(57)【要約】【課題】  液体吐出ヘッドにおける吐出方向の制御を行う。【解決手段】  ノズルは隔壁により分割された第１ノズル領域は前記第１圧力室と連通し、前記第２ノズル領域は前記第２圧力室と連通しており、第１ノズル領域より供給される液体の吐出方向と、第２ノズル領域より供給される液体の吐出方向とは異なるものであり、第１ノズル領域より供給される液体と、第２ノズル領域より供給される液体とが、ノズル先端部分で合体することにより液体を吐出するものであって、単一の圧電素子に電界を印加し制御することにより、第１圧力室と前記第２圧力室とは、異なる周波数で共振させ、第１ノズル領域より供給される液体の吐出速度と、第２ノズル領域より供給される液体の吐出速度とを異なるものとすることにより、前記ノズルより吐出する液体の飛翔方向を制御することを特徴とする液体吐出ヘッド。【選択図】  図１
2008023793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルより液体を吐出し画像形成をする液体吐出ヘッドにおいて、
前記ノズルは隔壁により分割された第１ノズル領域と第２ノズル領域からなり、
前記隔壁により分割された第１圧力室と第２圧力室からなる圧力室を有し、前記第１ノズル領域は、前記第１圧力室と連通し、前記第２ノズル領域は、前記第２圧力室と連通しており、
前記第１ノズル領域より供給される液体の吐出方向と、前記第２ノズル領域より供給される液体の吐出方向とは異なるものであり、前記第１ノズル領域より供給される液体と、前記第２ノズル領域より供給される液体とが、前記ノズル先端部分で合体することにより液体を吐出するものであり、
単一の圧電素子に電界を印加することにより、前記第１圧力室と前記第２圧力室とは、異なる周波数で共振させ、前記圧電素子に印加する電界の波形を制御することにより、前記第１ノズル領域より供給される液体の吐出速度と、前記第２ノズル領域より供給される液体の吐出速度とを異なるものとすることにより、前記ノズルより吐出する液体の吐出方向を制御することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１圧力室と前記第２圧力室の壁面は共通の振動板により構成されており、
前記振動板の前記第１圧力室と前記第２圧力室の形成された面の反対面上に単一の前記圧電素子を形成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。
【請求項３】
前記振動板と前記隔壁とは、弾性体を介し接触していることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記隔壁の一部又は全部が、圧電素子により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第１ノズル領域と前記第２ノズル領域における液体を吐出するノズル先端部において、液体を一方のノズル領域から他方のノズル領域へと流すことが可能なノズル流路が形成されており、
前記第１圧力室に連通する第１インク供給路に印加される圧力と、前記第２圧力室に連通する第２インク供給路に印加される圧力とを異なる圧力とすることにより、前記ノズル流路において、一方のノズル領域から他方のノズル領域へと液体を流すことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子に印加する電界の印加時間を制御することにより、前記ノズルより吐出する液体の吐出方向を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記圧電素子に印加する電界の印加時間に依存することなく、印加終了時間を同じとしたことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記圧電素子に印加する電界の印加時間に応じて、ノズルより吐出する液滴の量が一定となるように、印加される電界の大きさを定めて制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記ノズルは隔壁により分割された第３ノズル領域及び第３圧力室を有し、第３ノズル領域は第３圧力室と連通しており、
前記第３ノズル領域より液体を吐出する方向は、前記第１ノズル領域における吐出方向、前記第２ノズル領域における吐出方向とは異なる方向であり、第１ノズル領域、第２ノズル領域、第３ノズル領域の各々より供給される液体がノズル先端部分で合体することにより液体を吐出するものであり、
単一の圧電素子に電界を印加することにより、第１圧力室、第２圧力室、第３圧力室の各々において異なる周波数で共振させ、前記圧電素子に印加する電界の波形を制御することにより、前記第１ノズル領域より供給される液体の吐出速度と、前記第２ノズル領域より供給される液体の吐出速度と、前記第３ノズル領域より供給される液体の吐出速度を異なるものとすることにより、前記ノズルより吐出する液体の吐出方向を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関するものであり、特に、液体の吐出方向の制御が可能な液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からある画像形成装置として、多数の液体吐出ノズルを配置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記録媒体とを相対的に移動させながら、ノズルから記録媒体に向けてインク（液体）を吐出することにより記録媒体上に画像を記録するインクジェットプリンタ（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プリンタのインクジェットヘッドは、たとえばインクタンクからインク供給路を介してインクが供給される圧力室と、画像データに応じた電気信号によって駆動される圧電素子と、圧電素子の駆動によって変形する圧力室の一部を構成する振動板と、振動板の変形によって圧力室の容積が減少することにより圧力室内のインクが液滴として吐出される圧力室に連通するノズルを含む圧力発生ユニットを有している。インクジェットプリンタにおいては、圧力発生ユニットの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紙等の記録媒体上に１つの画像が形成される。
【０００４】
このようなインクジェットプリンタでは、通常、インクを直接吐出する複数のノズルが一列に配列されており、所定のノズルから吐出したインクは所定の位置に着弾し、着弾位置はほぼ一定であることから、形成される画像の解像度はノズルピッチに依存することとなる。このため、高画質な画像を形成するためノズルピッチを狭めることにより、画像を高解像度なものとすることが可能である。
【０００５】
一方、高画質な画像を得る方法としては、この他に、画像を形成する画素の階調数を増やす方法がある。しかしながら、インクジェット方式では、一画素における階調数には限界があり、昇華型プリンタのように高い階調を得ることは困難である。具体的には、インクジェット方式により一画素の階調を得るためには、インクの吐出量で調整する必要があることから、単一のノズルで階調表現しようとすると、通常は１６階調程度が上限である。更に階調数を増やすため、同系統色について色彩の濃いインクと薄いインクとを各々別々に設け、これらのインクを制御することにより階調数を増やす方式もある。しかしながら、このような特殊な方式を用いても、昇華型プリンタで用いられているように、一画素一色につき２５６階調を得ることは困難である。
【０００６】
このためインクジェットヘッドでは、一般に、前述のように画素密度を増加させることにより、高解像度な画像を得ている。具体的には、画素における階調数と画素密度は相関があり、階調数が少なくても画素密度が高ければ、高解像な画像として認識することができる。通常の人間の視覚の空間分解能は、個人差はあるものの概ね０．１〜０．５〔ｍｍ〕程度が解像度の限界である。このため画素密度が２５０〜５００〔ｄｐｉ〕以上であれば、隣接する画素同士を分離して認識することができない。よって、ある画素密度以上であれば、高解像度な画像を得る方法は、一画素の階調数を増加させても、また、画素密度を向上させることによっても可能であり、通常のインクジェット方式は、後者により高解像度を実現させている。更に、モノクロ印刷の場合であっても、画素密度を向上させることにより、フォントのラインをより一層滑らかなものとすることができる。
【０００７】
この結果、現在では、１２００〔ｄｐｉ〕といった高解像度なインクジェットヘッドが実用化されているが、更に高解像な画像を得ようとすると、前述のようにインクジェットヘッドのノズルピッチを狭める必要がある。しかしながら、インクジェットヘッドは、液体を吐出するための圧力室やノズルを備えていることから、狭めることのできるノズルピッチには構造上限界がある。また、高速で高解像度の画像を得るためには、紙等の記録媒体の一辺に相当する幅のインクジェットヘッドを用いる方法があるが、Ａ３用紙に１２００〔ｄｐｉ〕の画素密度でカラー印刷を行った場合、約６００００のノズルが必要となり、このようなインクジェットヘッドを高い歩留まりで製造することは非常に困難であり、また、このように極めてノズル数の多いインクジェットヘッドを駆動するためには、制御回路も複雑なものとなり、インクジェットヘッドひいては画像形成装置のコストアップや信頼性の低下の要因となる。よって、１つのノズルにより複数のノズルの働きをすることができれば、この問題は解決する。
【０００８】
ところで、インクジェットヘッドにより形成される画像の品質に関しては、上記において説明した画素数や階調に基づく影響の他、インクジェットヘッドにより形成される一画素の品質が及ぼす影響も無視することはできない。即ち、インクジェットヘッドより吐出したインクは、記録媒体に着弾することにより画像形成がなされるが、画素を形成する着弾したインクの位置、形状、大きさが、形成される画像の品質に影響を与えるのである。このうちインクの着弾位置は、着弾位置がずれることにより画像の品質に大きな影響を与えるため特に問題となる。通常のインクジェットヘッドでは、複数のノズルが一列に配列されているため、ノズルの配列されている方向に対し垂直となる方向（インクジェットヘッドの移動方向）におけるインクの着弾位置のズレは、インクの吐出のタイミングを制御することにより、インクの着弾位置のズレを解消することが可能である。しかしながら、ノズルの配列されている方向に対し平行となる方向（インクジェットヘッドの移動方向に垂直方向）におけるインクの着弾位置のズレは、インクの吐出のタイミングの制御では、インクの着弾位置のズレを解消することができず、この問題を解消するためには、ノズルより吐出するインクの吐出方向を制御する必要がある。
