(57)【要約】  【課題】  ノズルを高密度に配置すること。  【解決手段】  液体を吐出する吐出口５１と連通し、その壁が振動板５６によって構成されている圧力室５２と、振動板５６を挟んで圧力室５２が形成されている側とは反対側に配置され、圧力室５２に液体を供給する共通液室５５と、振動板５６に垂直な方向において振動板５６から離間して共通液室５５の壁７０の内部又は共通液室５５の外部に配置され、駆動電流に応じて磁界を発生する電磁コイル７２と、電磁コイル７２によって発生した磁界の変化に応じて歪むことにより振動板５６を介して圧力室５２の容積を変化させる磁歪部材６０ａを備える構成とした。【選択図】  図３
2006224404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と連通し、その壁が振動板によって構成されている圧力室と、
前記振動板を挟んで前記圧力室が形成されている側とは反対側に配置され、前記圧力室に液体を供給する共通液室と、
前記振動板に垂直な方向において前記振動板から離間して前記共通液室の壁の内部又は前記共通液室の外部に配置され、駆動電流に応じて磁界を発生する電磁コイルと、
前記電磁コイルによって発生した磁界の変化に応じて歪むことにより前記振動板を介して前記圧力室の容積を変化させる磁歪部材と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記磁歪部材は、前記振動板に取り付けられ、
前記電磁コイルの内周側には前記磁歪部材から離間して磁性体が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記磁歪部材は、一端が前記振動板に取り付けられ、該振動板に垂直な方向において前記共通液室内を貫通し、他端側の部分が前記電磁コイルの内周側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記磁歪部材は、凹凸形状の外面を有することを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記磁歪部材は、少なくとも一部が前記電磁コイルの内周側に配置されているとともに前記振動板に垂直な方向において該振動板から離間して配置されており、
前記磁歪部材と前記振動板との間には介装部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記磁歪部材及び前記電磁コイルは、前記圧力室内の圧力状態の検出に用いられることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出装置を備え、所定の記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出装置及び画像形成装置に係り、特にアクチュエータによって発生した圧力を利用して液体を吐出する液体吐出装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のノズル（吐出口）を有し、紙などの記録媒体に対して相対的に移動しながら、ノズルから記録媒体に向けてインクを吐出することにより、記録媒体上に画像を形成するインクジェットヘッド（液体吐出装置）及びそのインクジェットヘッドを備えた画像形成装置が知られている。
【０００３】
また、インクジェットヘッドとしては、圧力室にインクを供給し、この圧力室に取り付けられた圧電アクチュエータに対して画像データに応じた電気信号を与えることにより圧力室を変形させて、圧力室内のインクをノズルから吐出するようにしたものが知られている。
【０００４】
なお、圧電アクチュエータの圧電材料としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等が用いられている。
【０００５】
一方で、駆動電流に応じた磁界を発生する電磁コイルと、電磁コイルから発生した磁界の変化を歪の変化に変換する磁歪素子とからなる磁歪アクチュエータを圧力室に取り付けて、この磁歪アクチュエータによって発生される圧力を利用して圧力室内のインクをノズルから吐出するようにしたものも提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１に記載のものは、複数のノズルが一列に配列されているノズル板と、複数の圧力室（キャビティ）が一列に配列されているとともに複数の圧力室にインクを供給する共通インク流路（リザーバ）が圧力室列に並列に形成されている圧力室基板と、各圧力室の振動面を構成する振動板とが順に積層されて構成されており、振動板上には、複数の磁歪素子（磁性体薄膜）が圧力室列に対応して一列に配列されて取り付けられ、さらに各磁歪素子の周囲をそれぞれ取り囲む複数の電磁コイルが一列に配列されて配置されている。すなわち、圧力室に対してノズルを下として見たとき、各圧力室の直上には横巻きの各電磁コイルが配置され、圧力室列の側方には並列に共通インク流路が設けられている。
