素子８を駆動することで、複数の圧電素子８に同時に流れる電流を制限する一方で、複数の圧電素子８を高速でスイッチングして切替駆動することで、複数の液室２内の排熱も急速に出来るようになる。

図８は、この発明の他の実施例を示したものである。本実施例の高密度液体吐出ヘッドの基本構成は実施例１の構成と同じである。本実施例では、ノズル列の中央付近に供給口１６ａ（１６ｂ）が形成されている。供給口１６ａ（１６ｂ）の付近はインクを伝わっていくことから、供給口１６ａ（１６ｂ）の近傍の個別液室温度は両端部よりも温度が上がりにくい構成となっている。

このため、供給口１６ａ（１６ｂ）の近傍のチャネルについては、予備加熱による消費電力が大きくなるように制御している。

図９，図１０は、実施例３を示したものである。この実施例３は、実施例１の高密度液体吐出ヘッドをプリンタ等の画像形成装置に適用した例を示したものである。この実施例３の高密度液体吐出ヘッドの基本構成は実施例１に同じとなる。

この図９，図１０において画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４で駆動プーリ１０６Ａと従動プーリ１０６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト１０５を介して矢示方向（主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ１０３には、例えば、カラー画像形成用の記録ヘッド１０７が保持されている。この記録ヘッド１０７は、ブラック（Ｋ）の記録液（インク）の液滴（インク滴）を吐出する高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、シアン（Ｃ）の色の記録液（インク）の色の液滴（インク滴）を吐出する高密度液体吐出ヘッド１０７ｃ、マゼンタ（Ｍ）の色の記録液（インク）の液滴（インク滴）を吐出する高密度液体吐出ヘッド１０７ｍ、イエロー（Ｙ）の色の記録液（インク）の液滴（インク滴）を吐出する高密度液体吐出ヘッド１０７ｙを備えている。この高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙには、実施例1又は実施例２の高密度液体吐出ヘッドの構成が用いられている。

また、高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙは、主走査方向に沿う方向に配置されていると共に、液滴吐出方向が下方に向けて装着されている。なお、ここでは独立した高密度液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。

キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８にはインク供給チューブ１０９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。

一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した被記録媒体（用紙）１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された加圧コロ１２５Ａ及び先端加圧コロ１２５Ｂとを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。

ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。

帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。

さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。

また、背部には両面給紙ユニット１５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１５５は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。

さらに、図１０に示すように、キャリッジ１０３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１０７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構１５６を配置している。

この維持回復機構１５６は、記録ヘッド１０７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ１５７と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード１５８と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け１５９などを備えている。

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５Ｂで搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によってＡＣバイアス供給部から帯電ローラ１２６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト１２１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１０３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。
（記録用紙１１２への記録）
用紙１１２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙１１２を排紙トレイ１５４に排紙する。

また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１５５内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する
また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１０３は維持回復機構１５６側に移動されて、キャップ１５７で記録ヘッド１０７のノズル面がキャッピングされて、ノズル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、キャップ１５７で記録ヘッド１０７をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド１０７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード１５８でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１０７の安定した吐出性能を維持する。

このようにこの画像形成装置においては本発明に係る高密度液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備えるので、小型化、低コスト化を図るとともに吐出ヘッドサイズが同等で吐出可能なノズル数を増やせることから、更なる高速印刷も可能となる。なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。
（高密度液体吐出ヘッドの印字動作開始制御の構成）
この実施例の画像形成装置では、駆動前は画像形成装置が設置されている場所の環境温度（外部温度）により画像形成装置内（機内）の初期温度が決定され、この初期温度の状態から主走査モータ１０４や副走査モータ１３１等のモータを駆動したとき、このモータの発熱により機内温度が初期温度から上昇する。この機内温度は、高密度液体吐出ヘッドの印字性能に影響する。

このため、本実施例では、プリンタ等の画像形成装置内（機内）の雰囲気温度を検出するための機内温度検出素子（本体用温度検出素子）２３をキャリッジ１０３内に搭載している。

このような画像形成装置では、記録用の用紙１１２の高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙによる印字領域外で予備加熱動作をさせることにより、実施例１の液室２（個別液室）内のインク温度を上昇させる。しかも、高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙ内の温度検出素子２２の温度が所定以上になったときに空吐出波形を印加することで、メニスカス振動を大きくできることから安定して空吐出を行うことができる。空吐出されたインクによる排熱で液室２（個別液室）内の温度は低下する。

