JP4706913B2

JP4706913B2 - 吐出ヘッド及び画像形成装置

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Publication number: JP4706913B2
Application number: JP2005240300A
Authority: JP
Inventors: 剛三田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-08-22
Also published as: JP2006088693A

Description

本発明は吐出ヘッド及び画像形成装置に係り、特に被吐出媒体上に液体を吐出させる吐出ヘッドの構造に関する。

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が普及している。インクジェットプリンタ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では、多数のノズルを有する印字ヘッドと記録メディア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記録メディア上に所望の画像が形成される。

インクジェットプリンタに備えられる印字ヘッドからインクを吐出させる方式には、インクが収容されている圧力室の壁面を形成する振動板（加圧板）に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させることにより該圧力室を変形させ、該圧力室体積の変化量に応じたインク量を吐出させる圧電方式や、圧力室内に設けられたヒータによって該圧力室内のインクを加熱し、これによって該圧力室内に発生したバブルの圧力に応じてインクを吐出させるサーマル方式がある。

インクジェットプリンタでは、記録メディア上に形成される画像の高品質化を実現するために、高い（安定した）吐出性能を有する印字ヘッドが望まれている。圧電方式を適用した印字ヘッドでは、アクチュエータやインクが収容されている圧力室の構造や形状に様々な工夫をすることでアクチュエータの変換効率を上げ、印字ヘッドの吐出性能を向上させることを実現している。

特許文献１に記載されたインクジェットヘッドでは、加工が難しい電歪材料薄板を１枚板構造とし、メッキやエッチング等で高精度加工され、２分割された弾性薄板を備える構造を有し、装置の低コスト化、且つ高品質印字を実現す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、ノズル板と加圧板との間の圧力室を形成する壁部材に弾性を有する部材を用い、ピエゾ素子の発生力からインク押し出し力への変換効率を高くし、また、ヘッドの耐久性向上（振動板から圧力室までの耐応力の向上）、組み立て容易（位置ずれマージン向上）、サテライト防止（残留振動抑制）をするように構成されている。

また、特許文献３に記載されたインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタでは、圧電素子の機械的歪指数を５５０×１０^-6以上、応力指数を３０×１０⁶以上、電界強度を３．０×１０⁶以上とし、圧力室の幅を２２０μm 以上３００μm 以下とし、更に、圧電素子と振動板とを合わせた厚みが１．５μm 以上３０μm 以下、圧力室の幅を２８μm 以上３３０μm 以下とする構造を有し、効率的、且つ十分な実用性を有する印刷性能を有するように構成されている。

また、特許文献４に記載されたインクジェット式プリントヘッド及び圧電変換器では、圧電変換器の外周がチャンバ開口部とオーバーラップする構造を有し、圧電変換器の処理能力が向上し、電圧感度が低減すると共に製造ばらつきを低減させるように構成されてい
る。

また、特許文献５に記載された液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置では、振動板は部分的に剛性が小さくなる構造部分としてヒンジ構造を有し、吐出性能のバラツキの少ない高密度な液体吐出ヘッドを実現するように構成されている。

また、特許文献６に記載されたインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法では、上電極と圧電体薄膜とを一括エッチングし、圧電体薄膜と電極とのパターンずれがないために、圧電体薄膜に有効に電界印加され、十分な変位を得ることができるように構成されている。
特開平５−２４６０２４号公報特開平７−２９０７０５号公報特開２００１−２６１０６号公報特開２００３−２５５７３号公報特開２００４−６６６５２号公報特開２００４−７４８０６号公報

しかしながら、高密度に形成された印字ヘッドでは、アクチュエータや圧力室の構造及び形状はその寸法上の制約を受け、特に高密度化された印字ヘッドでは寸法上の制約が一層厳しくなる。また、にじみ防止や定着促進等の機能性を持たせた機能性インクを用いる場合には、該機能性インクは一般的に用いられるインクに比べて粘度が高くなっているために、更に高い吐出性能が求められる。

特許文献１に記載されたインクジェットヘッドでは、電歪材料薄板が直接インクと接するので、電歪材料薄板に絶縁処理を施さなければならない。また、特許文献１に示されたような電歪材料薄板を形成することは困難である。また、高解像度印字を実現するために該インクジェットヘッドを高密度化したときの圧力室の変位体積や電歪材料薄板の発生圧力については具体的に開示されていない。

特許文献２に記載されたインクジェットヘッドでは、圧力室の壁部材を変形させることで圧力室の体積を変化させる構成であり、隣り合う圧力室との相互干渉を抑制する必要がある。

特許文献３に記載されたインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタでは、一般的な圧力室、圧電体、振動板等の印字ヘッドの形状が規定されており、吐出性能を効率化できるかは疑問である。また、そのバラツキについては特に開示されていない。

