JP2006103004A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッドに設けられた圧力室の圧力検出の感度を向上させて、高精度の圧力室の圧力検出を実現する液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】圧力室５２の内面５２Ａには、圧力室５２の圧力を検出する検出用圧電素子６０が備えられている。検出用圧電素子６０は圧力室５２の内面５２Ａのうち天面を除く各面に設けられているので、検出用圧電素子６０及び検出個別電極６２の表面積を大きくとることができ、高感度の圧力検出が実現される。また、各面に設けられている検出用圧電素子６０は異なる共振周波数を有しているので、異なる周波数を有する圧力波に対して高感度の圧力検出を行うことができる。圧力室５２に発生する圧力波の直進性を考慮して、圧力室５２の底面５２Ｃに最もよく使用される吐出用圧電素子５８の駆動周波数に対応する共振周波数を持つ検出用圧電素子６０を備えるとよい。
【選択図】 図４

Description

本発明は液体吐出ヘッドに係り、特に、被吐出媒体上へ液体を吐出させる液体吐出ヘッドの圧力検出技術に関する。

インクジェット方式の印字ヘッドを備えたインクジェット記録装置は、印字ヘッドが有する複数のノズルよりインクを吐出させてメディア上に所望の画像を形成する。このインクジェット記録装置では、各ノズルから吐出させるインクを収容する圧力室の圧力を検出し、この検出結果に基づいて圧力室やノズルの状態を判断することができる。例えば、検出された圧力（圧力波）の周波数が圧力室の持つ共振周波数よりも低い場合には、圧力室の内部に気泡が発生し、該圧力室に収容されているインクが吐出されるノズルに吐出異常が発生していると判断することができる。

特許文献１に記載されたインク噴射装置では、駆動手段によりピエゾ素子に駆動パルスを与え、ピエゾ素子を短時間に複数回変形させることにより、インク室内のインクを徐々に噴射させてそれらのインクで１つのインク滴を形成し、検出手段は駆動パルスの所定パルス毎にインク室内のインクの変動を検出し、この検出結果に基づいて後続パルスを発生させ、複数パルス駆動でのパルス間隔を調整して最良な状態で駆動するように構成されている。

また、特許文献２に記載された圧電式液滴噴射装置では、印字動作に先立って測定用駆動パルスをピエゾ素子に印加し、圧力室内の圧力変動をピエゾ素子及び検出回路によって検出するとともに、その圧力変動の特性に基づき駆動波形を算出するように構成されている。

特許文献３に記載されたインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置では、インクリザーバの少なくとも１面側に可撓性膜が設けられ、可撓性膜が圧電材料層と一対の電極からなる駆動素子を含むことにより、リザーバの圧力変化を効果的に吸収するように構成されている。
特開平６−１５５７３３号公報 特開平７−１３２５９２号公報 特開２０００−３０１７１４号公報

しかしながら、圧力センサから得られる信号の多くは微小電流、微小電圧を有しており、検出信号にはパルス上のノイズが重畳されていることが多く、その検出結果がノイズの影響を受けるために、精度よく検出をできないことがある。特に、圧力センサの特性（周波数特性）が適切でないと、その検出結果に対してＳ／Ｎ比が大きく影響を及ぼしてしまう。

特許文献１に記載されたインク噴射装置、特許文献２に記載された圧電式液滴噴射装置及び特許文献３に記載されたインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置では、検出精度を向上させるための具体的な解決方法が開示されていない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、液体吐出ヘッドに設けられた圧力室の圧力検出の感度を向上させて、高精度の圧力室の圧力検出を実現する液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

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 被吐出媒体に液体を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体に吐出のための加圧を行う圧力室と、前記圧力室を構成する壁面のうち少なくとも１つの壁面に配設される異なる特性を有する複数の圧力検出素子と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、圧力室を構成する壁面のうち、少なくとも１つの壁面に特性の異なる複数の圧力検出素子を備えるので、駆動条件が異なる場合や液体の物性が異なる場合など異なる検出条件でも高感度の圧力検出を行うことができる。また、高感度の圧力検出を行うことでＳ／Ｎ比を改善し、検出精度の向上が見込まれる。

該圧力検出素子は、１つの面に特性の異なる２種類の圧力検出素子を備えてもよいし、複数の面に特性の異なる圧力検出素子を１つずつ備えてもよい。また、圧力室を構成する全ての面に圧力検出素子を備えてもよい。なお、複数の圧力検出素子には、一体形成された素子の領域を分割する態様を適用してもよい。

また、圧力検出素子から得られる圧力情報に基づいて、圧力室の状態や該圧力室に対応する吐出孔の状態を判断することができる。

圧力検出素子が持つ異なる特性には、共振周波数（周波数特性）やダイナミックレンジが含まれていてもよい。

被吐出媒体は、吐出ヘッドの作用によって画像の記録を受ける媒体（印字媒体、被画像形成媒体、被記録媒体、受像媒体など呼ばれ得るもの）であり、連続用紙、カット紙、シール用紙、ＯＨＰシート等の樹脂シート、フイルム、布、インクジェットヘッドによって配線パターン等が形成されるプリント基板、その他材質や形状を問わず、様々な媒体を含む。

吐出ヘッドには、被吐出媒体の全幅に対応する長さにわたって吐出孔が並べられたフルライン型ヘッドや、被吐出媒体の全幅に対応する長さよりも短い長さにわたって吐出孔が並べられた短尺ヘッドを被吐出媒体の幅方向に走査させながら被吐出媒体上に記録液を吐出させるシリアル型ヘッド（シャトルスキャン型ヘッド）などがある。

また、フルライン型の吐出ヘッドには、被吐出媒体の全幅に対応する長さに満たない短尺の吐出孔列を有する短尺ヘッドを千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、被吐出媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。

また、前記目的を達成するために、請求項２記載の発明に係る液体吐出ヘッドは、被吐出媒体に液体を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体に吐出のための加圧を行う圧力室と、前記圧力室を構成する壁面に配置される部分的に異なる特性を有する圧力検出素子と、を備えたことを特徴とする。

圧力室を構成する複数の壁面に異なる特性を有する圧力検出素子を配設する態様には、一体に形成され特性の異なる複数の領域を有する圧力検出素子の各領域を圧力室の各壁面に配設する態様を適用してもよい。

請求項３に記載の発明は 請求項２記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧力検出素子は、前記圧力室を構成する複数の壁面にまたがって配置され、該複数の壁面の各壁面に異なる特性を有することを特徴とする。

