JP4506170B2 - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクタンクから供給されるインクをノズルから吐出させる圧力室を、そのノズル毎に備えたインクジェット記録ヘッドに関する。

従来から、主走査方向に往復移動するインクジェット記録ヘッド（以下、単に「記録ヘッド」という場合がある）の複数のノズルから選択的にインク滴を吐出し、副走査方向に搬送されて来る記録紙等の記録媒体に文字や画像等を印刷するインクジェット記録装置は知られている。

このようなインクジェット記録装置において、その記録ヘッドには圧電方式やバブル方式等がある。例えば圧電方式の場合には、図１１で示すように、インクタンクからインク１００が供給されるインク室としての圧力室１０２に、圧電素子（電気エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエーター）１０４が設けられ、その圧電素子（アクチュエーター）１０４が圧力室１０２の体積を減少させるように凹状に撓み変形して中のインク１００を加圧し、圧力室１０２に連通するノズル１０６からインク滴１００Ａとして吐出させるように構成されている。

このような構成のインクジェット記録ヘッドにおいて、近年では、高画質な印刷を目的として、高粘度なインクを吐出できるようにすることが求められている。また、精密配線基板や画像出力デバイスフィルター等の製造分野においても、インクジェット記録装置（インクジェット記録ヘッド）を用いて高粘度媒体を吐出できるようにすることが望まれている。

しかしながら、上記したような圧電方式やバブル方式のインクジェット記録ヘッドでは、ノズルからインク滴を吐出した後、そのノズルに連通する圧力室（インク流路）へのインクタンクからのインク再充填は、インク自体が有するメニスカスの表面張力によって行われるので、その再充填のための時間が長く掛かるという問題があった。したがって、インク（媒体）が高粘度化されると、そのインク再充填時間が更に長く掛かってしまうという問題が起きる。

そのため、例えばノズルに連通する圧力室（インク流路）に、圧電素子（アクチュエーター）を複数個、所定間隔を隔てて直線状に（列状に）配設し、各圧電素子（アクチュエーター）に印加する交流電圧の位相を互いにずらすことにより、圧力室（インク流路）内に直線的な進行波を発生させ、圧力室（インク流路）内のインクをノズルから吐出させるようにしたインクジェット記録ヘッドがある（例えば、特許文献１参照）。

この構成によれば、圧電素子（アクチュエーター）の駆動により、圧力室（インク流路）内のインクがノズル方向へ流出すると同時に、その圧力室（インク流路）内の上流側が負圧になるので、高粘度のインク（媒体）であっても、インクタンク内から圧力室（インク流路）内へ好適に流入される（引き込まれる）。したがって、圧力室（インク流路）内にインクが再充填されるまで待つ必要がなく、すぐに次のインクを吐出できる利点がある。
特開平６−２１８９１７号公報

しかしながら、このような構成では、単一の圧力室（インク流路）内に、複数個の圧電素子（アクチュエーター）を列状に設ける必要があるので、その配置面積が大きく取られ、ノズルが高密度に配置された記録ヘッドを実現できないという問題があった。また、その圧力室（インク流路）は、ノズル毎に複数設けられているので、１つの記録ヘッドに対して圧電素子（アクチュエーター）が多数必要であり、結果的に製造コストが高価になるという問題もあった。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑み、ノズルに連通している圧力室へのインク再充填時間を短縮できるとともに、ノズルを高密度に配置でき、かつ製造コストの低減が図れるインクジェット記録ヘッドを得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、前記ノズルと隅角部で連通し、インクを加減圧する平面視略四角形状の圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給口と、前記圧力室の一面を形成する振動板上に接着された平板状の圧電素子と、を有し、前記インク供給口が、前記圧力室の前記振動板と対向する面側の中央部に設けられ、前記圧電素子が、前記圧力室毎に１つ配設され、該圧電素子の前記振動板側に対して反対側に複数の個別電極を備え、各個別電極に時間的に位相が異なる交流電圧をそれぞれ印加することにより、前記圧電素子の複数の共振モードを、時間的に位相をずらして同時に振動させ、前記圧力室内に回転進行波を発生させるようにしたことを特徴としている。