【０００７】
また、特許文献２に記載のものは、磁歪材料からなる板状部材の片面に溝を設けて圧力室（インク溜め室）が形成されているとともに、その溝の裏面に電磁コイルが配置されており、ノズル（インク液吐出口）は溝の一端面側に設けられている。すなわち、圧力室に対してノズルを下として見たとき、各圧力室の側方には並列に縦巻きの各電磁コイルが配置されている。
【特許文献１】特開２０００−３１３１１２号公報（特に図１、図２）
【特許文献２】特開平４−３０１４５９号公報（特に図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、写真プリント並みの高画質な画像が要求されている。このような要求に対して、ノズルを高密度に配列して単位面積あたりの画素数（ドット数）を多くすることにより、高画質を実現することが考えられている。もしも、ノズルを２次元マトリクス状に、かつ、高密度に配置することができれば、高画質な画像をユーザに提供することが可能となる。
【０００９】
しかし、圧電アクチュエータを用いた場合、圧力室に取り付けられた圧電アクチュエータに至るまで駆動配線を配設しなければならず、空間利用率が低くなるので、ノズル配列を２次元マトリクス状にしても、高密度で設けることに困難性を有する。
【００１０】
従来の磁歪アクチュエータを用いたものにおいても、ノズル配列の高密度化の課題がある。
【００１１】
例えば、特許文献１に記載のものは、各圧力室の直上には磁歪素子とともに電磁コイルを設けて、これらを避けるようにして圧力室列の側方には共通インク流路を並列にして設けなければならず、ノズル配列を２次元マトリクス状にして高密度化することは、困難である。また、電磁コイルの駆動配線は、圧力室の近傍に至るまで配設しなければならないという配線上の制約があり、そのような配線上の制約によってもノズル配列を高密度化することは困難である。
【００１２】
特許文献２に記載のものは、圧力室に対してノズルを下として見たとき、電磁コイル列を圧力室列の側方に並列にして設けて、電磁コイル列を避けるようにして共通インク流路を設けなければならず、特許文献１に記載されたものと同様に、ノズル配列を２次元マトリクス状にして高密度化することは、困難である。また、電磁コイルの駆動配線は、圧力室の近傍に至るまで配設しなければならないという配線上の制約があり、そのような配線上の制約によってもノズル配列を高密度化することは困難である。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズルを高密度で配置することができる液体吐出装置及び画像形成装置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】
【００１４】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出する吐出口と連通し、その壁が振動板によって構成されている圧力室と、前記振動板を挟んで前記圧力室が形成されている側とは反対側に配置され、前記圧力室に液体を供給する共通液室と、前記振動板に垂直な方向において前記振動板から離間して前記共通液室の壁の内部又は前記共通液室の外部に配置され、駆動電流に応じて磁界を発生する電磁コイルと、前記電磁コイルによって発生した磁界の変化に応じて歪むことにより前記振動板を介して前記圧力室の容積を変化させる磁歪部材を備えた構成となっている。
【００１５】
この構成によって、圧力室の壁を構成している振動板に垂直な方向において振動板から離間して共通液室の壁の内部又は共通液室の外部に各電磁コイルが配置されて、共通液室がインクを流動させる空間としての役割を担うほか各磁歪部材を駆動するために有効利用されるとともに、圧力室の近傍に至るまで駆動配線を配設する必要がなくなる。したがって、ノズル（吐出口）の２次元配列及び高密度実装が可能になる。また、共通液室から圧力室を経てノズルに至るまでの流路が短くなることにより、高速駆動が可能になる。
【００１６】
なお、本発明は、ノズルを２次元配列する場合に限られず、例えばノズルを１ラインだけ設けて、そのような１次元的な配列のノズルの高密度化を図る場合にも適用可能である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁歪部材は、前記振動板に取り付けられ、前記電磁コイルの内周側には前記磁歪部材から離間して磁性体が配置されている構成になっている。
【００１８】
この構成により、電磁コイルの内周側に配置された磁性体と振動板上の磁歪部材との間に間隙が設けられ、共通液室内の流路抵抗が低く抑えられることになる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁歪部材は、一端が前記振動板に取り付けられ、該振動板に垂直な方向において前記共通液室内を貫通し、他端側の部分が前記電磁コイルの内周側に配置されている構成になっている。