【０００９】
一方、着弾位置のズレが生じない場合であっても、ノズルより吐出するインクの吐出方向を制御することができれば、インクを所望の位置に着弾させることができ、形成される画像をより一層高解像なものとすることが可能である。
【００１０】
このようなことから、インクジェットプリンタにおいて、ノズルより吐出するインクの吐出方向の制御が検討されており、この方法の一つとして静電偏向による方法がある。この方法は、帯電させたインクを一対の偏向電極の間を飛翔させることにより、吐出方向を偏向電界に沿って曲げる方法である。しかしながら、この方法ではノズルと記録媒体との間に偏向電極を設ける必要があり、ノズルと記録媒体の間隔を広く取る必要があるが、この間隔を広くすればする程、飛翔しているインクが受ける外乱は多くなり、吐出方向が変動しやすくなるため、画像の品質は低下することとなる。また、静電偏向による方法では、インクの偏向角度はインクの飛翔速度に反比例するため、インクの飛翔速度に応じて偏向角度が異なる。よって、静電偏向による方法のみでの偏向制御は困難であり、高解像度な画像を得ることは困難であった。
【００１１】
従って、ノズルより吐出するインクの吐出方向を制御する方法としては、特許文献１、２に記載されているように、飛翔させるインクの一つの液滴を形成するために吐出方向の異なる複数のノズルを配置し、各ノズルより吐出したインクの飛翔速度等を制御することにより、各ノズルより吐出したインクを合体させ、この合体したインクの吐出方向を制御する方法がある。
【００１２】
一方、別の問題として、インクジェット方式ではインクが液体であることから、インク詰りが発生しやすく、特許文献３では、圧力室内にインクを流すことにより、インク詰りを防止する発明が開示されている。
【特許文献１】特開昭５７−１８５１５９号公報
【特許文献２】特開２００５−３５２７１号公報
【特許文献３】特表２００３−５０５２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１、２に開示された発明では、１の液滴を吐出するために、２以上のノズル、圧力室、圧電素子等を形成する必要があり、２以上の液滴を吐出する構成とする必要がある。また、液体吐出ヘッドの構造も複雑であり製造上困難なものとなり、更には、制御を独立して行う必要があることから、吐出方向を制御する上で複雑となり実用的に困難なものであった。
【００１４】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、高解像な画像形成が可能であり、簡素で低コストで実用性の高いインクの吐出方向の制御可能な液体吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、ノズルより液体を吐出し画像形成をする液体吐出ヘッドにおいて、前記ノズルは隔壁により分割された第１ノズル領域と第２ノズル領域からなり、前記隔壁により分割された第１圧力室と第２圧力室からなる圧力室を有し、前記第１ノズル領域は、前記第１圧力室と連通し、前記第２ノズル領域は、前記第２圧力室と連通しており、前記第１ノズル領域より供給される液体の吐出方向と、前記第２ノズル領域より供給される液体の吐出方向とは異なるものであり、前記第１ノズル領域より供給される液体と、前記第２ノズル領域より供給される液体とが、前記ノズル先端部分で合体することにより液体を吐出するものであって、単一の圧電素子に電界を印加することにより、前記第１圧力室と前記第２圧力室とは、異なる周波数で共振させ、前記圧電素子に印加する電界の波形を制御することにより、前記第１ノズル領域より供給される液体の吐出速度と、前記第２ノズル領域より供給される液体の吐出速度とを異なるものとすることにより、前記ノズルより吐出する液体の吐出方向を制御することを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【００１６】
これにより、単一の圧電素子と印加する電界の波形を制御で、インクの吐出方向制御が可能となり、圧電素子の駆動回路は単一なものとなるため、大幅なコストダウンが図れる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記第１圧力室と前記第２圧力室の壁面は共通の振動板により構成されており、前記振動板の前記第１圧力室と前記第２圧力室の形成された面の反対面上に単一の前記圧電素子を形成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である。
【００１８】
これにより、振動板と圧電素子とが張合わされ、一体としたバイモフル構造にすることができ、圧電体の変位を拡大することができるので、大きな変位を得ることができ、複数の圧力室を１つの圧電素子で駆動することができるため、極めて効率が高くなる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記振動板と前記隔壁とは、弾性体を介し接触していることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッドである。
【００２０】
これにより、圧電素子駆動時に生じる圧力ロスが低減されるため、圧電素子より発生する力の利用効率が高くなる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記隔壁の一部又は全部が、圧電素子により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドである。
【００２２】
これにより、圧力室と圧電素子による隔壁を一方向に積み重ねる構成とすることができるため、容易に製造することができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、前記第１ノズル領域と前記第２ノズル領域における液体を吐出するノズル先端部において、液体を一方のノズル領域から他方のノズル領域へと流すことが可能なノズル流路が形成されており、前記第１圧力室に連通する第１インク供給路に印加される圧力と、前記第２圧力室に連通する第２インク供給路に印加される圧力とを異なる圧力とすることにより、前記ノズル流路において、一方のノズル領域から他方のノズル領域へと液体を流すことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
【００２４】
これにより、ノズル領域で高粘化したインクを非吐出時に、一方のインク供給路へと排出することができるため、長時間吐出を行わない場合においても吐出不良の発生を防止することができる。又、請求項３に記載の発明と組み合わせることにより、インクを流すための圧力を抑えることができ、一方インクの供給路への排出効率を向上させることができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、前記圧電素子に印加する電界の印加時間を制御することにより、前記ノズルより吐出する液体の吐出方向を制御することを特徴とする請求項１から５に記載の液体吐出ヘッドである。
【００２６】
これにより、単一の圧電素子に印加する電界の印加時間（印加するパルス幅）の制御により、インクの吐出方向の制御が可能となる。このような電界の印加時間（印加するパルス幅）の制御では、容易に高い分解能と精度が得られるため、圧電素子の制御回路のコストを低減させることができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、前記圧電素子に印加する電界の印加時間に依存することなく、印加終了時間を同じとしたことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッドである。
【００２８】
これにより、圧電素子に印加される電界印加時間が異なり、吐出方向の異なる液滴であっても、吐出制御方向と直交したヘッドと記録媒体の相対的な移動方向について、インクの着弾位置を揃えることができる。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、前記圧電素子に印加する電界の印加時間に応じて、ノズルより吐出する液滴の量が一定となるように、印加される電界の大きさを定めて制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の液体吐出ヘッドである。
【００３０】
これにより、インクの吐出方向を制御しつつ、インクの吐出量を一定とすることができ、高画質な画像を得ることができる。また、吐出方向を印加時間で、吐出量を電界の大きさで制御できるので、制御が容易になり駆動回路の構成も単純化される。
【００３１】
請求項９に記載の発明は、前記ノズルは隔壁により分割された第３ノズル領域及び第３圧力室を有し、第３ノズル領域は第３圧力室と連通しており、前記第３ノズル領域より液体を吐出する方向は、前記第１ノズル領域における吐出方向、前記第２ノズル領域における吐出方向とは異なる方向であり、第１ノズル領域、第２ノズル領域、第３ノズル領域の各々より供給される液体がノズル先端部分で合体することにより液体を吐出するものであり、単一の圧電素子に電界を印加することにより、第１圧力室、第２圧力室、第３圧力室の各々において異なる周波数で共振させ、前記圧電素子に印加する電界の波形を制御することにより、前記第１ノズル領域より供給される液体の吐出速度と、前記第２ノズル領域より供給される液体の吐出速度と、前記第３ノズル領域より供給される液体の吐出速度を異なるものとすることにより、前記ノズルより吐出する液体の吐出方向を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の液体吐出ヘッドである。
【００３２】
これにより、インクの吐出方向を２次元的に制御することができ、より高画質な画像を形成することができる。
【００３３】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９に記載の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置である。