このように、平板状の圧電素子に複数の個別電極を備え、各個別電極に時間的に位相が異なる交流電圧をそれぞれ印加することにより、圧電素子の複数の共振モードを、時間的に位相をずらして同時に振動させると、その圧電素子単体で圧力室内に回転進行波を発生させることができ、圧力室内のインクに回転流を発生させることができる。

したがって、その回転流の負圧部分をインク供給口とすれば、高粘度化されたインクでも速やかに圧力室へ再充填される。

つまり、このような構成によれば、圧力室内にインクが再充填されるまで待つ必要がなく、すぐに次のインクを吐出させることができる。

また、各圧力室に対して１つの圧電素子だけで回転進行波を発生させることができるので、圧電素子を配置するための面積が大きく取られることはない。

したがって、ノズルを高密度に配置することができる。また、その圧電素子の数は圧力室の数と同数で済むため、製造コストの低減を図ることができる。

また、請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記複数の共振モードの共振周波数が略一致していることを特徴としている。

このような構成にすることで、単一の周波数をもつ電圧波形でも、複数の共振モードを同時に振動させることができる。

また、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記中央部が、前記回転進行波によって発生する回転流の負圧部分であることを特徴としている。

このような構成にすることで、インク供給口からのインク再充填を効率的に行うことが可能となる。

また、請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記隅角部が、前記回転進行波によって発生する回転流の正圧部分であることを特徴としている。

このような構成にすることで、ノズルからのインク吐出を効率的に行うことが可能となる。

そして、請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドは、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記回転進行波の回転数を制御可能としたことを特徴としている。

このような構成にすることで、インク供給口からのインク再充填の量や、ノズルからのインク吐出の量を制御することが可能となる。

以上、何れにしても本発明によれば、ノズルに連通している圧力室へのインク再充填時間を短縮できるとともに、ノズルを高密度に配置でき、かつ製造コストの低減が図れるインクジェット記録ヘッドを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を基に詳細に説明する。なお、記録媒体は記録紙Ｐとして説明をする。また、記録紙Ｐのインクジェット記録装置における搬送方向を副走査方向として矢印Ｓで表し、その搬送方向と直交する方向を主走査方向として矢印Ｍで表す。そして、インクの流れを矢印Ｆで表す。また、図において、矢印ＵＰ、矢印ＬＯ、矢印ＦＲ、矢印ＲＥ、矢印ＬＥ、矢印ＲＩが示されている場合は、それぞれ上方向、下方向、前方向、後方向、左方向、右方向を示すものとし、上下前後左右の表現した場合は、上記各矢印に対応しているものとする。

まず、最初にインクジェット記録装置１０の概要を説明する。図１で示すように、インクジェット記録装置１０は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクジェット記録ユニット３０（インクジェット記録ヘッド３２）を搭載するキャリッジ１２を備えている。このキャリッジ１２の記録紙Ｐの搬送方向上流側には一対のブラケット１４が突設されており、そのブラケット１４には円形状の開孔１４Ａ（図２参照）が穿設されている。そして、その開孔１４Ａに、主走査方向に架設されたシャフト２０が挿通されている。

また、主走査方向の両端側には、主走査機構１６を構成する駆動プーリー（図示省略）と従動プーリー（図示省略）が配設されており、その駆動プーリーと従動プーリーに巻回されて、主走査方向に走行するタイミングベルト２２の一部がキャリッジ１２に固定されている。したがって、キャリッジ１２は主走査方向に往復移動可能に支持される構成である。

また、このインクジェット記録装置１０には、画像印刷前の記録紙Ｐを束にして入れておく給紙トレイ２６が設けられており、その給紙トレイ２６の上方には、インクジェット記録ヘッド３２によって画像が印刷された記録紙Ｐが排出される排紙トレイ２８が設けられている。そして、給紙トレイ２６から１枚ずつ給紙された記録紙Ｐを所定のピッチで副走査方向へ搬送する搬送ローラー及び排出ローラーからなる副走査機構１８が設けられている。

