JP2017001240A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動効率と印字品質を両立するインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、インクジェットヘッドは、インクが充填される圧力室と、電気信号に応じて前記圧力室の容積を変化させて前記インクに圧力振動を生じさせるとともに、前記圧力室内のインクを吐出するノズルを有するアクチュエータと、前記アクチュエータに前記電気信号を供給する駆動回路とを有し、前記圧力室及び前記ノズルにインクが充填された状態での前記アクチュエータの１次固有振動周期をλとする時、前記電気信号は、第１電圧と、前記第１電圧より前記圧力室の容積を大きくする第２電圧と、前記第１電圧と前記第２電圧との間、あるいは前記第２電圧に等しい第３電圧を含み、前記第１電圧から前記第２電圧に変化し、λ時間経過後に前記第３電圧から前記第１電圧に変化することで１つのインク滴を前記ノズルから吐出する。【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

圧力室の一端に、ノズルを備えた圧電アクチュエータを有するインクジェットヘッドが特許文献１に開示されており、このインクジェットヘッドの駆動方法としてアクチュエータを変形させて圧力室内のインクを加圧し、ノズルからインクを吐出することが特許文献１に記載されている。

また、圧電式のインクジェットヘッドの階調記録技術として、複数の液滴を連続的にノズルから吐出して記録媒体の同一の画素に付着させ、吐出する液滴の数を制御することにより記録媒体上に形成されるドットの大きさを制御し、印字品質を向上させることが知られている。

特開２０１４−１７２２９２号公報

この従来技術のインクジェットヘッドは、アクチュエータにノズルが設けられているため、ノズルの長さがアクチュエータの厚みと同一となる。駆動効率の観点から、アクチュエータの厚みは薄い方が望ましいため、ノズルの長さも制約される。

ノズルの長さが短いため、ノズルから吐出するインクの吐出速度を上げようとすると、インクを吐出した直後に、意図しないインクが吐出してしまい、印字品質が低下する課題があった。これを防止するために、インクの吐出速度を抑制すると、意図しないインクの吐出は防止できるが、ノズルから吐出したインクが記録媒体に付着する位置がばらつきやすくなり、やはり印字品質が低下する課題があった。

本発明は、ノズルを備えた圧電アクチュエータを有するインクジェットヘッド及びこれを備えるインクジェット記録装置において、これらの課題を解決し、駆動効率と印字品質を両立することを目的とする。

実施形態によれば、インクジェットヘッドは、インクの吐出動作において、まずアクチュエータにより圧力室の容積を拡大させ、インク圧力を減圧させてインク供給路から圧力室にインクを引き込み、インク圧力が圧力振動により自然に上昇してノズルからインクが吐出し、インクの吐出が終了してインク圧力が低下したタイミングでアクチュエータにより圧力室の容積を収縮させてインクを加圧にすることにより、インク吐出終了と同時にインク圧力振動を打ち消してインク吐出後の意図しないインクの吐出を防止する。

具体的には、インクジェットヘッドは、インクが充填される圧力室と、電気信号に応じて前記圧力室の容積を変化させて前記インクに圧力振動を生じさせるとともに、前記圧力室内のインクを吐出するノズルを有するアクチュエータと、前記アクチュエータに前記電気信号を供給する駆動回路と、を有するインクジェットヘッドであって、前記圧力室及び前記ノズルにインクが充填された状態での前記アクチュエータの１次固有振動周期をλとする時、前記電気信号は、第１電圧と、前記第１電圧より前記圧力室の容積を大きくする第２電圧と、前記第１電圧と前記第２電圧との間、あるいは前記第２電圧に等しい第３電圧を含み、前記第１電圧から前記第２電圧に変化し、λ時間経過後に前記第３電圧から前記第１電圧に変化することで１つのインク滴を前記ノズルから吐出する。

一実施の形態であるインクジェットヘッドを示す斜視図。 インクジェットヘッドの流路基板の詳細を示す平面図。 流路基板のアクチュエータの詳細を示す平面図。 アクチュエータのＡ−Ａ断面図。 第１の実施例におけるグラフ。 第２の実施例におけるグラフ。 第３の実施例におけるグラフ。 第４の実施例におけるグラフ。 一実施の形態であるインクジェット記録装置の概略図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際のものと異なる個所があるが、これらは適宜、設計変更することができる。

図１は、一実施の形態であるインクジェットヘッド１を示す外観斜視図である。
このインクジェットヘッド１は、流路基板２と、インク供給部３と、フレキシブル配線板４と、駆動回路５とで構成されている。

流路基板２には、インクが吐出するノズル１７（後述する図３に示す）が設けられたアクチュエータ６がアレイ状に配置されている。各ノズル１７は、印刷方向に対して互いに重なり合わず、印刷方向に直交する方向に対して等間隔に配置されている。各々のアクチュエータ６はフレキシブル配線板４を介して駆動回路５と電気的に接続している。駆動回路５は、印字制御を行う制御回路（図示せず）と電気的に接続する。流路基板２とフレキシブル配線板４は、異方性導電フィルム（ＡＣＦ (Anisotropic Conductive Film)）により電気的に接続した状態で接合されている。フレキシブル配線板４と駆動回路５とは、例えばＣＯＦ (Chip on Flex)により電気的に接続した状態で接合されている。

