(57)【要約】【課題】複雑な制御回路や制御を用いることなくインクの温度が変化しても安定した所定の吐出特性を実現することが可能な液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】供給流路（５４Ａ）の天面を形成する舌片部（５６Ａ）は異なる線膨張係数を持つ２層から成り、上層（５６Ｂ）の線膨張係数に比べて下層（５６Ｃ）の線膨張係数が大きい条件を満たしている。インク温度が上昇すると舌片部は上層側に反るようにたわみ変形して圧力室（５２）のインクがノズル側に比べて供給流路側に流れやすくなり、インク温度が下降すると舌片部は下層側に反るようにたわみ変形して圧力室のインクが供給流路側に比べてノズル側に流れやすくなる。インクの温度上昇（下降）にってインク粘度が減少（増加）して起こるインクの吐出特性の変化を抑制し、インクの温度が変化しても一定の吐出特性が維持される。【選択図】  図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出孔から吐出させる液体が収容される圧力室と、
前記圧力室の壁面を構成する振動板と、
前記振動板の圧力室と反対側に設けられ前記圧力室へ供給される液体が収容される共通液室と、
前記振動板の一部が開口部として形成される供給口と、
前記供給口と前記圧力室との間に設けられる供給流路と、
を備え、
前記振動板は、前記供給口が周囲の一部を囲むように設けられ前記供給流路の壁面の一部を構成すると共に、前記振動板の一部が前記共通液室側の上層の線膨張係数α1 と前記圧力室側の下層の線膨張係数α2 との関係がα1 ＜α2 を満たす前記上層及び前記下層を積層させた積層構造を有し少なくとも一部が前記供給流路の大きさを変える方向にたわみ変形可能な舌片部を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記振動板は、前記共通液室側の上層の線膨張係数α1 と前記圧力室側の下層の線膨張係数α2 との関係がα1 ＜α2 を満たす前記上層及び前記下層を積層させた積層構造を有することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記供給口は、前記共通液室側から見た平面形状が略馬蹄形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記上層の線膨張係数α1 と前記下層の線膨張係数α2 との関係がα2 ／α1 ＞６を満たすことを特徴とする請求項１、２又は３記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記上層の厚みｔ1 と前記下層の厚みｔ2 との関係がｔ1 ≧ｔ2 を満たす場合、前記上層の弾性係数Ｅ1 と前記下層の弾性係数Ｅ2 との関係がＥ1 ≦Ｅ2 を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記上層の厚みｔ1 と前記下層の厚みｔ2 との関係がｔ1 ＜ｔ2 を満たす場合、前記上層の弾性係数Ｅ1 と前記下層の弾性係数Ｅ2 との関係がＥ1 ＞Ｅ2 を満たすことを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドに係り、特に、液体の温度変化による吐出特性の変化を抑制する液体吐出装置、ヘッドにおける液体吐出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、多数のノズル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吐出媒体たるメディアを相対的に移動させながら、ノズルからメディアに向けてインクを吐出することにより、メディア上に画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置は、インクタンクからインク供給路を介して圧力室にインクを供給し、画像データに応じた電気信号を圧電素子などのアクチュエータに付与してこのアクチュエータを駆動することにより、圧力室を変形させることで圧力室の容積を減少させ、圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出するようになっている。このようにインクジェット記録装置においては、ノズルから吐出されたインクによって形成されるドットを組み合わせることによってメディア上に所望の画像が形成される。
【０００４】
近年、インクジェット記録装置において、写真プリント並みの高画質な画像を形成することが望まれている。これに対して、ノズル径を小さくしてノズルから吐出されるインク液滴を小さくすることによりドットを微細化し高解像化を図るとともに、ノズルを高密度に配列して１画像あたりの画素数を多くすることによってドットの高密度化を図り、メディア上に形成される画像の高画質化を実現することが考えられている。このようなノズル配列を高密度化する方法として、従来、ノズルを２次元マトリクス状に配置することが提案されている。
【０００５】
一般に、インクジェットヘッドの温度（インクジェットヘッド内のインクの温度）が変化するとインクの粘度が変化し、インクの吐出特性が変化してしまうことが知られている。例えば、インクの温度が上がるとインクの粘度は低くなり、インクの温度が下がるとインクの粘度は高くなる。インクの粘度が高くなると、所定の圧力を与えてもインクの吐出量が所定の吐出量に比べて少なくなると共に、インクの飛翔速度が所定の飛翔速度に比べて小さくなってしまう。このようなインクの温度変化が発生しても安定したインク吐出を実現するために以下のような方法が提案されている。
【０００６】
上述した課題を解決する方法として、インク（インクジェットヘッド）の温度を測定し、インクの温度が一定になるように制御する方法がある。具体的には専用の温度制御素子を用いて温度制御を行う方法やアクチュエータを振動させることでアクチュエータを発熱させ、この熱を利用する方法などがある。一方、検出された温度に基づいてアクチュエータに与える駆動波形を制御する方法も提案されている。具体的には駆動波形の電圧を可変させてアクチュエータから発生させる吐出力を可変させる方法や、駆動波形の周波数 (駆動周波数）を可変させる方法 (特許文献１）、アクチュエータを高周波駆動させることでインクの温度を上昇させる方法（特許文献２）、吐出タイミングを変える方法などが提案されている。また、上述した方法を複数組み合わせて、インク温度を検知するとインクを加熱制御しエネルギー発生部材の駆動波形を制御する方法（特許文献３）も提案されている。
【特許文献１】特開平１０−２１７４６５号公報
【特許文献２】特開平１１−９９６６６号公報