その他、このインクジェット記録装置１０には、印刷時において各種設定を行うコントロールパネル２４と、メンテナンスステーション（図示省略）等が設けられている。メンテナンスステーションは、キャップ部材、吸引ポンプ、ダミージェット受け、クリーニング機構等を含んで構成されており、吸引回復動作、ダミージェット動作、クリーニング動作等のメンテナンス動作を行うようになっている。

また、各色のインクジェット記録ユニット３０は、図２で示すように、インクジェット記録ヘッド３２と、それにインクを供給するインクタンク３４とが一体に構成されたものであり、インクジェット記録ヘッド３２の下面中央のインク吐出面３２Ａに形成された複数のノズル４２（図３参照）が、記録紙Ｐと対向するようにキャリッジ１２上に搭載されている。したがって、インクジェット記録ヘッド３２が主走査機構１６によって主走査方向に移動しながら、記録紙Ｐに対してノズル４２から選択的にインク滴を吐出することにより、所定のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録される。

そして、主走査方向への１回の移動が終了すると、記録紙Ｐは、副走査機構１８によって副走査方向に所定ピッチ搬送され、再びインクジェット記録ヘッド３２（インクジェット記録ユニット３０）が主走査方向（前述とは反対方向）に移動しながら、次のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録されるようになっており、このような動作を複数回繰り返すことによって、記録紙Ｐに画像データに基づく全体画像がフルカラーで記録される。

以上のような構成のインクジェット記録装置１０において、次にインクジェット記録ヘッド３２について詳細に説明する。図３、図４で示すように、インクジェット記録ヘッド３２には、インクタンク３４と連通するインク注入口３６が設けられており、そのインク注入口３６から注入されたインクは、後述する各圧力室４４の共通のインク流路となる細長いプール３８に貯留される。なお、図３では、プール３８が１つしか示されていないが、実際には図４で示すように、プール３８は、その短手方向に所定間隔を隔てて複数平行に並設されている。

また、インクジェット記録ヘッド３２には、インク滴を吐出するノズル４２と、ノズル４２と連通し、そのノズル４２からインク滴を吐出させるためにインクを加減圧する圧力室４４とからなるイジェクター４０が、プール３８の長手方向に所定間隔を隔てて多数配設されている。すなわち、各イジェクター４０は、平面視で、その圧力室４４がプール３８と重なるように、かつ、そのノズル４２が隣接するプール３８の各イジェクター４０のノズル４２と互いに千鳥状に配置されるように、プール３８の長手方向に列状に配設されている。

したがって、各ノズル４２は全体としてマトリックス状に高密度に配置されることになり、これによって、キャリッジ１２の主走査方向への１回の移動で、広いバンド領域に画像を形成することができ、かつ、その走査時間が短くて済むようになっている。つまり、少ないキャリッジ１２の移動回数及び時間で記録紙Ｐの全面に亘って画像形成を行う高速印刷が実現可能となっている。

また、圧力室４４は平面視略四角形状（好ましくは平面視略円形状）に形成され、その上面は、少なくとも上下方向に弾性を有する振動板４６とされている（図５（Ａ）参照）。そして、その振動板４６を面外振動させる、即ち図５（Ｂ）、図５（Ｃ）で示すように、上下方向に撓み変形させるアクチュエーターとしての圧電素子５０が、その振動板４６の上面に接着されている。

この圧電素子５０は、図４、図６で示すように、配線接続部として圧力室４４の壁上に存在する電極パッド部５０Ａ（図３では図示省略）を有し、各圧力室４４に対して１個ずつ設けられ、各圧力室４４の内部に充填されたインクに回転進行波、例えば図３の矢印Ｆで示すような反時計回りの回転流を発生させるように構成されている。

そして、圧力室４４の振動板４６と対向する面側の中央には、プール３８（インク流路）と連通するインク流入口としてのインク供給口４８が設けられており、圧力室４４の右後隅角部には、ノズル４２と連通するインク流出口としての連通路４３が設けられている。

つまり、一般に回転流の中心部分は負圧となるので、インク供給口４８が圧力室４４の中央に設けられており、更に、図３において、反時計回りに回転する回転流（矢印Ｆで示されている）の最外周側が最大正圧となるので、ノズル４２と連通する連通路４３が圧力室４４の隅角部、例えば右後隅角部に設けられている。これにより、インクは好適に圧力室４４内に流入してノズル４２から吐出される。

