(57)【要約】【課題】  吐出力を向上させると共に、機械的クロストークの低減を図り、高品質な画像記録を実現する。【解決手段】変位発生手段の変位を利用して、圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧力室が複数形成される圧力室形成基板と、前記圧力室間の隔壁に対応して孔部又は溝部が形成される振動板の両面に、前記圧力室毎に第１の変位発生手段を有する第１の圧電基板、及び前記圧力室毎に第２の変位発生手段を有する第２の圧電基板を配置して構成される圧電アクチュエータと、を備え、前記圧力室形成基板の少なくとも一方の面に前記圧電アクチュエータが積層されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供することにより、前記課題を解決する。【選択図】  図２
2007105905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位発生手段の変位を利用して、圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室が複数形成される圧力室形成基板と、
前記圧力室間の隔壁に対応して孔部又は溝部が形成される振動板の両面に、前記圧力室毎に第１の変位発生手段を有する第１の圧電基板、及び前記圧力室毎に第２の変位発生手段を有する第２の圧電基板を配置して構成される圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧力室形成基板の少なくとも一方の面に前記圧電アクチュエータが積層されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧力室形成基板及び前記圧電アクチュエータが交互に複数積層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３】
前記圧力室形成基板は、前記圧力室に液体を供給する共通流路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧力室形成基板と前記圧電アクチュエータは同一の圧電材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
前記第１の変位発生手段及び前記第２の変位発生手段を選択的に駆動する駆動手段と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項５に記載の液体吐出装置を備えた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、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置に係り、特に、圧力室毎に複数の変位発生手段を備えた液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置には、圧電素子に代表される変位発生手段を利用することにより、圧力室内のインクを加圧し、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出するヘッド（液体吐出ヘッド）を備えたものが知られている。このようなヘッドには、高密度記録を実現することができるように、多数のノズルが２次元状（マトリクス状）に配列されたものがある。
【０００３】
ところで、この種のヘッドにおいて、吐出力の向上を図り、安定したインク吐出や多階調表現を実現することは重要な技術課題の１つである。そこで、一の圧力室に対して複数の変位発生手段を設けたヘッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−３２３５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたヘッドは、厚みすべり振動モードの圧電材料から成る振動板と、スリット状の圧力室（流路）を有する流路板を交互に積層して構成され、各圧力室の両側にそれぞれ変位発生手段が配置され、積層体の一側面にノズルが２次元状に設けられている。しかしながら、振動板は複数の圧力室をまたがるようにして平板状に構成されているため、隣接する圧力室間での機械的なクロストークが大きいといった問題がある。また、振動板には圧力室に対応する位置に電極が設けられるだけでなく、流路板の圧力室にインクを供給するためのインク供給孔も形成されており、高密度配線の実装には不利な構成である。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、吐出力を向上させると共に、機械的クロストークの低減を図り、高品質な画像記録を実現することのできる液体吐出ヘッド、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】
【０００６】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、変位発生手段の変位を利用して、圧力室内の液体を加圧し、前記圧力室に連通するノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧力室が複数形成される圧力室形成基板と、前記圧力室間の隔壁に対応して孔部又は溝部が形成される振動板の両面に、前記圧力室毎に第１の変位発生手段を有する第１の圧電基板、及び前記圧力室毎に第２の変位発生手段を有する第２の圧電基板を配置して構成される圧電アクチュエータと、を備え、前記圧力室形成基板の少なくとも一方の面に前記圧電アクチュエータが積層されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【０００７】
