JP2018103418A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、液体循環方法及び液体吐出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の循環を維持すると共に、ノズル開口近傍の液体の増粘や成分の沈降を確実に抑制して液体の吐出特性の悪化を防止することが可能な液体噴射ヘッド、液体噴射装置、液体循環方法及び液体吐出方法を提供する。【解決手段】第１圧力発生手段を備える第１圧力発生室１２ａと、第２圧力発生手段を備える第２圧力発生室１２ｂと、第１圧力発生室１２ａと第２圧力発生室１２ｂとを連通する連通路１７と、第１圧力発生室１２ａに液体を供給する液体供給路１４ａと、第２圧力発生室１２ｂから液体を流出する液体流出路１４ｂとを具備し、第１圧力発生室１２ａと第２圧力発生室１２ｂとの何れかに連通するノズル開口２１から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、ノズル開口２１のイナータンスＭｎと、液体供給路１４ａのイナータンスＭｓ１と、液体流出路１４ｂのイナータンスＭｓ２との関係が、Ｍｎ＜Ｍｓ２＜Ｍｓ１を満たすように構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射装置、液体循環方法及び液体吐出方法に関する。

液体噴射装置としては、例えば、圧電素子からなる圧力発生手段と、圧力発生手段によりインク滴を吐出するための圧力を発生させる複数の圧力発生室と、共通の液体貯留部（マニホールド）から各圧力発生室に個別にインクを供給するインク供給路と、各圧力発生室に形成されてインク滴を吐出するノズル開口とを備えたインクジェット式記録ヘッド（記録ヘッド）を具備するインクジェット式記録装置がある。

かかるインクジェット式記録装置では、印字信号に対応するノズル開口と連通した圧力発生室内のインクに吐出エネルギーを付与してインク滴をノズル開口から外部に吐出させ、紙等の記録媒体の所定位置に着弾させている。

従って、この種のインクジェット式記録装置の記録ヘッドでは、ノズル開口が大気に臨むことになる。このため、ノズル開口を介した水分の蒸発によりインクが増粘され、或いはインク成分が沈降して、インク滴の吐出特性に悪影響を及ぼす。即ち、増粘インクや沈降成分が一部でも存在すると、ノズル開口を介するインク滴の吐出量及び吐出速度が変化し、着弾のばらつきを生起するという不都合が発生する。

かかる不都合を回避するために、ノズル開口に連通する圧力発生室のインクを循環させてノズル開口近傍にインクが滞留しないように工夫したインクジェット式記録装置の記録ヘッドが提案されている（例えば特許文献１参照）。このような循環方式の記録ヘッドは、ノズル開口を有する複数の圧力発生室を挟んだ両側に配設されて各圧力発生室に連通する第１マニホールド及び第２のマニホールドとの間で、各圧力発生室を介してインクを循環させるように構成されている。

一方、第１圧電アクチュエーターを有する第１圧力発生室と、第２圧電アクチュエーターを有する第２圧力発生室とを具備し、両者を連通してインクを循環させる循環方式の記録ヘッドが提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１４−６１６９５号公報 特開２０１５−１３４５０７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２には、どのように記録ヘッドの循環流路を設計し、これがどのように駆動するかについては全く開示されておらず、記録ヘッドの具体的なインクの循環方法は不明である。

なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明は、このような事情に鑑み、２つの圧力発生室を有する流路で液体の循環を維持すると共に、ノズル開口近傍の液体の増粘や成分の沈降を確実に抑制して液体の吐出特性の悪化を防止することが可能な液体噴射ヘッド、液体噴射装置、液体循環方法及び液体吐出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、第１圧力発生手段を備える第１圧力発生室と、第２圧力発生手段を備える第２圧力発生室と、前記第１圧力発生室と前記第２圧力発生室とを連通する連通路と、前記第１圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、前記第２圧力発生室から液体を流出する液体流出路とを具備し、前記第２圧力発生室に連通するノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、前記ノズル開口のイナータンスＭｎと、前記液体供給路のイナータンスＭｓ１と、前記液体流出路のイナータンスＭｓ２との関係が、下記式（１）を満たすように構成したことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
Ｍｎ＜Ｍｓ２＜Ｍｓ１ ・・・（１）
かかる態様では、ノズル開口のイナータンスＭｎが他のイナータンスＭｓ１，Ｍｓ２よりも小さい値をとることにより、ノズル開口近傍の液体を循環させることができ、ノズル開口において吐出される直前の液体の乾燥や、液体に含まれる成分の沈降を確実に抑制することができる。また、液体供給路のイナータンスＭｓ１よりも液体流出路のイナータンスＭｓ２が小さくなるように構成することで、ポンプ等の液体循環手段を設けることなく確実に液体を循環させることができる。

ここで、上記液体噴射ヘッドは、前記液体供給路の流路抵抗Ｒｓ１と、前記液体流出路の流路抵抗Ｒｓ２との関係が、下記式（２）を満たすように構成することが好ましい。
Ｒｓ２≒Ｒｓ１ ・・・（２）
これによれば、液体供給側と液体流出側との流路抵抗差を殆ど無視することができ、遅滞なく液体を循環させることができる。

また、上記液体噴射ヘッドは、前記液体供給路と前記液体流出路との間に接続され液体を循環する液体循環路と、前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を駆動する駆動手段とを具備し、前記駆動手段は、前記第１圧力発生手段を駆動して前記第１圧力発生室を収縮させる第１駆動信号を出力した後に、所定期間遅れて前記第２圧力発生手段を駆動して前記第２圧力発生室を収縮させる第２駆動信号を出力することで、前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を順次駆動することが好ましい。これによれば、効率的に液体を循環させることができる。

また、上記液体噴射ヘッドにおいて、前記駆動手段は、前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を微振動させる微振動信号を出力することが好ましい。これによれば、ノズル開口近傍の液体が微振動により流れ易くなることで、ノズル開口近傍の液体の増粘や成分の沈降を確実に抑制することができる。

また、上記液体噴射ヘッドは、複数の前記第１圧力発生室からなる第１列と複数の前記第２圧力発生室からなる第２列とが並設され、両者の並設位置が異なり、前記第１列内の前記第１圧力発生室間に、前記第２圧力発生室が配置されていてもよい。これによれば、ヘッド構造の集積化が可能となり、解像度を向上させることができる。

また、上記液体噴射ヘッドは、前記第１圧力発生手段のコンプライアンスＣｓ１と、前記第２圧力発生手段のコンプライアンスＣｓ２との関係が、下記式（３）を満たすように構成することが好ましい。
Ｃｓ２≦Ｃｓ１ ・・・（３）
これによれば、第１圧力発生手段の駆動によるノズル開口から液体の吐出を防止することができる。

また、上記液体噴射ヘッドでは、前記駆動手段は、液体吐出時において、前記第２駆動信号を出力して前記第２圧力発生手段を駆動した後に、当該液体噴射ヘッドの固有周期Ｔｃ以内に前記第１圧力発生室を収縮又は膨張させる第３駆動信号を出力して前記第１圧力発生手段を駆動することが好ましい。これによれば、上述した駆動のタイミングで第１圧力発生手段を駆動させることにより、ノズル開口から液体が吐出しない程度にノズル開口近傍の液体を押圧することができ、ノズル開口から吐出される液体の尾曳きを防止することができる。

本発明の他の態様は、上記態様の何れかに記載の液体噴射ヘッドを有することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、２つの圧力発生室を有する流路で液体の循環を維持すると共に、ノズル開口近傍の液体の増粘や成分の沈降を確実に抑制して液体の吐出特性の悪化を防止することが可能な液体噴射装置を実現することができる。

