液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像形成装置
【課題】測温抵抗体を用いて検出した温度に基づいて吐出圧力を制御する構成で、安定した液滴吐出特性が得ることができる液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】ノズル孔２と、インクを収容する圧力室３と、圧力室３内に圧力を発生させる圧電素子１６と、測温抵抗体２８を配置した位置における温度を検出する制御部６０と、制御部６０の検出結果に基づいて圧電素子１６の出力を制御する駆動ＩＣ１１とを有し、圧電素子１６が圧力室３内の圧力を高めることにより圧力室３内のインクが液滴としてノズル孔２から吐出される構成であり、ノズル孔２を設けたノズル基板１と、圧力室３を形成する壁面を構成する個別液室基板１２とを重ねて固定した構成の液滴吐出ヘッド５０において、測温抵抗体２８を個別液室基板１２に配置する。
【解決手段】ノズル孔２と、インクを収容する圧力室３と、圧力室３内に圧力を発生させる圧電素子１６と、測温抵抗体２８を配置した位置における温度を検出する制御部６０と、制御部６０の検出結果に基づいて圧電素子１６の出力を制御する駆動ＩＣ１１とを有し、圧電素子１６が圧力室３内の圧力を高めることにより圧力室３内のインクが液滴としてノズル孔２から吐出される構成であり、ノズル孔２を設けたノズル基板１と、圧力室３を形成する壁面を構成する個別液室基板１２とを重ねて固定した構成の液滴吐出ヘッド５０において、測温抵抗体２８を個別液室基板１２に配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出するインクジェットヘッド等の液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）を搭載したインクジェットプリンタ（画像形成装置）は、近年、高画質、低価格、高速対応性（ノズルの数を増減することにより、速いプリンタから遅いが安いプリンタまで対応ができる）が評価されて普及が進むなか、より一層の画質向上、信頼性向上、コストダウン、小型化が要求されてきている。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、インク液滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出液室（加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出液室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出液室内インクを加圧することによってノズル孔からインク液滴を吐出させる。
圧力発生手段としては、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出液室の壁面を形成している振動板を変形させることでインク液滴を吐出させるものが知られている。
【０００４】
インクジェットヘッドに用いられるインクは一般的に温度変化により粘度が変わる性質があるために、環境温度が変化したにも係わらず、吐出圧力が一定であると、温度によってインクの吐出量が変化する。このため、記録媒体上での記録ドット径が温度とともに変化し、環境温度がある所定の温度範囲からはずれると、良好な印字結果が得られず画質が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
環境温度の変化に応じて吐出圧力を変化させる構成として、特許文献１には、周囲の温度により抵抗値が変化する材料（測温抵抗体）を、圧電素子を駆動するための信号を伝達する配線の一部に用いる構成が記載されている。例えば、周囲温度の上昇した場合、インクの粘度が低下して、ある一定の量のインクを吐出するために要する吐出圧力は減少する。特許文献１に記載の構成では、周囲温度の上昇した場合、測温抵抗体の抵抗値が増加し、これによって配線内で電圧降下が増大し、結果、圧電素子を駆動する電圧が減少する。これにより、電圧を印加された圧電素子の変形量が減少し、吐出圧力も減少する。すなわち、特許文献１に記載の構成では、インクの粘度が低下し必要な吐出圧力が減少する高温環境であるほど吐出圧力を小さくし、インクの粘度が上昇し必要な吐出圧力が増加する低温環境であるほど吐出圧力を大きくすることができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、温度変化によってインクの粘度が変化することによる必要な吐出圧力の変化量と、温度変化によって測温抵抗体の抵抗値が変化することによる圧電素子の吐出圧力の変化量とは必ずしも一致しない。そして、温度変化による必要な吐出圧力の変化量と圧電素子の吐出圧力の変化量とをすべての環境温度領域で一致させることは非常に困難である。
【０００７】
環境温度の変化に応じて吐出圧力を変化させる他の構成として、特許文献２及び３には、測温抵抗体（サーミスタ）に電圧を印加し、抵抗値の変化を測定することで測温抵抗体を配置した位置における温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の検出結果に基づいて圧電素子等の圧力発生手段の出力を制御する圧力制御手段とを備えた構成が記載されている。
このような構成では、圧力制御手段が備えるデータテーブルに、測温抵抗体の抵抗値と、その抵抗値となる温度のときに適した圧力発生手段の出力値との情報が予め入力されている。そして、このデータテーブルの情報に基づいて、圧力発生手段の出力を制御する。
このような構成であれば、温度変化によって必要な吐出圧力の変化したときに、各温度における必要な吐出圧力を圧力発生手段によって出力させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２及び３に記載のインクジェットヘッドは、圧力発生手段によって圧力が付与されるインクが収容される吐出液室を形成する吐出液室形成部材とは別部材に測温抵抗体が配置されている。設置環境の温度のみを考慮するのであれば、インクジェットヘッド内の何れの箇所に測温抵抗体を配置しても温度検出には問題無いように思われる。
【０００９】
しかしながら、測温抵抗体は温度によって抵抗が変化する抵抗体であり、電圧印加によってジュール熱によって発熱する。このため、経時の電圧印加によって測温抵抗体が配置された部材はインクジェットヘッドを構成する他の部材よりも温度が上昇する。そして、吐出液室とは異なる部材に測温抵抗体が配置された構成では、測温抵抗体とこれが配置された部材とは測温抵抗体の発熱によって温度上昇するが、吐出液室形成部材と吐出液室形成部材に形成された吐出液室内のインクとは測温抵抗体の発熱によって加熱され難く、測温抵抗体の温度上昇に応じた吐出液室内のインクの温度上昇は生じ難い。これにより、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度とに温度差が生じ、測温抵抗体の測定結果に基づいて圧力発生手段が出力した吐出圧力と、温度変化によって変化した必要な吐出圧力とが一致しない場合があった。このような場合、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度との温度差によって、吐出される液滴量が変化し、安定したインク液滴吐出特性が得られなくなる。
【００１０】
測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内の液体の温度との温度差によって、安定した液滴吐出特性が得られなくなる不具合は、吐出する液体はインクに限るものではない。温度によって粘度が変化する液体を吐出するものであれば同様の問題が生じ得る。
【００１１】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、測温抵抗体を用いて検出した温度に基づいて吐出圧力を制御する構成で、安定した液滴吐出特性が得ることができる液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔により外部と連通し、かつ、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、測温抵抗体を配置した位置における温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて該圧力発生手段の出力を制御する圧力制御手段とを有し、該圧力発生手段が該吐出液室内の圧力を高めることにより該吐出液室内の該吐出液が該液滴として該ノズル孔から吐出される構成であり、該ノズル孔を設けたノズル板と、該吐出液室を形成する壁面を構成する吐出液室形成部材とを重ねて固定した構成の液滴吐出ヘッドにおいて、上記測温抵抗体を上記吐出液室形成部材に配置することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、測温抵抗体を吐出液室が形成された吐出液室形成部材に配置しているため、測温抵抗体とこれが配置された吐出液室形成部材は、測温抵抗体の発熱によって温度上昇する。このように、吐出液室形成部材が測温抵抗体とともに温度上昇することで、吐出液室形成部材に形成された吐出液室内のインクが加熱され易くなる。このため、測温抵抗体の温度上昇に応じた吐出液室内のインクの温度上昇が生じ易くなる。これにより、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度とに温度差が生じることを抑制し、測温抵抗体の測定結果に基づいて圧力発生手段が出力した吐出圧力と、温度変化によって変化した必要な吐出圧力とが一致し易くなる。これにより、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度との温度差に起因して吐出される液滴量が変化することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、吐出される液滴量が変化することを抑制できるため、安定した液滴吐出特性が得ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】インクジェットプリンタの概略斜視図。
【図２】インクジェットプリンタの概略断面図。
【図３】インクカートリッジの概略構成図。
【図４】本実施形態の液滴吐出ヘッドの上部層の斜視図。
【図５】液滴吐出ヘッドの下部層の説明図、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図。
【図６】測温抵抗体が延在する方向に二個並べて配置された液滴吐出ヘッドの下部層の上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用可能な画像形成装置の一実施形態として、インクジェットプリンタ（以下、プリンタ１００）について説明する。
まず、プリンタ１００の基本的な構成について説明する。図１は、プリンタ１００の斜視図である。プリンタ１００は、キャリッジ１０１と、記録ヘッド５１と、インクカートリッジ１０２とを含んで構成される印字機構部１０３を本体内部に有している。キャリッジ１０１は、用紙３０の搬送方向に対して直交方向である走査方向に移動可能な部材である。記録ヘッド５１は、キャリッジ１０１に搭載した液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドであり、インクカートリッジ１０２は後述する記録ヘッド５１にインク液を供給する。
【００１７】
図２は、プリンタ１００主走査方向の図１中の手前側から見たときのインクカートリッジ１０２部分における概略断面図である。図２に示すように、プリンタ１００の本体内部には、印字機構部１０３の他に、給紙機構部１０４を有している。
プリンタ１００は、詳細は後述するが、給紙トレイまたは手差しトレイ１０５から給送される用紙３０を取り込み、印字機構部１０３によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１０６に排紙する。
【００１８】
印字機構部１０３のキャリッジ１０１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブッラク（Ｂ）の各色のインク液を収容した四つのインクカートリッジ１０２がそれぞれ交換可能に装着されている。
【００１９】
