JP4617798B2 - インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に係り、詳細には、インクを循環するための循環路を通して供給されるインクを吐出し印字を行うインクジェット記録ヘッド及びそのインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置に関する。

記録ヘッドからインク滴を吐出して記録媒体に印字を行うインクジェット記録装置では、記録媒体を搬送しながらその搬送方向と直交する方向へ記録ヘッドを往復移動させて１ラインずつ印字を行うシリアルスキャンと呼ばれる印字方式が主にパーソナルユースで広く使用されている。また近年では、記録媒体の搬送方向と直交する方向（幅方向）に沿って多数のインク吐出口（ノズル）を配列した記録媒体幅対応の非走査型の記録ヘッドを用い、記録媒体を連続搬送しつつ印字を行うことにより、印字速度を向上させてオフィスユースにも対応可能とした、いわゆるフルラインヘッド式のインクジェット記録装置が製品化されている。

これらのインクジェット記録装置では、インクの乾燥やインク中の異物等によるノズル詰まりを防止するために、外部からノズルに負圧を掛けてノズル内のインクを吸引するバキューム動作（メンテナンス）を行っている。ただし、上記のようなフルラインタイプの記録ヘッドでは、ノズル数の増加に伴い、バキューム動作時のインク消費量が多くなってランニングコストの上昇を招くため、記録ヘッドに供給するインクを循環路で循環させ、その循環路に設けたフィルタでインク中の異物等を取り除くことにより、ノズル詰まりが起こりにくくなるようにしてバキューム回数を低減できるようにし、ランニングコストの上昇を抑えるようにしているものがある。

また、このように記録ヘッドに供給するインクを循環路で循環させる技術としては、電界を印加することで粘度が変化する電気粘性流体からなるインク（記録体）を循環路（供給流路）で循環させ、ノズルの下流側に設けた電極でインクに電界を印加し増粘させることにより、ノズルからのインク吐出を可能にしたもの（例えば、特許文献１参照）、又は、インク供給源（インク溜め）から延出された複数の共通流路の先端側にループ用流路を連通させて循環路を構成し、インク供給源から各共通流路へのインク充填時に、ループ用流路に接続された吸引路からポンプで吸引することにより、各共通流路にインクを迅速に充填できるようにしたもの（例えば、特許文献２参照）、又は、パージ動作を行う際にノズルからインクを排出するためのパージチャネルを、ノズルへのインク供給路となるインク流路に連通させて設け、これらのインク流路とパージチャネルによりインクの循環路を構成しているものがある（例えば、特許文献３参照）。
特開平２−２１２１４７号公報 特開２０００−２５２１８号公報 特開平３−１５０１６５号公報

ところで、上述したフルラインタイプの記録ヘッドでは、ノズル数の増加に伴い、ノズルからインク滴を吐出させるためにインクを加圧する圧電素子やインクを加熱する発熱素子等の駆動源の数も増加するため、印字を行う上で必要となるインク吐出エネルギーが増加する。そのため、インク吐出効率を向上させ、より少ないエネルギーでインク滴を吐出できるようにすることが求められる。また、ノズル数が多いため、記録ヘッドを高速駆動させて高速印字を行うためには、インク吐出後のノズルにインクを迅速に再充填して駆動源の駆動周波数を高められるようにすることが求められる。

しかし、上述した特許文献１の技術では、循環路の流路断面積が流路全長に亘ってほぼ同じにされており、インクを増粘させて吐出エネルギーを発生させる電極の近傍等でも、特にインク吐出効率を考慮した構造にはなっていない。また、使用可能なインクが電気粘性流体に限られるため、汎用性に乏しい。