【特許文献３】特開２００３−１３６６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献等に記載されている方法では、インクの温度を計測する温度検出素子や温度計測のための制御回路が必要になる。また、インクの温度が一定になるように制御する方法では、温度を制御するための温度制御素子や該温度制御素子を駆動するための制御回路及び制御システムが必要になり、駆動波形を制御する方法では、駆動波形を変更するための回路及び制御システムが必要になる。即ち、このような制御回路や制御システムを用いると、ヘッドの構造や回路構成が複雑になるばかりかヘッドの制御システムの負荷を増大させてしまう恐れがある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複雑な制御回路や制御を用いることなくインクの温度が変化しても安定した所定の吐出特性を実現することが可能な液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る液体吐出ヘッドは、吐出孔から吐出させる液体が収容される圧力室と、前記圧力室の壁面を構成する振動板と、前記振動板の圧力室と反対側に設けられ前記圧力室へ供給される液体が収容される共通液室と、前記振動板の一部が開口部として形成される供給口と、前記供給口と前記圧力室との間に設けられる供給流路と、を備え、前記振動板は、前記供給口が周囲の一部を囲むように設けられ前記供給流路の壁面の一部を構成すると共に、前記振動板の一部が前記共通液室側の上層の線膨張係数α1 と前記圧力室側の下層の線膨張係数α2 との関係がα1 ＜α2 を満たす前記上層及び前記下層を積層させた積層構造を有し少なくとも一部が前記供給流路の大きさを変える方向にたわみ変形可能な舌片部を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、振動板の一部が開口として形成される供給口に周囲の一部を囲まれるように設けられ供給流路の壁面の一部を構成する舌片部は、線膨張係数が異なる２層を積層させた積層構造を有し、共通液室側の上層の線膨張係数α1 と圧力室側の下層の線膨張係数α2 との関係がα1 ＜α2 を満たすので、液体の温度が変化するとバイモルフ効果によって舌片部がたわみ変形して供給流路の大きさを可変させる。したがって、液体の温度変化によって液体の粘度が変化しても供給流路の大きさを変えることで、ノズルから液体を吐出させる際の吐出特性を一定に保つことができる。
【００１１】
例えば、液体の温度が上がると供給流路の大きさが大きくなるような構造の舌片部がたわみ変形することでノズルから液体が吐出されにくくなり（吐出時にノズル側に比べて液体流路側に液体が流れてしまい）、液体の温度上昇によって液体の粘度が小さくなりノズルから液体が吐出されやすくなることが相殺され、一方、液体の温度が下がると供給流路の大きさが小さくなることでノズルから液体を吐出しやすくなり、液体の温度下降によって液体の粘度が大きくなりノズルから液体が吐出しにくくなることが相殺される。このようにして、ノズルから液体を吐出させる際の吐出特性を一定に保つことが可能になる。
【００１２】
上層にはＳＵＳなどの金属材料が好適に用いられ、下層にはポリイミドなどの樹脂材料が好適に用いられる。なお、上層及び下層（特に、液体と接触する面、部分）に耐液性能を持たない材料を用いる場合には、液体と接触する接液部分には保護膜が形成される。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、前記振動板は、前記共通液室側の上層の線膨張係数α1 と前記圧力室側の下層の線膨張係数α2 との関係がα1 ＜α2 を満たす前記上層及び前記下層を積層させた積層構造を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、共通液室側の層の線膨張係数α1 と圧力室側の層の線膨張係数α2 との関係がα1 ＜α2 を満たす線膨張係数が異なる２つの層から振動板が構成されるので（振動板と舌片部が略同一の積層構造を有するので）、振動板を形成する工程と舌片部を形成する工程とを共通化することができ、液体吐出ヘッドの製造工程を簡略化することが可能になる。
【００１５】
振動板の圧力室と反対側（共通液室側、即ち、上層）に、振動板を変形させて圧力室の体積を変化させるアクチュエータを備える態様があり、この場合には上層にＳＵＳなどの金属材料を用い、上層をアクチュエータの共通電極（アクチュエータに与える駆動信号の基準電位、複数のアクチュエータを備える場合には複数のアクチュエータに共通の基準電位となる）と兼用するとよい。
【００１６】
舌片部の液体と接触する接液部分には耐液性能を有する保護膜（保護層）が形成される。例えば、舌片部の上層に金属材料を用いる場合には該上層の少なくとも接液部分には所定の保護膜（絶縁膜）が形成される。
【００１７】
請求項３に記載された発明は、前記供給口は、前記共通液室側から見た平面形状が略馬蹄形状であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、供給口の平面形状を馬蹄形状 (略コの字形状）にすることで、供給口に周囲の一部を囲まれた舌片部のバイモルフ効果によるたわみ変形が容易になり、温度変化に対する感度の向上が見込まれる。
【００１９】
請求項４に記載された発明は、前記上層の線膨張係数α1 と前記下層の線膨張係数α2 との関係がα2 ／α1 ＞６を満たすことを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、上層の線膨張係数α1 と下層の線膨張係数α2 との関係をα2 ／α1 ＞６とすることで、液体の温度変化によらず安定した吐出特性を維持することが可能である。更に好ましくは上層の線膨張係数α1 と下層の線膨張係数α2 との関係をα2 ／α1 ＞１０とする態様である。
【００２１】
請求項５に記載された発明は、前記上層の厚みｔ1 と前記下層の厚みｔ2 との関係がｔ1 ≧ｔ2 を満たす場合、前記上層の弾性係数Ｅ1 と前記下層の弾性係数Ｅ2 との関係がＥ1 ≦Ｅ2 を満たすことを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、上層の厚みｔ1 が下層の厚みｔ2 以下の場合には、上層の弾性係数Ｅ1 が下層の弾性係数Ｅ2 以下となるような上層及び下層の材料を選択することで、舌片部の所定の変位量を確保することができる。
【００２３】
請求項６に記載された発明は、前記上層の厚みｔ1 と前記下層の厚みｔ2 との関係がｔ1 ＜ｔ2 を満たす場合、前記上層の弾性係数Ｅ1 と前記下層の弾性係数Ｅ2 との関係がＥ1 ＞Ｅ2 を満たすことを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、上層の厚みｔ1 が下層の厚みｔ2 を超える場合には、上層の弾性係数Ｅ1 が下層の弾性係数Ｅ2 を超えるように上層及び下層の材料を選択することで、所定の温度変化に対して舌片部の所定の変位量を確保することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、液体の温度が変化すると線膨張係数の異なる２層を含み供給流路の壁面の一部を構成する舌片部がバイモルフ効果によってたわみ変形して供給流路のサイズを可変させるように構成されるので、液体の温度変化による液体の粘度変化に起因する吐出
特性の変化を供給流路のサイズを可変させることで相殺されるので、液体の温度が変化しても所定の吐出特性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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を備えたインクジェット記録装置について詳細に説明する。図１は、インクジェット記録装置１０の概略を示す全体構成図である。
