JP6369552B2

JP6369552B2 - インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびにインクジェットプリンタ

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Inventors: 松田　伸也; 伸也松田
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Description

本発明は、基板に形成された圧力室内のインクをノズル孔から射出するインクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびにそのようなインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタに関する。

下記の特開２００５−２８９０４８号公報（特許文献１）、特開２００７−２６１２８５号公報（特許文献２）、特開２００５−２７９５８６号公報（特許文献３）、特開２０１１−１３１５３０号公報（特許文献４）、特開２０１１−１４０１９４号公報（特許文献５）、特開２０１３−０２８１８３号公報（特許文献６）に開示されているように、基板に形成された圧力室内のインクをノズル孔から射出するインクジェットヘッド、およびそのようなインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている。図２７〜図３０を参照して、一般的なインクジェットヘッド１００の構成および動作について説明する。図２７は、インクジェットヘッド１００の構成を示す平面図であり、図２８は、図２７中のＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。

図２７および図２８に示すように、インクジェットヘッド１００は、基板１１１、複数の圧電素子１１５、複数の圧力室１１６（図２８）およびノズルプレート１１８（図２８）を備える。基板１１１は、圧力室１１６を内部に形成したり、圧電素子１１５を積層したり、ノズルプレート１１８を接合したりするためのベースとなる部材であり、ボディ部１１１ｃおよび振動層１１１ｆを含んでいる。

圧電素子１１５は、基板１１１上に設けられ、圧力室１１６と圧電素子１１５との間に振動層１１１ｆが位置している。ノズルプレート１１８には、複数のノズル孔１１８ｈが形成されている。複数の圧電素子１１５、振動層１１１ｆ、複数の圧力室１１６および複数のノズル孔１１８ｈにより、複数のチャネル１００Ｃが形成されている。

図２９は、インクジェットヘッド１００に形成された１つのチャネル１００Ｃを示す平面図であり、図３０は、図２９中のＸＸＸ−ＸＸＸ線に沿った矢視断面図である。図２９および図３０を参照して詳述すると、ボディ部１１１ｃ（図２８参照）は、ボディ基板１１１ａおよび絶縁膜１１１ｂを有し、振動層１１１ｆ（図２８参照）は、従動板１１１ｄおよび絶縁膜１１１ｅを有している。基板１１１（絶縁膜１１１ｅ）上に形成された圧電素子１１５は、駆動制御部１１５ｐに接続されている。振動層１１１ｆには、インク供給口１１７が形成されており、インク供給口１１７は、インク流路１１９（インク供給路）を通して圧力室１１６に連通している。

図示しないタンクからインク供給口１１７およびインク流路１１９を通して、圧力室１１６にインクが供給される。駆動制御部１１５ｐから圧電素子１１５に電圧を印加すると、圧電素子１１５の厚さ方向に対して垂直な方向に圧電素子１１５は伸縮する。振動層１１１ｆに曲げ変形が生じ、振動層１１１ｆが厚さ方向に変位する。振動層１１１ｆの上下運動によって、圧力室１１６内の体積が変化する。圧力室１１６内のインクに圧力が加えられることで、ノズル孔１１８ｈからインク的が射出する。一般的なインクジェットヘッド１００は、以上のようにしてインクを射出することができる。

特開２００５−２８９０４８号公報特開２００７−２６１２８５号公報特開２００５−２７９５８６号公報特開２０１１−１３１５３０号公報特開２０１１−１４０１９４号公報特開２０１３−０２８１８３号公報

インクジェットヘッドにおいては、圧力室内に気泡や異物が存在する場合があり、これらが存在する場合にはインクが適切に射出されにくくなる。圧力室内に気泡が存在する原因としては、たとえば以下の（ａ）〜（ｃ）が挙げられる。
（ａ）圧力室に供給されるインク導入時に、圧力室内に気泡が残留している。
（ｂ）圧力室へのインク導入時に、圧力室内に気泡が残留している。
（ｃ）ノズル孔からインクを射出した後、圧力室内が負圧状態になるため、キャビテーション（空洞現象）により、インクに気泡が発生する。

また、圧力室内に異物が存在する原因としては、たとえば以下の（ｄ）〜（ｆ）が挙げられる。
（ｄ）ヘッドの内部に、加工時や組み立て時に発生した異物が存在している。
（ｅ）圧力室に供給されるインク自体に異物が含まれている。
（ｆ）インクに色材として分散されている顔料が沈降して凝集物となる。特に、高粘度インクや、ＵＶインクなどにおいて発生しやすい。

上記の特許文献１〜６は、気泡や異物の存在を検出することに関する発明を開示しているが、いずれも構成が複雑であり、製造費用のさらなる低減を企図することは難しいものと考えられる。たとえば、上記の特許文献１，２は、圧力室の中に膜部材を配置するという構成を採用しており、上記の特許文献３は、液体供給路を貫くように設置された圧力検出手段を用いて気泡や異物の存在を検出するという構成を採用しているが、これらの構成はいずれも複雑である。