機内雰囲気温度よりも若干高い状態で、機内雰囲気温度に対してヘッド温度差の温度テーブルを持っており、その温度差が所定範囲内になったら印字動作を開始することができる。

これは、通常印字状態においても発熱と排熱のバランスにより、数℃上昇するためである。

ただ、実施例１のアクチュエータ基板１に形成されている電極およびアクチュエータ基板１自体の熱伝導率が高いことから、高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙ（以下、場合により単にヘッドと略称）内の温度均一性は確保することができる。

ここで、温度検出素子（場合により、ヘッド温度検出素子と略称）２２で検出されるヘッド温度検出信号からヘッド温度データが得られ、機内雰囲気温度検出素子２３からの機内温度検出信号から機内温度データが得られる。このヘッド温度データと機内温度データは随時リアルタイムで得られて図１１のヘッドコントローラ（ヘッド制御装置）２４に入力されるようになっている。このヘッドコントローラ２４は、高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙの印字動作の制御を行うようになっている。また、ヘッドコントローラ２４にはメモリＭが接続され、このメモリＭには温度テーブルデータが格納されている。

この温度テーブルデータとしては、例えば、表１に示したように画像形成装置の駆動開始時の機内雰囲気温度と印字動作を開始する温度差との関係を示すデータである。画像形成装置の駆動開始時の機内雰囲気温度が高いと、第１，第２共通液室１７ａ，１７ｂ内のインク温度が高いことから、機内温度が高いほど、機内雰囲気との温度差が小さくなってから印字動作を開始するように設定するデータである。

このような画像形成装置の本体シーケンスの構成としては、リアルタイムで得られるヘッド温度データと機内温度データおよび温度テーブルデータをヘッドコントローラ２４により演算して、空吐出動作から印字動作を開始する判断をする等の構成で実現できる。

この際、ヘッドコントローラ２４は、画像形成装置の駆動開始時の機内温度データを機内雰囲気温度検出素子２３で検出して画像形成装置の駆動初期の機内雰囲気温度とし、駆動初期の機内雰囲気温度に対応する印字開始温度差を求める。一方、ヘッドコントローラ２４は、リアルタイムで得られるヘッド温度データと機内温度データとの実温度差を演算する。

そして、ヘッドコントローラ２４は、図１２のステップＳ１の予備加熱動作をして、ステップＳ２で空吐出し、ステップＳ３でヘッド温度が適温になったか否かを表１の温度テーブルに基づいて判断し、ヘッド温度が適温になったと判断したとき即ち機内温度に対応する温度差が表１の備考に記載した温度差（印字開始温度差）となったときにステップＳ４に移行して空吐出動作から印字動作を開始する判断をさせる。

尚、ヘッドコントローラ（ヘッド制御装置）２４は、図示しないフレキシブルケーブルおよびキャリッジ１０３を介して、高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙに接続されていて、各高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙの駆動用ＩＣ（実施例１の駆動用ＩＣ１５）を介して実施例１の圧電素子８を駆動制御する。このようなヘッドコントローラ２４の機能は駆動用ＩＣ１５に持たせることもできる。

上記、空吐出動作後に印字を開始するヘッド部（高密度液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙ）の温度（ヘッド温度）に関して、機内雰囲気温度が高いと共通液室内のインク温度が高いことから、印字時の駆動波形電圧は低くなり、圧電素子８および駆動用ＩＣ１５での発熱が低くなることから、通常印字時の温度上昇幅が小さくなる。

このため、空吐出後のヘッド温度と機内雰囲気温度との差が大きいと印字中に温度が低下するため、駆動波形制御が困難となるため、機内雰囲気温度が高いほど、機内雰囲気との温度差が小さくなってから印字動作を開始するように設定する。