【００２０】
この構成により、電磁コイルによって発生した磁力線が直接的に磁歪部材に誘導されるので、漏洩磁界が少なくなり、隣接する磁歪部材への干渉が抑えられることになる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記磁歪部材は、凹凸形状の外面を有する構成になっている。
【００２２】
この構成によって、共通液室内を流動する液体が攪拌されることになる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記磁歪部材は、少なくとも一部が前記電磁コイルの内周側に配置されているとともに前記振動板に垂直な方向において該振動板から離間して配置されており、前記磁歪部材と前記振動板との間には介装部材が設けられている構成になっている。
【００２４】
この構成によって、介装部材の材料として接液性の良いものを選択する、あるいは、表面に適当な接液処理が施された介装部材を選択するなどの接液対策を、磁歪部材の材料選択とは別に自由に行い得ることになる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項３乃至５のいずれかに記載の発明において、前記磁歪部材及び前記電磁コイルは、前記圧力室内の圧力状態の検出に用いられる構成になっている。
【００２６】
この構成によって、吐出異常検出を行うためのセンサや配線を圧力室の近傍に新たに設けることなく、吐出異常検出を行い得る。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出装置を備え、所定の記録媒体に画像を形成する画像形成装置である。
【００２８】
ノズルが２次元配列かつ高密度で配置されることにより、高品質の画像が形成されることになる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、ノズルを高密度で配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、添付図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本発明に係る液体吐出装置の一例としてのインクジェットヘッド５０の概略構造を示す平面透視図である。
【００３２】
図１において、インクジェットヘッド５０は、最大サイズの記録紙の少なくとも一辺を超える長さにわたって配列された多数のノズル５１（吐出口）を有し、紙などの記録媒体に対して相対的に移動しながら、ノズル５１から記録媒体に向けてインクを吐出する。
【００３３】
インクジェットヘッド５０は、具体的には、インクを吐出する複数のノズル５１、ノズル５１と連通しておりノズル５１からインクを吐出する際にはインクに対して圧力を付与する圧力室５２、及び、図１では図示を省略した後述の共通液室から圧力室５２に対してインクを供給するインク供給口５４をそれぞれ含んで構成される複数の圧力室ユニット５３が、２次元マトリクス状に配列されて構成されている。
【００３４】
図１のインクジェットヘッド５０の一部分を拡大して図２に示す。
【００３５】
図２において、複数のノズル５１は、主走査方向に沿って配列されているとともに、主走査方向に対して所定の角度θをなす方向に沿って配列されている。すなわち、複数のノズル５１は、いわゆる２次元マトリクス状で配列されている。
【００３６】
具体的には、例えば、符号５１-11、５１-21、５１-31、…（あるいは符号５１-16、５１-26、５１-36、…）のｍ個のノズルが主走査方向に沿って配列されている。また、例えば、符号５１-11、５１-12、５１-13、５１-14、５１-15、５１-16のｎ個（ここではｎ＝６）のノズルが主走査方向に対して角度θをなす方向に沿って配列されている。
【００３７】
主走査方向に沿ったひとつの線（主走査線）に全てのノズル５１を投影してなる仮想的なノズル配列（投影ノズル配列）は、主走査方向のドットピッチＰ（すなわちノズル５１からインクが吐出されることにより記録媒体上に形成されるドット同士の主走査方向における間隔）と略同一の間隔でノズル５１が配置されている。すなわち、投影ノズル配列は、主走査方向に沿ったドットピッチＰと略同一のピッチのノズル配列である。
【００３８】
実際上は、ノズル５１の間隔（ノズルピッチ）は、主走査方向においてはドットピッチＰのｎ倍（ここではｎ＝６）であり、主走査方向に対して角度θをなす方向においては、図２に示されるｄ（＝Ｐ×１／ｃｏｓθ）である。
【００３９】
このようなインクジェットヘッド５０（液体吐出装置）の具体的な内部構造の例について、第１から第６までの実施形態に分けて、ひとつの圧力室ユニット５３とその周辺部分とを示す断面図（図１の３−３線に沿った断面図である）を用いながら、詳細に説明する。