本発明は、従来に比して簡素な構成にて圧力室内に気泡や異物が存在しているか否かを検出することが可能なインクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびにそのようなインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るインクジェットヘッドは、インクを貯留する複数の圧力室を内部に形成し、複数の上記圧力室にまたがるように延在する振動層を含む基板と、複数の上記圧力室と一対一の対応関係となるように上記基板の上記振動層上に設けられ、伸縮して上記振動層を部分的に振動させることによって対応する上記圧力室を加圧してインクを射出させる複数の駆動用圧電素子と、複数の上記駆動用圧電素子とは別に上記基板の上記振動層上に設けられ、上記駆動用圧電素子が伸縮している際に、伸縮している上記駆動用圧電素子に対応する上記圧力室内の液圧の変化を上記振動層の振動を介して検出する検出用圧電素子と、上記検出用圧電素子が検出した上記圧力室内の液圧の変化に基づいて上記圧力室が正常にインクを吐出できる状態であるかそうでないかを判断する制御装置と、を備える。

本発明の一側面に係るインクジェットプリンタは、本発明の一側面に係る上記のインクジェットヘッドを備え、上記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを射出させることで印刷を行う。

本発明の一側面に係るインクジェットヘッドの製造方法は、本発明の一側面に係る上記のインクジェットヘッドの製造方法であって、振動層を含む基板を準備する工程と、複数の上記駆動用圧電素子および上記検出用圧電素子を、上記基板の上記振動層上に同時に形成する工程と、を備える。

実施の形態１におけるインクジェットプリンタを模式的に示す図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドに形成されたチャネルを示す平面図である。図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの機能ブロックを示す図である。（Ａ）は、実施の形態１におけるインクジェットヘッドがインクを射出する際に駆動制御部が駆動用圧電素子に印加する駆動電圧Ｌ１の時間的な変化を示す図である。（Ｂ）は、駆動電圧Ｌ１が印加された際に振動する振動層の変位の時間的な変化を示す図である。（Ａ）は、実施の形態１におけるインクジェットヘッドの制御装置が検出動作を行なう際に駆動制御部が駆動用圧電素子に印加する駆動電圧Ｌ３の時間的な変化を示す図である。（Ｂ）は、駆動電圧Ｌ３が印加された際に振動するインク流路（インク供給路）の側の振動層の変位Ｌ４の時間的な変化を示す図である（圧力室内に気泡や異物が存在していない場合）。（Ｃ）は、駆動電圧Ｌ３が印加された際に振動するインク流路（インク供給路）の側の振動層の変位Ｌ５の時間的な変化を示す図である（圧力室内に気泡や異物が存在している場合）。実施の形態１におけるインクジェットプリンタの起動時に行われる検出動作のフローを示す図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第１工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第２工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第３工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第４工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第５工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第６工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第７工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第８工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第９工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第１０工程を示す断面図である。実施の形態１におけるインクジェットヘッドの製造方法の第１１工程を示す断面図である。実施の形態２におけるインクジェットヘッドに形成されたチャネルを示す平面図である。図１９中のＸＸ−ＸＸ線に沿った矢視断面図である。実施の形態３におけるインクジェットヘッドに形成されたチャネルを示す平面図である。図２１中のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿った矢視断面図である。実施の形態３の変形例におけるインクジェットヘッドに形成されたチャネルを示す平面図である。図２３中のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿った矢視断面図である。実施の形態４におけるインクジェットヘッドに形成されたチャネルを示す平面図である。図２５中のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿った矢視断面図である。一般的なインクジェットヘッドの構成を示す平面図である。図２７中のＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。一般的なインクジェットヘッドに形成された１つのチャネルを示す平面図である。図２９中のＸＸＸ−ＸＸＸ線に沿った矢視断面図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［実施の形態１］
（インクジェットプリンタ１）
図１を参照して、実施の形態１におけるインクジェットプリンタ１について説明する。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２、繰り出しロール３、巻き取りロール４、バックロール５ａ，５ｂ、中間タンク６、送液ポンプ７、貯留タンク８、定着装置９、インクジェットヘッド１０、および配管ライン６Ｔ，７Ｔを備える。

繰り出しロール３は、記録媒体Ｐを矢印ＡＲに示す方向に繰り出す。記録媒体Ｐとは、たとえば印刷用紙や布である。巻き取りロール４は、繰り出しロール３から繰り出されてインクジェットヘッド部２において画像が形成された記録媒体Ｐを巻き取る。バックロール５ａ，５ｂは、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に設けられる。

貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７および配管ライン７Ｔを通して中間タンク６に供給される。中間タンク６に貯留されたインクは、中間タンク６から配管ライン６Ｔを通してインクジェットヘッド１０に供給される。インクジェットヘッド１０は、インクジェットヘッド部２において記録媒体Ｐ上に向かってインクを射出する。定着装置９は、記録媒体Ｐ上に供給されたインクを記録媒体Ｐに定着させる。インクジェットプリンタ１においては、以上のようにして記録媒体Ｐ上に画像を形成することができる。

（インクジェットヘッド１０）
図２〜図７を参照して、本実施の形態におけるインクジェットヘッド１０の詳細について説明する。図２は、インクジェットヘッド１０に形成されたチャネル１０Ｃ１，１０Ｃ２（インク射出部）を示す平面図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。図４は、インクジェットヘッド１０の機能ブロックを示す図である。インクジェットヘッド１０は、２つの１０Ｃ１，１０Ｃ２（圧力室１６ａ，１６ｄ）を備えるが、これらの数は２以上の複数であっても構わない。

