特許 5740422 インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5740422

(24)【登録日】2015年5月1日

(45)【発行日】2015年6月24日

(54)【発明の名称】インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/015 20060101AFI20150604BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20150604BHJP

【ＦＩ】

   B41J2/015 101

   B41J2/14 611

   B41J2/14 607

   B41J2/14 303

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-44463(P2013-44463)

(22)【出願日】2013年3月6日

(65)【公開番号】特開2014-172213(P2014-172213A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2013年11月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100172580

【弁理士】

【氏名又は名称】赤穂 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】乗越 隆

【審査官】 小宮山 文男

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１２０３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３７１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１５８０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ４１Ｊ ２／０１−２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インクを収容するとともにノズルが開口する複数の駆動流路と、複数のダミー流路と、が交互に配置された圧電部材と、
前記駆動流路と前記ダミー流路との間にあって、前記駆動流路の第１の側面と、前記ダミー流路の第１の側面と、をそれぞれ形成した複数の第１の側壁と、
前記駆動流路と前記ダミー流路との間にあって、前記駆動流路の前記第１の側面に対向した前記駆動流路の第２の側面と、前記ダミー流路の前記第１の側面に対向した前記ダミー流路の第２の側面と、をそれぞれ形成した複数の第２の側壁と、
前記複数の駆動流路の前記第１および第２の側面に形成された複数の第１の電極と、
前記複数のダミー流路の第１の側面に形成され、電圧が印加されると前記駆動流路の容積を変化させるように前記第１の側壁を変形させる、複数の第２の電極と、
前記第２の電極から分離して前記複数のダミー流路の第２の側面に形成され、電圧が印加されると前記駆動流路の容積を変化させるように前記第２の側壁を変形させる、複数の第３の電極と、
前記駆動流路のインクが振動するように前記第１の側壁を変形させるプリカーサ信号を前記複数の第２の電極に印加し、前記駆動流路のインクが前記ノズルから吐出するように前記第２の側壁を変形させる駆動信号を前記複数の第３の電極に発する信号発生部と、
前記複数の第３の電極と前記信号発生部との間を電気的に接続または切断する複数のスイッチと、
インクを吐出させる前記駆動流路に対応する前記スイッチをオンにする制御部と、
を具備し、
前記駆動信号は、前記駆動流路の容積が拡張するように前記第２の側壁を変形させる駆動拡張パルスと、前記駆動拡張パルスの後に発せられ、前記駆動流路の容積が収縮するように前記第２の側壁を変形させる駆動収縮パルスと、を有し、
前記駆動拡張パルスのパルス幅は、前記駆動流路のインクの固有振動周期の半分であり、
前記駆動収縮パルスのパルス幅は、前記駆動流路のインクの固有振動周期と等しい、
ことを特徴とするインクジェットヘッド。

【請求項2】

前記ダミー流路が空気を収容することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。

【請求項3】

前記プリカーサ信号は、前記駆動流路の容積が収縮するように前記第１の側壁を変形させるとともに、前記駆動収縮パルスと同時に前記信号発生部から発せられるプリカーサ収縮パルスを有し、
前記プリカーサ収縮パルスのパルス幅は、前記駆動流路のインクの固有振動周期と等しい、
ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。

【請求項4】

インクを収容するとともにノズルが開口する複数の駆動流路と、複数のダミー流路と、が交互に配置された圧電部材と、
前記駆動流路と前記ダミー流路との間にあって、前記駆動流路の第１の側面と、前記ダミー流路の第１の側面と、をそれぞれ形成した複数の第１の側壁と、
前記駆動流路と前記ダミー流路との間にあって、前記駆動流路の前記第１の側面に対向した前記駆動流路の第２の側面と、前記ダミー流路の前記第１の側面に対向した前記ダミー流路の第２の側面と、をそれぞれ形成した複数の第２の側壁と、
前記複数の駆動流路の前記第１および第２の側面に形成された複数の第１の電極と、
前記複数のダミー流路の第１の側面に形成され、電圧が印加されると前記駆動流路の容積を変化させるように前記第１の側壁を変形させる、複数の第２の電極と、
前記第２の電極から分離して前記複数のダミー流路の第２の側面に形成され、電圧が印加されると前記駆動流路の容積を変化させるように前記第２の側壁を変形させる、複数の第３の電極と、
前記駆動流路のインクが振動するように前記第１の側壁を変形させるプリカーサ信号を前記複数の第２の電極に印加し、前記駆動流路のインクが前記ノズルから吐出するように前記第２の側壁を変形させる駆動信号を前記複数の第３の電極に発する信号発生部と、
前記複数の第３の電極と前記信号発生部との間を電気的に接続または切断する複数のスイッチと、
インクを吐出させる前記駆動流路に対応する前記スイッチをオンにする制御部と、
を具備し、
前記駆動信号は、前記駆動流路の容積が拡張するように前記第２の側壁を変形させる駆動拡張パルスと、前記駆動拡張パルスの後に発せられ、前記駆動流路の容積が収縮するように前記第２の側壁を変形させる駆動収縮パルスと、を有し、
前記駆動拡張パルスのパルス幅は、前記駆動流路のインクの固有振動周期の半分であり、
前記駆動収縮パルスのパルス幅は、前記駆動流路のインクの固有振動周期と等しい、
ことを特徴とするインクジェット記録装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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