圧力室を構成する複数の面にまたがって圧力検出素子を配置することで、圧力検出素子のサイズを大きくすることができ、検出感度を向上させることができる。

また、前記目的を達成するために、請求項４記載の発明に係る液体吐出ヘッドは、被吐出媒体に液体を吐出させる吐出孔と、前記吐出孔から吐出させる液体に吐出のための加圧を行う圧力室と、前記圧力室を構成する壁面に配置される異なる特性を有する複数の圧力検出素子と、を備えたことを特徴とする。

圧力室を構成する壁面に異なる特性を有する複数の圧力検出素子を配置することで、検出可能な圧力範囲（ダイナミックレンジ）を広範囲に設定可能である。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記複数の圧力検出素子は前記圧力室を構成する１つの壁面に対して１つ配設されることを特徴とする。

圧力室を構成する１つの壁面に対して圧力検出素子を１つ配設すると、各圧力検出素子のサイズを大きくすることができ、検出感度を向上させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記異なる特性は共振周波数を含むことを特徴とする。

圧力検出素子或いは、圧力検出素子の特性の異なる領域が異なる共振周波数を持つように構成されるので、圧力室に発生する圧力波を広範囲の周波数領域で高感度に検出することができる。

圧力室に発生する圧力波の周波数は圧力室に気泡が発生する場合の該気泡の大きさに依存する。圧力室内に発生する気泡サイズの想定範囲から圧力検出素子の共振周波数を求めることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧力室を構成する壁面のうち少なくとも１面に設けられ、前記圧力室を変形させるアクチュエータを備え、前記圧力室を構成する壁面のうち、前記圧力検出素子を配設可能な面の面積が最も大きい壁面に最もよく使用される前記アクチュエータの駆動周波数に対応した共振周波数を有する前記圧力検出素子を配設することを特徴とする。

最もよく使用される吐出駆動用アクチュエータの駆動周波数に対応した共振周波数を持つ圧力検出素子の面積を大きくすることで、検出頻度の高い圧力検出素子の検出感度を向上させることができる。

最もよく使用される駆動周波数に対応した共振周波数は、該駆動周波数と略同一でもよいし、該駆動周波数のｎ倍或いは１／ｎ（但し、ｎは０を除く整数）でもよい
圧力検出素子を配設可能な面は、平面でもよいし、球面など平面以外の面形状を有していてもよい。

圧力室の壁面と兼用される振動板（加圧板）を備え、該振動板の圧力室と反対側（或いは、圧力室と同じ側）の面にアクチュエータを備えてもよいし、圧力室の壁面をアクチュエータとして形成してもよい。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６うち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド一態様に係り、前記圧力室を構成する壁面のうち少なくとも１面に設けられ、前記圧力室を変形させるアクチュエータを備え、前記アクチュエータが設けられるアクチュエータ配設面と対向する面に最もよく使用される前記アクチュエータの駆動周波数に対応する共振周波数を有する圧力検出素子を配設することを特徴とする。

圧力室の圧力波の直進性を考慮すると、アクチュエータ配設面と対向する面に最もよく使用される駆動周波数に対応する共振周波数をもつ圧力検出素子を設けることで、最もよく使用される駆動周波数に対する高感度の圧力検出を行うことができる。

なお、アクチュエータ配設面と対向する面は複数の面から形成されてもよい。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧力室を構成する壁面のうち少なくとも１面に設けられ、前記圧力室を変形させるアクチュエータを備え、前記アクチュエータが設けられるアクチュエータ配設面と対向する面に最も高い共振周波数を有する前記圧力検出素子を配設することを特徴とする。

アクチュエータ配設面と略直交する面には最も低い共振周波数を有する圧力検出素子を備えるとよい。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧力検出素子は圧電素子を含み、前記圧電素子の厚み及び剛性のうち少なくとも何れか一方を変えて共振周波数を異ならせることを特徴とする請求項４乃至７のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。

特性の異なる圧力検出素子に圧電素子を用いると、特性の異なる素子を容易に製造することができる。

特性の異なる複数の圧電素子を備える態様には、一体に形成された圧電素子の特性が異なる領域ごとに個別の電極を備える電極分割を含んでいてもよい。

圧電素子の組成比率を変えることで、該圧電素子の剛性を変えてもよい。

圧力検出素子として機能する圧電素子に検出信号を取り出す一対の取り出し電極（検出信号取出部）を備え、該検出信号取出部を複数の圧電素子間で兼用してもよい。また、検出信号取り出し電極を複数の圧電素子間で兼用する場合、各圧電素子から得られる検出信号が合成（重畳）された検出信号は共通の配線を用いて伝送してもよい。

本発明によれば、圧力室を構成する壁面には、異なる特性を有する複数の圧力検出素子を備えるので、検出される圧力波の周波数特性やダイナミックレンジなどの検出条件が異なる場合にも高い感度の圧力検出を行うことができ、Ｓ／Ｎ比を改善し、検出精度を向上させることができる。

また、特性の異なる圧力検出素子は、１つの面に複数の素子が設けられていてもよいし、複数の面に１つずつ設けられていてもよい。更に、複数の特性を有する圧力検出素子を複数の面にわたって一体形成してもよい。

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。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図１は本発明の実施形態に係る画像処理装置を用いたインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数の吐出ヘッド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、記録媒体（被吐出媒体）たる記録紙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。

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インクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド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）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。

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。

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或いは無線タグなど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、使用される記録媒体の種類（メディア種）を自動的に判別し、メディア種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。

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クセが残り、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クセ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。

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（第１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。

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、少なくとも印字部１２のノズル面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。

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穴（不図示）が形成されている。図１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のノズル面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによって記録紙１６がベルト３３上に吸着保持される。

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６中符号８８）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の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。

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、或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。

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を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。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

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に加熱空気を吹き付け、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。

印字部１２の各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、当該インクジェット記録装置１０が対象とする記録紙１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。

ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、記録紙１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが記録紙１６の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。

吸着ベルト搬送部２２により記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ異色の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。

このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（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、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する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。

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、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。

印字部１２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、熱風を吹き付ける方式が好ましい。

多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパー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。

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。

こう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紙部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。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とから構成される。

また、図１には示さないが、本画像の排紙部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る。

〔ヘッドの構造〕
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。

図３(a) は印字ヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図３(b) はその一部の拡大図である。また、図３(c) は印字ヘッド５０の他の構造例を示す平面透視図、図４はインク室ユニットの立体的構成を示す透視斜視図である。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、印字ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の印字ヘッド５０は、図３(a) 、(b) に示したように、インク滴の吐出孔であるノズル（吐出孔）５１と、各ノズル５１に対応する圧力室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の高密度化を達成している。

