(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、
前記流路ユニットの一表面に前記圧力室を覆うように配置される圧電層と、
前記圧電層の前記圧力室と対向する領域に配置された電極と、
少なくとも前記圧力室と対向する領域において、前記圧電層と前記流路ユニットの前記一表面との間に介在する隔離膜とを有し、
前記流路ユニットの前記一表面が導電性を有する面であり、
前記隔離膜は、
樹脂材料からなる第１隔離膜と、
この第１隔離膜よりも前記圧電層側に配置されるとともに、前記第１隔離膜よりも前記液体を通しにくく、且つ、導電性を有する材料で形成された第２隔離膜と、を含み、
前記第１隔離膜を挟むように位置する、前記流路ユニットの前記一表面と前記第２隔離膜との間の電気抵抗を検出する抵抗検出手段と、
前記抵抗検出手段によって検出された電気抵抗に基づいて、前記第１隔離膜の状態を判定する隔離膜状態判定手段と、をさらに備え、
前記隔離膜状態判定手段は、前記電気抵抗の値が所定値以上である場合には、前記第１隔離膜を正常と判定し、前記電気抵抗の値が前記所定値未満である場合には、前記第１隔離膜を異常と判定することを特徴とする液体移送装置。
【請求項２】
前記第２隔離膜に通電する通電手段と、
前記通電手段による前記第２隔離膜への通電を制御して、前記第２隔離膜の発熱により前記圧力室内の液体を加熱する加熱制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
【請求項３】
前記圧力室周囲の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記加熱制御手段は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記通電手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の液体移送装置。
【請求項４】
前記第２隔離膜が、前記圧電層の、前記流路ユニットの一表面と対向する面のほぼ全域に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体移送装置。
【請求項５】
複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、
前記流路ユニットの一表面に前記圧力室を覆うように配置される圧電層と、
前記圧電層の前記圧力室と対向する領域に配置された電極と、
少なくとも前記圧力室と対向する領域において、前記圧電層と前記流路ユニットの前記一表面との間に介在する隔離膜とを有し、
前記隔離膜は、
樹脂材料からなる第１隔離膜と、
この第１隔離膜よりも前記圧電層側に配置されるとともに、前記第１隔離膜よりも前記液体を通しにくく、且つ、導電性を有する材料で形成された第２隔離膜と、を含み、
前記第２隔離膜が前記複数の圧力室にそれぞれ対向した複数の液体加熱部を含み、これら複数の液体加熱部は直列的に接続されており、
前記第２隔離膜の前記複数の液体加熱部に通電する通電手段と、
前記通電手段による前記複数の液体加熱部への通電を制御して、前記液体加熱部の発熱により前記圧力室内の液体を加熱する加熱制御手段と、をさらに有することを特徴とする液体移送装置。
【請求項６】
前記流路ユニットの前記一表面が導電性を有する面であることを特徴とする請求項５に記載の液体移送装置。
【請求項７】
前記第１隔離膜を挟むように位置する、前記流路ユニットの前記一表面と前記第２隔離膜との間の電気抵抗を検出する抵抗検出手段を有することを特徴とする請求項６に記載の液体移送装置。
【請求項８】
前記圧力室周囲の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記加熱制御手段は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記通電手段を制御することを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の液体移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を移送する液体移送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な分野において、液体に圧力を付与する圧電アクチュエータを備えた液体移送装置が知られている。例えば、特許文献１には、インクにノズルから噴射させるための圧力を付与する圧電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドが開示されている。
【０００３】
このインクジェットヘッドは、複数のノズルやこれらノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室等の、インク流路が形成された流路ユニット（キャビティプレートと称されている）と、複数の圧力室を覆うように流路ユニットに接合された圧電アクチュエータとを備えている。また、圧電アクチュエータは、積層された複数の圧電層（圧電シート）と、圧力室と対向する領域において複数の圧電層のそれぞれをその厚み方向に挟むように配置された個別電極及び共通電極を有する。そして、この圧電アクチュエータは、個別電極と共通電極との間に電圧が印加されて、両者に挟まれた圧電層に厚み方向の電界が作用したときの、圧電層に生じる変形（圧電歪み）を利用して圧力室の容積を変化させて、圧力室内部のインクに圧力を付与するように構成されている。
【０００４】