【背景技術】

【0002】

インクジェットプリンタのようなインクジェット記録装置は、インクを吐出するインクジェットヘッドを備える。例えばシェアモード型のインクジェットヘッドは、インクを加圧して吐出させる圧電部材を有する。

【0003】

圧電部材は、例えば、インクを収容する圧力室と、当該圧力室の内面を覆う電極とを有する。電極に電圧が印加されると、電位差によって圧電部材がシェアモード変形し、圧力室に充填されたインクを加圧する。圧力室にはノズルが開口しており、当該ノズルから加圧されたインクが吐出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１３１９４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

インクジェットヘッドによっては、圧力室内の電極がインクに直接接触する。このようなインクジェットヘッドが水性のインクを利用する場合、電極に電圧が印加されると、電気分解が生じることがある。当該電気分解によって、インクに気泡が発生したり、電極がインクに溶け出したりする可能性がある。電気分解を防止するために電極を絶縁膜で覆った場合、インクジェットヘッドの製造コストが高くなる。

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、水性インクを用いることができるインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一つの実施の形態に係るインクジェットヘッドは、圧電部材と、複数の第１の側壁と、複数の第２の側壁と、複数の第１の電極と、複数の第２の電極と、複数の第３の電極と、信号発生部と、複数のスイッチと、制御部と、を備える。前記圧電部材に、インクを収容するとともにノズルが開口する複数の駆動流路と、複数のダミー流路と、が交互に配置される。前記複数の第１の側壁は、前記駆動流路と前記ダミー流路との間にあって、前記駆動流路の第１の側面と、前記ダミー流路の第１の側面と、をそれぞれ形成する。前記複数の第２の側壁は、前記駆動流路と前記ダミー流路との間にあって、前記駆動流路の前記第１の側面に対向した前記駆動流路の第２の側面と、前記ダミー流路の前記第１の側面に対向した前記ダミー流路の第２の側面と、をそれぞれ形成する。前記複数の第１の電極は、前記複数の駆動流路の前記第１および第２の側面に形成される。前記複数の第２の電極は、前記複数のダミー流路の第１の側面に形成され、電圧が印加されると前記駆動流路の容積を変化させるように前記第１の側壁を変形させる。前記複数の第３の電極は、前記第２の電極から分離して前記複数のダミー流路の第２の側面に形成され、電圧が印加されると前記駆動流路の容積を変化させるように前記第２の側壁を変形させる。信号発生部は、前記駆動流路のインクが振動するように前記第１の側壁を変形させるプリカーサ信号を前記複数の第２の電極に印加し、前記駆動流路のインクが前記ノズルから吐出するように前記第２の側壁を変形させる駆動信号を前記複数の第３の電極に発する。複数のスイッチは、前記複数の第３の電極と前記信号発生部との間を電気的に接続または切断する。制御部は、インクを吐出させる前記駆動流路に対応する前記スイッチをオンにする。前記駆動信号は、前記駆動流路の容積が拡張するように前記第２の側壁を変形させる駆動拡張パルスと、前記駆動拡張パルスの後に発せられ、前記駆動流路の容積が収縮するように前記第２の側壁を変形させる駆動収縮パルスと、を有する。前記駆動拡張パルスのパルス幅は、前記駆動流路のインクの固有振動周期の半分であり、前記駆動収縮パルスのパルス幅は、前記駆動流路のインクの固有振動周期と等しい。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一つの実施の形態に係るインクジェット記録装置を示す斜視図。