【００２７】
図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごと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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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が有する各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ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。
【００３３】
ベルト３３は、記録紙１６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。
【００３４】
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１中不図示、図８に符号８８で図示）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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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）。
【００３９】
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。
【００４０】
記録紙１６の搬送方向（紙送り方向）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。
【００４１】
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、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（即ち、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。
【００４２】
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。即ち、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（紙送り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ラインの示す方向を主走査方向という。
【００４３】
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、紙送り方向が副走査方向であり、該副走査方向に略直交する方向が主走査方向ということになる。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにおけるノズルの配置について説明する。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表すものとし、図３(a) に印字ヘッド５０の平面透視図を示す。
【００５５】
図３(a) 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(a) 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供給口（図３(a) 中不図示、図４に符号５４で図示）を含んで構成される圧力室ユニット５３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。
【００５６】
このような印字ヘッド５０上のノズル配置のサイズは特に限定されるものではないが、一例として、ノズル５１を横４８行（２１ｍｍ）、縦６００列（３０５ｍｍ）に配列することにより２４００ｎｐｉを達成する。
【００５７】
図３(a) 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(a) に示すように、その対角線の一方の端にノズル５１が形成されている。
【００５８】
また、図３(b) は他の印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。図３(b) 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。
【００５９】
次に、本発明の特徴であるノズル及びインク供給系、駆動信号を供給する配線を高密度化した場合にも高周波駆動、高粘度インク吐出を可能とした印字ヘッド５０の構造について詳しく説明する。
【００６０】
本例では、このような印字ヘッド５０の高密度化を実現するために、まず、図３(a) 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。また、図４に示すように、圧力室５２にインクを供給する共通液室５５を振動板５６の圧力室５２と反対側の上側に配置し、インクのリフィル性を重視するためこの共通液室５５から振動板５６に設けられた供給口５４を介して直接圧力室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 (即ち、圧力室５２へインクを供給する供給側のインク流路の流路抵抗が小さくなるように構成して）インク供給系を高集積化するようにした。更に、本例では、圧力室５２を変形するアクチュエータ５８の電極（個別電極５７）に駆動信号を供給する電気配線９０を各個別電極５７から垂直に立ち上げて共通液室５５中を貫通するようにして上部のフレキシブル基板９２等の配線へと接続するようにしている。
【００６１】
図４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。
【００６２】
図４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を有する圧力室５２のインク吐出方向と反対側の上側に、圧力室５２の上面を形成する振動板５６が配置され、振動板５６上の各圧力室５２に対応する部分に上下を電極で挟んだピエゾ素子等の圧電素子で構成されるアクチュエータ５８が配置され、アクチュエータ５８は振動板５６と反対側の上面に個別電極５７を有している。
【００６３】
そして、この個別電極５７の端部（図４では、ノズル５１の形成位置に対応する端部）からアクチュエータ５８の非配設領域である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上に電気配線９０がアクチュエータ５８を含む面（アクチュエータ配設面）に略垂直に立ち上がって形成されている。このアクチュエータ配設面に対して略垂直に立ち上がった電気配線９０の上には多層のフレキシブル基板９２が配置され、駆動信号生成部（図４中不図示、図８に示すヘッドドライバ８４）からこれらの配線を介して駆動信号がアクチュエータ５８の個別電極５７に供給されるようになっている。