さらに、この特許文献１に開示された圧電アクチュエータは、流路ユニットと、接着剤シート（接着剤層）により接合されている。ここで、接着剤シートは合成樹脂材料からなり、圧力室と対向する領域も含めて圧電アクチュエータの接合面の全面に設けられる。そして、接着剤シートによって圧電アクチュエータが流路ユニットに接合されたときに、圧力室と対向する領域における接着剤層が、圧力室内のインクが圧電層への浸透するのを防止する、インク隔離膜の役割を果たしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５９５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した特許文献１のインクジェットヘッド用圧電アクチュエータにおいては、圧電層と圧力室内のインクとが、合成樹脂材料で形成された接着剤シートによって隔離されているが、合成樹脂材料は一般的にインクの浸透阻止性能（インクバリア性）が低い。そのため、使用期間が長くなるにつれて圧力室内のインクが接着剤シートを越えて圧電層へ浸透してしまう。このように圧電層にインクが浸透すると、そのインクによって、圧電層に設けられた、隣接する個別電極の間、あるいは、個別電極と共通電極との間でショートが起こる虞がある。
【０００７】
本発明の目的は、圧力室内の液体が圧電層へ浸透するのをより確実に防止することが可能な液体移送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明の液体移送装置は、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、前記流路ユニットの一表面に前記圧力室を覆うように配置される圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と対向する領域に配置された電極と、少なくとも前記圧力室と対向する領域において、前記圧電層と前記流路ユニットの前記一表面との間に介在する隔離膜とを有し、
前記流路ユニットの前記一表面が導電性を有する面であり、
前記隔離膜は、樹脂材料からなる第１隔離膜と、この第１隔離膜よりも前記圧電層側に配置されるとともに、前記第１隔離膜よりも前記液体を通しにくく、且つ、導電性を有する材料で形成された第２隔離膜と、を含み、
前記第１隔離膜を挟むように位置する、前記流路ユニットの前記一表面と前記第２隔離膜との間の電気抵抗を検出する抵抗検出手段と、前記抵抗検出手段によって検出された電気抵抗に基づいて、前記第１隔離膜の状態を判定する隔離膜状態判定手段と、をさらに備え、
前記隔離膜状態判定手段は、前記電気抵抗の値が所定値以上である場合には、前記第１隔離膜を正常と判定し、前記電気抵抗の値が前記所定値未満である場合には、前記第１隔離膜を異常と判定することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によれば、圧電層と流路ユニットの圧力室との間に介在する隔離膜は、樹脂材料からなる第１隔離膜と、この樹脂材料よりも液体を通しにくい（バリア性の高い）第２隔離膜を有し、第２隔離膜は、第１隔離膜よりも圧電層側に位置している。そのため、バリア性の低い第１隔離膜を液体が通過した場合でも、この液体がさらに圧電層へ浸透しようとするのがバリア性の高い第２隔離膜によって阻止される。また、第２隔離膜が、樹脂製の軟質な第１隔離膜によって覆われているので、第２隔離膜に傷やクラックが生じて、バリア性が低下してしまうことが防止される。
【００１０】
【００１１】
また、圧電アクチュエータ駆動時に電極によって圧電層に電界が印加されたときに、導電性を有する第２隔離膜により、電界が圧電層から圧力室内の液体へ漏れるのを防止できる。また、逆に、流路ユニット側から圧電層内に侵入する静電気を遮断できるため、この静電気に起因して生じる局所電界による圧電層の損傷を防止できる。
【００１２】
【００１３】
また、樹脂材料からなる第１隔離膜が、流路ユニットの導電性を有する一表面と、導電性を有する第２隔離膜とに挟まれることになるため、流路ユニットの導電面と第２隔離膜との間の電気抵抗を測定することにより、第１隔離膜の損傷の有無を検出できる。また、装置使用中や待機中を含む、任意のタイミングにおいて、抵抗検出手段により、流路ユニットの導電面と第２隔離膜との間の電気抵抗を測定し、第１隔離膜の不良（損傷）の検出を行うことができる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
第２の発明の液体移送装置は、前記第１の発明において、前記第２隔離膜に通電する通電手段と、前記通電手段による前記第２隔離膜への通電を制御して、前記第２隔離膜の発熱により前記圧力室内の液体を加熱する加熱制御手段とを有することを特徴とするものである。
【００１７】
この構成によれば、加熱制御手段が、通電手段による第２隔離膜への通電を制御することにより、圧力室内の液体を加熱することができる。従って、装置周囲の環境温度が低い場合や高粘度の液体を扱う場合でも、液体の温度を上昇させて液体粘度を低下させることで、低いエネルギーで液体を移送することが可能となる。さらに、液体加熱時には圧電層の温度も上昇するが、一般的に温度が上昇すると圧電層の変形効率が高まるため、圧電層の変位量を大きくすることが可能である。
【００１８】
第３の発明の液体移送装置は、前記第２の発明において、前記圧力室周囲の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記加熱制御手段は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記通電手段を制御することを特徴とするものである。
【００１９】
この構成によれば、加熱制御手段が、温度検出手段の検出値に基づいて通電手段を制御することで、圧力室内の液体の温度を所定の温度範囲内に維持することが可能である。
