JP4561440B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドに係り、特に、圧力室内のインク圧力を検出することにより吐出不良を検出する圧力センサを備えた液体吐出ヘッドに関する。

従来より、画像形成装置として、多数のノズル（液体吐出口）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、被記録媒体に向けてノズルからインク（インク液滴）を吐出することにより、被記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。

このようなインクジェット記録装置におけるインク吐出方法として、従来から様々な方法が知られている。例えば、圧電素子（圧電セラミック）の変形によって圧力室（インク室）の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を変化させ、圧力室の容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出する圧電方式が知られている。

インクジェット記録装置のようなインクジェットヘッドを有する画像形成装置においては、インクを貯蔵するインクタンクからインク供給路を介してインクジェットヘッドにインクを供給し、上記圧電方式やその他様々な吐出方法でインクを吐出しているが、インクの吐出量、吐出速度、吐出方向及び吐出されるインクの形状（体積）等が、常に一定となるように安定して吐出する必要がある。

しかし、印字中においては、印字の指示があった場合に直ちに印字が実行されるようにインクジェットヘッドのノズルには常にインクが満たされており、ノズルのインクは空気にさらされているため、長時間吐出が行われないノズルのインクが乾燥し、インク粘度が高くなり適性なインク液滴を吐出出来なかったり、ノズルが目詰まりして不吐出になったりすることがある。また、インク供給路内等に混入した気泡が溜まり、インク供給を遮断したり、あるいは長時間吐出を続けていることにより、インクのリフィルが遅れ、吐出不良が発生する場合もある。

これらの様々な原因により、上述したように不吐出となったり、安定したインク吐出が行われなくなった場合には、吐出ヘッドのメンテナンスを行う必要がある。頻繁にメンテナンスを行うようになると、記録効率が低下する。そこで、従来より、インクを安定して吐出し、安定した画像記録を行うための様々な工夫が提案されている。

例えば、圧力室に生じる圧力変化を検出するセンサを圧力室内に設け、該センサによって検出された圧力波の反射成分に応じて第２の波形を発生することによって、意図しないサテライトインク滴の放出を抑え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）。

また例えば、圧力室内の圧力波を検出する圧力変動検出手段を備え、圧力変動検出手段によって検出された圧力波に基づいて、圧力室の固有特性およびその固有特性にあった液滴噴射用の駆動電圧波形を算出し、その駆動電圧波形を用いて噴射液を噴射することにより、常に圧力室内の圧力波の特性にあった駆動波形を圧電素子に印加す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）。

また例えば、圧力室内の圧力を検出する圧力センサを振動板と加圧機構の間に設け、圧力センサからの検出出力に応じて、加圧機構が振動板に与える圧力が一定となるように、圧力室内のインクに与える圧力を常に一定にして、記録する文字や画像を常に同等の品質に保つようにしたものが知られている（例えば、特許文献３等参照）。
特開２０００−９４６７５号公報 特開平７−１３２５９２号公報 特開平５−１８５５９０号公報

しかしながら、上記特許文献に記載されたものは、それぞれ各圧力室に圧力室内のインク圧力を検出する圧力センサを設けているが、いずれも圧力室及び圧力センサは１次元に単層に配置されており、このような構造で圧力室及び圧力センサを２次元マトリクス状に、高密度に配置しようとすると、各圧力センサからの配線を敷設することは密度的に困難であり、高密度化できないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、圧力室及び圧力センサと各圧力センサから引き出される電気配線を高密度に配置することを可能とした液体吐出ヘッド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、液体を吐出するノズルを有する複数の圧力室が２次元マトリクス状に配置された液体吐出ヘッドであって、前記複数の各圧力室に対して設けられた、該圧力室内に前記液体を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段と、前記複数の圧力室に対して、前記圧力発生手段によって発生された前記圧力室内の圧力を検出する、少なくとも２層以上に形成された圧力センサ素材と、前記複数の各圧力室に対して、前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうちの１層のみに対して該圧力センサ素材の両面に配置された、該圧力センサ素材を有効検出部とするための電極と、を備え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、圧力センサ素材を有効検出部とする電極からの検出信号を出力する電気配線を高密度化することが可能となる。

また、請求項２に示すように、前記２層以上に形成された圧力センサ素材の積層数が、ｎを正の整数として、ｎ層であるとき、前記ｎ層中の１層の圧力センサ素材について、前記２次元マトリクス状に配置された前記圧力室の行または列について（ｎ−１）個置きに、前記圧力センサ素材の有効検出部を設けるとともに、前記有効検出部を設けていない前記行または列の部分に前記有効検出部の電極から引き出した電気配線を配置したことを特徴とする。

これにより、圧力センサ素材を有効検出部とする電極からの電気配線のさらなる高密度化が可能となり、製造工程も容易となる。

また、請求項３に示すように、前記２層以上に形成された圧力センサ素材は、前記圧力室に近い層の圧力センサ素材の感度より、前記圧力室から遠い層の圧力センサ素材の感度を高くしたことを特徴とする。