さて、圧力室４４の上面、即ち振動板４６を面外振動（撓み変形）させる圧電素子５０には、図６（Ａ）で示すように、一方の極性となる個別電極５２、５４が圧電素子５０の左半分側に上下に並んで設けられている。各個別電極５２、５４は、電極パッド部５０Ａまで細線（図示省略）で導かれており、更に電極パッド部５０Ａから半田接続によって駆動回路（図示省略）に接続されている。そして、振動板４６が他方の極性となる共通電極とされている。

このような構造の場合、２次共振モードは、図６（Ｂ）で示すように、領域Ｒ１と領域Ｒ３が互いに１８０度位相が反転した面外撓み変形である。また、３次共振モードは、図６（Ｃ）で示すように、領域Ｒ２と領域Ｒ４が互いに１８０度位相が反転した面外撓み変形である。なお、これらの共振モードの共振周波数は略等しい。したがって、単一の周波数をもつ電圧波形でも、複数の共振モードを同時に振動させることができる。

すなわち、この圧電素子５０の個別電極５２、５４には、共振モードに対応する共振周波数と略一致するようなｓｉｎ波形（電気信号）の交流電圧が、時間的に９０度位相をずらした状態で印加される。個別電極５２と振動板４６（共通電極）との間に上記交流電圧が印加されると、２次共振モードが励振されるので、図６（Ｂ）で示すように、個別電極５２を含む領域Ｒ１と領域Ｒ３に互いに１８０度位相が反転された状態の振動が発生する。

一方、個別電極５４と振動板４６（共通電極）との間に上記交流電圧が印加されると、３次共振モードが励振されるので、図６（Ｃ）で示すように、個別電極５４を含む領域Ｒ２と領域Ｒ４に互いに１８０度位相が反転された状態の振動が発生する。そして、これら２つの交流電圧は、時間的に９０度位相がずれているので、例えば図１０で示すような反時計回りの回転進行波（撓み変形）が発生し、その結果、圧力室４４内のインクに反時計回りの回転流が発生する。

ここで、その圧電素子５０を振動させることにより、圧力室４４内に回転進行波が発生する過程、換言すれば、圧力室４４が例えば図示の反時計回りに圧縮変形される過程を、図７を基に更に具体的に説明する。なお、図７（Ｂ）では、振動板４６の撓み変形のみを示し、圧電素子５０は省略しているが、図中、右下が電極パッド部５０Ａの方向である。

一般に、圧電素子５０に負値の電圧（逆電圧）を印加すると、圧電素子５０は伸長しようとするので、振動板４６は凸に変形し（図５（Ｂ）参照）、正値の電圧（正電圧）を印加すると、圧電素子５０は収縮しようとするので、振動板４６は凹に変形する（図５（Ｃ）参照）。この特性を利用して上記領域Ｒ１〜Ｒ４に凹凸変形を発生させる。

今、振動板４６の共振モードに対応する共振周波数と略一致するｓｉｎ波形（電気信号）の交流電圧を、その位相を時間的に９０度ずらして個別電極５２と振動板４６との間、及び個別電極５４と振動板４６との間にそれぞれ印加する。なお、図７（Ａ）において、印加する個別電極５２、５４と対応する交流電圧の波形には、同じ符号を付して区別する。また、図７（Ｂ）において、「＋」は紙面に垂直な方向への凸変形、「−」は紙面に垂直な方向への凹変形を表している。

さて、まず（ａ）では、圧電素子５０の上側の個別電極５２にのみ＋１０Ｖの電圧が印加され、下側の個別電極５４には電圧が印加されない状態となっている。このとき、振動板４６の右上がりの対角線で区切られた左上側の領域Ｒ１のみが凹変形し、同時に励振される２次共振モードによって、反対側の右下側の領域Ｒ３が自然に凸変形する。

次に（ｂ）では、個別電極５２には電圧が印加されず、個別電極５４にのみ＋１０Ｖの電圧が印加されている。すると、振動板４６の右下がりの対角線で区切られた左下側の領域Ｒ２のみが凹変形し、同時に励振される３次共振モードによって、反対側の右上側の領域Ｒ４が自然に凸変形する。