特許文献４に記載されたインクジェット式プリントヘッド及び圧電変換器では、電圧変換器やその組み立て時のバラツキの抑制が目的であり、吐出性能を向上させるための技術は開示されていない。また、チャンバ開口部と電圧変換器とのオーバーラップ量が５％を超えるとチャンバの容積変位が小さくなるので、チャンバに電圧変換器を取り付ける際に高い取り付けの精度が要求される。

特許文献５に記載された液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及びインクジェット記録装置では、ヒンジ構造を有する振動板を製造する際に製造工程が複雑になる。また、ヒンジ構造の製造バラツキによって吐出性能に影響する可能性がある。

特許文献６に記載されたインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法では、圧電体薄
膜と電極とを同一形状にすることで圧電体が発生し得る圧力を最大限引き出す効果は得られるが、吐出させるインクの粘度（物性）が変わる場合に十分な変位が得られるかは疑問である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、吐出効率を落とすことなく、高粘度液体を用いる場合にも好ましい吐出を実現でき、更に高密度化が可能な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。

前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、被吐出媒体上に液滴を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、前記圧力室の１つの面を構成し、屈曲変形することによって前記圧力室の体積を変化させて、前記圧力室に収容されている液を前記吐出孔から吐出させる振動板と、一方の面が前記振動板に接合され、一方の面と反対側の他方の面は固定されずに自由端となる構造を有し、駆動信号に応じてｄ _３１モードの収縮を生じ、前記振動板を屈曲変形させるベンダー型の圧電素子と、を備え、前記圧力室を構成する壁部材と前記振動板との接合部には、厚みが０．１μｍ以上１０μｍ以下、ヤング率が１ＭＰａ以上１ＧＰａ以下であり、剛性が相対的に高い場合は前記厚みが相対的に厚くされ、剛性が相対的に低い場合は前記厚みが相対的に薄くされる低剛性部材を含む接合部材を有し、前記圧電素子は、前記圧力室の内側有効長さよりも大きい長さを有することを特徴とする。

圧力室を構成する壁部材と振動板とを接合する接合部の剛性を低くすると、該接合部が振動板の変位に寄与し、振動板の変位量を大きくすることができ、圧力室の変位体積を拡大すると共に、圧電素子の幅を圧力室の幅よりも大きくすることで圧電素子の発生圧力の減少を抑制し、一般に用いられる液体よりも粘度の高い液体（例えば、１０ｃＰ〜５０ｃＰ、但し、１ｃＰ＝１×１０^-3Ｐａ・ｓ）を用いる場合にも好ましい吐出を実現することができる。

また、圧力室を構成する壁部材は圧電素子を駆動する際に変形しない剛性を有することで、圧電素子の発生圧力を確保することができる。

圧電素子には、電圧（電界）の印加方向と略直交する方向に歪みを発生させ、振動板に屈曲モードの変位を与える、主としてｄ₃₁方向の変位を得るものを用いると、低い印加電圧でも振動板の所定の変位量を確保することができる。

圧電素子には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）などの圧電セラミックを適用するとよい。また、圧電素子は電極にはさまれた１層の圧電体層を有する単層圧電素子でもよいし、複数の圧電素子と電極とを交互に積層させた積層圧電素子でもよい。

更に、圧電素子には、１つの圧電素子に複数の個別電極を備え、各個別電極を独立に制御することで１つの圧電素子を等価的に複数の圧電素子として機能させる電極分割型圧電素子を含んでいてもよい。該電極分割型圧電素子として機能する領域は個別電極が配設される領域となる。

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吐出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、被吐出媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。

吐出ヘッドから吐出される液体には、インクジェット記録装置に用いられるインクや、ディスペンサーなどの塗布装置などによってメディア上に吐出される処理液、薬液、水などがある。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の吐出ヘッドの一態様に係り、前記接合部材は、前記圧力室を構成する壁部材と前記振動板とを接合させる接着剤を含むことを特徴とする。

接合部材を接着剤または接着フイルムとすることで製造容易化を図ることができる。また、接合部材の厚みは該接合部材のヤング率に依存し、接合部材のヤング率が低くなるほど厚みが厚くなる。

接着剤にはエポキシ系接着剤を用いてもよいし、シリコン系接着剤を用いてもよい。また、Ｐ２、ＤＦＲなどの接着フイルムを用いてもよい。

特に、ヤング率が１ＭＰａ以上１ＧＰａ以下の部材を接合部材に用いると、適度な接合厚さで振動板の変位拡大と圧電素子の発生圧力の減少抑制とを実現することができる。

更に好ましくは、ヤング率が１ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である部材を接合部材に用いる態様である。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の吐出ヘッドの一態様に係り、前記接合部材は、幅方向の剛性が低い異方性を有する部材を含むことを特徴とする。