本発明によれば、一の圧力室の少なくとも一方の壁面に２層の変位発生手段（第１及び第２の変位発生手段）が積層配置されるため、吐出力が向上する。また、圧力室隔壁に対応する位置に孔部若しくは溝部が形成される振動板が第１の圧電基板及び第２の圧電基板の間に配置されるため、機械的クロストークが低減する。従って、吐出安定性が向上し、高品質な画像記録を実現することが可能となる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドであって、前記圧力室形成基板及び前記圧電アクチュエータが交互に複数積層されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の態様によれば、一の圧力室の対向する両壁面にそれぞれ２層ずつ、合計４つの変位発生手段が隣接配置されるので、吐出力が更に向上する。
【００１０】
また、圧力室形成基板と圧電アクチュエータを交互に積層することによって、第１及び第２の変位発生手段はその両側に配置される圧力室で共有して利用することができ、圧力室形成基板及び圧電アクチュエータの積層方向、即ち、圧電基板の厚さ方向に液体吐出ヘッドを薄幅に構成することができる。これにより、圧電基板の厚さ方向のノズルピッチが狭くなり、メディア搬送による精度悪化要因の影響が小さくなるので、着弾精度が向上する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッドであって、前記圧力室形成基板は、前記圧力室に液体を供給する共通流路を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３の態様によれば、共通流路から圧力室に対する流路構造が簡易となるため、高周波による吐出や、高粘度液体の吐出が可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずか１項に記載の液体吐出ヘッドであって、前記圧力室形成基板と前記圧電アクチュエータは同一の圧電材料で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の態様によれば、液体吐出ヘッドの製造が簡略化される。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、前記第１の変位発生手段及び前記第２の変位発生手段を選択的に駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００１６】
請求項５の態様によれば、液滴の大きさを幅広く変化させて吐出することができ、多階調表現の制御が容易となり、また、リフィルの促進を図ることも可能となる。
【００１７】
また、前記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項５に記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、一の圧力室の少なくとも一方の壁面に２層の変位発生手段（第１及び第２の変位発生手段）が積層配置されるため、吐出力が向上する。また、圧力室隔壁に対応する位置に孔部若しくは溝部が形成される振動板が第１の圧電基板及び第２の圧電基板の間に配置されるため、機械的クロストークが低減する。従って、吐出安定性が向上し、高品質な画像記録を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２０】
〔インクジェット記録装置〕
図１は、本発明が適用される画像形成装置としての一実施形態であるインクジェット記録装置の全体概略図である。図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（不図示）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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。印字部１２を構成する各印字ヘッド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インクの吐出口（ノズル）が1列に配列されたライン型ヘッドで構成されている。
【００３２】
記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）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。
【００３３】
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（すなわち、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。
【００３４】
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印字ヘッドを追加する構成も可能である。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