第４の発明の液体移送装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記第２隔離膜が、前記圧電層の、前記流路ユニットの一表面と対向する面のほぼ全域に配置されていることを特徴とするものである。
この構成によれば、導電性を有する第２隔離膜が、圧電層の流路ユニットと対向する面のほぼ全域に形成されているため、圧力室内の液体が圧電層への浸透するのを確実に防止できるとともに、圧電層から流路ユニットへの電界漏れや、逆に、流路ユニット側から圧電層への静電気の侵入を確実に抑制できる。
【００２０】
第５の発明の液体移送装置は、複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、前記流路ユニットの一表面に前記圧力室を覆うように配置される圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と対向する領域に配置された電極と、少なくとも前記圧力室と対向する領域において、前記圧電層と前記流路ユニットの前記一表面との間に介在する隔離膜とを有し、
前記隔離膜は、樹脂材料からなる第１隔離膜と、この第１隔離膜よりも前記圧電層側に配置されるとともに、前記第１隔離膜よりも前記液体を通しにくく、且つ、導電性を有する材料で形成された第２隔離膜と、を含み、
前記第２隔離膜が前記複数の圧力室にそれぞれ対向した複数の液体加熱部を含み、これら複数の液体加熱部は直列的に接続されており、
前記第２隔離膜の前記複数の液体加熱部に通電する通電手段と、前記通電手段による前記複数の液体加熱部への通電を制御して、前記液体加熱部の発熱により前記圧力室内の液体を加熱する加熱制御手段と、をさらに有することを特徴とするものである。
【００２１】
この構成によれば、加熱制御手段が、通電手段による第２隔離膜の複数の液体加熱部への通電を制御することにより、圧力室内の液体を加熱することができる。また、複数の圧力室にそれぞれ対向する複数の液体加熱部が、直列的に接続されていることから、複数の液体加熱部全体の電気抵抗が大きくなり、圧力室内の液体を速やかに加熱することが可能となる。
ここで、前記流路ユニットの前記一表面が導電性を有する面であってもよい（第６の発明）。また、前記第１隔離膜を挟むように位置する、前記流路ユニットの前記一表面と前記第２隔離膜との間の電気抵抗を検出する抵抗検出手段を有するものであってもよい（第７の発明）。また、前記第７の発明において、前記圧力室周囲の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記加熱制御手段は、前記温度検出手段の検出値に基づいて、前記通電手段を制御するものであってもよい（第８の発明）。
【００２２】
【００２３】
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、圧電層と流路ユニットの圧力室との間に介在する隔離膜は、樹脂材料からなる第１隔離膜と、この樹脂材料よりも液体を通しにくい（バリア性の高い）第２隔離膜を有し、第２隔離膜は第１隔離膜よりも圧電層側に位置している。そのため、第１隔離膜を液体が通過した場合に、その液体がさらに圧電層へ浸透しようとするのが、第２隔離膜によって阻止される。また、第２隔離膜が、樹脂材料からなる軟質な第１隔離膜によって覆われているので、第２隔離膜に傷やクラックが生じて、そのバリア性が低下してしまうことが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、本発明の実施の形態について説明する。次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、インクをノズルまで移送するとともにこのノズルから記録用紙に対してインクの液滴を噴射させる、インクジェットプリンタ用のインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
【００２６】
まず、本実施形態のインクジェットヘッド（液体移送装置）を備えたインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。この図１に示すように、プリンタ１は、一方向に沿って往復移動可能に構成されたキャリッジ２と、このキャリッジ２に搭載されたインクジェットヘッド３及びサブタンク４ａ〜４ｄと、インクジェットヘッド３で使用されるインクを貯留するインクカートリッジ５ａ〜５ｄと、記録用紙Ｐを図１の紙送り方向に搬送する搬送機構６と、インクジェットプリンタ１の全体制御を司る制御装置７（図６参照）等を備えている。
【００２７】
キャリッジ２は、図１の左右方向（走査方向）に平行に延びる２本のガイド軸１７に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ２には、無端ベルト１８が連結されており、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８が走行駆動されたときに、キャリッジ２は、無端ベルト１８の走行に伴って左右方向に移動するようになっている。
【００２８】
このキャリッジ２には、インクジェットヘッド３と４つのサブタンク４ａ〜４ｄが搭載されている。インクジェットヘッド３は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に多数の液滴噴射用ノズル５４（図２参照）を備えている。また、４つのサブタンク４ａ〜４ｄは、走査方向に沿って並べて配置されており、これら４つのサブタンク４ａ〜４ｄにはチューブジョイント２０が一体的に設けられている。そして、チューブジョイント２０に連結された可撓性のチューブ１１によって、４つのサブタンク４ａ〜４ｄと４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄとがそれぞれ接続されている。
【００２９】