【００６４】
また、振動板５６とフレキシブル基板９２との間の柱状の電気配線９０が立ち並んだ空間は、ここから各インク供給口５４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。
【００６５】
なお、ここに示した共通液室５５は、図３(a) 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。
【００６６】
圧力室５２ごとに個別電極５７から引き出されて設けられた電極パッド５９上に垂直に柱のように立ち上がった電気配線９０は、フレキシブル基板９２を下から支え、共通液室５５となる空間を形成している。この柱のように立ち上がった電気配線９０は、その形状からエレキ柱とも呼ぶこととする。逆に言うと、電気配線９０（エレキ柱）は、共通液室５５を貫通するように形成されている。
【００６７】
なお、ここに示した電気配線９０は、各アクチュエータ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、いくつかのアクチュエータ５８に対する配線をまとめて１つの電気配線９０とするように複数のアクチュエータ５８に対して１つの電気配線９０が対応するようにしてもよい。さらに、個別電極５７ばかりでなく、共通電極（振動板５６）に対する配線もこの電気配線９０として形成するようにしてもよい。更に、電気配線９０は、アクチュエータ５８に与える駆動信号以外の信号（例えば、センサから得られる検出信号など）を伝送してもよい。
【００６８】
本例に示す供給口５４は、振動板５６のアクチュエータ５８（個別電極５７）が配設されていない非配設領域に振動板５６を貫くように形成され、その上の共通液室５５と圧力室５２は供給口５４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を流体的に直接つなぐことが出来る。
【００６９】
また、図４に示すように、供給口５４の共通液室５５側から見た（インク吐出方向の）平面形状（開口部の平面形状）は馬蹄形状（略コの字形状）を有している。
【００７０】
更に、振動板５６は、各圧力室５２に共通のものとし２層構造を持った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アクチュエータ５８が配置されている。アクチュエータ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）がアクチュエータ５８を挟むようにその上下面に形成されている。なお、アクチュエータ５８は、振動板５６と同様に各圧力室５２に共通に一体の圧電体を備え、各圧力室５２に対応して個別電極５７を設ける電極分割型圧電素子を用いてもよい。
【００７１】
振動板５６を構成する２層のうち、アクチュエータ５８が設けられる上層（図９(a)に
符号５６Ｂで図示）には、例えばＳＵＳ等の導電性材料を用いて振動板５６が共通電極を兼ねるようにしてもよい。このとき、アクチュエータ５８の上面には個々のアクチュエータ５８を個別に駆動するための個別電極５７が形成される。一方、振動板５６を構成する２層のうち、圧力室５２側の下層（図９(a)に符号５６Ｂで図示）には上述した上層に比べて線膨張係数が大きな材料が適用される。このような振動板５６の構造の詳細は後述する。
【００７２】
このように、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を貫通する電気配線９０（エレキ柱）が形成される。電気配線９０（エレキ柱）の製造方法は後述するが、その製造工程において電気配線９０は図４に示すようにテーパ状（電極パッド５９との接合部分の幅に比べてフレキシブル基板９２との接合部分の幅が大きく、電極パッドとの接合部分からフレキシブル基板９２との接合部分に向かってだんだんと幅が大きくなる構造）に形成されている。
【００７３】
柱状の電気配線９０の上には多層のフレキシブル基板９２が形成されており、電気配線９０が柱となって多層フレキシブル基板９２を支え、振動板５６を床 (底面）、多層フレキシブル基板９２を天井 (天面）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、各電気配線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、各アクチュエータ５８が駆動されるようになっている。
【００７４】
また、図４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、その一部が共通電極と兼用される振動板５６、個別電極５７、電気配線９０及び多層フレキシブル基板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。
【００７５】
なお、上述したような印字ヘッド５０の各サイズは、特に限定されるものではないが、一例を示すと、圧力室５２は平面形状が３００μｍ×３００μｍの略正方形（インク流れのよどみ点を排除する目的で角は面取りされている。）で、高さが１５０μｍ、振動板５６及びアクチュエータ５８はそれぞれ厚さが１０μｍ、電気配線９０（エレキ柱）は電極パッド５９との接続部の直径が１００μｍ、高さは５００μｍ等のように形成される。
【００７６】
図５に、このような圧力室５２の一部を、拡大した平面透視図で示す。前述したように、各圧力室５２は略正方形状であり、その圧力室５２の１つの頂角部分（図５では、圧力室５２の左下の頂角部分）の底面にはノズル５１が形成され、ノズル５１の圧力室５２をはさんで反対側の上面には供給口５４が形成され、更に、ノズル５１側のアクチュエータ非配設領域には電極パッド５９が配線５９Ａを介して個別電極５７から引き出され、その上に電気配線（エレキ柱）９０が形成されている。
【００７７】
また、図４にも示したが、振動板５６は、供給口５４に３方を囲まれた舌片部５６Ａを備えている。図５に示すように、振動板５６に設けられた舌片部５６Ａはその平面形状が略長方形（一部の頂角部分は面取り加工が施されている）であり、該長方形を形成する一方の短辺が振動板５６に固定され (固定端として形成され）、固定されている辺と対向するもう一方の短辺は変位可能になっている（自由端として形成されている）。
【００７８】
ここで、図５の６−６線（１点鎖線で図示）に沿った断面図を図６に示す。図６に示すように、本例の印字ヘッド５０は、複数の薄膜（プレート）が積層されて形成されている。まず、ノズル５１が形成されたノズルプレート９４の上に、圧力室５２、供給口５４及び圧力室５２とノズル５１を結ぶノズル流路５１Ａ等が形成された流路プレート９６が積層される。図６では流路プレート９６は１枚のプレートのように表されているが、実際は、流路プレート９６はさらに複数のプレートから成る積層構造を有している (図１０等参照）。
【００７９】