尚、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示すものとする。
【００４５】
〔印字ヘッド〕
次に、本発明が適用される液体吐出ヘッドの各実施形態（第１〜第３の実施形態）について説明する。
【００４６】
図２は第１の実施形態に係る印字ヘッド５０の分解斜視図である。同図に示すように、印字ヘッド５０は、キャビティプレート（圧力室形成基板に相当）６０（６０Ａ〜６０Ｃ）と圧電アクチュエータ６２（６２Ａ〜６２Ｄ）を交互に積層した積層体の一側面にノズルプレート６４を配置した構成となっている。
【００４７】
ノズルプレート６４にはインク滴を吐出するためのノズル５１が２次元状（マトリクス状）に設けられており、ノズルプレート６４の面に対して垂直な面を構成するキャビティプレート６０及び圧電アクチュエータ６２が交互に積層されている。従って、ノズル５１から吐出されるインク滴の飛翔方向（インク吐出方向）は、キャビティプレート６０及び圧電アクチュエータ６２の積層方向に対して垂直な方向、即ち、キャビティプレート６０及び圧電アクチュエータ６２に平行な方向となっている。尚、各ノズル５１は主走査方向及びそれに直交しない斜めの方向に沿って実際には配列されているが、図２では各ノズル５１を主走査方向及びそれに直交する副走査方向に沿って格子状に簡略化して表示している。
【００４８】
キャビティプレート６０には、スリット状に貫通形成される複数の圧力室孔（圧力室）５２と、圧力室孔５２が配列される方向を長手方向とする矩形状の共通流路孔（共通流路）５５と、各圧力室孔５２と共通流路孔５５の間にそれぞれ形成される個別流路溝（個別流路）５３と、共通流路５５にインクを供給するための供給溝（供給口）５４が設けられている。キャビティプレート６０の両面に圧電アクチュエータ６２が積層されることにより、その内部に共通流路５５、圧力室５２等のインク流路が形成される。共通流路５５には、図１に示したインク貯蔵／装填部１４から供給口５４を介してインクが供給される。共通流路５５に貯留されるインクは、圧力室５２毎に設けられる個別流路５３を介して各圧力室５２に分配供給される。
【００４９】
このようにキャビティプレート６０に共通流路５５及び圧力室５２を配置することにより、共通流路５５と圧力室５２を連通する個別流路５３を略真っ直ぐに構成することができるので、即ち、簡易な流路構造となるため、高周波吐出や高粘度インクの吐出を実現することができる。
【００５０】
圧電アクチュエータ６２（６２Ａ、６２Ｂ）は、振動板６６の表裏面に圧電基板６８（６８Ａ、６８Ｂ）を積層して構成されている。振動板６６には、スリット状に貫通形成された複数の孔部７０が設けられている。各孔部７０は、キャビティプレート６０の圧力室孔５２、５２間の隔壁（圧力室隔壁）５６に対応する位置に設けられている。換言すれば、櫛歯状の振動板６６の孔部７０、７０の間を構成する櫛歯部７２は、キャビティプレート６０の圧力室孔５２に対応する位置に設けられている。
【００５１】
圧電基板６８（６８Ａ、６８Ｂ）は公知の圧電材料で構成されており、各圧電基板６８の振動板６４側の面には各櫛歯部７２に対応する位置（即ち、各圧力室５２に対応する位置）にそれぞれ個別電極７４が設けられており、また、その反対側となるキャビティプレート６０側の面には、キャビティプレート６０の複数の圧力室５２をまたがるようにして共通電極７６が設けられている。尚、各個別電極７４及び共通電極７６は圧電基板６８端部に位置する外部配線接続部７８Ａ、７８Ｂまで各々引き出されており、図示しないフレキシブルケーブル等の外部配線を介して、スイッチＩＣ等の駆動回路に接続されている。
【００５２】
図３は印字ヘッド５０をノズル５１側から見たときの一部拡大断面図である。各ノズル５１（図３中破線で表示）に対応して設けられる圧力室５２は図３の紙面表裏方向に細長く延びている。このような圧力室５２の対向する上下の壁面はそれぞれ圧電アクチュエータ６２（６２-1、６２-2）により構成されている。
【００５３】
各圧電アクチュエータ６２には、各圧電基板６８（６８Ａ、６８Ｂ）の振動板６６側の面には各圧力室５２に対応する位置にそれぞれ個別電極７４が設けられ、その反対側のキャビティプレート６０側の面には複数の圧力室５２をまたがるようにして共通電極７６が設けられている。各圧電基板６８（６８Ａ、６８Ｂ）は、互いに離れるようにして逆向きの厚さ方向（図３の矢印の方向）に分極処理されている。また、圧電基板６８Ａ、６８Ｂの間には圧力室５２毎に分割形成されている振動板６６の櫛歯部７２がそれぞれ圧力室５２に対応する位置に設けられている。
【００５４】
各圧電基板６８（６８Ａ、６８Ｂ）の個別電極７４及び共通電極７６で挟まれる各領域は変位発生部８０となっている。各変位発生部８０はそれぞれ分極方向（圧電基板６８の厚さ方向）に平行な電界が印加されると分極方向に垂直な方向（図３の水平方向）に伸縮する、いわゆるｄ３１モードの変位を行い、これらは独立駆動可能に構成されている。また、一の圧力室５２に対応する２つの変位発生部８０Ａ、８０Ｂは圧力室５２毎に分割形成される振動板６６の櫛歯部７２により接続されており、後述するようにして２つの変位発生部８０Ａ、８０Ｂを同時駆動することにより、圧電基板６８の厚さ方向により大きな変位を出力することができる。
【００５５】