インク供給部３は、チューブ等に接続するインク供給口（図示せず）を有し、インク供給口に供給されたインクを流路基板２に供給する。流路基板２とインク供給部３とは、例えばエポキシ系接着剤により接合されている。

インク供給口から、インクが供給され、駆動回路５がアクチュエータ６に電気信号（駆動信号ともいう）を送ると、アクチュエータ６が流路基板２内部の圧力室１８（後述する図３に示す）に充填されたインクを振動させ、アクチュエータ６に設けられたノズル１７から、流路基板２の表面に対して垂直方向に、インクが吐出する。つまり、駆動回路５は、アクチュエータ６に電気信号を供給する。アクチュエータ６は、電気信号に応じて圧力室１８の容積を変化させてインクに圧力振動を生じさせる。これにより、ノズル１７は、圧力室１８内のインクを吐出する。
インク供給口に供給するインクの圧力は、大気圧に対して、おおむね１０００Ｐａ程度低い値が望ましい。

図２は、流路基板２の詳細を示す平面図である。同じパターンの繰り返しになる部分は省略している。

流路基板２には、多数のアクチュエータ６と、多数の個別電極７と、共通電極８ａ，８ｂと、多数の実装パッド９が形成されている。なお、共通電極８ａまたは共通電極８ｂを単に共通電極８ということもある。
個別電極７は、各々のアクチュエータ６と実装パッド９とを電気的に接続している。個別電極７どうしは、互いに電気的に独立している。
共通電極８ｂは、端部の実装パッド９に電気的に接続している。共通電極８ａは、共通電極８ｂから分岐し、複数のアクチュエータ６に電気的に接続している。共通電極８ａ、ｂは、複数のアクチュエータ６どうしで電気的に共有されている。

実装パッド９は、フレキシブル配線板４に形成された多数の配線パターンを介して駆動回路５に電気的に接続している。実装パッド９とフレキシブル配線板４との接続には、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を用いることができる。他に、実装パッド９は、ワイヤボンディングなどの方法により、駆動回路５と接続しても良い。

図３は、流路基板２のアクチュエータ６の平面図である。図４は図３のＡ−Ａ箇所における流路基板２の縦断面図である。
アクチュエータ６は、振動板１０、下部電極１１、圧電体１２、上部電極１３、絶縁層１４、共通電極８、保護層１６、ノズル１７で構成されている。また、下部電極１１は個別電極７と電気的に接続している。

流路基板２は一例として厚み５００μｍの単結晶シリコンウエハで形成されている。流路基板２の内部には、インクが充填される圧力室１８が形成されている。圧力室１８の直径は、一例として２００μｍとした。圧力室１８は、流路基板２の下面からドライエッチングで穴をあけることにより形成した。

振動板１０は、圧力室１８の上面を覆うように、流路基板２と一体に形成されている。振動板１０は、圧力室１８の形成前に、流路基板２を高温で加熱することにより二酸化シリコンで形成した。振動板１０にはノズル１７と同心円状に、ノズル１７より大きい貫通穴が形成されている。振動板１０の厚みは、一例として４μｍとした。

振動板１０の上には、下部電極１１、圧電体１２、上部電極１３がノズル１７を中心にドーナッツ状に形成されている。内径は一例として３０μｍ、外形は一例として１４０μｍとした。下部電極１１、圧電体１２、上部電極１３は、一例として、各々、白金、ＰＺＴ(チタン酸ジルコン酸鉛 (Lead Zirconate Titanate))、白金をスパッタ法で成膜した。上部電極１３と下部電極１１の厚みは一例として０．１〜０．２μｍである。ＰＺＴの厚みは、一例として２μｍとした。なお、ＰＺＴは、ゾルゲル法などにより成膜してもよい。

上部電極１３の上には、絶縁層１４が形成されている。絶縁層１４には、コンタクトホール１５ａ、１５ｂが形成されている。コンタクトホール１５ａはドーナッツ状の開口で、上部電極１３と共通電極８が電気的に接続している。コンタクトホール１５ｂは円形の開口で、下部電極１１と個別電極７が電気的に接続している。絶縁層１４は、一例としてＴＥＯＳ (tetraethoxysilane)−ＣＶＤ (Chemical Vapor Deposition)法により二酸化シリコンを成膜して形成した。絶縁層１４の厚みは一例として０．５μｍとした。絶縁層１４は、圧電体１２の外周部において、共通電極８と下部電極１１が電気的に接触するのを防止している。