図３は四つのインクカートリッジ１０２のうちの一つの概略構成図である。四つのインクカートリッジ１０２は、収容するインク液の色が異なる以外は同様の構成である。
キャリッジ１０１に搭載されたインクカートリッジ１０２は、ノズル孔を有する記録ヘッド５１と、インク液を収容し、記録ヘッド５１にインクを供給するタンク部１０２ａを有している。ここで、図１または図２では下方に向いて設置される記録ヘッド５１を、図３では説明の都合上、上方に描いている。
インクカートリッジ１０２のタンク部１０２ａの上方（図２中の上方）には、大気と連通する不図示の大気口が備えられている。また、図２に示すように、タンク部１０２ａの下方には、タンク部１０２ａ内のインク液を記録ヘッド５１に供給する供給口１０２ｂが設けられている。さらに、タンク部１０２ａの内部には、内部にはインク液が充填された不図示の多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド５１へ供給されるインク液をわずかな負圧に維持している。
【００２０】
記録ヘッド５１は、インク吐出口である複数のノズル孔を主走査方向と交差する方向に配列し、インク液滴吐出方向が下方となるように配置されている。
本実施形態では、記録ヘッド５１とタンク部１０２ａとが一体となったインクカートリッジ１０２について説明したが、タンク部１０２ａと記録ヘッド５１とを別体としても良い。また、記録ヘッド５１としてここでは各色に対応したヘッド部を用いているが、各色のインク液を吐出するノズル孔を有する１個のヘッド部でもよい。
【００２１】
印字機構部１０３はキャリッジ１０１を保持する保持手段として、プリンタ１００本体の主走査方向の両側面に横架し、キャリッジ１０１の後方側（用紙搬送方向下流側）を貫通する主ガイドロッド１０７を有している。また、この主ガイドロッド１０７と一定間隔をおいて並行に延在し、キャリッジ１０１の前方側（用紙搬送方向上流側）が載置される従ガイドロッド１０８を有している。キャリッジ１０１は、主ガイドロッド１０７及び従ガイドロッド１０８によって主走査方向に移動可能なように摺動自在に保持されている。
【００２２】
また、印字機構部１０３はキャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するための移動手段として、タイミングベルト１１２と、タイミングベルト１１２を張架する駆動プーリ１１０及び従動プーリ１１１と、駆動プーリ１１０を回転駆動する主走査モータ１０９とを有している。図１に示すように、駆動プーリ１１０はプリンタ１００本体の一方の側面側に配置し、従動プーリ１１１は、本体の他方の側面側に配置して、タイミングベルト１１２が主走査方向に平行に延在するようにしている。また、タイミングベルト１１２にはキャリッジ１０１が固定されている。
【００２３】
主走査モータ１０９は、駆動プーリ１１０を正逆回転させる駆動源であり、駆動プーリ１１０が回転すると、タイミングベルト１１２が主走査方向に無端移動する。キャリッジ１０１は、タイミングベルト１１２に固定されているため、タイミングベルト１１２とともに主走査方向に移動する。このため、主走査モータ１０９によって駆動プーリ１１０を正逆回転させることで、キャリッジ１０１が主走査方向に往復移動される。
【００２４】
給紙機構部１０４には、用紙３０を積載した給紙トレイと、給紙ローラ１１３と、フリクションパッド１１４と、ガイド部材１１５と、搬送ローラ１１６とを備えている。給紙機構部１０４の給紙トレイは、複数枚の用紙３０の束を積載し、プリンタ１００本体に対して着脱可能に装着されている。
給紙ローラ１１３及びフリクションパッド１１４は、用紙３０を、記録ヘッド５１の下方に搬送するために、給紙トレイ内にセットした用紙３０の束の最上段の一枚を分離給紙する。ガイド部材１１５は、給紙トレイから分離給紙された用紙３０を搬送ローラ１１６によって搬送される領域に案内する。
【００２５】
搬送ローラ１１６は、用紙３０を反転させて液滴吐出ヘッドとしての記録ヘッド５１と対向する位置に搬送する。また、搬送ローラ１１６の周囲には、用紙３０を搬送ローラ１１６に押し付ける搬送コロ１１７、及び、用紙３０を所定の送り出し角度で記録ヘッド５１との対向する位置に送り出す先端コロ１１８が配置されている。搬送ローラ１１６は、副走査モータ１３０によってギヤ列を介して回転駆動が伝達され、図１中の時計周り方向に回転する。
【００２６】
記録ヘッド５１と対向する位置には、キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１６から送り出された用紙３０を記録ヘッド５１の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１１９が設けられている。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙３０を排出方向に送り出すための排出ローラ１２０と、排出ローラ１２０に対向する排出拍車１２１とが配置されている。さらに、送り出された用紙３０を排紙トレイ１０６に排出する排紙ローラ１２３と排紙ローラ１２３に対向する排紙拍車１２４とを備えている。また、排出ローラ１２０と排紙ローラ１２３との間には、排紙経路を形成する一対のガイド部材として下ガイド部材１２５及び上ガイド部材１２６が配設されている。
【００２７】
また、プリンタ１００には、手差しで用紙３０を給紙できるように手差しトレイ１０５が設けられており、プリンタ１００本体に対して開倒可能に取り付けられている。この手差しトレイ１０５上の用紙３０は、手差し給紙ローラ１０５ａによって搬送ローラ１１６に搬送される。
【００２８】
また、印字機構部１０３におけるキャリッジ１０１の移動方向についての一端である、図１中の右手前側端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド５１の吐出不良を回復するための回復装置１２７を配置している。回復装置１２７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１０１は印字待機中にはこの回復装置１２７側に移動されて不図示のキャッピング手段で記録ヘッド５１をキャッピングされ、ノズル孔が湿潤状態に保たれることによりインク乾燥による吐出不良を防止する構成となっている。また、記録途中などに回復装置１２７と対向する位置にキャリッジ１０１を移動させ、記録とは関係しないインク液を吐出することにより、全てのノズル孔のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００２９】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド５１のノズル孔を密封し、キャッピング手段に設けられた不図示のチューブを通して、吸引手段でノズル孔からインク液とともに気泡等を吸い出す。さらに、ノズル孔が開口しているヘッド面に付着したインク液やゴミ等はクリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインク液は、プリンタ１００本体下部に設置された不図示の廃インクタンクに排出され、廃インクタンク内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００３０】
次に、プリンタ１００のプリント動作について説明する。
プリンタ１００は、パーソナルコンピュータ等の外部装置から画像情報などの信号が送られ、プリント動作を実行する。プリント動作が実行されると、まず、手差しトレイ１０５から手差し給紙ローラ１０５ａによって、または、給紙トレイから給紙ローラ１１３によって用紙３０が給紙される。給紙トレイから給紙された用紙３０は、ガイド部材１１５や搬送コロ１１７に案内されて、搬送ローラ１１６に搬送されつつ反転し、記録ヘッド５１と対向する位置に搬送される。一方、手差しトレイ１０５から供給された用紙３０は、搬送コロ１１７に案内されて、搬送ローラ１１６に搬送されて記録ヘッド５１と対向する位置に搬送される。
【００３１】
記録ヘッド５１に対向する位置に搬送された用紙３０が所定位置に達したら、搬送ローラ１１６を停止して用紙３０の移動を停止する。そして、キャリッジ１０１が画像信号に応じて主走査方向に往復移動しながら、停止した用紙３０の所定箇所に所定のインク液を吐出して一行分の画像を用紙３０に形成する。ここで、一行とは、記録ヘッド５１が用紙３０へ記録可能な副走査方向（記録ヘッド５１に対向する位置での用紙３０の移動方向）の範囲を言う。
主走査方向に一行分の画像形成が終了したら、搬送ローラ１１６を所定時間駆動させ、用紙３０を一行分、排紙トレイ１０６方向に移動させて停止する。そして、キャリッジ１０１が画像信号に応じて主走査方向に往復移動しながら一行分の画像を形成する。
【００３２】
このような工程を所定回数繰り返して行い、用紙３０に所望の画像をプリントする。所望の画像がプリントされた用紙３０は、排出ローラ１２０及び排出拍車１２１と排紙ローラ１２３及び排紙拍車１２４とによって搬送され、排紙トレイ１０６に排出される。画像形成を終了したキャリッジ１０１は、図１中右手前側の回復装置１２７と対向する位置に移動して、図示しないキャッピング手段で記録ヘッド５１のノズル孔をキャッピングする。
【００３３】
次に、記録ヘッド５１について説明する。
図４は、上述した記録ヘッド５１に適用可能な本実施形態の液滴吐出ヘッド５０の上部層の斜視図であり、手前側が断面図となっている。
図５は、液滴吐出ヘッド５０の下部層の説明図である。図５（ａ）は、図４で示す上部層の下端から下部層を見たＸ−Ｙ平面における上面図であり、後述する液体供給基板７の下端近傍の図示を省略した説明図である。また、図５（ｂ）は、液滴吐出ヘッド５０の下部層のＸ−Ｚ平面の断面図であり、後述する液体供給基板７から下の部分を示す断面図である。
【００３４】
本実施形態の液滴吐出ヘッド５０は、インク液滴をノズル基板１の面部に設けたノズル孔２から吐出させるサイドシューター方式の例を示すもので図示している。インクの系統は４つに分かれており、４色のインクを１つのヘッドから吐出が可能な４色一体型ヘッドである。
液滴吐出ヘッド５０は、ノズル基板１、個別液室基板１２、液体供給基板７及びフレーム基板９とを重ねて構成されている。
【００３５】
個別液室基板１２は、図５（ｂ）に示すように、一つの圧力室３の上部に一組の圧電素子１６及び振動板１７が配置されており、一つの圧力室３の下部を構成するノズル基板１には一つのノズル孔２が形成されている。
このため、図５（ａ）中の複数の圧電素子１６のそれぞれの下方に圧力室３が形成され、さらに、その下部のそれぞれのノズル孔２が形成されている。すなわち、個別液室基板１２は、複数の圧力室３をＹ方向に直線状に並べて配置した圧力室列が、Ｘ方向に４列配置してある。また、ノズル基板１も同様に、複数のノズル孔２をＹ方向に直線状に並べて配置したズル列が、Ｘ方向に４列配置してある。
圧電素子１６は、共通電極１３、圧電体１４及び上部電極１５から構成される。
【００３６】
個別液室基板１２は、各ノズル孔２に対応する場所に圧力室３、振動板１７、圧電素子１６が配置されている。圧電素子１６から引き出し配線２５を介して、駆動用集積回路（以下、「駆動ＩＣ１１」と呼ぶ）に接続するための接続パットであるバンプ１０を配置してある。
図５（ｂ）に示すように、個別液室基板１２は、ノズル基板１と接合する面（図５（ｂ）中の下面）に圧力室３が形成され、液体供給基板７と接合する面（図５（ｂ）中の上面）に圧電素子１６、引き出し配線２５、バンプ１０、駆動ＩＣ１１が配置してある。また、個別液室基板１２の液体供給基板７と接合する面における液体供給基板７の下面が接触し、個別液室基板１２と液体供給基板７とが接合する箇所の一部に測温抵抗体２８が配置されている。
【００３７】
また、個別液室基板１２は、圧電素子１６の上面を覆う絶縁体としての絶縁膜２３と、測温抵抗体２８などの電極を覆う絶縁体としての層間絶縁膜２４とを有する。
液体供給基板７は、個別液室基板１２に液体を供給する個別インク供給口６を有する。
【００３８】
フレーム基板９は、第一フレーム層９ａ、第二フレーム層９ｂ及び第三フレーム層９ｃを重ねて貼り合わせて形成している。第一フレーム層９ａ及び第二フレーム層９ｂは、層厚が厚すぎると所望の寸法制度で共通液室８を形成する穴あけ加工ができないため、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０では、別の層として加工したあとに貼り合わせる工法を取っている。また、第三フレーム層９ｃの一部は、駆動ＩＣ１１の上面を下方に向けて付勢する弾性部材１８として機能する。