特に、本実施形態では、このような圧電アクチュエータ６２が圧力室５２の両側に配置されるため、各圧力室５２の両側には合計４つの独立駆動可能な変位発生部８０が設けられている。従って、後述する第３の実施形態の如く（図７参照）、圧力室５２の片側に圧電アクチュエータ６２が配置される場合に比べて、圧力室５２に大きな体積変位を得ることが可能となっている。
【００５６】
次に、一の圧力室５２に対応する４つの変位発生部８０の駆動パターンについて説明する。図４はノズル５１から吐出するインク滴の大きさ（大滴、中滴、小滴、微滴）に応じた各変位発生部８０の駆動パターンを表している。図５は図４の各駆動パターンで各変位発生部８０を駆動したときの変位の様子を示しており、（ａ）は微滴の場合、（ｂ）は小滴の場合、（ｃ）は中滴の場合、（ｄ）は大滴の場合をそれぞれ表している。尚、図４において、「正電界」とは分極方向と同方向に電界を印加し、「逆電界」とは分極方向と逆方向に電界を印加することを表している。また、図５では、図３の個別電極７４及び共通電極７６は図示を省略している。
【００５７】
まず、ノズル５１から微滴を吐出する場合について説明する。このような場合、図４に示すように、該ノズル５１に対応する圧力室５２の両側に設けられる４つの変位発生部８０-1、８０-2、８０-3、８０-4のうち、該圧力室５２の片側の１つの変位発生部８０-2に対して逆電界を印加する。このとき、変位発生部８０-2は水平方向に伸びるように変位するが、変位発生部８０-2の圧力室５２側とは反対側には振動板６６の櫛歯部７２が接合されているため、図５の（ａ）に示すように、変位発生部８０-2は圧力室５２側に撓むように変形し、圧力室５２の容積減少によって圧力室５２内のインクは加圧され、圧力室５２に対応するノズル５１から微滴状態のインクが吐出される。
【００５８】
また、ノズル５１から小滴を吐出する場合には、微滴を吐出する場合に加えて、更に、変位発生部８０-2の外側に設けられる変位発生部８０-1に対して正電界を印加する。このとき、分極方向と同方向に電界が印加される変位発生部８０-1は水平方向に縮むが、変位発生部８０-1の圧力室５２側には櫛歯部７２が接合されているため、図５の（ｂ）に示すように、変位発生部８０-1は櫛歯部７２を介して変位発生部８０-2を圧力室５２側に押すように変位する。従って、上述した微滴を吐出する場合に比べて圧力室５２内のインクは更に強く加圧され、ノズル５１から小滴状態のインクが吐出される。
【００５９】
また、ノズル５１から中滴を吐出する場合には、小滴を吐出する場合に加えて、更に、圧力室５２を挟んで変位発生部８０-2に対向する位置に設けられる変位発生部８０-3に対して逆電界を印加する。このとき、図５の（ｃ）に示すように、分極方向と逆方向に電界が印加される変位発生部８０-3は圧力室５２の内側に向かって変形する。つまり、圧力室５２の一方の壁面だけでなく、対向する壁面も内側に変形するので、上述した小滴を吐出する場合に比べて圧力室５２内のインクは更に強く加圧され、ノズル５１から中滴状態のインクが吐出される。
【００６０】
また、ノズル５１から大滴を吐出する場合には、中滴を吐出する場合に加えて、更に、変位発生部８０-3の外側に設けられる変位発生部８０-4に対して正電界を印加する。このとき、分極方向と同方向に電界が印加される変位発生部８０-4は、図５の（ｄ）に示すように、櫛歯部７２を介して変位発生部８０-3を圧力室５２側に押すように変位するので、上述した中滴を吐出する場合に比べて圧力室５２内のインクに対して更に強く加圧され、ノズル５１から大滴状態のインクが吐出される。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、一の圧力室５２の片側に２層ずつ、両側で合計４つの独立駆動可能な変位発生部８０が設けられているので、吐出力が向上し、安定吐出が可能となる。また、各変位発生部８０の駆動を組み合わせることにより、ノズル５１から大滴〜微滴まで幅広い大きさのインク滴を吐出することができ、ドット階調の制御を容易に行うことができる。
【００６２】
また、各変位発生部８０の駆動を組み合わせることにより、インク吐出後のリフィルを促進させることも可能である。例えば、ノズル５１から大滴を吐出した後に、外側の変位発生部８０-1、８０-4に対して逆電界を印加して圧力室５２の容積を強制的に大きくしてリフィルを行い、続いて、内側の変位発生部８０-2、８０-3に対して正電界を印加して残留振動を押さえこむ。中滴、小滴、微滴の場合も同様にして行うことができる。
【００６３】
また、圧電基板６８Ａ、６８Ｂに挟まれる振動板６６は、圧力室５２に対応する領域において圧力室５２毎に分離形成（メカ分離）されているので、隣接する圧力室５２間で生じる機械的クロストークを低減することができ、吐出安定性が向上する。
【００６４】
また、圧電アクチュエータ６２を構成する振動板６６及び圧電基板６８（６８Ａ、６８Ｂ）のそれぞれの厚さは非常に薄い（例えば、数十μｍ）。従って、キャビティプレート６０及び圧電アクチュエータ６２の積層方向に相当する紙搬送方向（副走査方向）のノズルピッチを短くすることができ、着弾精度が向上する。また、圧力室孔５２が貫通形成されるキャビティプレート６０の厚さを薄く構成することにより、高周波駆動にも対応することができるようになる。
【００６５】