環境温度：１０℃において、１日保管した状態で動作を確認した。

環境温度：１０℃から全てのチャネル（ノズル６及び液室２）に対して、予備加熱波形を印加し、約１０秒後にはノズル板５上面温度が４０℃に到達。

その直後に空吐出動作を実施。

空吐出開始から数秒後にはノズル板５上面温度は１３℃以下まで冷却され、そのノズル板５上面温度に適した実際の駆動波形を印加することにより、すべてのチャネル（ノズル）において正常吐出することを確認した。
（補足説明１）
高密度液体吐出ヘッドでは、ヘッド構成を複雑化することなく、低温およびメニスカス乾燥状態でも安定して空吐出でき、その後印字動作に入れるようにするのが望ましい。また、高密度液体吐出ヘッドでは、インク吸引動作等によるメンテナンス頻度を低減するため、空吐出にてリフレッシュさせ、早期に正常吐出できるのが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドは、複数の液室２が設けられたアクチュエータ基板１と、前記複数の液室２からインクを吐出する複数のノズル６と、前記液室２の上部を閉成する薄膜状の振動板７および前記振動板７上に設けられた薄膜状の圧電素子８を有し、且つ、前記圧電素子８で前記振動板７を振動させることにより、前記液室２内のインクを加圧する薄膜状のアクチュエータと、前記アクチュエータ基板１上に設けられて前記圧電素子８を駆動制御させる駆動用ＩＣ１５と、前記液室２内の温度を検出するヘッド温度検出素子（温度検出素子２２）と、を備えている。そして前記駆動用ＩＣ１５が前記ヘッド温度検出素子（温度検出素子２２）からの検出温度信号に基づいて前記圧電素子８を駆動制御することにより、前記圧電素子８および前記駆動用ＩＣ１５は前記圧電素子８の駆動制御時にそれぞれ発熱して前記液室２内のインク温度を上昇させることができるようになっている。しかも、前記駆動制御は、印字開始前に前記ノズル６からインクが吐出しない条件で駆動電圧波形を前記圧電素子８に印加することにより、前記圧電素子８を発熱させると同時に自己発熱して、前記液室２内のインク温度を所定以上の温度とする前記液室２の予備加熱工程と、前記液室２内の液体(インク）が印字のための適温になるまで前記液室２内のインクを前記ノズルから空吐出をさせる空吐出工程と、前記液室２内の液体(インク）が印字のための適温になったときに前記ノズル６から前記液体(インク）を吐出させて印字動作を開始する印字工程と、を有する。

この構成によれば、高密度液体吐出ヘッドでは、インク吸引動作等によるメンテナンス頻度を低減するため、空吐出にてリフレッシュさせ、早期に正常吐出できる。

しかも、アクチュエータ基板１上に発熱体である圧電素子８と駆動用ＩＣ１５を実装し、インク不吐出状態では液室（個別液室）２内のインク温度を上昇させ、インク吐出時には排熱により急激に温度低下できる構成としているため、メニスカス乾燥時のメンテナンス動作において、インク吐出しない予備加熱工程と空吐出工程と空吐出により温度低下してから印字動作を行うことにより、吐出力の低い薄膜状の圧電素子８を有するヘッドにおいても安定したメンテナンス動作を実施することができるようになる。

尚、高密度液体吐出ヘッドの発熱密度を小さくまた、熱容量を小さくし高密度液体吐出ヘッドを加熱できる構成とし、通常インク吐出時はインク吐出により排熱できる構成としている。
（補足説明２）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、ヘッド構成を複雑化することなく、低温およびメニスカス乾燥状態でも安定して空吐出でき、その後印字動作に入れることが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて前記駆動用ＩＣ１５は、前記圧電素子８を駆動制御して、前記空吐出時のインク温度を印字動作時のインク温度よりも高くしている。

この構成によれば、上記予備加熱温度を印字動作時の温度より高くした状態で空吐出することでメニスカス振動を大きくでき、空吐出の確実性が大幅に向上できる。また、空吐出により排熱できるとともに、ヘッドの熱容量が小さいため、急激に温度は低下でき、そのまま印字動作に移行できる。
（補足説明３）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のアクチュエータ基板１上の配線パターンに流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板１上の配線膜厚（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２の膜圧）を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できるようにすることが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用ＩＣ１５は、前記圧電素子８の駆動電圧波形周期が前記液室の共振周期より長くなるよう、前記圧電素子８を駆動制御させるようになっている。