絶縁層１４の上には、個別電極７と共通電極８と実装パッド９が形成されている。個別電極７は下部電極１１に、共通電極８は上部電極１３に、各々コンタクトホール１５ｂ、１５ａを介して接続されている。なお、この他に個別電極７を上部電極１３に、共通電極８を下部電極１１に接続しても良い。個別電極７と共通電極８と実装パッド９は、一例としてスパッタ法により金を成膜して形成した。厚みは、一例として０．１μｍないし０．５μｍである。

個別電極７と共通電極８、及び絶縁層１４の上には、保護層１６が形成されている。保護層１６には、圧力室１８と連通するノズル１７が開口している。保護層１６の厚みは一例として４μｍ、ノズル１７の直径は一例として２０μｍである。保護層１６は、一例として感光性ポリイミド材料をスピンコート法により成膜した。ノズル１７は、一例として保護層１６となる感光性ポリイミド材料を露光現像することにより形成した。

ノズル１７の長さは、振動板１０の厚みと保護層１６の厚みの合計によって定まる。本実施例では、一例として８μｍである。このように、ノズル１７の長さは、きわめて短いので、インク吐出動作の後に、圧力室１８内のインクに残留圧力振動が残っていると、意図しないインク滴がノズル１７から吐出し、印字品質が低下する。

続いて、本実施形態のインクジェットヘッド１の動作についていくつかの実施例を用いて説明する。

第１の実施例を説明する。
図５は、第１の実施例における、駆動回路５が個別電極７に対して発生する電気信号Ｖと、電気信号Ｖにより圧力室１８に発生するインクの圧力振動Ｐと、圧力振動Ｐによりノズル１７に発生する流速振動Ｕと、ノズル１７内のインクのメニスカス位置Ｍを示している。なお、圧力振動Ｐを構成する任意の圧力を圧力Ｐということもある。また、流速振動Ｕを構成する任意の流速を流速Ｕということもある。ここで、流速Ｕは、インク吐出方向を正としている。メニスカス位置Ｍは、ノズル１７のインク吐出側の開口面の位置を０として、インク吐出側を正、圧力室１８側を負としている。共通電極８の電圧は、０Ｖで一定としている。

時間λは、インクが圧力室１８とノズル１７に充填された状態におけるアクチュエータ６の１次固有振動周期を示している。圧力室１８やノズル１７内のインクの圧力Ｐや流速Ｕも、この１次固有振動周期λで振動する。

１次固有振動周期λは、インクジェットヘッド１にインクを充填した状態で、市販のインピーダンスアナライザ、例えばアジレントテクノロジー社製の４２９４Ａによりアクチュエータ６のインピーダンスを測定することにより測定できる。あるいは、駆動回路５からステップ波形等の電気信号を出力した状態で、市販のレーザードップラー振動計でアクチュエータ６の振動を測定することによっても測定できる。

インクジェットヘッド１は、インク供給部３のインク供給口（図示せず）からインクが注入され、インク供給部３を経て圧力室１８とノズル１７の内部にインクが充填され、圧力室１８内のインクの圧力が大気圧より１０００Ｐａ程度低い状態に維持された状態で、インク吐出の待機を行う。この状態では、ノズル１７内のインクのメニスカス位置Ｍは、０の付近で静止している。

電気信号Ｖは、インク吐出動作の開始タイミングｔ１より前の待機状態では、電圧Ｖ１を維持している。
この状態では、下部電極１１と上部電極１３との間に電圧Ｖ１が印可され、圧電体１２の厚み方向に電界が生じ、圧電体１２にはｄ３１モードの変形が生じて、厚みの方向に直交する方向に収縮している。圧電体１２の収縮により、振動板１０と保護層１６に圧縮応力が生じるが、振動板１０のヤング率が保護層１６のヤング率より大きいので、振動板１０に生じる圧縮力の方が、保護層１６に生じる圧縮力よりも大きい。そのためアクチュエータ６は圧力室１８の方向に湾曲して、圧力室１８の容積は電圧Ｖ１が印可されない状態より小さい状態を維持している。つまり、電気信号Ｖの値が大きくなるにつれ、アクチュエータ６の作用により、圧力室１８の容積は小さくなる。

時刻ｔ１のタイミングにおいて、インク吐出動作を開始する。電気信号Ｖは、電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に変化する。
電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１よりも低い。電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１より圧力室１８の容積を大きくする電圧で、好適には０Ｖであるが、わずかに負の値、すなわち電圧Ｖ１と逆極性であっても良い。ただし、負の値が大きいと、圧電体１２の分極方向が待機状態に対して反転してしまい、所望の動作が得られないので、電圧Ｖ２は、０Ｖか、あるいは電圧Ｖ１と同極性の電圧が望ましい。

電気信号Ｖが電圧Ｖ１から電圧Ｖ２になると、アクチュエータ６は、圧力室１８の容積を拡大する方向に変位する。
圧力室１８の容積が拡大すると、圧力室１８内のインクの圧力Ｐが低下し、ノズル１７内のインクのメニスカス位置Ｍは圧力室１８の方向に後退する。また、インク供給部３から圧力室１８にインクが供給される。圧力Ｐは、一旦低下するが、その後上昇する。