また、本実施形態に係る印字ヘッド５０は、インク吐出方向のノズル５１側とは反対側の方向（奥行き方向）の自由度が高い。例えば、圧力室５２及びこれに対応する変位発生部８０を奥行き方向に細長く延びるように構成することにより、インク吐出に十分な変位発生部８０の変位体積（圧力室５２内のインクの排除体積）を稼ぐことができるので、主走査方向に隣接するノズル５１間のノズルピッチを短くすることができ、印字ヘッド５０の高密度化を実現することができる。また、印字ヘッド５０の奥行き方向に各個別電極７４をヘッド端部まで引き出すための配線スペースを広く確保でき、配線密度を抑えられるので低コスト化につながる。更に、印字ヘッド５０の奥行き方向の端面、即ち、ノズルプレート６４側とは反対側の端面にインクタンクを直接配置することで、インクタンクから共通流路５５を介して各圧力室５２までの流路長が短くなるので各圧力室５２に直接的にインクを供給できるため、高周波による吐出や高粘度インクの吐出を実現することができる。
【００６６】
また、本実施形態の印字ヘッドを構成する各積層部材（キャビティプレート６０、圧電基板６８、振動板６６）を同一の圧電材料（例えば、セラミックスのグリーシート等）で形成し、これらとは別にパターン印刷等で形成した個別電極７４及び共通電極７６を所定位置に挟み込み、これらを一括焼成することにより、印字ヘッド５０を製造してもよい。印字ヘッド５０の製造工程を簡略化することができる。
【００６７】
また、各変位発生部８０の駆動を組み合わせるだけでなく、更に、各変位発生部８０の個別電極７４に印加する駆動電圧波形を変化させることにより、インク滴の大きさを更に幅広く変化させて吐出することができ、より優れた多階調表現が可能となる。
【００６８】
図６は、第２の実施形態に係る印字ヘッド５０’の一部拡大断面図である。図６中、図３と共通又は類似する部材には同一の番号を付して説明を省略する。また、図３に示した個別電極７４、共通電極７６等の図示を省略して簡略的に表示している。
【００６９】
第２の実施形態では、振動板７２の圧力室隔壁５６に対応する位置には両側（圧電基板６８Ａ側及び圧電基板６８Ｂ側）に開口する溝部８２がそれぞれ設けられている。この溝部８２により、隣接する圧力室５２間で生じる機械的クロストークを防止している。
【００７０】
また、各圧電基板６８（６８Ａ、６８Ｂ）にはキャビティプレート６０側に開口する溝部８４を設けてもよい。機械的クロストークの防止効果をより一層高めることができる。
【００７１】
図７は、第３の実施形態に係る印字ヘッド５０”の一部拡大断面図である。図７中、図３と共通又は類似する部材には同一の番号を付して説明を省略している。また、図３に示した個別電極７４、共通電極７６等の図示を省略して簡略的に表示している。
【００７２】
第３の実施形態では、キャビティプレート６０の一方の面（図７の上面）に圧電アクチュエータ６２が積層され、その反対側の面（図７の下面）には平板状のベースプレート８６が積層された構成となっている。既述した第１、第２の実施形態に比べて吐出力は劣るものの、公知の単層型圧電素子に比べて大きな吐出力を得ることができるとともに、機械的クロストークを防止することができる。
【００７３】
〔制御系の説明〕
次に、インクジェット記録装置１０の制御系について説明する。
【００７４】
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１７０、システムコントローラ１７２、画像メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８、プリント制御部１８０、画像バッファメモリ１８２、ヘッドドライバ１８４等を備えている。
【００７５】
通信インターフェース１７０は、ホストコンピュータ１８６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１７０にはシリアルインターフェースや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。
【００７６】
ホストコンピュータ１８６から送出された画像データは通信インターフェース１７０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１７４に記憶される。画像メモリ１７４は、通信インターフェース１７０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１７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ１７４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。
【００７７】
システムコントローラ１７２は、通信インターフェース１７０、画像メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８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１７２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１８６との間の通信制御、画像メモリ１７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１８８やヒータ１８９を制御する制御信号を生成する。
【００７８】
モータドライバ１７６は、システムコントローラ１７２からの指示に従ってモータ１８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ１７８は、システムコントローラ１７２からの指示に従って後乾燥部４２その他各部のヒータ１８９を駆動するドライバである。