図２および図３に示すように、インクジェットヘッド１０は、基板１１、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃ（図２）、検出用圧電素子１５ｂ、圧力室１６ａ，１６ｄ（図２）、およびノズルプレート１８を備える。基板１１は、インクを貯留する圧力室１６ａ，１６ｄ（図２）等を内部に形成したり、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃ（図２）および検出用圧電素子１５ｂを積層したり、ノズルプレート１８を接合したりするためのベースとなる部材であり、ボディ部１１ｃ（図３）および振動層１１ｆを含んでいる。

図３を参照して、本実施の形態におけるボディ部１１ｃは、ボディ基板１１ａおよび絶縁膜１１ｂを有する。たとえば、ボディ基板１１ａはシリコンから形成され、絶縁膜１１ｂは酸化シリコン（ＳｉＯ_２）から形成される。ボディ部１１ｃの内側には、圧力室１６ａ，１６ｄ（図２）に加えて、インク流路１６ｃ、連通路１６ｂ，１６ｅ（図２）が設けられる。

圧力室１６ａ，１６ｄは、互いに離れており（図２参照）、チャネル１０Ｃ１，１０Ｃ２（インク射出部）を構成するために所定箇所に形成されている。本実施の形態のインク流路１６ｃは、インク供給路として機能する部位であり、圧力室１６ａと圧力室１６ｄとが並んでいる方向（換言すると、圧力室１６ａと圧力室１６ｄとを結ぶ方向）に対して平行な方向に沿って延在する形状を有する。連通路１６ｂ，１６ｅは、インク流路１６ｃに対して直交する方向に延在する形状を有している。連通路１６ｂは、インク流路１６ｃと圧力室１６ａとを連通させており、連通路１６ｅは、インク流路１６ｃと圧力室１６ｄとを連通させている。

一方で、基板１１の振動層１１ｆは、圧力室１６ａ，１６ｄ（図２）、インク流路１６ｃおよび連通路１６ｂ，１６ｅにまたがるように延在する形状を有している。振動層１１ｆには、インク供給口１７ａ，１７ｂ（図２）が設けられている。振動層１１ｆは、圧力室１６ａ，１６ｄに対応するようにそれぞれ設けられた駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃ（図２）の伸縮によって部分的に振動する。本実施の形態における振動層１１ｆは、従動板１１ｄおよび絶縁膜１１ｅを有する。たとえば、従動板１１ｄはシリコンから形成され、絶縁膜１１ｅは酸化シリコン（ＳｉＯ_２）から形成される。

駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃ（図２）および検出用圧電素子１５ｂは、基板１１上に設けられる。より具体的には、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃおよび検出用圧電素子１５ｂは、基板１１の振動層１１ｆ（絶縁膜１１ｅ）上に設けられる。すなわち、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃおよび検出用圧電素子１５ｂは、一枚の共通した振動層１１ｆ（絶縁膜１１ｅ）上に設けられている。駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃは、駆動制御部１５ｐにより相互に独立して駆動される。

駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃおよび検出用圧電素子１５ｂに用いられる圧電体には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ／Ｚｒ）Ｏ_３）などのペロブスカイト型の金属酸化物を用いることができる。ノズルプレート１８は、基板１１に対して駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃ（図２）および検出用圧電素子１５ｂが設けられている側とは反対側に貼り付けられている。ノズルプレート１８は、ノズル孔１８ｈを有する。

駆動用圧電素子１５ａは、圧力室１６ａと一対一の関係で対応している。駆動用圧電素子１５ａは、駆動用圧電素子１５ａと圧力室１６ａとで振動層１１ｆを上下から挟み込む位置に形成されている。駆動用圧電素子１５ａは、伸縮して振動層１１ｆを部分的に振動させることによって、駆動用圧電素子１５ａに対応する圧力室１６ａを加圧してインクをノズル孔１８ｈ（圧力室１６ａに対応するノズル孔１８ｈ）から射出させる。

駆動用圧電素子１５ｃも、圧力室１６ｄと一対一の関係で対応している。駆動用圧電素子１５ｃは、駆動用圧電素子１５ｃと圧力室１６ｄとで振動層１１ｆを上下から挟み込む位置に形成されている。駆動用圧電素子１５ｃは、伸縮して振動層１１ｆを部分的に振動させることによって、駆動用圧電素子１５ｃに対応する圧力室１６ｄを加圧してインクをノズル孔１８ｈ（圧力室１６ｄに対応するノズル孔１８ｈ）から射出させる。

検出用圧電素子１５ｂは、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃとは別に設けられた圧電素子であり、検出用圧電素子１５ｂとインク流路１６ｃ（インク供給路）とで振動層１１ｆを上下から挟み込む位置に形成されている。インク流路１６ｃ内の液圧（体積）の変化は、振動層１１ｆのうちの検出用圧電素子１５ｂが設けられている部分の振動に変換される。圧力室１６ａ内の液圧の変化は、連通路１６ｂを通してインク流路１６ｃ内のインクに伝搬し、圧力室１６ｄ内の液圧の変化も、連通路１６ｅを通してインク流路１６ｃ内のインクに伝搬する。圧電素子は、圧力（もしくは変位）の変化により電荷を発生する部材である。検出用圧電素子１５ｂの電極間の電位差を測定することにより、振動層１１ｆのうちの検出用圧電素子１５ｂが設けられている部分の振動波形を検出することができる。