これにより、検出回路側から見たときに、各層間の圧力センサ素材の感度を均一化することが可能となる。

また、請求項４に示すように、前記２層以上に形成された圧力センサ素材は、前記圧力室に近い層の圧力センサ素材の厚みより、前記圧力室から遠い層の圧力センサ素材の厚みを厚くしたことを特徴とする。

これにより、各層間で圧力センサ素材に同一の材料を使用することが可能となり、製造が容易となる。

また、請求項５に示すように、前記２層以上に形成された圧力センサ素材は、前記圧力室に近い層の圧力センサ素材のｇ定数より、前記圧力室から遠い層の圧力センサ素材のｇ定数を大きくしたことを特徴とする。

これにより、各層間で、圧力センサ素材を均一の層膜厚で設計することが可能となり、製造が容易となる。

また、請求項６に示すように、前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうち前記圧力室から遠い層に有効検出部がある領域において前記圧力室に近い層の圧力センサ素材の厚みは周辺よりも厚みが薄いことを特徴とする。

また、請求項７に示すように、前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうち前記圧力室から遠い層に有効検出部がある領域において前記圧力室に近い層の圧力センサ素材は開口であることを特徴とする。

これにより、下の層の圧力センサ素材が上の層の圧力センサ素材から受ける影響を少なくすることができる。

また、請求項８に示すように、前記圧力センサ素材は、圧電体を用いた圧力センサ素材であり、前記圧力室に近い層の圧力センサ素材の電極面積より、前記圧力室から遠い層の圧力センサ素材の電極面積の方が大きいことを特徴とする。

これにより、各層間で、圧力センサ素材に同一の材料を用い、均一の膜厚とすることが可能であり、製造適正を良好にすることができる。

また、請求項９に示すように、前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうち、前記圧力室に近い側の圧力センサ素材は、外部に配線を引き出す位置から遠い側には前記有効検出部を高密度に配置し、外部に配線を引き出す位置から近い側には前記有効検出部を低密度に配置したことを特徴とする。

また、請求項１０に示すように、前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうち、前記圧力室に遠い側の圧力センサ素材は、外部に配線を引き出す位置から遠い側には、前記圧力室に近い側の圧力センサ素材に前記有効検出部が配置された圧力室においては前記有効検出部を配置せず、外部に配線を引き出す位置から近い側には前記有効検出部を低密度に配置したことを特徴とする。

これにより、各圧力室に対応した有効検出部を圧力室に近い層及び遠い層で均等に分けるのではなく、配線密度を考慮してできるだけ圧力室に近い層に有効検出部を配置することで、センサとしての特性が良好な圧力室に近い層に有効検出部を増やすことができ、圧力検出の精度を高めることができる。

以上説明したように、本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、圧力センサからの検出信号を出力する電気配線を高密度化することが可能となる。

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備えた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（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。

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、正方形の場合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の印字ヘッド５０に対して、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６１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を清浄化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、吐出駆動用の圧電素子（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（圧電素子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電素子を動作させ、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、圧電素子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してもよい。

なお、後述するように、不吐出検出手段による検出結果に応じてこのようなパージ、あるいは吸引というようなヘッド（ノズル）の回復動作が適宜行われる。

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主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ヒーター８９を駆動するドライバである。このヒーター８９は、後乾燥部４２用のヒーター及びインク加熱用のヒーターを含んでいる。インク加熱用のヒーター８９は、詳しくは後述するが、インク粘度が上昇して不吐出の虞があるときに、インクを加熱してインク温度を上昇させてインク粘度を下げ、不吐出を防止するものである。このインク加熱用のヒーター８９は、特に限定されず、インクタンク６０に設けられてインク全体の温度を上げるようにしてもよいし、各印字ヘッド５０毎（例えば各印字ヘッド５０へのインク供給路等）に設けられ各印字ヘッド５０毎にインク温度を制御するようにしてもよい。さらに、各圧力室５２毎あるいは複数の圧力室５２を含む領域毎のインク温度を制御できるようにしてもよい。

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、該印字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の圧電素子を駆動する。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、打滴のバラツキなど）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。

なお、吐出状態（不吐出や飛翔方向の曲がり等の吐出不良）を検出する手段（不吐出検出手段２７）として、印字ヘッド５０の圧力室５２内のインク圧力を検出することで吐出不良を検出する圧力センサが設けられている。特に本実施形態は、各圧力室５２に対して圧力センサ素材を２層に配置し、各圧力室５２に対し一つの圧力センサ素材のみが圧力センサとして機能するように電気配線を工夫したものである。これについて、詳しくは後述する。

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ようになっている。また、吐出状態に影響を与える周囲環境の変化を測定する手段として、例えば周囲温度の変化を測定する温度センサ２５を印字ヘッド５０に備えるようにしてもよい。この場合プリント制御部８０は、例えば温度センサ２５が検出したインク温度を用いて、予め設定されているインク特性に応じたインク温度とインク粘度との関係から、インク粘度を算出し、吐出状態を判断する。他に吐出状態に影響を与える周囲環境の変化としては、湿度、気圧などが考えられる。