記録紙１６の送り方向と略直交する方向に記録紙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３(a) の構成に代えて、図３(c) に示すように、複数のノズル５１が２次元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。

各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、４つの隅部のうち１つの隅部にノズル５１が設けられている。

図４は、図３(b) に示したインク室ユニット５３の立体構造を示す斜視図である。

圧力室５２の天面を構成し共通電極と兼用される振動板５６には個別電極（吐出個別電極）５７を備えた吐出用圧電素子５８が接合されており、吐出個別電極５７に駆動信号を印加することによって吐出用圧電素子５８が変形してノズル５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、供給口５４を通って共通流路５５から新しいインクが圧力室５２に供給される。

吐出用圧電素子５８の上面（振動板５６と反対側の面）に設けられた吐出個別電極５７には、吐出用圧電素子５８に与えられる駆動信号が伝送される配線（不図示）と接合される吐出駆動個別電極取出５７Ａが設けられている。

吐出駆動用個別電極取出５７Ａは、前記配線（該配線に設けられたパッド）と導電性接着剤や半田によって接合される。この駆動信号が伝送される配線を形成する部材にはフレキシブル基板が好ましい。

フレキシブル基板とは、ポリイミドなどの樹脂シート上に銅などで配線が施された状態を示している。なお、該配線は樹脂シートに表面及び裏面の何れか一方の面に形成されてもよいし、表面、裏面の両面に形成されてもよい。 図４に示すように、圧力室５２を形成する壁の内面５２Ａのうち、天面を除く側面５２Ｂ及び底面５２Ｃには、圧力室５２に発生する圧力を検出する検出用圧電素子６０が各面に１つずつ設けられている。

本例に適用される各面に設けられた検出用圧電素子６０は、それぞれ異なる共振周波数（周波数特性）を有しており、圧力室５２に発生する圧力波の周波数が変化する場合にも感度よく検出を行うことができる。なお、圧力検出の詳細は後述する。

図４に示す、各面に設けられた検出用圧電素子６０の圧力室５２に収容されているインクに接触する面には検出共通電極６２、圧力室５２の壁面側には検出個別電極６４が設けられ、検出共通電極６２のインクと接触する部分（接液部分）には耐インク処理が施され保護膜（保護層）が形成される。

検出共通電極６２が配設される接液部分には親インク処理を施し、気泡排除性を向上させるように構造にする態様が好ましい。

図５(a) 、(b) には、上述した検出用圧電素子６０の電極配置及び電極の取出構造の詳細を示す。

図５(a) に示すように、検出共通電極６２は圧力室５２の内面となる面に設けられ、各面に設けられた検出用圧電素子６０の全ての検出共通電極６２は導通するように接合され、圧力室５２を構成する４つの側壁のうちの１つの側壁の上面側（圧力室５２のノズル５１と反対側）に設けられた検出共通電極引出６６と導通するように接合される。

また、図５(b) に示すように、検出個別電極６４は圧力室５２を構成する壁側の面に設けられ、各面に設けられた検出用圧電素子６０の全ての検出個別電極６４は導通するように接合され、圧力室５２を構成する４つの側壁のうちの１つの側壁の下面側（圧力室５２のノズル５１側）に設けられた検出個別電極引出６８と導通するように接合される。

即ち、図４及び図５(a) 、(b) に示す検出用圧電素子６０は、検出共通電極６２及び検出個別電極６４がそれぞれ共通化された電極構造を有しており、このような電極構造を用いることで配線を共通化することができ、配線数の削減に寄与する。

なお、検出個別電極引出６８と接合する配線は各検出用圧電素子６０から得られる複数の検出信号が重畳された信号を伝搬する。もちろん、各検出個別電極６４に個別の配線引出を設け、各検出用圧電素子６０から得られる信号を個別に伝送してもよい。

〔インク供給系、メンテナンス系の構成〕
図４に示した圧力室５２には、共通流路５５等の供給側流路を介してインクタンク (不図示）からインクが供給される。このインクタンクは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。

該インクタンクの形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口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変える場合には、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やＩＣチップ等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。

また、インクタンクと印字ヘッド５０の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ（不図示）が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０〜５０μｍ程度）とすることが好ましい。更に、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。

インクジェット記録装置１０には、ノズル５１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と、ノズル面の清掃手段としてのクリーニングブレードとを含んだ不図示のメンテナンスユニットが設けられている。このメンテナンスユニットは、不図示の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。

上述したキャップは、図示せぬ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。電源ＯＦＦ時や印刷待機時に前記キャップ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、ノズル面がキャップで覆われる。

また、前記クリーニングブレードは、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬ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。ノズル板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をノズル板に摺動させることでノズル板表面を拭き取り、ノズル板表面を清浄する。

印字中又は待機中において、特定のノズルの使用頻度が低くなり、ノズル近傍のインク粘度が上昇した場合、その劣化インクを排出すべく前記キャップに向かって予備吐出が行われる。

また、印字ヘッド５０内 (圧力室５２）のインクに気泡が混入した場合、印字ヘッド５０に前記キャップを当て、吸引ポンプで圧力室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へ送液する。この吸引動作は、初期のインクの印字ヘッド５０への装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇（固化）した劣化インクの吸い出しが行われる。

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、吐出用圧電素子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（吐出用圧電素子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吐出用圧電素子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、ノズル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によってノズル板表面の汚れを清掃した後に、このクリーニングブレード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。

また、ノズル５１や圧力室５２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、以下に述べる吸引動作を行う。

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、吐出用圧電素子５８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のノズル面に、圧力室５２内のインクをポンプ等で吸い込む吸引手段を当接させて、気泡が混入したインク又は増粘インクを吸引する動作が行われる。

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。

本インクジェット記録装置１０では、圧力室５２の圧力 (圧力波）の変化からノズル５１の吐出異常を検出する機能を有しており、ノズル５１のノズル詰まりや圧力室５２への気泡混入によって吐出異常が検出されたノズル５１には、上述した予備吐出、吸引などのノズルメンテナンス動作（ノズル回復動作）が施される。

〔制御系の説明〕
図６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、画像バッファ画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４、圧力検出信号処理部８５等を備えている。

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、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット、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磁気媒体を用いてもよい。

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、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１０の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。即ち、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等の各部を制御し、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像画像メモリ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８９を制御する制御信号を生成する。