フレーム基板９の最上部の第一フレーム層９ａの上面は、補強板２０の下面と貼り合わせており、フレーム基板９の最下部の第三フレーム層９ｃの下面は、液体供給基板７の上面と貼り合わせている。
【００３９】
また、第三フレーム層９ｃの下面における液体供給基板７の上面と重なる部分が液体供給基板７の上面と貼り合わせており、第三フレーム層９ｃの下方に駆動ＩＣ１１が配置されている部分の上面の一部が第二フレーム層９ｂの下面の一部と貼り合わされている。また、第三フレーム層９ｃの下方に駆動ＩＣ１１が配置されている部分の中央は繋がっておらず、自由端となっている。このように、第三フレーム層９ｃの下方に駆動ＩＣ１１が配置されている部分は、液体供給基板７及び第二フレーム層９ｂに貼り合せた部分が固定端で、中央が自由端となった片持ち梁構造となって弾性部材１８を形成している。弾性部材１８の片持ち梁構造の自由端が駆動ＩＣ１１の上面に接触し、その弾性力によって駆動ＩＣ１１を下方に向けて付勢している。これにより、部材精度や組み付け精度の精度誤差を吸収し、駆動ＩＣ１１を個別液室基板１２に対して固定することができる。
【００４０】
共通液室８の上方はダンパーフィルム１９によって塞がれている。このダンパーフィルム１９は、共通液室８における圧力緩和の機能（ダンパー）を果たすフィルムである。
また、ダンパーフィルム１９の上部には、共通液室８と対向する位置が開口部となるように形成された補強板２０が配置されている。この補強板２０はダンパーフィルム１９の撓みを補強し、ダンパーフィルム１９の可動域を確保する。
また、補強板２０には、共通液室８へ液体を供給する共通インク供給口２２を有する。
【００４１】
液滴吐出ヘッド５０は、駆動ＩＣ１１の出力を制御する駆動電圧制御部として機能する制御部６０を備える。制御部６０の配置としては、液滴吐出ヘッド５０の筺体に配置される構成に限らず、インクカートリッジ１０２内やキャリッジ１０１内、キャリッジ１０１と共には移動しない箇所のプリンタ１００内に配置された構成であっても良い。
【００４２】
駆動ＩＣ１１は、配線部材としての引き出し配線２５及びバンプ１０を介して圧電素子に電圧を印加する。
駆動ＩＣ１１は、制御部６０から供給された電圧を、印字パターンをもとに圧電素子１６に選択的に供給する機能を持つ。同時に、温度検知手段である測温抵抗体２８に接続された補正回路とＡ／Ｄ変換回路とを形成してあり、Ａ／Ｄ変換回路でデジタル化された温度情報が制御部６０に伝送され、予め決めた温度に対応する駆動電圧を圧電素子１６に供給する。
このような構成により、測温抵抗体２８によって検知された温度に基づいて圧電素子１６の出力を制御することができる。このため、圧電素子１６や測温抵抗体２８のジュール熱、環境温度の変化などによって圧力室３内のインクの温度が変化し粘性が変化しても、各温度における必要な吐出圧力を圧電素子１６によって出力させることができる。
【００４３】
温度を精密に計測するための補正回路としては、一般的に言われている、２／３／４導線式の温度測定回路を用いている。このような補正回路とＡ／Ｄ変換回路が駆動ＩＣ１１に搭載されているため、Ａ／Ｄ変換回路以降の信号伝送はデジタル信号となりいくら配線が長くなっても、温度の測定精度が損なわれることがなく、結果として吐出特性を安定化できる。このために、プリンタ１００の画質向上につながる。
【００４４】
また、測温抵抗体２８は圧力室列に沿ってＹ方向に延在するように配置されている。図５（ａ）に示すように、圧力室列に沿う方向にアクチュエータである圧電素子１６が多数配置されている。そして、印字を行う際は駆動するチャネルと駆動しないチャネルがあるため発熱に分布が生まれるので、圧力室列に沿う方向（Ｙ方向）に温度の分布（温度のムラ）が生じる。
【００４５】
このとき、Ｙ方向に延在するように測温抵抗体２８が配置された構成であれば、温度によって測温抵抗体２８の抵抗値に分布が生まれることになる。この温度分布に相関する抵抗分布を持つ測温抵抗体２８の抵抗値を単位長さあたりとして算出すれば、圧力室列の平均温度を求めることができる。
このように、圧力室列の平均温度を求めることで、各圧力室３毎に温度を別々に計測して平均化する構成よりも、測温抵抗体の単位長さあたりの抵抗値として温度を検出することで駆動ＩＣ１１が圧電素子１６に印加する駆動電圧を効率的に選択できる。
【００４６】
また、図５（ａ）に示すように、個別液室基板１２は、複数の圧力室３をＹ方向に配置した圧力室列が、Ｘ方向に４列配置してあり、４列の圧力室列のそれぞれに対応した４つの測温抵抗体２８を備える。これにより、温度の分布に従って列ごとに駆動ＩＣ１１が圧電素子１６に印加する駆動電圧の値を選択することができるため、個別液室基板１２のＸ方向に温度分布が生じていても吐出特性を安定化できる。
【００４７】
図６は、測温抵抗体２８が延在する方向に二個並べて配置された液滴吐出ヘッド５０の下部層の上面図である。図６に示す個別液室基板１２には、圧力室列に沿って延在するように配置されている測温抵抗体２８は、延在する方向に２個並べて配置されている。測温抵抗体２８が同一列内で分割して配置してあるために、Ｙ方向の温度分布に従って、駆動ＩＣ１１が圧電素子１６に印加する駆動電圧をより細かく選択することができ、吐出特性を安定化できる。
【００４８】
また、図５（ｂ）に示すように、液滴吐出ヘッド５０は、圧力室３に供給するインクなどの吐出液を収容する供給液収容部である共通液室８が形成され、個別液室基板１２におけるノズル基板１が固定される面とは反対側の面に重ねて固定された液体供給基板７を備え、個別液室基板１２の上面と液体供給基板７との接合部に測温抵抗体２８を配置している。これのような配置であれば、測温抵抗体２８を構成上必ず発生する個別液室基板１２と液体供給基板７との接合部に配置しているため、測温抵抗体２８を配置する特別なスペースを設ける必要がなく、液滴吐出ヘッド５０の大型化を避けることができ、低コスト化を実現できる。
【００４９】
＜製造方法＞
以下の（ａ）〜（ｌ）に、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０の製造工程を示す。
（ａ）：個別液室基板１２上の振動板１７を設ける位置以外の箇所にマスクとしてのシリコン窒化膜をパターニングする。その後、シリコン熱酸化膜形成方法である例えばプラズマＣＶＤ法、パイロ酸化法により、ポリシリコンとＳｉＯ２との多層積層膜である振動板１７を個別液室基板１２上に形成する。
（ｂ）：振動板１７が形成された個別液室基板１２の上面に薄膜形成方法としてのゾルゲル法またはスパッタ法により、例えばＰｔ、Ｔｉ、ＬＮＯ、ＳＲＯからなる共通電極１３および測温抵抗体２８となる層を形成する。さらに、例えばＰＺＴからなる圧電体１４の層、及び、例えばＰｔ、ＬＮＯ、ＳＲＯからなる上部電極１５の層を順次形成する。
【００５０】
（ｃ）：フォトリソグラフィー法により上部電極１５、圧電体１４、共通電極１３および測温抵抗体２８を順次パターニングし、圧電素子１６と測温抵抗体２８を形成する。
このとき形成する測温抵抗体２８の形状としては、例えば図５及び図６に示すようなものがあるが、これに限るものではない。
（ｄ）：圧電素子１６の放電防止のための絶縁膜２３(例えば、Ａｌ２Ｏ３)を全体に成膜したあと、振動変位の妨げにならないように上部電極１５上を避けて圧電素子１６の端部と共通電極１３とに、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮからなる層間絶縁膜２４を形成する。
（ｅ）：アルミニウムからなる引き出し配線２５を所望の箇所に形成する。
【００５１】
（ｆ）：別途シリコン基板にリソエッチ法で凹部２６を形成してある液体供給基板７を製作しておき、個別液室基板１２の圧電素子面に接着する。
（ｇ）：個別液室基板１２の圧電素子形成面の反対側を所望の厚さまで研磨する。
（ｈ）：個別液室基板１２の圧電素子形成面の反対側をＩＣＰドライエッチングによりエッチングし個別液室としての圧力室３、流体抵抗部４及びインク導入路５となる凹部を形成する。
別途ＳＵＳのプレス加工、研磨によるノズル孔２を形成しておいたノズル基板１を個別液室基板１２の凹部形成側に接合する。
【００５２】
（ｉ）：個別液室基板１２の液体供給基板７側に設けたバンプ１０に別途製作した駆動ＩＣ１１をフリップチップ接合により実装する。
（ｊ）：プレス加工、微細切削加工により形成した第一フレーム層９ａ、第二フレーム層９ｂ及び第三フレーム層９ｃを別途接合してフレーム基板９を製作し、接液膜を成膜したのちに液体供給基板７に接合する。
（ｋ）：ダンパーフィルム１９を設けた補強板２０をフレーム基板９に接合する。
（ｌ）：補強板２０の上に別途製作した不図示のハウジングを接合する。
以上の（ａ）〜（ｌ）の工程により、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０が完成する。
【００５３】
本実施形態の液滴吐出ヘッド５０は、測温抵抗体２８は共通電極１３と同じ材質である。そして、製造時には、上記（ｂ）の工程のように、共通電極１３および測温抵抗体２８となる層を一つ層として形成し、上記（ｃ）の工程のように、パターニングによって共通電極１３と測温抵抗体２８との二種の部材を形成する。
このように測温抵抗体が上部電極または共通電極と同一の材料で構成し、電極と測温抵抗体とを同時形成することで、工程を増やすことなく、また材料を特別に用意することなく測温抵抗体の形成が可能となる。これにより、測温抵抗体による温度検出によって安定した画像品質を維持しながら、コスト増を招く要因がないため、低コスト化を実現できる。
【００５４】
また、圧電素子は抵抗体であるため、変形のための電圧印加によってジュール熱によって発熱することが考えられる。このため、圧電素子が配置され、吐出液室を形成する吐出液室形成部材と、測温抵抗体を配置した部材とが異なる部材であると、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度との温度差が生じ、吐出される液滴量が変化し、安定したインク液滴吐出特性が得られなくなる。
これに対して、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０は、圧電素子１６が配置され、吐出液室である圧力室３を形成する吐出液室形成部材である個別液室基板１２に測温抵抗体２８が配置されているため、圧電素子１６のジュール熱によって個別液室基板１２の温度が上昇しても、その温度上昇は測温抵抗体２８を配置した位置にも反映されるため、測温抵抗体２８を配置した位置の温度と、圧力室３内のインクの温度との温度差が生じ難く、安定した液滴量のインクの吐出を行うことができる。
【００５５】
このような液滴吐出ヘッド５０を記録ヘッド５１に用いることにより、本実施形態のプリンタ１００は、設置環境の温度が変化しても、安定したインク液滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
また、上述した実施形態においては、液滴吐出ヘッド５０をインクジェットプリンタの記録ヘッド５１に適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッド５０として、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
【００５６】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
〔態様Ａ〕
ノズル孔２などの液滴を吐出するノズル孔と、ノズル孔により外部と連通し、かつ、液滴となるインクなどの吐出液を収容する圧力室３などの吐出液室と、吐出液室内に圧力を発生させる圧電素子１６などの圧力発生手段と、測温抵抗体２８などの測温抵抗体を配置した位置における温度を検出する制御部６０などの温度検出手段と、温度検出手段の検出結果に基づいて圧力発生手段の出力を制御する駆動ＩＣ１１などの圧力制御手段とを有し、圧力発生手段が吐出液室内の圧力を高めることにより吐出液室内の吐出液が該液滴としてノズル孔から吐出される構成であり、ノズル孔を設けたノズル基板１などのノズル板と、吐出液室を形成する壁面を構成する個別液室基板１２などの吐出液室形成部材とを重ねて固定した構成の液滴吐出ヘッド５０などの液滴吐出ヘッドにおいて、測温抵抗体２８などの測温抵抗体を個別液室基板１２などの吐出液室形成部材に配置する。これによれば、上記実施形態について説明したように、個別液室基板１２上に測温抵抗体２８を配置しているため、吐出用のインクに近接した場所の温度が正確に検知でき、それゆえ適切な電圧を圧電素子１６に供給することが可能になり、吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｂ〕