次に（ｃ）では、個別電極５４には電圧が印加されず、個別電極５２にのみ−１０Ｖの電圧が印加されている。すると、振動板４６の右上がりの対角線で区切られた右下側の領域Ｒ３のみが凹変形し、同時に励振される２次共振モードによって、反対側の左上側の領域Ｒ１が自然に凸変形する。

次に（ｄ）では、個別電極５２には電圧が印加されず、個別電極５４にのみ−１０Ｖの電圧が印加されている。すると、振動板４６の右下がりの対角線で区切られた右上側の領域Ｒ４のみが凹変形し、同時に励振される３次共振モードによって、反対側の左下側の領域Ｒ２が自然に凸変形する。

そして、次に、個別電極５２にのみ＋１０Ｖの電圧が印加され、個別電極５４には電圧が印加されない状態となることにより、始めの（ａ）で示す状態に戻り、このような凹凸変形が連続して繰り返し起きることにより、圧力室４４内に回転進行波が発生する。

すなわち、時間的に位相が９０度ずれた複数の共振モードが振動板４６に同時に励振されることにより、その振動板４６に反時計回りの撓み変形（凹凸変形）が連続的に発生するので（図１０参照）、結果的に圧力室４４に対する圧縮変形が反時計回りに連続して発生することになり、これによって、圧力室４４内のインクに反時計回りの回転流が発生する。

なお、２つの電圧波形の位相ずれを反対にすることにより、時計回りの回転進行波を発生させることもできる。また、図７で示す実施例では、（ａ）の状態から再度（ａ）の状態になるまでの所要時間、即ち交流電圧の周期（＝共振モードの共振周波数の逆数）を１として、規格化して表示した。したがって、その周期は共振周波数の設定によって適宜変更可能である。また、印加される電圧値を±１０Ｖとしたのも一例であって、その値に限定されるものでないことは言うまでもない。

以上、説明したように、振動板４６の共振モードに対応する共振周波数と略一致するｓｉｎ波形（電気信号）の交流電圧を、その位相を時間的に９０度ずらして個別電極５２と振動板４６との間、及び個別電極５４と振動板４６との間にそれぞれ印加することにより、振動板４６に、空間的に互いに直交し、時間的に位相が９０度ずれた複数の共振モードを同時に励振させることができ、それによって反時計回り又は時計回りの回転進行波を発生させることができる。

したがって、図６（Ａ）で示すように、個別電極５２、５４は圧電素子５０の左半分側だけに設ければよく、これによっても製造コストの低減が図れる構成になっている。また、圧力室４４内のインクに反時計回り（又は時計回りでもよいが）の回転流を発生させてノズル４２から吐出させる構成にしたため、各圧力室４４に設ける圧電素子５０は１個ずつでよく、その単一の圧電素子５０により、高粘度のインクでも好適にノズル４２から吐出させることができる。

また、個別電極５２、５４は、圧電素子５０の左半分側に上下に２つ設けるものに限定されるものではなく、右半分側に上下に２つ設けてもよいし、更には左半分側及び右半分側にそれぞれ上下に２つ設けてもよい。すなわち、図８（Ａ）で示すように、圧電素子５０の左上側に個別電極５２を、左下側に個別電極５４をそれぞれ設けるとともに、右上側に個別電極５６を、右下側に個別電極５８をそれぞれ設け、合計４つの個別電極５２、５４、５６、５８を備えた圧電素子５０としてもよい。

このような構成の圧電素子５０の各個別電極５２、５４、５６、５８に、時間的に位相が９０度ずつずれた交流電圧を印加しても、上記と同様に、図８（Ｂ）で示す所定領域Ｒ１、Ｒ３及び図８（Ｃ）で示す所定領域Ｒ２、Ｒ４に、それぞれ互いに逆方向となる撓み変形（凹凸変形）を起こさせることができる。

つまり、図９で示すように、まず（ａ）では、圧電素子５０の左上側の個別電極５２に−１０Ｖの電圧が印加され、右下側の個別電極５８に＋１０Ｖの電圧が印加され、残りの個別電極５４、５６には電圧が印加されない状態となっている。すると、振動板４６は右上がりの対角線で区切られた左上側の領域Ｒ１が凸変形し、反対側の右下側の領域Ｒ３が凹変形する。