画像メモリ７４には、システムコントローラ７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。なお、画像メモリ７４は、書換不能な記憶手段であってもよいし、ＥＥＰＲＯＭのような書換可能な記憶手段であってもよい。画像画像メモリ７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。

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等のヒータ８９を駆動するドライバである。

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、生成した印字データ（ドットデータ）をヘッドトライバ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。

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。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。

ヘッドトライバ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の吐出用圧電素子５８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。

印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース７０を介して外部から入力され、画像画像メモリ７４に蓄えられる。この段階では、ＲＧＢの画像データが画像メモリ７４に記憶される。

画像メモリ７４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ７２を介してプリント制御部８０に送られ、該プリント制御部８０においてインク色ごとのドットデータに変換される。即ち、プリント制御部８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫＣＭＹの４色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部８０で生成されたドットデータは、画像バッファ画像バッファメモリ８２に蓄えられる。

ヘッドドライバ８４は、画像バッファメモリ８２に記憶されたドットデータに基づき、印字ヘッド５０の駆動制御信号を生成する。ヘッドドライバ８４で生成された駆動制御信号が印字ヘッド５０に加えられることによって、印字ヘッド５０からインクが吐出される。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。

圧力検出信号処理部８５は、図４に示した検出用圧電素子６０から得られる圧力室５２の圧力変動に応じた電圧（圧力検出信号）に、ノイズ除去や増幅などの所定の信号処理を施す信号処理部である。圧力検出信号処理部８５によって信号処理を施された検出信号はプリント制御部８０に送出され、当該圧力室５２の圧力異常（ノズル５１の吐出異常）の有無が判断される。

本例では、複数の圧力検出信号が重畳された信号を共通の（１対の）信号線を用いて伝送するように構成される。圧力検出信号処理部８５では、複数の圧力検出信号が重畳された信号から各圧力検出信号が取り出される。

プログラム格納部（不図示）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。前記プログラム格納部は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。

なお、前記プログラム格納部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。

〔圧力検出の説明〕
次に、印字ヘッド５０に備えられた圧力室５２の圧力検出について説明する。

印字ヘッド５０が有する圧力室５２には、その内面５２Ａの全てに、または、振動板５６面を除いた複数の面に、圧力センサとして検出用圧電素子６０が設けられ、検出用圧電素子６０には検出信号を得るための検出共通電極６２及び検出個別電極６４が形成されている。

また、各面に備えられた検出共通電極６２は導通がとられるように接合され、各検出共通電極６２は共通の検出共通電極引出６６と導通するように接合される。同様に、各検出個別電極６４は導通がとられるように接合され、各検出個別電極６４は共通の検出個別電極引出６８と導通するように接合される。この検出共通電極引出６６及び検出個別電極引出６８は、配線が形成される配線層やフレキシブル基板などに接合される。

一般に、圧電素子（圧電体）は、厚み、材料の物性値が同じであれば、加えられた圧力に比例した電圧が発生し、この発生電圧は圧電素子及び圧電素子に設けられた個別電極の面積（表面積）には依存しない。

一方、圧電素子から得られる発生電荷（電流）は該圧電素子及び個別電極の表面積に比例するので、圧力室５２の内面に検出用圧電素子６０を備えると、検出用圧電素子６０の面積及び検出個別電極６４の面積を大きくとることができるので、より大きな発生電荷を得ることができる。したがって、圧力検出信号のＳ／Ｎ比が向上し、圧力室５２の圧力を高い感度で検出することができ検出精度が向上する。

また、圧力検出には圧電出力係数（ｇ定数、機械電気変換定数、圧電応力定数）が大きく検出特性に優れた圧電素子が好ましい。検出特性に優れた圧電素子にはＰＶＤＦ（Polyvinylidene fluoride 、ポリフッ化ビニリデン）やＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）（ポリフッ化ビニリデン３フッ化エチレン共重合体）などの樹脂系材料 (フッ化樹脂系材料）が好適である。

また、吐出特性に優れたセラミック系圧電素子の組成比率を変えて、検出特性を向上させた圧電素子を適用してもよい。即ち、セラミック系材料にはチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ₃ ）があり、強誘電体のチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃ ）と反強誘電体のジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃ ）を基本組成とし、この２成分の混合比を変えることによって圧電、誘電、弾性などの諸特性をコントロールでき、インク吐出効率のよい圧電素子に圧力検出効率を付加した、圧電セラミック材料を得ることができる。

即ち、検出用圧電素子６０には、ＰＶＤＦやＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）などの樹脂系圧電素子を用いることが好ましいが、ＰＺＴなどのセラミック系圧電素子の組成比率を変えて検出用圧電素子６０を形成してもよい。

〔第１実施形態〕
図７に本発明の第１実施形態に係る印字ヘッド５０を示す。図７は図３(a) の７−７断面線に沿う断面図である。第１実施形態では、検出用圧電素子６０に圧力検出特性に優れた樹脂系材料を用いた圧電素子を適用し、検出用圧電素子６０が配設される面には予め形成された樹脂系材料を用いた圧電素子を接着等によって接合する。

図７に示すように印字ヘッド５０は、ノズル５１、圧力室５２、供給口５４などの液室や流路となる開口、穴、溝等が形成された複数のキャビティプレートを積層させた積層構造を有している。

印字ヘッド５０は、ノズル５１となる穴が形成されるノズルプレート１００と、ノズル５１と圧力室５２とを連通させる吐出側流路１０２となる穴及び共通流路５５の一部となる開口 (穴）が形成される流路プレート１０４と、圧力室５２となる開口が形成される圧力室プレート１０６と、供給口５４となる開口（溝）が形成される供給口プレート１０８と、振動板５６と、吐出用圧電素子５８と、を下から順に積層される構造を有している。

図７に示すような積層構造は、ＳＵＳ薄板の接着積層やシリコンのエッチング (シリコンプロセス）、樹脂の成形などにより形成可能である。本例に示す印字ヘッド５０は、振動板５６によって構成される天面以外の面を形成（組み立て）し、バスタブ状の形状（凹形状）を有する圧力室５２が形成される。

このようにして形成された圧力室５２の検出用圧電素子配設面には、検出共通電極６２及び保護膜並びに検出個別電極６４が形成されている検出用圧電素子６０が接着等によって接合される。

その後、各検出用圧電素子配設面に接合された各検出用圧電素子６０の検出共通電極６２は、導電性接着剤や半田等によって全ての検出共通電極６２が導通するように接合され、図４、図５に示した検出共通電極引出６６と半田等によって電気的に導通するように接合され、検出共通電極６２の表面には耐インク性能及び親インク性能を有する保護膜が形成される。