【００３４】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から９に記載の液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置である。
【００３５】
これにより、高画質な画像を低コストで得ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明にかかる液体吐出ヘッドでは、インクの吐出方向の制御可能を容易に行うことができ、高解像度で高品位な画像を容易に得ることができる。また、本発明にかかる液体吐出ヘッドでは、隔壁によりノズル及び圧力室を複数に分離しているため構造上極めて簡素化されたものであり、また、圧力室を変形させるための圧電素子の制御は、単一の駆動波形により制御されるため、制御回路も単純化されたものを使用することができる。従って、製造が容易となるとともに、制御回路の負荷も低下する。よって、この液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置では、高解像な画像を低コストで容易に得ることができる効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の第１の実施の形態について以下に説明する。
【００３８】
〔液体吐出ヘッドの構造〕
本発明に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの構造について、図１に基づき説明する。
【００３９】
図１は、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドのインク室ユニットの構成を示す断面図である。図２は、本実施の形態にかかるインクジェットヘッドのインク室ユニットの構成の一部を示す斜視図である。
【００４０】
図１に示すように、インク室ユニット５３を構成するノズル５１は、インク吐出部分の先端部まで隔壁５９により分離された第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂからなる。同様に、圧力室５２も隔壁５９により第１圧力室５２ａと第２圧力室５２ｂとに分離され、第１ノズル領域５１ａは、第１圧力室５２ａと連通し、第２ノズル領域５１ｂは、第２圧力室５２ｂと連通している。第１圧力室５２ａは、不図示の共通液室と第１インク供給路５４ａを介し連通しており、第１圧力室５２ａにインクを供給し、第２圧力室５２ｂは、不図示の共通液室と第２インク供給路５４ｂを介し連通しており、第２圧力室５２ｂにインクを供給することができるように構成されている。
【００４１】
第１圧力室５２ａと第２圧力室５２ｂを構成する壁面の一つは、各々の圧力室５２ａ、５２ｂの共通壁面を構成する振動板５６により形成されており、圧力室５２の形成される面の反対面には、圧電体層５８が形成され、更にその上には、上部電極５７が形成されている。振動板５６は電極としての機能も兼ね備えたものであり、振動板５６である電極と上部電極５７に電界を印加することにより、圧電体層５８が変形し、第１圧力室５２ａ及び第２圧力室５２ｂの容積を変化させ、内部に存在するインクに圧力を加えることができる。圧力の加えられたインクは、第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂからなるノズル５１より、液滴としてインク６０を吐出する構成のものである。尚、本実施の形態でアクチュエータとなる圧電素子６１は、振動板５６、圧電体層５８、上部電極５７により構成されており、この圧電素子６１を超音波発生素子と称する場合もある。
【００４２】
ノズル５１は、隔壁５９により第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂと分離されているが、各々のノズル領域より供給されるインクは、第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂの先端部分で合体し、一つの液滴のインク６０となりノズル５１より吐出する。この際、ノズル領域５１ａ及びノズル領域５１ｂに供給される各々のインクの供給速度を変化させることにより、ノズル５１より吐出するインク６０の吐出方向を変化させ制御することができる。尚、図１ではインク６０の吐出方向を例として示しているが、ノズルからは一回の吐出により一つのインク６０のみ吐出する。又、本実施の形態では、インクの吐出方向は、図示した方向に限定されるのではなく連続的に吐出方向の制御が可能である。
【００４３】
具体的には、第１圧力室５２ａ及び第２圧力室５２ｂは、インク供給路イナータンス、圧力室コンプライアンス、アクチュエータコンプライアンス、ノズル流路イナータンスの少なくともいずれか一つを変化させることにより、各々の圧力室５２ａ、５２ｂに対応する自由振動における共振周波数を変化させることができる。これよりアクチュエータである圧電素子６１にパルス電界を印加することにより励起される第１圧力室５２ａ、第２圧力室５２ｂの自由振動における共振周波数を異なる値とすることができる。
【００４４】
尚、インク供給路抵抗、ノズル流路抵抗、メニスカスコンプライアンスによっても上記共振周波数を変化させることができる。しかしながら、インク供給路抵抗、ノズル流路抵抗は、特に振動の減衰に影響を与え、各イナータンスよりも共振周波数に与える影響が小さいため効果が少ない。また、メニスカスコンプライアンスを変更した際に大きく影響する周波数は、インクメニスカスの表面張力が、インクを引き込む振動の周波数であり、各々の圧力室５２ａ、５２ｂ内における自由振動における共振周波数とは異なるものである。また、メニスカスコンプライアンスを変更することは、ノズル５１の径を変更することとなるため、インク吐出量に大きく影響を与えるため望ましくない。
【００４５】
従って、各々の圧力室５２ａ、５２ｂの共振周波数を変更するためのパラメータとしては、インク供給路イナータンス、圧力室コンプライアンス、アクチュエータコンプライアンス、ノズル流路イナータンスのいずれかであることが望ましい。
【００４６】
尚、後述するが、インク供給路イナータンスは、第１インク供給路５４ａ、第２インク供給路５４ｂにおける内径を変化させることにより共振周波数を変化させることができる。具体的には、内径を狭めることにより共振周波数を高くすることができる。ノズルイナータンスは、第１ノズル領域５１ａ、第２ノズル領域５１ｂにおけるインクが流れる断面積を変化させることにより共振周波数を変化させることができる。具体的には、断面積を狭めることにより共振周波数を高くすることができる。しかし、イナータンスを変化させると、一般的に抵抗も変化するので、後述するコンプライアンスを変化させることで共振周波数を変化させる方法が望ましい。
【００４７】
圧力室コンプライアンスは、第１圧力室５２ａ、第２圧力室５２ｂにおける容積を変化させることにより共振周波数を変化させることができる。具体的には、容積を狭めることにより共振周波数を高くすることができる。
【００４８】
アクチュエータコンプライアンスは、振動板５６を介し、第１圧力室５２ａ、第２圧力室５２ｂを覆っている圧電体層５８の面積を変化させることにより共振周波数を変化させることができる。具体的には、振動板５６を覆う圧電体層５８の面積を狭めることにより、共振周波数を高くすることができる。
【００４９】
以上より本実施の形態における最も望ましい構成は、図１に示すように、第２圧力室５２ｂの容積に対し、第１圧力室５２ａの容積を小さくすることにより、圧力室コンプライアンスを変化させ、第１圧力室５２ａにおける共振周波数を高くした構成である。これにより第１圧力室５２ａにおけるインクの流速の振幅は大きくなり流速は早くなるため、第１圧力室５２ａの壁面である振動板５６を覆う圧電体層５８の面積を狭くすることにより、アクチュエータコンプライアンスを小さくし、第１圧力室５２ａにおける流速の振幅を小さくして流速を遅くして、第２圧力室５２ｂとの均衡をとることができる。
【００５０】
第１圧力室５２ａの容積を狭めることと、第１圧力室５２ａの壁面である振動板５６を覆う圧電体層５８の面積を狭くすることは、ともに共振周波数を高めるものであり、設計上矛盾するものではないため共振周波数の調整が容易である。更に、この構成では各々のインク供給路５４ａ、５４ｂ、ノズル流路の形状は変化しないため、これらの形状に依存するインク供給特性、インク吐出特性が変わることもなく、設計及び製造の視点からは、最も好ましい構成である。以上の構成は設計及び製造の視点に基づくものであり、他の視点からは、他のパラメータを変化させることによっても共振周波数を変化させることができるので、以上の構成とは異なる構成の液体吐出ヘッドとなる場合もありうる。
【００５１】
尚、本発明では、一つの液滴を吐出するために用いるアクチュエータは単一のものであり、アクチュエータコンプライアンスの調整は、第１圧力室５２ａ、第２圧力室５２ｂの壁面を構成する振動板５６上の各々の圧力室５２ａ、５２ｂを覆う圧電体層５８の面積を調整することにより行っている。
【００５２】
〔液体吐出ヘッドの共振周波数〕
次に、本発明の原理を説明するため、本実施の形態における液体吐出ヘッドの各々の液室の共振周波数について数式を用いて説明する。
【００５３】
インク供給路イナータンスＭｓは、Ｉｓをインク供給路の長さ、Ａｓをインク供給路断面積、ρをインク密度とした場合、以下の式で表される。
【００５４】
Ｍｓ＝Ｉｓ×ρ／Ａｓ・・・・・（１）
インク供給路抵抗Ｒｓは、インク供給路直径（インク供給路断面積の直径）をｄｓ、インク粘度をηとした場合、以下の式で表される。
【００５５】
Ｒｓ＝３２×η×Ｉｓ／（Ａｓ×ｄｓ２）・・・・・（２）
ノズル流路イナータンスＭｎは、ノズル流路の長さをＩｎ、ノズル流路断面積をＡｎとした場合、以下の式で表される。
【００５６】
Ｍｎ＝Ｉｎ×ρ／Ａｎ・・・・・（３）
ノズル流路抵抗Ｒｎは、ノズル流路直径（ノズル流路断面積の直径）をｄｎとした場合、以下の式で表される。
【００５７】
Ｒｎ＝３２×η×Ｉｎ／（Ａｎ×ｄｎ２）・・・・・（４）
圧力室コンプライアンスＣｃは、圧力室容積をＶ、インク内の音速をｖとした場合、以下の式で表される。
【００５８】
Ｃｃ＝Ｖ／（ρ×ｖ２）・・・・・（５）
メニスカスコンプライアンスＣｎは、インクの表面張力をγとした場合、以下の式で表される。
