JP3956950B2

JP3956950B2 - 吐出ヘッド駆動方法及び吐出ヘッド製造方法並びに液吐出装置

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Publication number: JP3956950B2
Application number: JP2004100903A
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Inventors: 憲一児玉
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Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2007-08-08
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Description

本発明は吐出ヘッド駆動方法及び吐出ヘッド製造方法並びに液吐出装置に係り、特に高粘度液の吐出及び高速吐出に好適な吐出ヘッドの構造及び製造技術に関する。

近年、画像やドキュメント等のデータ出力装置としてインクジェットプリンターが普及している。インクジェットプリンターは記録ヘッドに備えられたノズル等の記録素子をデータに応じて駆動させ、該ノズルから吐出されるインクによって記録紙などの被記録媒体（記録メディア）上にデータを形成することができる。

インクジェットプリンターでは、多数のノズルを有する記録ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させ、該ノズルからインク滴を吐出させることによって被記録媒体上に所望の画像が形成される。

インクジェット記録装置では、印字ヘッドからインク滴を吐出させるためにインクの吐出力付与手段としてPZT 圧電素子などのアクチュエータを備え、該アクチュエータを駆動して吐出されるインクが蓄えられている液室（圧力室）を変形させることにより該液室内のインクに圧力を付与するものがある。

インクには空気と接触すると該インクの溶質が蒸発して粘度が上昇する性質を有している。したがって、上記方式を用いたインクジェット記録装置では、一定期間インクの吐出が行われないノズルでは内部インクの増粘が起こり、所定の吐出周波数で液滴を吐出できないことや、所定の吐出力を与えてもインク滴が吐出されない不吐出などの吐出異常が発生することがある。

一般に、粘度の高いインク（高粘度液）を吐出させるには、インク吐出時に該インクに所定の吐出力に比べて高い圧力（吐出力）を付与すればよいが、アクチュエータの性能や液室の形状によってインクに付与することができる圧力は制限される。また、高粘度液は粘度が低いインクに比べてインク流速が遅くなるのでリフィルに要する時間（回復時間）が長くなる傾向があり、打滴（吐出）周波数を上げることが難しくなる。

このような高粘度液の好ましい吐出を実現させるために、アクチュエータの構造、形状や液室の構造、形状及び打滴制御などに様々な工夫がなされている。

一方、印字速度の高速化要求に対して、該アクチュエータの駆動波形を工夫して印字ヘッドの打滴周波数を上げ、更に、前記印字ヘッドの構造やその制御及び、前記搬送手段の構成、搬送制御などを工夫して、印字速度の高速化を図っている。

特許文献１に記載されたインクジェットヘッドでは、液室の壁面の一部が振動板として形成され、該振動板上には下部電極、圧電膜、上部電極よりなる圧電素子が備えられており、該振動板の厚みよりも圧電膜の厚みが大きくなる等、液室の形状、大きさ及び、振動板の厚み、圧電膜の厚みが最適化されるように決められ、噴射特性のバラツキがなく、その設計の自由度を向上することができるように構成されている。

また、特許文献２に記載されたインクジェットヘッドでは、液室の上面に振動板を備え、該振動板の上には下から下部電極、圧電素子、上部電極の順に圧電素子を上部電極及び下部電極で挟みこむように下部電極、圧電素子、上部電極が配置される。該下部電極の短辺幅を該振動板の短辺幅より狭く、長辺幅を振動板の長辺幅より広くなるようにしたので、振動板の変位が大きくなり、インク滴の吐出量を多くすることができるように構成されている。
特開２００１−５８４０１号公報特開平１０−２１７４６６号公報

しかしながら、ピエゾ型圧電素子などのアクチュエータは、印字ヘッドの大きさや印字ヘッド内に設けられる液室の数（即ち、ノズル密度）等によって大きさや形状、構造が決められてしまうなどの、印字ヘッドの設計上の制限を受けてしまうことがある。また、液室を特殊な形状や構造を適用すると、製造時における工程の複雑化や工数の増加によって製造コストの上昇や歩留まりの低下を招く恐れがある。

特許文献１に記載されたインクジェットヘッドでは、該インクジェットヘッドを構成する部位の寸法関係を最適化し、従来では困難だった小型・高密度ヘッドを実現すると共に、性能向上と製造工程の安定化を実現しているが、この構造を有するインクジェットヘッドの好ましい制御方法については開示されていない。

また、特許文献２に記載されたインクジェットヘッドでは、振動板と圧電素子との大きさを最適化することによって振動板の変位を大きくしてインクの吐出量を多くしているが、圧電素子の制御については開示されておらず、また、高粘度液の吐出や高速打滴のその課題については開示されていない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、好ましい高粘度液の吐出及び高速打滴を実現すると共に複雑な製造工程を経ずに吐出ヘッドの製造が可能な吐出ヘッド駆動方法及び吐出ヘッド製造方法並びに液吐出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に係る発明は、吐出孔から被吐出媒体へ吐出させる液が収容される液室と、前記液室内の液に吐出力を与えるｄ31モードの変位方向に作用する圧電体と、前記圧電体の前記液室側の面に設けられる第１の電極を含む薄膜部材と、前記圧電体の前記液室と反対側の面に備えられる第２の電極と、前記第２の電極の前記圧電体と反対側の面に接合される保持板と、を備え、前記薄膜部材の厚さｄ1と前記第２の電極の厚さに前記保持板の厚さを加えた厚さｄ2とはｄ1＜ｄ2の関係を満たすとともに、前記保持板及び前記圧電体、前記薄膜部材は前記第１の電極及び前記第２の電極間への駆動電圧非印加時には前記液室の内側へ凸形状に湾曲する構造を有し、前記圧電体は、前記第２の電極から前記第１の電極に向う方向に分極処理が施される吐出ヘッドの駆動方法であって、前記圧電体は、前記第１の電極を基準として前記第２の電極に正の電圧からなる駆動電圧を印加するか或いは前記第２の電極を基準として前記第１の電極に負の電圧からなる駆動電圧を印加され、前記駆動電圧は、前記液室に収容されている液の非吐出時に前記保持板を静定させるときに前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加させる静定電圧Ｖaと、前記保持板を前記液室の外側に向かって変形させるように前記圧電体を駆動するときの前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加される引込電圧Ｖbと、前記圧電体を駆動して前記液室に収容されている液を吐出させるときの前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加される吐出電圧Ｖcと、を含み、前記静定電圧の絶対値｜Ｖa｜及び前記引込電圧の絶対値｜Ｖb｜、前記吐出電圧の絶対値｜Ｖc｜は｜Ｖc｜＜｜Ｖa｜＜｜Ｖb｜の関係を有することを特徴としている。