また、プリント制御部８０は、印字検出部２４あるいはこの他に設置された不吐出検出手段２７からの検出信号を受けて、必要に応じてシステムコントローラ７２を介してメンテナンスユニット６１を駆動して印字ヘッド５０の回復動作（メンテナンス）を行う。この不吐出検出及び回復動作については、詳しくは後述する。

本実施形態では、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、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して、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ている。さらに、圧力室５２を変形する圧電素子の電極（個別電極）に駆動信号を供給する圧電素子配線を、各個別電極から垂直に立ち上げて、共通液室の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が複数の圧力室５２に共通の１枚のプレートとして配置されている。また、振動板５６上の各圧力室５２に対応する部分には、上下を電極で挟んだピエゾ等の圧電体で構成される圧電素子５８（圧力発生手段）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上に柱状の駆動配線９０が圧電素子５８が形成される面に対して垂直に立ち上がって形成されている。この垂直に立ち上がった駆動配線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、圧力室５２の底面の下側には、圧力室５２内のインク圧力を検出するための不吐出検手段２７（圧力センサ）としての圧力センサ素材９４が設けられている。圧力センサ素材９４としては、特に限定されるものではないが、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）（ポリフッ化ビニリデン三フッ化エチレン共重合体）等の圧電素子層が好適に例示される。

ＰＶＤＦは、上記振動板５６と同様に、複数の圧力室５２に対して共通の積層シートとして配置され、各圧力室５２下側の圧力検出範囲にそれぞれ電極を配置して各圧力室５２毎の圧力を検出することができるようになっている。電極は、印刷による形成や、蒸着、スパッタにより金属を付けて不要部をエッチング的方法による形成や、不要部を覆ったメタルマスクを用いて蒸着、スパッタにより金属をつける方法によって形成する。

また、本実施形態では、圧力センサ素材９４は、圧力室５２の下側に２層に形成される。すなわち、ＰＶＤＦのプレートが２枚配置され、その間に絶縁層が形成され、各ＰＶＤＦのプレートの両面を電極で挟むように形成される。なお、圧力センサ素材９４は２層に配置されているが、各１つの圧力室５２に対して実際に圧力を検出する圧力センサとして機能する有効検出部となるのは２層のうちの１つのみであり、２層のＰＶＤＦのうちの一方にのみ検出に有効な電極が対向して配置されるようになっている。例えば、２次元マトリクス状に配列された各圧力室５２の列毎に交互に、２層のＰＶＤＦの上層、下層に電極を振り分けて配置する。これにより、ＰＶＤＦの各層についてみると、各層において対応する圧力室５２の列に対し、１列おきに電極が配置されるようになっている。またこのとき、電極が配置されない空いた部分に、各電極から引き出された電気配線を（水平方向に）通すようにすることで、電気配線の高密度化が実現される。

また図７に示すように、振動板５６とフレキシブルケーブル９２との間の柱状の駆動配線９０が垂直に立ち並んで形成された空間は、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。

この垂直に柱のように立ち上がった駆動配線９０は、その形状からエレキ柱と呼ぶ場合もある。このように、駆動配線（エレキ柱）９０は、共通液室５５の中を貫通するように形成される。

なお、ここに示した駆動配線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つの駆動配線９０とするように複数の圧電素子５８に対して１つの駆動配線９０が対応するようにしてもよい。この場合、複数の圧電素子５８の個別電極に接続された複数の配線は各々独立（絶縁）された状態で束ねて、１つの駆動配線９０として構成する。このように柱状の駆動配線９０の本数を減らすと共通液室５５中におけるインクの流路抵抗を減少させることができる。

図７に示すように各圧力室５２においては、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。

上述したように、振動板５６は各圧力室５２に共通に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を貫通する駆動配線９０（エレキ柱）が形成される。柱状の駆動配線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、駆動配線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、各駆動配線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、駆動配線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。

図８に、本実施形態の印字ヘッド５０の一部を拡大して、正面透視断面図として示す。

図８に示すように、圧力室５２の上面を形成する振動板５６の上に圧電素子５８が形成され、その上に圧電素子５８上の個別電極５７と電気的に接続する柱状の駆動配線９０が形成され、その上に多層フレキシブルケーブル９２が形成されている。そして、柱状の駆動配線９０によって形成される振動板５６と多層フレキシブルケーブル９２との間の空間が共通液室５５となっており、インク供給口５３を介して共通液室５５から圧力室５２にインクが供給されるようになっている。

また、圧力室５２の下側には圧力センサ素材９４が形成されている。圧力センサ素材９４は、上層９６と下層９８の２層で構成されている。上層９６と下層９８の間には絶縁層が形成され、上層９６、下層９８のうち一方のみに対して電極が配置され、有効検出部として機能し、その電極から検出信号を取り出す電気配線（対）１００（あるいは１０２）が引き出され、印字ヘッド５０外のコネクタ１０４に接続している。