【００４０】
図３は、第１実施形態の液体吐出装置５０ａを示す断面図であって、図１の３−３線に沿った断面図である。なお、図３において、ノズル５１、圧力室５２、インク供給口５４、超磁歪素子６０ａ、保持部材６２、電磁コイル７２、強磁性体７４は、それぞれひとつずつしか図示されていないが、実際には、圧力室５２とは一対一にして、それぞれ複数形成されている。
【００４１】
ノズル板５１０は、複数のノズル５１が図１及び図２に示されるように２次元マトリクス状に配列されて形成されている板状部材である。
【００４２】
圧力室板５２０は、ノズル５１とは一対一でそれぞれ連通している複数の圧力室５２が形成されている板状部材である。
【００４３】
振動板５６は、各圧力室５２の天面（振動面）を構成する板状部材であり、各圧力室５２の底面を構成するノズル板５１０と対向して配置されている。言い換えると、圧力室５２を構成する壁のうちでノズル板５１０とは反対側に位置する壁が、振動板５６によって構成されている。
【００４４】
なお、振動板５６は、複数の圧力室５２に共通のものとし１枚の板状部材で形成されている。
【００４５】
また、振動板５６には、複数の圧力室５２にそれぞれインクを供給するための複数のインク供給口５４が、圧力室５２とは一対一で形成されている。
【００４６】
共通液室５５は、複数の圧力室５２にインクを供給するための共通の流路である。
【００４７】
共通液室５５は、振動板５６を挟んで複数の圧力室５２が形成されている側とは反対側に配置されている。前述のように圧力室５２の天面は振動板５６によって構成されているので、圧力室５２を中心にして見ると、共通液室５５は、複数の圧力室５２を挟んでノズル５１が配置されているノズル板５１０とは反対側に配置されているとも言える。すなわち、圧力室５２に対してノズル５１を下として見たとき、圧力室５２の上に共通液室５５が設けられている。
【００４８】
共通液室５５は、後述の積層構造体７０によって天面が構成されている。すなわち、積層構造体７０が共通液室５５の上側の壁を構成している。また、振動板５６によって底面が構成されている。なお、図３は液体吐出装置５０ａを各圧力室５２ごとに拡大して示しているため、共通液室５５の側壁については図示が省略されている。
【００４９】
複数の超磁歪素子６０ａは、磁界の変化に応じて歪むものである。具体的には、各超磁歪素子６０ａは、磁気モーメントの大きいランタノイド元素Ｒと鉄属元素Ｔ（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなど）で構成される、ラーベス型の立方晶（ＲＴ２）の素材（超磁歪材料）からなる。
【００５０】
例えば、超磁歪素子６０ａとしてＴＤＫ株式会社の「ＰＭＴ-１」材料を用いた場合、この「ＰＭＴ−１」材料は、1.0［kOe］の磁場が与えられたとき、その材料の絶対長に対して約1100［ppm］（すなわち約0.11％）の変位が発生することが知られている。
【００５１】
各超磁歪素子６０ａは、振動板５６上であって各圧力室５２が形成されている側とは反対側（すなわち共通液室５５側）に、圧力室５２とは一対一で、各圧力室５２の直上に位置するように配置されている。すなわち、各圧力室５２の振動面を構成する壁の共通液室５５側に取り付けられている。
【００５２】
具体的には、超磁歪素子６０ａは、円板や角板などの平板状に形成されており、下面が振動板５６に接着されているとともに、上面が保持部材６２によって振動板５６に対して保持されている。このように超磁歪素子６０ａはその上面側が保持部材６２によって拘束されているので、磁界の変化に応じて歪むことにより、下面側で振動板５６を介して各圧力室５２の容積を変化させる。
【００５３】
積層構造体７０は、セラミックや樹脂等の絶縁材料からなる複数枚の薄板７０１乃至７０８が積層されて形成されている積層構造の板状部材である。
【００５４】
また、積層構造体７０は、共通液室５５の上側の壁を構成している。
【００５５】
積層構造体７０の内部には、液体吐出装置５０ａの外部から与えられた駆動電流に応じて磁界を発生する螺旋形状の電磁コイル７２が、超磁歪素子６０ａとは一対一で（すなわち圧力室５２とは一対一で）、形成されている。
【００５６】
具体的には、積層構造体７０には各超磁歪素子６０と一対一でビア７１（孔）が形成されており、積層構造体７０の内部には各ビア７１の周囲を取り囲むように螺旋形状の電磁コイル７２が形成されており、そして、各ビア７１にはそれぞれ棒状の強磁性体７４（ポールピースとも呼ばれる）のその少なくとも一部が嵌設されている。言い換えると、共通液室５５の上側の壁の内部には、振動板５６上の超磁歪素子６０ａとは一対一で電磁コイル７２が形成されており、各電磁コイル７２の内周側には、磁力線（図３中に矢印Ｍで示す）を増幅して超磁歪素子６０ａに誘導する強磁性体７４が配置されている。すなわち、各電磁コイル７２は、各電磁コイル７２に対応する超磁歪素子６０ａに対して強磁性体７４を介してリモートで磁場を与える。