即ち、液室内の液に吐出力を付与する圧電体には、液室側の面には少なくとも第１の電極（液室側電極）を含んだ薄膜部材が設けられ、該液室と反対側の面に第２の電極 (振動板側電極）及び保持板（振動板）が設けられており、該薄膜部材の厚さの合計ｄ1 が、該第２の電極の厚さと該保持板の厚さの合計ｄ2 よりも小さくなるように構成されている。したがって、前記第１の電極及び前記第２の電極間に所定の電圧を印加させると、該液室の容積を拡大させるように前記保持板が変形され、一方、液を吐出させるときには圧電体に駆動電圧を作用させて該保持板を変形させる力の方向が該保持板を変形して元に戻ろうとする復元力の方向と一致するので、該保持板の変形速度が速くなり、高粘度液の吐出が可能になると共に高速での液吐出が可能になる。

第１の電極或いは第２の電極のうち何れか一方は圧電体を駆動する駆動電圧（駆動信号）が印加される個別電極として機能し、他方は駆動電圧の基準電位となる共通電極として機能する。

圧電体の液室側の面に設けられた薄膜部材は第１の電極のみで構成されてもよいし、該第１の電極と該第１の電極を支持する支持部材とから構成されてもよい。また、該支持部材は液室内の液に接触する部分の絶縁を確保する絶縁部材を含んでいてもよい。

なお、該薄膜部材が第１の電極のみで構成される場合には、少なくとも液室内の液に接触する部分には必要に応じて絶縁処理を施すことが好ましい。

一方、第２の電極に接合される保持板は、圧電体の歪みに応じて所定の方向に変形する振動板（加圧板）として機能する。

吐出ヘッドには、被吐出媒体の全幅に対応する長さにわたって液滴を吐出させる吐出孔が並べられたフルライン型吐出ヘッドや、被吐出媒体の全幅に対応する長さよりも短い長さにわたって液滴を吐出させる吐出孔が並べられた短尺ヘッドを被記録媒体の幅方向に走査させながら被吐出媒体上に液滴を吐出させるシリアル型吐出ヘッド（シャトルスキャン型吐出ヘッド）などがある。

また、フルライン型の吐出ヘッドには、被吐出媒体の全幅に対応する長さに満たない短尺の吐出孔列を有する短尺ヘッドを千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、被記録媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。

被吐出媒体には吐出ヘッドから吐出される液を受ける媒体であり、連続用紙、カット紙，シール用紙などの紙類や、ＯＨＰシート等の樹脂シート、フイルム、布、金属薄板、その他材質や形状を問わず様々な媒体を含んでいてもよい。なお、被吐出媒体は、被記録媒体、受液媒体、吐出 (記録）メディアなどと呼ばれる媒体を含んでもよい。

圧電体にはPZT （チタン酸ジルコン酸鉛）やチタン酸バリウムなどのセラミック系圧電素子を適用してもよい。

吐出される液が収容される液室は少なくとも１つの壁の変形によってその体積が変化し、該体積変化量に相当する液を吐出させる圧力室として機能する。該液室は管路（液流路）、絞り等を介して液の吐出孔と連通される。

第１の電極及び第２の電極間に印加される電圧によって形成される電界の方向と略直交する方向に歪みを発生させるｄ31モードの変位方向に作用する圧電体を用いると、該保持板を液室の容積を拡大させる方向 (及び液室を縮小させる方向）に変形させることができる。

例えば、圧電体の１つの面、該面の反対側の面にそれぞれ第１の電極及び第２の電極を備え、圧電体の厚み方向に電界を発生させると、圧電体は該電界と略直交する方向 (即ち、横方向）に歪む。その結果、第１の電極上に形成された保持板は圧電体に作用させる電界と略平行な方向に変形される。

請求項１記載の吐出ヘッドでは、液を吐出させる際に圧電体に印加する駆動電圧の絶対値は、非吐出時に保持板を静定させるときに印加させる静定電圧の絶対値より小さい絶対値を持つ電圧を印加すると、該圧電体は所定の方向に歪み、第１の電極に接合された保持板は所定の方向に変形される。

圧電体駆動時の印加電圧（吐出電圧）は、圧電体の分極の負側に印加される場合には正の電圧が印加され、圧電体の分極の正側に印加される場合には負の電圧が印加される。

前記吐出電圧及び静定電圧は電圧印加手段から印加される。電圧印加手段では、当該吐出ヘッド吐出制御を行う制御手段から送られる制御信号に応じて、圧電体に駆動電圧及び静定電圧を印加する。該電圧印加手段は当該吐出ヘッド内に搭載されていてもよいし、外部に設けられてもよい。

なお、第１の電極に接合される保持板は圧電体の歪みによって変形される振動板 (加圧板）として機能する。

また、請求項１記載の吐出ヘッドでは、非吐出時に保持板を静定させる静定電圧の絶対値より大きい絶対値を有する電圧を該圧電体に印加させると、該保持板は液室の外側に向かって該液室の容積を拡大させるように変形する。

言い換えると、非吐出時に保持板を静定させるときの印加電圧をＶa 、吐出動作の前に吐出孔内の液臨界面（メニスカス面）を液室内の引き込むために該液室の体積を拡大させるように該保持板を液室の外側に変形させる引き込み時の印加電圧をＶb 、液滴を吐出させるときの印加電圧（押し出し時の印加電圧）をＶc とすると、これらは、次式、
｜Ｖc ｜＜｜Ｖa ｜＜｜Ｖb ｜
の関係がある。

また、前記保持板及び前記薄膜部材、前記圧電体が前記第１の電極及び前記第２の電極間へ電圧非印加時には前記液室の内側へ凸形状に湾曲する構造を有すると、該保持板が変形する方向が常に同じ方向になり、保持板の応答性が上がり、吐出孔間の吐出特性ばらつきを抑えることができる。更に、駆動電圧を低電圧化することができ、駆動電圧を供給する電源の負荷を抑えることが可能になる。

また、前記目的を達成するために請求項２に記載された発明は、吐出孔から被吐出媒体へ吐出させる液滴が収容される液室と、前記液室内の液に吐出力を与える圧電体と、を備えた吐出ヘッドの製造方法であって、凸形状に湾曲させた保持板を形成する保持板形成工程と、前記保持板の凸形状面に第２の電極を形成させる第２の電極形成工程と、前記第２の電極の前記保持板と反対側の面にエアロゾルデポジション法によって前記圧電体を形成させる圧電体形成工程と、前記圧電体の前記第２の電極と反対側の面に、第１の電極を含むとともに前記第２の電極の厚さに前記保持板の厚さを加えた厚さｄ2との関係がｄ1＜ｄ2を満たす厚さｄ1を有する薄膜部材を形成させる薄膜部材形成工程と、前記液室の壁を成す流路層を形成させる流路層形成工程と、前記液室に収容された液を吐出させる前記吐出孔が設けられた吐出孔層を接合する吐出孔層接合工程と、を含むことを特徴としている。

即ち、各製膜工程にエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いると、凹凸形状や湾曲形状などの様々な形状を有する面に対して積層構造を形成させることが可能になる。言い換えると、各層が有する湾曲形状の形成が容易である。