接合部材に低剛性部材を用いると圧力室の固有振動数が低くなり、この固有振動数によって吐出周波数の高速化が制限される。接合部材の厚み方向の剛性を高くしつつ幅方向の剛性を低くすると、圧力室の固有振動数を下げることなく振動板の変位を拡大することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の吐出ヘッドの一態様に係り、前記振動板は、各圧力室に対応して前記振動板を複数の領域に分割する溝構造を有することを特徴とする。

各圧力室に対応して振動板が分割されるので、隣り合う圧力室間に発生するクロストークを抑制することができる。

また、前記目的を達成するために請求項５に係る発明は、被吐出媒体上に液滴を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、前記圧力室の１つの面を構成し、屈曲変形することによって前記圧力室の体積を変化させて、前記圧力室に収容されている液を前記吐出孔から吐出させる振動板と、一方の面が前記振動板に接合され、一方の面と反対側の他方の面は固定されずに自由端となる構造を有し、駆動信号に応じてｄ _３１モードの収縮を生じ、前記振動板を屈曲変形させるベンダー型の圧電素子と、を備えた吐出ヘッドを有し、前記圧力室を構成する壁部材と前記振動板との接合部には、厚みが０．１μｍ以上１０μｍ以下、ヤング率が１ＭＰａ以上１ＧＰａ以下であり、剛性が相対的に高い場合は前記厚みが相対的に厚くされ、剛性が相対的に低い場合は前記厚みが相対的に薄くされる低剛性部材を含む接合部材を有し、前記圧電素子は、前記圧力室の内側有効長さよりも大きい長さを有することを特徴とする。

画像形成装置には、ノズル（吐出孔）からインクを吐出させて、被記録媒体（被吐出媒体）上に所望の画像を形成するインクジェット記録装置を含んでいてもよい。

本発明によれば、振動板と圧力室とを接合させる接合部材に低剛性部材を用いると共に、圧力室の振動板によって構成される面の幅よりも圧電素子の幅を大きくするので、振動板の変位を拡大して圧力室の変位体積を大きくし、且つ、圧電素子の発生圧力の低下を抑制することができる。また、製造ばらつきによる圧電素子の発生圧力のばらつきを抑制することができる。

以下、図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔本発明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全体構成〕
図１は本発明の実施形態に係る印字ヘッドが搭載され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。

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７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乃至図５）、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（即ち、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。

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。

〔ヘッドの構造〕
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、図４(a) はインク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図３(b) 中の４−４線に沿う断面図）、図４(b) はその平面透視図である。

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) 及び図４(a) ，(b) 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が印字媒体（記録紙１６）送り方向と略直交する方向に印字媒体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次元に配列された印字ヘッド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。

図４(a) に示すように、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を介して共通流路５５と連通されている。

圧力室５２の天面を構成している（圧力室５２となる開口部の上部に位置する）振動板５６には個別電極５７を備えた圧電素子５８が接合されており、個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８が変形し、これに対応して振動板５６にたわみ変形（屈曲変形）が発生する。振動板５６のたわみ変形に応じて圧力室５２が変形して圧力室５２の体積変化が発生し、この体積変化量に応じたインク量がノズル５１から吐出される。インクが吐出されると、共通流路５５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。

即ち、本例に示す圧力室５２は、天面を構成する振動板５６が圧電素子５８の歪みに応じてたわみ変形し、圧力室５２を圧縮してインクを吐出させるベンダー型であり、圧電素子５８は主としてｄ₃₁方向の変位を用いる（ｄ₃₁モードの圧電素子を用いる）ように構成される。

また、図４(b) に示すように、本例の圧力室５２と圧電素子５８はその平面形状が相似形となっており、圧電素子５８の平面の面積Ｓa は圧力室５２の天面（振動板が構成する面）の面積Ｓb よりも大きくなり（即ち、圧電素子５８の平面の面積Ｓa と圧力室５２の天面の面積Ｓb とはＳa ＞Ｓb を満たす）、且つ、圧電素子５８は圧力室５２とオーバーラップした位置に配置される。

即ち、上述した圧電素子５８と圧力室５２とは、圧電素子５８の一辺の長さ（幅）Ｗa と、この辺に対応する圧力室５２の一辺の長さＷb と、の関係が、Ｗa ＞Ｗb を満たし、且つ、圧電素子５８は圧力室５２の天面とオーバーラップする位置に配置されるように構成されている。

なお、圧電素子５８は圧力室５２と部分的にオーバーラップするように配置されてもよいし、全体がオーバーラップするように配置されてもよい。

本例では、平面形状が略正方形形状を有する圧力室及び圧電素子を例示したが、圧力室及び圧電素子の平面形状は略正方形以外の四角形でもよいし、四角形以外の多角形形状や円形状、またはこれ以外の異形形状を有していてもよい。