〔態様Ａ〕において、圧力発生手段は、圧力室３などの吐出液室の壁面の一部を構成し、変形することで吐出液室の体積を変動させる振動板１７などの振動板と、圧電体１４などの圧電体を挟む上部電極１５及び共通電極１３などの二つの電極のうちの一方（共通電極１３）が振動板と一体的に形成され、二つの電極の間に電圧を印加されることにより圧電体に変形が生じ、この変形を伝達することで振動板を変形させる圧電素子１６等の圧電素子と、圧電素子に電圧を印加する駆動ＩＣ１１などの駆動電源とを有し、振動板の変形による吐出液室の体積の変動によって吐出液室内の圧力を発生させるものであり、圧力制御手段は、駆動ＩＣ１１などの駆動電源が圧電素子１６などの圧電素子に印加する電圧を制御することにより、圧電体及び振動板の変形量を制御し、振動板の変形によって生じる吐出液室内の圧力の大きさを制御する。これによれば、上記実施形態について説明したように、圧力室３内のインクの温度変化に応じて、各温度における必要な吐出圧力を圧電素子１６によって出力させる構成を実現することができる。
〔態様Ｃ〕
〔態様Ａ〕または〔態様Ｂ〕において、個別液室基板１２などの吐出液室形成部材は、複数の圧力室３などの吐出液室を（Ｙ軸方向に）直線状に並べて吐出液室の列である吐出液室列を形成した構成であり、ノズル基板１などのノズル板には、吐出液室形成部材を固定した際に、吐出液室形成部材に設けた複数の吐出液室のそれぞれに対応するように、複数のノズル孔２などのノズル孔を設けてノズル列を形成し、測温抵抗体２８などの測温抵抗体は吐出液室列に沿って延在するように配置されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、圧力室３などの吐出液室列ごとに温度分布があり正確な温度を決定することが困難である場合に、測温抵抗体２８などの測温抵抗体が吐出液室列に沿って並べているので、平均温度を計測し駆動電圧を効率的に選択でき、吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｄ〕
〔態様Ｃ〕において、個別液室基板１２などの吐出液室形成部材は、複数の圧力室３などの吐出液室列を複数列備え、複数の吐出液室列のそれぞれに対応した複数の測温抵抗体２８などの測温抵抗体を備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、測温抵抗体がノズル列もしくは個別液室列の各列に配置しているため、温度の分布に従って列ごとに駆動電圧を選択することができ、吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｅ〕
〔態様Ｃ〕または〔態様Ｄ〕において、圧力室列などの吐出液室列に沿って延在するように配置されている測温抵抗体２８などの測温抵抗体は、延在する方向に複数個並べて配置されている。これによれば、図６を用いて上記実施形態について説明したように、測温抵抗体が同一列内で分割して配置してあるために、温度分布に従って、より細かく駆動電圧を選択することができ、吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｆ〕
〔態様Ａ〕乃至〔態様Ｅ〕の何れか一つの態様において、圧力室３などの吐出液室に供給するインクなどの吐出液を収容する供給液収容部である共通液室８が形成され、個別液室基板１２などの吐出液室形成部材におけるノズル基板１などのノズル板が固定される面とは反対側の面に重ねて固定された液体供給基板７などの吐出液供給部形成部材を備え、吐出液室形成部材と吐出液供給部形成部材との接合部に測温抵抗体２８などの測温抵抗体を配置する。これによれば、上記実施形態について説明したように、測温抵抗体を構成上必ず発生する個別液室基板と吐出液供給部形成部材との接合部に配置しているため、測温抵抗体を配置する特別なスペースを設ける必要がなく、滴吐出ヘッドの大型化を避けることができ、低コスト化を実現できる。
〔態様Ｇ〕
〔態様Ｂ〕または、少なくとも〔態様Ｂ〕の構成を備えた〔態様Ｃ〕乃至〔態様Ｆ〕の何れか一つの態様において、制御部６０などの温度検出手段は、温度を精密に計測するための補正回路を含み、駆動ＩＣ１１などの圧力制御手段は、補正回路から出力された電気信号をＡ／Ｄ変換によりデジタル化するＡ／Ｄ変換回路を含み、補正回路と該Ａ／Ｄ変換回路が駆動ＩＣ１１などの駆動電源と同一の基板（個別液室基板１２など）に形成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、補正回路とＡ／Ｄ変換回路が駆動ＩＣ１１に搭載されているため、Ａ／Ｄ変換回路以降の信号伝送はデジタル信号となりいくら配線が長くなっても、温度の測定精度が損なわれることがなく、結果として吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｈ〕
インク液滴を吐出するインク吐出ヘッドと、記録ヘッド５１などのインク吐出ヘッドにインクを供給するタンク部１０２ａなどのインクタンクを一体化したインクカートリッジ１０２などのインクカートリッジにおいて、インク吐出ヘッドとして、〔態様Ａ〕乃至〔態様Ｇ〕の何れか一つの態様の液滴吐出ヘッドを用いる。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出ヘッドとタンク部１０２ａなどのインクタンクをとを一体としてプリンタ１００などの画像形成装置から交換可能となり、吐出特性を安定化できる液滴吐出ヘッドの交換性が向上する。
〔態様Ｉ〕
インク液滴を吐出する記録ヘッド５１などのインクジェットヘッドを搭載したプリンタ１００などのインクジェット記録装置において、インクジェットヘッドとして〔態様Ａ〕乃至〔態様Ｇ〕の何れか一つの態様の液滴吐出ヘッドを用いる。これによれば、上記実施形態について説明したように、環境温度が変化しても吐出特性を安定化できるため、安定した画像品質を維持することができる。
〔態様Ｊ〕
インクカートリッジ１０２などのインクカートリッジの記録ヘッド５１などのヘッド部から液滴を吐出させて用紙３０などの被記録媒体に記録を行うプリンタ１００などのインクジェット記録装置において、インクカートリッジとして、〔態様Ｈ〕のインクカートリッジを備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、環境温度が変化しても吐出特性を安定化できるため、安定した画像品質を維持することができ、さらに、吐出特性を安定化できる液滴吐出ヘッドの交換性が向上する。
【符号の説明】
【００５７】
１ ノズル基板
２ ノズル孔
３ 圧力室
４ 流体抵抗部
５ インク導入路
６ 個別インク供給口
７ 液体供給基板
８ 共通液室
９ フレーム基板
１０ バンプ
１１ 駆動ＩＣ
１２ 個別液室基板
１３ 共通電極
１４ 圧電体
１５ 上部電極
１６ 圧電素子
１７ 振動板
１８ 弾性部材
１９ ダンパーフィルム
２０ 補強板
２２ 共通インク供給口
２３ 絶縁膜
２４ 層間絶縁膜
２５ 引き出し配線
２６ 凹部
２８ 測温抵抗体
５０ 液滴吐出ヘッド
５１ 記録ヘッド
１００ プリンタ
１０１ キャリッジ
１０２ インクカートリッジ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開平１０−２１７４６３号公報
【特許文献２】特許２６７００８３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５５４６８号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出するインクジェットヘッド等の液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）を搭載したインクジェットプリンタ（画像形成装置）は、近年、高画質、低価格、高速対応性（ノズルの数を増減することにより、速いプリンタから遅いが安いプリンタまで対応ができる）が評価されて普及が進むなか、より一層の画質向上、信頼性向上、コストダウン、小型化が要求されてきている。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、インク液滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出液室（加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出液室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出液室内インクを加圧することによってノズル孔からインク液滴を吐出させる。
圧力発生手段としては、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出液室の壁面を形成している振動板を変形させることでインク液滴を吐出させるものが知られている。
【０００４】
インクジェットヘッドに用いられるインクは一般的に温度変化により粘度が変わる性質があるために、環境温度が変化したにも係わらず、吐出圧力が一定であると、温度によってインクの吐出量が変化する。このため、記録媒体上での記録ドット径が温度とともに変化し、環境温度がある所定の温度範囲からはずれると、良好な印字結果が得られず画質が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
環境温度の変化に応じて吐出圧力を変化させる構成として、特許文献１には、周囲の温度により抵抗値が変化する材料（測温抵抗体）を、圧電素子を駆動するための信号を伝達する配線の一部に用いる構成が記載されている。例えば、周囲温度の上昇した場合、インクの粘度が低下して、ある一定の量のインクを吐出するために要する吐出圧力は減少する。特許文献１に記載の構成では、周囲温度の上昇した場合、測温抵抗体の抵抗値が増加し、これによって配線内で電圧降下が増大し、結果、圧電素子を駆動する電圧が減少する。これにより、電圧を印加された圧電素子の変形量が減少し、吐出圧力も減少する。すなわち、特許文献１に記載の構成では、インクの粘度が低下し必要な吐出圧力が減少する高温環境であるほど吐出圧力を小さくし、インクの粘度が上昇し必要な吐出圧力が増加する低温環境であるほど吐出圧力を大きくすることができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、温度変化によってインクの粘度が変化することによる必要な吐出圧力の変化量と、温度変化によって測温抵抗体の抵抗値が変化することによる圧電素子の吐出圧力の変化量とは必ずしも一致しない。そして、温度変化による必要な吐出圧力の変化量と圧電素子の吐出圧力の変化量とをすべての環境温度領域で一致させることは非常に困難である。
【０００７】
環境温度の変化に応じて吐出圧力を変化させる他の構成として、特許文献２及び３には、測温抵抗体（サーミスタ）に電圧を印加し、抵抗値の変化を測定することで測温抵抗体を配置した位置における温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段の検出結果に基づいて圧電素子等の圧力発生手段の出力を制御する圧力制御手段とを備えた構成が記載されている。
このような構成では、圧力制御手段が備えるデータテーブルに、測温抵抗体の抵抗値と、その抵抗値となる温度のときに適した圧力発生手段の出力値との情報が予め入力されている。そして、このデータテーブルの情報に基づいて、圧力発生手段の出力を制御する。
このような構成であれば、温度変化によって必要な吐出圧力の変化したときに、各温度における必要な吐出圧力を圧力発生手段によって出力させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２及び３に記載のインクジェットヘッドは、圧力発生手段によって圧力が付与されるインクが収容される吐出液室を形成する吐出液室形成部材とは別部材に測温抵抗体が配置されている。設置環境の温度のみを考慮するのであれば、インクジェットヘッド内の何れの箇所に測温抵抗体を配置しても温度検出には問題無いように思われる。