特許文献２の技術の場合、ノズル及び加圧室は共通流路から分岐しており、さらに、アクチュエータ（振動板）からインクに伝達される吐出エネルギーの伝達効率を高めるために、加圧室と共通流路を連通させる供給路を狭めているが、これでは流路構造が複雑化してインク中に発生した気泡の排出性が悪化する。また、インク供給源から各共通流路へインクを充填するときのみ、循環路から分岐した吸引路にポンプを接続してインクを吸引し各共通流路及び循環路にインクを行き渡らせるようにしているため、例えばインク吐出時にインクを循環路で循環させるようなことはできない。そして、インク吐出後のノズルでは、インクの再充填がメニスカスの表面張力により行われるため、インクの再充填速度が遅くなり、駆動周波数の向上による高速印字は望めない。さらに、インクに吐出エネルギーを印加するアクチュエータは、加圧室を形成する上面板に設けられてノズルよりもインクの流動方向上流側に配置されているため、インク吐出時にインクを加圧するよう膨張したアクチュエータが元の形状に収縮するときには、加圧室ではインクが減圧され、インク吐出後のノズルへのインク再充填に更に時間か掛かる。

また、特許文献３の技術では、パージ動作時にはインク流路からパージチャネルへとインクが流動されるが、ここでもインク吐出時にはインクを循環させておらず、インク吐出後のノズルにおけるインクの再充填はメニスカスの表面張力により行われるため、駆動周波数の向上による高速印字は望めない。さらにこの場合も、インク吐出エネルギーを発生する圧電素子がノズルよりもインクの流動方向上流側に配置されているため、インク吐出後は、膨張した圧電素子が元の形状に収縮することで圧電素子近傍のインクが減圧され、圧電素子よりも下流側に位置するノズル側へのインクの流動速度が抑えられて、再充填に更に時間か掛かってしまう。

本発明は上記事実を考慮して、インク吐出効率を向上させてインク滴を吐出するための消費エネルギーを抑えることができるインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを課題とする。また、インク吐出での駆動速度を向上させて印字速度を高めることができるインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを課題とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、インクを循環させるための循環路に接続され、その循環路を通して供給されるインクを吐出し印字を行うインクジェット記録ヘッドであって、前記循環路の上流側からインクが流入されるとともにその流入されたインクを循環路の下流側へ流出させるインク流路と、前記インク流路に連通されたインク吐出口と、前記インク流路に前記インク吐出口よりもインク流動方向下流側に設けられ、インク流路内のインクに吐出エネルギーを印加するエネルギー印加手段と、前記インク流路に前記エネルギー印加手段よりもインク流動方向下流側に設けられ、インク流動方向上流側よりも形状損失水頭の大きい部位と、を有し、インクの循環を許容させつつインクを吐出して印字を行うことを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、インクジェット記録ヘッドに循環路を通してインクが供給され、この循環路では、インクジェット記録ヘッドがインクを吐出し印字を行うときにインクが循環される。インクジェット記録ヘッドに設けられたインク流路では、循環路の上流側からインクが流入されて流路内がインクで充填されるとともにその流入されたインクは循環路の下流側へ流出される。また、インク流路に連通されたインク吐出口には、インクがインク流路内の圧力によって流入し充填される。

この状態で、エネルギー印加手段が駆動すると、インク流路内のインクに吐出エネルギーが印加され、そのエネルギーがインク吐出口に充填されたインクに及んで、インク吐出口からインクが吐出される。

このインク吐出動作では、例えばエネルギー印加手段がインク吐出口よりもインク流動方向上流側に設けられた場合と比較して、インク流動方向下流側に設けられた形状損失水頭の大きい部位では、インクの流動時（循環時）よりもエネルギー印加時の方が流体抵抗が大きくなる。これにより、エネルギー印加手段により印加されたエネルギーは、インク吐出口側へより大きく加えられるようになり、インク吐出効率が向上してインクを吐出するための消費エネルギーを抑えることができる。