なお、圧力室５２及び圧電素子５８の形状が円形状の場合、それぞれの幅の代わりの直径を用いるとよい。また、圧力室５２及び圧電素子５８の形状が四角形以外の多角形や異形の場合、四角形の幅に相当する量（対角線の長さ等）を適宜用いることとする。

図４(b) には、圧力室５２の平面形状と圧電素子５８の平面形状が相似形である態様を示したが、例えば、一方の平面形状が正方形、他方の平面形状が長方形となるように、圧力室５２の平面形状と圧電素子５８の平面形状が相似形でなくてもよい。

但し、印字ヘッド５０の高密度化を考慮すると、圧力室５２の天面形状と圧電素子５８の平面形状とは相似形である態様が好ましい。

また、図４(a) に示すように、圧力室５２の側面を形成する圧力室壁５２Ａに振動板５６を接合する接合部材５９には一般的に用いられる接着剤よりも低剛性の接着剤が用いられる。

一方、圧力室壁５２Ａは接合部材５９と異なる部材によって構成され、圧電素子５８を駆動しても吐出に影響を与えるような変形を生じない金属やセラミックなどの高剛性部材が用いられる。本例に用いられる圧力室壁５２Ａを構成する材料のヤング率は２００ＧＰａ程度である。なお、インク室ユニット５３の詳細な構造については後述する。

かかる構造を有する多数のインク室ユニット５３を図５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５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。

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、主走査方向にノズル列が１列配置されていてもよいし、副走査方向に複数のノズルを有する配置でもよい。

〔インク供給系の構成〕
図６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。

インク供給タンク６０は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。インク供給タンク６０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。なお、図６のインク供給タンク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６に示したように、インク供給タンク６０と印字ヘッド５０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、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６には示さないが、印字ヘッド５０の近傍又は印字ヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１０には、ノズル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６４と、ノズル面の清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。

これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、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６４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、ノズル面をキャップ６４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、圧電素子５８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（圧電素子５８の動作により吐出が可能な粘度の範囲内で）圧電素子５８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６４（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、圧電素子５８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６６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６６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。

〔制御系の説明〕
図７はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、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（駆動制御手段）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（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磁気媒体を用いてもよい。

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、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１０の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。即ち、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等の各部を制御し、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８９を制御する制御信号を生成する。

画像メモリ７４には、システムコントローラ７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。なお、画像メモリ７４は、書換不能な記憶手段であってもよいし、ＥＥＰＲＯＭのような書換可能な記憶手段であってもよい。画像メモリ７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。

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、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号（駆動信号）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、生成した印字データ（ドットデータ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して印字ヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図７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ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ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。

印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース７０を介して外部から入力され、画像メモリ７４に蓄えられる。この段階では、ＲＧＢの画像データが画像メモリ７４に記憶される。

画像メモリ７４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ７２を介してプリント制御部８０に送られ、該プリント制御部８０においてインク色ごとのドットデータに変換される。即ち、プリント制御部８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫＣＭＹの４色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部８０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ８２に蓄えられる。

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の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。

プログラム格納部（不図示）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。前記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、前記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。

本実施形態では、フルライン型の印字ヘッドを例示したが、本発明はシャトル型ヘッドにも適用可能である。

〔インク室ユニットの詳細構造〕
次に、図４(a) ，(b) に示したインク室ユニット５３の構造について詳説する。

図８は、従来技術に係るインク室ユニット５３の立体構造を示す断面図である。なお、図８中、図４(a) と同一又は類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図８に示すように、従来技術に係るインク室ユニット５３では、圧電素子５８の幅Ｗa は圧力室５２の幅Ｗb よりも小さくなり、圧電素子５８は圧力室５２の天面とオーバーラップしない位置に配置されている。

但し、圧電素子５８の幅Ｗa と圧力室の幅Ｗb とは略同一（図８中、一点破線で図示）でもよく、圧電素子５８の平面の面積Ｓa と圧力室５２の天面の面積Ｓb とは略同一でもよい。

即ち、圧電素子５８の幅Ｗa と圧力室５２の幅Ｗb との関係はＷa ≦Ｗb となり、圧電素子５８の平面の面積Ｓa と圧力室５２の天面の面積Ｓb との関係はＳa ≦Ｓb となるように構成されている。

また、圧力室壁５２Ａと振動板５６とを接合させる接合部材５９には、一般的に用いられるエポキシ系の接着剤が用いられ、その接着剤のヤング率は数ＧＰａから数十ＧＰａ程度である。