圧力センサ素材９４の下側には、ノズル流路１０６ａが形成されたＳＵＳのノズル流路プレート１０６が形成され、ノズル流路プレート１０６の下にはノズル５１が形成されたノズルプレート１０８が形成されている。また、圧力センサ素材９４を構成する上層９６、下層９８にも、圧力室５２とノズル流路１０６ａを連通するための穴９６ｄ、９８ｄがそれぞれ形成されている。

図９に、このような印字ヘッド５０を構成する圧電素子５８より下側を構成する各要素を分解して側面図で示す。

図９に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、各種薄膜層を積層して形成されている。この積層の下の方から説明すると、まず図９に示すようにノズル５１が形成されたノズルプレート１０８が接着層１１０を介してＳＵＳのノズル流路プレート１０６に接合されている。ノズル流路プレート１０６の上には、接着を兼用した絶縁層１１２が積層され、その上には圧力センサ素材９４の下層９８としてのＰＶＤＦ９８ａが形成される。下層９８（ＰＶＤＦ９８ａ）を有効検出部として機能させる場合には、２つの電極９８ｂと９８ｃでＰＶＤＦ９８ａの両面を挟むようにして下層圧力センサ９５が構成される。

また、下層圧力センサ９５の上には絶縁層１１４を介して圧力センサ素材９４の上層９６としてのＰＶＤＦ９６ａが形成される。上層９６（ＰＶＤＦ９６ａ）を有効検出部として機能させる場合には、ＰＶＤＦ９６ａを２つの電極９６ｂと９６ｃとで両面を挟んで上層圧力センサ９３が構成される。しかし、実際には一つの圧力室５２に対応する下層９８及び上層９６の両方の部分にこのように同時に電極９８ｂ、９８ｃ及び９６ｂ、９６ｃが形成されているのではない。ＰＶＤＦ９８ａ及び９６ａはそれぞれ１枚のプレートとして全面に両方が積層されているが、各圧力室５２に対してどちらか一方のＰＶＤＦ９８ａあるいは９６ａのみを圧力センサ（上層圧力センサ９３あるいは下層圧力センサ９５）として使用するため、電極９８ｂ、９８ｃ及び９６ｂ、９６ｃは一つの圧力室５２の下にはどちらか一方（の組）のみが配置されるようになっている。例えば、図９に示した圧力室５２に対しては、下層のＰＶＤＦ９８ａの有効検出部に対する電極９６ｂ、９６ｃはここでは配置されていないものとして破線で表示し、上層のＰＶＤＦ９６ａのみに対して電極９６ｂと９６ｃが対向して配置されているとしている。

また上層圧力センサ９３の上に、接着層を兼用した絶縁層１１６が積層され、その上に平面形状が略正方形状の圧力室５２が形成され、圧力室５２の上には絶縁層１１８が貼り付けられた振動板５６が形成される。また、振動板５６上には圧電素子（ピエゾ）５８が形成される。

なお、各要素の寸法を例示すると、各層の厚さは以下の通りである。例えば、ノズルプレート１０８は５０μｍ、接着層１１０は２μｍ、ノズル流路プレート（ＳＵＳ）１０６は８０μｍである。また、接着層を兼用した絶縁層１１２、１１６及び絶縁層１１４、１１８は５μｍ、電極９８ｂ、９８ｃ、９６ｂ、９６ｃは１μｍ、ＰＶＤＦ９８ａ、９６ａは２０μｍである。また、圧力室５２の高さは１５０μｍである。

なお、実際の製造工程においては、ＰＶＤＦ９８ａ、９６ａに対し電極９８ｂ、９８ｃ及び９６ｂ、９６ｃ、絶縁層１１２、１１４、１１６を付けて一体化したシートをＳＵＳのノズル流路プレート１０６とともに積層するようにする。また、あるいは、ノズル流路プレート１０６のＳＵＳ基板に順次各層を形成して、その後他のＳＵＳ基板とともに積層するようにしてもよい。その後駆動配線９０等を取り付けるようにする。

図１０に、上層圧力センサ９３を平面透視図で示し、図１１に下層圧力センサ９５を平面透視図で示す。図１０及び図１１においては、図の横方向を主走査方向すなわち印字ヘッド５０の長手方向とし、図の縦方向を副走査方向すなわち印字ヘッド５０の短手方向として表示している。

また、図１０に示す上層圧力センサ９３の圧力センサ素材であるＰＶＤＦ９６ａには、ノズル流路１０６ａ（図８参照）に連通する（小さな白丸で表された）穴９６ｄが、２次元マトリクス状のノズル配置に沿って形成されており、同様に図１１に示す下層圧力センサ９５の圧力センサ素材であるＰＶＤＦ９８ａにも、ノズル流路１０６ａに連通する（小さな白丸で表された）穴９８ｄが、２次元マトリクス状のノズル配置に沿って形成されている。そして、図１０に符号Ａで示された穴と、図１１に符号Ａ’で示された穴とが一致するものとする。