また、インクの吐出後は、インクが循環路を循環してインク流路内では上流側から下流側へ流動していることにより、インク吐出口にインクが迅速に再充填される。これにより、エネルギー印加手段の駆動周波数が高められるようになり、インク吐出での駆動速度を向上させて印字速度を高めることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記形状損失水頭の大きい部位は、前記インク流路の断面積を狭める絞り部とされていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、インク流路の断面積を狭める絞り部によって、インク流動方向上流側よりも形状損失水頭の大きい部位を形成することにより、その形状損失水頭の大きい部位とインク流路の構造を簡素化できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載のインクジェット記録ヘッドにおいて、前記絞り部の断面積は、前記インク吐出口の断面積よりも大きくされていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、絞り部の断面積をインク吐出口の断面積よりも大きくすることにより、インク流路内でのインクの流動性を確保し気泡の排出性を良好にしつつ、低エネルギー印加でインクを吐出することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項記載のインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドに供給するインクが貯留されるインク貯留手段と、前記インクジェット記録ヘッドと前記インク貯留手段に接続され、インク貯留手段から流入されたインクをインクジェット記録ヘッドへ供給しつつ循環させるための循環路と、前記循環路に設けられ、循環路内のインクを所定の方向へ循環させる循環手段と、を備え、前記インクジェット記録ヘッドからインクを吐出し印字を行うときには前記循環手段を駆動させて前記循環路内でインクを循環させることを特徴としている。

請求項４に記載の発明では、インク貯留手段から循環路へインクが流入されて、循環路内にインクが充填されるとともにインクジェット記録ヘッドにインクが供給され、この循環路内のインクは、循環手段によって所定の方向へ循環される。そして、インクジェット記録ヘッドからインクを吐出し印字を行うときには、循環手段を駆動させて循環路内でインクを循環させる。これにより、上述したように、インク吐出効率が向上してインク滴を吐出するための消費エネルギーを抑制できるようになり、また、インク吐出での駆動速度が向上して高速印字が可能になる。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載のインクジェット記録装置において、前記インクジェット記録ヘッドの前記インク吐出口からの１回のインク吐出は、前記エネルギー印加手段により前記インク流路内のインクに吐出エネルギーを連続的に複数回印加して行うことを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、印加手段によりインク流路内のインクに吐出エネルギーを連続的に複数回印加して、インクジェット記録ヘッドのインク吐出口からの１回のインク吐出を行うことにより、１回のインク吐出を１回のエネルギー印加で行う場合と比較して、エネルギー印加１回当たりのエネルギー印加量を小さくすることができる。これにより、エネルギー印加量（発生量）の少ない、より小さなエネルギー印加手段を使用できるようになり、インク流路及びインク吐出口を高密度に配置することができ、またインクジェット記録ヘッドを小型化することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５記載のインクジェット記録装置において、前記エネルギー印加手段は、前記インク流路内への膨出変形及びその膨出変形状態からの復帰変形が可能で、膨出変形することによりインク流路内のインクの圧力を高めて前記吐出エネルギーを印加する加圧手段とされ、この加圧手段の駆動では膨出変形時の方が復帰変形時よりも変形速度を速くすることを特徴としている。

請求項６に記載の発明では、エネルギー印加手段を、インク流路内への膨出変形及びその膨出変形状態からの復帰変形が可能で、膨出変形することによりインク流路内のインクの圧力を高めて吐出エネルギーを印加する加圧手段とする場合、膨出変形時の方が復帰変形時よりも変形速度を速くするようにして駆動させることにより、上述した、１回のインク吐出を連続的な複数回のエネルギー印加で行うインク吐出動作が可能となる。

本発明のインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置は上記構成としたので、インク吐出効率が向上しインク滴を吐出するための消費エネルギーを抑えることができる。また、インク吐出での駆動速度が向上し印字速度を高めることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置について説明する。

図１に示される本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０は、扁平な直方体状で、矢印Ｗで示される長手方向（幅方向）が用紙幅に対応した非走査型のフルラインヘッドとされており、図示のように４層に積層された圧電素子基板１２、樹脂膜１４、流路基板１６、及び、ノズル基板１８を備えている。