また、本発明の他の態様は、第１圧力発生手段を備える第１圧力発生室と、第２圧力発生手段を備える第２圧力発生室と、前記第１圧力発生室と前記第２圧力発生室とを連通する連通路と、前記第１圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、前記第２圧力発生室から液体を流出する液体流出路と、前記液体供給路と前記液体流出路との間に接続される液体循環路とを具備し、前記第２圧力発生室に連通するノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいて当該液体を循環する液体循環方法であって、前記ノズル開口のイナータンスＭｎと、前記液体供給のイナータンスＭｓ１と、前記液体流出路のイナータンスＭｓ２との関係が、下記式（４）を満たすように構成した液体噴射ヘッドを用い、前記液体供給路を介して前記第１圧力発生室に供給した液体を、前記連通路及び前記第２圧力発生室を介して前記液体流出路へ流出し、当該液体を、前記液体循環路を介して前記液体供給路へ戻す工程を繰り返すことで、当該液体を循環させることを特徴とする液体循環方法にある。
Ｍｎ＜Ｍｓ２＜Ｍｓ１ ・・・（４）
かかる態様では、２つの圧力発生室を有する流路で液体の循環を維持すると共に、ノズル開口近傍の液体の増粘や成分の沈降を確実に抑制して液体の吐出特性の悪化を防止することができる。

また、本発明の他の態様は、第１圧力発生手段を備える第１圧力発生室と、第２圧力発生手段を備える第２圧力発生室と、前記第１圧力発生室と前記第２圧力発生室とを連通する連通路と、前記第１圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、前記第２圧力発生室から液体を流出する液体流出路と、前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を駆動する駆動手段とを具備し、前記第２圧力発生室に連通するノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、前記ノズル開口のイナータンスＭｎと、前記液体供給路のイナータンスＭｓ１と、前記液体流出路のイナータンスＭｓ２との関係が、下記式（５）を満たすように構成した液体噴射ヘッドを用いて当該液体を吐出する液体吐出方法であって、前記駆動手段は、前記第１圧力発生手段を駆動する第１駆動信号を出力した後に、所定期間遅れて前記第２圧力発生手段を駆動する第２駆動信号を出力することで、前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を順次駆動して、前記ノズル開口から液体を吐出することを特徴とする液体循環方法にある。
Ｍｎ＜Ｍｓ２＜Ｍｓ１ ・・・（５）
かかる態様では、２つの圧力発生室を有する流路で液体の循環を維持すると共に、ノズル開口近傍の液体の増粘や成分の沈降を確実に抑制して液体の吐出特性の悪化を防止することができる。

実施形態１の記録ヘッドの断面図。 図１の要部を拡大した拡大断面図。 図１のＡ−Ａ′線断面図。 実施形態１の記録ヘッドの制御構成例を示すブロック図。 実施形態１の記録ヘッドの制御構成例を示すブロック図。 実施形態１の記録ヘッドのインク吐出時の駆動信号例を示す図。 実施形態１の記録ヘッドのインク非吐出時の駆動信号例を示す図。 実施形態２の記録ヘッドのインク吐出時の駆動信号例を示す図。 実施形態３の記録ヘッドの流路を示す断面図。 インクジェット式記録装置の一例の概略を示す斜視図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更可能である。なお、各図面において同じ符号を付したものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。また、Ｘ，Ｙ及びＺは、互いに直交する３つの空間軸を表している。本明細書では、これらの軸に沿った方向を、それぞれ第１の方向Ｘ（Ｘ方向）、第２の方向Ｙ（Ｙ方向）及び第３の方向Ｚ（Ｚ方向）とし、各図の矢印の向かう方向を正（＋）方向、矢印の反対方向を負（−）方向として説明する。Ｘ方向及びＹ方向は、各構成要素の面内方向を表し、Ｚ方向は、各構成要素の厚み方向又は積層方向を表す。

また、各図面において示す構成要素、即ち、各部の形状や大きさ、層の厚さ、相対的な位置関係、繰り返し単位等は、本発明を説明する上で誇張して示されている場合がある。更に、本明細書の「上」という用語は、構成要素の位置関係が「直上」であることを限定するものではない。例えば、「基板上の第１電極」や「第１電極上の圧電体層」という表現は、基板と第１電極との間や、第１電極と圧電体層との間に、他の構成要素を含むものを除外しない。

（実施形態１）
（液体噴射ヘッド）
まず、液体噴射装置に搭載された液体噴射ヘッドの一例である、インクジェット式記録装置（以下、記録装置という）に搭載されたインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）について、図１から図３を参照して説明する。図１は、実施形態１の記録ヘッドの断面図であり、図２は、図１の要部を拡大した拡大断面図であり、図３は、図１のＡ−Ａ′線断面図である。

図示するように、流路形成基板（以下、基板という）１０は、所定の面方位のシリコン（Ｓｉ）単結晶基板からなる。なお、基板１０の材料はＳｉに限らず、ＳＯＩ、ガラス、金属等であってもよい。また、基板１０の一方の面には、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜５１が形成されている。基板１０の他方の面（弾性膜５１とは反対側の面）には、複数の第１圧力発生室１２ａが、＋Ｙ方向に亘って略直線状に整列して設けられている。また、複数の第１圧力発生室１２ａの長手方向一方側（＋Ｘ方向側）には、複数の第２圧力発生室１２ｂが、＋Ｙ方向に亘って略直線状に整列して、且つ複数の第１圧力発生室１２ａからなる列に隣接して設けられている。複数の第１圧力発生室１２ａと、複数の第２圧力発生室１２ｂのそれぞれは、＋Ｙ方向の位置が同一に設けられている。

第１圧力発生室１２ａの長手方向の一端部側（−Ｘ方向側）には、液体供給路１４ａを介してマニホールド１００ａが連通して設けられている。マニホールド１００ａは、複数の第１圧力発生室１２ａに共通する共通液体室である。これにより、液体貯留手段であるインクタンク９からマニホールド１００ａにインクが供給され、このインクが液体供給路１４ａを介して第１圧力発生室１２ａに供給する。液体供給路１４ａは、第１圧力発生室１２ａよりも狭い幅（開口）で形成されており、マニホールド１００ａから第１圧力発生室１２ａに供給するインクの流路抵抗（後述する液体供給路１４ａの流路抵抗Ｒｓ１）を一定に保持している。本実施形態では、複数の第１圧力発生室１２ａ及び液体供給路１４ａにより、共通流路であるマニホールド１００ａに連通する複数の個別流路を構成している。

また、第１圧力発生室１２ａの反対側（＋Ｘ方向側）には、液体流出路１４ｂを介してマニホールド１００ｂが連通して形成されている。これらの構成は、配置が反対側（＋Ｘ方向側）であること以外は第１圧力発生室１２ａ、液体供給路１４ａ及びマニホールド１００ａと同様である。なお、液体流出路１４ｂは、第２圧力発生室１２ｂからマニホールド１００ｂに流出するインクの流路抵抗（後述する液体流出路１４ｂの流路抵抗Ｒｓ２）を一定に保持している。

基板１０の開口面側（弾性膜５１とは反対側）には、連通板１５が接着剤や熱溶着フィルム等を介して設けられており、第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂの下方側（−Ｚ方向側）は連通板１５で封止されている。連通板１５の第１圧力発生室１２ａの＋Ｘ方向側の端部及び第２圧力発生室１２ｂの−Ｘ方向側の端部に対向する部分には、第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂに連通し、厚さ方向に半分程度まで貫通した連通路１６ａ及び厚さ方向に貫通した連通路１６ｂがそれぞれ設けられている。連通路１６ａは、第１圧力発生室１２ａ毎に独立して設けられ、連通路１６ｂは、第２圧力発生室１２ｂ毎に独立して設けられている。このため、連通路１６ａ，１６ｂは、第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂがそれぞれ成す列と同様に、略直線状に並設されている。

また、連通板１５の連通路１６ａと連通路１６ｂとの間には、連通路１７が設けられている。連通路１７は、第１圧力発生室１２ａが成す列と、当該列に隣接された第２圧力発生室１２ｂが成す列との間に設けられ、連通路１７の上側（＋Ｚ方向側）は基板１０で封止されている。連通路１７は、第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂの並設方向（＋Ｙ方向）に沿って、第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂ毎に独立して設けられている。連通路１７の一方端側（−Ｘ方向側）には、連通路１６ａを介して第１圧力発生室１２ａが連通して設けられ、他方端側（＋Ｘ方向側）には、連通路１６ｂを介して第２圧力発生室１２ｂが連通して設けられている。