【００５７】
なお、図３において、強磁性体７４の下部は共通液室５５内に突出して超磁歪素子６０ａに接近しており、強磁性体７４の下端と超磁歪素子６０ａの上面との間隔は、漏洩磁界や、隣接する超磁歪素子６０ａへの干渉の程度などを考慮して適宜設定される。
【００５８】
図４は、ビア７１に強磁性体７４が嵌設される前の状態の積層構造体７０について、２枚の薄板７０１、７０２のみを抽出して示す斜視図である。
【００５９】
図４に示されるように、各薄板７０１、７０２ごとに、ビア７１と略同一の中心軸を有する弧状の導体パターン７２１、７２２が形成され、さらに、導体パターン７２１、７２２同士が結合されて、ビア７１と略同一の中心軸を有する電磁コイル７２が構成される。
【００６０】
なお、図４では見易くするために前述のように２枚の薄板７０１、７０２のみ図示されているが、実際には、図３に示される他の薄板（７０３乃至７０８）上にも同様に導体パターンが形成されており、全ての導体パターン同士が結合されてひとつの電磁コイル７２を構成している。すなわち、超磁歪素子６０ａひとつに対して電磁コイル７２がひとつ形成されている。ただし、共通液室５５内とのインクとの絶縁が必要であれば、最下層７０１には導電パターン７２１を形成しない。
【００６１】
また、実際には、強磁性体７４が絶縁性を有している場合には、図３に示されているように、強磁性体７２に対して電磁コイル７２が直接的に接触してもよい。
【００６２】
そして、ビア７１と略同一径の円形断面を有する棒状の強磁性体７４の一部がビア７１に嵌設されることにより、強磁性体７４の一部が、電磁コイル７２の螺旋の中心軸を軸線とするようにして、電磁コイル７２の内周側に配置される。
【００６３】
なお、各電磁コイル７２に対して外部から駆動電流を与える個別の駆動電極については、図示を省略しているが、積層構造体７０の外部側（すなわち共通液室５５の外側）に設けられている。
【００６４】
本実施形態の液体吐出装置６０ａの製造方法の例について簡単に説明する。
【００６５】
まず、セラミック、樹脂等の薄板７０１乃至７０８を積層して積層構造体７０を形成する。このとき、積層構造体７０の内部には複数の電磁コイル７２を形成する。また、各電磁コイル７２の内周側にはビア７１を形成しておく。
【００６６】
次に、積層構造体７０の各ビア７１に棒状の強磁性体７４を嵌め込む。
【００６７】
一方、別途、複数のノズル５１を有するノズル板５１０と、複数の圧力室５２を有する圧力室板５２０と、複数のインク供給口５４を有する振動板５６とからなる下部構造体を形成しておく。
【００６８】
次に、超磁歪材料で形成した平板状の超磁歪素子６０ａを振動板５６に接着剤などで取り付けるとともに、保持部材６２によって超磁歪素子６０ａの上面を振動板５６に対して保持する。
【００６９】
そして、電磁コイル７２が形成されているとともに電磁コイル７２の内周側に強磁性体７４が嵌設されている積層構造体７０（上部構造体）と、ノズル５１、圧力室５２、インク供給口５４、超磁歪素子６０ａ及び保持部材６２を有する下部構造体とを組み合わせる。
【００７０】
なお、超磁歪素子６０ａは鉄族元素Ｔなどを有しており、このような超磁歪素子６０ａに対して活性なインクを用いることが前提である場合には、超磁歪素子６０ａの表面の少なくとも接液部分を絶縁性の材料でコーティングしておく。
【００７１】
以上説明したように本実施形態の液体吐出装置５０ａは、インクを吐出する複数のノズル５１とそれぞれと連通し、ひとつの壁が振動板５６によって構成されている複数の圧力室５２と、振動板５６を挟んで圧力室５２が形成されている側とは反対側に配置され、複数の圧力室５２にインクを供給する共通液室５５と、振動板５６の共通液室５５側に、圧力室５２とは一対一で配置され、各電磁コイル７２によって発生した磁界の変化に応じて歪むことにより振動板５６を介して圧力室５２の容積を変化させる平板状の複数の超磁歪素子６０ａと、振動板５６に垂直な方向において振動板５６から離間して共通液室５５内の空間を挟んで振動板５６と対向する共通液室５５の壁のその内部に、超磁歪素子６０ａとは一対一で配置され、駆動電流に応じて磁界を発生する複数の電磁コイル７２と、各電磁コイル７２の内周側に超磁歪素子６０ａから離間して配置されている複数の強磁性体７４を備えている。圧力室５２の容積を変化させるために電磁コイル７２に与える個別の駆動信号は、圧力室５２から離間した積層構造体７０（共通液室５５の天面を構成している）の最上層７０８に対して与えればよい。共通液室５５はインクを流動させる空間としての役割を担うほか、各超磁歪素子６０ａを駆動するための磁場として有効利用されるので、圧力室５２の近傍から配線を必要とする部品が排除されるともに、従来のように圧力室５２の近傍に至るまで駆動配線を配設するという必要もない。また、共通液室５５から圧力室５２を経てノズル５１に至るまでの流路を短くすることができる。