この構成によれば、予備加熱工程において、駆動電圧波形周期を液室（個別液室）２の共振周期より長くしていることにより、圧電素子８の充放電時に流れるアクチュエータ基板１上の配線部（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２）の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２の膜圧）を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
（補足説明４）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のアクチュエータ基板１上の配線パターン（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２）に流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板１上の配線膜厚（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２の膜圧）を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できるようにすることが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用ＩＣ１５は、前記複数の圧電素子８のうち同時に駆動制御する対象を切り替えることにより、前記圧電素子８の発熱で同時に予備加熱する前記液室２の数を制限するようにする。

この構成によれば、予備加熱工程において、同時に予備加熱するチャネル（ノズル）数を制限して、駆動チャネル（液室２）を切り替えて加熱することにより、圧電素子８の充放電時に流れるアクチュエータ基板１上の配線部（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２）の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２の膜圧）を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
（補足説明５）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のアクチュエータ基板１上の配線パターン（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２）に流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板１上の配線膜厚（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２の膜圧）を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できることが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用ＩＣ１５は、前記圧電素子８の前記駆動電圧波形の周期が前記液室２の共振周期より短くなるように前記圧線素子８を駆動制御させると共に、前記駆動電圧波形で同時に駆動制御する前記圧電素子８の対象を制限することにより、同時に予備加熱する前記液室２の数を制限する。

この構成によれば、予備加熱工程において、駆動電圧波形周期が共振周期より短く、同時に予備加熱するチャネル(液室２）の数を制限して、加熱することにより、圧電素子８の充放電時に流れるアクチュエータ基板１上の配線部（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２）の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２の膜圧）を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
（補足説明６）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のアクチュエータ基板１上の配線パターン（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２）に流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板１上の配線膜厚（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２の膜圧）を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できることが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用ＩＣ１５は、前記圧電素子８の駆動電圧波形の立上がり、立下り時間をインク吐出時の電圧波形よりも長く制御する。

この構成によれば、予備加熱工程において、駆動電圧波形の立上がり、立下り時間をインク吐出時の電圧波形よりも長くすることにより、圧電素子８の充放電時に流れるアクチュエータ基板１上の配線部（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２）の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２の膜圧）を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
（補足説明７）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備駆動時のインク供給口１６ａの近傍消費電力を大きくすることにより、第１，第２共通液室１７ａ，１７ｂのインクによる冷却作用を補い、ヘッドを均一に予備加熱できることが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記複数の液室２に連通する共通路（第１，第２共通液室１７ａ，１７ｂ）へインクを供給する供給口１６ａ，１６ｂが前記複数の液室２の一部に近接するように設けられていると共に、前記駆動用ＩＣ１５は、前記供給口１６ａ，１６ｂの近傍の前記液室２に対応する前記圧電素子８の予備駆動による消費電力を他の前記液室２に対応する圧電素子８の予備駆動による消費電力よりも大きくする。

この構成によれば、予備加熱工程において、供給口１６ａ，１６ｂの近傍チャネル（液室２）の予備駆動による消費電力を他のチャネル（液室２）よりも大きくすることで、供給口１６ａ，１６ｂの近傍はインクへの放熱により温度が上がりにくい構成となるが、ノズル列（第１，第２ノズル列Ｎｚ１，Ｎｚ２）に対して均一に温度上昇できるようになる。
（補足説明８）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、空吐出時のメニスカス振動を大きくし、メンテナンス動作を確実に実施できることが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用ＩＣ１５は、前記空吐出工程における前記駆動電圧波形を前記液室２の共振波形に制御する。

この構成によれば、空吐出波形において空吐出駆動は共振波形を印加することで、メニスカス振動を大きくでき安定した空吐出動作を実現できる。また、空吐出の駆動電圧を低くすることができ、低消費電力とすることができる。
（補足説明９）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、空吐出時のアクチュエータ基板１上の配線パターン（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２）に流れる電流を抑えることにより、アクチュエータ基板１上の配線膜厚を厚くしなくてもエレクトロマイグレーションを防止できることが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドの前記駆動用ＩＣ１５は、前記空吐出工程で前記複数の圧電素子８のうち同時に駆動制御させる対象を制限する制御をして、前記空吐出を同時にさせる前記液室２の数を制限すると共に、前記複数の圧電素子８のうち同時に駆動制御させる対象を切替制御することにより、前記複数の液室２のうち前記空吐出させる対象を切り替えるようにする。