該保持板には１つの湾曲形状が形成されてもよいし、複数の湾曲形状が形成されてもよい。請求項３によれば、請求項２に記載された発明は、前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくとも何れか一方は、エアロゾルデポジション法によって形成されることを特徴としている。また、請求項４によれば、請求項２又は３に記載された発明は、前記流路層は、エアロゾルデポジション法によって形成されることを特徴としている。

また、前記目的を達成するために請求項５に係る発明は、吐出孔から被吐出媒体へ吐出させる液が収容される液室と、前記液室内の液に吐出力を与えるｄ31モードの変位方向に作用する圧電体と、前記圧電体の前記液室側の面に設けられる第１の電極を含む薄膜部材と、前記圧電体の前記液室と反対側の面に備えられる第２の電極と、前記第２の電極の前記圧電体と反対側の面に接合される保持板と、を備え、前記薄膜部材の厚さｄ1と前記第２の電極の厚さに前記保持板の厚さを加えた厚さｄ2とはｄ1＜ｄ2の関係を満たすとともに、前記保持板及び前記圧電体、前記薄膜部材は前記第１の電極及び前記第２の電極間への駆動電圧非印加時には前記液室の内側へ凸形状に湾曲する構造を有し、前記圧電体は、前記第２の電極から前記第１の電極に向う方向に分極処理が施される吐出ヘッドと、前記圧電体に前記第１の電極を基準として前記第２の電極に正の電圧からなる駆動電圧を印加するか或いは前記第２の電極を基準として前記第１の電極に負の電圧からなる駆動電圧を印加する駆動手段と、を備え、前記駆動電圧は、前記液室に収容されている液の非吐出時に前記保持板を静定させるときに前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加させる静定電圧Ｖaと、前記保持板を前記液室の外側に向かって変形させるように前記圧電体を駆動するときの前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加される引込電圧Ｖbと、前記圧電体を駆動して前記液室に収容されている液を吐出させるときの前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加される吐出電圧Ｖcと、を含み、前記静定電圧の絶対値｜Ｖa｜及び前記引込電圧の絶対値｜Ｖb｜、前記吐出電圧の絶対値｜Ｖc｜は｜Ｖc｜＜｜Ｖa｜＜｜Ｖb｜の関係を有することを特徴としている。

即ち、高粘度液吐出及び、高速の吐出に好適な液吐出装置を実現することができる。

液吐出装置には、被記録媒体や記録メディアと呼ばれる被吐出媒体上にインク滴を打滴して画像を形成するインクジェット記録装置や、エポキシ基板、ガラス基板、ウエハなどに薬液、処理液、水などの液を吐出 (噴出）させて該メディア上に立体形状を形成するディスペンサなどが含まれていてもよい。

本発明によれば、圧電体の液室側の面に設けられる少なくとも第１の電極を含んだ薄膜部材の厚さが、該圧電体の液室と反対側の面に設けられる第２の電極の厚さに保持板の厚さを加えた厚さより小さくなるように構成されるので、該圧電体に所定の駆動電圧を印加すると、該液室の容積を拡大するように該保持板が変形される。一方、液滴の吐出時には第１の電極及び第２の電極間に印加された駆動電圧を放電させて、液室の外側に変形させた保持板が元の形状 (静定時の形状）に戻るように動作するので、該保持板の変形速度が速くなり、効率よく液を吐出させることができる。また、好ましい高粘度液の吐出、高速吐出が可能になる。

また、保持板を液室側に凸形状に湾曲させることで、該保持板の変位する方向が反転しない。したがって、異なる吐出孔間での吐出特性のばらつきを抑えることができる。

更に、湾曲形状などを有する部材（例えば、保持板）に電極層、圧電体層などを積層させるには、エアロゾルノズルから噴出されるエアロゾル（粉体）を該部材上に堆積させて薄膜層を形成させるＡＤ法を適用するとよい。

〔本発明に係るインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置の全体構成〕
図１は本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごと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、印字済みの記録紙１６（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

なお、本明細書上では「印字」という用語は、文字の形成のみならず、文字を含む広い意味での画像を形成する概念を表している。

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。

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或いは無線タグなど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クセが残り、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クセ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。

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（第１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。

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水平面（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３４が設けられており、この吸着チャンバ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３１、３２の少なくとも一方にモータ（図１中不図示，図５中符号８８として記載）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の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、或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・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・ニップ搬送すると、印字直後に記録紙１６の印字面をローラ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を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により形成される記録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に加熱空気を吹き付け、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記録紙搬送方向と直交方向（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）。詳細な構造例は後述するが（図３及び図４）、各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、図２に示したように、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の送り方向（以下、記録紙搬送方向という。）に沿って上流側から黒（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ごとに設けられてなる印字部１２によれば、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１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。但し、本例ではフルライン型の印字ヘッドを適用するが、本発明はシャトル型ヘッドにも適用可能である。

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、ライトマゼンタなど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、各タンクは不図示の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）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、各印字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などで構成される。

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、熱風を吹き付ける方式が好ましい。

多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパー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４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

こう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替える不図示の選別手段が設けられている。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とから構成される。

また、図１には示さないが、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る。

次に、印字ヘッドの構造について説明する。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、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。

図３(a) は印字ヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図３(b) はその一部の拡大図である。また、図３(c) は印字ヘッド５０の他の構造例を示す平面透視図である。記録紙面上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、印字ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の印字ヘッド５０は、図３(a) 〜(c) に示したように、インク滴が吐出されるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット５３を千鳥でマトリックス状に配置させた構造を有し、これにより見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。

即ち、本実施形態における印字ヘッド５０は、図３(a) ，(b) に示すように、インクを吐出する複数のノズル５１が記録紙搬送方向と略直交する方向に記録紙１６の全幅に対応する長さにわたって配列された１列以上のノズル列を有するフルラインヘッドである。

また、図３(c) に示すように、短尺の２次元に配列されたヘッド５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、印字媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。

各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１と供給口５４が設けられている。各圧力室５２は供給口５４を介して不図示の共通流路と連通されている。

圧力室５２の天面にはアクチュエータ（図３中不図示，図６中符号１０８として記載）が接合されており、該アクチュエータに設けられた電極（図３中不図示，図６中符号１０４として記載）に駆動電圧を印加することによって前記アクチュエータが変形してノズル５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、前記共通流路から供給口５４を通って新しいインクが圧力室５２に供給される。

かかる構造を有する多数のインク室ユニット５３を図４に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に配列させた構造になっている。主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなる。

即ち、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。以下、説明の便宜上、ヘッドの長手方向（主走査方向）に沿って各ノズル５１が一定の間隔（ピッチＰ）で直線状に配列されているものとして説明する。

なお、用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には、（１）全ノズルを同時に駆動する、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、（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等の駆動制御が行われ、記録紙１６の幅方向（記録紙搬送方向と直交する方向）に１ライン又は１個の帯状を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。