同様に、各検出用圧電素子６０の検出個別電極６４は、全ての検出個別電極６４が導通するように接合され、図４、図５に示した検出個別電極引出６８と導電性接着剤や半田等によって導通するように接合される。

なお、検出共通電極６２及び検出個別電極６４には、金、銀、銅、アルミニウム及びこれらの素材を含む化合物が用いられ、検出共通電極６２の表面に形成される保護膜にはポリイミドなどが用いられ、その保護膜の膜厚は１〜２μｍ程度である。

また、検出個別電極６４が接触する面（即ち、圧力室５２の内面）が金属素材を含む素材で形成される場合には、検出個別電極６４と検出個別電極６４が接触する面との間に絶縁部材 (絶縁膜）が形成される。

その後、ノズル５１となる穴がノズルプレート１００に形成され、圧力室５２のノズル５１と反対側には振動板５６、吐出用圧電素子５８が接着等によって接合される。

図７に示す第１実施形態では、圧力検出に好適な樹脂系材料を用いた圧電素子が検出用圧電素子６０に適用されるので、効率よく圧力検出を行うことができる。

なお、図７に示す態様では、圧力室５２の壁面ごとに異なる厚みを持つ検出用圧電素子６０が備えられている。検出用圧電素子６０の厚みと圧力検出との関係の詳細は後述するが、各壁面に配設される検出用圧電素子６０の厚みを異ならせることで、検出感度の周波数特性を変えることができる。もちろん、同じ厚みを持つ検出用圧電素子６０を異なる壁面に配設してもよい。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る印字ヘッド５０を説明する。図８(a) 、(b) 中、図７と同一または類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態では、ＡＤ法、ゾルゲル法、スパッタ法などを用いて、セラミック系材料を用いた検出用圧電素子６０が各検出用圧電素子配設面に形成される。このセラミック系材料を用いた検出用圧電素子６０は、圧力検出性能が向上するような組成比率を有している。

先ず、図７に示す態様と同様の手法によって、バスタブ状の形状（凹形状）を有する圧力室５２を形成する。

例えば、ＡＤ法を用いて検出用圧電素子６０を形成する場合、エアロゾルノズル（検出用圧電素子６０となる素材の微粒子（粉体）であるエアロゾルが噴出されるノズル）によって圧力室５２の天面側から底面にエアロゾルが吹き付けられ、圧力室５２の底面５２Ｃに検出用圧電素子６０が形成される。一方、圧力室５２の４つの側面５２Ｂ（図８(a) 、(b) には４つの側面のうち３つの側面を図示）は、圧力室５２の底面５２Ｃにエアロゾルを噴出させる方向と略直交しているので、圧力室５２とエアロゾルノズルとの関係を相対的に傾けて、各側面５２Ｂに対して斜め方向から順次検出用圧電素子６０を形成する。

即ち、ＡＤ法、ゲルゾル法、スパッタ法などを用いて圧電素子を形成する圧電素子形成装置と、圧力室５２の側面（即ち、検出用圧電素子配設面）５２Ｂと、を相対的に傾けて、圧力室５２の側面５２Ｂには、図８(a) に示すように、その端部６０Ａがテーパ形状を有する検出用圧電素子６０が形成される。

このようにして検出用圧電素子６０が形成された後に、各面にはスパッタ法などの手法を用いて検出共通電極６２が形成され、各検出用圧電素子６０の検出共通電極６２を接合し、検出共通電極引出６６と接合した後に、インクと接触する部分には塗布等により検出共通電極表面に保護膜が形成される。

なお、検出個別電極６４は検出用圧電素子６０が形成される前に各面に形成される。検出個別電極６４はＡＤ法、ゾルゲル法、スパッタ法の何れの手法を用いて形成してもよい。

検出共通電極６２、検出個別電極６４の表面に形成される保護膜は、上述した第１実施形態と同様の材料、サイズが適用される。

ＡＤ法、ゾルゲル法、スパッタ法などの手法は平面形状以外の形状を有する面への圧電素子の形成に好適であり、特にＡＤ法では、噴出させるエアロゾルの組成比率を変えることで、圧電素子の組成比率を容易に変えることができ、セラミック系材料を用いた圧電素子の組成比率を変えて所定の圧力検出性能を有する検出用圧電素子６０を形成してもよい。

圧力室５２を形成する各壁面にＡＤ法を用いて検出用圧電素子６０を形成する態様には、図８(a) に示すように、壁面ごとに検出用圧電素子６０を形成してもよいし、図８(b) に示すように、圧力室５２の側面５２Ｂ及び底面５２Ｃに検出用圧電素子６０を一体形成してもよい。図８(b) に示す態様では、検出用圧電素子６０の面積を大きくとることができ、検出感度を向上させることができる。

図８(a) 、(b) に示す態様では、図７に示す態様と同様に、壁面ごとに異なる厚みを持つ検出用圧電素子６０が配設されている。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る印字ヘッド５０を説明する。第３実施形態では、圧力室５２の側面５２Ｂに形成される検出用圧電素子６０Ｂにはセラミック系圧電材料を用いた圧電素子を適用し、一方、圧力室５２の底面５２Ｃに形成される検出用圧電素子６０Ｃには、樹脂系圧電材料を用いた圧電素子用い、検出用圧電素子６０Ｂと検出用圧電素子６０Ｃとを別工程で形成する態様を示す。

圧力室５２内の圧力波の直進性（詳細は後述）を考慮し、圧力検出性能に優れた圧電素子を振動板５６と対向する面に設けると、該圧力波を感度よく検出することができる。

図９に示す態様では、先ず、ＳＵＳ薄板の接着積層やシリコンのエッチング、樹脂の成形などにより圧力室５２の４つの側面５２Ｂから成る構造体１３０を形成し、圧力室５２の各側面５２Ｂ (構造体１３０の各内面）には、上述した第１実施形態、第２実施形態に示した手法を用いて検出用圧電素子６０Ｂが形成され、検出用圧電素子６０Ｂには上述した第１実施形態、第２実施形態に示した手法を用いて検出共通電極６２及び検出個別電極６４が形成される。

一方、ＳＵＳ、シリコン、ポリイミドなどの材料によって形成されるノズルプレート１００には、検出個別電極６４となる電極層が形成された後に、スピンコートやフイルム状の圧電素子を接着して、ＰＶＤＦ、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）などの樹脂系圧電材料を用いた検出用圧電素子６０Ｃが形成される（ノズルプレート１００、流路プレート１０４、検出用圧電素子６０Ｃから成る構造体１３２が形成される）。