【００７９】
プリント制御部１８０は、システムコントローラ１７２の制御に従い、画像メモリ１７４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（ドットデータ）をヘッドドライバ１８４に供給する制御部である。プリント制御部１８０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１８４を介して印字ヘッド５０（５０’ 、５０”）のインク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。
【００８０】
プリント制御部１８０には画像バッファメモリ１８２が備えられており、プリント制御部１８０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１８２に一時的に格納される。なお、図８において画像バッファメモリ１８２はプリント制御部１８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ１７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１８０とシステムコントローラ１７２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。
【００８１】
ヘッドドライバ１８４はプリント制御部１８０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の変位発生部８０を駆動する。ヘッドドライバ１８４には印字ヘッド５０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。
【００８２】
印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース１７０を介して外部から入力され、画像メモリ１７４に蓄えられる。この段階では、例えば、ＲＧＢの画像データが画像メモリ１７４に記憶される。画像メモリ１７４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ１７２を介してプリント制御部１８０に送られ、該プリント制御部１８０において既知のディザ法、誤差拡散法などの手法によりインク色ごとのドットデータに変換される。
【００８３】
こうして、プリント制御部１８０で生成されたドットデータに基づき、印字ヘッド５０が駆動制御され、印字ヘッド５０からインク滴が吐出される。記録紙１６の搬送速度に同期して印字ヘッド５０からのインク吐出を制御することにより、記録紙１６上に画像が形成される。
【００８４】
印字検出部２４は、図１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１８０に提供する。なお、ラインセンサの読み取り開始タイミングは、センサとノズル間の距離及び記録紙１６の搬送速度から決定される。
【００８５】
プリント制御部１８０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。また、プリント制御部１８０は、印字検出部２４を通じて得られた検出情報に基づいてノズル５１の吐出／不吐出を判断し、不吐出ノズルが検出された場合には所定の回復動作を実施する制御を行う。
【００８６】
以上、本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置について詳細に説明したが、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ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】インクジェット記録装置の全体概略図
【図２】第１実施形態の印字ヘッドの分解斜視図
【図３】第１実施形態の印字ヘッドをノズル側から見たときの一部拡大断面図
【図４】変位発生部の駆動パターンを示した説明図
【図５】図４の駆動パターンで変位発生部を駆動したときの様子を示した印字ヘッドの一部拡大断面図
【図６】第２の実施形態の印字ヘッドをノズル側から見たときの一部拡大断面図
【図７】第３の実施形態の印字ヘッドをノズル側から見たときの一部拡大断面図
【図８】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
【符号の説明】
【００８８】
１０…インクジェット記録装置、１６…記録紙、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…個別流路、５４…供給口、５５…共通流路、５６…圧力室隔壁、６０…キャビティプレート、６２…圧電アクチュエータ、６４…ノズルプレート、６６…振動板、６８…圧電基板、７０…孔部、７２…櫛歯部、７４…個別電極、７６…共通電極、８０…変位発生部、１８０…プリント制御部
【図１】
2007105905.tif 000003
【図２】
2007105905.tif 000004
【図３】
2007105905.tif 000005
【図４】
2007105905.tif 000006
【図５】
2007105905.tif 000007
【図６】
2007105905.tif 000008
【図７】
2007105905.tif 000009
【図８】
2007105905.tif 000010