したがって、検出用圧電素子１５ｂは、駆動用圧電素子１５ａが伸縮している際に、伸縮している駆動用圧電素子１５ａに対応する圧力室（圧力室１６ａ）内の液圧の変化を、振動層１１ｆの振動（インク流路１６ｃ内の液圧の変化）を介して間接的に検出することができる。さらに、検出用圧電素子１５ｂは、駆動用圧電素子１５ｃが伸縮している際に、伸縮している駆動用圧電素子１５ｃに対応する圧力室（圧力室１６ｄ）内の液圧の変化を、振動層１１ｆの振動（インク流路１６ｃ内の液圧の変化）を介して間接的に検出することもできる。検出用圧電素子１５ｂは、インク流路１６ｃの全部におよぶように形成されてもよいし，一部にのみおよぶように形成されていてもよい。

図４を参照して、インクジェットヘッド１０は、制御装置１５ｍを備えている。制御装置１５ｍは、主制御部１５ｎ、駆動制御部１５ｐ、検出制御部１５ｑ、表示制御部１５ｒ、および記録部１５ｓを含む。主制御部１５ｎは、駆動制御部１５ｐおよび検出制御部１５ｑ、表示制御部１５ｒに制御信号を送出したり、記録部１５ｓからデータを読み込んだり、記録部１５ｓにデータを保存したりする。

上述の通り、駆動制御部１５ｐは、駆動回路等を含んでおり、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃを独立して駆動する。検出制御部１５ｑは、検出用圧電素子１５ｂが検出したインク流路１６ｃ内の液圧の変化を、検出用圧電素子１５ｂから電気信号として受け取る。インクジェットヘッド１０には、必要に応じて表示部１５ｔが設けられ、表示部１５ｔは、表示制御部１５ｒによって駆動される。表示部１５ｔは、たとえば、圧力室内に気泡や異物が存在していることを報知するために用いられる。

（インクの射出動作）
図５（Ａ）は、インクジェットヘッド１０がインクを射出する際に駆動制御部１５ｐが駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃに印加する駆動電圧Ｌ１の時間的な変化を示す図である。図５（Ｂ）は、駆動電圧Ｌ１が印加された際に振動する振動層１１ｆの変位Ｌ２の時間的な変化を示す図である。

図５（Ａ）に示すように、インクを射出する際には、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃにパルス状の波形を有する駆動電圧が印加される。なお、印加電圧Ｖ１の大きさ、印加時間、および周波数は、インクジェットプリンタの仕様やインクジェットヘッドの性能により異なる。たとえば、印加電圧Ｖ１は２０Ｖであり、パルス幅（Ｔ２−Ｔ１）は１０ｕｓであり、周波数（Ｔ３−Ｔ１）は１０ｋＨｚである。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して、時刻Ｔ１で印加電圧Ｖ１を付与することにより、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃは厚さ方向に対して垂直な方向に伸びる。駆動用圧電素子１５ａの場合には、駆動用圧電素子１５ａの伸長によって、振動層１１ｆの一部が圧力室１６ａから離れる方向に凸に湾曲変形する。この際、圧力室１６ａ内は減圧され、圧力室１６ａ内にインクが引き込まれる。時刻Ｔ２で印加電圧を基準電圧（０Ｖ）に下げることによって、駆動用圧電素子１５ａは収縮して元の長さに戻る。振動層１１ｆがもとの平らな状態に戻ろうとすることに伴って、圧力室１６ａ内のインクが加圧され、圧力室１６ａに連通するノズル孔１８ｈから液滴が射出される。この動作は、駆動用圧電素子１５ｃについても同様である。

（検出動作）
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）および図７を参照して、本実施の形態における制御装置１５ｍ（図４参照）は、複数の圧力室の内部の状態を検出し、インクジェットヘッド１０が正常にインクを吐出できる状態であるかそうでないかを判断し、必要に応じてその結果を報知する。たとえば、制御装置１５ｍは、非印刷時（用紙間、装置立上時、メンテモード時などの適当なタイミング）に検出動作を行なう。

図６（Ａ）は、制御装置１５ｍが検出動作を行なう際に駆動制御部１５ｐが駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃに印加する駆動電圧Ｌ３の時間的な変化を示す図である。図６（Ｂ）は、駆動電圧Ｌ３が印加された際に振動するインク流路１６ｃ（インク供給路）の側の振動層１１ｆの変位Ｌ４の時間的な変化を示す図である（圧力室内に気泡や異物が存在していない場合）。図６（Ｃ）は、駆動電圧Ｌ３が印加された際に振動するインク流路１６ｃの側の振動層１１ｆの変位Ｌ５の時間的な変化を示す図である（圧力室内に気泡や異物が存在している場合）。

図６（Ａ）に示すように、制御装置１５ｍが検出動作を行なう際にも、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃにパルス状の波形を有する駆動電圧が印加される。印加電圧Ｖ２は、圧力室１６ａ，１６ｄからインクが射出しないような値として、たとえば、印加電圧Ｖ１（図５（Ａ））の約半分の値が採用され得る。