４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄには、例えば、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの、４色のインクがそれぞれ貯留されており、これらのインクカートリッジ５ａ〜５ｄは、ホルダ１０に着脱自在に装着されている。
【００３０】
これら４つのインクカートリッジ５ａ〜５ｄに貯留された４色のインクは、４本のチューブ１１を介して４つのサブタンク４ａ〜４ｄに供給され、サブタンク４ａ〜４ｄにおいて一時的に貯留された後、インクジェットヘッド３に供給される。そして、インクジェットヘッド３は、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動しつつ、その下面に設けられた多数のノズル５４（図２参照）から、搬送機構６により図１の下方（紙送り方向）に搬送される記録用紙Ｐにインクの液滴を噴射する。
【００３１】
搬送機構６は、インクジェットヘッド３よりも紙送り方向上流側に配置された給紙ローラ２５と、インクジェットヘッド３よりも紙送り方向下流側に配置された排紙ローラ２６とを有する。給紙ローラ２５と排紙ローラ２６は、それぞれ、給紙モータ２７と排紙モータ２８により回転駆動される。そして、この搬送機構６は、給紙ローラ２５により、記録用紙Ｐを図１の上方からインクジェットヘッド３に供給するとともに、排紙ローラ２６により、インクジェットヘッド３によって画像や文字等が記録された記録用紙Ｐを図１の下方へ排出するように構成されている。
【００３２】
次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２はインクジェットヘッドの分解斜視図、図３はインクジェットヘッドの一部拡大平面図、図４は図３のIV-IV線断面図である。尚、以下のインクジェットヘッド３の説明においては、図２における上下方向（プレートの積層方向）を上下方向と定義する。
【００３３】
図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、多数のノズル５４や圧力室５３を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、この流路ユニット３１の上面に配置され、圧力室５３内のインクにノズル５４から噴射させるための圧力を付与する圧電アクチュエータ３２とを備えている。
【００３４】
まず、流路ユニット３１について説明する。流路ユニット３１は、キャビティプレート４１、ベースプレート４２、アパーチャプレート４３、２枚のマニホールドプレート４４，４５、ダンパープレート４６、カバープレート４７、及び、ノズルプレート４８の、計８枚のプレート４１〜４８の積層体からなる。８枚のプレート４１〜４８のうち、最下層のノズルプレート４８は、ポリイミド等の合成樹脂材料で形成され、残り７枚のプレート４１〜４７は、それぞれ、ステンレス板やニッケル合金鋼板などの金属プレートとなっている。また、８枚のプレート４１〜４８は、接着剤により互いに接合されている。
【００３５】
流路ユニット３１には、前述した４つのサブタンク４ａ〜４ｄにそれぞれ接続される４つのインク供給孔５０ａと、これら４つのインク供給孔５０ａに連通したマニホールド流路５１（マニホールド形成孔５１ａ，５１ｂ）とが設けられ、さらに、マニホールド流路５１から分岐して、アパーチャ５２、及び、圧力室５３を介してノズル５４に至る個別インク流路が多数設けられている。
【００３６】
８枚のプレート４１〜４８のうち、最上層に位置するキャビティプレート４１には、複数の圧力室５３が貫通形成されている。各圧力室５３は、走査方向を長手方向とする略矩形の平面形状を有し、その上側に圧電アクチュエータ３２と下側のベースプレート４２とが積層されたときに、圧力室５３が形成される。そして、複数の圧力室５３は紙送り方向に配列されて、５列の圧力室列をなしている。尚、５列の圧力室列のうち、２列は使用頻度の最も高いブラックインクが供給される圧力室５３の列であり、残りの３列は、イエロー、シアン、マゼンタの３色カラーインクがそれぞれ供給される圧力室５３の列である。さらに、キャビティプレート４１の紙送り方向の一端部（図２における左側の端部）には、サブタンク４ａ〜４ｄから供給された４色のインクをマニホールド流路５１に供給する４つのインク供給孔５０ａが走査方向に並んで形成されている。
【００３７】
ベースプレート４２には、圧力室５３の長手方向の両端部にそれぞれ連通する貫通孔５６，５７と、インク供給孔５０ａに連通するインク供給孔５０ｂが形成されている。
【００３８】
アパーチャプレート４３には、ベースプレート４２の貫通孔５６に連通するとともに圧力室５３の長手方向に沿って延びる、絞り流路としてのアパーチャ５２と、貫通孔５７に連通する貫通孔５８と、インク供給孔５０ｂに連通するインク供給孔５０ｃがそれぞれ形成されている。
【００３９】
マニホールドプレート４４，４５には、紙送り方向に延在し、それぞれマニホールド流路５１の一部をなすマニホールド形成孔５１ａ，５１ｂが、圧力室５３の列に対応して５つずつ形成されている。そして、これら２種類のマニホールド形成孔５１ａ，５１ｂが上下に重なった状態で、アパーチャプレート４３とダンパープレート４６によって上下両側から塞がれることにより、マニホールド流路５１が形成される。尚、流路ユニット３１に設けられた５つのマニホールド流路５１のうち、２つはブラックインク用の２列の圧力室列に対応し、残り３つのマニホールド流路５１は、カラーインク用の３列の圧力室列に対応している。また、図２に示すように、マニホールド流路５１を形成する２種類のマニホールド形成孔５１ａ，５１ｂは、アパーチャプレート４３のインク供給孔５０ｃと重なる位置まで延設されて、インク供給孔５０ｃに連通している。さらに、２枚のマニホールドプレート４４，４５には、アパーチャプレート４３の貫通孔５８に連なる貫通孔５９，６０がそれぞれ形成されている。