このように構成されたインク室ユニット５３では、ノズルピッチを２４００npi とすると、圧電素子５８の平面の大きさ（面積Ｓa ）及び圧力室５２の天面の大きさ（面積Ｓb ）は略３００μm 角ほどになる。また、従来技術に係る圧電素子５８は、その厚みが３０μm 程度であり、このような大きさを有する圧電素子５８では、一般的に用いられるインクよりも粘度の高い高粘度インク（例えば、１０ｃＰ〜５０ｃＰの粘度を有するインク、但し、１Ｐは０．１Ｐａ・ｓ）を吐出させるために十分な振動板５６ (圧電素子５８）の変位量を確保することが難しい。

十分な振動板５６の変位量を確保するために圧電素子５８を薄くすることが考えられるが、研磨などの加工によって厚みを薄くする場合には圧電素子の厚みを３０μm 以下に加工することは非常に難しい。

また、一般に、スパッタやゲルゾルなどの薄膜法を用いて圧電素子５８を薄膜化すると、バルク並みの圧電ｄ定数が得られずに圧電ｄ定数が低くなる傾向があり、同じ電圧を印加した場合には発生圧力が低下するといった問題が生じる。

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、図４(a) ，(b) に示すように、圧力室壁５２Ａと振動板５６との接合部材５９には振動板５６の変位拡大に寄与するように低剛性の接着剤が用いられる。接合部材５９の剛性を低くすると、圧電素子５８から同じ圧力が与えられると振動板５６の変位量 (即ち、圧力室５２の変位体積）を大きくすることが可能になる。

低剛性の接着剤にはエポキシ系接着剤が用いられる。なお、接合部材５９（接着剤）の厚みは振動板５６や圧力室壁５２Ａよりも十分薄くなっている。また、接合部材５９の剛性によってその厚みを変えることが好ましく、比較的剛性が高い（硬い）場合には厚みを厚くし、比較的剛性が低い（柔らかい）場合には厚みを薄くする。

但し、接合部材５９の剛性 (特に、図４(a) の上下方向の剛性）を低くすると、接合部材５９で圧力損失が発生し、結果として圧電素子５８から振動板５６へ与えられる圧力が低下してしまうことになる。

この圧力損失（圧力低下）を防止するために、圧力室５２の幅Ｗb に対して圧電素子５８の幅Ｗa が大きくなり、且つ、圧電素子５８が圧力室５２の天面とオーバーラップするように構成されている。また、このように構成すると、圧電素子５８の接合位置のばらつきによる振動板５６の変位量のばらつきを低減させることができる。

〔圧電素子と圧力室との形状及び配置の関係〕
次に、図９、図１０を用いて圧電素子５８の幅Ｗa と圧力室５２の幅Ｗb との関係を説明する。

図９は、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合Ｗa ／Ｗb （％) と、圧力室５２の変位体積（ｐｌ）と、の関係を表すグラフ１００を示している。図９中、曲線１０２〜１１０はそれぞれ接合部材５９の剛性が１０ＭＰａ、１００ＭＰａ、１ＧＰａ、４ＧＰａ、２００ＧＰａのときを表し、曲線１２０は圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合ごとの変位体積の最大値を表している。また、図９に示す圧力室５２の変位体積は圧力室の体積を大きくする方向を正の方向、圧力室５２の体積を減少させる方向を負の方向とする。

図９によれば、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合によらず、接合部材５９の剛性を低くする（ヤング率を小さくする）と圧力室５２の変位体積は大きくなることが分かる。

また、グラフ１００の曲線１２０によれば、ヤング率が１０ＭＰａでは圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合を１２０％にすると圧力室５２の変位体積を最大にすることができ、ヤング率が１００ＭＰａでは圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合を９５％にすると圧力室５２の変位体積を最大にすることができることが分かる。

接合部材５９のヤング率が１ＧＰａ〜２００ＧＰａである比較的剛性が高い場合、圧力
室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が大きくなると、圧力室５２の変位体積は減少する傾向がある。

一方、上記に比べて接合部材５９の剛性が低いヤング率が１００ＭＰａの場合（曲線１０４）には、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が１００％を超え１０５％以下の範囲では、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が大きくなっても圧力室５２の変位体積はほぼ一定である。

また、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が１０５％を超え１１０％までの範囲になると、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が大きくなると圧力室５２の変位体積は徐々に減少する傾向があり、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が１１０％を超えると、圧力室５２の変位体積が減少する割合が大きくなる。

更に、接合部材５９の剛性が低いヤング率が１０ＭＰａの場合（曲線１０２）には、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が１２０％以下であれば、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が大きくなると圧力室５２の変位体積は増加する傾向がある。

即ち、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合Ｗa ／Ｗb を１００％を超え１１０％以下の範囲では、接合部分５９のヤング率を１００ＭＰａ以下とすることで圧力室５２の変位体積を拡大することができ、更に好ましくは接合部材５９のヤング率を１０ＭＰａ以下とする態様である。