【００７２】
さらに、本実施形態の液体吐出装置５０ａは、電磁コイル７２の内周側に配置された強磁性体７４と振動板５６上の超磁歪素子６０ａとの間に間隙が設けられているので、共通液室５５内の流路抵抗が低く抑えられることになる。
【００７３】
また、磁歪素子として従来の磁歪材料とは組成が異なる超磁歪材料を用いているので、大変位（一般に圧電体より一桁大きい）、高出力、及び、高速応答が得られる。
【００７４】
なお、超磁歪素子６０と強磁性体７４との間隙は、漏電磁界の大きさ、隣接する超磁歪素子６０に対する干渉の程度等を考慮して、適当な大きさにする。
【００７５】
図５は、第２実施形態の液体吐出装置５０ｂを示す断面図であって、図１の３−３線に沿った断面図である。なお、図５において、図３に示される第１実施形態の液体吐出装置５０ａの構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付してある。
【００７６】
図３に示される第１実施形態の液体吐出装置５０ａでは、電磁コイル７２から離間して平板状の超磁歪素子６０ａが設けられているが、図５に示される第２実施形態の液体吐出装置５０ｂでは、超磁歪素子６０ｂは柱状であって、一端が振動板５６の共通液室５５側に取り付けられ、振動板５６に垂直な方向において共通液室５５内を貫通し、他端が電磁コイル７２の内周側に配置されている。
【００７７】
このような構成により、電磁コイル７２によって発生した磁力線が直接的に超磁歪素子６０ｂに誘導される。
【００７８】
本実施形態の液体吐出装置５０ｂの製造方法の例を簡単に説明する。
【００７９】
まず、セラミック、樹脂等の薄板７０１乃至７０８を積層して積層構造体７０を形成する。このとき、積層構造体７０の内部に複数の電磁コイル７２を積層構造で形成しておく。また、各電磁コイル７２の内周側にはビア７１を形成しておく。
【００８０】
なお、超磁歪素子６０ｂは鉄族元素を有しているので、このような超磁歪素子６０ｂから電磁コイル７２を離間させるように、電磁コイル７２をビア７１から離隔して形成する。
【００８１】
次に、積層構造体７０の各ビア７１に超磁歪素子６０ｂの一端側を嵌め込む。
【００８２】
一方、別途、複数のノズル５１を有するノズル板５１０と、複数の圧力室５２を有する圧力室板５２０と、複数のインク供給口５４を有する振動板５６とからなる下部構造体を形成しておく。
【００８３】
そして、電磁コイル７２が形成されているとともに電磁コイル７２の内周側に超磁歪素子６０ｂが嵌設されている積層構造体７０（上部構造体）と、ノズル５１、圧力室５２及びインク供給口５４が形成されている下部構造体とを組み立てる。このとき、超磁歪素子６０ｂの他端（積層構造体７０に嵌設されている側とは反対側である）を振動板５６に接着する。
【００８４】
また、第１実施形態の液体吐出装置５０ａにおいては、超磁歪素子６０ａ及び電磁コイル７２がアクチュエータとしての用途にのみ用いられるが、第２実施形態の液体吐出装置５０ｂにおいては、超磁歪素子６０ｂ及び電磁コイル７２がアクチュエータとして用いられるとともに吐出異常検出用のセンサとして兼用される。
【００８５】
例えば、ノズル５１近傍のインクの乾燥や、インク中へのゴミ等の異物の混入などに起因して、ノズル５１が詰まると、ノズル５１からインクが吐出されないといった不吐出が発生することがある。また、例えば、インク供給中における空気の混入や、インクの温度変化などに起因して、圧力室５２内に気泡が発生すると、圧力室５２の容積変化が圧力室５２内の気泡に吸収されて、インクに対して十分な圧力を与えることができず、インク吐出が不完全になることがある。このようなインクの不吐出や吐出不完全などの吐出異常を、アクチュエータとしての超磁歪素子６０ｂ及び電磁コイル７２を用いて検出する。
【００８６】
図６は、超磁歪素子６０ｂ及び電磁コイル７２を吐出異常検出用のセンサとして用いた場合における吐出異常検出回路の概略を示す回路図である。
【００８７】
図６において、図４の電磁コイル７２は記号「Ｌ」で表されている。この電磁コイルＬは、一端が個別電極７３１に接続され、他端が共通電極７３２を介してグランドＧＮＤに接続されている。個別電極７３１には、抵抗Ｒを介して超磁歪素子６０を歪ませるための駆動信号が与えられる。また、個別電極７３１には、吐出異常検出用の電流計測部８０が接続されている。電流計測部８０は、一の端子８０１が電磁コイルＬの個別電極７３１に接続されているとともに、他の端子８０２がグランドＧＮＤを介して電磁コイルＬの共通電極７３２に接続されている。
【００８８】
電流計測部８０を流れる電流（検出電流）Ｉは、電流計測部８０内の抵抗が無視できるとした場合、｜Ｉ｜＝｜Ｖｍ｜／（Ｒ２＋（ωＬ）２）１／２である。ここで、Ｖｍは駆動電圧であり、ω＝２πｆ（ｆは周波数）である。
【００８９】