【００５９】
Ｃｎ＝π×（ｄｎ／２）４／（３×γ）・・・・・（６）
アクチュエータコンプライアンスＣａは、アクチュエータ変位体積をＶｏｌ、アクチュエータ発生圧をＰ０とした場合、以下の式で表される。
【００６０】
Ｃａ＝Ｖｏｌ／Ｐ０・・・・・（７）
以上より、減衰係数Ｄｎ、共振周波数Ｅｎは、以下の式で表される。尚、一般に、圧力室からインク供給路、ノズル流路へ流れるインク量が等しくすることにより、ノズルからのインク吐出量とインク供給能力とのバランスを良好となるため、Ｍｓ＝Ｍｎ、Ｒｓ＝Ｒｎであることを前提としている。
【００６１】
Ｄｎ＝Ｒｎ／（２×Ｍｎ）・・・・・（８）
Ｅｎ＝（２／（Ｍｎ×（Ｃａ＋Ｃｃ））−Ｄｎ２）１／２／２π・・・・・（９）
以上に基づき以下の条件における第１圧力室５２ａと第２圧力室５２ｂの各々の共振周波数を示す。
【００６２】
［インクの物性値］
ρ（インク密度）：１〔ｇ／ｃｍ３〕
η（インク粘度）：２０〔ｃｐ〕
ｖ（インク内の音速）：１５００〔ｍ／ｓｅｃ〕
γ（インクの表面張力）：３５×１０−３〔Ｎ／ｍ〕
［第１圧力室］
Ｉｓ（インク供給路長さ）：３０〔μｍ〕
Ａｓ（インク供給路断面積）：７．０６９×１０−１０〔ｍ２〕
ｄｅ（インク供給路直径）：３０〔μｍ〕
Ｉｎ（ノズル流路長さ）：３０〔μｍ〕
Ａｓ（ノズル流路断面積）：７．０６９×１０−１０〔ｍ２〕
ｄｎ（ノズル流路直径）：３０〔μｍ〕
Ｖ（圧力室容積）：０．１９５×０．１５４×０．１５〔ｍｍ３〕＝０．４５×１０４〔ｐｌ〕
Ｖｏｌ（アクチュエータ変位体積）：１３〔ｐｌ〕
Ｐ０（アクチュエータ発生圧）：２×１０６〔Ｐａ〕
［第２圧力室］
Ｉｓ（インク供給路長さ）：３０〔μｍ〕
Ａｓ（インク供給路断面積）：７．０６９×１０−１０〔ｍ２〕
ｄｅ（インク供給路直径）：３０〔μｍ〕
Ｉｎ（ノズル流路長さ）：３０〔μｍ〕
Ａｓ（ノズル流路断面積）：７．０６９×１０−１０〔ｍ２〕
ｄｎ（ノズル流路直径）：３０〔μｍ〕
Ｖ（圧力室容積）：０．３×０．３×０．１５〔ｍｍ３〕＝１．３５×１０４〔ｐｌ〕
Ｖｏｌ（アクチュエータ変位体積）：２０〔ｐｌ〕
Ｐ０（アクチュエータ発生圧）：２×１０６〔Ｐａ〕
以上より、第１圧力室５２ａにおける共振周波数Ｅｎ１は、３７０〔ｋＨｚ〕となり、第２圧力室５２ｂにおける共振周波数Ｅｎ２は、２６７〔ｋＨｚ〕となる。
【００６３】
〔液体吐出ヘッドの吐出制御〕
以上に基づき、本実施の形態における液体吐出ヘッドにおけるインクの吐出方向の偏向制御に関して説明する。
【００６４】
図３は、本実施の形態のインク室ユニット５３における等価回路である。具体的には、図３における等価回路の電圧は圧力に相当し、電流は体積流速（単位は〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕）に相当する。体積流速を断面積で割ることにより流速（単位は〔ｃｍ／ｓｅｃ〕）が得られ、体積流速を積分することにより流量（単位は〔ｃｍ３〕）が得られる。
【００６５】
以下の説明では、主に体積流速を用いて説明するが、断面積が同一の部位では流速は体積流速に比例するため、体積流速を単に流速と表示している場合がある。そのような場合であっても数値を明示したところでは、体積流速の単位を明記している。
【００６６】
図３の等価回路において示す記号は以下のパラメータを意味する。
ｅ１：入力波形
Ｃ３：第１圧力室５２ａアクチュエータコンプライアンスＣａ
Ｃ４：第１圧力室５２ａコンプライアンスＣｃ
Ｃ６：第１圧力室５２ａメニスカスコンプライアンスＣｎ
Ｌ３：第１ノズル領域５１ａのノズル流路イナータンスＭｎ
Ｌ４：第１インク供給路５４ａイナータンスＭｓ
Ｒ３：第１ノズル領域５１ａのノズル流路抵抗Ｒｎ
Ｒ４：第１インク供給路５４ａ抵抗Ｒｓ
Ｃ１：第２圧力室５２ｂアクチュエータコンプライアンスＣａ
Ｃ２：第２圧力室５２ｂコンプライアンスＣｃ
Ｃ５：第２圧力室５２ｂメニスカスコンプライアンスＣｎ
Ｌ１：第２ノズル領域５１ｂのノズル流路イナータンスＭｎ
Ｌ２：第２インク供給路５４ｂイナータンスＭｓ
Ｒ１：第２ノズル領域５１ｂのノズル流路抵抗Ｒｎ
Ｒ２：第２インク供給路５４ｂ抵抗Ｒｓ
図３に示す等価回路に基づき本実施の形態にかかる液体吐出ヘッドより吐出されるインクの偏向制御について説明する。
【００６７】
図３に示す等価回路において、アクチュエータの駆動波形は圧力値としてｅ１に入力する。これにより第１圧力室５２ａ、第２圧力室５２ｂにおける自由振動が始まると、第１ノズル領域５１ａ、第２ノズル領域５１ｂを流れるインクは、図３におけるＬ１、Ｌ３を流れる電流として求めることができる。本実施の形態においては、第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂの断面積が等しいため、電流値の比が、第１ノズル領域５１ａ及び第２ノズル領域５１ｂのインク流速の比となる。また、Ｎの部分に流れる電流が、第１ノズル領域５１ａ及び第２ノズル領域５１ｂを流れるインクの総量の流速に相当する。
【００６８】
本発明はノズル５１からのインクの吐出方向の制御を目的とするものであり、図３に示す等価回路における電圧または電流の比率に着目すればよい。また、アクチュエータコンプライアンスＣａであるＣ１、Ｃ３は、振動板５６上の第１圧力室５２ａ、第２圧力室５２ｂを覆う単一のアクチュエータを構成する圧電体層５８の面積の割合により、コンプライアンスを配分した値である。
【００６９】
次に、図３の等価回路に基づき第１ノズル領域５１ａ、第２ノズル領域５１ｂ及びこれらの合成されたインクの体積流速波形を図４に示す。
【００７０】
図４は、１×１０−６〔ｓｅｃ〕においてアクチュエータに電界を印加した後の第１ノズル領域５１ａのインクの体積流速（第１流速）、第２ノズル領域５１ｂのインクの体積流速（第２流速）、第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂとのインクが合成された体積流速（合成流速）を示す。尚、ノズル５１よりインクが吐出する方向は体積流速の値が負の方向である。
【００７１】
図に示すように、１×１０−６〔ｓｅｃ〕において電界を印加するような駆動波形を印加することにより、各ノズル領域５１ａ、５１ｂに存在しているインクは、一旦、圧力室側に引き込まれた後、第１圧力室５２ａ、第２圧力室５２ｂにおいて各々の共振周波数における自由振動が生じている。尚、インクは粘性を有しているため、この自由振動は時間の経過とともに減衰する。
【００７２】
電界印加の直後においては、インクは一旦圧力室側に引き込まれた後に、逆に、インクを吐出する方向に流れる。この流速の変化の途中で、体積流速が０となる。この時に、変位が最大となっているので、このタイミングで駆動波形に立下りの波形を与えることにより、波形が合成されインク流速が大きくなりノズル５１よりインクを吐出することができる。これをｐｕｌｌ−ｐｕｓｈ駆動と称しており、共振を利用することにより効率よくインクを吐出することができる方式である。
【００７３】
次に、このようにして吐出されるインクの吐出方向について図５に基づき説明する。
【００７４】
吐出されるインクは、第１ノズル領域５１ａから流れ込むインクと、第２ノズル領域５１ｂから流れ込むインクが合成されたものである。従って、第１ノズル領域５１ａから流れ込むインクの体積流速（第１流速）と、第２ノズル領域５１ｂから流れ込むインクの体積流速（第２流速）とにより、形成される合成流速によりノズル５１から吐出するインクの吐出方向が定まる。よって、図４のＡの時点において合成流速は最大となり、この合成流速の値をインク吐出速度以上とすることにより、インク吐出方向にインクを吐出させることができる。
【００７５】
以上より、ノズル５１よりインクを吐出するタイミングにおける第１流速と第２流速とを制御することにより、ノズル５１より吐出するインクの吐出方向を制御することができる。尚、図５に示す２つの流速ベクトルが略平行である場合には、ノズルから吐出したインクが柱状になる際に、柱の中に非対称な流速分布を形成し柱を曲げる。又、柱が切れてインク滴となった状態でインク滴に回転を与えるため、空気抵抗により吐出方向が曲がる。これらは、２つの流速ベクトルが非平行である場合にも生じている現象であるが、これらの効果は小さく、本発明のように２つの流速を非平行とすることが望ましい。
【００７６】
次に図３に示す等価回路に例えられるインク室ユニットにおける、インクの吐出方向の制御方法について説明する。この制御は、ｐｕｌｌ駆動とｐｕｓｈ駆動のタイミングを制御することにより、ノズル５１からのインクの吐出方向の制御を行うものである。
【００７７】
図６は、アクチュエータである圧電素子６１に１×１０−６〔ｓｅｃ〕において正の電界を印加しｐｕｌｌ駆動を行った後、２×１０−６〔ｓｅｃ〕において正の電界の印加を終了するｐｕｓｈ駆動を行う場合である。図６のＢの時点において、液体吐出方向の合成流速は最大となり、このタイミングでインクが吐出するように制御されている。Ｂにおける第１流速の値は、約−０．００６４６〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕であり、第２流速の値は、約−０．００８７２〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕であり、第１流速：第２流速の値は、約１：１．３５となる。よって、第２流速の方が第１流速よりも約１．３５倍大きいため、ノズル５１より吐出するインクは、第２流速による影響を強く受け、第２ノズル領域５１ｂから吐出する方向にインクを偏向させることができる。尚、この場合の合成流速の大きさは、−０．０１５１８〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕である。
【００７８】
図７は、アクチュエータである圧電素子６１に１×１０−６〔ｓｅｃ〕において正の電界を印加しｐｕｌｌ駆動を行った後、３×１０−６〔ｓｅｃ〕において正の電界の印加を終了するｐｕｓｈ駆動を行う場合である。図７のＣの時点において、液体吐出方向の合成流速は最大となり、このタイミングでインクが吐出するように制御されている。Ｃにおける第１流速の値は、約−０．００９１２〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕であり、第２流速の値は、約−０．００７０２〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕であり、第１流速：第２流速の値は、約１．３：１となる。よって、第１流速の方が第２流速よりも約１．３倍大きいため、ノズル５１より吐出するインクは、第１流速による影響を強く受けるため、第１ノズル領域５１ａから吐出する方向にインクを偏向させることができる。尚、この場合の合成流速の大きさは、−０．０１６１４〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕である。