特に、図４に示すようなマトリクスに配置されたノズル５１を駆動する場合は、上記（３）のような主走査が好ましい。即ち、ノズル５１-11 、５１-12 、５１-13 、５１-14 、５１-15 、５１-16 を１つのブロックとし（他にはノズル５１-21 、…、５１-26 を１つのブロック、ノズル５１-31 、…、５１-36 を１つのブロック、…として）記録紙１６の搬送速度に応じてノズル５１-11 、５１-12 、…、５１-16 を順次駆動することで記録紙１６の幅方向に１ラインを印字する。

一方、上述したフルラインヘッドと用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ライン又は１個の帯状の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。

なお、本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されない。例えば、主走査方向に１列のノズル列を有する構造でもよい。また、本実施形態では、ピエゾ素子（圧電素子）に代表されるアクチュエータの変形によってインク滴を飛ばす方式が採用されているが、インクを吐出させる吐出力付与手段として用いられるアクチュエータはピエゾ素子に限定されない。また、圧電素子に機構系や制御系が備えられたハイブリッドタイプのアクチュエータを適用してもよい。

また、図示しないが、インクジェット記録装置１０には図１で説明したインク貯蔵／装填部１４を含んだインク供給系が設けられている。

インク供給系には、インクを供給するための基タンクであるインク供給タンク、フィルタ等が設けられている。

該インク供給タンクの形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口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変える場合には、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、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。

前記フィルタは、インク供給タンクと印字ヘッド５０の中間に設けられ、インク内の異物や気泡を除去するために機能する。フィルタ・メッシュサイズは、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。

また、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。該サブタンクは、印字ヘッド５０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５１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（不図示）と、ノズル面の清掃手段としてのクリーニングブレード（不図示）とが設けられている。

これらキャップ及びクリーニングブレードを含むメンテナンスユニットは、不図示の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。

キャップは、図示せぬ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。電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ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、ノズル面をキャップで覆う。

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、ある時間以上インクが吐出されない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してインク粘度が高くなってしまう。このような状態になると、該アクチュエータが動作してもノズル５１からインクを吐出できなくなってしまう。

このような状態になる前に（該アクチュエータの動作により吐出が可能な粘度の範囲内で）該アクチュエータを動作させ、その劣化インク（粘度が上昇したノズル近傍のインク）を排出すべくキャップ（インク受け）に向かって予備吐出（パージ、空吐出、つば吐き、ダミー吐出）が行われる。

また、印字ヘッド５０内のインク（圧力室５２内）に気泡が混入した場合、前記アクチュエータが動作してもノズルからインクを吐出させることができなくなる。このような場合には印字ヘッド５０にキャップを当て、吸引ポンプで圧力室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粘度上昇（固化）した劣化インクの吸い出しが行われる。なお、吸引動作は圧力室５２内のインク全体に対して行われるので、インク消費量が大きくなる。したがって、インクの粘度上昇が小さい場合には予備吐出を行う態様が好ましい。

クリーニングブレード（不図示）は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬブレード移動機構（ワイパー）により印字ヘッド５０のインク吐出面（ノズル板表面）に摺動可能である。ノズル板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をノズル板に摺動させることでノズル板表面を拭き取り、ノズル板表面を清浄する。なお、該ブレード機構によりインク吐出面の汚れを清掃した際に、該ブレードによってノズル５１内に異物が混入することを防止するために予備吐出が行われる。

図５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、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（制御手段）８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ（電圧印加手段）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（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）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、一旦メモリ７４に記憶される。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。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、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、メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってモータ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、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（打滴制御）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５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、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とを統合して一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１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに備えられたアクチュエータを駆動する。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。

不図示のプログラム格納部には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ７２の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。該プログラム格納部はＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェースを備え、メモリカードやＰＣカードを用いてもよい。もちろん、これらの記録媒体のうち、複数の記録媒体を備えてもよい。

なお、プログラム格納部は動作パラメータ等の記録手段（不図示）と兼用してもよい。

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。

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。

なお、図１に示した例では、印字検出部２４が印字面側に設けられており、ラインセンサの近傍に配置された冷陰極管などの光源（不図示）によって印字面を照明し、その反射光をラインセンサで読み取る構成になっているが、本発明の実施に際しては他の構成でもよい。

〔インク室の構造〕
次に、印字ヘッド５０に設けられたインク室の構造ついて詳説する。

図６は、インク室ユニット５３の立体的構成を示す断面図（図３中の６−６線に沿う断面図）である。

図６に示すように、インク室ユニット５３は、ノズル５１から吐出させるインクを収容する圧力室５２、圧力室５２の天面を形成する圧力室側保持板１００、圧力室側保持板１００の圧力室５２の反対側に形成され、下部電極１０２及び上部電極１０４に挟まれる構造を有する圧電体１０６が含まれるアクチュエータ１０８、アクチュエータ１０８の圧電体と反対側に形成される上部電極側保持板１１０から構成されている。なお、図６では図４に示した供給口５４は図を簡略化するために省略されている。

また、図６に示すように、圧力室５２の天面となる圧力室側保持板１００は圧力室５２側に凸となる形状を有し、圧力室側保持板１００上に形成されるアクチュエータ１０８及び上部電極側保持板１１０も圧力室側保持板１００に合わせて圧力室５２側に凸となる形状を有している。

圧力室側保持板１００は下部電極１０２に圧力室５２内のインクが接触しないように下部電極１０２の保護層として機能すると共に下部電極１０２を支持する機能を有し、シリコンやガラスエポキシ等などの絶縁性能を備えた部材が適用される。

また、下部電極１０２及び上部電極１０４には金、銀、銅、白金などの導電率が高く、薄板（薄膜）状に形成可能な金属部材が用いられ、フォトリソグラフィエッチング等の手法によって圧電体１０６の上面及び下面にパターン形成される。

この下部電極１０２及び上部電極１０４に挟まれるように形成される圧電体１０６にはPZT （チタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ₃）系圧電セラミックが適用される。もちろん、チタン酸バリウム（ＢａＴｉ０₃）など他の材質からなる圧電体を用いてもよい。

上述した下部電極１０２及び上部電極１０４のうち一方は個別電極となり、他方は共通電極となる。図６に示した例では、下部電極１０２は共通電極であり、他のアクチュエータの共通電極と接続される。また、上部電極１０４は個別電極であり、各アクチュエータへの駆動信号が印加される。なお、共通電極は装置に接地される（即ち、アースとして機能する）ことが好ましい。

なお、図７に示すように、下部電極１０２を個別電極、上部電極１０４を共通電極としてもよいし、圧力室側保持板１００を省略した構造としてもよい。圧力室側保持板１００を省略する場合には、個別電極となる下部電極１０２のインクと接する部分には耐インク処理及び絶縁処理が施される。上部電極１０４を共通電極とする態様では上部電極側保持板１１０を隣接するインク室ユニットと共通化させてもよい。更に、隣接するインク室ユニットと圧電体１０６を共通化させる電極分割型の構成を適用してもよい。