【０００９】
しかしながら、測温抵抗体は温度によって抵抗が変化する抵抗体であり、電圧印加によってジュール熱によって発熱する。このため、経時の電圧印加によって測温抵抗体が配置された部材はインクジェットヘッドを構成する他の部材よりも温度が上昇する。そして、吐出液室とは異なる部材に測温抵抗体が配置された構成では、測温抵抗体とこれが配置された部材とは測温抵抗体の発熱によって温度上昇するが、吐出液室形成部材と吐出液室形成部材に形成された吐出液室内のインクとは測温抵抗体の発熱によって加熱され難く、測温抵抗体の温度上昇に応じた吐出液室内のインクの温度上昇は生じ難い。これにより、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度とに温度差が生じ、測温抵抗体の測定結果に基づいて圧力発生手段が出力した吐出圧力と、温度変化によって変化した必要な吐出圧力とが一致しない場合があった。このような場合、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度との温度差によって、吐出される液滴量が変化し、安定したインク液滴吐出特性が得られなくなる。
【００１０】
測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内の液体の温度との温度差によって、安定した液滴吐出特性が得られなくなる不具合は、吐出する液体はインクに限るものではない。温度によって粘度が変化する液体を吐出するものであれば同様の問題が生じ得る。
【００１１】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、測温抵抗体を用いて検出した温度に基づいて吐出圧力を制御する構成で、安定した液滴吐出特性が得ることができる液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、液滴を吐出するノズル孔と、該ノズル孔により外部と連通し、かつ、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、測温抵抗体を配置した位置における温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出結果に基づいて該圧力発生手段の出力を制御する圧力制御手段とを有し、該圧力発生手段が該吐出液室内の圧力を高めることにより該吐出液室内の該吐出液が該液滴として該ノズル孔から吐出される構成であり、該ノズル孔を設けたノズル板と、該吐出液室を形成する壁面を構成する吐出液室形成部材とを重ねて固定した構成の液滴吐出ヘッドにおいて、上記測温抵抗体を上記吐出液室形成部材に配置することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、測温抵抗体を吐出液室が形成された吐出液室形成部材に配置しているため、測温抵抗体とこれが配置された吐出液室形成部材は、測温抵抗体の発熱によって温度上昇する。このように、吐出液室形成部材が測温抵抗体とともに温度上昇することで、吐出液室形成部材に形成された吐出液室内のインクが加熱され易くなる。このため、測温抵抗体の温度上昇に応じた吐出液室内のインクの温度上昇が生じ易くなる。これにより、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度とに温度差が生じることを抑制し、測温抵抗体の測定結果に基づいて圧力発生手段が出力した吐出圧力と、温度変化によって変化した必要な吐出圧力とが一致し易くなる。これにより、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度との温度差に起因して吐出される液滴量が変化することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、吐出される液滴量が変化することを抑制できるため、安定した液滴吐出特性が得ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】インクジェットプリンタの概略斜視図。
【図２】インクジェットプリンタの概略断面図。
【図３】インクカートリッジの概略構成図。
【図４】本実施形態の液滴吐出ヘッドの上部層の斜視図。
【図５】液滴吐出ヘッドの下部層の説明図、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図。
【図６】測温抵抗体が延在する方向に二個並べて配置された液滴吐出ヘッドの下部層の上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用可能な画像形成装置の一実施形態として、インクジェットプリンタ（以下、プリンタ１００）について説明する。
まず、プリンタ１００の基本的な構成について説明する。図１は、プリンタ１００の斜視図である。プリンタ１００は、キャリッジ１０１と、記録ヘッド５１と、インクカートリッジ１０２とを含んで構成される印字機構部１０３を本体内部に有している。キャリッジ１０１は、用紙３０の搬送方向に対して直交方向である走査方向に移動可能な部材である。記録ヘッド５１は、キャリッジ１０１に搭載した液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドであり、インクカートリッジ１０２は後述する記録ヘッド５１にインク液を供給する。
【００１７】
図２は、プリンタ１００主走査方向の図１中の手前側から見たときのインクカートリッジ１０２部分における概略断面図である。図２に示すように、プリンタ１００の本体内部には、印字機構部１０３の他に、給紙機構部１０４を有している。
プリンタ１００は、詳細は後述するが、給紙トレイまたは手差しトレイ１０５から給送される用紙３０を取り込み、印字機構部１０３によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１０６に排紙する。
【００１８】
印字機構部１０３のキャリッジ１０１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブッラク（Ｂ）の各色のインク液を収容した四つのインクカートリッジ１０２がそれぞれ交換可能に装着されている。
【００１９】
図３は四つのインクカートリッジ１０２のうちの一つの概略構成図である。四つのインクカートリッジ１０２は、収容するインク液の色が異なる以外は同様の構成である。
キャリッジ１０１に搭載されたインクカートリッジ１０２は、ノズル孔を有する記録ヘッド５１と、インク液を収容し、記録ヘッド５１にインクを供給するタンク部１０２ａを有している。ここで、図１または図２では下方に向いて設置される記録ヘッド５１を、図３では説明の都合上、上方に描いている。
インクカートリッジ１０２のタンク部１０２ａの上方（図２中の上方）には、大気と連通する不図示の大気口が備えられている。また、図２に示すように、タンク部１０２ａの下方には、タンク部１０２ａ内のインク液を記録ヘッド５１に供給する供給口１０２ｂが設けられている。さらに、タンク部１０２ａの内部には、内部にはインク液が充填された不図示の多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド５１へ供給されるインク液をわずかな負圧に維持している。
【００２０】
記録ヘッド５１は、インク吐出口である複数のノズル孔を主走査方向と交差する方向に配列し、インク液滴吐出方向が下方となるように配置されている。
本実施形態では、記録ヘッド５１とタンク部１０２ａとが一体となったインクカートリッジ１０２について説明したが、タンク部１０２ａと記録ヘッド５１とを別体としても良い。また、記録ヘッド５１としてここでは各色に対応したヘッド部を用いているが、各色のインク液を吐出するノズル孔を有する１個のヘッド部でもよい。
【００２１】
印字機構部１０３はキャリッジ１０１を保持する保持手段として、プリンタ１００本体の主走査方向の両側面に横架し、キャリッジ１０１の後方側（用紙搬送方向下流側）を貫通する主ガイドロッド１０７を有している。また、この主ガイドロッド１０７と一定間隔をおいて並行に延在し、キャリッジ１０１の前方側（用紙搬送方向上流側）が載置される従ガイドロッド１０８を有している。キャリッジ１０１は、主ガイドロッド１０７及び従ガイドロッド１０８によって主走査方向に移動可能なように摺動自在に保持されている。
【００２２】
また、印字機構部１０３はキャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するための移動手段として、タイミングベルト１１２と、タイミングベルト１１２を張架する駆動プーリ１１０及び従動プーリ１１１と、駆動プーリ１１０を回転駆動する主走査モータ１０９とを有している。図１に示すように、駆動プーリ１１０はプリンタ１００本体の一方の側面側に配置し、従動プーリ１１１は、本体の他方の側面側に配置して、タイミングベルト１１２が主走査方向に平行に延在するようにしている。また、タイミングベルト１１２にはキャリッジ１０１が固定されている。
【００２３】
主走査モータ１０９は、駆動プーリ１１０を正逆回転させる駆動源であり、駆動プーリ１１０が回転すると、タイミングベルト１１２が主走査方向に無端移動する。キャリッジ１０１は、タイミングベルト１１２に固定されているため、タイミングベルト１１２とともに主走査方向に移動する。このため、主走査モータ１０９によって駆動プーリ１１０を正逆回転させることで、キャリッジ１０１が主走査方向に往復移動される。
【００２４】
給紙機構部１０４には、用紙３０を積載した給紙トレイと、給紙ローラ１１３と、フリクションパッド１１４と、ガイド部材１１５と、搬送ローラ１１６とを備えている。給紙機構部１０４の給紙トレイは、複数枚の用紙３０の束を積載し、プリンタ１００本体に対して着脱可能に装着されている。
給紙ローラ１１３及びフリクションパッド１１４は、用紙３０を、記録ヘッド５１の下方に搬送するために、給紙トレイ内にセットした用紙３０の束の最上段の一枚を分離給紙する。ガイド部材１１５は、給紙トレイから分離給紙された用紙３０を搬送ローラ１１６によって搬送される領域に案内する。
【００２５】
搬送ローラ１１６は、用紙３０を反転させて液滴吐出ヘッドとしての記録ヘッド５１と対向する位置に搬送する。また、搬送ローラ１１６の周囲には、用紙３０を搬送ローラ１１６に押し付ける搬送コロ１１７、及び、用紙３０を所定の送り出し角度で記録ヘッド５１との対向する位置に送り出す先端コロ１１８が配置されている。搬送ローラ１１６は、副走査モータ１３０によってギヤ列を介して回転駆動が伝達され、図１中の時計周り方向に回転する。
【００２６】
記録ヘッド５１と対向する位置には、キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１６から送り出された用紙３０を記録ヘッド５１の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１１９が設けられている。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙３０を排出方向に送り出すための排出ローラ１２０と、排出ローラ１２０に対向する排出拍車１２１とが配置されている。さらに、送り出された用紙３０を排紙トレイ１０６に排出する排紙ローラ１２３と排紙ローラ１２３に対向する排紙拍車１２４とを備えている。また、排出ローラ１２０と排紙ローラ１２３との間には、排紙経路を形成する一対のガイド部材として下ガイド部材１２５及び上ガイド部材１２６が配設されている。
【００２７】
また、プリンタ１００には、手差しで用紙３０を給紙できるように手差しトレイ１０５が設けられており、プリンタ１００本体に対して開倒可能に取り付けられている。この手差しトレイ１０５上の用紙３０は、手差し給紙ローラ１０５ａによって搬送ローラ１１６に搬送される。
【００２８】