【００７９】
以上より、図６、図７に示すｐｕｓｈ駆動のタイミングの時間を任意の時間として制御することにより、ノズル５１から吐出するインクの偏向角度を制御することができる。
【００８０】
図５に示すように、ノズル５１から吐出するインクは、第１ノズル領域５１ａから供給されるインクと第２ノズル領域５１ｂから供給されるインクとを合体させたものである。第１ノズル領域５１ａから供給されるインクの流速方向のベクトルと第２ノズル領域５１ｂから供給されるインクの流速方向のベクトルとのなす角度を３０度としたときに、図６に示す場合と、図７に示す場合の間でｐｕｓｈ駆動の制御を行うことにより、合成ベクトルとなるインクの吐出方向を約４．４２度変化させることができる。具体的に、インクジェットヘッドのノズル５１面から、紙等の記録媒体までの距離を１．５〔ｍｍ〕とした場合、ノズル５１からのインクの偏向により制御可能な記録媒体における範囲は、約１１６〔μｍ〕となる。これは、画像を２４００〔ｄｐｉ〕の解像度で記録する場合では、画素数にして１２画素分に相当する範囲となり、ｐｕｓｈ駆動のタイミングを制御することにより、この領域の間に自由にインクを吐出することができる。即ち、本発明では、形成される画素数に必要なノズル５１数を減少させることのみならず、ノズル５１数に依存することなく、ｐｕｌｌ−ｐｕｓｈ駆動の制御可能な範囲内で解像度を自由に設定することが可能となるのである。
【００８１】
また、偏向角度を変化させた場合であっても、吐出されるインクの体積、吐出されるインクの速度を同一にする必要がある。具体的には、図７に示す駆動波形、即ち、アクチュエータである圧電素子６１に印加する電圧を、図６の場合に対し、９４％とすることのより、ほぼ同一とすることができる。
【００８２】
このように、ｐｕｌｌ−ｐｕｓｈ駆動におけるｐｕｓｈ駆動を制御することにより、ノズル５１からのインクの吐出方向を制御することを示した。以上の説明では、ｐｕｌｌ−ｐｕｓｈ駆動の間隔を１〔μｓ〕から、２〔μｓ〕の範囲について示したが、本実施の形態では、更にｐｕｌｌ−ｐｕｓｈ駆動の間隔を０．５〜２．７〔μｓ〕程度の更に広い範囲について制御可能である。
【００８３】
具体的には、ｐｕｌｌ−ｐｕｓｈ駆動の間隔が０．５〔μｓ〕の場合では、アクチュエータである圧電素子６１に１×１０−６〔ｓｅｃ〕において正の電界を印加しｐｕｌｌ駆動を行った後、１．５×１０−６〔ｓｅｃ〕において正の電界の印加を終了するｐｕｓｈ駆動を行う。ノズル５１からのインクの吐出は合成流速が最大となるタイミングで吐出するように制御されており、合成流速が最大となる点における第１流速：第２流速の値は計算により、約１：１．６８となる。よって、第２流速の方が第１流速よりも約１．６８倍大きく、ノズル５１より吐出するインクは、第２流速による影響をより強く受ける。これによりノズル５１より吐出するインクの偏向角度を更に第２ノズル領域５１ｂから吐出する方向に大きくすることができる。尚、この場合の合成流速の大きさは、−０．００８７８〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕であることから、図６の場合に対し、圧電素子６１に印加する電圧を約１．８倍にする必要がある。このように、ｐｕｌｌ−ｐｕｓｈ駆動の間隔を短くする場合には、圧電素子に印加する電圧が大きくなるので、印加可能な電圧の値により、インクの吐出方向の制御可能な偏向角度の限界が定まる。
【００８４】
一方、ｐｕｌｌ−ｐｕｓｈ駆動の間隔が２．７〔μｓ〕の場合では、アクチュエータである圧電素子６１に１×１０−６〔ｓｅｃ〕において正の電界を印加しｐｕｌｌ駆動を行った後、３．７×１０−６〔ｓｅｃ〕において正の電界の印加を終了するｐｕｓｈ駆動を行う。このタイミングは、図４に示すように第２流速が、吐出方向から引き込み方向に変わる速度０の点に対応しており、Ｐｕｓｈ駆動を与えた場合に、Ｐｕｓｈによる吐出方向の流れと、元の引き込み方向の流れが合成され第２流速は最小となる。これ以降のタイミングでは第２流速が再び大きくなるので、このタイミングは第１流速と第２流速の比が最大になる条件である。
【００８５】
この条件で合成流速が最大となる点における第１流速：第２流速の値は計算により、約２．０：１となる。よって、第１流速の方が第２流速よりも約２倍大きく、ノズル５１より吐出するインクは、第１流速による影響をより強く受ける。これによりノズル５１より吐出するインクの偏向角度を更に第１ノズル領域５１ａから吐出する方向に大きくすることができる。尚、この場合の合成流速の大きさは、−０．０１１６８〔ｃｍ３／ｓｅｃ〕であることから、図６の場合に対し、圧電素子６１に印加する電圧を約１．３倍にする必要がある。
【００８６】
以上の偏向制御によりインクの着弾位置の範囲を約１６２〔μｍ〕まで広げることができ、これは形成される画像の解像度が２４００〔ｄｐｉ〕においては、約１６画素分に相当する範囲となり、ノズル５１数をより一層減らすことが可能となる。
【００８７】
本実施の構成では、ノズル５１より吐出するインクの偏向角度は対称ではないが、この点を考慮した設計をすれば印刷機能上の問題はない。もし、対称にする場合は一方のノズル領域に侵入する液体の進入角度を変える等により対称とすることが可能となる。
【００８８】
尚、以上の説明では、インクの吐出タイミングは、合成流速が最大になったタイミングに設定されているため、インクの吐出のタイミングがインクの吐出方向によって一定ではない。しかしながら、アクチュエータである圧電素子６１に印加する波形のタイミングを全体的にずらすことにより、偏向角度に依存することなく同一の吐出のタイミングとすることができ、画像形成する場合の制御が容易となる。
【００８９】
具体的に説明すると、図６に示す場合と、図７に示す場合とでは、合成流速が最大となるタイミングが異なることから、紙等の記録媒体上に着弾する位置は、このタイミングのズレを考慮する必要がある。即ち、紙等の記録媒体は、ノズル５１に対し相対的に移動しているため、吐出のタイミングが異なることにより、インクの着弾位置は紙等の記録媒体の移動した距離分ずれた位置に着弾する。
【００９０】
画像形成の制御を行う上では、着弾のタイミングは一定である方が好ましく制御も容易となる。図６における場合と、図７における場合では、インク吐出のタイミングは約０．７〔μｓ〕だけ、図７の場合が遅れてインクが吐出されている。このため、図８に示すように図６における場合の波形を全体的に０．７〔μｓ〕遅らせた波形をアクチュエータである圧電素子６１に印加することにより、図７に示す場合とインクの吐出のタイミングを一定なものとすることができ、偏向角度に依存することなく同一のタイミングでインクの吐出が可能となる。尚、このインク吐出のタイミングは、偏向角度に依存して異なることから、アクチュエータである圧電素子６１に印加される駆動電圧は、この点を考慮した波形とすることが必要である。
【００９１】
尚、本実施の形態に係るインクジェットヘッドでは、特性がインクの表面張力や粘度、ヘッドの構造等の影響を大きく受けるため、実際作製したインクジェットヘッドについて測定を行い別途補正を行うことも必要となる場合がある。また、アクチュエータである圧電素子６１に印加される電圧を調整すると、吐出されたインクの速度も変化する。よって、偏向方向を変化させることにより吐出されたインクの速度も変化するが、この場合、吐出されたインクの速度による着弾位置のズレは、吐出されるインクの液量を一定とした後、駆動のタイミングでインクの速度を調整することが好ましい。
【００９２】
以上のように、ｐｕｌｌ−ｐｕｓｈ駆動の間隔と偏向角度及び印字のタイミングの関係、アクチュエータに印加される電圧とインクの飛翔速度の関係より、インクの表面張力や粘度、ヘッドの構造等のパラメータはインクの吐出特性に大きな影響を与える。よって、予め算出テーブルが備えることにより、この算出テーブルを参照しつつ制御を行うことが構成上好ましい形態の一つである。
【００９３】
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図９は、本発明の実施形態に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図９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液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」と称する場合あり）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド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、ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙのノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６（記録媒体）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を備えている。
【００９４】
図９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。
【００９５】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図９のように、裁断用のカッター２８が設けられており、前記カッター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、前記固定刃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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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をなすように構成されている。