図６（Ｂ）を参照して、インクが射出しないような低い駆動電圧が印加された場合、インク流路１６ｃの側の振動層１１ｆは、図５（Ｂ）に示す場合に比べて振幅は小さくなり応答の遅れも生じるが、インクを射出するような高い駆動電圧が印加された場合（図５（Ｂ）に示す場合）と同様の周波数で振動する挙動を示す。インク流路１６ｃの側の振動層１１ｆとは、振動層１１ｆのうちの検出用圧電素子１５ｂによって変位が検出される部分である。

図６（Ｃ）を参照して、仮に、圧力室内に気泡や異物が存在している場合には、インク流路１６ｃの側の振動層１１ｆは、インクを射出するような高い駆動電圧が印加された場合（図５（Ｂ）に示す場合）とは異なる周波数を示す。圧力室内に気泡や異物が存在している場合には、振動の伝搬の媒質となるインクの剛性や粘性が変化する。たとえば、検出用圧電素子１５ｂによって変位が検出される振動層１１ｆの振動波形は、圧力室内に気泡や異物が存在していない場合（図６（Ｂ）に示す場合）に比べて、圧力室内に気泡や異物が存在している場合の方が、変位（振幅）が小さく高周波となる。

本実施の形態では、圧力室が正常にインクを吐出できる状態であるかそうでないかを判断するために、制御装置１５ｍが、まず駆動用圧電素子１５ａを駆動し、検出用圧電素子１５ｂからの受信信号に基づいて圧力室１６ａ内に気泡や異物が存在しているか否かを判断する。次に、制御装置１５ｍは、駆動用圧電素子１５ｃを駆動し、検出用圧電素子１５ｂからの受信信号に基づいて圧力室１６ｄ内に気泡や異物が存在しているか否かを判断する。

駆動用圧電素子およびこれに対応する圧力室が３つ以上である場合には、制御装置１５ｍは、複数の駆動用圧電素子を順に駆動した際に、検出用圧電素子１５ｂが検出した圧力室内の液圧の変化に基づいて圧力室内の状態が正常にインクを吐出できる状態であるかそうでないかを判断する。上記の動作を、複数の圧力室ごとに順に走査しながら繰り返すことにより、どの圧力室で異常が発生しているかを特定することが可能となる。

全ての圧力室で異常が検出された場合には、インク流路１６ｃ（インク供給路）などの、各圧力室に共通する流路に異常があることが考えられる。一方で、本当に全ての圧力室に異物や気泡が混入した場合には、圧力室毎に振幅や波形が異なる。各圧力室ごとに得られる検出用圧電素子１５ｂの検出波形が同一か否かに応じて、各圧力室に共通する流路に異常があるか、もしくは全ての圧力室に異常が生じているのかを選別できる。

図７を参照して、一例として、インクジェットプリンタ１（図１参照）の起動時に行われる検出動作のフローについて説明する。インクジェットプリンタ１の電源が投入されると（ステップＳＴ１，ＳＴ２）、検出動作を開始する（ステップＳＴ３）。各チャネル（各圧力室）に対してそれぞれ検出動作を行い（ステップＳＴ４，ＳＴ５）、全部のチャネルが正常である場合には、インク射出動作に入る（ステップＳＴ６，ＳＴ８）。一部のチャネルが正常でない場合には、その旨を記録部１５ｓ（図４）に記録するとともに、その旨を表示部１５ｔ（図４）に表示してユーザーに修正を要求する（ステップＳＴ７）。このようなフローによれば、非印刷時に異常の有無を検出するため、不良画像の発生を未然に防止することができる。

（インクジェットヘッド１０の製造方法）
図８〜図１８を参照して、インクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。図８を参照して、まず基板１１の材料を準備する。この材料は、酸化膜を介して２枚のシリコンが接合されたＳＯＩ構造を有しており、後工程を経ることによってボディ部１１ｃを構成する部位と、後工程を経ることによって従動板１１ｄを構成する部位とを含んでいる。この部材の厚みは、規格等で決められており、６ｉｎサイズの場合には厚みは６００ｕｍ程度である。

図９を参照して、加熱炉の中に上記の基板１１を入れ、所定時間の間、１５００℃程度に保持してシリコンの表面に熱酸化膜（石英：ＳｉＯ_２）からなる絶縁膜１１ｅ，１１ｇを形成する。図１０を参照して、チタンや白金層などからなる金属層１２ｃをスパッタ法にて成膜する。金属層１２ｃは、後工程を経ることによって下部電極１２ａ，１２ｂ（図１６参照）を構成する部材である。

図１１を参照して、基板１１を６００℃程度に再加熱し、圧電体１３ｃ（チタン酸ジルコン酸鉛など）を成膜する。圧電体１３ｃは、後工程を経ることによって圧電体１３ａ，１３ｂ（図１６参照）を構成する部材である。図１２を参照して、感光性を有する樹脂材料７１ａ，７１ｂを圧電体１３ｃ上にスピンコート法にて塗布する。図１３を参照して、マスクを介して露光処理およびエッチング処理を行うことによって、圧電体１３ｃ（図１２）のうちの不要な部分を除去し、圧電体１３ａ，１３ｂを現像する。