連通板１５は、基板１０よりも大きな面積（基板１０との接合面）を有している。連通板１５上には、基板１０の液体供給路１４ａ及び液体流出路１４ｂの外側において、コンプライアンス基板４０との間でマニホールド１００ａ，１００ｂを画成する。このため、連通板１５は、ノズルプレート２０側の面（−Ｚ方向側の面）からの平面視において、コンプライアンス基板４０と略同じ面積を有している。

連通板１５の基板１０とは反対側には、ノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して設けられている。ノズルプレート２０には、連通路１６ｂを介して第２圧力発生室１２ｂと厚さ方向に連通するノズル開口２１が設けられている。なお、ノズルプレート２０は、ステンレス鋼等の金属や、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板等からなる。

ノズルプレート２０は、連通板１５よりも小さく形成されており、連通板１５に設けられた連通路１６ｂのノズルプレート２０側の開口を覆う（封止する）大きさを有している。即ち、ノズルプレート２０は、連通板１５の一方面を全て覆うことなく、連通路１６ｂを覆う大きさで設けられている。このように、ノズルプレート２０の面積（連通板１５との接合面）を小さく形成することで、コストを低減することができる。

基板１０の開口面（連通板１５側の面）の反対側には、図２に示すように、弾性膜５１が形成され、弾性膜５１上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５２が形成され、これらにより振動板５０が形成されている。更に、絶縁体膜５２上の第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂに対応する位置には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とが、成膜及びリソグラフィー法によって順次積層されて、圧電アクチュエーター（圧力発生手段）である第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂを構成している。一般的には、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂの何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極を個別電極とする。個別電極は、電極膜の成膜後に、圧電体層７０と共に第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂ毎にパターニングされて形成される。本実施形態では、第１電極６０を共通電極とし、第２電極８０を個別電極としたが、駆動回路や配線の配置に応じて、これらの電極を逆に形成しても、圧電アクチュエーターの性能に支障はない。

なお、本実施形態では、弾性膜５１及び絶縁体膜５２からなる振動板５０を形成したが、振動板として機能すればこの構成に限定されない。例えば、弾性膜５１及び絶縁体膜５２を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂ自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂの個別電極である第２電極８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続されている。リード電極９０には、駆動ＩＣ等の駆動回路１２０が設けられたフレキシブル配線であるＣＯＦ等の配線基板１２１が接続されている。駆動回路１２０からの駆動信号は、配線基板１２１及びリード電極９０を介して各第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに出力される。

基板１０の第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂ側の面には、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに対向する領域に、その運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して接合されている。第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂは、圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。本実施形態では、第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂに対応して第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂがそれぞれ独立して設けられているため、圧電素子保持部３１を第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂの幅方向（＋Ｘ方向）に並設された列に亘って当該圧電素子毎に設けると共に、圧電素子保持部３１を第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂの列毎に独立して設けた。

保護基板３０には、２つの圧電素子保持部３１の間に、保護基板３０を厚さ方向に貫通して設けられた貫通孔３２が設けられている。基板１０上の第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂから引き出されたリード電極９０の端部は、貫通孔３２内に露出するように延設されており、リード電極９０と配線基板１２１とは貫通孔３２内で電気的に接続されている。

本実施形態では、保護基板３０は、基板１０と略同じ大きさ（接合面側の面積）で形成されている。また、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、基板１０と同一材料のＳｉ単結晶基板を用いて形成した。

また、保護基板３０の基板１０とは反対面側には、マニホールド１００ａ，１００ｂを構成するコンプライアンス基板４０が接合されている。

コンプライアンス基板４０は、保護基板３０側に基板１０及び保護基板３０を内部に保持する凹部４１を有する。凹部４１は、保護基板３０の基板１０に接合された面よりも広い面積を有し、基板１０と保護基板３０とを接合して合わせた厚さと略同じ深さを有する。そして、凹部４１の開口面を連通板１５で封止することで、凹部４１内に保護基板３０及び基板１０を保持する。即ち、凹部４１の内面に保護基板３０の基板１０とは反対側の面が接合されていると共に、コンプライアンス基板４０の凹部４１が開口する面（凹部４１の周囲の面）に連通板１５の基板１０側の面が接合されている。これにより、凹部４１内に基板１０及び保護基板３０が保持されると共に、基板１０及び保護基板３０の液体供給路１４ａ及び液体流出路１４ｂ側の外側（端面）に、コンプライアンス基板４０と連通板１５とによって画成された空間であるマニホールド１００ａ，１００ｂが形成される。本実施形態では、コンプライアンス基板４０の凹部４１の中央部に保護基板３０及び基板１０を保持させて、凹部４１の中央部の両側に、各第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂにそれぞれ連通するマニホールド１００ａ，１００ｂを形成した。

また、コンプライアンス基板４０には、マニホールド１００ａに連通して当該マニホールド１００ａにインクを供給する供給路４２と、マニホールド１００ｂに連通して連通路１７からのインクを流出する流出路４３とが設けられている。これにより、マニホールド１００ａは、コンプライアンス基板４０の厚さ方向に貫通して設けられた供給路４２から供給したインクを、各第１圧力発生室１２ａの列に分配するように分岐して設けられた液体供給路１４ａにより、連通路１７を介して各第２圧力発生室１２ｂ側に供給することができる。また、マニホールド１００ｂは、各第１圧力発生室１２ａに連通する連通路１７を介して各第２圧力発生室１２ｂの列に供給するように分岐して設けられた液体流出路１４ｂにより、コンプライアンス基板４０の厚さ方向に貫通して設けられた流出路４３にインクを流出することができる。

供給路４２は、基板１０の第１圧力発生室１２ａの長手方向の一方側（−Ｘ方向側）の端部に設けられたマニホールド１００ａの上部（連通板１５とは反対側）の中央部に連通するように配置されている。一方、流出路４３は、第２圧力発生室１２ｂの並設方向において、供給路４２とは反対側に配置されている。

このような供給路４２及び流出路４３には、外部のインクが貯留されたインクタンク９に接続されたチューブ等の管状部材である供給管９ａ及び流出管９ｂが接続されている。具体的には、供給管９ａは、一端部がインクタンク９に接続されると共に、他端部が供給路４２に接続されており、インクタンク９に貯留されたインクをマニホールド１００ａに供給する。また、流出管９ｂは、一端部がインクタンク９に接続されると共に、他端部が流出路４３に接続されており、マニホールド１００ｂを介してインクをインクタンク９へ流出する。なお、必要に応じて流出管９ｂの途中にポンプ等の液体循環手段が設けられてもよい。インクは、液体循環手段の圧力によってマニホールド１００ｂからインクタンク９に戻される。

コンプライアンス基板４０の凹部４１の保護基板３０が接合される底面には、封止膜４５が設けられている。封止膜４５は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等からなり、この封止膜４５によってマニホールド１００ａ，１００ｂの一部が封止されている。

コンプライアンス基板４０のマニホールド１００ａ，１００ｂに相対向する領域は、凹形状を有する空間部４６となっているため、マニホールド１００ａ，１００ｂのコンプライアンス基板４０側（連通板１５とは反対側）の一部は、封止膜４５のみで封止された撓み変形可能な可撓部４７となっている。

コンプライアンス基板４０には、厚さ方向に貫通して、保護基板３０の貫通孔３２に連通する接続口４８が設けられている。この接続口４８に挿通された配線基板１２１が、保護基板３０の貫通孔３２を挿通されてリード電極９０と接続される。また、コンプライアンス基板４０の凹部４１が開口する面とは反対面の接続口４８の開口縁部には、壁部４９が設けられている。この壁部４９には、配線基板１２１と、配線基板１２１に接続される接続基板１２２とが保持されている。接続基板１２２は、外部配線が接続されるコネクター１２３が設けられたリジット基板からなり、リード電極９０に接続された配線基板１２１が電気的に接続される。そして、接続基板１２２のコネクター１２３に、図示しない外部配線が接続されることで、外部配線からの印刷信号を配線基板１２１に出力する。