なお、圧力室５２の底面５２Ｃに形成される検出用圧電素子６０Ｃには、上述した第２実施形態に示したＡＤ法、ゾルゲル法、スパッタ法を用いてＰＺＴなどのセラミック系圧電材料を用いて形成される圧電素子を適用してもよい。

このようにして形成された検出用圧電素子６０Ｃには、スパッタ法等によって検出共通電極６２Ｃが形成された後に、別に形成された構造体１３０と接合される。その後、各検出共通電極６２及び各検出個別電極６４はそれぞれ接合され、検出共通電極６２のインクと接触する部分には、スピンコートや塗布などによって保護膜が形成される。

図１０(a) には、図９中、符号１４２で示す、圧力室５２の側壁となる部材から成る構造体１３０及びノズルプレート１００、流路プレート１０４、検出用圧電素子６０Ｃから成る構造体１３２の接合部（図１０(a) に符号１４０で図示）周辺の拡大図を示す。

図１０(a) に示すように、圧力室５２の側壁（隣り合う圧力室５２の隔壁）となる側壁部材１６０を天面側の幅に比べて底面側の幅が小さくなるテーパ形状にすることで、圧力室５２の底面に配設される検出用圧電素子６０Ｃのセンサ面（センサとして機能する面、即ち、検出個別電極６４Ｃ配設面）を広く確保することができる。また、検出共通電極６２Ｃと側壁部材１６０とのクリアランスを確保することができるので、検出共通電極６２Ｃと側壁部材１６０との絶縁を確保できる。

また、図１０(b) 、(c) には、圧力室５２ごとに分離された検出用圧電素子６０Ｃを各圧力室５２の底面に配設する態様を示す。

図１０(b) 、(c) に示す態様では、構造体１３０と構造体１３２とを貼り付ける際の位置ずれによって、圧力室５２の底面に設けられる検出用圧電素子６０Ｃに用いられるＰＶＤＦやＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）などの樹脂系の圧電素子を破損させてしまう恐れがある。

そこで、圧力室５２の側壁となる側壁部材１６０をテーパ形状にすると、検出用圧電素子６０Ｃと側壁部材１６０とのクリアランスを確保することができ、圧力室５２の底面に設けられる検出用圧電素子６０Ｃの破損を防止することができる。

更に、検出用圧電素子６０Ｃと側壁部材１６０とのクリアランスによって側壁部材１６０の加工誤差及び構造体１３０と構造体１３２との組み立て誤差を吸収することができる。なお、検出用圧電素子６０Ｃと側壁部材１６０との間の隙間部分には、検出共通電極６２の保護膜を形成する際に該保護膜の母材によって埋められてもよい。

また、図１０(c) に示すように、側壁部材１６０の構造体１３２との接合面にテーパ形状の突起１６２を設け、該突起１６２が構造体１３２に接合され、側壁部材１６０の突起１６２が形成されない突起非形成領域１６４は、検出用圧電素子６０Ｃの検出共通電極６２Ｃが配設されない検出共通電極非形成領域１６６と接合される。なお、突起非形成領域１６４と検出共通電極非形成領域１６６とは接合されず、当接（接触）してもよいし、接触していなくてもよい。

図１０(c) に示す態様では、検出用圧電素子６０Ｃは圧力室５２ごとに分割されていなくてもよく、一体形成された検出用圧電素子６０Ｃに突起１６２と対応する部分に突起１６２の形状に応じた穴を形成すればよい。

上記の如く構成された印字ヘッド５０は、圧力室５２の内面のうち、天面を除いた各面に、圧力室５２に発生する圧力波を検出する検出用圧電素子６０を備えたので、該圧力波の検出面積を大きくとることができ、検出感度が向上する。

なお、検出用圧電素子６０は、圧力室５２の内面に貼り付けて配設されてもよいし、ＡＤ法、ゾルゲル法、スパッタ法などの手法を用いて圧力室５２の内面に形成されてもよい。

本例では、天面を除いた面に検出用圧電素子６０を配設したが、もちろん、天面に検出用圧電素子を備えてもよい。また本例では、各面に個別の検出用圧電素子６０を配設し、これらの持つ電極 (検出共通電極６２、検出個別電極６４）をそれぞれ接合し、検出共通電極６２、検出個別電極６４に共通の電極引出（検出共通電極引出６６、検出個別電極引出６８）から検出信号を取り出す態様を示したが、各面に検出用圧電素子６０を一体形成してもよいし、各検出用圧電素子６０が持つ電極（特に、検出個別電極６４）ごとに別々の電極引出を備えてもよい。

〔変形例〕
次に、上述した第１〜第３実施形態の変形例について説明する。

検出用圧電素子６０の厚み、剛性を変えると検出用圧電素子６０の共振周波数（周波数特性）を変えることができるので、圧力室５２が有する複数の検出用圧電素子配設面の各面に厚み、剛性が異なる検出用圧電素子６０を配設すると、面によって感度の高い周波数に変えることができ、吐出用圧電素子５８の駆動周波数を変化させて圧力室５２の圧力検出を行う場合などには、広い周波数範囲の圧力波を感度よく検出することができる。

また、図１１(b) 、(c) に示すように、同一面内で検出用圧電素子２２０、２３０の厚みを変えると、１つの検出用圧電素子によって、異なる周波数を持った複数の圧力波を感度よく検出可能である。

図１１(a) は、基材（例えば、圧力室５２の側面を形成する壁部材）に均一な厚みｄ11を有する圧電素子２１０を備えた態様を示し、図１１(b) は厚みの分布がある（厚みがｄ21からｄ22まで連続的に変化する）圧電素子２２０を示す。また、図１１(c) は、複数の厚み（ここでは、ｄ31とｄ32の２種類の厚み）を有する検出用圧電素子２３０を示す。

図１１(b) に示す圧電素子２２０を検出用圧電素子に用いると、駆動周波数が連続的に変化する場合に発生する圧力波などの検出に好適であり、図１１(c) に示す圧電素子２３０を検出用圧電素子に用いると、特定の周波数帯域を持つ圧力波の検出に好適である。

但し、図１１(b) 、(c) に示すように、同一面内に厚みの異なる部分を設けてもよいが、製造上の難易度が高くなる。また、検出用圧電素子の分極処理時に印加される分極電圧は該圧電素子の厚みに比例するので、部分的に厚みが異なると厚みの大きい部分に合わせて分極電圧が決められる。