図１４を参照して、圧電体１３ａ，１３ｂを覆うように、チタンや白金層などからなる金属層１４ｃをスパッタ法にて成膜する。金属層１４ｃは、後工程を経ることによって上部電極１４ａ，１４ｂ（図１６参照）を構成する部材である。図１５を参照して、感光性を有する樹脂材料７２ａ，７２ｂを金属層１４ｃ上にスピンコート法にて塗布する。図１６を参照して、マスクを介して露光処理およびエッチング処理を行うことによって、金属層１４ｃ（図１５）のうちの不要な部分を除去する。

図１６に示すように、下部電極１２ａ、圧電体１３ａおよび上部電極１４ａを含む駆動用圧電素子１５ａ（および図示しない駆動用圧電素子１５ｃ）が形成される。下部電極１２ｂ、圧電体１３ｂおよび上部電極１４ｂを含む検出用圧電素子１５ｂが形成される。すなわち本実施の形態の製造方法によれば、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃおよび検出用圧電素子１５ｂを同一の工程にて形成することができる。次に、絶縁膜１１ｇの表面に、感光性を有する樹脂材料７３ａ，７３ｂ，７３ｃをスピンコート法にて塗布する。

図１７を参照して、マスクを介して露光処理およびエッチング処理を行うことによって、ボディ部１１ｃのうちの不要な部分を除去する。これにより、圧力室１６ａ，１６ｄ（図２）、連通路１６ｂ，１６ｅ（図２）、インク流路１６ｃ（インク供給路）、およびインク供給口１７ａ，１７ｂ（図２）が形成される。図１８を参照して、不要な絶縁膜１１ｇなどを除去したのちにノズルプレート１８を基板１１に貼り付けることで、インクジェットヘッド１０を得ることができる。

（作用および効果）
上述の通り、本実施の形態のインクジェットヘッド１０においては、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃ（図２）および検出用圧電素子１５ｂ（図２）が同一の基板１１（振動層１１ｆ）上に設けられているため、構成が簡素であり、小型化が図れ、容易に製造することができると言える。本実施の形態の製造方法によれば、駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃ（図２）および検出用圧電素子１５ｂ（図２）が同一工程にて形成されるため、製造が容易であり、製造費用の低減を図ることも可能である。

上述の実施の形態１では、制御装置１５ｍは、非印刷時（用紙間、装置立上時、メンテモード時などの適当なタイミング）に検出動作を行なうと説明した。さらに、制御装置１５ｍは、複数の駆動用圧電素子を順に駆動した際に、検出用圧電素子１５ｂが検出した圧力室内の液圧の変化に基づいて圧力室内の状態が正常にインクを吐出できる状態であるかそうでないかを判断すると説明した。

この構成に限られず、制御装置１５ｍは、実際の印刷時に検出用圧電素子１５ｂが検出した圧力室内の液圧の変化に基づいて圧力室内の状態が正常にインクを吐出できる状態であるかそうでないかを判断してもよい。また、制御装置１５ｍは、複数の駆動用圧電素子を同時あるいはランダムに駆動した際に、検出用圧電素子１５ｂが検出した圧力室内の液圧の変化に基づいて圧力室内の状態が正常にインクを吐出できる状態であるかそうでないかを判断してもよい。これらの場合、圧力室１６ａ，１６ｄ内の圧力の変化は、重畳された状態で検出用圧電素子１５ｂに連続的に作用する。どの圧力室で異常が発生しているかを特定することは難しくなるが、この構成によっても、検出用圧電素子１５ｂが検出した波形に基づいて気泡や異物の存在を検出可能である。

［実施の形態２］
図１９および図２０を参照して、実施の形態２におけるインクジェットヘッド１０Ａについて説明する。ここでは、実施の形態１との相違点について説明する。インクジェットヘッド１０Ａにおいては、各圧力室１６ａ，１６ｄに連通するインク流路１６ｃ（図２参照）が形成されていない。インク供給口１７ａおよび連通路１６ｂを通して圧力室１６ａにインクが供給され、インク供給口１７ｂおよび連通路１６ｅを通して圧力室１６ｄにインクが供給される。検出用圧電素子１５ｂは、連通路１６ｂ，１６ｅにまたがるように形成されている。当該構成によっても、上記の実施の形態１と同様の作用および効果を得ることができる。

［実施の形態３］
図２１および図２２を参照して、実施の形態３におけるインクジェットヘッド１０Ｂについて説明する。ここでは、実施の形態１，２との相違点について説明する。インクジェットヘッド１０Ｂにおいては、インク供給口１７ａから供給されたインクは連通路１６ｂを通して圧力室１６ａに供給され、インク供給口１７ｂから供給されたインクは連通路１６ｅを通して圧力室１６ｄに供給される。インク供給口１７ａ，１７ｂを上流側と定義し、ノズル孔１８ｈを下流側と定義した場合には、本実施の形態においては、圧力室１６ａのさらに下流側に連通路１６ｆが形成され、圧力室１６ｄのさらに下流側に連通路１６ｇが形成されている。