まず、図１０に示した上層圧力センサ９３において、図の縦方向に並んだノズル配列に対応する穴９６ｄの列に沿って、１列置き（図に示す例では左側から数えて偶数列）に、各ノズル５１に対応する圧力室５２に対応する位置に電極９６ｂ、９６ｃが形成される。電極９６ｂと９６ｃは、ＰＶＤＦ９６ａを両面から挟んで同じ位置に形成されるので、図では表側に形成された電極９６ｂのみが表示されている（これに対応する電極９６ｃはその真下に形成される。）。

また、電極９６ｂから図に実線で表す電気配線１００ａが引き出され、電極９６ｃからは図に破線で表す電気配線１００ｂが引き出される。各電気配線１００ａ、１００ｂは、ノズル５１に対応する穴９６ｄを回避して引き出され、電極９６ｂ（９６ｃ）の形成されていない列に沿って副走査方向に引き出され、ヘッド外のコネクタ１０４に接続されている。

また、図１１に示す下層圧力センサ９５も、今説明した上層圧力センサ９３と同様に形成され、ただ各圧力室５２に対応して形成される電極９８ｂ（９８ｃ) の位置が、上層圧力センサ９３とは１列だけずれている。すなわち、図１１に示す下層圧力センサ９５の例では、ノズル５１に対応する穴９８ｄの列の（図の左から数えて）奇数列に対して電極９８ｂ（９８ｃ）が形成されている。

そして、電極９８ｂから図に実線で示す電気配線１０２ａが引き出され、電極９８ｃから図に破線で示す電気配線１０２ｂが引き出され、それぞれ穴９８ｄを回避して、電極９８ｂ（９８ｃ）の形成されていない列に沿って、副走査方向に引き出され、ヘッド外のコネクタ１０４に接続されている。

このように、本実施形態においては、従来１層で構成されていた圧力センサ素材９４を上層９６と下層９８の２層構造とし、図１０及び図１１に示すように、２次元マトリクス状のノズル配列に対応した配列の主走査方向に１列置きに圧力センサを機能させる電極を配置して、副走査方向に並ぶ電極間に隙間を設け、この部分に各電極から引き出した電気配線を配線するようにしている。

例えば、２４００ｄｐｉの場合に、圧力センサを本実施形態のように２層構造とする場合を考える。圧力室は縦横０．５ｍｍ間隔で並んでおり、圧力室サイズ（これは圧力センサのサイズと同等である。）を縦横０．３ｍｍとすると、本実施形態のように２層構造としない場合、もともとの配線可能な隙間は、０．５−０．３＝０．２ｍｍである。一方、マトリクス状に配置された圧力室の副走査方向の配列数は、０．５ｍｍピッチで２４００ｄｐｉとすると、０．５／（２５．４／２４００）＝４７．２よって略４８個となる。さらに、このヘッドの短手方向（副走査方向）の両方向から配線を引き出すとすると、片側からは４８個の半分で２４個となるが、このうち１個は他のセンサの隙間を通さなくてよいので、最終的には２４から１を引いて２３個となる。よって、本実施形態のように２層構造としない場合には、配線のピッチは０．２（ｍｍ）／２３＝約８．７（μｍ）となり、線幅はこの約半分であるが、これは技術的に困難な配線ピッチである。

これに対して、本実施形態において２層にして電極を１列置きにすることにより、１列分空くために増える配線可能な隙間は０．５ｍｍとなる。この部分には、吐出のための圧力室からノズルへの流路（ノズル流路）が形成されるので、このノズル流路の直径０．１ｍｍは配線できない（ただし、センサがノズル側に無ければこれは考慮しなくてもよい）。従って、センサを２層にして電極を１列置きにすることによる配線可能な隙間は０．２＋０．５−０．１＝０．６ｍｍとなる。

このように、本実施形態によれば、配線可能な隙間は０．６ｍｍとなるので、配線ピッチは、０．６（ｍｍ）／２３＝２６（μｍ）となり、これは現実的に可能なピッチとなる。このように、本実施形態によれば、圧力センサからの電気配線を高密度化することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、圧力センサ素材を２層としたが、本発明においては圧力センサ素材の積層数は２層に限定されるものではない。求めるセンサ配置密度によっては３層以上であってもよい。また２層構造の場合に、電極を主走査方向に１列置きに配置したが、一般に圧力センサ素材がｎ層の場合には、電極は主走査方向に（ｎ−１）列置きに配置する。 このように、圧力センサ素材を多層構造（上に示した例では２層構造）にすることにより、配線密度の問題は改善されたが、圧力センサ素材を多層化することにより、下層の圧力センサ素材は上層の圧力センサ素材を通して圧力を検出することになり、上層と下層で圧力の検出感度が異なるという問題が生じる。

これは、図１２に示すように、圧電素子５８の変位により振動板５６が変形して圧力室５２内に発生した圧力が圧力センサ素材９４内で広がり、下層９８ほど圧力の絶対値が小さくなることによるものである。いわば圧力の伝達においてロスが生じるためである。

この現象は、図１２に符号Ｆで圧力分布の等高線を示すが、圧力が加わった状態では、圧力センサ９４の上層９６の非検出部（圧力室壁５２ａに相当する部分、あるいは隣の圧力室５２を構成する部分）の部材が変形し難い状態となるため、符号Ｆ１で示すように圧力室５２の範囲より外側に力が伝達されるようなメカニズムであるとも考えられる。