また、印字機構部１０３におけるキャリッジ１０１の移動方向についての一端である、図１中の右手前側端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド５１の吐出不良を回復するための回復装置１２７を配置している。回復装置１２７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１０１は印字待機中にはこの回復装置１２７側に移動されて不図示のキャッピング手段で記録ヘッド５１をキャッピングされ、ノズル孔が湿潤状態に保たれることによりインク乾燥による吐出不良を防止する構成となっている。また、記録途中などに回復装置１２７と対向する位置にキャリッジ１０１を移動させ、記録とは関係しないインク液を吐出することにより、全てのノズル孔のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００２９】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド５１のノズル孔を密封し、キャッピング手段に設けられた不図示のチューブを通して、吸引手段でノズル孔からインク液とともに気泡等を吸い出す。さらに、ノズル孔が開口しているヘッド面に付着したインク液やゴミ等はクリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインク液は、プリンタ１００本体下部に設置された不図示の廃インクタンクに排出され、廃インクタンク内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００３０】
次に、プリンタ１００のプリント動作について説明する。
プリンタ１００は、パーソナルコンピュータ等の外部装置から画像情報などの信号が送られ、プリント動作を実行する。プリント動作が実行されると、まず、手差しトレイ１０５から手差し給紙ローラ１０５ａによって、または、給紙トレイから給紙ローラ１１３によって用紙３０が給紙される。給紙トレイから給紙された用紙３０は、ガイド部材１１５や搬送コロ１１７に案内されて、搬送ローラ１１６に搬送されつつ反転し、記録ヘッド５１と対向する位置に搬送される。一方、手差しトレイ１０５から供給された用紙３０は、搬送コロ１１７に案内されて、搬送ローラ１１６に搬送されて記録ヘッド５１と対向する位置に搬送される。
【００３１】
記録ヘッド５１に対向する位置に搬送された用紙３０が所定位置に達したら、搬送ローラ１１６を停止して用紙３０の移動を停止する。そして、キャリッジ１０１が画像信号に応じて主走査方向に往復移動しながら、停止した用紙３０の所定箇所に所定のインク液を吐出して一行分の画像を用紙３０に形成する。ここで、一行とは、記録ヘッド５１が用紙３０へ記録可能な副走査方向（記録ヘッド５１に対向する位置での用紙３０の移動方向）の範囲を言う。
主走査方向に一行分の画像形成が終了したら、搬送ローラ１１６を所定時間駆動させ、用紙３０を一行分、排紙トレイ１０６方向に移動させて停止する。そして、キャリッジ１０１が画像信号に応じて主走査方向に往復移動しながら一行分の画像を形成する。
【００３２】
このような工程を所定回数繰り返して行い、用紙３０に所望の画像をプリントする。所望の画像がプリントされた用紙３０は、排出ローラ１２０及び排出拍車１２１と排紙ローラ１２３及び排紙拍車１２４とによって搬送され、排紙トレイ１０６に排出される。画像形成を終了したキャリッジ１０１は、図１中右手前側の回復装置１２７と対向する位置に移動して、図示しないキャッピング手段で記録ヘッド５１のノズル孔をキャッピングする。
【００３３】
次に、記録ヘッド５１について説明する。
図４は、上述した記録ヘッド５１に適用可能な本実施形態の液滴吐出ヘッド５０の上部層の斜視図であり、手前側が断面図となっている。
図５は、液滴吐出ヘッド５０の下部層の説明図である。図５（ａ）は、図４で示す上部層の下端から下部層を見たＸ−Ｙ平面における上面図であり、後述する液体供給基板７の下端近傍の図示を省略した説明図である。また、図５（ｂ）は、液滴吐出ヘッド５０の下部層のＸ−Ｚ平面の断面図であり、後述する液体供給基板７から下の部分を示す断面図である。
【００３４】
本実施形態の液滴吐出ヘッド５０は、インク液滴をノズル基板１の面部に設けたノズル孔２から吐出させるサイドシューター方式の例を示すもので図示している。インクの系統は４つに分かれており、４色のインクを１つのヘッドから吐出が可能な４色一体型ヘッドである。
液滴吐出ヘッド５０は、ノズル基板１、個別液室基板１２、液体供給基板７及びフレーム基板９とを重ねて構成されている。
【００３５】
個別液室基板１２は、図５（ｂ）に示すように、一つの圧力室３の上部に一組の圧電素子１６及び振動板１７が配置されており、一つの圧力室３の下部を構成するノズル基板１には一つのノズル孔２が形成されている。
このため、図５（ａ）中の複数の圧電素子１６のそれぞれの下方に圧力室３が形成され、さらに、その下部のそれぞれのノズル孔２が形成されている。すなわち、個別液室基板１２は、複数の圧力室３をＹ方向に直線状に並べて配置した圧力室列が、Ｘ方向に４列配置してある。また、ノズル基板１も同様に、複数のノズル孔２をＹ方向に直線状に並べて配置したズル列が、Ｘ方向に４列配置してある。
圧電素子１６は、共通電極１３、圧電体１４及び上部電極１５から構成される。
【００３６】
個別液室基板１２は、各ノズル孔２に対応する場所に圧力室３、振動板１７、圧電素子１６が配置されている。圧電素子１６から引き出し配線２５を介して、駆動用集積回路（以下、「駆動ＩＣ１１」と呼ぶ）に接続するための接続パットであるバンプ１０を配置してある。
図５（ｂ）に示すように、個別液室基板１２は、ノズル基板１と接合する面（図５（ｂ）中の下面）に圧力室３が形成され、液体供給基板７と接合する面（図５（ｂ）中の上面）に圧電素子１６、引き出し配線２５、バンプ１０、駆動ＩＣ１１が配置してある。また、個別液室基板１２の液体供給基板７と接合する面における液体供給基板７の下面が接触し、個別液室基板１２と液体供給基板７とが接合する箇所の一部に測温抵抗体２８が配置されている。
【００３７】
また、個別液室基板１２は、圧電素子１６の上面を覆う絶縁体としての絶縁膜２３と、測温抵抗体２８などの電極を覆う絶縁体としての層間絶縁膜２４とを有する。
液体供給基板７は、個別液室基板１２に液体を供給する個別インク供給口６を有する。
【００３８】
フレーム基板９は、第一フレーム層９ａ、第二フレーム層９ｂ及び第三フレーム層９ｃを重ねて貼り合わせて形成している。第一フレーム層９ａ及び第二フレーム層９ｂは、層厚が厚すぎると所望の寸法制度で共通液室８を形成する穴あけ加工ができないため、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０では、別の層として加工したあとに貼り合わせる工法を取っている。また、第三フレーム層９ｃの一部は、駆動ＩＣ１１の上面を下方に向けて付勢する弾性部材１８として機能する。
フレーム基板９の最上部の第一フレーム層９ａの上面は、補強板２０の下面と貼り合わせており、フレーム基板９の最下部の第三フレーム層９ｃの下面は、液体供給基板７の上面と貼り合わせている。
【００３９】
また、第三フレーム層９ｃの下面における液体供給基板７の上面と重なる部分が液体供給基板７の上面と貼り合わせており、第三フレーム層９ｃの下方に駆動ＩＣ１１が配置されている部分の上面の一部が第二フレーム層９ｂの下面の一部と貼り合わされている。また、第三フレーム層９ｃの下方に駆動ＩＣ１１が配置されている部分の中央は繋がっておらず、自由端となっている。このように、第三フレーム層９ｃの下方に駆動ＩＣ１１が配置されている部分は、液体供給基板７及び第二フレーム層９ｂに貼り合せた部分が固定端で、中央が自由端となった片持ち梁構造となって弾性部材１８を形成している。弾性部材１８の片持ち梁構造の自由端が駆動ＩＣ１１の上面に接触し、その弾性力によって駆動ＩＣ１１を下方に向けて付勢している。これにより、部材精度や組み付け精度の精度誤差を吸収し、駆動ＩＣ１１を個別液室基板１２に対して固定することができる。
【００４０】
共通液室８の上方はダンパーフィルム１９によって塞がれている。このダンパーフィルム１９は、共通液室８における圧力緩和の機能（ダンパー）を果たすフィルムである。
また、ダンパーフィルム１９の上部には、共通液室８と対向する位置が開口部となるように形成された補強板２０が配置されている。この補強板２０はダンパーフィルム１９の撓みを補強し、ダンパーフィルム１９の可動域を確保する。
また、補強板２０には、共通液室８へ液体を供給する共通インク供給口２２を有する。
【００４１】
液滴吐出ヘッド５０は、駆動ＩＣ１１の出力を制御する駆動電圧制御部として機能する制御部６０を備える。制御部６０の配置としては、液滴吐出ヘッド５０の筺体に配置される構成に限らず、インクカートリッジ１０２内やキャリッジ１０１内、キャリッジ１０１と共には移動しない箇所のプリンタ１００内に配置された構成であっても良い。
【００４２】
駆動ＩＣ１１は、配線部材としての引き出し配線２５及びバンプ１０を介して圧電素子に電圧を印加する。
駆動ＩＣ１１は、制御部６０から供給された電圧を、印字パターンをもとに圧電素子１６に選択的に供給する機能を持つ。同時に、温度検知手段である測温抵抗体２８に接続された補正回路とＡ／Ｄ変換回路とを形成してあり、Ａ／Ｄ変換回路でデジタル化された温度情報が制御部６０に伝送され、予め決めた温度に対応する駆動電圧を圧電素子１６に供給する。
このような構成により、測温抵抗体２８によって検知された温度に基づいて圧電素子１６の出力を制御することができる。このため、圧電素子１６や測温抵抗体２８のジュール熱、環境温度の変化などによって圧力室３内のインクの温度が変化し粘性が変化しても、各温度における必要な吐出圧力を圧電素子１６によって出力させることができる。
【００４３】
温度を精密に計測するための補正回路としては、一般的に言われている、２／３／４導線式の温度測定回路を用いている。このような補正回路とＡ／Ｄ変換回路が駆動ＩＣ１１に搭載されているため、Ａ／Ｄ変換回路以降の信号伝送はデジタル信号となりいくら配線が長くなっても、温度の測定精度が損なわれることがなく、結果として吐出特性を安定化できる。このために、プリンタ１００の画質向上につながる。
【００４４】
また、測温抵抗体２８は圧力室列に沿ってＹ方向に延在するように配置されている。図５（ａ）に示すように、圧力室列に沿う方向にアクチュエータである圧電素子１６が多数配置されている。そして、印字を行う際は駆動するチャネルと駆動しないチャネルがあるため発熱に分布が生まれるので、圧力室列に沿う方向（Ｙ方向）に温度の分布（温度のムラ）が生じる。
【００４５】
このとき、Ｙ方向に延在するように測温抵抗体２８が配置された構成であれば、温度によって測温抵抗体２８の抵抗値に分布が生まれることになる。この温度分布に相関する抵抗分布を持つ測温抵抗体２８の抵抗値を単位長さあたりとして算出すれば、圧力室列の平均温度を求めることができる。
このように、圧力室列の平均温度を求めることで、各圧力室３毎に温度を別々に計測して平均化する構成よりも、測温抵抗体の単位長さあたりの抵抗値として温度を検出することで駆動ＩＣ１１が圧電素子１６に印加する駆動電圧を効率的に選択できる。
【００４６】
また、図５（ａ）に示すように、個別液室基板１２は、複数の圧力室３をＹ方向に配置した圧力室列が、Ｘ方向に４列配置してあり、４列の圧力室列のそれぞれに対応した４つの測温抵抗体２８を備える。これにより、温度の分布に従って列ごとに駆動ＩＣ１１が圧電素子１６に印加する駆動電圧の値を選択することができるため、個別液室基板１２のＸ方向に温度分布が生じていても吐出特性を安定化できる。
【００４７】
図６は、測温抵抗体２８が延在する方向に二個並べて配置された液滴吐出ヘッド５０の下部層の上面図である。図６に示す個別液室基板１２には、圧力室列に沿って延在するように配置されている測温抵抗体２８は、延在する方向に２個並べて配置されている。測温抵抗体２８が同一列内で分割して配置してあるために、Ｙ方向の温度分布に従って、駆動ＩＣ１１が圧電素子１６に印加する駆動電圧をより細かく選択することができ、吐出特性を安定化できる。
【００４８】
また、図５（ｂ）に示すように、液滴吐出ヘッド５０は、圧力室３に供給するインクなどの吐出液を収容する供給液収容部である共通液室８が形成され、個別液室基板１２におけるノズル基板１が固定される面とは反対側の面に重ねて固定された液体供給基板７を備え、個別液室基板１２の上面と液体供給基板７との接合部に測温抵抗体２８を配置している。これのような配置であれば、測温抵抗体２８を構成上必ず発生する個別液室基板１２と液体供給基板７との接合部に配置しているため、測温抵抗体２８を配置する特別なスペースを設ける必要がなく、液滴吐出ヘッド５０の大型化を避けることができ、低コスト化を実現できる。