次に、図１０に示す、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合（％）と圧力室５２に与えられる圧力（ＭＰａ）との関係について説明する。

図１０は、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅の割合と圧電素子５８の発生圧力（圧力室５２に与えられる圧力）との関係を表すグラフ２００を示している。図１０中、曲線２０２〜２１０はそれぞれ接合部材５９の剛性が１０ＭＰａ、１００ＭＰａ、１ＧＰａ、４ＧＰａ、２００ＧＰａのときを表し、曲線２２０は圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅の割合ごとの最大発生圧力を示している。

図１０によれば、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が１００％以下（即ち、従来技術に係るインク室ユニット５３）では、接合部材５９の剛性を低くする（ヤング率を小さくする）と圧電素子５８の発生圧力が低下することが分かる。

一方、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が１００％を超える（即ち、本発明に係るインク室ユニット５３）では、圧電素子５８の発生圧力は次のとおりになる。

接合部材５９のヤング率が１ＧＰａ〜２００ＧＰａである比較的剛性が高い場合、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が大きくなると、圧電素子５８の発生圧力は減少する傾向がある。特にヤング率が２００ＧＰａ（曲線２１０）の場合、圧電素子５８の発生圧力が極端に減少する傾向がある。

また、接合部材５９のヤング率が１００ＭＰａの場合（曲線２０４）には、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が１００％を超え１１０％以下の範囲では、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が大きくなっても圧電素子５８の発生圧力はほぼ一定である。

接合部材５９のヤング率が１０ＭＰａの場合（曲線２０２）には、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が大きくなると、圧電素子５８の発生圧力は増加する傾向がある。

また、グラフ２００の曲線２２０によれば、接合部材５９のヤング率が１００ＭＰａの場合には、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が略１００％のときに圧電素子５８の発生圧力が最大となり、接合部材５９のヤング率が１０ＭＰａの場合には、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が略１１５％のときに圧電素子５８の発生圧力が最大となる。

即ち、圧力室５２の変位体積の拡大及び圧電素子５８の発生圧力の低下抑制を実現するために、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が１００％を超え１１０％以下になるように圧力室５２と圧電素子５８とを構成し、接合部材５９のヤング率を１００ＭＰａ以下になるように接合部材５９が構成される。

ここで、図１１に接合部材５９のヤング率と厚みとの関係を示す。図１１に示すグラフ２４０は、横軸を接合部材５９のヤング率、たて軸を接合部材５９の厚みとし、曲線２４２は、圧電素子５８に６０Ｖの駆動電圧を印加して駆動するときに、圧力室５２が１０ｐｌの変位体積を得ることができる接合部材５９のヤング率（横軸）と厚み（たて軸）とを表している。

図１１によれば、接合部材５９のヤング率が１ＧＰａでは厚みが略１０μm であり、ヤング率が０．１ＧＰａ（１００ＭＰａ）では厚みが略１μm 、ヤング率が０．０１ＧＰａ（１０ＭＰａ）では厚みが略０．１μm になっている。

接合強度や接合部材の厚み精度を考慮すると現実的な接合厚みは数μm 以上であることが好ましく、この厚みの条件から、接合部材５９のヤング率は１ＧＰａ程度であることが好ましい。

即ち、接合部材５９のヤング率が１ＧＰａ以下であり、圧力室５２の幅Ｗb に対する圧電素子５８の幅Ｗa の割合が１００％を超え１１０％以下の範囲であれば、圧力室５２の変位体積拡大及び圧力室５２に付与される圧力の低下抑制を実現することが可能であり、本発明の効果を得ることができる。

また、接合部材５９の剛性の下限値は使用される接着剤によって決められ、本例に用いられる接着剤の剛性は１ＭＰａ以上である。

〔製造ばらつきと圧力室の変位体積のばらつきとの関係〕
次に、圧電素子５８の接合位置のばらつきと圧力室５２の変位体積のばらつきとの関係を説明する。

図１２は、圧電素子５８の接合位置と圧力室５２の変位体積との関係及び、圧電素子５８の接合位置と圧電素子５８の発生圧力との関係を示している。図１２中、変位体積の単位はpl、発生圧力の単位はＭＰａで表されている。

図１２に示すように、接合部材５９のヤング率が０．０１ＧＰａ（１０ＭＰａ）では、圧電素子５８の接合位置が本来の接合位置から１０μm ずれても、圧電素子５８の発生圧力（圧電素子５８の発生圧力）は０．４７％増加しており、圧電素子５８の位置ずれがあっても圧電素子５８の発生圧力は減少しない。