連通路１６ｆ，１６ｇは、これらの下流側に位置するインク流路１６ｃに連通している。すなわち、インク流路１６ｃは、圧力室１６ａ，１６ｄに形成されたノズル孔１８ｈに対して、インク供給口１７ａ，１７ｂの反対側に位置している。本実施の形態のインク流路１６ｃは、インク排出路として機能する部位であり、振動層１１ｆのうちのインク流路１６ｃを形成している部分には、インク排出口１７ｃ，１７ｄ（図２１）が設けられている。インク排出口１７ｃ，１７ｄは、図示しない配管とともにインクの排出路を形成している。排出路は、インクを回収するために用いられることができる。この排出路の途中部分には、異物を除去可能なフィルターなどを設けてもよい。排出路を通してインクを回収し、異物を除去したのち、回収したインクをインク供給口１７ａ，１７ｂに再び供給するように構成してもよい。この場合には、インク流路１６ｃはインク循環路としても機能し得る。

駆動用圧電素子１５ａ，１５ｃおよび検出用圧電素子１５ｂを通常のインク射出時に比べて低い電圧で駆動することによって、圧力室１６ａ，１６ｄやインク流路１６ｃ内に残留しているインクを循環ないし撹拌させることも可能となる。以下、インクの循環ないし撹拌について、図２３および図２４を参照して具体的に説明する。

図２３は、実施の形態３の変形例におけるインクジェットヘッド１０Ｂａに形成されたチャネルを示す平面図である。図２４は、図２３中のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線に沿った矢視断面図である。図２３に示すように、インクジェットヘッド１０Ｂａにおいては、圧力室１６ａの下流側に形成された連通路１６ｆが、２つの連通部１６ｆ１，１６ｆ２を有している。圧力室１６ｄの下流側に形成された連通路１６ｇも、２つの連通部１６ｇ１，１６ｇ２を有している。

インクの非吐出時（たとえばインク吐出の前後）において、たとえば三角波状の駆動信号を検出用圧電素子１５ｂに印加する。駆動信号（印加電圧、印加時間、周波数）は、圧力室１６ａ，１６ｄからインクが吐出されない波形に設定される。駆動信号の一例を挙げると、印加電圧は１０Ｖであり、パルス幅は１００μｓｅｃであり、周波数は１ｋＨｚである。三角波状の駆動信号を受けた検出用圧電素子１５ｂは、図２４の矢印ＤＲ１に示すように振動層１１ｆを変位させる。インク流路１６ｃ内の圧力は、検出用圧電素子１５ｂに印加された駆動信号に応じて変化することになる。

具体的には、検出用圧電素子１５ｂに三角波のうちの印加電圧が大きくなるような駆動信号を印加した際には、インク流路１６ｃの振動層１１ｆが上方に凸となるように湾曲し、インク流路１６ｃ内に負圧が与えられる。圧力室１６ａ，１６ｄ内のインクは、連通部１６ｆ１，１６ｆ２，１６ｇ１，１６ｇ２を通して、圧力室１６ａ，１６ｄからインク流路１６ｃ内に引き込まれる。検出用圧電素子１５ｂに三角波のうちの印加電圧が小さくなるような駆動信号を印加した際には、インク流路１６ｃの振動層１１ｆが元の位置に戻るように変形し、インク流路１６ｃ内に正圧が与えられる。圧力室１６ａ，１６ｄ内のインクは、連通部１６ｆ１，１６ｆ２，１６ｇ１，１６ｇ２を通して、インク流路１６ｃから圧力室１６ａ，１６ｄに排出される。圧力室１６ａ，１６ｄとインク流路１６ｃとの間で行われるこれらの動作（インクの引き込みおよび排出）を繰り返すことにより、圧力室１６ａ，１６ｄおよびインク流路１６ｃ内のインクを撹拌することができる。

連通部１６ｆ１，１６ｆ２の流路断面積（流路抵抗）が互いに異なるように構成し、さらに連通部１６ｇ１，１６ｇ２の流路断面積（流路抵抗）が互いに異なるように構成してもよい。たとえば連通路１６ｆの場合には、インク流路１６ｃへのインクの引込時と、インク流路１６ｃからのインクの排出時とで、連通部１６ｆ１，１６ｆ２を流れるインクの流量を変化させることが可能となる。たとえば、連通部１６ｆ１の流路断面積を連通部１６ｆ２の流路断面積に比べて大きくなるように構成した場合には、インクは、連通部１６ｆ１を通って圧力室１６ａからインク流路１６ｃに流れ、連通部１６ｆ２を通ってインク流路１６ｃから圧力室１６ａに流れているとみなすことができる。この動作を周期的に繰り返すことにより、圧力室１６ａとインク流路１６ｃとの間でインクを循環させることが可能となる（図２４の矢印ＤＲ２参照）。連通路１６ｇの場合についても同様である。

圧力室１６ａおよびインク流路１６ｃ内のインクを循環ないし撹拌させる際には、検出用圧電素子１５ｂだけでなく、駆動用圧電素子１５ａに電圧を印加してもよい。この場合には、駆動用圧電素子１５ａに印加する電圧波形と検出用圧電素子１５ｂに印加する電圧波形との位相は、たとえば逆にする。

気泡が存在している場合であっても、インクを循環ないし撹拌させることによって、気泡をインクに溶け込ませることが可能となる。インクが固まって異物を形成した場合であっても、インクを循環ないし撹拌させることによって、固まった異物を再びインクに溶け込ませることが可能となる。したがって、これらの構成を採用することによって、圧力室内の状態の修正作業を容易に行うことが可能となる。