厚みが小さい部分では、その厚みに適した分極電圧よりも高い電圧が印加されることになり、絶縁破壊を起こす恐れがある。このような問題を解決するためには、厚みが異なる部分ごとに個別電極を分割し、それぞれの厚みに適した分極電圧を適用すればよい。

また、インクと接触する面が図１１(c) に示すような形状を有すると、インク内の気泡がこの凹凸形状に引っかかり易くなり、気泡排除性が低下することが懸念される。

したがって、検出用圧電素子６０はその配設面ごとに厚みが異なるように構成する態様が好ましく、更に好ましくは、その配設面ごとに検出個別電極６４が設けられる態様である。

一般に、圧力室５２内に気泡が発生すると圧力室５２に発生する圧力波の共振周波数は所定の共振周波数に比べて低くなり、この圧力室５２の共振周波数が低下する割合は気泡のサイズに依存する。即ち、気泡のサイズが大きくなると圧力室５２の共振周波数が低下する割合が大きくなる。

また、圧力室５２内に発生する気泡は、検出対象となるサイズの範囲を想定することができる。この気泡のサイズの範囲の一例を挙げると、一般的なインクジェット記録装置では、その下限は５〜１０μｍ程度であり、上限値は２０〜５０μｍ程度である。

この下限値は吐出に影響を及ぼすサイズから想定され、一方、上限値は、インクタンクから圧力室５２までの供給側流路に設けられるフィルタの構造やノズル５１の大きさから圧力室５２に混入する可能性があるサイズから想定される。

なお、検出用圧電素子６０の厚みだけでなく剛性を変えることで、共振周波数やダイナミックレンジなどの特性を変えることが可能である。

即ち、上述した気泡のサイズに対応して圧力室５２の共振周波数を求めることができ、気泡のサイズが変わると、圧力室５２の共振周波数も変化するので、想定される気泡サイズの範囲に適合する共振周波数を持つ検出用圧電素子６０を複数備え、検出感度を高めることができる。

なお、上述した検出対象となる気泡サイズの範囲はあくまでも一例であり、印字ヘッド５０の設計によって気泡サイズの範囲を規定することができる。

一般的な圧電素子（圧電アクチュエータ）を用いた印字ヘッドでは、圧力室の共振現象を利用してインクの吐出及びリフィルが行われる。この共振周波数は、図１２の曲線３００〜３０８に示すように数十〜数百ｋＨｚであり、本例の印字ヘッド５０では、ｇ31方向に変形する圧電素子（ｇ31モードの圧電素子）を検出用圧電素子６０に適用し、センサ面（圧力室５２内のインクから圧力を受けるインクと接触する面）のたわみによって圧力室５２の圧力が検出される。即ち、検出用圧電素子６０の共振周波数は、気泡サイズによって想定される周波数の範囲に設定される。

図１２には、検出用圧電素子６０の感度（ゲイン）と検出される圧力波の周波数との関係を示している。図１２に示すように、圧力室５２の内面には、曲線３００〜３０８で示すような異なる周波数特性（共振周波数）を持つ５つの圧電素子が異なる面に設けられている。

想定される気泡サイズから検出用圧電素子６０に適用される共振周波数ｆ0 〜ｆ4 が求められる。なお、本例では、共振周波数ｆ0 は気泡が発生していない（即ち、正常吐出状態の）圧力室５２の共振周波数１００ｋＨｚを示し、共振周波数ｆ1 〜ｆ4 は圧力室５２に圧力異常状態の共振周波数を示している。

インク吐出用の圧電素子（本例では、吐出用圧電素子５８）の駆動周波数に数ＭＨｚの超音波を用い、ノズル内のメニスカスを超音波振動させてミスト状の微少量インク滴を吐出させるミスト吐出型印字ヘッドを備えたインクジェット記録装置では、圧電素子の駆動周波数を変えて吐出させるミストサイズを変えるように構成されている。即ち、ミストサイズを大きく変化させるためには、超音波の周波数領域内で圧電素子駆動周波数を大きく変化させる必要がある。

例えば、キャピラリー波を用いてインク滴をミスト化する場合、ミスト径はキャピラリー波の波長λc にほぼ比例する。インクの密度ρ、インクの表面張力σ、駆動周波数ｆとするときに、キャピラリー波の波長λc は、λc ∝｛π×σ／（ρ×ｆ² ）｝^1/3 で表される。

また、膜状の圧力センサ（例えば、圧電素子）を用いて超音波領域の圧力波を検出する場合、該圧力センサの膜厚を圧力波の波長の１／２に設定し、圧力センサと圧力波の間に共振現象を発生させて、検出感度を高める技術が用いられる。

よって、上述したミスト吐出型印字ヘッドでは、ミストサイズに応じた駆動周波数に共振する複数の圧力検出膜（圧電素子）を、図４等に示す検出用圧電素子６０として備えることが有効であり、本発明に係る印字ヘッドには、圧力室５２の内面を構成する各面に異なる超音波領域の周波数に対応した厚み或いは剛性を有する検出用圧電素子６０を備え、より広範囲の周波数を持つ圧力波の検出を感度よく行うことができる。

図１３には、ミスト吐出型印字ヘッドにおける、検出用圧電素子６０が持つ共振周波数と、検出用圧電素子６０の感度（ゲイン）を示す。

図１３に示すように、圧力室５２の内面のうち、天面を除く５つの面にはｆ10〜ｆ14の共振周波数を持つ（曲線３２０〜３２８の周波数特性を持つ）５つの検出用圧電素子６０が設けられている。なお、ｆ10で示す共振周波数２０ＭＨｚは、正常吐出状態の圧力波の周波数であり、ｆ11〜ｆ14の共振周波数は、圧力室５２の圧力異常状態の圧力波の周波数である。

なお、ＰＶＤＦの音速は２２６０ｍ／ｓ、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）の音速は２４００ｍ／ｓ、ＰＺＴの音速は４６００ｍ／ｓであり、ＰＶＤＦを用いて２０ＭＨｚの共振周波数を持つ圧電素子の厚み（膜厚）は略５６．５μｍとなる。

超音波領域の周波数を持つ圧力波を検出する場合、圧力室５２内に気泡が存在すると、共振周波数の変化とともに、気泡によってインク内を伝播する圧力波が遮られ、検出用圧電素子から得られる検出信号の電圧低下が発生する。したがって、共振周波数の変化と併せて検出信号の電圧を監視することで、圧力室５２内の気泡の有無を判断することができる。