一方、接合部材５９のヤング率が１ＧＰａでは、圧電素子５８の位置ずれによって圧電素子５８の発生圧力が１．３７％減少し、接合部材５９のヤング率が２００ＧＰａでは、圧電素子５８の位置ずれによって圧電素子５８の発生圧力は１．６％減少する。

即ち、接合部材５９のヤング率を１ＧＰａ以下にすることで、圧電素子５８の接合位置に製造ばらつき等のばらつきが生じても、圧電素子５８の発生圧力のばらつきを低減させることができる。

なお、一般に、接合部材５９の厚みによって振動板５６の変位量が変わるので、接合部材５９のヤング率が大きい場合にはその厚みを厚くし、接合部材５９のヤング率が小さい場合にはその厚みを薄くすることが好ましい。

上記の如く構成された印字ヘッド５０では、圧力室壁５２Ａと振動板５６との接合部材５９はヤング率が１ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲となる低剛性部材を有し、更に、インク室ユニット５３が有する圧力室５２の幅よりも圧電素子の幅が大きくなり、圧電素子５８が圧力室５２の天面とオーバーラップする構造を有している。したがって、振動板５６の変位を大きくすることによって圧力室５２の変位体積を拡大することができ、圧電素子５８の発生圧力の低下を抑制することができると共に、製造バラツキによる圧電素子５８の発生圧力（圧電素子５８の発生圧力）の低下を抑制することが可能になり、一般的なインクが持つ粘度よりも高い粘度を持った高粘度インクを用いる場合にも好ましい吐出を行うことができる。

〔応用例１〕
次に、図１３乃至図１６を用いて、本実施形態に係る応用例を説明する。

図１３は、本用例に係る印字ヘッド５０が有するインク室ユニット５３の立体構造を示す断面図であり、印字ヘッド５０内のインク室ユニットのうち３つのインク室ユニット５３-1、５３-2、５３-3を示している。

また、図１４は、図１３に示した３つのインク室ユニットのうち２つのインク室ユニット５３-1、５３-2の平面構造を示す平面図であり、図１５は、図１４に示したインク室ユニット５３-1、５３-2の平面構造の他の態様を示している。

図１３に示すように、振動板５６は接合部材５９によって圧力室壁５２Ａと接合される部分に溝３００を備えており、振動板５６はインク室ユニット５３-1、５３-2、５３-3に対応して複数に分割される構造を有している。

圧力室壁５２Ａと振動板５６とを接合する接合部材５９に低剛性部材（柔軟部材）を用いると、隣り合うインク室ユニット（圧力室）間でクロストークが発生し易くなるので、振動板５６に溝３００を備えることで、隣り合うインク室ユニット間に発生するクロストークを抑制することができる。

図１３に示す溝３００は振動板５６の厚みと略同一の厚みを有しているが、振動板５６の厚みよりも小さい厚みを有していてもよい。溝３００が振動板５６の厚みよりも小さい厚みを有する場合、溝３００は圧電素子５８側の面に設けられてもよいし、接合部材５９側の面に設けられてもよい。

図１４に示すように、溝３００が振動板５６の長さ（幅）と同一の長さを有し（溝３００を振動板５６の長さ（幅）方向に貫通させて）、各インク室ユニットが独立した振動板
５６-1、５６-2、…を持つように構成してもよいし、図１５に示すように、振動板５６の長さ (幅）よりも短い長さを有する溝（スリット）３０２〜３１４を備えてもよい。

図１５には溝３０２〜３１４の長さＬが圧電素子５８の一辺の長さと略同一の態様を示したが、溝３０２〜３１４の長さＬは圧電素子５８の一辺の長さよりも長くてもよいし、短くてもよい。

また、溝３０２〜３１４は同一形状を有していてもよいし、異なる形状を有していてもよい。本例では長方形形状の溝を示した、溝の形状は長方形（四角形）に限定されず、他の多角形や長だ円形状でもよい。

更に、溝３００が１つの溝を含む態様を示したが、溝３００が複数の溝を含んでいてもよい。また、図１５に示した溝３０２〜３１４のうち、複数の溝をつなぎ合わせてもよい。

本例では、圧電素子５８の両側の溝３００等が対称な位置に配置される態様を示したが、これらは非対称位置に配置されてもよい。

また、図１５に示す溝３０２〜３１４は、隣り合う圧電素子の中間位置に配置されているが、どちらかの圧電素子に近い位置に配置されてもよい。

ここで、溝３０２〜３１４の幅Ｈを大きくするとクロストーク抑制効果が大きくなるが、圧力室壁５２Ａと振動板５６との接合力が弱くなるので、圧力室壁５２Ａと振動板５６とを所定の接合力で接合させるように、溝３０２〜３１４の幅を決める必要がある。