時刻ｔ１からλ／２の時間が経過して時刻ｔ２になると、圧力Ｐの上昇が停止する。インクのメニスカス位置Ｍは後退を停止する。
このタイミングで、電気信号Ｖの電圧をＶ２からＶ３に変化させる。電圧Ｖ３は、電圧Ｖ２以上であって、電圧Ｖ１よりも低い。アクチュエータ６が圧力室１８の方向に変位し、圧力室１８のインクは、さらに加圧される。インクのメニスカス位置Ｍは吐出方向に前進を始め、ノズル１７からインクが吐出する。インクの吐出は、λ／２の時間、継続する。この間、圧力Ｐは低下する。

時刻ｔ２からλ／２の時間が経過して時刻ｔ３になると、圧力Ｐは最低の圧力になる。ノズル１７内のインクの流速Ｕは０になり、吐出を停止する。しかし、すでにノズル１７から出たインクは液滴を形成して飛翔を続ける。

このタイミングで、電気信号Ｖの電圧をＶ３からＶ１に変化させる。アクチュエータ６が圧力室１８の方向に変位し、圧力室１８のインクの圧力Ｐは、負圧の状態から加圧されて実質的に０になり、インクの振動が停止する。このように、時刻ｔ１で発生したインクの振動は、時刻ｔ３でアクチュエータ６の変位によって打ち消され、停止する。そのため、時刻ｔ３では、圧力Ｐ及び流速Ｕは０になる。

時刻ｔ３を経過した後も、ノズル１７から吐出したインク滴は記録媒体に向かって飛翔する。インク滴の飛翔に伴い、インク滴の尾とノズル１７内のインクが自然に切断し、メニスカス位置Ｍが０の付近で、インクメニスカスが再形成される。

電圧Ｖ３は、インクの圧力振動Ｐまたは流速振動Ｕの減衰率に応じて決められる。圧力振動Ｐの減衰率も、流速振動Ｕの減衰率も、同じ値になる。減衰率は、１次固有振動周期λの測定と同時に求めることができる。減衰率が大きい場合、電圧（Ｖ１−Ｖ２）に対する電圧（Ｖ１−Ｖ３）の比を小さく設定する。すなわち、電圧Ｖ３を高く設定する。減衰率が小さい場合、電圧（Ｖ１−Ｖ２）に対する電圧（Ｖ１−Ｖ３）の比を大きく設定する。すなわち、電圧Ｖ３を低く設定する。電圧Ｖ３は、時刻ｔ３経過後の圧力振動Ｐあるいは流速振動Ｕが最小あるいは実質的に０になるように調整する。なお、減衰率が小さい場合に減衰率を０とみなして、電圧Ｖ３を電圧Ｖ２と等しくしてもよい。

以上説明したように、電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１と、第１電圧Ｖ１より圧力室１８の容積を大きくする第２電圧Ｖ２と、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間、あるいは第２電圧Ｖ２に等しい第３電圧Ｖ３を含む。電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変化し、λ時間経過後に第３電圧Ｖ３から第１電圧Ｖ１に変化することで１つのインク滴をノズル１７から吐出する。電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変化した後、第２電圧Ｖ２をλ/２の時間維持し、第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３に変化する。電気信号Ｖは、第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３に変化した後、第３電圧Ｖ３をλ/２の時間維持する。

このように、ノズル１７からのインク吐出が終了した直後に、インクの圧力振動Ｐや流速振動Ｕが停止するため、インク吐出動作の後の残留振動により意図しないインクがノズル１７から吐出することを防止できる。
また、インクメニスカスが待機状態の位置より圧力室１８側で再形成されると、インクメニスカスはインクの表面張力の作用などによりインク吐出方向に前進し、意図しないインクがノズル１７から吐出してしまうが、本実施形態によれば、インクメニスカスはインク吐出動作前の静止状態の位置付近で再形成されるので、再形成された後のインクメニスカスは、ほぼ静止状態となり、意図しないインクがノズル１７から吐出することを防止できる。

第２の実施例を説明する。
図６は、第２の実施例における電気信号Ｖと、圧力振動Ｐと、流速振動Ｕと、メニスカス位置Ｍを第１の実施例と同様に示している。この場合、電圧Ｖ１は０Ｖである。共通電極８の電圧は、Ｖ２で一定とする。以下、第１の実施例と異なる部分を中心に説明する。

下部電極１１と上部電極１３との間に電圧が印可されると、アクチュエータ６は圧力室１８の方向に湾曲して、圧力室１８の容積は電圧が印可されない状態より小さい状態を維持している。そのため、電気信号Ｖの値が大きくなるにつれ、アクチュエータ６の作用により、圧力室１８の容積も大きくなる。