【００９９】
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９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３１、３２の少なくとも一方にモータ（図９中不図示、図１３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９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９の左から右へと搬送される。
【０１００】
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線速度を変えると清掃効果が大きい。
【０１０１】
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、印字直後に用紙の印字面に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。従って、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
図１０は、インクジェット記録装置１０の印字部１２周辺を示す要部平面図である。
【０１０４】
図１０に示すように、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送り方向（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を有している。印字部１２を構成する各ヘッド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。
【０１０５】
記録紙１６の搬送方向に沿って上流側（図１０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。
【０１０６】
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、紙送り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１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、ヘッドが紙送り方向と直交する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。
【０１０７】
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ヘッドを追加する構成も可能である。
【０１０８】
図９に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各ヘッド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。
【０１０９】
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、前記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。
【０１１０】
本例の印字検出部２４は、少なくとも各ヘッド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２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。
【０１１１】
印字検出部２４は、各色のヘッド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。
【０１１２】
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ため、熱風を吹きつける方式が好ましい。
【０１１３】
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ができ、画像の耐候性がアップする効果がある。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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（不図示）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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
〔液体吐出ヘッドの構成〕
次に、ヘッドの構造について説明する。色別の各ヘッド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によってヘッドを示すものとする。
【０１１８】
図１１（ａ） はヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図１１（ｂ） はその一部の拡大図である。また、図１１（ｃ） はヘッド５０の他の構造例を示す平面透視図である。
【０１１９】
記録紙１６上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、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。本例のヘッド５０は、図１１（ａ）〜（ｃ） に示したように、インク滴の吐出孔であるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室（液室）５２等からなる複数のインク室ユニット５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する主走査方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）を狭め、高密度化を達成している。本発明では、さらに吐出方向の制御によって、より一層画素の高密度化を可能とするものである。
【０１２０】
紙送り方向と略直交する主走査方向に記録紙１６の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図１１（ａ） の構成に代えて、図１１（ｃ） に示すように、複数のノズル５１が２次元状に配列された短尺のヘッドブロック５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
【０１２１】
なお、本例では圧力室５２の平面形状が略正方形である態様を示したが、圧力室５２の平面形状は略正方形に限定されず、略円形状、略だ円形状、略平行四辺形（ひし形）など様々な形状を適用することができる。また、ノズル５１の配置も図１１（ａ）〜（ｃ）に示す配置に限定されず、圧力室５２の辺（稜）部にノズル５１を配置してもよい。
【０１２２】
図１１（ｂ） に示すように、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多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。
【０１２３】
即ち、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となり、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３００個（３００ノズル／インチ）の高密度のノズル構成を実現することが可能になる。これに本発明では、ノズル１６画素分の主走査方向の偏向を可能とし、１６画素中の８画素で３００×８＝２４００〔ｄｐｉ〕のドットの解像度を得ている。又、残り８画素は隣接ノズル不良時の代替用として使用する。更に、隣接ノズルを越えてドットを打つことで、ノズル毎の特性のばらつきによる画像ムラを目立ち難くすることが可能となる。
【０１２４】
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ず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造や、２列の千鳥配置されたノズル列を有する構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。
【０１２５】
なお、印字可能幅の全幅に対応した長さの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が行われ、記録媒体の幅方向（主走査方向）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）を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。
【０１２６】
特に、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すようなマトリクス状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。
【０１２７】
一方、上述したフルラインヘッドと記録紙１６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。
【０１２８】
なお、本実施形態ではフルラインヘッドを例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、記録紙１６の幅よりも短い長さのノズル列を有する短尺のヘッドを記録紙１６の幅方向に走査させながら、記録紙１６の幅方向の印字を行うシリアル型ヘッドにも適用可能である。
【０１２９】
尚、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、各ノズル５１に対応して圧力室５２設けられ、各圧力室５２は供給口を介して不図示の共通流路（共通液室）と連通されている。前記共通流路は不図示のインク供給タンクと連通しており、前記インク供給タンクから供給されるインクは前記共通流路を介して各圧力室５２に分配供給される。
【０１３０】
〔吐出回復装置〕