次に（ｂ）では、右上側の個別電極５６に＋１０Ｖの電圧が印加され、左下側の個別電極５４に−１０Ｖの電圧が印加され、残りの個別電極５２、５８には電圧が印加されない状態となっている。すると、振動板４６は右下がりの対角線で区切られた左下側の領域Ｒ２が凸変形し、反対側の右上側の領域Ｒ４が凹変形する。

次に（ｃ）では、左上側の個別電極５２に＋１０Ｖの電圧が印加され、右下側５８の電極に−１０Ｖの電圧が印加され、残りの個別電極５４、５６には電圧が印加されない状態となっている。すると、振動板４６は右上がりの対角線で区切られた左上側の領域Ｒ１が凹変形し、反対側の右下側の領域Ｒ３が凸変形する。

次に（ｄ）では、右上側の個別電極５６に−１０Ｖの電圧が印加され、左下側の個別電極５４に＋１０Ｖの電圧が印加され、残りの個別電極５２、５８には電圧が印加されない状態となっている。すると、振動板４６は右下がりの対角線で区切られた左下側の領域Ｒ２が凹変形し、反対側の右上側の領域Ｒ４が凸変形する。

そして、次に、左上側の個別電極５２に−１０Ｖの電圧が印加され、右下側の個別電極５８に＋１０Ｖの電圧が印加され、残りの個別電極５４、５６には電圧が印加されない状態になることにより、始めの（ａ）で示す状態に戻り、このような凹凸変形が連続して繰り返し起きることにより、圧力室４４内に回転進行波が発生する。

すなわち、時間的に位相が９０度ずれた複数の共振モードが振動板４６に同時に励振されることにより、その振動板４６に反時計回りの撓み変形（凹凸変形）が連続的に発生するので（図１０参照）、結果的に圧力室４４に対する圧縮変形が反時計回りに連続して発生することになり、これによって、圧力室４４内のインクに反時計回りの回転流が発生する。

なお、２つの電圧波形の位相ずれを反対にすることにより、時計回りの回転進行波を発生させることができるのは、上記と同様である。また、図９で示す実施例でも、（ａ）の状態から再度（ａ）の状態になるまでの所要時間、即ち交流電圧の周期（＝共振モードの共振周波数の逆数）を１として、規格化して表示した。したがって、その周期は共振周波数の設定によって適宜変更可能である。また、印加される電圧値を±１０Ｖとしたのも一例であって、その値に限定されるものでないことは言うまでもない。

また、このような構成にした場合、印加する交流電圧のｓｉｎ波形（電気信号）は、位相が時間的に９０度ずつずれてさえいれば、振動板４６の共振モードに対応する共振周波数と略一致していてもよいし、一致していなくてもよい。何れの場合でも、振動板４６に空間的に互いに直交し、時間的に位相が９０度ずれた複数の共振モードを同時に励振させることができ、それによって反時計回り又は時計回りの回転進行波を発生させることができる。

また、上記と同様に、圧力室４４内のインクに反時計回り（又は時計回りでもよいが）の回転流を発生させてノズル４２から吐出させる構成であるため、各圧力室４４に設ける圧電素子５０は１個ずつでよく、その単一の圧電素子５０により、高粘度のインクでも好適にノズル４２から吐出させることができる。

以上のような構成のインクジェット記録ヘッド３２を備えたインクジェット記録装置１０において、次に、その作用を説明する。まず、インクジェット記録装置１０に印刷を指令する電気信号が送られると、給紙トレイ２６から記録紙Ｐが１枚ピックアップされ、副走査機構１８により、所定の位置へ搬送される。そして、キャリッジ１２に搭載されたインクジェット記録ヘッド３２が主走査方向に移動しながら、複数のノズル４２から選択的にインク滴を吐出することにより、記録紙Ｐの所定のバンド領域に、画像データに基づく画像の一部を記録する。