電気信号Ｖは、インク吐出動作の開始タイミングｔ１より前の待機状態では、電圧Ｖ１＝０Ｖを維持している。電気信号Ｖは、時刻ｔ１のタイミングにおいて、電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に変化する。電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１よりも高い。時刻ｔ１からλ／２の時間が経過して時刻ｔ２になると、電気信号Ｖは、電圧Ｖ２から電圧Ｖ３に変化する。電圧Ｖ３は、電圧Ｖ２よりも低く、電圧Ｖ１よりも高い。なお、第１の実施例で説明したように、電圧Ｖ３は電圧Ｖ２と等しくてもよい。時刻ｔ２からλ／２の時間が経過して時刻ｔ３になると、電気信号Ｖを電圧Ｖ３から電圧Ｖ１に変化させる。

上部電極１３と下部電極１１との間の電位差の絶対値は第１の実施例と同じであるため、圧電体１２の動作も第１の実施例と同じである。そのため、圧力振動Ｐと、流速振動Ｕと、メニスカスの位置Ｍは、それぞれ、第１の実施例における圧力振動Ｐと、流速振動Ｕと、メニスカスの位置Ｍと同じである。

以上説明したように、電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１と、第１電圧Ｖ１より圧力室１８の容積を大きくする第２電圧Ｖ２と、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間、あるいは第２電圧Ｖ２に等しい第３電圧Ｖ３を含む。電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変化し、λ時間経過後に第３電圧Ｖ３から第１電圧Ｖ１に変化することで１つのインク滴をノズル１７から吐出する。電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変化した後、第２電圧Ｖ２をλ/２の時間維持し、第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３に変化する。電気信号Ｖは、第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３に変化した後、第３電圧Ｖ３をλ/２の時間維持する。なお、第２の実施例は、第１の実施例と同じ動作なので、説明を省略する。

第３の実施例を説明する。
図７は、第３の実施例における電気信号Ｖと、圧力振動Ｐと、流速振動Ｕと、メニスカス位置Ｍを第１の実施例と同様に示している。第１の実施例と同様に、共通電極８の電圧は、０Ｖで一定としている。以下、第１の実施例と異なる部分を中心に説明する。 時刻ｔ１のタイミングにおいて、電気信号Ｖが電圧Ｖ１から電圧Ｖ２になると、振動板１０は、圧力室１８の容積を拡大する方向に変位する。

圧力室１８の容積が拡大すると、圧力室１８内のインクの圧力Ｐが低下し、ノズル１７内のインクのメニスカス位置Ｍは圧力室１８の方向に後退する。また、インク供給部３から圧力室１８にインクが供給される。圧力Ｐは、一旦低下するが、その後上昇する。

電気信号Ｖは、時刻ｔ１経過後、時刻ｔ３に至るまでに、電圧Ｖ２から電圧Ｖ３まで連続的に上昇する。それに伴い、圧力室１８の容積は、徐々に収縮する。しかし、圧力室１８の容積の変化率が小さいので、この収縮動作による圧力振動Ｐや流速振動Ｕの発生は小さく、実質的に無視できる。

時刻ｔ１からλ／２の時間が経過して時刻ｔ２になると、圧力Ｐの上昇が停止する。インクのメニスカス位置Ｍは後退を停止する。
インクのメニスカス位置Ｍは吐出方向に前進を始め、ノズル１７からインクが吐出する。インクの吐出は、λ／２の時間、継続する。この間、圧力Ｐは低下する。

時刻ｔ２からλ／２の時間が経過して時刻ｔ３になると、圧力Ｐは最低の圧力になる。ノズル１７内のインクの流速Ｕは０になり、吐出を停止する。しかし、すでにノズル１７から出たインクは液滴を形成して飛翔を続ける。

このタイミングで、電気信号Ｖの電圧をＶ３からＶ１に変化させる。アクチュエータ６が圧力室１８の方向に変位し、圧力室１８のインクの圧力Ｐは、負圧の状態から加圧されて実質的に０になり、インクの流速振動Ｕが停止する。このように、時刻ｔ１で発生したインクの振動は、時刻ｔ３でアクチュエータ６の変位によって打ち消され、停止する。そのため、時刻ｔ３では、圧力Ｐ及び流速Ｕは０になる。

時刻ｔ３を経過した後も、ノズル１７から吐出したインク滴は記録媒体に向かって飛翔する。インク滴の飛翔に伴い、インク滴の尾とノズル１７内のインクが自然に切断し、メニスカス位置Ｍが０の付近で、インクメニスカスが再形成される。

以上説明したように、電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１と、第１電圧Ｖ１より圧力室１８の容積を大きくする第２電圧Ｖ２と、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間、あるいは第２電圧Ｖ２に等しい第３電圧Ｖ３を含む。電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変化し、λ時間経過後に第３電圧Ｖ３から第１電圧Ｖ１に変化することで１つのインク滴をノズル１７から吐出する。電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変化した後、λ時間かけて第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３に変化する。

このように、第３の実施例においても、インク吐出動作の後の残留振動により意図しないインクがノズル１７から吐出することを防止できる。
また、インクメニスカスはインク吐出動作前の静止状態の位置付近で再形成されるので、再形成された後のインクメニスカスは、ほぼ静止状態となり、意図しないインクがノズル１７から吐出することを防止できる。