〔応用例２〕
次に、本実施形態に係る他の応用例を説明する。

図１６は、本応用例に係るヘッド５０の断面図であり、図１７は図１６の圧力室壁５２Ａと振動板５６とを接合部材５９を用いて接合させる接合部分の拡大図である。

図１６及び図１７に示すように、接合部材５９は針状フィラー４００が厚み方向に略直交する面方向（矢印線Ｘで示す方向）に沿って並べられ、厚み方向（矢印線Ｙで示す方向）は高剛性、前記厚み方向に略直交する幅方向（面方向）は低剛性となるように、接合部材５９に異方性を持たせる構造を有している。言い換えると、接合部材５９は、振動板５６と圧力室壁５２Ａとを接合させる接合層として機能するとともに、幅方向の剛性に比べて厚み方向の剛性が高くなるような異方性層として機能している。

接合部材５９に振動板５６や圧力室壁５２Ａよりも剛性が低い低剛性部材を用いると、圧力室５２の固有振動数が下がってしまい、吐出周波数に影響を及ぼす可能性がある。

図１６及び図１７に示すように、接合部材５９に異方性を持たせることで厚み方向は高剛性となり、圧力室５２の固有振動数を適切な範囲に維持しつつ、吐出周波数への影響を抑え、一方、幅方向は低剛性となるので、圧力室５２の変位体積の拡大に寄与する。

本実施形態では、液体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印字ヘッドの有するインク室ユニットの詳細構造を示す図図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におけるインク供給系の構成を示した概念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従来技術に係るインク室ユニットの構造を示す断面図圧電素子幅／圧力室幅と圧電素子の変位体積との関係を示す図圧電素子幅／圧力室幅と圧力室の発生圧力との関係を示す図接合部材の厚みとヤング率との関係を示す図製造ばらつきによる圧力室の変位体積及び圧電素子の発生圧力を説明する図本実施形態の応用例に係るインク室ユニットの断面図図１２に示したインク室ユニットの平面図本実施形態の他の応用例に係るインク室ユニットの平面図本実施形態の更に他の応用例に係るインク室ユニットの断面図図１７に示すインク室ユニットの拡大図

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、５２Ａ…圧力室壁、５６…振動板、５８…圧電素子、５９…接合部材、３００，３０２，３０４，３０６，３０８，３１０，３１２，３１４…溝、４００…針状フィラー

Claims

被吐出媒体上に液滴を吐出させる吐出孔と、
前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、
前記圧力室の１つの面を構成し、屈曲変形することによって前記圧力室の体積を変化させて、前記圧力室に収容されている液を前記吐出孔から吐出させる振動板と、
一方の面が前記振動板に接合され、一方の面と反対側の他方の面は固定されずに自由端となる構造を有し、駆動信号に応じてｄ _３１モードの収縮を生じ、前記振動板を屈曲変形させるベンダー型の圧電素子と、
を備え、
前記圧力室を構成する壁部材と前記振動板との接合部には、厚みが０．１μｍ以上１０μｍ以下、ヤング率が１ＭＰａ以上１ＧＰａ以下であり、剛性が相対的に高い場合は前記厚みが相対的に厚くされ、剛性が相対的に低い場合は前記厚みが相対的に薄くされる低剛性部材を含む接合部材を有し、
前記圧電素子は、前記圧力室の内側有効長さよりも大きい長さを有することを特徴とする吐出ヘッド。
前記接合部材は、前記圧力室を構成する壁部材と前記振動板とを接合させる接着剤を含むことを特徴とする請求項１記載の吐出ヘッド。
前記接合部材は、幅方向の剛性が低い異方性を有する部材を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の吐出ヘッド。
前記振動板は、各圧力室に対応して前記振動板を複数の領域に分割する溝構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の吐出ヘッド。
被吐出媒体上に液滴を吐出させる吐出孔と、
前記吐出孔から吐出させる液体を収容する圧力室と、
前記圧力室の１つの面を構成し、屈曲変形することによって前記圧力室の体積を変化させて、前記圧力室に収容されている液を前記吐出孔から吐出させる振動板と、
一方の面が前記振動板に接合され、一方の面と反対側の他方の面は固定されずに自由端となる構造を有し、駆動信号に応じてｄ _３１モードの収縮を生じ、前記振動板を屈曲変形させるベンダー型の圧電素子と、
を備えた吐出ヘッドを有し、
前記圧力室を構成する壁部材と前記振動板との接合部には、厚みが０．１μｍ以上１０μｍ以下、ヤング率が１ＭＰａ以上１ＧＰａ以下であり、剛性が相対的に高い場合は前記厚みが相対的に厚くされ、剛性が相対的に低い場合は前記厚みが相対的に薄くされる低剛性部材を含む接合部材を有し、
前記圧電素子は、前記圧力室の内側有効長さよりも大きい長さを有することを特徴とする画像形成装置。