【００４０】
ダンパープレート４６の下面の、平面視で５つのマニホールド流路５１とそれぞれ重なる位置には、ハーフエッチングにより凹部６１が形成されている。つまり、ダンパープレート４６は、凹部６１が形成された部分において厚みが局所的に薄くなっており、この薄肉部分が、マニホールド流路５１内の圧力変動を減衰させるダンパー部として働く。また、ダンパープレート４６には、マニホールドプレート４５の貫通孔６０に連なる貫通孔６２も形成されている。カバープレート４７には、ダンパープレート４６の貫通孔６２に連通する貫通孔６３が形成されている。
【００４１】
最下層のノズルプレート４８には、カバープレート４７の貫通孔６３に連通するノズル５４が、紙送り方向に配列して穿設されているとともに、走査方向に５列並べて配置されている。そして、このノズルプレート４８の下面は、複数のノズル５４の噴射口が配置されて、複数の噴射口から対向する記録用紙Ｐに対してそれぞれ液滴を噴射する液滴噴射面となっている。尚、５列のノズル列のうち、２列は使用頻度の最も高いブラックインクを噴射するノズル列であり、残りの３列のノズル列は、３色のカラーインク（シアン、マゼンタ、イエロー）をそれぞれ噴射するノズル列である。
【００４２】
以上説明した８枚のプレート４１〜４８が積層した状態で接合されることにより、流路ユニット３１内に、インク供給孔５０ａからマニホールド流路５１に至るインク流路と、マニホールド流路５１から分岐してアパーチャ５２及び圧力室５３を経由してノズル５４に至る、多数の個別インク流路が形成されている。  
【００４３】
次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図５は、図４における圧電アクチュエータ３２の拡大図である。図５に示すように、圧電アクチュエータ３２は、流路ユニット３１の上面に配置された５層の圧電層７０〜７４と、上側４層の圧電層７０〜７３の両面に、複数の圧力室５３の各々と対向する領域において圧電層７０〜７３を厚み方向に挟むように設けられた個別電極７５及び共通電極７６と、最下層の圧電層７４の下面に設けられた隔離膜７７とを備えている。尚、５層の圧電層７０〜７４のうち、後述するように活性層となる上側４層の圧電層７０〜７３は、厚み方向（上下方向）に分極されている。
【００４４】
５層の圧電層７０〜７４は、それぞれ、圧電材料（例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料）により、略矩形の平面形状を有するシート状に形成されている。また、これら５層の圧電層７０〜７４は、互いに積層された状態で、流路ユニット３１上面において複数の圧力室５３を覆うように連続的に配置されている。
【００４５】
これら５層の圧電層７０〜７４のうちの、上側に位置する４層の圧電層７０〜７３の両面には、それぞれ個別電極７５と共通電極７６が配置されている。より具体的には、最上層の圧電層７０の上面には個別電極７５が配置される一方、この最上層の圧電層７０とその下の第２層の圧電層７１との間には共通電極７６が配置されるというように、個別電極７５と共通電極７６は、圧電層７０〜７４の積層方向に交互に配置されている。尚、個別電極７５及び共通電極７６は、金、白金、パラジウム、銀などの導電性材料で形成されている。
【００４６】
各個別電極７５は、圧力室５３よりも一回り小さい略矩形の平面形状を有し、圧電層７０〜７３の上面又は下面の、圧力室５３の略中央部と対向する領域に配置されている。また、１つの圧力室５３に対向し、上下方向位置が異なる３つの個別電極７５は、圧電層７０〜７３を貫通するように形成されたスルーホール（図示省略）内に充填された導電材料によって互いに導通している。そして、図２に示すように、最上層の圧電層７０の上面に配置された個別電極７５が、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）８１を介してドライバＩＣ８０と接続されることにより、１つの圧力室５３に対応する３つの個別電極７５に対して、ドライバＩＣ８０から、所定の駆動電位とグランド電位の何れか一方の電位が同時に付与されるようになっている。
【００４７】
共通電極７６は、圧電層７０〜７３の個別電極７５が配置されていない方の面において、複数の圧力室５３とそれぞれ対向する領域を含むほぼ全域にわたって形成されている。従って、各共通電極７６は、その上側と下側にそれぞれ位置する個別電極７５の全てと対向している。また、上下方向位置が異なる２つの共通電極７６は、圧電層７０〜７３を貫通するように形成されたスルーホール（図示省略）内に充填された導電材料によって互いに導通している。さらに、上方に位置する共通電極７６がＦＰＣ８１を介してドライバＩＣ８０のグランド配線に接続されることにより、２つの共通電極７６は常にグランド電位に保持されている。
【００４８】
ここで、ノズル５４から液滴を噴射させる際の圧電アクチュエータ３２の作用について説明する。ドライバＩＣ８０から、ある圧力室５３に対応する３つの個別電極７５に対して所定の駆動電位が付与されると、その圧力室５３と対向する領域において、駆動電位が付与された個別電極７５と、グランド電位に保持されている共通電極７６との間に電位差が生じ、これらの電極７５，７６間に挟まれた上側４層の圧電層７０〜７３は厚み方向の電界が印加される活性層となる。この電界の方向は圧電層７０〜７３の分極方向と平行となり、４層の圧電層７０〜７３のそれぞれにおいて、電界が印加された部分（圧力室５３と対向する部分）が圧電縦効果により厚み方向に伸びる。これにより、最下層の圧電層７４が圧力室５３側に押し出されて凸となるように変形し、圧力室５３の容積が減少することから、その内部のインクの圧力が上昇し、圧力室５３に連通するノズル５４からインクの液滴が噴射される。