電圧Ｖ３は、第１の実施例と同様に、インクの圧力振動Ｐまたは流速振動Ｕの減衰率に応じて決められる。

なお、上述の第２の実施例においても、電気信号Ｖを、時刻ｔ１経過後、時刻ｔ３に至るまでに、電圧Ｖ２から電圧Ｖ３まで連続的に下降させるようにしてもよい。このときの動作は、上述した動作と同様であるため、説明を省略する。

第４の実施例を説明する。
図８は、第４の実施例における、駆動回路５が個別電極７に対して発生する電気信号ＶＧと、電気信号ＶＧにより圧力室１８に発生するインクの圧力振動Ｐと、圧力振動Ｐによりノズル１７に発生する流速振動Ｕと、ノズル１７内のインクのメニスカスの位置Ｍを示している。共通電極８の電圧は、０Ｖで一定としている。なお、第１の実施例と同一の説明は省略する。

第４の実施例の電気信号ＶＧは、第１の実施例の電気信号Ｖを４回連結した例である。これにより、ノズル１７は連続的にインク滴を４回吐出する。なお、電気信号ＶＧは、電気信号Ｖを４回以外の複数の必要回連結してもよい。吐出したインク滴は、記録媒体の同一画素に着弾する。電気信号Ｖを連結する回数を変更することにより、インク滴の吐出回数を制御し、記録媒体の画素に形成されるドットの大きさを制御できる。これにより、階調印字を行うことができる。

電気信号ＶＧは、インク吐出動作の開始タイミングｔ１より前の待機状態では、電圧Ｖ１を維持している。
この状態では、圧力室１８の容積は電圧Ｖ１が印可されない状態より小さい状態を維持している。つまり、電気信号Ｖの値が大きくなるにつれ、アクチュエータ６の作用により、圧力室１８の容積は小さくなる。

時刻ｔ１のタイミングにおいて、インク吐出動作を開始する。電気信号ＶＧは、電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に変化する。
電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１よりも低い。電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１より圧力室１８の容積を大きくする電圧で、好適には０Ｖであるが、わずかに負の値、すなわち電圧Ｖ１と逆極性であっても良い。

電気信号ＶＧが電圧Ｖ１から電圧Ｖ２になると、アクチュエータ６は、圧力室１８の容積を拡大する方向に変位する。
圧力室１８の容積が拡大すると、圧力室１８内のインクの圧力Ｐが低下し、ノズル１７内のインクのメニスカス位置Ｍは圧力室１８の方向に後退する。また、インク供給部３から圧力室１８にインクが供給される。圧力Ｐは、一旦低下するが、その後上昇する。

時刻ｔ１からλ／２の時間が経過して時刻ｔ２になると、圧力Ｐの上昇が停止する。インクのメニスカス位置Ｍは後退を停止する。
このタイミングで、電気信号Ｖの電圧をＶ２からＶ３に変化させる。電圧Ｖ３は、電圧Ｖ２以上であって、電圧Ｖ１よりも低い。アクチュエータ６が圧力室１８の方向に変位し、圧力室１８のインクは、さらに加圧される。インクのメニスカス位置Ｍは吐出方向に前進を始め、ノズル１７からインクが吐出する。インクの吐出は、λ／２の時間、継続する。この間、圧力Ｐは低下する。

時刻ｔ２からλ／２の時間が経過して時刻ｔ３になると、圧力Ｐは最低の圧力になる。ノズル１７内のインクの流速Ｕは０になり、吐出を停止する。しかし、すでにノズル１７から出たインクは液滴を形成して飛翔を続ける。

時刻ｔ３で、電気信号Ｖの電圧をＶ３からＶ２に変化させる。アクチュエータ６が圧力室１８の容積を拡大する方向に変位し、圧力室１８のインクの圧力Ｐは、負圧の状態から、さらに圧力が下がり、時刻ｔ１で電気信号ＶＧが電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に変化した後と同じ圧力になる。このように、電気信号ＶＧの電圧Ｖ２から電圧Ｖ３への変化と、電圧Ｖ３から電圧Ｖ２への変化により圧力室１８内のインクの圧力振動Ｐの振幅は一定に維持される。これにより、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に圧力室１８内にインクが再補給され、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間にノズル１７からインクが吐出する。
このインク吐出動作が時刻ｔ５から時刻ｔ９までの間に、さらに２回繰り返され、合計４つのインク滴がノズル１７から吐出する。

時刻ｔ９になると、圧力Ｐは最低の圧力になる。ノズル１７内のインクの流速Ｕは０になり、吐出を停止する。しかし、すでにノズル１７から出たインクは液滴を形成して飛翔を続ける。

このタイミングで、電気信号Ｖの電圧をＶ３からＶ１に変化させる。アクチュエータ６が圧力室１８の方向に変位し、圧力室１８のインクの圧力Ｐは、負圧の状態から加圧されて実質的に０になり、インクの振動が停止する。