【００４９】
＜製造方法＞
以下の（ａ）〜（ｌ）に、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０の製造工程を示す。
（ａ）：個別液室基板１２上の振動板１７を設ける位置以外の箇所にマスクとしてのシリコン窒化膜をパターニングする。その後、シリコン熱酸化膜形成方法である例えばプラズマＣＶＤ法、パイロ酸化法により、ポリシリコンとＳｉＯ２との多層積層膜である振動板１７を個別液室基板１２上に形成する。
（ｂ）：振動板１７が形成された個別液室基板１２の上面に薄膜形成方法としてのゾルゲル法またはスパッタ法により、例えばＰｔ、Ｔｉ、ＬＮＯ、ＳＲＯからなる共通電極１３および測温抵抗体２８となる層を形成する。さらに、例えばＰＺＴからなる圧電体１４の層、及び、例えばＰｔ、ＬＮＯ、ＳＲＯからなる上部電極１５の層を順次形成する。
【００５０】
（ｃ）：フォトリソグラフィー法により上部電極１５、圧電体１４、共通電極１３および測温抵抗体２８を順次パターニングし、圧電素子１６と測温抵抗体２８を形成する。
このとき形成する測温抵抗体２８の形状としては、例えば図５及び図６に示すようなものがあるが、これに限るものではない。
（ｄ）：圧電素子１６の放電防止のための絶縁膜２３(例えば、Ａｌ２Ｏ３)を全体に成膜したあと、振動変位の妨げにならないように上部電極１５上を避けて圧電素子１６の端部と共通電極１３とに、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮからなる層間絶縁膜２４を形成する。
（ｅ）：アルミニウムからなる引き出し配線２５を所望の箇所に形成する。
【００５１】
（ｆ）：別途シリコン基板にリソエッチ法で凹部２６を形成してある液体供給基板７を製作しておき、個別液室基板１２の圧電素子面に接着する。
（ｇ）：個別液室基板１２の圧電素子形成面の反対側を所望の厚さまで研磨する。
（ｈ）：個別液室基板１２の圧電素子形成面の反対側をＩＣＰドライエッチングによりエッチングし個別液室としての圧力室３、流体抵抗部４及びインク導入路５となる凹部を形成する。
別途ＳＵＳのプレス加工、研磨によるノズル孔２を形成しておいたノズル基板１を個別液室基板１２の凹部形成側に接合する。
【００５２】
（ｉ）：個別液室基板１２の液体供給基板７側に設けたバンプ１０に別途製作した駆動ＩＣ１１をフリップチップ接合により実装する。
（ｊ）：プレス加工、微細切削加工により形成した第一フレーム層９ａ、第二フレーム層９ｂ及び第三フレーム層９ｃを別途接合してフレーム基板９を製作し、接液膜を成膜したのちに液体供給基板７に接合する。
（ｋ）：ダンパーフィルム１９を設けた補強板２０をフレーム基板９に接合する。
（ｌ）：補強板２０の上に別途製作した不図示のハウジングを接合する。
以上の（ａ）〜（ｌ）の工程により、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０が完成する。
【００５３】
本実施形態の液滴吐出ヘッド５０は、測温抵抗体２８は共通電極１３と同じ材質である。そして、製造時には、上記（ｂ）の工程のように、共通電極１３および測温抵抗体２８となる層を一つ層として形成し、上記（ｃ）の工程のように、パターニングによって共通電極１３と測温抵抗体２８との二種の部材を形成する。
このように測温抵抗体が上部電極または共通電極と同一の材料で構成し、電極と測温抵抗体とを同時形成することで、工程を増やすことなく、また材料を特別に用意することなく測温抵抗体の形成が可能となる。これにより、測温抵抗体による温度検出によって安定した画像品質を維持しながら、コスト増を招く要因がないため、低コスト化を実現できる。
【００５４】
また、圧電素子は抵抗体であるため、変形のための電圧印加によってジュール熱によって発熱することが考えられる。このため、圧電素子が配置され、吐出液室を形成する吐出液室形成部材と、測温抵抗体を配置した部材とが異なる部材であると、測温抵抗体を配置した位置の温度と、吐出液室内のインクの温度との温度差が生じ、吐出される液滴量が変化し、安定したインク液滴吐出特性が得られなくなる。
これに対して、本実施形態の液滴吐出ヘッド５０は、圧電素子１６が配置され、吐出液室である圧力室３を形成する吐出液室形成部材である個別液室基板１２に測温抵抗体２８が配置されているため、圧電素子１６のジュール熱によって個別液室基板１２の温度が上昇しても、その温度上昇は測温抵抗体２８を配置した位置にも反映されるため、測温抵抗体２８を配置した位置の温度と、圧力室３内のインクの温度との温度差が生じ難く、安定した液滴量のインクの吐出を行うことができる。
【００５５】
このような液滴吐出ヘッド５０を記録ヘッド５１に用いることにより、本実施形態のプリンタ１００は、設置環境の温度が変化しても、安定したインク液滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
また、上述した実施形態においては、液滴吐出ヘッド５０をインクジェットプリンタの記録ヘッド５１に適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッド５０として、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
【００５６】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
〔態様Ａ〕
ノズル孔２などの液滴を吐出するノズル孔と、ノズル孔により外部と連通し、かつ、液滴となるインクなどの吐出液を収容する圧力室３などの吐出液室と、吐出液室内に圧力を発生させる圧電素子１６などの圧力発生手段と、測温抵抗体２８などの測温抵抗体を配置した位置における温度を検出する制御部６０などの温度検出手段と、温度検出手段の検出結果に基づいて圧力発生手段の出力を制御する駆動ＩＣ１１などの圧力制御手段とを有し、圧力発生手段が吐出液室内の圧力を高めることにより吐出液室内の吐出液が該液滴としてノズル孔から吐出される構成であり、ノズル孔を設けたノズル基板１などのノズル板と、吐出液室を形成する壁面を構成する個別液室基板１２などの吐出液室形成部材とを重ねて固定した構成の液滴吐出ヘッド５０などの液滴吐出ヘッドにおいて、測温抵抗体２８などの測温抵抗体を個別液室基板１２などの吐出液室形成部材に配置する。これによれば、上記実施形態について説明したように、個別液室基板１２上に測温抵抗体２８を配置しているため、吐出用のインクに近接した場所の温度が正確に検知でき、それゆえ適切な電圧を圧電素子１６に供給することが可能になり、吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｂ〕
〔態様Ａ〕において、圧力発生手段は、圧力室３などの吐出液室の壁面の一部を構成し、変形することで吐出液室の体積を変動させる振動板１７などの振動板と、圧電体１４などの圧電体を挟む上部電極１５及び共通電極１３などの二つの電極のうちの一方（共通電極１３）が振動板と一体的に形成され、二つの電極の間に電圧を印加されることにより圧電体に変形が生じ、この変形を伝達することで振動板を変形させる圧電素子１６等の圧電素子と、圧電素子に電圧を印加する駆動ＩＣ１１などの駆動電源とを有し、振動板の変形による吐出液室の体積の変動によって吐出液室内の圧力を発生させるものであり、圧力制御手段は、駆動ＩＣ１１などの駆動電源が圧電素子１６などの圧電素子に印加する電圧を制御することにより、圧電体及び振動板の変形量を制御し、振動板の変形によって生じる吐出液室内の圧力の大きさを制御する。これによれば、上記実施形態について説明したように、圧力室３内のインクの温度変化に応じて、各温度における必要な吐出圧力を圧電素子１６によって出力させる構成を実現することができる。
〔態様Ｃ〕
〔態様Ａ〕または〔態様Ｂ〕において、個別液室基板１２などの吐出液室形成部材は、複数の圧力室３などの吐出液室を（Ｙ軸方向に）直線状に並べて吐出液室の列である吐出液室列を形成した構成であり、ノズル基板１などのノズル板には、吐出液室形成部材を固定した際に、吐出液室形成部材に設けた複数の吐出液室のそれぞれに対応するように、複数のノズル孔２などのノズル孔を設けてノズル列を形成し、測温抵抗体２８などの測温抵抗体は吐出液室列に沿って延在するように配置されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、圧力室３などの吐出液室列ごとに温度分布があり正確な温度を決定することが困難である場合に、測温抵抗体２８などの測温抵抗体が吐出液室列に沿って並べているので、平均温度を計測し駆動電圧を効率的に選択でき、吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｄ〕
〔態様Ｃ〕において、個別液室基板１２などの吐出液室形成部材は、複数の圧力室３などの吐出液室列を複数列備え、複数の吐出液室列のそれぞれに対応した複数の測温抵抗体２８などの測温抵抗体を備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、測温抵抗体がノズル列もしくは個別液室列の各列に配置しているため、温度の分布に従って列ごとに駆動電圧を選択することができ、吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｅ〕
〔態様Ｃ〕または〔態様Ｄ〕において、圧力室列などの吐出液室列に沿って延在するように配置されている測温抵抗体２８などの測温抵抗体は、延在する方向に複数個並べて配置されている。これによれば、図６を用いて上記実施形態について説明したように、測温抵抗体が同一列内で分割して配置してあるために、温度分布に従って、より細かく駆動電圧を選択することができ、吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｆ〕
〔態様Ａ〕乃至〔態様Ｅ〕の何れか一つの態様において、圧力室３などの吐出液室に供給するインクなどの吐出液を収容する供給液収容部である共通液室８が形成され、個別液室基板１２などの吐出液室形成部材におけるノズル基板１などのノズル板が固定される面とは反対側の面に重ねて固定された液体供給基板７などの吐出液供給部形成部材を備え、吐出液室形成部材と吐出液供給部形成部材との接合部に測温抵抗体２８などの測温抵抗体を配置する。これによれば、上記実施形態について説明したように、測温抵抗体を構成上必ず発生する個別液室基板と吐出液供給部形成部材との接合部に配置しているため、測温抵抗体を配置する特別なスペースを設ける必要がなく、滴吐出ヘッドの大型化を避けることができ、低コスト化を実現できる。
〔態様Ｇ〕
〔態様Ｂ〕または、少なくとも〔態様Ｂ〕の構成を備えた〔態様Ｃ〕乃至〔態様Ｆ〕の何れか一つの態様において、制御部６０などの温度検出手段は、温度を精密に計測するための補正回路を含み、駆動ＩＣ１１などの圧力制御手段は、補正回路から出力された電気信号をＡ／Ｄ変換によりデジタル化するＡ／Ｄ変換回路を含み、補正回路と該Ａ／Ｄ変換回路が駆動ＩＣ１１などの駆動電源と同一の基板（個別液室基板１２など）に形成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、補正回路とＡ／Ｄ変換回路が駆動ＩＣ１１に搭載されているため、Ａ／Ｄ変換回路以降の信号伝送はデジタル信号となりいくら配線が長くなっても、温度の測定精度が損なわれることがなく、結果として吐出特性を安定化できる。
〔態様Ｈ〕
インク液滴を吐出するインク吐出ヘッドと、記録ヘッド５１などのインク吐出ヘッドにインクを供給するタンク部１０２ａなどのインクタンクを一体化したインクカートリッジ１０２などのインクカートリッジにおいて、インク吐出ヘッドとして、〔態様Ａ〕乃至〔態様Ｇ〕の何れか一つの態様の液滴吐出ヘッドを用いる。これによれば、上記実施形態について説明したように、液滴吐出ヘッドとタンク部１０２ａなどのインクタンクをとを一体としてプリンタ１００などの画像形成装置から交換可能となり、吐出特性を安定化できる液滴吐出ヘッドの交換性が向上する。
〔態様Ｉ〕
インク液滴を吐出する記録ヘッド５１などのインクジェットヘッドを搭載したプリンタ１００などのインクジェット記録装置において、インクジェットヘッドとして〔態様Ａ〕乃至〔態様Ｇ〕の何れか一つの態様の液滴吐出ヘッドを用いる。これによれば、上記実施形態について説明したように、環境温度が変化しても吐出特性を安定化できるため、安定した画像品質を維持することができる。