本変形例によれば、異なる共振周波数を持つように各面に配設される検出用圧電素子６０を構成すると、該圧力波が複数の周波数（広い周波数領域）を持つ場合にも、周波数ごとに感度よく圧力検出が行われる。検出用圧電素子６０の共振周波数を変化させる一例を挙げると、各検出用圧電素子６０の厚み、剛性を変える態様がある。

本例では、圧力室５２の内面に設けられる５つの検出用圧電素子６０がそれぞれ異なる共振周波数を持つ態様を示したが、５つの検出用圧電素子６０のうち、少なくとも２つの検出用圧電素子６０が異なる共振周波数を持つように構成されればよい。

また、検出用圧電素子６０の持つ共振周波数は、吐出用圧電素子５８の駆動周波数に応じて決められる。一般的なインクジェット記録装置における吐出用圧電素子の駆動周波数は数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ、ミスト吐出型インクジェット記録装置における吐出用圧電素子の駆動周波数は数ＭＨｚから数十ＭＨｚ程度である。

〔応用例〕
次に、本実施形態の応用について説明する。

上述したように、印字ヘッド５０は、圧力室５２の内面のうち４つの側面及び底面の５つの面に、圧力室５２の圧力（圧力室５２内のインクの圧力）を検出する検出用圧電素子６０を設け、これらの検出用圧電素子６０はそれぞれ異なる共振周波数（例えば、図１２示すｆ0 〜ｆ4 や図１３に示すｆ10〜ｆ14）を有している。

圧力室５２内に発生する圧力波は直進性が高く、先ず振動板５６と対向する面（振動板対抗面）に高い圧力が加わり、その後、圧力波は該振動板対向面で反射、拡散し、他の面にも圧力波が伝搬され、該圧力波の波面が乱れることによって、広い周波数領域を持つブロードな周波数特性となる。

共振周波数の異なる５つの検出用圧電素子６０のうち、最もよく使われる吐出用圧電素子５８の駆動周波数に対応した（略同一の）共振周波数を持つ検出用圧電素子６０を振動板対向面（本例では、圧力室５２の底面５２Ｃ）に配設すると、発生頻度の高い周波数を持つ圧力波の検出を感度よく実施可能である。

また、各面の検出用圧電素子６０を配設可能な面積が異なる場合には、より検出用圧電素子６０を配設可能な面積が大きい面に最もよく使われる吐出用圧電素子５８の駆動周波数に対応した共振周波数を持つ検出用圧電素子６０を配設してもよい。検出用圧電素子６０（検出個別電極６２）の表面積を大きくすることで検出信号の電流（電荷量）が大きくなり、検出感度を高くすることができる。

更に、振動板対向面により高い共振周波数を持つ検出用圧電素子６０を備え、振動板５６と略直交する振動板直交面（本例では、圧力室５２の４つの側面）により低い共振周波数を持つ検出用圧電素子６０を備えるとよい。

本応用例によれば、圧力室に発生する圧力波の伝搬特性に合わせて検出用圧電素子６０の配置を決めるとよい。

本実施形態では、ノズル５１からインクを吐出させて記録紙１６上に画像を形成するインクジェット記録装置を示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、吐出孔から水、薬液、処理液などの液体を吐出させる液体吐出装置にも適用可能である。

本発明の実施形態に係る印字ヘッドを適用したインクジェット記録装置の全体構成図 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 本発明に係る印字ヘッドの構造例を示す平面透視図 本発明に係る印字ヘッドの立体構造を示す斜視図 図４に示す印字ヘッドに備えられた圧力室の拡大図 本実施形態に係る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３に示す印字ヘッドの７−７線に沿う断面図 図７に示す印字ヘッドの一態様を示す断面図 図７に示す印字ヘッドの他の態様を示す断面図 図７に示す接合部の拡大図 本実施形態の応用例に係る印字ヘッドに備えられる検出用圧電素子の立体構造を示す断面図 一般的な印字ヘッドに備えられる検出用圧電素子の共振周波数を説明する図 ミスト吐出型印字ヘッドに備えられる検出用圧電素子の共振周波数を説明する図 １０…インクジェット記録装置、１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙ，５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５８…吐出用圧電素子、６０…検出用圧電素子、６２…検出共通電極、６４…検出個別電極、

Claims (10)

1. 被吐出媒体に液体を吐出させる吐出孔と、
   前記吐出孔から吐出させる液体に吐出のための加圧を行う圧力室と、
   前記圧力室を構成する壁面のうち少なくとも１つの壁面に配設される異なる特性を有する複数の圧力検出素子と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 被吐出媒体に液体を吐出させる吐出孔と、
   前記吐出孔から吐出させる液体に吐出のための加圧を行う圧力室と、
   前記圧力室を構成する壁面に配置される部分的に異なる特性を有する圧力検出素子と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記圧力検出素子は、前記圧力室を構成する複数の壁面にまたがって配置され、該複数の壁面の各壁面に異なる特性を有することを特徴とする請求項２記載の液体吐出ヘッド。
4. 被吐出媒体に液体を吐出させる吐出孔と、
   前記吐出孔から吐出させる液体に吐出のための加圧を行う圧力室と、
   前記圧力室を構成する壁面に配置される異なる特性を有する複数の圧力検出素子と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 前記複数の圧力検出素子は前記圧力室を構成する１つの壁面に対して１つ配設されることを特徴とする請求項４記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記異なる特性は共振周波数を含むことを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記圧力室を構成する壁面のうち少なくとも１面に設けられ、前記圧力室を変形させるアクチュエータを備え、
   前記圧力室を構成する壁面のうち、前記圧力検出素子を配設可能な面の面積が最も大きい壁面に最もよく使用される前記アクチュエータの駆動周波数に対応した共振周波数を有する前記圧力検出素子を配設することを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記圧力室を構成する壁面のうち少なくとも１面に設けられ、前記圧力室を変形させるアクチュエータを備え、
   前記アクチュエータが設けられるアクチュエータ配設面と対向する面に最もよく使用される前記アクチュエータの駆動周波数に対応する共振周波数を有する圧力検出素子を配設することを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記圧力室を構成する壁面のうち少なくとも１面に設けられ、前記圧力室を変形させるアクチュエータを備え、
   前記アクチュエータが設けられるアクチュエータ配設面と対向する面に最も高い共振周波数を有する前記圧力検出素子を配設することを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記圧力検出素子は圧電素子を含み、
    前記圧電素子の厚み及び剛性のうち少なくとも何れか一方を変えて共振周波数を異ならせることを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
    

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