時刻ｔ９を経過した後も、ノズル１７から吐出したインク滴は記録媒体に向かって飛翔する。インク滴の飛翔に伴い、インク滴の尾とノズル１７内のインクが自然に切断し、メニスカス位置Ｍが０の付近で、インクメニスカスが再形成される。

電圧Ｖ３は、連続して吐出するインク滴の吐出速度がなるべく均一になるように設定する。あるいは、第１の実施例と同様に、インクの圧力振動Ｐまたは流速振動Ｕの減衰率に応じて決めても良い。

以上説明したように、電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１と、第１電圧Ｖ１より圧力室１８の容積を大きくする第２電圧Ｖ２と、第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との間、あるいは第２電圧Ｖ２に等しい第３電圧Ｖ３を含む。電気信号Ｖは、第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変化し、λ時間経過後に第３電圧Ｖ３から第２電圧Ｖ２に変化して１つのインク滴をノズル１７からインクを吐出することを必要な回数繰り返した後に第３電圧Ｖ３から第１電圧Ｖ１に変化する。

このように、ノズル１７からのインク吐出が終了した直後に、インクの圧力振動Ｐや流速振動Ｕが停止するため、インク吐出動作の後の残留振動により意図しないインクがノズル１７から吐出することを防止できる。

また、インクメニスカスはインク吐出動作前の静止状態の位置付近で再形成されるので、再形成された後のインクメニスカスは、ほぼ静止状態となり、意図しないインクがノズル１７から吐出することを防止できる。

第４の実施例の駆動波形ＶＧは、階調印字を行うことができることと、意図しないインクがノズル１７から吐出することを防止できることの効果に加え、１番目の吐出動作で発生した圧力振動を利用して２番目以降のインク滴の吐出を行うため、２番目以降のインク滴に要する電気エネルギーを小さく抑えることができる効果がある。

すなわち、個別電極７と、共通電極８の間の静電容量をＣとして、電圧Ｖ２を０とする時、１番目のインク滴の吐出動作に要する電気エネルギーＥ１はＣ×Ｖ３^２＋Ｃ×（Ｖ１―Ｖ３）^２であるが、２番目以降のインク滴の吐出動作に要する電気エネルギーＥ２はＣ×Ｖ３^２である。多くの場合、電圧Ｖ３は、電圧Ｖ１の５０％以下なので、２番目以降のインク滴の吐出動作に要する電気エネルギーＥ２は、１番目のインク滴の吐出動作に要する電気エネルギーＥ１に対して約５０％以下である。

このため、インクジェットヘッド１の消費電力を低減でき、インクジェット記録装置のコストを低減できる。

なお、電気信号ＶＧは、第３の実施例で説明したように、電圧Ｖ２から電圧Ｖ３まで連続的に上昇するようにしてもよい。
なお、電気信号ＶＧは、第２の実施例の電気信号Ｖを複数回連結した例であってもよい。この場合、電気信号ＶＧは、第３の実施例で説明したように、電圧Ｖ２から電圧Ｖ３まで連続的に下降するようにしてもよい。

次に、上述のインクジェットヘッド１を備えるインクジェット記録装置１００を説明する。図９は、インクジェット記録装置１００の一例を説明するための概略図である。インクジェット記録装置１００はインクジェットプリンタということもできる。なお、インクジェット記録装置１００は、複写機のような装置であってもよい。

インクジェット記録装置１００は、例えば、記録媒体である記録紙Ｐを搬送しながら画像形成等の各種処理を行う。インクジェット記録装置１００は、筐体１０１と、給紙カセット１０２と、排紙トレイ１０３と、保持ローラ（ドラム）１０４と、搬送装置１０５と、保持装置１０６と、画像形成装置１０７と、除電剥離装置１０８と、反転装置１０９と、クリーニング装置１１０とを備える。

筐体１０１は、インクジェット記録装置１００を構成する各部を収容する。
給紙カセット１０２は、複数の記録紙Ｐを収容して、筐体１０１内に配置される。
排紙トレイ１０３は、筐体１０１の上部にある。インクジェット記録装置１００によって画像形成がされた記録紙Ｐは、排紙トレイ１０３に排出される。

保持ローラ１０４は、導体によって形成された円筒状のフレームと、当該フレームの表面に形成された薄い絶縁層とを有する。前記フレームは接地（グランド接続）される。保持ローラ１０４は、その表面上に記録紙Ｐを保持した状態で回転することにより、記録紙Ｐを搬送する。

搬送装置１０５は、記録紙Ｐが搬送される経路に沿って配置された複数のガイドおよび複数の搬送ローラを有する。当該搬送ローラは、モータに駆動されて回転する。搬送装置１０５は、インクジェットヘッド１から吐出されるインクを付着させる記録紙Ｐを給紙カセット１０２から排紙トレイ１０３まで搬送する。

保持装置１０６は、搬送装置１０５によって給紙カセット１０２から搬出された記録紙Ｐを、保持ローラ１０４の表面（外周面）に吸着させて保持させる。保持装置１０６は、記録紙Ｐを保持ローラ１０４に対して押圧した後、帯電による静電気力で記録紙Ｐを保持ローラ１０４に吸着させる。