このように、本実施形態では圧力センサ素材９４を上層９６と下層９８の２層にして、一つの圧力室５２について、上層９６か下層９８のいずれか一方の圧力センサ素材９４を有効検出部として用いるようにしているが、これによって同じ圧力の入力に対して上層９６を用いて検出する場合と下層９８を用いて検出する場合とで、検出感度が異なり出力電圧が異なってしまっては正確な圧力検出ができないという問題が生じる。

これに対する解決方法としていくつかのものが考えられ、以下それについて説明する。

まず第１の解決方法は、上層のセンサ層（圧力センサ素材）よりも下層のセンサ層（圧力センサ素材）の厚みを厚くして、同じ圧力の入力に対して、同じ電圧が出力されるようにするものである。

圧力センサ素材の出力電圧は、圧力センサ素材の厚みに比例する。一方、上に述べた圧力伝達ロス量は、圧力センサ素材の厚みや圧力センサ素材の剛性に関わる組成及び圧力室の寸法によって変わるが、これらを定めれば、圧力検出に用いる範囲内で、どの程度の割合でロスするかを見積もることができる。

このロスにより上層、下層同じ厚みの２層のセンサ構成で、上層より下層で出力電圧が小さくなったとすると、ある圧力入力に対し、上層、下層の出力電圧比ＰＬを次のように式（１）で表すことができる。

ＰＬ ＝ （下層の出力電圧）／（上層の出力電圧） ・・・（１）
これにより、下層の圧力センサ素材から上層の圧力センサ素材と同等の出力電圧を得るためには、圧力センサ素材の出力電圧は圧力センサ素材の厚みに比例することを用いれば、上式（１）より、下層の圧力センサ素材の厚みを次のように式（２）のように定めることができる。
（下層の圧力センサ素材の厚み）＝（上層の圧力センサ素材の厚み）× ＰＬ
・・・（２）
従って、図１３（ａ）に示すように上層９６の圧力センサ素材の厚みＵ１と下層９８の圧力センサ素材の厚みＢ１とが、Ｕ１＝Ｂ１のように等しくては、上述したような問題が生じるため、図１３（ｂ）に示すように、上層９６の圧力センサ素材の厚みＵ２よりも、下層９８の圧力センサ素材の厚みＢ２の方を大きくして、Ｕ２＜Ｂ２、かつＢ２＝Ｕ２×ＰＬとなるようにする。

このように、下層９８の圧力センサ素材の厚みの方を大きく、しかも上記式（２）を満たすように設定することにより、上層９６のセンサ出力電圧と下層９８のセンサ出力電圧を等しくすることができ、圧力センサ素材を２層にしてどちらの圧力センサ素材を有効検出部として使用するようにしても、正確な圧力検出をすることができる。

次に第２の解決方法について説明する。第２の解決方法は、下層の圧力センサ素材の感度を上層よりも高くすることにより、下層のセンサ出力電圧を上層と同じようにしようとするものである。

このような感度の異なる圧力センサ素材を構成する方法としては、例えば、圧力センサにＰＶＤＦのような圧電センサを用いる場合には、検出感度を表すものとして、圧電体における機械−電気変換の定数である、圧電体に付加された力とその力で誘起された電場との比定数であるｇ定数を用い、このｇ定数の異なる材料を用いる方法が考えられる。

実際には、同じ厚みのＰＶＤＦを用いた圧力センサ素材であっても、例えば混ぜ物をすることによってその組成比を変えることによりｇ定数を変えて、感度を調整することができる。

次に第３の解決方法について説明する。第３の解決方法は、下層のセンサ層（圧力センサ素材）の電極面積を上層のセンサ層（圧力センサ素材）の電極面積よりも大きくすることによって、下層のセンサ感度を高めようとするものである。

すなわち、図１２に示したように、下層のセンサ層部分では、圧力伝達範囲が広がっていることを利用して、下層のセンサ層部分の面積を大きくすることで、出力電荷量を多くすることで下層のセンサ感度を高くしようというものである。

また、このとき電極面積が増えると圧力センサ素材の静電容量も大きくなるので、圧力センサ素材からの配線部分の静電容量の影響を相対的に小さくすることが出来、検出性能を高めることができる。

図１４に示すように、上層９６の電極９６ｂ、９６ｃの面積ＵＳに対して、下層９８の電極９８ｂ、９８ｃの面積ＵＢの方を大きく、ＵＳ＜ＵＢ、とする。このとき実際にどの程度大きくすることが有効かは、例えば図１２に示した圧力の伝播状態を解析して求めるとよい。ただし、この面積を必要以上に大きくすると、圧力検出に寄与しない部分が出来るため、センサの出力電圧が低下するという弊害が発生する。また、電極間の配線スペースが減るという問題も生じるため、下層９８の電極９８ｂ、９８ｃの面積ＵＢを大きくする範囲は、図１２に示したような圧力の伝播する範囲に留めることが望ましい。