【００４９】
さらに、本実施形態においては、圧電アクチュエータ３２は、最下層の圧電層７４の下面にほぼ全面的に設けられて、５層の圧電層７０〜７４の積層体と複数の圧力室５３が開口した流路ユニット３１の上面との間に介在する隔離膜７７を備えている。この隔離膜７７は、圧電層７０〜７４を圧力室５３内のインクから隔離して、圧電層７０〜７４にインクが浸透するのを防止するためのものである。
【００５０】
図５に示すように、隔離膜７７は、さらに、樹脂材料からなる第１隔離膜７８と、この第１隔離膜７８に積層されるとともに第１隔離膜７８よりもインクを通しにくい（インクバリア性の高い）導電性材料からなる第２隔離膜７９とを有する。また、第２隔離膜７９は、第１隔離膜７８の上側（圧電層７０〜７４側）に配置されている。第１隔離膜７８を構成する樹脂材料としては、ポリイミド樹脂、アラミド樹脂等を挙げることができる。そして、フィルム状樹脂の貼着や液状樹脂材料の塗布等によって第１隔離膜７８を形成できる。また、第２隔離膜７９を構成する材料としては、樹脂材料よりも組織が緻密でインクバリア性の高い材料、例えば、金属材料、カーボン、あるいは、炭化珪素などの導電性セラミックスが挙げられる。この第２隔離膜７９はスパッタリング等により形成することができる。
【００５１】
このように、樹脂材料からなる第１隔離膜７８が圧力室５３内のインクに接するとともに、この第１隔離膜７８に積層されたインクバリア性の高い第２隔離膜７９が、圧電層７０〜７４側に位置していることから、インクバリア性が比較的低い第１隔離膜７８をインクが通過した場合でも、そのインクが圧電層７０〜７４へ浸透しようとするのが第２隔離膜７９によって阻止される。従って、インクが圧電層７０〜７４へ浸透することによる、個別電極７５間、あるいは、個別電極７５と共通電極７６間のショートが確実に防止される。
【００５２】
尚、隔離膜７７が、インクバリア性の高い第２隔離膜７９のみによって構成されている場合であっても、圧電層７０〜７４へのインクの浸透を阻止することが可能である。しかし、隔離膜７７が設けられることによる圧電アクチュエータ３２の変形効率低下を抑えるためには、隔離膜７７の厚みはできるだけ薄いことが好ましいが、このような薄い第２隔離膜７９が露出していると、製造段階や製品使用中における、内部応力の変化や外部からの異物の接触といった様々な要因により、第２隔離膜７９に傷やクラック等の欠陥が生じ、そのインクバリア性が低下してしまうという問題がある。
【００５３】
この点、本実施形態の隔離膜７７は、第２隔離膜７９が、樹脂材料からなる軟質な第１隔離膜７８によって覆われているので、第２隔離膜７９に傷やクラック等が生じにくくなり、インクバリア性が低下してしまうことが防止される。また、特に、第２隔離膜７９が金属材料からなる膜である場合には、この第２隔離膜７９が第１隔離膜７８で覆われることにより、第２隔離膜７９を形成する金属材料がインク中に溶出してしまうことも防止される。
【００５４】
さらに、本実施形態では、第２隔離膜７９が、第１隔離膜７８よりもインクバリア性が高いだけでなく、導電性をも備えている。そのため、この導電性の第２隔離膜７９により、圧電アクチュエータ３２の駆動時に個別電極７５と共通電極７６間で圧電層７０〜７３に厚み方向の電界が印加されたときに、その電界を第２隔離膜７９で遮断して、圧力室５３内のインクへ漏れるのを防止できる。また、逆に、流路ユニット３１側から圧電層７０〜７４へ侵入する静電気を遮断できるため、この静電気に起因して生じる局所電界による圧電層７０〜７４の損傷を防止できる。
【００５５】
特に、本実施形態においては、導電性を有する第２隔離膜７９が、最下層の圧電層７４の下面（流路ユニット３１と対向する面）のほぼ全域に形成されているため、圧力室５３内のインクが圧電層７０〜７４への浸透するのを確実に防止できるとともに、圧電層７０〜７４から流路ユニット３１への電界漏れや、逆に、流路ユニット３１側から圧電層７０〜７４への静電気の侵入も確実に抑制できる。
【００５６】
さらに、第１隔離膜７８が接する流路ユニット３１の面は、金属製のキャビティプレート４１の上面であり、導電性を有する面である。そのため、樹脂材料からなる第１隔離膜７８が、導電性を有する第２隔離膜７９と、流路ユニット３１の導電性を有する上面に挟まれることになる。そのため、第２隔離膜７９と流路ユニット３１の上面との間の電気抵抗を検出することで、両者に挟まれる第１隔離膜７８の状態を把握することが可能である。
【００５７】
即ち、図５に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド３は、第２隔離膜７９と、流路ユニット３１（キャビティプレート４１）との間の電気抵抗を検出する抵抗検出回路８２（抵抗検出手段）を備えている。そして、第１隔離膜７８に損傷がない状態では、第２隔離膜７９と流路ユニット３１が第１隔離膜７８によって絶縁されるため、抵抗検出回路８２により検出される、第２隔離膜７９と流路ユニット３１との間の電気抵抗は大きくなる。一方、第１隔離膜７８に、破れや傷などの損傷が生じている場合には、抵抗検出回路８２で検出される、第２隔離膜７９と流路ユニット３１との間の電気抵抗は小さくなる。
【００５８】
次に、制御装置７を中心とするインクジェットプリンタ１の電気的構成について、図６のブロック図を参照して説明する。図６に示される制御装置７は、中央処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プリンタ１の全体動作を制御する為の各種プログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵで処理されるデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、外部装置との間で信号の送受信を行う入出力インターフェース等で構成されている。