流路基板１６の内部には、矢印Ｌで示される短手方向の一端側（図１では後端側）に、長手方向に略沿って延出された共通給液流路２０が形成されており、他端側（図１では前端側）に、長手方向に略沿って延出された共通排液流路２２が形成されている。

共通給液流路２０には、共通給液流路２０の底面から下方へ向けて、流路基板１６、樹脂膜１４、及び圧電素子基板１２を貫通し、共通給液流路２０とインクジェット記録ヘッド１０の外部を連通させる流入路３６が接続形成されている。圧電素子基板１２の下面に開口形成されたこの流入路３６の流入口（図示省略）には、インクジェット記録ヘッド１０にインクを供給するための給液管１０６の一端が接続されている。

共通排液流路２２には、共通排液流路２２の底面から下方へ向けて、流路基板１６、樹脂膜１４、及び圧電素子基板１２を貫通し、共通排液流路２２とインクジェット記録ヘッド１０の外部を連通させる流出路３８が接続形成されている。圧電素子基板１２の下面に開口形成されたこの流出路３８の流出口（図示省略）には、インクジェット記録ヘッド１０からインクを排出するための排液管１０８の一端が接続されている。

共通給液流路２０と共通排液流路２２の間には、短手方向に沿って延設された複数の隔壁部２４により仕切られた複数の個別流路２６が形成されており、これら複数の個別流路２６と、共通給液流路２０及び共通排液流路２２は連通されている。

各個別流路２６の底面における中央部には、矩形状の開口２８がそれぞれ形成されている。各開口２８には、流路基板１６よりも下層に位置する圧電素子基板１２に実装された複数の圧電素子３０が対応して配置されており、各圧電素子３０は、圧電素子基板１２と流路基板１６の間に設けられた樹脂膜１４の下面にそれぞれ接触配置されている。この樹脂膜１４が保護層となり、各圧電素子３０は各個別流路２６に充填されるインクによる腐食から保護される。

流路基板１６の上層に位置するノズル基板１８には、各個別流路２６に対応するとともに長手方向に沿って配置された複数のノズル３２が形成されている。

このノズル３２は、図２に示されるように、圧電素子３０よりも共通給液流路２０側（インクの流動方向での上流側）に配置されている。また、個別流路２６には、圧電素子３０よりも共通排液流路２２側（インクの流動方向での下流側）に絞り部３４が設けられている。この絞り部３４は、インクの流動方向における上流側が、個別流路２６の流路断面積（最大断面積）から徐々に縮小されて最小断面積に至るテーパー状に形成されており、その最小断面積がノズル３２の断面積よりも大きくされている。

次に、上記の構成とされたインクジェット記録ヘッド１０を備える本実施形態のインクジェット記録装置について説明する。

図３に示されるように、本実施形態のインクジェット記録装置１００には、液体インクを貯留するインクタンク１０２が設けられている。インクタンク１０２には、インク供給管１０４の一端が接続されており、インクタンク１０２に貯留されたインクはこのインク供給管１０４へ流入可能とされる。

インク供給管１０４の他端には、上述した給液管１０６の他端と排液管１０８の他端がそれぞれ接続されている。これらのインク供給管１０４、給液管１０６及び排液管１０８の接続部１１０は図示のように三又とされ、また、給液管１０６と排液管１０８が接続されることで、給液管１０６と排液管１０８とにより循環路１１２が構成されている。

給液管１０６の途中には、接続部１１０を介してインク供給管１０４から給液管１０６へ流入されたインクをインクジェット記録ヘッド１０側へ流動させるインク循環用のポンプ１１４が接続されている。排液管１０８の接続部１１０近傍には、制御弁１１６が接続されており、この制御弁１１６は、排液管１０８の接続部１１０側を閉塞して排液管１０８とインク供給管１０４の連通状態を遮断し循環路１１２を大気開放する、又は、排液管１０８の接続部１１０側を開放して排液管１０８とインク供給管１０４の連通状態とし循環路１１２の大気開放を停止する切り替え動作をする。