最後に第４の解決方法について説明する。第４の解決方法は、下層にセンサの受圧部（センサを機能させる電極が配置されている部分、有効検出部）がある場所においては、上層のセンサ層の厚みを薄くし、あるいは完全に除去して上層の影響を小さくしようとするものである。

このとき、上層を完全に取り除いてしまえば上層の影響は全く無くなるが、上層を完全に無くしてしまうと、この部分に上層の電極から取り出した配線が出来ないので、この場合には図１５に示すように、上層９６の電気配線１００ａ、１００ｂを配線することができるように、上層９６のＰＶＤＦ９６ａに凹部９７を設け、上層９６のセンサ部の厚みを薄くして、上層９６のセンサ部を少し残すようにする。

このように、上層９６のセンサ部の厚みを薄くするだけでも下層９８への影響を少なくすることができる。

また、さらに図１６に示すように、下層９８にセンサの受圧部があり、上層９６の電気配線がない部分においては、上層９６のセンサ層（ＰＶＤＦ９６ａ）に開口９６ｅを設けて、この部分の上層センサ層を完全に除去してもよい。このようにすると、上層９６の影響を完全に排除することができる。

以上述べたように、多層センサ構造とすることにより、上層と下層で検出感度が異なるという問題は解決できたが、そもそも多層センサ構造においては、下層の出力が上層に比べて小さくなったり、上層の影響を受けるという問題がある。

そこでこの問題に対しては、上層センサの受圧部を出来るだけ多く配置するようにして、なるべく下層よりも上層のセンサを用いて圧力検出するようにすることが性能上望ましい。

また一方、図１０あるいは図１１に示したように、上層９６、下層９８ともコネクタ１０４に接続する配線引き出し位置から遠い側（図１０、図１１の下側）は配線密度が低く、無駄面積があるという問題がある。

この問題を解決するために、圧力室５２に対応した電極（各センサ層の受圧部）を、上層と下層とで均等に分けるのではなく、配線密度をも考慮して、出来るだけ上層に配置するようにする。これにより、センサとしての特性が良好な上層のセンサを増やすことができ、圧力検出精度を上げることができる。

図１７に、このように配線引き出し位置から遠い側にセンサ受圧部を増やした上層の例を示す。

図１７に示すように、多層センサの上層９６は、配線引き出し位置（図１０に示すコネクタ１０４に接続する位置、図１７では図の上側）から遠い側（すなわち図の下側）に、例えば図１０では電極９６ｂが配置されていなかった位置にも、図１７では電極９６ｂ−１、９６ｂ−２のように電極を配置して、受圧部を高密度配置する。また、配線引き出し位置に近い図の上側では、電気配線１００の占める面積が必要なので、受圧部（電極９６ｂ）を低密度に配置するようにする。また、中間における受圧部の配置は、これらの中間の密度とする。

結局、多層センサの上層９６は、配線引き出し位置（コネクタ１０４との接続側）に近い側には、受圧部の他に、配線引き出し位置から遠い側の受圧部からの配線と、配線引き出し位置に近い側の受圧部からの配線とが敷設されることとなる。

一方、図示は省略するが、下層は、配線引き出し位置から遠い側には受圧部をほとんど配置せず、配線引き出し位置に近い側は受圧部が低密度に配置され、中間の位置にはこれらの中間の密度で受圧部が配置される。

このように配置された上層と下層の受圧部をすべて合わせると、全圧力室に対してすべて受圧部が１つずつ配置されることとなる。

また、図１７の下側に電極９６ｂ−１、９６ｂ−２を配置した位置に、これらの電極を配置せず、この位置では下層に電極を配置して下層の圧力センサ素材を有効検出部として使用する場合には、図１６に示したような開口９６ｅを上層９６に設けるようにするとよい。さらに、上で述べた上層と下層とで検出感度が異なるという問題に対する各解決方法を図１７に示した受圧部の配置方法と組み合わせることでより大きな効果を得ることができる。

また、多層センサは、ここで示したような２層に限定されるものではなく、３層以上にしてもよい。このとき、受圧部密度と、配線ピッチ、配線引き出し部までの距離、吐出ノズルへの流路寸法などによって何層で全圧力室の受圧部が満たされるかを算出して設計するようにするとよい。

また、配線引き出しは、センサシートの１辺には限定されず、設計上可能な取り出し辺すべてを含むことで、より効率的な配線が可能となる。

以上述べたように、本実施形態によれば、従来１層で構成されていた圧力センサ素材を２層構造（あるいは求めるセンサ配置密度によっては３層以上の多層構造）とし、さらに、主走査方向（ヘッド長手方向）に１列置き（センサ層がｎ層の場合には（ｎ−１）列置き）にセンサを配置し、副走査方向（ヘッド短手方向）に並ぶセンサ列間に隙間を設け、この部分に配線することにより、高密度なセンサ配置を可能とするとともに、現実的な配線ピッチでセンサを構成することが出来る。