図１２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９０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９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９０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１２のインクタンク９０は、先に記載した図９のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。
【０１３１】
図１２に示したように、インクタンク９０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９２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。
【０１３２】
なお、図１２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。
【０１３３】
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９４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９６とが設けられている。
【０１３４】
これらキャップ９４及びクリーニングブレード９６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ようになっている。
【０１３５】
キャップ９４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９４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９４で覆うようになっている。
【０１３６】
クリーニングブレード９６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９６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。
【０１３７】
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９４に向かって予備吐出が行われる。
【０１３８】
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、吐出駆動用のアクチュエータ（圧電素子６１）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６１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６１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９６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。
【０１３９】
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９４を当て、吸引ポンプ９７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９８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。
【０１４０】
具体的には、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、圧電素子６１を動作させる予備吐出ではノズル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９４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９７で吸引する動作が行われる。
【０１４１】
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１２で説明したキャップ９４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。
【０１４２】
また、好ましくは、キャップ９４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。
【０１４３】
〔制御系〕
図１３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。
【０１４４】
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、一旦メモリ７４に記憶される。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。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。
【０１４５】
システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、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、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。
【０１４６】
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（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（図９に図示）等のヒータ８９を駆動するドライバである。
【０１４７】
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、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、前記画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介してヘッド１２のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御（打滴制御）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。
【０１４８】
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１３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、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。
【０１４９】
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６１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。本実施の形態では、ヘッドドライバ８４には、吐出方向制御のための制御回路が組み込まれている。
【０１５０】
印字検出部２４は、図９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ヘッド５０に対する各種補正を行う。
【０１５１】
なお、システムコントローラ７２及びプリント制御部８０は、１つのプロセッサから構成されていてもよいし、システムコントローラ７２とモータドライバ７６及びヒータドライバ７８とを一体に構成したデバイスや、プリント制御部８０とヘッドドライバとを一体に構成したデバイスを用いてもよい。
【０１５２】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、図１４（ａ）に示すように、第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂと隔てる隔壁５９が、ノズル５１の液体吐出面から後退した位置に設けられており、第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂとは完全には隔てられておらず、ノズル５１内において第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂの間をインクが流れるノズル流路が形成された構成である。
【０１５３】
このような構成とすることにより、図１４（ｂ）に示すように、インクを一方の圧力室（例えば、第２圧力室５２ｂ）から他方の圧力室（例えば、第１圧力室５２ａ）に、第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂとにより形成されるノズル流路を介し流すことができる。これによりノズル５１部分でインクの溶媒が揮発することによりインクが増粘することにより生じる吐出不良を防止することができる。即ち、インクを吐出しない状態が続いた場合は、ノズル５１から常に溶媒が揮発し、ノズル５１近傍のインクの溶媒濃度が低下し、インク粘度が上昇してインクを吐出することができなくなってしまうが、本実施の形態における構成の液体吐出ヘッドでは、ノズル５１におけるノズル流路にインクを流すことによりインクの増粘を防止することができ、インクの吐出不良を防ぐことができるとともに、前述したインク吐出不良回復動作の回数を減らすことができ、スループットを向上させることができる。
【０１５４】
なお、ノズル流路に流れるインクの量は液体吐出ヘッドの周辺の湿度環境に依存するが、発明者の実験結果に基づくならば、液体吐出ヘッドの最大吐出量の１／１０〜１／１００程度、即ち、１ノズルあたり数十から数百〔ｐｌ／秒〕となる。インクの吐出分を補うためのインク供給量（例えば４０〔ｋＨｚ〕で、２〔ｐｌ〕のインクを吐出した場合、８００００〔ｐｌ／秒〕のインクをインク供給路から圧力室に流す必要があるが、この値と比べ、ノズル流路に流すインクは大変少なく、ゆっくりした流れでよいため、本実施の形態におけるノズル流路のように狭い流路であってもよい。
【０１５５】
尚、ノズル流路に流すインクは循環されており、第１圧力室５２ａに連通する第１インク供給路５４ａと第２圧力室５２ｂに連通する第２インク供給路５４ｂは、異なる背圧に設定した別の不図示の共通液室に繋がっている。この背圧の圧力差によって循環させている。各背圧は、２０〜１００〔ｍｍＨ２Ｏ〕程度、例えば、４０〔ｍｍＨ２Ｏ〕程度に設定されるが、この圧力差は、経験上、数〔ｍｍＨ２Ｏ〕程度であれば良い。
【０１５６】