〔態様Ｊ〕
インクカートリッジ１０２などのインクカートリッジの記録ヘッド５１などのヘッド部から液滴を吐出させて用紙３０などの被記録媒体に記録を行うプリンタ１００などのインクジェット記録装置において、インクカートリッジとして、〔態様Ｈ〕のインクカートリッジを備える。これによれば、上記実施形態について説明したように、環境温度が変化しても吐出特性を安定化できるため、安定した画像品質を維持することができ、さらに、吐出特性を安定化できる液滴吐出ヘッドの交換性が向上する。
【符号の説明】
【００５７】
１ ノズル基板
２ ノズル孔
３ 圧力室
４ 流体抵抗部
５ インク導入路
６ 個別インク供給口
７ 液体供給基板
８ 共通液室
９ フレーム基板
１０ バンプ
１１ 駆動ＩＣ
１２ 個別液室基板
１３ 共通電極
１４ 圧電体
１５ 上部電極
１６ 圧電素子
１７ 振動板
１８ 弾性部材
１９ ダンパーフィルム
２０ 補強板
２２ 共通インク供給口
２３ 絶縁膜
２４ 層間絶縁膜
２５ 引き出し配線
２６ 凹部
２８ 測温抵抗体
５０ 液滴吐出ヘッド
５１ 記録ヘッド
１００ プリンタ
１０１ キャリッジ
１０２ インクカートリッジ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５８】
【特許文献１】特開平１０−２１７４６３号公報
【特許文献２】特許２６７００８３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５５４６８号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル孔と、
該ノズル孔により外部と連通し、かつ、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、
該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、
測温抵抗体を配置した位置における温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出結果に基づいて該圧力発生手段の出力を制御する圧力制御手段とを有し、
該圧力発生手段が該吐出液室内の圧力を高めることにより該吐出液室内の該吐出液が該液滴として該ノズル孔から吐出される構成であり、
該ノズル孔を設けたノズル板と、該吐出液室を形成する壁面を構成する吐出液室形成部材とを重ねて固定した構成の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記測温抵抗体を上記吐出液室形成部材に配置することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記圧力発生手段は、上記吐出液室の壁面の一部を構成し、変形することで該吐出液室の体積を変動させる振動板と、圧電体を挟む二つの電極のうちの一方が該振動板と一体的に形成され、該二つの電極の間に電圧を印加されることにより該圧電体に変形が生じ、この変形を伝達することで該振動板を変形させる圧電素子と、該圧電素子に電圧を印加する駆動電源とを有し、該振動板の変形による該吐出液室の体積の変動によって該吐出液室内の圧力を発生させるものであり、
上記圧力制御手段は、該駆動電源が該圧電素子に印加する電圧を制御することにより、該圧電体及び該振動板の変形量を制御し、該振動板の変形によって生じる該吐出液室内の圧力の大きさを制御することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液室形成部材は、複数の上記吐出液室を直線状に並べて該吐出液室の列である吐出液室列を形成した構成であり、
上記ノズル板には、該吐出液室形成部材を固定した際に、該吐出液室形成部材に設けた複数の該吐出液室のそれぞれに対応するように、複数の上記ノズル孔を設けてノズル列を形成し、
上記測温抵抗体は該吐出液室列に沿って延在するように配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液室形成部材は、上記吐出液室列を複数列備え、
複数の該吐出液室列のそれぞれに対応した複数の上記測温抵抗体を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項３または４の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液室列に沿って延在するように配置されている上記測温抵抗体は、延在する方向に複数個並べて配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液室に供給する該吐出液を収容する供給液収容部が形成され、上記吐出液室形成部材における上記ノズル板が固定される面とは反対側の面に重ねて固定された吐出液供給部形成部材を備え、
該吐出液室形成部材と該吐出液供給部形成部材との接合部に上記測温抵抗体を配置することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項２、または、少なくとも請求項２に従属する請求項３乃至６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記温度検出手段は、温度を精密に計測するための補正回路を含み、
上記圧力制御手段は、該補正回路から出力された電気信号をＡ／Ｄ変換によりデジタル化するＡ／Ｄ変換回路を含み、
該補正回路と該Ａ／Ｄ変換回路が上記駆動電源と同一の基板に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
インク液滴を吐出するインク吐出ヘッドと、該インク吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、
上記インク吐出ヘッドとして請求項１乃至７の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項９】
インク液滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、
該インクジェットヘッドとして請求項１乃至７の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１０】
インクカートリッジのヘッド部から液滴を吐出させて被記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置において、
上記インクカートリッジとして、請求項８記載のインクカートリッジを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１】
液滴を吐出するノズル孔と、
該ノズル孔により外部と連通し、かつ、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、
該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、
測温抵抗体を配置した位置における温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出結果に基づいて該圧力発生手段の出力を制御する圧力制御手段とを有し、
該圧力発生手段が該吐出液室内の圧力を高めることにより該吐出液室内の該吐出液が該液滴として該ノズル孔から吐出される構成であり、
該ノズル孔を設けたノズル板と、該吐出液室を形成する壁面を構成する吐出液室形成部材とを重ねて固定した構成の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記測温抵抗体を上記吐出液室形成部材に配置することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記圧力発生手段は、上記吐出液室の壁面の一部を構成し、変形することで該吐出液室の体積を変動させる振動板と、圧電体を挟む二つの電極のうちの一方が該振動板と一体的に形成され、該二つの電極の間に電圧を印加されることにより該圧電体に変形が生じ、この変形を伝達することで該振動板を変形させる圧電素子と、該圧電素子に電圧を印加する駆動電源とを有し、該振動板の変形による該吐出液室の体積の変動によって該吐出液室内の圧力を発生させるものであり、
上記圧力制御手段は、該駆動電源が該圧電素子に印加する電圧を制御することにより、該圧電体及び該振動板の変形量を制御し、該振動板の変形によって生じる該吐出液室内の圧力の大きさを制御することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液室形成部材は、複数の上記吐出液室を直線状に並べて該吐出液室の列である吐出液室列を形成した構成であり、
上記ノズル板には、該吐出液室形成部材を固定した際に、該吐出液室形成部材に設けた複数の該吐出液室のそれぞれに対応するように、複数の上記ノズル孔を設けてノズル列を形成し、
上記測温抵抗体は該吐出液室列に沿って延在するように配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液室形成部材は、上記吐出液室列を複数列備え、
複数の該吐出液室列のそれぞれに対応した複数の上記測温抵抗体を備えることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項３または４の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液室列に沿って延在するように配置されている上記測温抵抗体は、延在する方向に複数個並べて配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記吐出液室に供給する該吐出液を収容する供給液収容部が形成され、上記吐出液室形成部材における上記ノズル板が固定される面とは反対側の面に重ねて固定された吐出液供給部形成部材を備え、
該吐出液室形成部材と該吐出液供給部形成部材との接合部に上記測温抵抗体を配置することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項２、または、少なくとも請求項２に従属する請求項３乃至６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
上記温度検出手段は、温度を精密に計測するための補正回路を含み、
上記圧力制御手段は、該補正回路から出力された電気信号をＡ／Ｄ変換によりデジタル化するＡ／Ｄ変換回路を含み、
該補正回路と該Ａ／Ｄ変換回路が上記駆動電源と同一の基板に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
インク液滴を吐出するインク吐出ヘッドと、該インク吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、
上記インク吐出ヘッドとして請求項１乃至７の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項９】
インク液滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、
該インクジェットヘッドとして請求項１乃至７の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッドを用いることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１０】
インクカートリッジのヘッド部から液滴を吐出させて被記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置において、
上記インクカートリッジとして、請求項８記載のインクカートリッジを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１８２７９（Ｐ２０１３−１８２７９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５９５９（Ｐ２０１１−１５５９５９）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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