また、給液管１０６におけるポンプ１１４とインクジェット記録ヘッド１０の間、及び、排液管１０８におけるインクジェット記録ヘッド１０と制御弁１１６の間には、インク中に存在する異物や気泡等を捕らえてインク中から取り除くフィルタユニット１１８、１２０が接続されている。これらのフィルタユニット１１８、１２０は、各管に着脱可能とされて交換できるよう構成されている。

また、インクジェット記録装置１００には、装置の各駆動部を制御したり装置全体の動作を制御する制御部１２２が設けられている。制御部１２２には、インクジェット記録ヘッド１０、ポンプ１１４、及び制御弁１１６が接続されており、この制御部１２２により、インクジェット記録ヘッド１０は各圧電素子３０が個別に駆動制御されて各ノズル３２からのインク滴の吐出が制御され、ポンプ１１４は駆動及び駆動停止が制御され、制御弁１１６は循環路１１２の大気開放及びその停止が制御される。

次に、上記の構成とされた本実施形態のインクジェット記録装置１００によるインクジェット記録ヘッド１０へのインクの供給（充填）動作、循環路１１２でのインク循環動作、及び、印字動作について説明する。

インクジェット記録装置１００では、インクタンク１０２に貯留されたインクを循環路１１２とインクジェット記録ヘッド１０に充填させる際に、制御部１２２が制御弁１１６を制御してインク供給管１０４と排液管１０８の連通状態を遮断し循環路１１２を大気開放させ、循環路１１２の大気開放後にポンプ１１４を駆動させる。

ポンプ１１４が駆動されると、インクタンク１０２からインク供給管１０４へインクが流入し、そのインクは、給液管１０６を通ってインクジェット記録ヘッド１０へ供給される。さらに、インクジェット記録ヘッド１０へ供給されたインクが排液管１０８へ流入し、インクがインクジェット記録ヘッド１０と循環路１１２の全域に行き渡ると、制御部１２２は制御弁１１６を制御して排液管１０８をインク供給管１０４と連通状態にし、循環路１１２の大気開放を停止させる。

ここで、インクジェット記録ヘッド１０内では、図１に示されるように、給液管１０６から流入路３６へインクが流入し、そのインクは共通給液流路２０を通って各個別流路２６に流入する。さらに、各個別流路２６に流入したインクは、共通排液流路２２を通り、流出路３８から排液管１０８へ流出される。このように、各個別流路２６では、循環路１１２の上流側からインクが流入されて流路内がインクで充填されるとともにその流入されたインクは循環路１１２の下流側へ流出される。また、個別流路２６に連通されたノズル３２には、インクが個別流路２６内の圧力によって流入し充填され、図２（Ａ）、（Ｂ）に示されるように所定の液面位置に静止する。

これにより、循環路１１２とインクジェット記録ヘッド１０にインクが充填される。なお、このインク充填では、インクジェット記録ヘッド１０のノズル形成面１０Ａに図示しないバキューム装置を密着させ、そのバキューム装置によりノズル３２に負圧を掛けて吸引するバキューム動作を併用してもよい。

インク充填後は、ポンプ１１４の駆動が継続され、インクが循環路１１２で循環されつつインクジェット記録ヘッド１０に常に供給される。また、インク中に存在する異物や気泡等は、循環路１１２の途中に設けられたフィルタユニット１１８、１２０により捕らえてインク中から取り除かれる。