本実施の形態におけるノズル孔の形状は、円形であるよりもむしろ、第１ノズル領域５１ａと第２ノズル領域５１ｂに広がって形成された楕円や菱形形状であることが好ましい。このような形状の方が偏向制御はしやすくなるからである。このようにインクを流すと図１４（ｂ）に示す気泡は、周囲のインクが流動することにより順次入れ替わるため、インクに溶解し易くなるので、気泡による吐出不良に対しても有効である。
【０１５７】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、隔壁をアクチュエータである圧電素子６５により形成した構成のものである。圧電素子６５は、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）の圧電体層６４と電極６３により構成されるものであり、圧電素子６５に電界を印加することにより圧電体層６４の厚み方向に伸縮させ、各圧力室５２ａ、５２ｂに同時に圧力を印加することができる。
【０１５８】
これにより、第１の実施の形態の場合と同様に、一つのアクチュエータによりノズル５１から吐出するインクの吐出方向を制御することができる。但し、圧電体層６４は、厚み方向に伸縮させた際に、体積を一定にするように長さ方向の変形を伴う。
【０１５９】
図１５に示すように、隔壁の圧電体層６４のノズル５１側の端を図の面に平行な面からなる圧力室壁に固定して、反対側を変位可能な圧力室壁６２に固定することにより、圧電体層６４が厚み方向に延びると同時に、圧電体層６４の長さ方向は縮むため、圧電体層６４と固定された圧力室壁６２はインク側に引っ張られる。これらの方向はすべて、各圧力室５２ａ、５２ｂの容積を狭める方向でありインクを加圧する方向となる。
【０１６０】
図１６に示すように、圧電体層６４のノズル５１側を固定して、反対側の圧力室壁６２とは、圧電体層６４の形状変化が伝達されないように接触させる。これにより、圧電体層６４の長さ方向の変動によっては、各圧力室５２ａ、５２ｂに影響を与えることはなく、圧電体層６４の厚さ方向の変動のみ各圧力室５２ａ、５２ｂの容積に変動を与える。尚、圧力室壁６２と圧電体層６４との接触部分は、インクが流動するには粘性抵抗が大きく、インクの流動がほぼ不可能な間隔で、圧電体層６４の微小変動可能な間隔に設定しても良い。
【０１６１】
図１７に示すように、圧電体層６４のノズル５１側を固定して、反対側の圧力室壁６２との間には、ゴム等の弾性体６６を設ける。この弾性体６６は長さ方向に変化した場合であっても、厚さ方向には変化しない異方性を有する弾性であることが好ましい。このような構成にすることにより、圧電体層６４の長さ方向の変化が、各々の圧力室５２ａ、５２ｂの容積に影響を与えることがなく、圧電体層６４の厚さ方向の変化のみ各々の圧力室５２ａ、５２ｂの容積に影響を与えることとなる。
【０１６２】
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態は、図１８に示すように、隔壁５９と振動板５６との間に、弾性体６６を設け、隔壁５９と振動板５６との間におけるインクの流入を完全に防いだ構成のものである。このような構成にすることにより、圧電素子６１により生じた振動の損失をより一層防ぐことができる。
【０１６３】
また、図１９（ａ）に示すように振動板５６と接する部分の隔壁５９の一部を弾性を有する材料等からなる屈曲部材６７により構成してもよい。
【０１６４】
振動板５６の変位量は、最大で１〔μｍ〕程度であるため以上の構成であっても、振動板５６の変位を阻害することにはならない。
【０１６５】
以上より、本実施の形態では、第１圧力室５２ａから第２圧力室５２ｂ或いはその逆に伝達される圧力損失を減少させることができ、効率的に本発明を実施することができる。また、本実施の形態において第２の実施の形態のようにノズル５１部分でインクを流す場合、図１９（ｂ）に示すように、振動板５６と隔壁５９との間をインクが流れることがないため、第１ノズル領域５１ａから第２ノズル領域５１ｂとの間をノズル流路として効率的にインクを流すことができ、効率的にインクを循環させることができる。
【０１６６】
〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態を図２０に示す。第１から第４の実施の形態では、第１ノズル領域と第２ノズル領域の２つの領域を形成することにより１次元の吐出方向の制御を行う方法であったが、第５の実施の形態では、これに加え第３のノズル領域及びこれに連通する第３の圧力室を形成することにより、吐出方向を２次元的に制御するものである。
【０１６７】
図２０に、２次元偏向可能な本実施の形態におけるインクジェットヘッドの構成を示す。偏向の制御等に関しては、第１の実施の形態等において説明した１次元偏向の場合と同様であり、例えば、図６に第３の圧力室に対応する、第１流速、第２流速よりも振動周期の長い第３流速を加えたものとなる。この３つの流速の比を駆動波形の印加時間を変化させることで異なる３つの圧力室からのインクの流れを合成し吐出方向を制御する。
【０１６８】
インク１６０を吐出するノズル１５１は、不図示の第１ノズル領域、第２ノズル領域、第３ノズル領域に分割されており、第１ノズル領域は第１圧力室１５２ａと、第２ノズル領域は第２圧力室１５２ｂと、第３ノズル領域は第３液室１５２ｃに連通している。更に、第１圧力室１５２ａは第１インク供給路１５４ａを介し、第２圧力室１５２ｂは第２インク供給路１５４ｂを介し、第３圧力室１５２ｃは第３インク供給路１５４ｃを介し、不図示の共通液室と連通し、インクの供給を受けることができるように構成されている。また、各々の圧力室１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃの壁面は共通の振動板１５６により構成されており、振動板１５６の各々の圧力室１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃとなる面の反対面には、単一の圧電体層１５８が形成されており、更にこの上に不図示の上部電極が設けられ、振動板１５６、圧電体層１５８、上部電極により圧電素子が形成され、インク吐出方向の制御がなされる。
【０１６９】
また、図２１に示すように隔壁をアクチュエータである圧電素子６５で構成することにより吐出方向を２次元的に制御することも可能である。具体的な、制御方法に関しては、第３の実施の形態の場合と同様である。
【０１７０】
具体的には、インク１６０を吐出するノズル１５１は、不図示の第１ノズル領域、第２ノズル領域、第３ノズル領域に分割されており、第１ノズル領域は第１圧力室１５２ａと、第２ノズル領域は第２圧力室１５２ｂと、第３ノズル領域は第３液室１５２ｃに連通している。更に、第１圧力室１５２ａは第１インク供給路１５４ａを介し、第２圧力室１５２ｂは第２インク供給路１５４ｂを介し、第３圧力室１５２ｃは第３インク供給路１５４ｃを介し、不図示の共通液室と連通し、インクの供給を受けることができるように構成されている。各々の圧力室に対応する振動周期は異ならせてある。また、各々の圧力室１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃを分割する隔壁の一部或いは全部がアクチュエータである圧電素子６５により構成されており、この圧電素子６５に印加する駆動波形の印加時間を制御することにより、インク吐出方向の制御がなされる。
【０１７１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明を行ったが、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うことは可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図
【図２】第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図
【図３】本発明に係る液体吐出ヘッドの等価回路図
【図４】第１の実施の形態における液体吐出ヘッドの体積流速図（１）
【図５】第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの偏向制御の説明図
【図６】第１の実施の形態における液体吐出ヘッドの体積流速図（２）
【図７】第１の実施の形態における液体吐出ヘッドの体積流速図（３）
【図８】第１の実施の形態における液体吐出ヘッドの体積流速図（４）
【図９】本発明に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の全体構成図
【図１０】画像形成装置の印字部周辺の要部平面図
【図１１】液体吐出ヘッドの構造例を示す平面透視図
【図１２】液体吐出ヘッドのインク供給系の概略を示す構成図
【図１３】本発明に係る画像形成装置のシステム構成例を示す要部ブロック図
【図１４】第２の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図
【図１５】第３の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図
【図１６】第３の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの別の構成の断面図
【図１７】第３の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの別の構成の断面図
【図１８】第４の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの断面図
【図１９】第４の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの別の構成の断面図
【図２０】第５の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図
【図２１】第５の実施の形態に係る別の液体吐出ヘッドの斜視図
【符号の説明】
【０１７３】
５１…ノズル、５１ａ…第１ノズル領域、５１ｂ…第２ノズル領域、５２…圧力室、５２ａ…第１圧力室、５２ｂ…第２圧力室、５３…インク室ユニット、５４ａ…第１インク供給路、５４ｂ…第２インク供給路、５６…振動板、５７…上部電極、５８…圧電体層、５９…隔壁、６０…液滴（インク）、６１…圧電素子
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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