空吐出動作において、同時に空吐出するチャネル数を制限して、チャネル（液室２）を切り替えて空吐出することにより、圧電素子８の充放電時に流れるアクチュエータ基板１上の配線部（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２）の最大電流と実効電流を小さくすることができ、エレクトロマイグレーション等の信頼性対策のために配線膜厚（第１，第２Ｃｏｍ配線９，１０、Ｖｃｏｍ配線１１，１２の膜圧）を厚くするなどが不要となり、コストアップを招くことがない。
（補足説明１０）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱時のノズル列内分布を均一化し、安定したメンテナンス動作を確保できるのが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣ１５は少なくとも二つのノズル列（第１，第２ノズル列Ｎｚ１，Ｎｚ２）間に実装されている。

この構成によれば、二つのノズル列（第１，第２ノズル列Ｎｚ１，Ｎｚ２）間に駆動用ＩＣ１５が実装されていることから、駆動用ＩＣからの発熱をノズル列（第１，第２ノズル列Ｎｚ１，Ｎｚ２）方向に均一に伝えることができ、予備加熱時に均一温度上昇ができるとともに、空吐出時に均一に温度低下できるようになる。
（補足説明１１）
また、低コストでノズル位置精度を確保できる画像形成装置を提供できるのが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて、空吐出後の印字動作を開始するヘッド温度は、機内雰囲気温度より高い温度であり、機内雰囲気温度との差を温度テーブルと比較して所定温度以下になることで判断する。

この構成によれば、空吐出後の印字動作を開始する温度は、機内雰囲気温度との差異が所定温度以下になった時点としている。これは、印字開始後の温度上昇を考慮して、空吐出後のインク温度が機内雰囲気温度よりも高い状態でも印字を開始するためで、印字開始後の温度変化を低くできるようにしている。
（補足説明１２）
また、高密度液体吐出ヘッドでは、予備加熱および空吐出動作後のヘッド温度は雰囲気温度よりも高くなっているが、印字時のインクによる排熱でヘッド温度変動が所定以下に抑えられるようにするのが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドにおいて、空吐出後の印字動作を開始するヘッド温度は、印字開始時の機内雰囲気との温度差が雰囲気温度が高いときほど、小さくなるように設定されている。

この構成によれば、空吐出後の印字動作を開始する温度は、印字開始時の機内雰囲気との温度差が雰囲気温度が高いときほど、小さくしている。これは、機内雰囲気温度にともないインク温度が高くなり、印字時の駆動波形電圧が低くなることから、印字動作時の温度上昇が小さくなることに対して、印字開始後の温度変化を低くできるようにしている。
（補足説明１３）
予備加熱および空吐出動作時の雰囲気温度が高いほうが、印字時のインクによる排熱でのヘッド温度変動が小さくなるため、空吐出終了後に印字を開始するまでの時間を短く出来るようにするのが望ましい。

このため、この発明の実施の形態の高密度液体吐出ヘッドは、駆動用ＩＣ１５を前記アクチュエータ基板１上にフリップチップ実装し、前記駆動用ＩＣ１５の裏面側を他の部材に接しない構成とする。

この構成によれば、駆動用ＩＣ１５をアクチュエータ基板１上にフリップチップ実装し、駆動用ＩＣ１５の裏面側を他の部材に接しない構成とすることで駆動用ＩＣ１５からはアクチュエータ基板１側へ熱伝達しやすい構成としている。これにより、予備加熱工程では効率よく加熱し、空吐出工程ではインクによる排熱により効率よく温度を低下できるようになる。
（補足説明１４）
また、この発明の実施の形態の画像形成装置は、上述した高密度液体吐出ヘッドを搭載している。

この構成によれば、低コストで安定したメンテナンス動作を確保できる画像形成装置を提供できる。また、薄膜状の圧電素子をアクチュエータとした高密度、低コスト高密度液体吐出ヘッドと搭載し、空吐出により安定したメンテナンス動作を実現できるため廃インク量を少なくできる画像形成装置を提供できる

１アクチュエータ基板
２液室
３個別流路
４個別連通路
５ノズル板
６ノズル
Ｎｚ１第１ノズル列
Ｎｚ２第２ノズル列
７振動板（薄膜状振動板）
８圧電素子（薄膜状圧電素子）
９第１Ｃom配線（第１Ｃomパターン配線）
１０第２Ｃom配線（第２Ｃomパターン配線）
１１Ｖcom配線（Ｖcomパターン配線）
１２Ｖcom配線（Ｖcomパターン配線）
１５駆動用ＩＣ（制御装置）
１６ａ供給口
１６ｂ供給口
１７ａ第１共通液室
１７ｂ第２共通液室
１８ＦＰＣ（フレキシブル配線基板）
２２温度検出素子
２３機内温度検出素子
２４ヘッドコントローラ