ここで、本実施形態の記録ヘッド１の流路においては、ノズル開口２１のイナータンスＭｎと、液体供給路１４ａのイナータンスＭｓ１と、液体流出路１４ｂのイナータンスＭｓ２との関係が、下記式（６）を満たすように構成されている。
Ｍｎ＜Ｍｓ２＜Ｍｓ１ ・・・（６）

各イナータンスＭｎ，Ｍｓ１，Ｍｓ２は、一般的には次のようにして求めることができる。即ち、流路が中空直方体である場合、そのイナータンスＭｎ，Ｍｓ１，Ｍｓ２は（ρｌ／ｗｈ）となり、また、流路が円筒体である場合、そのイナータンスＭｎ，Ｍｓ１，Ｍｓ２は、（ρｌ／πｒ^２）となる。なお、イナータンスＭｎ，Ｍｓ１，Ｍｓ２における、ρはインクの密度であり、ｌは流路の長さであり、ｗは流路の幅であり、ｈは流路の高さであり、ｒは流路の半径である。

従って、ノズル開口２１、液体供給路１４ａ及び液体流出路１４ｂの形状が中空直方体で近似できる場合は、（ρｌ／ｗｈ）によりイナータンスＭｎ，Ｍｓ１，Ｍｓ２を求めることができ、また、これらの形状が円筒体で近似できる場合は、（ρｌ／πｒ^２）によりイナータンスＭｎ，Ｍｓ１，Ｍｓ２を求めることができる。なお、このような近似ができない場合でも、積分を利用することにより同様の演算で所望のイナータンスＭｎ，Ｍｓ１，Ｍｓ２を求めることができる。何れの形状の流路であっても、その開口に対して長さが大きくなるように設計するとイナータンス値が大きくなり、インクが流れ難くなる。

式（６）に示した通り、ノズル開口２１のイナータンスＭｎがＭｓ２やＭｓ１よりも小さい値をとることで、ノズル開口２１近傍のインクを循環させることができ、ノズル開口２１において吐出される直前のインクの乾燥や、インクに含まれる成分の沈降を確実に抑制することができる。また、液体供給路１４ａのイナータンスＭｓ１よりも液体流出路１４ｂのイナータンスＭｓ２が小さくなるように構成することで、ポンプ等の液体循環手段を設けることなく確実にインクを循環させることができる。これにより、コスト性を改善することが可能となる。

一方、ノズル開口２１のイナータンスＭｎと、液体供給路１４ａのイナータンスＭｓ１と、液体流出路１４ｂのイナータンスＭｓ２との関係が、下記式（６）を満たさない場合、例えば、液体供給路１４ａのイナータンスＭｓ１が他よりも小さい値をとる場合には、インクがインクタンク９側へ流れ易くなり、即ち逆流して、記録ヘッド１の流路内を循環させることができない。また、液体流出路１４ｂのイナータンスＭｓ２が他よりも小さい値をとる場合には、記録ヘッド１の流路内を循環させることはできるが、インクがノズル開口２１側に流れ難くなり、インクを吐出することが困難となる。更に、液体供給路１４ａのイナータンスＭｓ１が他よりも小さい値をとっても、液体供給路１４ａのイナータンスＭｓ１よりも液体流出路１４ｂのイナータンスＭｓ２が大きい場合には、インクが逆流し易くなり、循環が困難となる。

また、上記流路は、液体供給路１４ａの流路抵抗Ｒｓ１と、液体流出路１４ｂの流路抵抗Ｒｓ２との関係が、下記式（７）を満たすように構成されていることが好ましい。
Ｒｓ２≒Ｒｓ１ ・・・（７）

ここで、式（７）における流路抵抗Ｒｓ１とは、インク供給側（液体供給路１４ａ側）におけるマニホールド１００ａから第１圧力発生室１２ａに供給するインクの流路抵抗値であり、流路抵抗Ｒｓ２とは、インク流出側（液体流出路１４ｂ側）における第２圧力発生室１２ｂからマニホールド１００ｂに流出するインクの流路抵抗値である。流路抵抗Ｒｓ１及び流路抵抗Ｒｓ２は、一般的には次のようにして求めることができる。即ち、流路が中空直方体である場合、流路抵抗Ｒｓ１及び流路抵抗Ｒｓ２は、（１２μｌ／ｗｈ３）により求めることができる。また、流路が円筒体である場合、流路抵抗Ｒｓ１及び流路抵抗Ｒｓ２は、（８μｌ／πｒ４）により求めることができる。なお、流路抵抗Ｒｓ１及び流路抵抗Ｒｓ２における、μはインクの粘度であり、ｌは流路の長さであり、ｗは流路の幅であり、ｈは流路の高さであり、ｒは流路の半径である。また、流路形状の近似については上述した通りである。

式（７）のように記録ヘッド１の流路設計を行う場合、流路抵抗Ｒｓ１と流路抵抗Ｒｓ２との抵抗差Ｒｓ_２−１（＝Ｒｓ２−Ｒｓ１）が、ゼロ（０）に近づく（実質的に差がない）ようにすることが望ましい。具体的には、流路抵抗Ｒｓ２に対する流路抵抗Ｒｓ１の差異の範囲が、±１０％以内、好ましくは±５％以内、更に好ましくは±３％以内であればよい。

式（７）を満たすように記録ヘッド１の流路を設計することで、流路抵抗Ｒｓ１と流路抵抗Ｒｓ２との抵抗差を殆ど無視することができる。そして、液体供給路１４ａを介して第１圧力発生室１２ａに供給したインクを、連通路１６ａ，１６ｂ，１７及び第２圧力発生室１２ｂを介して液体流出路１４ｂへ流出し、当該インクを、供給管９ａ及び流出管９ｂを介して液体供給路１４ａへ戻す工程を繰り返すことで、インクを遅滞なく循環させることができる。一方、上記抵抗差が大きい場合、即ち流路抵抗Ｒｓ２に対する流路抵抗Ｒｓ１の差異の範囲が±１０％を超えた場合には、インクの循環が困難となる。

また、上記流路は、第１圧電素子３００ａのコンプライアンスＣｓ１と、第２圧電素子３００ｂのコンプライアンスＣｓ２との関係が、下記式（８）を満たすように構成することが好ましい。
Ｃｓ２≦Ｃｓ１ ・・・（８）

ここで、式（８）における第１圧電素子３００ａのコンプライアンスＣｓ１とは、第１圧電素子３００ａを駆動して第１圧力発生室１２ａ内のインクを押圧した際に、マニホールド１００ａに設けられた可撓部４７の吸収力（柔らかさ）により、第１圧力発生室１２ａ側に供給するインクをマニホールド１００ａ側に引き戻す（逆流する）程度を示す指標であり、第２圧電素子３００ｂのコンプライアンスＣｓ２とは、第１圧力発生室１２ａ側から第２圧力発生室１２ｂを介してマニホールド１００ｂ側へ供給したインクを、マニホールド１００ｂに設けられた可撓部４７の吸収力（柔らかさ）により、第２圧力発生室１２ｂ側に押し戻す程度を示す指標である。

即ち、第１圧電素子３００ａのコンプライアンスＣｓ１が大きい場合には、マニホールド１００ａに設けられた可撓部４７の吸収力（柔らかさ）が大きくなり、第１圧力発生室１２ａ側に供給するインク量より、マニホールド１００ａ側に引き戻されるインク量が多くなる。一方、第２圧電素子３００ｂのコンプライアンスＣｓ２が大きい場合には、マニホールド１００ｂに設けられた可撓部４７の吸収力（柔らかさ）が大きくなり、マニホールド１００ｂ側にインクが流れ易くなることで、インクの吐出量が多くなる。

本実施形態では、マニホールド１００ｂ側へのインクの流出を制限する（逆流するインクの流量が大きくなる）ように設計することにより、式（８）に示した通りのコンプライアンスＣｓ１とコンプライアンスＣｓ２との関係を規定することで、第１圧電素子３００ａの駆動によるノズル開口２１からのインクの吐出を防止することができる。即ち、インクは第２圧電素子３００ｂの駆動によりノズル開口２１から吐出される。