そして、電磁コイルＬから電流計測部８０に与えられた電流（検出電流）は、電流計測部８０によって圧力室５２内の圧力状態に応じた電圧（検出信号）に変換される。具体的には、圧力室５２の圧力状態の変化に対応して超磁歪素子６０の透磁率が変化し、この超磁歪素子６０の透磁率の変化に対応して電磁コイルＬを流れる電流が変化し、この電磁コイルＬの電流の変化に対応した電圧値の検出信号が電流計測部８０から出力される。
【００９０】
超磁歪素子６０ｂは外力として加わった力に敏感に反応するので、超磁歪素子６０ｂの透磁率を観測することにより圧力室５２内の圧力状態を的確に検出することができる。
【００９１】
具体的には、以下に説明するように、電磁コイル７２及び超磁歪素子６０ｂをアクチュエータとして用いてノズル５１からインクを吐出する時に吐出異常検出を併せて行う。
【００９２】
駆動信号が電磁コイルＬに与えられると、電磁コイルＬによって発生した磁界の変化に応じて超磁歪素子６０が歪み、圧力室５２の容積が変化する。ノズル５１からのインクの吐出が正常である場合には、電流計測部８０から出力される検出信号の電圧値が吐出正常を示す所定の範囲内となる。一方で、インクが不吐出であるといった吐出異常時には、圧力室５２に対して超磁歪素子６０ｂから加えられた圧力が押し返されることにより、電流計測部８０から出力される検出信号の電圧値が吐出異常を示す所定の範囲内となる。
【００９３】
例えば、メモリ等の記憶部（図示を省略）に吐出異常判定用の基準情報（例えば閾値）を予め記憶させておき、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部（図示を省略）によって、電流計測部８０が出力した検出信号と記憶部に記憶されている基準情報とに基づいて、インクの吐出が正常であるか否かの判定を行う。電流計測部８０で計測される時系列の電流の変化（電流波形）に基づいて、ＣＰＵが正常な電流波形であるか否かを判定するようにしてもよい。
【００９４】
以上説明したように、本実施形態の液体吐出装置５０では、超磁歪素子６０ｂ及び電磁コイル７２がアクチュエータとして用いるとともに吐出異常検出用のセンサとして兼用される。また、電磁コイル７２に接続されている個別電極７３１（外部電極）は、駆動用電極及び吐出異常検出用電極として兼用される。このように兼用されるので、吐出異常検出用の新たなセンサや配線を、圧力室５２の近傍に新たに設ける必要がない。
【００９５】
また、超磁歪素子６０ｂは、圧電素子と比較して高変位であるから、ヨークなどの磁界封入機構を不要とすることも可能となる。
【００９６】
図７は、第３実施形態の液体吐出装置５０ｃの断面図であって、図１の３−３線に沿った断面図である。なお、図７において、図５に示される第２実施形態の液体吐出装置５０ｂの構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付してある。
【００９７】
第３実施形態の液体吐出装置５０ｃでは、超磁歪素子６０ｃは凹凸形状の外面を有する。図７において、柱状の超磁歪素子６０Ｃは、その外面のうち共通液室５５内に位置する部分（接液部分）が、ねじきり構造で形成されている。
【００９８】
図８は、第４実施形態に係る液体吐出装置５０ｄの断面図であって、図１の３−３線に沿った断面図である。なお、図８において、図５に示される第２実施形態の液体吐出装置５０ｂの構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付してある。
【００９９】
第４実施形態の液体吐出装置５０ｄでは、超磁歪素子６０ｂがインクに対して活性であるため、柱状の超磁歪素子６０ｂの外面のうち共通液室５５内に位置する部分（接液部分）が、電着コーティングにより、樹脂などで被膜６４が形成されている。
【０１００】
なお、超磁歪素子６０ｂの上端（振動板５６に取り付けられる下端とは反対側）には、電着コーティング用の電極６６が形成されている。
【０１０１】
図９は、第５実施形態の液体吐出装置５０ｅを示す断面図であって、図１の３−３線に沿った断面図である。なお、図９において、図５に示される第２実施形態の液体吐出装置５０ｂの構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付してある。
【０１０２】
図５に示される第２実施形態の液体吐出装置５０ｂでは、共通液室５５の天面を構成する積層構造体７０の内部に電磁コイル７２が配置されているが、第５実施形態の液体吐出装置５０ｅでは、共通液室５５の天面を構成する上壁５７の外側に積層構造体７０が形成されており当該積層構造体７０の内部に電磁コイル７２が形成されている。このように、本発明は、電磁コイル７２が共通液室５５を構成する壁の内部に構成されている場合に限らず、電磁コイル７２が共通液室５５の外側に配置されていてもよい。
【０１０３】