すなわち、インクジェット記録ユニット３０において、インクタンク３４からインク注入口３６を介してインクジェット記録ヘッド３２のプール３８にインクが注入（充填）される。プール３８に充填されたインクは、図３、図５の矢印Ｆで示すように、インク供給口４８から圧力室４４へ供給され、ノズル４２に連通する連通路４３まで充填される。このとき、ノズル４２の先端（吐出口）では、インクの表面が圧力室４４側に僅かに凹んだメニスカスが形成される。そして、上記したような交流電圧を圧電素子５０の個別電極５２、５４（５６、５８）に印加し、圧力室４４を構成する振動板４６に反時計回りの回転進行波を発生させる。

つまり、圧電素子５０により圧力室４４内のインクに反時計回りの回転流を発生させ、それによって生じる所定の圧力（最大正圧力）により連通路４３内のインクを加圧した後、その回転流を停止させることにより、連通路４３内のインクを分離して、インク滴としてノズル４２から吐出させる。なお、このとき、回転流を停止させるのではなく、逆回りに（この場合は時計回りに）回転流を発生させてインクを分離するようにしてもよい。

何れにしても、このような制御を行うことにより、高粘度のインクであっても好適にノズル４２からインク滴として吐出される。また、インク滴を吐出する際、圧力室４４内のインクには反時計回りの回転流が発生するので、その回転流の中心部分は負圧となる。したがって、インク滴の吐出に伴って、圧力室４４の中央に設けられたインク供給口４８からインクが引き込まれる。このため、瞬時に次のインク滴の吐出に備えることができ、かつ高粘度のインクでも好適に圧力室４４内に流入される。

こうして、記録紙Ｐに画像データに基づく画像の一部が記録されたら、副走査機構１８により、記録紙Ｐを所定ピッチ搬送させ、上記と同様に、インクジェット記録ヘッド３２を主走査方向に移動しながら、複数のノズル４２から選択的にインク滴を吐出することにより、記録紙Ｐの次のバンド領域に、画像データに基づく画像の一部を記録する。そして、このような動作を繰り返し行い、記録紙Ｐに画像データに基づく画像が完全に記録されたら、副走査機構１８により、記録紙Ｐを最後まで搬送し、排紙トレイ２８上に記録紙Ｐを排出する。これにより、記録紙Ｐへの印刷処理（画像記録）が完了する。

以上、説明したように、単一のアクチュエーター（圧電素子５０）に、時間的に位相が９０度ずれた複数の共振モード（固有振動モード）を同時に励振させることにより、圧力室４４内のインクに、圧力勾配を発生でき、反時計回り（又は時計回り）の回転流（回転進行波）を発生させることができるので、インク供給口４８（インク流入口）から連通路４３（インク流出口）へのインクの流れを生じさせることが可能となる。

また、その負圧となる回転中心位置にインク供給口４８を設けることにより、プール３８（インク流路）から圧力室４４内へのインク再充填時間を短縮することができる。つまり、インク滴の吐出と同時にインクの充填ができるので、瞬時に次のインク滴の吐出が可能となる。このように、インク供給口４８からのインク再充填を効率的に行うことが可能となるので、印刷速度を向上させることができる。

また、圧力室４４の最外周側（最大正圧部分）にノズル４２（連通路４３）を設けることにより、ノズル４２からのインク吐出を効率的に行うことが可能となるので、高粘度のインクであっても、好適にインク滴として吐出させることができる。また、一方向に回転流を発生させることにより、気泡の排出も容易にできる。

更に、印加する交流電圧のｓｉｎ波形（電気信号）の周期を適宜設定して、回転進行波の回転数を調節することにより、インク供給口４８からのインク再充填の量や、ノズル４２からのインク吐出の量（ノズル４２から吐出するインク滴の体積）を制御することが可能となるので、印刷効率を向上させることができる。なお、ノズル４２からのインク吐出量を制御するのは、印加する交流電圧のｓｉｎ波形（電気信号）の位相を、例えば逆方向に９０度ずらして逆回転の回転進行波を発生させ、圧力室４４内の圧力を調節することによっても行うことができる。