特開２００５-２５４４６３号公報特開平１１-１３８７９８号公報

Claims

複数の液室が設けられたアクチュエータ基板と、
前記複数の液室からインクを吐出する複数のノズルと、
前記液室の上部を閉成する薄膜状の振動板および前記振動板上に設けられた薄膜状の圧電素子を有し、且つ、前記圧電素子で前記振動板を振動させることにより、前記液室内のインクを加圧する薄膜状のアクチュエータと、
前記アクチュエータ基板上に設けられていると共に前記圧電素子を駆動制御させる駆動用ＩＣと、
前記液室内の温度を検出するヘッド温度検出素子と、を備え、
前記駆動用ＩＣが前記ヘッド温度検出素子からの検出温度信号に基づいて前記圧電素子を駆動制御することにより、前記圧電素子および前記駆動用ＩＣは前記圧電素子の駆動制御時にそれぞれ発熱して前記液室内のインク温度を上昇させることができる高密度液体吐出ヘッドであって、

前記駆動制御は、印字開始前に前記ノズルからインクが吐出しない条件で駆動電圧波形を前記圧電素子に印加することにより、前記圧電素子を発熱させると同時に自己発熱して、前記液室内のインク温度を所定以上の温度とする前記液室の予備加熱工程と、
前記液室内の液体が印字のための適温になるまで前記液室内のインクを前記ノズルから空吐出をさせる空吐出工程と、
前記液室内の液体が印字のための適温になったときに前記ノズルから前記液体を吐出させて印字動作を開始する印字工程と、
を有することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣは、前記圧電素子を駆動制御して、前記空吐出時のインク温度を印字動作時のインク温度よりも高くすることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣは、前記圧電素子の駆動電圧波形周期が前記液室の共振周期より長くなるよう、前記圧電素子を駆動制御させることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣは、前記複数の圧電素子のうち同時に駆動制御する対象を切り替えることにより、前記圧電素子の発熱で同時に予備加熱する前記液室の数を制限することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣは、前記圧電素子の前記駆動電圧波形の周期が前記液室の共振周期より短くなるように前記圧電素子を駆動制御させると共に、前記駆動電圧波形で同時に駆動制御する前記圧電素子の対象を制限することにより、同時に予備加熱する前記液室の数を制限することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣは、前記圧電素子の駆動電圧波形の立上がり、立下り時間をインク吐出時の電圧波形よりも長く制御することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記複数の液室に連通する共通路へインクを供給する供給口が前記複数の液室の一部に近接するように設けられていると共に、前記駆動用ＩＣは前記供給口の近傍の前記液室に対応する前記圧電素子の予備駆動による消費電力を他の前記液室に対応する圧電素子の予備駆動による消費電力よりも大きくしていることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣは、前記空吐出工程における前記駆動電圧波形を前記液室の共振波形に制御することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣは、前記空吐出工程で前記複数の圧電素子のうち同時に駆動制御させる対象を制限する制御をして、前記空吐出を同時にさせる前記液室の数を制限すると共に、前記複数の圧電素子のうち同時に駆動制御させる対象を切替制御することにより、前記複数の液室のうち前記空吐出させる対象を切り替えることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動用ＩＣは少なくとも二つのノズル列間に実装されていることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、空吐出後の印字動作を開始するヘッド温度は機内雰囲気温度より高い温度であり、機内雰囲気温度との差を温度テーブルと比較して所定温度以下になることで判断することを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、空吐出後の印字動作を開始するヘッド温度は、印字開始時の機内雰囲気との温度差が雰囲気温度が高いときほど、小さくなるように設定されていることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１に記載の高密度液体吐出ヘッドにおいて、駆動用ＩＣを前記アクチュエータ基板上にフリップチップ実装し、前記駆動用ＩＣの裏面側を他の部材に接しない構成とすることを特徴とする高密度液体吐出ヘッド。
請求項１〜１３のいずれか一つに記載の高密度液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置。