ここで、圧電体１０６には電圧の印加方向（作用する電界の方向）に対して略直交する方向（圧電横方向）に歪みを発生させるｄ₃₁モードの変位を発生させる圧電体が適用される。ｄ₃₁モードの圧電体の上面或いは下面（個別電極或いは共通電極が形成される面）に振動板 (加圧板）として機能する部材を備えると、該圧電体の横方向（電界と略直交する方向）の歪みに対して、該振動板を縦方向（電界と略平行の方向）に変形させることができる。

また、図６に示すように、アクチュエータ１０８の上部側に形成される上部電極側保持板１１０は、アクチュエータ１０８（圧電体１０６）の変位に応じて変形され、圧力室５２内のインクに吐出力を付与する振動板として機能し、主にシリコンなどの部材が用いられる。もちろん、上部電極側保持板１１０にSUS （ステンレス鋼）やアルミ合金などの金属薄板を用いてもよい。

ここで、インク室ユニット５３は、圧力室側保持板１００の厚さと下部電極１０２の厚さとの和ｄ1 が上部電極１０４の厚さと上部電極側保持板１１０の厚さとの和ｄ2 よりも小さく（薄く）なっている。即ち、圧電体１０６の上面側（圧力室と反対側）が下面側（圧力室側）より大きく（厚く）なるように構成されている。

言い換えると、圧電体１０６を駆動するための電極の厚さが該電極を保持するための板（部材）を含めて、圧力室側の電極（即ち、下部電極１０２）の厚さと圧力室側の電極を保持する板（即ち、圧力室側保持板１００）の厚さの和ｄ1 及び、圧力室と反対側の電極（即ち、上部電極１０４）の厚さと圧力室と反対側の電極の保持板の厚さの和ｄ2 との関係は、次式、〔数１〕に示すとおりである。

〔数１〕
ｄ1 ＜ｄ2
上記のように構成されたインク室ユニット５３に備えられたアクチュエータ１０８に図８に示したプラスの駆動電圧を印加させると、図９(a) 〜(c) に示すようにインク室ユニット５３の天面（振動板である上部電極側保持板１１０、以下、振動板１１０と記載）を変形させることができる。

即ち、アクチュエータ１０８の状態を図９(a) に示したように保持するために、図８に示す待機時の印加電圧Ｖa （静定電圧）がアクチュエータ１０８の個別電極に印加される（状態Ａ）。次に、図９(b) に示したメニスカスの引き込み時には、図８に示す引き込み時の印加電圧Ｖb （引込電圧）が印加され、振動板１１０はインク室と反対側へ変形される（状態Ｂ）。この動作によって圧力室５２の容積が拡大されるように振動板１１０が変形されて、不図示の供給口から圧力室５２へインクが供給させる。ここで、図９(c) に示した吐出時には、アクチュエータ１０８に図８に示す押し込み時の印加電圧Ｖc （吐出電圧）が印加されるとノズル５１からインク滴が吐出される（状態Ｃ）。ノズル５１からインク滴の吐出が行われると、アクチュエータ１０８には図８に示す待機時の印加電圧Ｖa が印加され、振動板１１０は図９(a) に示した状態に復帰する（状態Ｄ）。

図１０は、図８に示した波形の駆動信号（電圧）をアクチュエータ１０８に印加したときに振動板１１０を側面側から見たときの変形形状を示している。図１０に示すように、吐出動作の待機時（状態Ａ、Ｄ）には、図８に示した待機時の印加電圧Ｖa が印加され、振動板１１０は側面から見た形状が実線１２０で示した形状になる。また、引き込み動作時（pull時、状態Ｂ）には、振動板１１０は圧力室の反対側へ変形して、側面から見ると破線１２２で示した形状になる。更に、押し出し時（push時、吐出時、状態Ｃ）には振動板１１０は圧力室側へ変形して、側面から見ると一点破線１２４で示した形状になる。

待機時の印加電圧Ｖa 、引き込み時の印加電圧Ｖb 、押し出し時の印加電圧Ｖc の関係は、次式〔数２〕に示すとおりである。

〔数２〕
｜Ｖc ｜＜｜Ｖa ｜＜｜Ｖb ｜
これは、吐出時の印加電圧（押し出し時の印加電圧）Ｖc が待機時の印加電圧Ｖa や引き込み時の印加電圧Ｖb よりも低いことを示す。また、待機時の印加電圧Ｖa は引き込み時の印加電圧Ｖb よりも低いことを示している。

ここで、アクチュエータ１０８に用いられる圧電素子（圧電体）の分極方向について説明する。

図１１(a) 、(b) は、圧電素子１４０の分極方向と圧電体１４０に印加する電圧による圧電素子１４０の歪み方向を示す図である。

図１１(a) は分極の正（＋）側が印加電圧のアース（基準電位）になっている態様を示している。圧電素子１４０に矢印線で示した方向は圧電素子１４０の分極方向を示す。

図１１(a) に示すように、分極の負（−）側にプラスの電圧１４２を印加すると、圧電素子１４０はｄ31効果で横方向（矢印線ｋの方向）に収縮する。

即ち、図６乃至図１０に示したアクチュエータ１０８の駆動は、図８に示したプラスの印加電圧をアクチュエータ１０８の分極のマイナス側にアクチュエータ１０８の収縮を制御していることになる。

一方、図１１(b) に示す態様では、分極の負側が駆動電圧のアースとなっており、分極の正側にマイナスの電圧１４４を印加すると、圧電素子がｄ31効果で横方向（矢印線ｋの方向）に収縮する。

図１１(b) に示す態様において、分極の正側に、図１２に示すマイナスの電圧を印加すると、図１１(a) に示した態様において図８に示したプラスの電圧を印加した場合と同様に、アクチュエータ１０８の収縮を制御できる。

なお、図１１(a) に示す態様において、分極の負側にマイナスの電圧を印加すると圧電素子１４０は横方向（矢印線ｋと反対の方向）に伸びる動きとなる。同様に、図１１(b) に示した態様では、分極の正側にプラスの電圧を印加すると圧電素子１４０は横方向（矢印線ｋと反対の方向）に伸びる動きとなる。

一方、図１３は、従来技術に係るインク室ユニット５３’の立体的構成を示す断面図（図６及び図７に相当）であり、図１４は図１３に示した構造を有するインク室ユニットからインク滴を吐出させる際にアクチュエータ１０８’に与える駆動信号である。

図１３に示したインク室ユニット５３’は圧力室５２’の天面を形成する振動板１１０’上に振動板１１０’を変形させて圧力室５２’内のインクをノズル５１’から吐出させる吐出力を付与するアクチュエータ１０８’を備え、アクチュエータ１０８’の振動板１１０’と反対側の面には上面電極１０４’が設けられている。なお、下部電極１０２’は振動板１１０’と兼用されている。