次に、記録装置に搭載された記録ヘッドの制御について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、実施形態１の記録ヘッドの制御構成例を示すブロック図である。

図示するように、記録ヘッド１を駆動する記録装置Ｉ（図１０参照）は、プリンターコントローラー５１１とプリントエンジン５１２とから概略構成されている。プリンターコントローラー５１１は、外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）５１３と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ５１４と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ５１５と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御部５１６と、クロック信号を発生する発振回路５１７と、記録ヘッド１へインクを供給するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路５１９と、駆動信号や印刷データに基づいて展開されたドットパターンデータ（ビットマップデータ）等をプリントエンジン５１２に送信する内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）５２０とを備えている。なお、本実施形態の駆動信号発生回路５１９は、第１圧電素子３００ａを駆動させるための駆動信号を発生する第１駆動信号発生部５１９ａと、第２圧電素子３００ｂを駆動させるための駆動信号を発生する第２駆動信号発生部５１９ｂとを有している。

外部Ｉ／Ｆ５１３は、例えば、キャラクターコード、グラフィック関数、イメージデータ等によって構成される印刷データを、図示しないホストコンピューター等から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ５１３を通じてビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）が、ホストコンピューター等に対して出力される。

ＲＡＭ５１４は、受信バッファー５２１、中間バッファー５２２、出力バッファー５２３及び図示しないワークメモリーとして機能する。そして、受信バッファー５２１は、外部Ｉ／Ｆ５１３によって受信された印刷データを一時的に記憶し、中間バッファー５２２は、制御部５１６が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファー５２３は、ドットパターンデータを記憶する。なお、このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成してある。

また、ＲＯＭ５１５には、各種データ処理を行わせるための制御プログラム（制御ルーチン）の他に、フォントデータ、グラフィック関数等を記憶させてある。

制御部５１６は、受信バッファー５２１内の印刷データを読み出すと共に、この印刷データを変換して得た中間コードデータを中間バッファー５２２に記憶させる。また、制御部５１６は、中間バッファー５２２から読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ５１５に記憶させているフォントデータ及びグラフィック関数等を参照して、中間コードデータをドットパターンデータに展開する。そして、制御部５１６は、必要な装飾処理を施した後に、この展開したドットパターンデータを出力バッファー５２３に記憶させる。更に、制御部５１６は、波形設定手段としても機能し、駆動信号発生回路５１９における第１駆動信号発生部５１９ａと第２駆動信号発生部５１９ｂとを制御することにより、これらから発生される駆動信号の波形形状を設定する。かかる制御部５１６は、駆動回路１２０等と共に駆動手段を構成する。また、記録装置Ｉとしては、この駆動手段を少なくとも具備するものであればよく、本実施形態では、プリンターコントローラー５１１を含むものとして例示してある。

そして、記録ヘッド１の１行分に相当するドットパターンデータが得られたならば、この１行分のドットパターンデータは、内部Ｉ／Ｆ５２０を通じて記録ヘッド１に出力される。また、出力バッファー５２３から１行分のドットパターンデータが出力されると、展開済みの中間コードデータは中間バッファー５２２から消去され、次の中間コードデータについての展開処理が行われる。

プリントエンジン５１２は、記録ヘッド１と、紙送り機構５２４と、キャリッジ機構５２５とを含んで構成してある。紙送り機構５２４は、図示しない紙送りモーター等から構成してあり、記録シートＳ等の記録媒体を記録ヘッド１の記録動作に連動させて順次送り出す。即ち、この紙送り機構５２４は、記録媒体を副走査方向に相対移動させる。

キャリッジ機構５２５は、記録ヘッド１を搭載可能なキャリッジ３と、このキャリッジ３を主走査方向に沿って走行させるキャリッジ駆動部とから構成してあり、キャリッジ３を走行させることにより記録ヘッド１を主走査方向に移動させる。なお、キャリッジ駆動部は、上述したように駆動モーター６やタイミングベルト７等で構成されている。

記録ヘッド１は、副走査方向に沿って多数のノズル開口２１を有し、ドットパターンデータ等によって規定されるタイミングで各ノズル開口２１からインク滴を吐出する。そして、このような記録ヘッド１の第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂには、図示しない外部配線を介して電気信号、例えば、後述する駆動信号（ＣＯＭ１，ＣＯＭ２）や記録データ（ＳＩ１，ＳＩ２）等が供給される。このように構成されるプリンターコントローラー５１１及びプリントエンジン５１２では、プリンターコントローラー５１１と、駆動信号発生回路５１９の第１駆動信号発生部５１９ａと第２駆動信号発生部５１９ｂとから出力された所定の駆動波形を有する駆動信号を選択的に第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに入力するラッチ５３２、レベルシフター５３３及びスイッチ５３４等を有する駆動回路１２０とが第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに所定の駆動信号を印加する駆動手段（駆動系）となる。

なお、これらのシフトレジスター（ＳＲ）５３１、ラッチ５３２、レベルシフター５３３、スイッチ５３４及び第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂは、それぞれ、記録ヘッド１のノズル開口２１毎に設けられており、これらのＳＲ５３１、ラッチ５３２、レベルシフター５３３及びスイッチ５３４は、駆動信号発生回路５１９の第１駆動信号発生部５１９ａと第２駆動信号発生部５１９ｂとが発生した吐出駆動信号や緩和駆動信号から駆動パルスを生成する。ここで、駆動パルスとは、実際に第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに印加される印加パルスのことである。

このような記録ヘッド１では、最初に発振回路５１７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、ドットパターンデータを構成する記録データ（ＳＩ）が出力バッファー５２３からＳＲ５３１へシリアル伝送され、順次セットされる。この場合、まず、全ノズル開口２１の印字データにおける最上位ビットのデータがシリアル伝送され、この最上位ビットのデータシリアル伝送が終了したならば、上位から２番目のビットのデータがシリアル伝送される。以下同様に、下位ビットのデータが順次シリアル伝送される。

そして、当該ビットの記録データの全ノズル分が各ＳＲ５３１にセットされたならば、制御部５１６は、所定のタイミングでラッチ５３２へラッチ信号（ＬＡＴ）を出力させる。このラッチ信号により、ラッチ５３２は、ＳＲ５３１にセットされた印字データをラッチする。このラッチ５３２がラッチした記録データ（ＬＡＴｏｕｔ）は、電圧増幅器であるレベルシフター５３３に印加される。このレベルシフター５３３は、記録データが例えば「１」の場合に、スイッチ５３４が駆動可能な電圧値、例えば、数十ボルトまでこの記録データを昇圧する。そして、この昇圧された記録データは各スイッチ５３４に印加され、各スイッチ５３４は、当該記録データにより接続状態になる。

そして、各スイッチ５３４には、駆動信号発生回路５１９の第１駆動信号発生部５１９ａと第２駆動信号発生部５１９ｂとが発生した駆動信号（ＣＯＭ１，ＣＯＭ２）も印加されており、スイッチ５３４が選択的に接続状態になると、このスイッチ５３４に接続された第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに選択的に駆動信号が印加される。このように、例示した記録ヘッド１では、記録データによって第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに吐出駆動信号を印加するか否かを制御することができる。例えば、記録データが「１」の期間においてはラッチ信号（ＬＡＴ）によりスイッチ５３４が接続状態となるので、駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに供給することができ、この供給された駆動信号により第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂが変位（変形）する。また、記録データが「０」の期間においてはスイッチ５３４が非接続状態となるので、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂへの駆動信号の供給は遮断される。この記録データが「０」の期間において、各第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂは直前の電位を保持するので、直前の変位状態が維持される。

なお、上記の第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂは、撓み振動モードの第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂである。この、撓み振動モードの第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂを用いると、圧電体層７０が電圧の印加に伴い電圧と垂直方向（圧電素子保持部３１方向）に縮むことで、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂ及び振動板５０が第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂ側に撓み、これにより第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂを収縮させる。一方、電圧を減少させることにより圧電体層７０が圧電素子保持部３１方向に伸びることで、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂ及び振動板５０が第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂの逆側に撓み、これにより第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂを膨張させる。このような記録ヘッド１では、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに対する充放電に伴って対応する第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂの容積が変化するので、第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂの圧力変動を利用してノズル開口２１からインク滴を吐出させることができる。