流路プレート９６の上には、圧力室５２の天面を形成する振動板５６が積層される。図６には振動板５６を１枚のプレートで表したが、本例の振動板５６は２層構造を有し、インクと接触する部分には保護膜９９が設けられている（耐インク処理が施されている）。なお、耐インク性を有する材料をインクと接触する部分に用いる場合には、該保護膜９９は不要である。詳細は後述するが、本例では、振動板５６の圧力室側の面にはポリイミドなどの樹脂が用いられるので保護膜９９は不要である。また、振動板５６には圧力室５２の供給口５４に対応する馬蹄形状の開口部が設けられ、この供給口により圧力室５２と振動板５６の上側に形成される共通液室５５とは直接連通される。
【００８０】
振動板５６（共通電極）上の圧力室５２上面の略全面に対応する部分に圧電体５８Ａが形成され、圧電体５８Ａの上面には個別電極５７が形成される。このようにしてその上下を共通電極（振動板５６）と個別電極５７ではさまれた圧電体５８Ａは、共通電極５６と個別電極５７によって電圧が印加されると変形して圧力室５２の体積を減少させ、ノズル５１からインクを吐出させるアクチュエータ（圧電アクチュエータ、圧電素子）５８が構成される。
【００８１】
個別電極５７のノズル５１側の端部には、外側へ引き出され電極接続部としての電極パッド５９が形成される。そして、この電極パッド５９の上に垂直に柱状の電気配線９０（エレキ柱）が共通液室５５を貫通するように形成される。
【００８２】
電気配線９０の上部には、多層フレキシブル基板９２が形成され、多層フレキシブル基板９２に形成される図示を省略した各配線が各電気配線９０に電極パッド９０Ａで接続し、各アクチュエータ５８を駆動するための駆動信号がそれぞれの電気配線９０を通じて供給されるようになっている。
【００８３】
また、振動板５６と多層フレキシブル基板９２との間の柱状の電気配線９０（エレキ柱）が林立する空間は圧力室５２に供給するためのインクをプールする共通液室５５となっており、ここにはインクが充満するため、振動板５６、個別電極５７、圧電体５８Ａ及び電気配線９０、さらに多層フレキシブル基板９２のインクに接する表面部分には保護層９８が形成される。なお、電気配線９０や多層フレキシブル基板９２のインクと接触する部分に形成される保護層９８は、振動板５６のインクと接触する部分に形成される保護膜９９と同一組成（同一材料）を用いるとよい。
【００８４】
このように、本実施形態においては、従来、振動板に関して圧力室と同じ側にあった共
通液室を、振動板の上側に持って行き、圧力室とは反対側に配置するようにしたため、従来必要であった共通液室から圧力室にインクを導くための配管等が不要となり、また共通液室のサイズを大きくすることができるためインクを効率よく所定のリフィル周期で供給することができ、ノズルの高密度化を達成することができるとともに、高密度化した場合においても高い吐出周波数 (短い吐出周期）での駆動が可能となる。
【００８５】
また、各アクチュエータの個別電極への配線を個別電極の電極パッドから垂直に立ち上げ共通液室を貫通するようにしたため、駆動信号を各圧電素子に供給するための配線を高密度化することが可能となった。
【００８６】
また、共通液室を振動板の上側に配置して、共通液室と圧力室とを真っ直ぐなインク供給口でつなぐようにしたため、共通液室と圧力室とを流体的に直接つなぐことができ、さらに共通液室を振動板の上側に配置したため、圧力室５２からノズル５１までのノズル流路５１Ａの長さを従来よりも短くすることができ、高密度化した場合であっても、高粘度インク（例えば、２０ｃｐ〜５０ｃｐ程度）の吐出が可能であり、また吐出後の迅速なリフィルが可能な流路構造とすることができる。
【００８７】
図７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、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。
【００８８】
図７に示したように、インク供給タンク６０と印字ヘッド５０をつなぐ管路の中間には、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。
【００８９】
なお、図７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。
【００９０】
また、インクジェット記録装置１０には、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、インク吐出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。
【００９１】
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、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。
【００９２】
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、インク吐出面のノズル領域をキャップ６４で覆うようになっている。
【００９３】
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のインク吐出面に摺動可能である。該インク吐出面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をインク吐出面に摺
動させることでインク吐出面を拭き取り、インク吐出面を清浄するようになっている。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
即ち、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５１近傍のインク溶媒が蒸発してノズル５１近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用のアクチュエータ５８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（アクチュエータ５８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アクチュエータ５８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、インク吐出面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インク吐出面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。
【００９７】
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。
【００９８】
即ち、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、圧力発生手段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のインク吐出面に、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吸引ポンプ６７で吸引する動作が行われる。
【００９９】
但し、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７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。
【０１００】