［実施の形態４］
図２５および図２６を参照して、実施の形態４におけるインクジェットヘッド１０Ｃについて説明する。ここでは、実施の形態１〜３との相違点について説明する。本実施の形態では、２つの検出用圧電素子１５ｂ，１５ｄが用いられる。すなわち、上述の実施の形態１〜３においては、１つの検出用圧電素子１５ｂが、複数の（２つの）圧力室１６ａ，１６ｄに対して一対複数の対応関係となるように設けられている。本実施の形態においては、２つの検出用圧電素子１５ｂ，１５ｄが、複数の（２つの）圧力室１６ａ，１６ｄに対して一対一の対応関係となるように設けられている。当該構成によれば、どの圧力室で異常が発生しているかを特定しやすくなる。これらの構成に限られず、複数の圧力室を二次元に配置した場合には、行ごと、列ごとに一つのセンサを備える構成を採用してもよい。圧力室と検出用圧電素子との間の距離を適切に（略同一に）設定することによって、信号感度の均一化を図ることもできる。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１インクジェットプリンタ、２インクジェットヘッド部、３繰り出しロール、４巻き取りロール、５ａ，５ｂバックロール、６中間タンク、６Ｔ，７Ｔ配管ライン、７送液ポンプ、８貯留タンク、９定着装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｂａ，１０Ｃ，１００インクジェットヘッド、１０Ｃ１，１０Ｃ２，１００Ｃチャネル、１１，１１１基板、１１ａ，１１１ａボディ基板、１１ｂ，１１ｅ，１１ｇ，１１１ｂ，１１１ｅ絶縁膜、１１ｃ，１１１ｃボディ部、１１ｄ，１１１ｄ従動板、１１ｆ，１１１ｆ振動層、１２ａ，１２ｂ下部電極、１２ｃ，１４ｃ金属層、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ圧電体、１４ａ，１４ｂ上部電極、１５ａ，１５ｃ駆動用圧電素子、１５ｂ，１５ｄ検出用圧電素子、１５ｍ制御装置、１５ｎ主制御部、１５ｐ，１１５ｐ駆動制御部、１５ｑ検出制御部、１５ｒ表示制御部、１５ｓ記録部、１５ｔ表示部、１６ａ，１６ｄ，１１６圧力室、１６ｂ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ連通路、１６ｃ，１１９インク流路、１６ｆ１，１６ｆ２，１６ｇ１，１６ｇ２連通部、１７ａ，１７ｂ，１１７インク供給口、１７ｃ，１７ｄインク排出口、１８，１１８ノズルプレート、１８ｈ，１１８ｈノズル孔、７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂ，７３ｃ樹脂材料、１１５圧電素子、ＡＲ矢印、Ｌ１，Ｌ３駆動電圧、Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５変位、Ｐ記録媒体、ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３，ＳＴ４，ＳＴ５，ＳＴ６，ＳＴ７，ＳＴ８ステップ、Ｔ１，Ｔ２時刻、Ｖ１，Ｖ２印加電圧。

Claims

インクを貯留する複数の圧力室を内部に形成し、複数の前記圧力室にまたがるように延在する振動層を含む基板と、
複数の前記圧力室と一対一の対応関係となるように前記基板の前記振動層上に設けられ、伸縮して前記振動層を部分的に振動させることによって対応する前記圧力室を加圧してインクを射出させる複数の駆動用圧電素子と、
複数の前記駆動用圧電素子とは別に前記基板の前記振動層上に設けられ、前記駆動用圧電素子が伸縮している際に、伸縮している前記駆動用圧電素子に対応する前記圧力室内の液圧の変化を前記振動層の振動を介して検出する検出用圧電素子と、
前記検出用圧電素子が検出した前記圧力室内の液圧の変化に基づいて前記圧力室が正常にインクを吐出できる状態であるかそうでないかを判断する制御装置と、を備え、
前記基板には、複数の前記圧力室に連通するインク流路が形成されており、
前記検出用圧電素子は、前記インク流路内の液圧の変化を検出し、
前記インク流路は、前記圧力室に形成されたノズル孔に対して、前記圧力室にインクを供給するインク供給口の反対側に位置している、
インクジェットヘッド。
前記検出用圧電素子は、複数の前記圧力室に対して一対複数の対応関係となるように前記基板の前記振動層上に設けられている、
請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記検出用圧電素子は、複数の前記圧力室に対して一対一の対応関係となるように前記基板の前記振動層上に複数設けられている、
請求項１に記載のインクジェットヘッド。
前記制御装置は、複数の前記駆動用圧電素子を順に駆動した際に、前記検出用圧電素子が検出した前記圧力室内の液圧の変化に基づいて前記圧力室内の状態が正常にインクを吐出できる状態であるかそうでないかを判断する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
前記圧力室からのインク非吐出時に、前記検出用圧電素子を駆動して前記インク流路内の圧力を変化させることにより、前記圧力室および前記インク流路内のインクを循環ないし撹拌させる、
請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
請求項１から５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドを備え、
前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを射出させることで印刷を行う、
インクジェットプリンタ。
請求項１から５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドの製造方法であって、
振動層を含む基板を準備する工程と、
複数の前記駆動用圧電素子および前記検出用圧電素子を、前記基板の前記振動層上に同時に形成する工程と、を備える、
インクジェットヘッドの製造方法。