次に、記録装置に搭載される記録ヘッドの圧電素子に入力される駆動信号（ＣＯＭ１，ＣＯＭ２）を表す駆動波形について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、実施形態１の記録ヘッドのインク吐出時の駆動信号例を示す図であり、図７は、実施形態１の記録ヘッドのインク非吐出時の駆動信号例を示す図である。

図６に示すように、記録ヘッド１の稼動時において、インクの吐出に寄与する第１圧電素子３００ａを駆動させる駆動波形Ｐａは、基準電圧Ｖ０と電圧Ｖ３との間で変化する。共通電極（本実施形態の場合は第１電極６０）には、基準電圧Ｖ０が印加される。例えば、基準電圧Ｖ０を５Ｖとした場合、共通電極は５Ｖの基準電位に保たれる。個別電極（本実施形態の場合は第２電極８０）には、中間電圧Ｖｍ、電圧Ｖ２及び電圧Ｖ３の３種類が印加される。共通電極を基準電位に保ちつつ、個別電極に印加する電圧を変化させることで、図示するような駆動波形Ｐａによって、第１圧電素子３００ａを駆動することが可能となる。なお、駆動波形Ｐａでは、基準電圧Ｖ０に対する最大電圧がＶｈとなる。

第１圧電素子３００ａの駆動波形Ｐａは、次のような工程Ｐ０からＰ８を含む。工程Ｐ０は、第１圧電素子３００ａの駆動を待機させている状態（待機状態）である。このとき、個別電極には中間電圧Ｖｍが印加される。第１の電圧変化工程Ｐ１は、第１圧力発生室１２ａを収縮させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、中間電圧Ｖｍから電圧Ｖ２に変化する。第１のホールド工程Ｐ２は、第１の電圧変化工程Ｐ１による電圧変化後の状態を暫く保持させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、暫く電圧Ｖ２のまま保持される。第２の電圧変化工程Ｐ３は、第１圧力発生室１２ａを再び待機状態に戻すための工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、電圧Ｖ２から中間電圧Ｖｍに変化する。第２のホールド工程Ｐ４は、第２の電圧変化工程Ｐ３による電圧変化後の状態を暫く保持させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、暫く中間電圧Ｖｍのまま保持される。第３の電圧変化工程Ｐ５は、第１圧電素子３００ａを再び収縮させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、中間電圧Ｖｍから電圧Ｖ３に変化する。第３のホールド工程Ｐ６は、第３の電圧変化工程Ｐ５による電圧変化後の状態を暫く保持させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、暫く電圧Ｖ３のまま保持される。第４の電圧変化工程Ｐ７は、第１圧力発生室１２ａを再び待機状態に戻すための工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、電圧Ｖ３から中間電圧Ｖｍに変化する。その後、工程Ｐ８（工程Ｐ０）において、第１圧電素子３００ａの駆動を待機させる。

即ち、第１圧電素子３００ａを駆動させる駆動波形Ｐａは、第１圧電素子３００ａを微振動させる微振動パルスＰｖ（工程Ｐ１から工程Ｐ３）と、インクの循環を維持するための循環パルスＰｃ（工程Ｐ５から工程Ｐ７）（第１駆動信号）を有している。そして、このような駆動波形Ｐａによって、第１圧電素子３００ａを駆動する。

また、インクの吐出を行う第２圧電素子３００ｂを駆動させる駆動波形Ｐｂは、最小電圧Ｖ１と最大電圧Ｖｈとの間で変化する。個別電極には、最小電圧Ｖ１、中間電圧Ｖｍ、電圧Ｖ２及び最大電圧Ｖｈの４種類が印加される。共通電極を基準電位に保ちつつ、個別電極に印加する電圧を変化させることで、図示するような駆動波形Ｐｂによって、第２圧電素子３００ｂを駆動することが可能となる。なお、駆動波形Ｐｂでは、基準電圧Ｖ０に対する最大電圧がＶｈとなる。

第２圧電素子３００ｂの駆動波形Ｐｂは、次のような工程Ｐ９からＰ１９を含む。なお、工程Ｐ９から工程Ｐ１３は、第１圧電素子３００ａの駆動波形Ｐａにおける工程Ｐ０から工程Ｐ４に相当するので説明を省略する。第３の電圧変化工程Ｐ１４は、第１圧力発生室１２ａを収縮させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、中間電圧Ｖｍから最小電圧Ｖ１に変化する。第３のホールド工程Ｐ１５は、第３の電圧変化工程Ｐ１４による電圧変化後の状態を暫く保持させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、暫く最小電圧Ｖ１のまま保持される。第４の電圧変化工程Ｐ１６は、第２圧電素子３００ｂを膨張させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、最小電圧Ｖ１から電圧Ｖ４に変化する。第４のホールド工程Ｐ１７は、第４の電圧変化工程Ｐ１６による電圧変化後の状態を暫く保持させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、暫く最大電圧Ｖｈのまま保持される。第５の電圧変化工程Ｐ１８は、第２圧電素子３００ｂを再び待機状態に戻すための工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、最大電圧Ｖｈから中間電圧Ｖｍに変化する。その後、工程Ｐ１９（工程Ｐ９）において、第２圧電素子３００ｂの駆動を待機させる。

即ち、第２圧電素子３００ｂを駆動させる駆動波形Ｐｂは、第２圧電素子３００ｂを微振動させる微振動パルスＰｖ（工程Ｐ１０から工程Ｐ１２）と、ノズル開口２１からインクを吐出するための吐出パルスＰｄ（工程Ｐ１４から工程Ｐ１８）（第２駆動信号）を有している。そして、このような駆動波形Ｐｂによって、第２圧電素子３００ｂを駆動する。

このように、インクの吐出を行うノズル開口２１においては、微振動パルスＰｖにより第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂを微振動させ、所定期間待機させた後に、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに対して、それぞれ異なるパルスを印加する。まず、第１圧電素子３００ａに、インクの循環を維持するための循環パルスＰｃを印加し、所定期間（例えばΔｔ）だけ遅れて、第２圧電素子３００ｂに、ノズル開口２１からインクを吐出するための吐出パルスＰｄを印加し、記録シートＳ（図１０参照）に所定画像を形成することができる。第１圧電素子３００ａの駆動と第２圧電素子３００ｂの駆動のタイミングを所定期間だけずらすことで、インクの吐出に応じてインクの循環が滞ることなく、効率的にインクを循環させることができる。

一方、インクの吐出を行わない第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂについてもインクの循環を維持する目的で、図７に示した駆動波形Ｐａ，Ｐｂを印加する。駆動波形Ｐａ，Ｐｂは、インクの循環を維持するための循環パルスＰｃを有するものである。この場合の駆動波形Ｐａ，Ｐｂは、工程Ｐ１９から工程Ｐ２３及び工程Ｐ２４から工程Ｐ２８をそれぞれ含むが、これらは、上述した第１圧電素子３００ａの駆動波形Ｐａにおける工程Ｐ４から工程Ｐ８に相当するので説明を省略する。

本実施形態では、インク吐出前に、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに微振動パルスＰｖをそれぞれ印加して、ノズル開口２１近傍のインクを微振動させることが好ましい。これにより、ノズル開口２１近傍のインクが微振動により流れ易くなることで、ノズル開口２１近傍のインクの増粘や、インク成分の沈降を確実に抑制して、インクの循環を維持することができる。また、インクの微振動により、ノズル開口２１近傍に沈降したインク成分（沈降インク成分）をインク内に戻すことができる。これにより、沈降インク成分が溶解して効率的にインクをリフレッシュすることができる。

このように、インクの吐出を行わないノズル開口２１においては、第１圧電素子３００ａに循環パルスＰｃを印加した後に、第２圧電素子３００ｂに循環パルスＰｃを印加し、インクの循環を維持する。インクの吐出を行わないノズル開口２１については、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂをインクの循環を維持するように順次駆動させることで、インクの流れがよりスムーズになる。