一方、図１４に示した駆動信号は、待機時の印加電圧Ｖa'、引き込み時の印加電圧Ｖb'
、押し出し時の印加電圧Ｖc'の関係が、次式〔数３〕で表される。

〔数３〕
｜Ｖb'｜＜｜Ｖa'｜＜｜Ｖc'｜
また、図１３には図１０に示したように、図１４に示した駆動信号を印加したときの振動板１１０’の側面から見た形状が示されており、待機時（図１４の状態Ａ、Ｄ）には実線２２０で示すように、ある電圧Ｖa'を印加して圧力室５２’の容積を縮小させるように振動板１１０’を変位させる。また、引き込み時（図１４の状態Ｂ）には、待機時に比べて低い電圧Ｖb'を印加して振動板１１０’を破線２２２で示すように圧力室５２’の反対側へ（即ち、圧力室５２’の容積を一旦拡大させるように）変位させる。更に、押し出し動作時（即ち、吐出時、図１４の状態Ｃ）には、待機時の印加電圧Ｖa'よりも高い電圧Ｖc'を印加して振動板１１０’を一点破線２２４に示すように圧力室側へ変位させる。

図１０に示した、本発明に係る印字ヘッドが有するインク室ユニット５３では、吐出動作時（押し出し動作時）において、アクチュエータ１０８の駆動電圧（駆動信号）の変化によるアクチュエータ１０８（振動板１１０）の変化と、アクチュエータ１０８が初期状態に戻る方向が同じになる。即ち、アクチュエータ１１０に印加される電圧が高い電圧から低い電圧へ変化するとき（即ち、放電時）に吐出が行われる。

このようにアクチュエータ１０８を駆動して振動板１１０を変形させると、変形したアクチュエータ１０８及び振動板１１０が元の形状に戻ろうとする力をインクの吐出力に利用できるので、アクチュエータ１０８及び振動板１１０の動きがスムーズになり、吐出エネルギーの損失を少なくすることができる。

これに対して、図１３に示した従来技術に係る印字ヘッドが有するインク室ユニット５３’では、アクチュエータ１０８’の駆動電圧の変化によるアクチュエータ１０８’の変化とアクチュエータ１０８’が初期状態に戻る方向が逆方向になる。即ち、アクチュエータ１１０’に印加する電圧を低い電圧から高い電圧へ変化するときインクの吐出が行われ。

言い換えると、本発明に係る印字ヘッド５０が有するインク室ユニット５３では、アクチュエータ１０８に電気エネルギーを与えてアクチュエータを変位させる方向と、アクチュエータ１０８（振動板１１０）の機械的な復元力の方向が同じになるので、吐出時にインクに与えられる吐出エネルギーは前記エネルギーが足し合わされたエネルギーに相当し、より大きい吐出エネルギーを必要とする高粘度液の吐出に有利である。

図１５には、上面電極１０４の厚さに振動板（上部電極側保持板）１１０の厚さを加えた厚さｄ2 を大きく（厚く）したときの、圧力室５２の変位体積Δｗの変化を表すグラフである。

これは、収縮する圧電体（図６等の符号１０６）と収縮しない板状部材（図６の圧力室側保持板１００、下部電極１０２、上部電極１０４、振動板１１０）を貼り合わせたときにたわむ方向を示している。即ち、圧電体１０６の変形／収縮時にアクチュエータ１０８がどちら側にたわむかを示すバイメタル効果を表している。

図１５によれば、アクチュエータ１０８の上面側の厚さが下面側の厚さｄ1 と同じ（即ち、ｄ1 ＝ｄ2 ）場合には、圧力室５２の体積を減らすように圧力室５２の内側方向にアクチュエータ１０８が変位する。この状態からｄ2 を大きくすると、ｄ2 ＝ｄ20でアクチュエータ１０８に所定の駆動信号を印加させても圧力室５２の体積が変化しない（即ち、アクチュエータ１０８が変位しない）状態になる。更に、ｄ2 を大きくしｄ2 ＝ｄ2maxになると、圧力室５２の体積変化が最大になり、更にまたｄ2 を大きくすると、圧力室５２の体積変化は徐々に減少していく傾向がある。

したがって、圧力室５２内のインクをアクチュエータ１０８の１回の駆動でより多く吐出させるには、ｄ2 ＝ｄ2maxになるように上部電極１０４及び振動板１１０を形成するとよい。実際には上部電極の厚さに比べて振動板１１０の厚さは十分に大きいので、ｄ2 を大きくするためには振動板１１０の厚さを大きくする（即ち、振動板１１０の剛性を高くする）ことになる。

本実施形態には、振動板１１０等の圧力室天面の構成部材が圧力室側に凸形状となるように変形している態様を例示したが、本発明は図１６(a) 、(b) に示すような圧力室天面の構成部材が平面性を有していてもよい。

図１６(a) は駆動電圧オフ時を示し、図１６(b) は駆動電圧オン時を示している。

また、駆動電圧オン／オフによる振動板１１０の変形を図１７に示すと、駆動電圧オフ時（図８の待機時Ａに相当）には、図１７の符号３２０に示すように、振動板１１０は圧力室側及び圧力室と反対側の何れにも凸形状にならない。

一方、駆動電圧オン時（図８の引き込み時Ｂに相当）には駆動電圧オフ時を基準として正の電圧が印加され、図１７の符号３２２に示すように、振動板１１０は圧力室５２の外側に凸形状となるように変形する。

この状態からインクの吐出を行う場合には、駆動電圧をオフする（或いは駆動電圧オフ時を基準として負の電圧を印加する）と振動板１１０は符号３２２に示す圧力室５２の外側へ凸形状から圧力室５２の内側方向へ変形される。これは圧力室５２の外側へ凸形状に変形された振動板１１０が元の形状に戻ることと同じである。

なお、図１７に示した圧力室５２の外側及び内側の何れにも凸形状にならないフラットな振動板１１０には、図１８(a) の符号３２０’に示すように所定の範囲内で圧力室５２の外側に凸形状となるものや、図１８(b) の符号３２０”に示すように所定の範囲内で圧力室５２の内側に凸形状となるものが含まれてしまう。これは、振動板１１０や他の部材等の個体ばらつき（加工時のばらつきや製造工程上での変形）等によるものである。

図１８(b) に示した態様では、振動板１１０が圧力室５２の内部側に凸形状となり、駆動電圧を印加させると圧力室５２の外側へ変形されるので、動作中のアクチュエータ１０８の歪み方向（即ち、振動板１１０の変形方向）が反転してしまい、図１８(a) に示す態様と図１８(b) に示す態様では、ノズル間特性のばらつきを起こすことになる。

上記の如く構成された印字ヘッド５０では、振動板１１０をアクチュエータ１０８の圧力室５２と反対側に備え、振動板１１０の厚さに上部電極１０４の厚さを加えた厚さｄ2 を圧力室側保持板１００の厚さに下部電極１０２の厚さを加えた厚さｄ1 よりも大きくなる (即ち、ｄ1 ＜ｄ2 になる）ように構成したので、吐出時の駆動電圧（Ｖc ）印加によるアクチュエータ１０８の変形とアクチュエータ１０８の初期状態に戻る変形が同じ方向になる。したがって、アクチュエータ１０８の変形速度が速くなり、高粘度吐出及び高速吐出が可能になる。また、アクチュエータ１０８が吐出されるインクに与える吐出エネルギーの損失を抑制することができる。