【００５９】
また、図６に示すように、制御装置７は記録制御部８４を備えている。この記録制御部８４は、入力装置８３から入力された記録画像に関するデータに基づいて、その画像を記録用紙Ｐに記録するように、インクジェットヘッド３、キャリッジ２を駆動するキャリッジ駆動モータ１９、及び、搬送機構６の給紙モータ２７と排紙モータ２８等を制御する。また、記録制御部８４は、記録に関する情報やエラーメッセージ等をディスプレイ８６に表示させる。
【００６０】
さらに、制御装置７は、抵抗検出回路８２によって検出された、第２隔離膜７９と流路ユニット３１（図５参照）の間の電気抵抗に基づいて、第１隔離膜７８の状態を判定する、隔離膜状態判定部８５を有する。具体的には、隔離膜状態判定部８５は、抵抗検出回路８２で検出された電気抵抗の値が所定値以上である場合には、樹脂材料からなる第１隔離膜７８に損傷がなく正常であると判定する。一方、抵抗検出回路８２で検出された電気抵抗の値が所定値未満である場合には、第１隔離膜７８に何らかの損傷が発生したために絶縁性が低下しており、異常状態であると判定する。さらに、その旨をディスプレイ８６に表示させてユーザーに通知する。
【００６１】
ここで、抵抗検出回路８２による電気抵抗の検出のタイミングは、特定のタイミングに限られず、インクジェットプリンタ１の記録動作中であってもよいし、あるいは、記録動作を行っていない待機中であってもよい。つまり、任意のタイミングにおいて、抵抗検出回路８２により、流路ユニット３１の上面と第２隔離膜７９との間の電気抵抗を測定し、その結果に基づいて、隔離膜状態判定部８５により、第１隔離膜７８の不良検出を行うことができる。
【００６２】
尚、上述した記録制御部８４、及び、隔離膜状態判定部８５のそれぞれの機能は、制御装置７のＲＯＭに記憶された各種制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより実現される。
【００６３】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００６４】
１］前記実施形態においては、インクジェットプリンタ１が、第２隔離膜７９と流路ユニット２の上面との間の電気抵抗を検出する抵抗検出回路８２を備えている。しかし、製造段階において第１隔離膜７８の損傷の有無を検出する場合などに、プリンタ１とは別に抵抗検出器を用意し、この抵抗検出器をインクジェットヘッド３（第２隔離膜７９と流路ユニット３１の上面）に接続して電気抵抗を測定することができる場合には、プリンタ１に、抵抗検出回路８２が設けられる必要は特にない。
【００６５】
２］前記実施形態では、隔離膜７７は、圧電層７４の下面のほぼ全域に形成されている。しかし、隔離膜７７は、本来、圧力室５３内のインクが圧電層７０〜７４へ浸透するのを防止するためのものであることから、この目的のためには、隔離膜７７が圧電層７０〜７４の下面ほぼ全域に設けられている必要は特になく、複数の圧力室５３とそれぞれ対向する領域に離散的に設けられていてもよい。
【００６６】
３］第２隔離膜７９が、第１隔離膜７８よりも高いインクバリア性とともに導電性をも兼ね備えている場合には、第２隔離膜７９を圧力室５３内のインクを加熱するヒータとして使用することも可能である。
【００６７】
インクの粘度はその温度に依存し、インク温度が低いほど粘度が高くなる。そして、インクの粘度が高いと、同じ量の液滴をノズル５４から噴射させるのに高い噴射エネルギーが必要になるため、従来は、ヘッド周囲の環境温度やインクの温度に応じて、ドライバＩＣ８０から圧電アクチュエータ３２へ供給する駆動信号（波形や電圧値）を調整することが行われている。しかし、この場合、波形や電圧値（前記実施形態では駆動電位とグランド電位の電位差）等の異なる駆動信号を多数用意して使い分ける必要があるため、電源構成や制御構成が複雑になる一因となっていた。
【００６８】
そこで、導電性の第２隔離膜７９が、通電時の発熱によって、圧力室５３内のインクを加熱するように構成されてもよい。即ち、図７、図８に示すように、この変更形態のインクジェットプリンタは、導電性の第２隔離膜７９に接続されて、この第２隔離膜７９に通電する通電回路９０（通電手段）と、圧力室５３の周囲の温度を検出する温度検出部９１（温度検出手段）とを有する。さらに、制御装置７内に、前記温度検出部９１の検出値に基づいて、通電回路９０による前記第２隔離膜７９への通電を制御し、第２隔離膜７９の発熱により圧力室５３内のインクを加熱する加熱制御部９２（加熱制御手段）とを有する。
【００６９】
尚、第２隔離膜７９を形成する材料としては、導電性材料であって、さらに、少ない通電量（電流及び通電時間）によって効果的に発熱するものが好ましい。このような導電性材料として、例えば、金属材料であれば、ニッケル−クロム合金、鉄−クロム合金、銅−ニッケル合金等が挙げられる。また、非金属材料であれば、炭化珪素、カーボン、モリブデンシリサイド、酸化ルテニウム（ＲｕＯ）等が挙げられる。
【００７０】
また、温度検出部９１としては、様々な方式のものを使用できるが、例えば、圧電層の静電容量（特に、誘電率）が温度依存性を有することを利用して、圧力室５３の近傍における圧電層部分の静電容量を測定し、その静電容量から温度変動を検出するものであってもよい。あるいは、熱電対式の温度検出部９１により圧力室５３周囲の圧電層等の温度を検出するようにしてもよい。さらには、圧力室５３内のインクの温度を直接測定するものであってもよい。
【００７１】