なお、本実施形態では、インク吐出前に、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに微振動パルスをそれぞれ印加したが、これに限定されない。インクの増粘及び沈降状態に応じて、例えば、何れかの圧電素子に微振動パルスを印加してもよい。また、インクを循環させた後に微振動パルスを印加してもよい。更に、インクの吐出を行わないノズル開口２１の第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂの何れかについても、微振動パルスを印加してもよい。

（液体噴射ヘッドの循環方法）
次に、上述した構成を有する記録ヘッド１を用いたインクの循環方法について説明する。記録ヘッド１は、装置の待機時において、インクの吐出を停止して循環させる。具体的には、液体供給路１４ａを介して第１圧力発生室１２ａに供給したインクを、連通路１６ａ，１６ｂ，１７及び第２圧力発生室１２ｂを介して液体流出路１４ｂへ流出し、当該インクを、液体循環路である供給管９ａ及び流出管９ｂを介して液体供給路１４ａへ戻す工程を繰り返すことで、インクを循環させる。これにより、スムーズな循環が可能となる。

（液体噴射ヘッドの吐出方法）
次に、上述した構成を有する記録ヘッド１を用いたインクの吐出方法について説明する。記録ヘッド１は、装置の稼動時において、インクを循環させながら吐出を行う。具体的には、インクタンク９からのインクを、供給管９ａを介して供給路４２に供給する。その後、駆動手段（駆動回路１２０等）が第１圧電素子３００ａを駆動させる駆動波形Ｐａを出力した後に、所定期間（例えばｔ秒）遅れて第２圧電素子３００ｂを駆動させる駆動波形Ｐｂを出力することで、第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂを順次駆動する。これにより、供給路４２に供給したインクを、マニホールド１００ａから各第１圧力発生室１２ａ、連通路１６ａ及び連通路１７を介して連通路１６ｂへ供給して、ノズル開口２１からインクを吐出する。記録ヘッド１は、インク吐出時にインクを循環させることで、ノズル開口２１近傍のインクの増粘や成分の沈降を確実に抑制してインクの吐出特性の悪化を防止することができる。これにより、一定時間が経過した後であっても、インク吐出特性を略一定に揃えることができ、吐出特性のばらつきを抑制して液体の噴射品質を向上することができる。

（実施形態２）
（液体噴射ヘッド）
図８は、実施形態２の記録ヘッドのインク吐出時の駆動信号例を示す図である。本実施形態では、上述した構成を有する記録ヘッド１の第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂに、図８に示すような駆動信号（ＣＯＭ１，ＣＯＭ２）を表す駆動波形を用いて駆動させてもよい。図８には、記録ヘッド１の稼動時において、インクの吐出に寄与する第１圧電素子３００ａを駆動させる駆動波形Ｐａと、第２圧電素子３００ｂを駆動させる駆動波形Ｐｂとを示している。これらの駆動波形において、駆動波形Ｐａの工程Ｐ８の後に工程Ｐ２９から工程Ｐ３２を加えたこと以外は実施形態１の駆動波形Ｐａ及び駆動波形Ｐｂと同一波形である。

第４のホールド工程Ｐ８は、第４の電圧変化工程Ｐ７による電圧変化後の状態を暫く保持させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、暫く中間電圧Ｖｍのまま保持される。第５の電圧変化工程Ｐ２９は、第１圧力発生室１２ａを膨張させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、中間電圧Ｖｍから基準電圧Ｖ０に変化する。第５のホールド工程Ｐ３０は、第５の電圧変化工程Ｐ２９による電圧変化後の状態を暫く保持させる工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、暫く基準電圧Ｖ０のまま保持される。第６の電圧変化工程Ｐ３１は、第１圧力発生室１２ａを再び待機状態に戻すための工程である。このとき、個別電極に印加される電圧は、基準電圧Ｖ０から中間電圧Ｖｍに変化する。その後、工程Ｐ３２（工程Ｐ０）において、第１圧電素子３００ａの駆動を待機させる。

即ち、第１圧電素子３００ａを駆動させる駆動波形Ｐａは、第１圧電素子３００ａを微振動させる微振動パルスＰｖ（工程Ｐ１から工程Ｐ３）と、インクの循環を維持するための循環パルスＰｃ（工程Ｐ５から工程Ｐ７）と、インクの尾曳きを防止するためのパルスＰｔ（工程Ｐ２９から工程Ｐ３１）とを有している。そして、このような駆動波形Ｐａによって、第１圧電素子３００ａを駆動する。

本実施形態では、記録ヘッド１のインク吐出時において、駆動波形Ｐｂを出力して第２圧電素子３００ｂを駆動した後に、記録ヘッド１の固有周期Ｔｃ以内に駆動波形Ｐａを出力して第１圧電素子３００ａを、インクの尾曳きを防止するように駆動することが好ましい。具体的には、駆動波形Ｐｂの工程Ｐ１６が完了する前に、駆動波形Ｐａの工程Ｐ２９を開始する。即ち、工程１６により、第２圧電素子３００ｂを変位させてインクを吐出した直後に、工程Ｐ２９により、第１圧電素子３００ａを変位させて第１圧力発生室１２ａを膨張させ、ノズル開口２１から吐出するインクに対し、吐出の逆方向（＋Ｚ方向）に引き戻す力を作用させる。これにより、ノズル開口２１から吐出した状態のノズル開口２１近傍の尾曳き部分を引き戻すことができ、ノズル開口２１から吐出されるインクの尾曳きを防止することができる。なお、この工程は、インクの粘度などに応じて適宜行えばよい。また、駆動波形Ｐａの工程Ｐ２９の開始のタイミングとして、駆動波形Ｐｂの工程Ｐ１６の直後（インクの吐出直後）になるため、第１圧電素子３００ａの駆動は、記録ヘッド１の固有周期Ｔｃ以内となる。更に、固有周期Ｔｃ以内であれば、タイミングによっては第１圧電素子３００ａを変位させて第１圧力発生室１２ａを伸縮させることにより、インクの尾曳きを防止することができる。

（実施形態３）
（液体噴射ヘッド）
図９は、実施形態３の記録ヘッドの流路を示す断面図である。図示するように、本実施形態の記録ヘッド１Ａは、連通路１７Ａの構成が異なる以外は実施形態１の記録ヘッド１と同様の構成である。

記録ヘッド１Ａは、第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂが略直線状に並設された第１列及び第２列は、両者の並設位置が異なっている。具体的には、第１圧力発生室１２ａからなる第１列内の第１圧力発生室１２ａ間に、第２圧力発生室１２ｂが配置され、一方の第１圧力発生室１２ａの列に対して、他方の第２圧力発生室１２ｂの列が、並設方向で第１圧力発生室１２ａの隣り合う間隔の半分だけずれている。即ち、第１圧力発生室１２ａと第２圧力発生室１２ｂとは千鳥状に配置されている。この千鳥配置に応じて、基板１０に設けられた液体流出路１４ｂ、連通板１５に設けられた連通路１６ｂ及びノズルプレート２０に設けられたノズル開口２１も、液体供給路１４ａの列に対して半分の間隔だけずれて配置されている。そして、連通路１７Ａは、連通路１６ａを介して第１圧力発生室１２ａに連通された一方端部に対して、連通路１６ｂを介して第２圧力発生室１２ｂに連通された他方端部が半分の間隔だけずれて配置され、ＸＹ面内において傾斜して設けられている。これにより、第１圧力発生室１２ａ及び第２圧力発生室１２ｂに対応する第１圧電素子３００ａ及び第２圧電素子３００ｂの集積化が可能となり、解像度を２倍にすることができる。

なお、図示していないが、記録ヘッド１Ａは、１つの第１圧力発生室１２ａに対して連通路を介して２つの第２圧力発生室１２ｂが連通するように構成してもよい。かかる構成では、連通路が二又構造を有する通路に形成すればよい。これにより、圧電素子を集積して解像度を向上することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電素子を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電素子や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子等を使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーター等を使用することができる。