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する。
【０１０１】
図８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、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。
【０１０２】
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（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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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後乾燥部４２等のヒーター８９を駆動するドライバである。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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の圧力発生手段を駆動する。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。
【０１０８】
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に提供するものである。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。
【０１０９】
プログラム格納部９１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。プログラム格納部９１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。
【０１１０】
なお、プログラム格納部９１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。
【０１１１】
〔振動板の構造の説明〕
次の、本例の振動板５６の構造について詳説する。図９(a) 〜(c) は、印字ヘッド５０立体構造を示し、それぞれ図５の９ａ−９ａ線、９ｂ−９ｂ線、９ｃ−９ｃ線に沿う断面図である。なお、図９(a) 〜(c) では図６に示した電気配線９０、フレキシブル基板９２などアクチュエータ５８が配設される面よりも上側にある一部の部材が省略されている。
【０１１２】
図６でも説明したが、印字ヘッド５０は複数のキャビティプレート積層させた積層構造を有している。即ち、ノズル５１が形成されるノズルプレート９４、圧力室５２等が形成される流路プレート９６、上層５６Ｂ及び下層５６Ｃの２層から成る振動板５６、振動板５６の圧力室５２と反対側に配設されるアクチュエータ５８などを保護する保護層９８が順に積層されている。なお、各層（キャビティプレート）の厚さはあくまでも一例である。
【０１１３】
流路プレート９６は複数のプレートから構成される。即ち、図９(a) 〜(c) に示す流路プレート９６は、ノズル流路５１Ａが形成されるプレート９６Ａと、プレート９６Ｂと、供給流路５４Ａの底面（変形しない壁面）を形成するプレート９６Ｃと、振動板５６を支持するプレート９６Ｄと、を有している。もちろん、各プレートが更に複数のプレートから構成されていてもよい。流路プレートを構成する各プレートには、ＳＵＳなどの金属材料やポリイミドなどの樹脂材料を用いてもよいし、アクチュエータ５８に用いられる圧電材料 (圧電セラミック）などを用いてもよい。
【０１１４】
振動板５６を構成する２層は、上層（アクチュエータ側層）５６Ｂの線膨張係数α1（が下層（圧力室側層）５６Ｃの線膨張係数α2に比べて小さな材料が用いられる。上層５６ＢにはＳＵＳなどの金属材料、シリコン、酸化マグネシウムなどの酸化金属材料が好適に用いられ、下層５６Ｃにはポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンなど線膨張係数が比較的大きな樹脂材料が好適に用いられる。上層５６Ｂに金属材料を適用するとアクチュエータ５８の共通電極と兼用できより好ましい。
【０１１５】
図１０に、本例の上層５６Ｂ及び下層５６Ｃの線膨張係数、厚み、弾性係数を示す。図１０に示すように、本例では上層５６ＢにはＳＵＳなどの金属材料が用いられ、線膨張係数α1 ＝１．５×１０-5Ｋ−１、厚みｔ1 ＝１．０×１０-5ｍ、弾性係数Ｅ1 ＝２．０×１０11Ｐａである。一方、下層５６Ｃには樹脂材料が用いられ、線膨張係数α2＝１．０×１０-4Ｋ−１、厚みｔ2 ＝３．０×１０-5ｍ、弾性係数Ｅ2 ＝３．０×１０9 Ｐａである。なお、図９に示す舌片部５６Ａの長さ（供給流路５４Ａの長さ）Ｌは、Ｌ＝６．０×１０-4ｍである。
【０１１６】
即ち、図１０に示すように、上層５６Ｂの線膨張係数α1 に対する下層５６Ｃの線膨張係数α2 の割合は６．７倍となっており、α2 ／α1 ＞６（即ち、下層５６Ｃの線膨張係数α2は上層５６Ｂの線膨張係数α1の６倍以上）を満たすように上層５６Ｂ及び下層５６Ｃの材料を選定すると舌片部５６Ａの変形量が大きくとることが可能になり好ましい。
【０１１７】
また、図９(a) に示すように、振動板５６に一辺が固定された舌片部５６Ａは、圧力室５２にインクを導くための供給絞りとして機能する供給流路５４Ａの上面の一部を形成している。なお、本例における供給流路（供給絞り）５４Ａは、供給口５４と圧力室５２との間に形成される供給側のインク流路の一部であり、流路プレート９６を構成するプレート９６Ｃを底面とし、舌片部５６Ａを天面とする領域を示している。また、本例の圧力室５２は、振動板５６を天面とし、流路プレート９６を構成するプレート９６Ａを底面とする部分を示している。また、振動板５６を天面とし、プレート９６Ｂを底面とする部分は圧力室５２の設計上の体積や流路抵抗を実現するために設けられている供給側のインク流
路の一部（或いは、圧力室５２の一部）である。
【０１１８】
ここで、図１１、図１２に流路プレート９６及び振動板５６の共通液室５５の側から見た平面図を示す。
【０１１９】
図１１に示すように、流路プレート９６には、圧力室５２となる略正方形形状の開口部１００と、供給口５４や供給流路５４Ａなどを含むインク供給側のインク流路となる凹部（又は開口部）１０２が形成されている。なお、凹部１０２は、実際には深さが異なる複数の凹部から構成されているが、図１１では図を簡略化するために、凹部１０２の外形形状を図示している。
【０１２０】
また、図１２に示すように、振動板５６には、供給口５４となる馬蹄形状（略コの字形状）の開口部１１０が形成され、供給口５４に３辺を囲まれるように舌片部５６Ａが形成されている。舌片部５６Ａの短辺のうち先端部分は自由端になっており、もう一方の端部は振動板５６に保持（固定）される固定端となっている。即ち、舌片部５６Ａは、その周囲の一部が振動板５６に固定され、先端部が厚み方向に（供給流路５４Ａのサイズを変えるように）変位可能な構造を有している。
【０１２１】