また、上述したように、上層のセンサ層（圧力センサ素材）よりも下層のセンサ層（圧力センサ素材）を厚くし、または下層の圧力センサ素材にｇ定数の大きい圧電材料を用いるようにし、あるいは下層のセンサ部（有効検出部）が存在する部分では上層の配線部分のセンサ層を薄くするか開口を設けるようにすることで、センサに同じ圧力が入力された場合に、上層のセンサ層及び下層のセンサ層で同じ電圧が出力されるようにすることができる。もしくは、上層、下層からの出力電圧の差を小さくすることができる。

また、下層のセンサ層は上層に対し電極面積を大きくすることにより、出力電荷量を多くすることが出来る。また、電極面積が増え、センサの静電容量が大きくなるので、センサからの配線部分の静電容量の影響を相対的に小さくすることが出来、検出性能を高めることができる。

また、上述したように、多層センサの上層は配線引き出し位置から遠い側は受圧部を高密度に配置し、配線引き出し位置に近い側は受圧部を底密度に配置し、さらに下層は、配線引き出し位置から遠い側には受圧部をほとんど配置せず、配線引き出し位置に近い側には受圧部を底密度に配置することにより、センサとしての特性が良好な上層のセンサを増やすことができる。

以上、本発明の液体吐出ヘッド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。

本発明に係る液体吐出ヘッド（印字ヘッド）を有する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。 本実施形態の印字ヘッドの一部を拡大して示す正面透視断面図である。 印字ヘッドを構成する各要素を分解して示す側面図である。 上層圧力センサを示す平面透視図である。 下層圧力センサを示す平面透視図である。 圧力の伝わり方を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）は上層より下層のセンサ厚みを増やした様子を示す模式図である。 上層より下層の受圧部面積を増やした様子を示す模式図である。 下層の受圧部の位置に対する上層のセンサ層の厚みを薄くした様子を示す模式図である。 下層の受圧部の位置に対する上層のセンサ層に開口を設けた様子を示す模式図である。 上層の配線引き出し位置から遠い部分の受圧部の配置密度を増やした様子を示す模式図である。

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…駆動配線、９２…多層フレキシブルケーブル、９３…上層圧力センサ、９４…圧力センサ、９５…下層圧力センサ、９６…上層、９８…下層、９６ａ、９８ａ…ＰＶＤＦ、１００、１０２…電気配線

Claims (10)

1. 液体を吐出するノズルを有する複数の圧力室が２次元マトリクス状に配置された液体吐出ヘッドであって、
   前記複数の各圧力室に対して設けられた、該圧力室内に前記液体を吐出するための圧力を発生させる圧力発生手段と、
   前記複数の圧力室に対して、前記圧力発生手段によって発生された前記圧力室内の圧力を検出する、少なくとも２層以上に形成された圧力センサ素材と、
   前記複数の各圧力室に対して、前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうちの１層のみに対して該圧力センサ素材の両面に配置された、該圧力センサ素材を有効検出部とするための電極と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記２層以上に形成された圧力センサ素材の積層数が、ｎを正の整数として、ｎ層であるとき、前記ｎ層中の１層の圧力センサ素材について、前記２次元マトリクス状に配置された前記圧力室の行または列について（ｎ−１）個置きに、前記圧力センサ素材の有効検出部を設けるとともに、前記有効検出部を設けていない前記行または列の部分に前記有効検出部の電極から引き出した電気配線を配置した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２層以上に形成された圧力センサ素材は、前記圧力室に近い層の圧力センサ素材の感度より、前記圧力室から遠い層の圧力センサ素材の感度を高くし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２層以上に形成された圧力センサ素材は、前記圧力室に近い層の圧力センサ素材の厚みより、前記圧力室から遠い層の圧力センサ素材の厚みを厚くし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２層以上に形成された圧力センサ素材は、前記圧力室に近い層の圧力センサ素材のｇ定数より、前記圧力室から遠い層の圧力センサ素材のｇ定数を大きくしたことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうち前記圧力室から遠い層に有効検出部がある領域において前記圧力室に近い層の圧力センサ素材の厚みは周辺よりも厚みが薄いことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうち前記圧力室から遠い層に有効検出部がある領域において前記圧力室に近い層の圧力センサ素材は開口であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記圧力センサ素材は、圧電体を用いた圧力センサ素材であり、前記圧力室に近い層の圧力センサ素材の電極面積より、前記圧力室から遠い層の圧力センサ素材の電極面積の方が大きいことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうち、前記圧力室に近い側の圧力センサ素材は、外部に配線を引き出す位置から遠い側には前記有効検出部を高密度に配置し、外部に配線を引き出す位置から近い側には前記有効検出部を低密度に配置したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記２層以上に形成された圧力センサ素材のうち、前記圧力室に遠い側の圧力センサ素材は、外部に配線を引き出す位置から遠い側には、前記圧力室に近い側の圧力センサ素材に前記有効検出部が配置された圧力室においては前記有効検出部を配置せず、外部に配線を引き出す位置から近い側には前記有効検出部を低密度に配置したことを特徴とする請求項９に記載の液体吐出ヘッド。

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