インクジェット記録装置１００による印字動作では、制御部１２２に印字命令が入力されると、制御部１２２は印字データに基づいてインクジェット記録ヘッド１０の各圧電素子３０を駆動制御する。駆動された圧電素子３０は、図４に示されるように、樹脂膜１４を押圧し個別流路２６内へ膨出するよう変形して個別流路２６に充填されたインクを加圧する。この加圧により、インクに吐出エネルギーが印加されてノズル３２からインク滴ｉｄが吐出される。

また、このインク吐出について、本実施形態のインクジェット記録装置１００では、制御部１２２が圧電素子３０を連続的に３回駆動させて１回のインク吐出を行うよう駆動制御している。

図５（Ｂ）に示されるように、制御部１２２による圧電素子３０の連続駆動は、ノズル３２からインク滴ｉｄを１回吐出をするインク吐出周期（Ｔ）内で、圧電素子３０に所定の電圧値（Ｖ）を連続的に３回印加することにより行っている。また、制御部１２２は、このパルス電圧を、電圧の無印加状態から所定の電圧値（Ｖ）まで上昇させる時間（ｔ１）の方が、所定の電圧値（Ｖ）から電圧の無印加状態まで降下させる時間（ｔ２）よりも短くなるようにして圧電素子３０に印加し、圧電素子３０を駆動制御している。このようにパルス電圧が印加されて駆動制御される圧電素子３０は、個別流路２６内への膨出変形時の方が復帰変形時よりも変形速度が速くなるよう駆動する。

そして、このように駆動される圧電素子３０により加圧されてノズル３２から吐出されるインク滴ｉｄは、図３に示されるように、インクジェット記録ヘッド１０のノズル形成面１０Ａ側に位置して所定の方向へ搬送される用紙Ｐに着弾する。これにより、インクジェット記録装置１００によって用紙Ｐに画像が記録される。また、インクジェット記録ヘッド１０からのインク吐出により消費された分のインクは、インクタンク１０２から供給されるインクにより循環路１１２に補充される。

ここで、本実施形態のインクジェット記録装置１００では、インクジェット記録ヘッド１０に供給するインクを循環路１１２で循環させ、その循環路１１２に設けたフィルタユニット１１８、１２０でインク中の異物等を取り除いていることにより、インクジェット記録ヘッド１０のノズル詰まりが起こりにくくされて、ノズル詰まりを防止するために行うバキューム回数を減らすことができる。そのため、本実施形態のように、ノズル数の多きフルラインタイプのインクジェット記録ヘッド１０でも、バキューム動作を行うことにより消費されるインクの量を少なくすることができ、ランニングコストの上昇を抑えることができる。

次に、上述したインクジェット記録ヘッド１０を備えるインクジェット記録装置１００による作用について説明する。

本実施形態では、インクジェット記録ヘッド１０に循環路１１２を通してインクが供給され、インクジェット記録装置１００による印字動作では、ポンプ１１４が駆動されて循環路１１２内のインクが所定の方向へ循環される。この状態で、インクジェット記録ヘッド１０の圧電素子３０を駆動し、圧電素子３０によって樹脂膜１４を押圧し個別流路２６内のインクを加圧すると（吐出エネルギー印加）、その圧力はノズル３２に充填されたインクに及んで、ノズル３２からインク滴ｉｄが吐出される。

このインク吐出動作では、例えば従来のように圧電素子等の駆動源（エネルギー印加手段）がノズルよりもインク流動方向上流側に設けられた場合に比べ、インク流動方向下流側に設けられた絞り部３４では、インクの流動時（循環時）よりも加圧時の方が流体抵抗が大きくなる。これにより、圧電素子３０により発生された圧力は、ノズル３２側へより大きく加えられるようになる。したがって、インク吐出効率が向上しインクを吐出するための消費エネルギーを抑えることができる。

また、インクの吐出後は、インクが循環路１１２を循環して個別流路２６内では上流側から下流側へ流動していることにより、例えば従来のように印字動作時にインクを循環させていない場合と比べ、ノズル３２へのインク再充填速度が高められる。したがって、圧電素子３０の駆動周波数が高められるようになり、インク吐出での駆動速度を向上させて印字速度を高めることができる。