図１０は、第６実施形態の液体吐出装置５０ｆを示す断面図であって、図１の３−３線に沿った断面図である。なお、図１０において、図５に示される第２実施形態の液体吐出装置５０ｂの構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付してある。
【０１０４】
第６実施形態の液体吐出装置５０ｆでは、超磁歪素子６０ｆは、少なくとも一部が電磁コイル７２の内周側に配置されているとともに、振動板５６に垂直な方向において振動板５６から離間して配置されており、超磁歪素子６０ｆと振動板５６との間には介装部材７６が設けられている。
【０１０５】
介装部材７６としては、超磁歪素子６０ｆが歪むことにより発生した応力を振動板５６に伝達する硬質の材料を用いる。また、介装部材７６としては、接液性の良い材料を選択するか、あるいは、表面に適当な接液処理が施されたものを選択する。
【０１０６】
以上説明したようなノズル配列を高密度化したインクジェットヘッド５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆ）によって紙などの記録媒体に画像を形成する画像形成装置を構成することにより、高画質の画像が得られることになる。
【０１０７】
このような画像形成装置には、インクジェットヘッド５０のほかに、画像形成すべき画像データを入力する画像入力部、記録媒体に対してインクジェットヘッド５０を相対移動させる相対移動部が含まれる。
【０１０８】
なお、本発明において、ノズル５１の配列は図１に示した配列に限定されるものではない。
【０１０９】
図１１は他のノズル配列を示す平面透視図である。図１１に示すように、複数の短尺ヘッド５０’を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’全体で記録紙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。
【０１１０】
また、本発明は、ノズルを２次元配列する場合に限られず、例えばノズルを１ラインだけ設けて、そのような１次元の配列ノズルの高密度化を図る場合にも適用可能である。
【０１１１】
また、本発明をインクジェットヘッドに適用した場合について説明したが、インク以外の液体を吐出する液体吐出装置に本発明を適用してもよいことは言うまでもない。
【０１１２】
また、本発明を画像形成装置に適用した場合について説明したが、画像を形成する以外にも高密度で液滴を吐出するその他装置に適用してよいことも言うまでもない。
【０１１３】
また、本発明は、図面や実施形態において説明した例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明に係る液体吐出装置の一例としてのインクジェットヘッドとその２次元マトリクス状のノズル配列の一例を示す平面透視図である。
【図２】２次元マトリクス状のノズル配列の一例の一部を拡大して示す平面透視図である。
【図３】第１実施形態の液体吐出装置を示す、図１の３−３断面に沿った断面図である。
【図４】電磁コイルが内部に形成されている積層構造体の一部を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態の液体吐出装置を示す断面図である。
【図６】吐出異常検出回路の概略を示す回路図である。
【図７】第３実施形態の液体吐出装置を示す断面図である。
【図８】第４実施形態の液体吐出装置を示す断面図である。
【図９】第５実施形態の液体吐出装置を示す断面図である。
【図１０】第６実施形態の液体吐出装置を示す断面図である。
【図１１】２次元マトリクス状のノズル配列の他の例を示す平面透視図である。
【符号の説明】
【０１１５】
５０（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆ）…インクジェットヘッド（液体吐出装置）、５１…ノズル（吐出口）、５２…圧力室、５４…インク供給口、５５…共通液室、５６…振動板、６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｆ）…超磁歪素子（磁歪部材）、６２…保持部材、６４…被膜、７０…積層構造体、７２…電磁コイル、７４…強磁性体、７６…介装部材、８０…電流計測部
【図１】
2006224404.tif 000003
【図２】
2006224404.tif 000004
【図３】
2006224404.tif 000005
【図４】
2006224404.tif 000006
【図５】
2006224404.tif 000007
【図６】
2006224404.tif 000008
【図７】
2006224404.tif 000009
【図８】
2006224404.tif 000010
【図９】
2006224404.tif 000011
【図１０】
2006224404.tif 000012
【図１１】
2006224404.tif 000013