なお、本例では供給口５４のインク吐出方向から見た平面形状が馬蹄形状となる態様を示したが、供給口５４の平面形状はこれに限定されない。言い換えると、振動板５６に形成される舌片部５６Ａのインク吐出方向から見た平面形状には、略長方形、略正方形、略菱形などの四角形形状や、略三角形、略円形状、略だ円形状など様々な形状を適用することができる。
【０１２２】
次に、図１３を用いて、舌片部５６Ａのたわみ変形について詳説する。図１３(a),(b) に示すように、印字ヘッド５０の温度（インクの温度）が変化すると、舌片部５６Ａはバイモルフ効果によって変形し、供給流路５４Ａのサイズが変化する。即ち、インクの温度（舌片部５６Ａの周囲温度）Ｔが所定の温度（初期温度Ｔ0 ）の場合、図９(a) に示すように舌片部５６Ａが変形せずに供給流路５４Ａが所定の断面積（図１２(a) では供給流路５４Ａの高さｈで図示）を持つ状態となる。インク温度Ｔがこの初期温度Ｔ0 よりも高くなると（即ち、Ｔ＞Ｔ0 ）、振動板５６を形成する上層５６Ｂと下層５６Ｃとの線膨張係数の違いにより上層５６Ｂの膨張量に比べて下層５６Ｃの膨張量が大きくなり、図１３(a) に示すように、舌片部５６Ａが共通液室５５側に反るように変形する。
【０１２３】
即ち、インクの温度Ｔが初期温度Ｔ0 よりも高いＴ＞Ｔ0 を満たす状態では、供給流路５４Ａの断面積が大きくなる。言い換えると、図１３(a) に示す供給流路５４Ａの高さがｈ’（但し、ｈ’＞ｈ）となる。このようにして、供給流路５４Ａの断面積が大きくなると、供給流路５４Ａの流路抵抗が小さくなり、供給側のインク流路へインクが流れやすくなる（即ち、ノズル側へインクが流れにくくなる）。
【０１２４】
一方、インク温度Ｔがこの初期温度Ｔ0 よりも低くなると（即ち、Ｔ＜Ｔ0 ）、図１３(b) に示すように、舌片部５６Ａが圧力室５２側に反るように変形する。即ち、インクの温度Ｔが初期温度Ｔ0 よりも低いＴ＜Ｔ0 を満たす状態では、供給流路５４Ａの断面積が小さくなる（図１３(a) に示す供給流路５４Ａの高さがｈ”（但し、ｈ”＜ｈ）となる）。このようにして、供給流路５４Ａの断面積が小さくなると、供給流路５４Ａの流路抵抗が大きくなり、供給側のインク流路へインクが流れにくくなる（即ち、ノズル側へインクが流れやすくなる）。
【０１２５】
ここで、図１４、図１５を用いて、インクの物性と吐出特性について説明する。図１４にはインクの温度と粘度との関係を示し、図１５には吐出特性（インクの吐出速度、体積
）とインク粘度との関係を示す。図１４に示すように、インクの温度が高くなるとその粘度は低くなる傾向がある。例えば、インクの温度Ｔが略２２℃から略３８℃に変化すると、粘度は略２０ｃＰから１０ｃＰに変化する。即ち、略２２℃のインクが略１６℃変化すると、粘度は略１０ｃＰ低くなる。
【０１２６】
図１５には、従来型のインクジェットヘッドにおけるインクの粘度と、インク粘度が１０ｃＰのインク吐出速度及びインクの吐出体積を１としたときの、インクの吐出速度の比率及びインクの吐出体積の比率と、の関係を示す。図１５中、曲線２００はインクの吐出速度を示し、曲線２０２はインクの吐出体積を示す。図１５に示すように、インクの粘度が１０ｃＰから２０ｃＰに変化すると、吐出速度は略０．８２倍、吐出体積は略０．８８倍になる。即ち、インクの粘度が上昇すると、インクの吐出速度、吐出体積とも低下し、インクの吐出特性が低下する。
【０１２７】
言い換えると、従来型のインクジェットヘッドでは、インクの温度Ｔが上昇すると、インク粘度が低下してインクの吐出速度及びインクの吐出体積が大きくなり、液滴が形成されやすくなると共に液滴飛翔が容易になる。
【０１２８】
図１６には、インクの温度（振動板５６の舌片部５６Ａの周囲温度）と、供給流路５４Ａの高さｈの変化量（舌片部５６Ａ先端部近傍の変位量、即ち、舌片部５６Ａの最大変化量）と、の関係を示す。図１６の横軸はインク温度Ｔの変化量ΔＴ（℃）、たて軸は供給流路５４Ａの高さｈの変化量（μｍ）を示す。図１６に示すように、インク温度が１６℃下がると（ΔＴ＝−１６℃、図１４のインク粘度が１０ｃＰ上昇した状態）、供給流路５４Ａの高さｈの変化量は略−７μｍであり、供給流路５４Ａの高さが３５μｍであれば、供給流路５４Ａの断面積は０．８倍になる。即ち、インク温度が１６℃低くなると、振動板５６の舌片部５６Ａ（の先端部）は圧力室５２側へ７μｍ変位して、供給流路５４Ａの大きさ (断面積）を小さくする。このようにして供給流路５４Ａの大きさを小さくすると、供給流路５４Ａの流路抵抗が大きくなる。逆に、インク温度Ｔが上昇すると供給流路５４Ａの断面積が大きくなり、吐出動作においてノズル側よりも供給口側にインクが流れやすくなることで、吐出量が低下する方向になり液滴飛翔が困難になる。
【０１２９】
次に、図１７には、供給流路５４Ａの断面積（図１５に示す、インク粘度２０ｃＰの供給流路５４Ａの断面積を１とする）と、インクの吐出速度及びインクの吐出体積との関係を示す。図１７中、横軸は供給流路５４Ａの断面積を示し、たて軸はインクの吐出速度及びインクの吐出体積を示す。図１７中、曲線２１０はインクの吐出速度を示し、曲線２１２はインクの吐出体積を示す。
【０１３０】
図１７に示すように、供給流路５４Ａの断面積が舌片部５６Ａの静定状態（舌片部５６Ａにたわみ変形が発生しない状態) の０．８倍になると、インクの吐出体積は舌片部５６Ａの静定状態における０．８８から１．０に変化する。また、インクの飛翔速度は舌片部５６Ａの静定状態における０．８２から０．８５に変化する。これは、供給流路５４Ａの断面積が小さくなると、インクの吐出体積が大きくなると共に、インクの飛翔速度も大きくなることを示している。
【０１３１】
即ち、図１５の曲線２０２に示すように、例えば、インクの温度低下によってインク粘度が１０ｃＰから２０ｃＰに上昇した場合、規格化したインク吐出体積は１．０から０．８８に低下する。一方、図１７の曲線２１２に示すように、インクの温度低下に伴う舌片部５６Ａのバイモルフ効果によって供給流路５４Ａの規格化断面積が１．０から０．８になることで規格化吐出体積は０．８８から１．０に補正され、所定の吐出体積を実現することができるようになる。
【０１３２】
また、図１５の曲線２００に示すように、インク粘度が１０ｃＰから２０ｃＰに上昇した場合、規格化したインク吐出速度は１．０から０．８２に低下する。一方、図１７の曲線２１０に示すように、インクの温度低下に伴う舌片部５６Ａのバイモルフ効果によって供給流路５４Ａの規格化断面積が１．０から０．８になることで規格化吐出速度は０．８２から０．８５に補正され、所定の吐出速度には満たないが、吐出速度を改善することができるようになる。
【０１３３】
このように、インクの温度低下に伴う粘度上昇による吐出体積、吐出速度の減少分を供給流路５４Ａの断面積の減少によりインクの吐出体積、吐出速度を増加させて、温度変化によるインクの吐出体積の変化量をキャンセするとともに、吐出速度の変化量を抑えることが可能になる。
【０１３４】
〔振動板を構成する２層の弾性係数の説明〕
次に、図１８を用いて振動板５６を構成する２層（上層５６Ｂ，下層５６Ｃ）の弾性係数について詳説する。図１８は弾性係数（Ｐａ）と供給流路５４Ａの高さの変化量（μｍ）との関係を示す。図１８中、横軸は下層５６Ｃの弾性係数を示し、たて軸はインク温度の変化量ΔＴ＝２０℃の時の供給流路５４Ａの高さの変化量を示す。また、曲線２２０は上層５６Ｂの厚みが１０μｍ（固定）、下層５６Ｃの厚みが５μｍの場合を示し、曲線２２２ (破線で図示），２２４ (１点破線で図示），２２６（２点破線で図示）はそれぞれ下層５６Ｃの厚みが１０μｍ、３０μｍ (図９に示す例）、５０μｍの場合を示している。