また、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０では、個別流路２６の断面積を狭める絞り部３４によって、インク流動方向上流側よりも形状損失水頭の大きい部位を形成していることにより、その形状損失水頭の大きい部位と個別流路２６の構造を簡素化することができる。

また、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０では、絞り部３４の断面積（最小断面積）をノズル３２の断面積よりも大きくしていることにより、個別流路２６内でのインクの流動性を確保し気泡の排出性を良好にしつつ、圧電素子３０を低電圧印加で駆動させインクを吐出することができる。

また、本実施形態のインクジェット記録装置１００では、１回のインク吐出を、圧電素子３０を連続的に３回駆動させて行うようにしている。上述したように、インクジェット記録装置１００による印字動作時には、循環路１１２内でインクを循環させており、このインク循環に伴い、インクジェット記録ヘッド１０の個別流路２６内でインクが流動しているときに、圧電素子３０の駆動（膨出変形）による加圧を行うと、個別流路２６内でのインクの流れ方は、圧電素子３０よりも下流側には加速され、上流側には減速される。すると、圧電素子３０よりも下流側に設けられた絞り部３４ではインクの流速が速くなり、流路抵抗が大きくなる。

続いて、圧電素子３０への電圧印加を停止して圧電素子３０を復帰変形させると、個別流路２６内は減圧され、この減圧により圧電素子３０よりも下流側はインクの流れが減速され、上流側はインクの流れが加速される。このように、圧電素子３０の駆動後の駆動停止時には、圧電素子３０よりも下流側のインクの流れは減速となり、流れの損失は小さくされて流路抵抗が小さくなる。

ここで、圧電素子３０を連続的に複数回駆動させ、個別流路２６内の加圧及び減圧を繰り返すと、圧電素子３０よりも上流側のノズル３２では、加圧時の方が減圧時よりも大きな圧力となり、加圧と減圧の繰り返しに伴って圧力が増加する。

本実施形態のように、圧電素子３０を連続的に３回駆動させる場合のノズル３２での圧力は、図５（Ａ）に示されるように、１回目の加圧による最大圧力値（Ｐ１）＜２回目の加圧による最大圧力値（Ｐ２）＜３回目の加圧による最大圧力値（Ｐ３）となり、矢印ＵＰで示されるように上昇する。そして、循環しているインクはノズル３２側に圧力を受けてノズル３２から吐出される。

このように、本実施形態では、圧電素子３０により個別流路２６内のインクに吐出エネルギーを連続的に３回印加（加圧）して、ノズル３２からの１回のインク吐出を行うことにより、１回のインク吐出を１回のエネルギー印加で行う場合と比較して、エネルギー印加１回当たりのエネルギー印加量を小さくすることができる。これにより、エネルギー印加量の少ない、すなわち、加圧のための膨出変形量の少ない、より小さな圧電素子３０を使用できるようになる。したがって、個別流路２６及びノズル３２を高密度に配置することができ、またインクジェット記録ヘッド１０を小型化することができる。

また、本実施形態では、個別流路２６内のインクに吐出エネルギーを印加するエネルギー印加手段に圧電素子３０を用いており、この圧電素子３０の駆動では、膨出変形時の方が復帰変形時よりも変形速度を速くしていることにより（図５（Ｂ）参照）、上述した、１回のインク吐出を連続的な複数回（３回）のエネルギー印加で行うインク吐出動作が可能となる。

以上、本発明を上述した特定の実施形態により詳細に説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の形態が実施可能である。