また更に、アクチュエーターとしての圧電素子５０は圧力室４４毎に１つ設ければよいので、その圧電素子（アクチュエーター）５０を配置するための面積が大きく取られることはない。したがって、各イジェクター４０間の省面積化が可能となり、ノズル４２を高密度に配置することができる。また、圧電素子（アクチュエーター）５０は圧力室４４と同数設ければよいので、それを配置するための製造コストが低減できる。しかも、印加する交流電圧の駆動波形（電気信号）が簡単なプロファイル（ｓｉｎ波形）でよいので、電気回路等の駆動系に掛かる製造コストも低減できる。

なお、上記実施例では、アクチュエーターを圧電素子５０とし、それに複数の個別電極５２、５４（５６、５８）を配設する構成としたが、時間的に位相がずれた複数の共振モードを同時に励振できるように構成されていれば、このような構成に限定されるものではない。ただし、個別電極５２、５４（５６、５８）を複数配設する構成にすると、時間的に位相がずれた複数の共振モードを容易に励振することができるので好ましい。

また、個別電極５２、５４（５６、５８）は、配設する数量が少ない方が配線を簡略化できるので好ましい。つまり、個別電極５２、５４のみ設けるとともに、振動板４６の共振モードに対応する共振周波数と略一致するような駆動波形（電気信号）の交流電圧を印加する構成とした方が、個別電極５２、５４、５６、５８を設ける構成としたものに比べて製造コストを低減できるので好ましい。更に、アクチュエーターは圧電素子５０に限定されるものではなく、例えば静電力や磁力を利用したアクチュエーターであってもよい。

また、上記実施例のインクジェット記録装置１０では、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクジェット記録ユニット３０がそれぞれキャリッジ１２に搭載され、それら各色のインクジェット記録ヘッド３２から画像データに基づいて選択的にインク滴が吐出されてフルカラーの画像が記録紙Ｐに記録されるようになっているが、本発明におけるインクジェット記録は、記録紙Ｐ上への文字や画像の記録に限定されるものではない。

すなわち、記録媒体は紙に限定されるものでなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成したり、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成するなど、工業的に用いられる液滴噴射装置全般に対して、本発明に係るインクジェット記録ヘッド３２を適用することができる。

インクジェット記録装置を示す概略斜視図 キャリッジに搭載されたインクジェット記録ユニットを示す概略斜視図 インクジェット記録ヘッドの構造を示す概略平面図 インクジェット記録ヘッドの構造を示す概略斜視断面図 図３のＡ−Ａ断面図 圧電素子の平面図 図６の圧電素子に印加する交流電圧の波形と、その変形領域を示す説明図 別実施例の圧電素子の平面図 図８の圧電素子に印加する交流電圧の波形と、その変形領域を示す説明図 圧電素子（振動板）が励振して回転進行波を発生させる様子を示す説明図 従来のインクジェット記録ヘッドの構造を示す概略断面図

符号の説明

１０ インクジェット記録装置
３０ インクジェット記録ユニット
３２ インクジェット記録ヘッド
３８ プール（インク流路）
４２ ノズル
４３ 連通路（インク流出口）
４４ 圧力室
４６ 振動板
４８ インク供給口（インク流入口）
５０ 圧電素子（アクチュエーター）
５２〜５８ 個別電極

Claims (5)

1. インク滴を吐出するノズルと、
   前記ノズルと隅角部で連通し、インクを加減圧する平面視略四角形状の圧力室と、
   前記圧力室にインクを供給するインク供給口と、
   前記圧力室の一面を形成する振動板上に接着された平板状の圧電素子と、
   を有し、
   前記インク供給口は、前記圧力室の前記振動板と対向する面側の中央部に設けられ、
   前記圧電素子は、前記圧力室毎に１つ配設され、該圧電素子の前記振動板側に対して反対側に複数の個別電極を備え、
   各個別電極に時間的に位相が異なる交流電圧をそれぞれ印加することにより、前記圧電素子の複数の共振モードを、時間的に位相をずらして同時に振動させ、前記圧力室内に回転進行波を発生させるようにしたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記複数の共振モードの共振周波数が略一致していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記中央部は、前記回転進行波によって発生する回転流の負圧部分であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記隅角部は、前記回転進行波によって発生する回転流の正圧部分であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記回転進行波の回転数を制御可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。

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