画像形成装置１０７は、保持装置１０６によって保持ローラ１０４の外面に保持された記録紙Ｐに、画像を形成する。画像形成装置１０７は、保持ローラ１０４の表面に面する複数のインクジェットヘッド１を有する。複数のインクジェットヘッド１は、例えば、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの四色のインクを、それぞれ記録紙Ｐに吐出することで、像を形成する。

除電剥離装置１０８は、画像が形成された記録紙Ｐを、除電することで、保持ローラ１０４から剥離する。除電剥離装置１０８は、電荷を供給して記録紙Ｐを除電し、記録紙Ｐと保持ローラ１０４との間に爪を挿入する。これにより、記録紙Ｐは保持ローラ１０４から剥離される。保持ローラ１０４から剥離された記録紙Ｐは、搬送装置１０５によって、排紙トレイ１０３または反転装置１０９に搬送される。

反転装置１０９は、保持ローラ１０４から剥離された記録紙Ｐの表裏面を反転させ、当該記録紙Ｐを再び保持ローラ１０４の表面上に供給する。反転装置１０９は、例えば記録紙Ｐを前後方向逆にスイッチバックさせる所定の反転経路に沿って記録紙Ｐを搬送することにより、記録紙Ｐを反転させる。

クリーニング装置１１０は、保持ローラ１０４を清浄する。クリーニング装置１１０は、保持ローラ１０４の回転方向において除電剥離装置１０８よりも下流にある。クリーニング装置１１０は、回転する保持ローラ１０４の表面にクリーニング部材１１０ａを当接させ、回転する保持ローラ１０４の表面を洗浄する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インクジェットヘッド、２…流路基板、３…インク供給部、４…フレキシブル配線板、５…駆動回路、６…アクチュエータ、７…個別電極、８…共通電極、８ａ…共通電極、８ｂ…共通電極、９…実装パッド、１０…振動板、１１…下部電極、１２…圧電体、１３…上部電極、１４…絶縁層、１５ａ…コンタクトホール、１５ｂ…コンタクトホール、１６…保護層、１７…ノズル、１８…圧力室、１００…インクジェット記録装置、１０１…筐体、１０２…給紙カセット、１０３…排紙トレイ、１０４…保持ローラ（ドラム）、１０５…搬送装置、１０６…保持装置、１０７…画像形成装置、１０８…除電剥離装置、１０９…反転装置、１１０…クリーニング装置、１１０ａ…クリーニング部材。

Claims (5)

1. インクが充填される圧力室と、
   電気信号に応じて前記圧力室の容積を変化させて前記インクに圧力振動を生じさせるとともに、前記圧力室内のインクを吐出するノズルを有するアクチュエータと、
   前記アクチュエータに前記電気信号を供給する駆動回路と、を有するインクジェットヘッドであって、
   前記圧力室及び前記ノズルにインクが充填された状態での前記アクチュエータの１次固有振動周期をλとする時、
   前記電気信号は、第１電圧と、前記第１電圧より前記圧力室の容積を大きくする第２電圧と、前記第１電圧と前記第２電圧との間、あるいは前記第２電圧に等しい第３電圧を含み、
   前記第１電圧から前記第２電圧に変化し、λ時間経過後に前記第３電圧から前記第１電圧に変化することで１つのインク滴を前記ノズルから吐出することを特徴としたインクジェットヘッド。
2. 前記第２電圧をλ/２の時間維持し、前記第２電圧から前記第３電圧に変化させ、
   前記第３電圧をλ/２の時間維持することを特徴とした請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. インクが充填される圧力室と、
   電気信号に応じて前記圧力室の容積を変化させて前記インクに圧力振動を生じさせるとともに、前記圧力室内のインクを吐出するノズルを有するアクチュエータと、
   前記アクチュエータに前記電気信号を供給する駆動回路と、を有するインクジェットヘッドであって、
   前記圧力室及び前記ノズルにインクが充填された状態での前記アクチュエータの１次固有振動周期をλとする時、
   前記電気信号は、第１電圧と、前記第１電圧より前記圧力室の容積を大きくする第２電圧と、前記第１電圧と前記第２電圧との間、あるいは前記第２電圧に等しい第３電圧を含み、
   前記第１電圧から前記第２電圧に変化し、λ時間経過後に前記第３電圧から前記第２電圧に変化して１つのインク滴を前記ノズルからインクを吐出することを必要な回数繰り返した後に前記第３電圧から第１電圧に変化することを特徴としたインクジェットヘッド。
4. 前記第２電圧をλ/２の時間維持し、前記第２電圧から前記第３電圧に変化させ、
   前記第３電圧をλ/２の時間維持することを特徴とした請求項３記載のインクジェットヘッド。
5. 請求項１から４のうちの何れか１項に記載のインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドから吐出されるインクを付着させる記録紙を搬送する搬送装置と、
   を備えることを特徴としたインクジェット記録装置。