例えば、インクジェット記録ヘッド１０の個別流路２６に設ける、インク流動方向上流側よりも形状損失水頭の大きい部位は、上述したような流路断面積を狭める絞り部３４の他に、流路を屈曲させて形成した屈曲部等としてもよい。また、１回のインク吐出で、エネルギー印加手段（圧電素子３０）によりインク流路（個別流路２６）内のインクに吐出エネルギーを連続的に印加する回数は、上述した３回に限らず２回以上（複数回）であればよい。また、インク流路内のインクに吐出エネルギーを印加するエネルギー印加手段は、上述したように、電圧を印加することで変形する圧電素子の他に、電圧を印加することで発熱する発熱素子等を用いることもできる。

本発明の一実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの外観とその内部構成を部分破断にて示す斜視図である。 （Ａ）は図１のインクジェット記録ヘッドにおける個別流路付近を模式的に示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の２（Ｂ）部を拡大した拡大図、（Ｃ）は（Ａ）の２（Ｃ）部を拡大した拡大図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す構成図である。 （Ａ）は図２（Ａ）に対応するインク吐出時におけるインクジェット記録ヘッドの個別流路付近を模式的に示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の４（Ｂ）部を拡大した拡大図、（Ｃ）は（Ａ）の４（Ｃ）部を拡大した拡大図である。 （Ａ）はインク吐出時におけるノズル部でのインクの圧力変化を示す図、（Ｂ）はインク吐出時における圧電素子の駆動制御で印加するパルス電圧を示す図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録ヘッド
２６ 個別流路（インク流路）
３０ 圧電素子（エネルギー印加手段）
３２ ノズル（インク吐出口）
３４ 絞り部（形状損失水頭の大きい部位）
１００ インクジェット記録装置
１０２ インクタンク（インク貯留手段）
１０６ 給液管（循環路）
１０８ 排液管（循環路）
１１０ 接続部（循環路）
１１２ 循環路
１１４ ポンプ（循環手段）
ｉｄ インク滴

Claims (6)

1. インクを循環させるための循環路に接続され、その循環路を通して供給されるインクを吐出し印字を行うインクジェット記録ヘッドであって、
   前記循環路の上流側からインクが流入されるとともにその流入されたインクを循環路の下流側へ流出させるインク流路と、
   前記インク流路に連通されたインク吐出口と、
   前記インク流路に前記インク吐出口よりもインク流動方向下流側に設けられ、インク流路内のインクに吐出エネルギーを印加するエネルギー印加手段と、
   前記インク流路に前記エネルギー印加手段よりもインク流動方向下流側に設けられ、インク流動方向上流側よりも形状損失水頭の大きい部位と、
   を有し、インクの循環を許容させつつインクを吐出して印字を行うことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記形状損失水頭の大きい部位は、前記インク流路の断面積を狭める絞り部とされていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記絞り部の断面積は、前記インク吐出口の断面積よりも大きくされていることを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項記載のインクジェット記録ヘッドと、
   前記インクジェット記録ヘッドに供給するインクが貯留されるインク貯留手段と、
   前記インクジェット記録ヘッドと前記インク貯留手段に接続され、インク貯留手段から流入されたインクをインクジェット記録ヘッドへ供給しつつ循環させるための循環路と、
   前記循環路に設けられ、循環路内のインクを所定の方向へ循環させる循環手段と、
   を備え、
   前記インクジェット記録ヘッドからインクを吐出し印字を行うときには前記循環手段を駆動させて前記循環路内でインクを循環させることを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 前記インクジェット記録ヘッドの前記インク吐出口からの１回のインク吐出は、前記エネルギー印加手段により前記インク流路内のインクに吐出エネルギーを連続的に複数回印加して行うことを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録装置。
6. 前記エネルギー印加手段は、前記インク流路内への膨出変形及びその膨出変形状態からの復帰変形が可能で、膨出変形することによりインク流路内のインクの圧力を高めて前記吐出エネルギーを印加する加圧手段とされ、この加圧手段の駆動では膨出変形時の方が復帰変形時よりも変形速度を速くすることを特徴とする請求項５記載のインクジェット記録装置。

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