【０１３５】
下層５６Ｃの厚みｔ2 が上層５６Ｂの厚みｔ1 より大きい場合（線膨張係数の大きい層の厚みに比べて線膨張係数の小さい層の厚みが大きいｔ1 ＜ｔ2 の条件を満たす場合、即ち、本例に示す振動板５６を含む、図１８の曲線２２４，２２６の場合）、上層の弾性係数Ｅ1 （２．０×１０11Ｐａ）と下層の弾性係数Ｅ2 との関係はＥ1 ＞Ｅ2 であることが好ましい。
【０１３６】
図１８によれば、上層５６Ｂの厚みｔ1 よりも下層５６Ｃの厚みｔ2 が大きい条件を満たす曲線２２４，２２６（下層の厚みｔ2 が３０μｍ或いは５０μｍ）では、下層５６Ｃ弾性係数Ｅ2 よりも上層５６Ｂの弾性係数Ｅ1 （＝２．０×１０11Ｐａ）が大きくなる領域に供給流路５４Ａの変位量の最大値が存在し、この最大値をとるように下層５６Ｃの材料を選択するとよい。但し、下層５６Ｃの弾性係数Ｅ2 に対する上層５６Ｂの弾性係数Ｅ1 の割合が１０００を超える場合（即ち、Ｅ1 ／Ｅ2 ＞１０００の条件を満たす場合）には、変化量が５μｍ以下となり有効な変化量が得られない。
【０１３７】
また、図１８の曲線２２２に示す下層５６Ｃの厚みｔ2 が上層５６Ｂの厚みｔ1 と略同一（ｔ1 ≒ｔ2 ≒１０μｍ）の場合、上層５６Ｂの弾性係数Ｅ1 と下層５６Ｃの弾性係数Ｅ2 とは略同一（Ｅ1 ≒Ｅ2 ）であることが好ましい。図１８によれば、曲線２２２では下層５６Ｃの弾性係数Ｅ2 が上層５６Ｂの弾性係数Ｅ1 （＝２．０×１０11Ｐａ）の近傍に供給流路５４Ａの変位量の最大値が存在する。
【０１３８】
一方、図１８の曲線２２０に示す下層５６Ｃの厚みｔ2 が上層５６Ｂの厚みｔ1 よりも小さいｔ1 ＞ｔ2 の場合、上層５６Ｂの弾性係数Ｅ1 と下層５６Ｃの弾性係数Ｅ2 との関係はＥ1 ＜Ｅ2 であることが好ましい。
【０１３９】
図１８によれば、上層５６Ｂの厚みｔ1 よりも下層５６Ｃの厚みｔ2 が小さい条件を満たす曲線２２０（下層の厚みｔ2 が５μｍ）では、下層５６Ｃの弾性係数Ｅ2 は上層５６Ｂの弾性係数Ｅ1 （＝２．０×１０11Ｐａ）よりも大きくなるＥ1 ＜Ｅ2 （Ｅ2 ≒１．０×１０12Ｐａ）の条件を満たすときに供給流路５４Ａの変位量の最大値が存在し、この最
大値をとるように下層５６Ｃの材料を選択するとよい。但し、上層５６Ｂの弾性係数Ｅ1 に対する下層５６Ｃの弾性係数Ｅ2 の割合が１０００を超える場合（即ち、Ｅ2 ／Ｅ1 ＞１０００の条件を満たす場合）には、変化量が５μｍ以下となり有効な変化量が得られない。
【０１４０】
即ち、上層５６Ｂの厚みｔ1 と下層５６Ｃの厚みｔ2 との関係がｔ1 ≧ｔ2 の場合、上層５６Ｂの弾性係数Ｅ1 と下層５６Ｃの弾性係数Ｅ2 とはＥ1 ≦Ｅ2 （但し、Ｅ2 ／Ｅ1 ＞１０００）の関係を満たす。
【０１４１】
上層５６Ｂの弾性係数Ｅ1 と下層５６Ｃの弾性係数Ｅ2 との比率が１０００（１／１０００）倍を超えるように極端に大きい場合には、供給流路５４Ａの断面積の変化量（即ち、振動板５６の舌片部５６Ａの変位量）が５μｍ以下と小さくなる。即ち、本例において下層５６Ｃに用いた樹脂材料の弾性係数が極端に小さいと舌片部５６Ａはたわみ変形せずに下層５６Ｃの弾性変形によって上層５６Ｂと下層５６Ｃとの線膨張係数の違いを吸収してしまう。また、下層５６Ｃに用いる樹脂材料の弾性係数が大きいと舌片部５６Ａの剛性が高くなり変形が少なくなってしまう。
【０１４２】
上記の如く構成されたインクジェット記録装置１０では、振動板５６が線膨張係数の異なる材料を用いた２層構造を有し、振動板５６に設けられた舌片部５６Ａが共通液室５５から圧力室５２へインクを供給する供給口５４の一部を覆うように配設され、供給流路５４Ａの一部を形成する。インクの温度変化に応じて舌片部５６Ａが変形して、供給流路５４Ａのサイズ (断面積）が変わるので、インクの温度変化によって生じるインクの粘度変化による吐出特性の変化を簡単な構造によって抑制可能である。また、インクの温度を計測するセンサ類や温度変化に応じてインクの温度を制御するシステムやアクチュエータ５８の駆動波形を制御するシステムが不要になり、インクジェット記録装置１０の装置構成を簡素化することができる。
【０１４３】
上記実施形態では、多色のインクを用いるカラー印刷用のインクジェット記録装置を述べたが、本発明は単色（モノクロ）印刷用のインクジェット記録装置についても適用可能である。
【０１４４】
また、上述の説明では、画像形成装置の一例としてインクジェット記録装置を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。例えば、印画紙に非接触で現像液を塗布する写真画像形成装置等についても本発明の液体吐出ヘッドの駆動装置、液体吐出装置を適用できる。また、本発明に係る液体吐出ヘッドの駆動装置、液体吐出装置の適用範囲は画像形成装置に限定されず、液体吐出ヘッドを用いて処理液その他各種の液体を被吐出媒体に向けて噴射する各種の装置（塗装装置、塗布装置、配線描画装置など）について本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図
【図２】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
【図３】印字ヘッドの構造例を示す平面透視図
【図４】本実施形態に係る印字ヘッドの一部を拡大した斜視透視図
【図５】図３に示す印字ヘッドの一部を拡大した拡大図
【図６】図５中の６−６線に沿う断面図
【図７】本例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
【図８】本例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
【図９】図５中の９ａ−９ａ線、９ｂ−９ｂ線、９ｃ−９ｃ線に沿う断面図
【図１０】本例のインクジェット記録装置における上層及び下層の線膨張係数、厚み、弾性係数の一例を説明する図
【図１１】流路プレートの構造を示す平面図
【図１２】振動板プレートの構造を示す平面図
【図１３】振動板の変形を説明する図
【図１４】インク温度とインク粘度との関係を説明する図
【図１５】インク粘度とインク吐出速度及びインク吐出体積の関係を説明する図
【図１６】インク温度変化量と供給流路の高さの変化量との関係を説明する図
【図１７】供給流路の断面積とインク吐出速度及びインク吐出体積の関係を説明する図
【図１８】下層の弾性係数と供給流路の高さの変化量との関係を説明する図
【符号の説明】
【０１４６】
１２…印字部、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５４…供給口、５４Ａ…供給流路、５５…共通液室、５６…振動板、５６Ａ…舌片部、５６Ｂ…上層、５６Ｃ…下層、５８…アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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