また、アクチュエータ１０８を含んだ圧力室５２の天面形成部材の形状を圧力室５２の内側へ凸形状とすることで、アクチュエータ１０８の歪み方向が常に同じ方向になり、アクチュエータ１０８及び振動板１１０の動作が安定する。

また、振動板１１０がインクと直接接することがないので、振動板１１０に耐インク性等の性能が要求されないので、振動板１１０に適用する部材の選択範囲が広がる。

〔インク室ユニットの製造方法〕
次に、本発明に係る印字ヘッド５０が有するインク室ユニット５３の製造に使用するエアロゾルデポジション法（以下、ＡＤ法と記載）による成膜方法について説明する。

インク室ユニット５３は、図６等に示すように、複数の薄板状部材を積層させた構造を有している。

言い換えると、図６に示したインク室ユニット５３は、天面を形成する圧力室側保持板１００の上には、下部電極１０２となるAu、Cuなどの金属薄膜層が形成され、更に、下部電極１０２の上部には圧電体１０６となる圧電体層が形成される。更にまた、圧電体１０６の上には上部電極１０４となるAu、Cuなどの金属薄膜層が形成され、その上には振動板１１０となる上部電極側保持板層が形成される構造を有している。

上述した積層構造は、各層となる薄板 (薄膜）状部材を接着剤等を用いて貼り合わせて形成することができる（接着手段による接着工程）。

しかしながら、図６に示した振動板１０６のように湾曲した（凹凸形状を有する）板状部材に他の板状部材を精度よく貼り合わせることは難しく、また、接着強度不足や密着性不足などによって各層の剥離や接着不良等が起こり得る。

このような問題を解決するために、本発明に係る印字ヘッド５０が有するインク室ユニット５３は、少なくとも圧電体１０６となる圧電体層の形成工程にはエアロゾルと呼ばれる粒子を膜の被形成部材に噴出させて該膜を形成させるＡＤ法が適用される。

もちろん、上部電極１０４及び下部電極１０２となる金属薄膜層や圧力室の壁となる圧力室層やインク流路が形成される流路層などの形成工程にＡＤ法を用いてもよいし、印字ヘッド５０（圧力室ユニット５３）全体をＡＤ法を用いて形成させてもよい。

図１９は、ＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、原料の粉体４５１を収容するエアロゾル生成容器４５２を有している。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。

エアロゾル生成容器４５２には、キャリアガス導入部４５３、エアロゾル導出部４５４、振動部４５５が設けられている。キャリアガス導入部４５３から窒素ガス（Ｎ₂）等の気体を導入することによってエアロゾル生成容器４５２内に収容された原料の粉体が噴き上げられ、エアロゾルが生成される。その際に、振動部４５５によってエアロゾル生成容器４５２に振動を与えることにより、原料の粉体が攪拌され、効率よくエアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル導出部４５４を通って成膜チャンバ４５６に導かれる。

成膜チャンバ４５６には、排気管４５７、ノズル４５８、可動ステージ４５９が設けられている。排気管４５７は、真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ４５６内を排気する。エアロゾル生成容器４５２において生成され、エアロゾル導出部４５４を通って成膜チャンバ４５６に導かれたエアロゾルは、ノズル４５８から基板４５０に向けて噴射される。これにより、原料の粉体が基板４５０上に衝突して堆積する。基板４５０は、３次元に移動可能な可動ステージ４５９に載置されており、可動ステージ４５９を制御することにより、基板４５０とノズル４５８との相対的位置が調節される。

次に、図２０(a) 〜(f) を用いて、印字ヘッド５０（インク室ユニット５３）の製造に係る各層の形成工程について説明する。

図２０(a) には振動板成形工程（圧力室側保持板成形工程）によって形成された振動板１１０の断面を示している。振動板１１０には導電性樹脂が適用される。もちろん、ステンレス鋼（ＳＵＳ３００）やガラス、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などの酸化物セラミック系を用いてもよい。また、振動板１１０の湾曲形状はプレスによって成形される。もちろん、切削やエッチングなどの他の方法を用いて湾曲形状を形成してもよいし、例えば、プレスによって粗加工を行った後に切削や研磨によって仕上げを行うように、２種類以上の手法を組み合わせてもよい。

また、図２０(b) には上部電極形成工程によって上部電極１０４が形成された振動板１１０を示す。図２０(a) に示した振動板成形工程によって成形された振動板１１０の下面側にスパッタリング等の手法を用いて上部電極１０４を形成させる。

下部電極形成工程によって形成された上部電極１０４にはAu、Cu、Pt等の金属薄板が適用される。なお、上部電極１０４を個別電極として用いる場合には振動板１１０と上部電極１０４との間には絶縁層が形成される。

更に、図２０(c) には圧電体形成工程（PZT 形成工程）によって上部電極１０４の振動板１１０と反対側の面に圧電体１０６が形成された振動板１１０を示す。この圧電体形成工程には上述したＡＤ法が適用される。

また、図２０(d) には圧電体１０６の上部電極１０４と反対側面に下部電極１０２が形成された振動板１１０を示す。下部電極１０２には上部電極１０２と同一材質を適用してもよいし、異なる材質を適用してもよい。

ここで、図２０(e) には、図２０(a) から図２０(d) に示した工程を経て形成された振動板１１０等を含んだ圧力室５２の天面部材５００を圧力室プレート（流路プレート）５０２に接着剤などを用いて貼り合わせた状態を示す。

図２０(f) には、天面部材５００のうち不要な部分がエッチングなどによって取り除かれた状態を示している。このように形成された圧力室にノズル５１が形成されたノズルプレートの貼り付けを行うノズルプレート貼付工程、下部電極１０２及び上部電極１０４への配線を形成する配線工程を経て、インク室ユニット５３が形成される。

なお、図２０(a) 〜(f) に示した各工程はインク室ユニット５３の製造に必要最小限の工程を示しており、上記の工程以外に、熱処理工程 (アニール工程）やレジストパターニング工程などが含まれていてもよい。

本実施形態では、印字ヘッド５０（インク室ユニット５３）の製造において、圧電体形成工程にＡＤ法を適用したが、他の工程にも上述した方法に代わりＡＤ法を適用してもよい。

上記の如く構成された印字ヘッド５０の製造方法では、少なくとも圧電体形成工程にＡＤ法を適用したので、湾曲した振動板１１０上に湾曲した圧電体１０６を形成させることができる。

なお、本実施形態では液滴の吐出ヘッドとしてインクジェット記録装置に用いられる印字ヘッドを例示したが、本発明は、ウエハやガラス基板、エポキシなどの基板類等の被吐出媒体上に液類（水、薬液、レジスト、処理液）を吐出させて画像、回路配線、加工パターンなどの形状を形成させる液吐出装置に用いられる吐出ヘッドにも適用可能である。