通電回路９０により第２隔離膜７９に通電が行われると、第２隔離膜７９が発熱し、その熱が第１隔離膜７８を通して圧力室５３内のインクに伝わり、インクが加熱される。尚、通電回路９０により通電がなされる第２隔離膜７９は、電気絶縁性を有する樹脂材料からなる第１隔離膜７８によって覆われているため、第２隔離膜７９と圧力室５３内のインクは直接接触しておらず、通電時に第２隔離膜７９とインクとの間でショートが発生することはない。
【００７２】
この構成によれば、インクジェットヘッド３の周囲温度（環境温度）が低い場合でも、通電回路９０による第２隔離膜７９への通電によって、第２隔離膜７９を発熱させて圧力室５３内のインクを加熱することにより、インクの粘度を低下させることができるため、駆動信号の波形や電圧値を調整しなくても、所定の液滴噴射特性（噴射液滴量や噴射速度）を確保することが可能となる。また、周囲環境温度の条件では粘度が高く扱いずらい、高粘度のインクに対しても、インク温度を環境温度に対して十分高くすることで、駆動信号の電圧値を高くしなくてもノズル５４から噴射可能な程度にインクの粘度を低下させることができる。さらに、圧力室５３内のインクが加熱される際には、この圧力室５３と対向する領域の圧電層７０〜７４も同時に加熱されることになるが、圧電層の温度が上昇すると一般的に圧電層の変形効率は高まるため、駆動信号の電圧を高くすることなく圧電層７０〜７４の変位量を増加させることができる。
【００７３】
また、加熱制御部９２が、温度検出部９１で検出された値に基づいて通電回路９０の通電を制御することから、圧力室５３内のインクの温度を、液滴噴射に最適な所定の範囲内に維持することができる。
【００７４】
尚、圧力室５３内のインクの温度制御として、それほど高い精度の制御が要求されない場合には、上述したような、圧力室５３のすぐ近傍の温度に基づいた制御を行う必要はなく、より簡素な制御を行ってもよい。例えば、インクジェットヘッド３の周囲の温度（環境温度）のみを測定するようにし、この環境温度が所定温度よりも低い場合には、予め定められた所定時間、通電を連続して行う等の制御を行ってもよい。
【００７５】
また、先にも述べたように、隔離膜７７は、本来、圧力室５３内のインクが圧電層７０〜７４へ浸透するのを防止するためのものであることから、隔離膜７７が圧電層７４の下面ほぼ全域に設けられている必要は特になく、複数の圧力室５３と対向する領域にのみ設けられていてもよい。図９は、この形態のインクジェットヘッドを、隔離膜が配置された流路ユニット（キャビティプレート）の上面から見た図である。
【００７６】
この場合、導電性を有する第２隔離膜７９は、複数の圧力室５３とそれぞれ対向するようにキャビティプレートの上面に配置される、複数のインク加熱部７９ａ（液体加熱部）に分割されることになる。ここで、複数のインク加熱部７９ａは通電回路９０と個別に接続（並列接続）されてもよいが、図９に示すように、複数のインク加熱部７９ａが直列的に接続された上で、末端のインク加熱部７９ａが通電回路９０と接続された構成であってもよい。この場合には、複数のインク加熱部７９ａ全体の電気抵抗が大きくなるため、並列接続の構成と比べて、同じ電流を流したときの発熱量が大きくなる。つまり、少ない電流でも圧力室５３内のインクを速やかに加熱することができる。
【００７７】
４］第２隔離膜７９が導電性を有する場合には、この第２隔離膜７９を圧電層に電界を作用させるための電極として使用することも可能である。例えば、前記実施形態の図５において、少なくともインクジェットヘッド３の使用時（液滴噴射時）には、第２隔離膜７９をグランド電位に保持することにより、第２隔離膜７９を、駆動電位に切り換えられる個別電極７５との間で圧電層に電界を生じさせる、共通電極７６として使用することができる。
【００７８】
以上、本発明の実施の形態として、インク流路内のインクに圧力を付与してノズルから噴射させる、インクジェットヘッドに本発明を適用した例を挙げて説明したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッドに限られるものではない。即ち、インク以外の液体、例えば、薬液や化学溶液等の液体に圧力を付与して、外部への液滴噴射以外の目的で所定の位置まで移送する、様々な分野で使用される液体移送装置に本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】インクジェットヘッドの一部拡大平面図である。
【図４】図３のIV-IV線断面図である。
【図５】図４における圧電アクチュエータの拡大断面図である。
【図６】インクジェットプリンタの電気的構成を概略的に示すブロック図である。
【図７】本発明の変更形態に係る図５相当の拡大断面図である。
【図８】図７の変更形態に係るインクジェットプリンタのブロック図である。
【図９】別の変更形態に係るインクジェットヘッドを、隔離膜が配置された流路ユニットの上面から見た図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  インクジェットプリンタ
３  インクジェットヘッド
３１  流路ユニット
３２  圧電アクチュエータ
５３  圧力室
７０〜７４  圧電層
７５  個別電極
７６  共通電極
７７  隔離膜
７８  第１隔離膜
７９  第２隔離膜
７９ａ  インク加熱部
８２  抵抗検出回路
９０  通電回路
９１  温度検出部
９２  加熱制御部
【図１】
0004582173.tif 000002
【図２】
0004582173.tif 000003
【図３】
0004582173.tif 000004
【図４】
0004582173.tif 000005
【図５】
0004582173.tif 000006
【図６】
0004582173.tif 000007
【図７】
0004582173.tif 000008
【図８】
0004582173.tif 000009
【図９】
0004582173.tif 000010