また、これら上述したインクジェット式記録ヘッド（記録ヘッド）１は、インクジェット式記録ヘッドユニット（ヘッドユニット）の一部を構成して、インクジェット式記録装置（記録装置）に搭載される。図１０は、インクジェット式記録装置の一例の概略を示す斜視図である。図示するように、記録装置Ｉでは、ヘッドユニットＩＩが、カートリッジ２Ａ，２Ｂに着脱可能に設けられている。カートリッジ２Ａ，２Ｂは、インク供給手段を構成している。ヘッドユニットＩＩは、複数の記録ヘッド１を有しており、キャリッジ３に搭載されている。キャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に、軸方向に対して移動自在に設けられている。これらのヘッドユニットＩＩやキャリッジ３は、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出可能に構成されている。

そして、駆動モーター６の駆動力が、図示しない複数の歯車及びタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達され、ヘッドユニットＩＩを搭載したキャリッジ３が、キャリッジ軸５に沿って移動されるようになっている。一方、装置本体４には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

記録ヘッド１には、圧電素子装置として、圧電素子が用いられている。圧電素子を用いることによって、記録装置Ｉにおける各種特性（耐久性やインク噴射特性等）の低下を回避することができる。

また、上述した例では、記録シートの搬送方向と交差する方向（主走査方向）に移動するキャリッジに記録ヘッドを搭載し、記録ヘッドを主走査方向に移動させながら印刷を行う、シリアル型の記録装置を例示したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、記録ヘッドが固定されて記録シートを搬送するだけで印刷を行う、ライン式の記録装置にも本発明を適用することができる。

また、本実施形態では、インクカートリッジ等の液体貯留手段を各記録ヘッド、ヘッドユニット、キャリッジ等に固定するタイプの記録装置を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、液体貯留手段が装置本体に固定されたタイプの記録装置にも本発明を適用することができる。

さらに本実施形態では、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップの製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

Ｉ…記録装置、ＩＩ…ヘッドユニット、Ｓ…記録シート、１，１Ａ…記録ヘッド、２Ａ，２Ｂ…カートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…搬送ローラー、９…インクタンク、９ａ…供給管、９ｂ…流出管、１０…基板、１２ａ…第１圧力発生室、１２ｂ…第２圧力発生室、１４ａ…液体供給路、１４ｂ…液体流出路、１５…連通板、１６ａ，１６ｂ，１７，１７Ａ…連通路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、３０…保護基板、３１…圧電素子保持部、３２…貫通孔、４０…コンプライアンス基板、４１…凹部、４２…供給路、４３…流出路、４５…封止膜、４６…空間部、４７…可撓部、４８…接続口、４９…壁部、５０…振動板、５１…弾性膜、５２…絶縁体膜、６０…第１電極、７０…圧電体層、８０…第２電極、９０…リード電極、１００ａ，１００ｂ…マニホールド、１２０…駆動回路、１２１…配線基板、１２２…接続基板、１２３…コネクター、３００ａ…第１圧電素子、３００ｂ…第２圧電素子、５１１…プリンターコントローラー、５１２…プリントエンジン、５１３…外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）、５１４…ＲＡＭ、５１５…ＲＯＭ、５１６…制御部、５１７…発振回路、５１９…駆動信号発生回路、５１９ａ…第１駆動信号発生部、５１９ｂ…第２駆動信号発生部、５２０…内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）、５２１…受信バッファー、５２２…中間バッファー、５２３…出力バッファー、５２４…紙送り機構、５２５…キャリッジ機構、５３１…シフトレジスター（ＳＲ）、５３２…ラッチ、５３３…レベルシフター、５３４…スイッチ

Claims (10)

1. 第１圧力発生手段を備える第１圧力発生室と、
   第２圧力発生手段を備える第２圧力発生室と、
   前記第１圧力発生室と前記第２圧力発生室とを連通する連通路と、
   前記第１圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、
   前記第２圧力発生室から液体を流出する液体流出路とを具備し、
   前記第２圧力発生室に連通するノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
   前記ノズル開口のイナータンスＭｎと、前記液体供給路のイナータンスＭｓ１と、前記液体流出路のイナータンスＭｓ２との関係が、下記式（１）を満たすように構成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
   Ｍｎ＜Ｍｓ２＜Ｍｓ１ ・・・（１）
2. 前記液体供給路の流路抵抗Ｒｓ１と、前記液体流出路の流路抵抗Ｒｓ２との関係が、下記式（２）を満たすように構成したことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
   Ｒｓ２≒Ｒｓ１ ・・・（２）
3. 前記液体供給路と前記液体流出路との間に接続され液体を循環する液体循環路と、
   前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を駆動する駆動手段とを具備し、
   前記駆動手段は、前記第１圧力発生手段を駆動して前記第１圧力発生室を収縮させる第１駆動信号を出力した後に、所定期間遅れて前記第２圧力発生手段を駆動して前記第２圧力発生室を収縮させる第２駆動信号を出力することで、前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を順次駆動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記駆動手段は、前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を微振動させる微振動信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 複数の前記第１圧力発生室からなる第１列と複数の前記第２圧力発生室からなる第２列とが並設され、両者の並設位置が異なり、前記第１列内の前記第１圧力発生室間に、前記第２圧力発生室が配置されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記第１圧力発生手段のコンプライアンスＣｓ１と、前記第２圧力発生手段のコンプライアンスＣｓ２との関係が、下記式（３）を満たすように構成したことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
   Ｃｓ２≦Ｃｓ１ ・・・（３）
7. 前記駆動手段は、液体吐出時において、前記第２駆動信号を出力して前記第２圧力発生手段を駆動した後に、当該液体噴射ヘッドの固有周期Ｔｃ以内に前記第１圧力発生室を収縮又は膨張させる第３駆動信号を出力して前記第１圧力発生手段を駆動することを特徴とする請求項３から請求項６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 請求項１から請求項７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを有することを特徴とする液体噴射装置。
9. 第１圧力発生手段を備える第１圧力発生室と、
   第２圧力発生手段を備える第２圧力発生室と、
   前記第１圧力発生室と前記第２圧力発生室とを連通する連通路と、
   前記第１圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、
   前記第２圧力発生室から液体を流出する液体流出路と、
   前記液体供給路と前記液体流出路との間に接続される液体循環路とを具備し、
   前記第２圧力発生室に連通するノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいて当該液体を循環する液体循環方法であって、
   前記ノズル開口のイナータンスＭｎと、前記液体供給路のイナータンスＭｓ１と、前記液体流出路のイナータンスＭｓ２との関係が、下記式（４）を満たすように構成した液体噴射ヘッドを用い、
   前記液体供給路を介して前記第１圧力発生室に供給した液体を、前記連通路及び前記第２圧力発生室を介して前記液体流出路へ流出し、当該液体を、前記液体循環路を介して前記液体供給路へ戻す工程を繰り返すことで、当該液体を循環させることを特徴とする液体循環方法。
   Ｍｎ＜Ｍｓ２＜Ｍｓ１ ・・・（４）
10. 第１圧力発生手段を備える第１圧力発生室と、
    第２圧力発生手段を備える第２圧力発生室と、
    前記第１圧力発生室と前記第２圧力発生室とを連通する連通路と、
    前記第１圧力発生室に液体を供給する液体供給路と、
    前記第２圧力発生室から液体を流出する液体流出路と、
    前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を駆動する駆動手段とを具備し、
    前記第２圧力発生室に連通するノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドであって、
    前記ノズル開口のイナータンスＭｎと、前記液体供給路のイナータンスＭｓ１と、前記液体流出路のイナータンスＭｓ２との関係が、下記式（５）を満たすように構成した液体噴射ヘッドを用いて当該液体を吐出する液体吐出方法であって、
    前記駆動手段は、前記第１圧力発生手段を駆動する第１駆動信号を出力した後に、所定期間遅れて前記第２圧力発生手段を駆動する第２駆動信号を出力することで、前記第１圧力発生手段及び前記第２圧力発生手段を順次駆動して、前記ノズル開口から液体を吐出することを特徴とする液体吐出方法。
    Ｍｎ＜Ｍｓ２＜Ｍｓ１ ・・・（５）
    

Images