本発明の実施形態に係る印字ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の基本構成図図１に示したインクジェット記録装置の印字周辺の要部平面図印字ヘッドの構造例を示す平面透視図図３に示した印字ヘッドのノズル配列を示す拡大図本実施形態に係る印字ヘッドを搭載した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本実施形態に係る印字ヘッドに設けられたインク室ユニットの立体構造を示す図３中の６−６線に沿う断面図図６に示したインク室ユニットの他の態様を示す図図６及び図７に示したインク室ユニットに備えられたアクチュエータの駆動電圧波形を示す図図８に示した駆動電圧を印加した際の図６に示したインク室ユニットの変化を示す図図８に示した駆動電圧を印加した際の図６に示した振動板の変化を示す図圧電素子の分極を説明する図図８に示した駆動電圧の他の態様を示す図従来技術に係る印字ヘッドに設けられたインク室ユニットの構造及び駆動電圧印加時の振動板の変化を示す図従来技術に係るアクチュエータの駆動電圧波形を示す図図６に示したｄ2 と図６に示したインク室ユニットの体積変化との関係を示す図図６に示したインク室ユニットの更に他の態様を示す図図８に示した駆動電圧を印加した際の図１６に示した振動板の変化を示す図図１６に示した振動板のばらつきによる振動板の変化の方向を示す図ＡＤ法による成膜装置を示す模式図本実施形態に係る印字ヘッドの製造工程を説明する図

符号の説明

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、５３…インク室ユニット、１００…圧力室側保持板、１０２…下部電極、１０４…上部電極、１０６，４００，４０２，４０４…圧電体、１０８…アクチュエータ、１１０…上部電極側保持板（振動板）、４０６，４０８…個別電極、４１０…共通電極

Claims

吐出孔から被吐出媒体へ吐出させる液が収容される液室と、前記液室内の液に吐出力を与えるｄ31モードの変位方向に作用する圧電体と、前記圧電体の前記液室側の面に設けられる第１の電極を含む薄膜部材と、前記圧電体の前記液室と反対側の面に備えられる第２の電極と、前記第２の電極の前記圧電体と反対側の面に接合される保持板と、を備え、前記薄膜部材の厚さｄ1と前記第２の電極の厚さに前記保持板の厚さを加えた厚さｄ2とはｄ1＜ｄ2の関係を満たすとともに、前記保持板及び前記圧電体、前記薄膜部材は前記第１の電極及び前記第２の電極間への駆動電圧非印加時には前記液室の内側へ凸形状に湾曲する構造を有し、前記圧電体は、前記第２の電極から前記第１の電極に向う方向に分極処理が施される吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記圧電体は、前記第１の電極を基準として前記第２の電極に正の電圧からなる駆動電圧を印加するか或いは前記第２の電極を基準として前記第１の電極に負の電圧からなる駆動電圧を印加され、
前記駆動電圧は、前記液室に収容されている液の非吐出時に前記保持板を静定させるときに前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加させる静定電圧Ｖaと、前記保持板を前記液室の外側に向かって変形させるように前記圧電体を駆動するときの前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加される引込電圧Ｖbと、前記圧電体を駆動して前記液室に収容されている液を吐出させるときの前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加される吐出電圧Ｖcと、を含み、前記静定電圧の絶対値｜Ｖa｜及び前記引込電圧の絶対値｜Ｖb｜、前記吐出電圧の絶対値｜Ｖc｜は｜Ｖc｜＜｜Ｖa｜＜｜Ｖb｜の関係を有することを特徴とする吐出ヘッド駆動方法。
吐出孔から被吐出媒体へ吐出させる液滴が収容される液室と、前記液室内の液に吐出力を与える圧電体と、を備えた吐出ヘッドの製造方法であって、
凸形状に湾曲させた保持板を形成する保持板形成工程と、
前記保持板の凸形状面に第２の電極を形成させる第２の電極形成工程と、
前記第２の電極の前記保持板と反対側の面にエアロゾルデポジション法によって前記圧電体を形成させる圧電体形成工程と、
前記圧電体の前記第２の電極と反対側の面に、第１の電極を含むとともに前記第２の電極の厚さに前記保持板の厚さを加えた厚さｄ2との関係がｄ1＜ｄ2を満たす厚さｄ1を有する薄膜部材を形成させる薄膜部材形成工程と、
前記液室の壁を成す流路層を形成させる流路層形成工程と、
前記液室に収容された液を吐出させる前記吐出孔が設けられた吐出孔層を接合する吐出孔層接合工程と、
を含むことを特徴とする吐出ヘッド製造方法。
前記第１の電極及び前記第２の電極のうち少なくとも何れか一方は、エアロゾルデポジション法によって形成されることを特徴とする請求項２記載の吐出ヘッド製造方法。
前記流路層は、エアロゾルデポジション法によって形成されることを特徴とする請求項２又は３記載の吐出ヘッド製造方法。
吐出孔から被吐出媒体へ吐出させる液が収容される液室と、
前記液室内の液に吐出力を与えるｄ31モードの変位方向に作用する圧電体と、
前記圧電体の前記液室側の面に設けられる第１の電極を含む薄膜部材と、
前記圧電体の前記液室と反対側の面に備えられる第２の電極と、
前記第２の電極の前記圧電体と反対側の面に接合される保持板と、
を備え、前記薄膜部材の厚さｄ1と前記第２の電極の厚さに前記保持板の厚さを加えた厚さｄ2とはｄ1＜ｄ2の関係を満たすとともに、前記保持板及び前記圧電体、前記薄膜部材は前記第１の電極及び前記第２の電極間への駆動電圧非印加時には前記液室の内側へ凸形状に湾曲する構造を有し、前記圧電体は、前記第２の電極から前記第１の電極に向う方向に分極処理が施される吐出ヘッドと、
前記圧電体に前記第１の電極を基準として前記第２の電極に正の電圧からなる駆動電圧を印加するか或いは前記第２の電極を基準として前記第１の電極に負の電圧からなる駆動電圧を印加する駆動手段と、
を備え、
前記駆動電圧は、前記液室に収容されている液の非吐出時に前記保持板を静定させるときに前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加させる静定電圧Ｖaと、前記保持板を前記液室の外側に向かって変形させるように前記圧電体を駆動するときの前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加される引込電圧Ｖbと、前記圧電体を駆動して前記液室に収容されている液を吐出させるときの前記第１の電極及び前記第２の電極間に印加される吐出電圧Ｖcと、を含み、前記静定電圧の絶対値｜Ｖa｜及び前記引込電圧の絶対値｜Ｖb｜、前記吐出電圧の絶対値｜Ｖc｜は｜Ｖc｜＜｜Ｖa｜＜｜Ｖb｜の関係を有することを特徴とする液吐出装置。