【図2】図１のＦ２−Ｆ２線に沿ってインクジェットヘッドを示す断面図。

【図3】図２のＦ３−Ｆ３線に沿ってインクジェットヘッドを示す断面図。

【図4】図２のＦ４−Ｆ４線に沿ってインクジェットヘッドを示す断面図。

【図5】信号発生部が発するプリカーサ信号および駆動信号を示すグラフ。

【図6】第２の電極にプリカーサ収縮パルスが印加されたインクジェットヘッドを示す断面図。

【図7】第３の電極に駆動拡張パルスが印加されたインクジェットヘッドを示す断面図。

【図8】第３の電極に駆動収縮パルスが印加されたインクジェットヘッドを示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、一つの実施の形態について、図１から図８を参照して説明する。なお、複数の表現が可能な各要素に、一つ以上の他の表現の例を付すことがある。しかし、これは、他の表現が付されていない要素について異なる表現がされることを否定するものではないし、例示されていない他の表現がされることを制限するものでもない。また、各図面は実施形態を概略的に示すものであり、図面に示される各要素の寸法は、実施形態の説明と異なることがある。

【0010】

図１は、一つの実施の形態に係るインクジェット記録装置１の一部を示す斜視図である。インクジェット記録装置１は、例えばインクジェットプリンタである。インクジェット記録装置１はこれに限らず、例えば複写機のような種々の装置であっても良い。

【0011】

図１に示すように、インクジェット記録装置１は、インクジェットヘッド２と、インクタンク３と、制御部４とを備える。インクジェット記録装置１はさらに、例えば、筐体、用紙を供給するフィーダ、および前記用紙を収容する用紙トレイのような他の部材を備える。

【0012】

インクジェットヘッド２は、いわゆるエンドシュータ型のシェアモード型インクジェットヘッドである。なお、インクジェットヘッド２はこれに限らない。インクジェットヘッド２は、前記筐体内に位置し、前記フィーダによって供給された記録用紙のようなメディアに、例えば文字や図形を印刷する。

【0013】

インクジェットヘッド２は、基部１０と、圧電部材１１と、トッププレート１２と、天板１３と、ノズルプレート１４とを有する。インクジェットヘッド２はさらに、例えば、カバー、インクタンク３に接続されるチューブ、およびインクジェット記録装置１内でインクジェットヘッド２を移動させるキャリッジのような他の部材を有する。

【0014】

基部１０は、矩形の板材である。基部１０の端部に、取付部２１が設けられる。取付部２１は、基材１０の上面１０ａおよび前面１０ｂに開放された切欠きである。上面１０ａと前面１０ｂとは、互いに直交する平坦な面である。

【0015】

圧電部材１１は、基部１０よりも小さい矩形の板材である。圧電部材１１は、例えば、貼り合わされた板状の二つの圧電体である。当該圧電体は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成される。前記二つの圧電体の分極方向は、その厚さ方向に互いに逆向きとなっている。

【0016】

基部１０と圧電部材１１とは、複数の駆動流路（圧力室）２３と、複数のダミー流路２４とを有する。駆動流路２３およびダミー流路２４は、基部１０から圧電部材１１に亘って設けられる溝である。駆動流路２３とダミー流路２４とは、同一の形状を有し、その断面形状は、例えば長方形である。なお、駆動流路２３とダミー流路２４とが異なる形状を有しても良い。駆動流路２３およびダミー流路２４は、例えばダイサーにより形成される。

【0017】

駆動流路２３およびダミー流路２４は、基部１０および圧電部材１１の上面１０ａ，１１ａと、圧電部材１１の前面１１ｂと、に開放される。なお、基部１０の上面１０ａと圧電部材１１の上面１１ａとは、同一平面を形成する。同様に、基部１０の前面１０ｂと圧電部材１１の前面１１ｂとは、同一平面を形成する。

【0018】

駆動流路２３とダミー流路２４とは、交互に配置され、圧電部材１１の前面１１ｂに沿って並ぶ。圧電部材１１は、これら複数の駆動流路２３と複数のダミー流路２４とによって形成された、複数の第１の側壁２７と、複数の第２の側壁２８とを有する。

【0019】

図２は、図１のＦ２−Ｆ２線に沿ってインクジェットヘッド２の一部を示す断面図である。図２に示すように、第１の側壁２７は、駆動流路２３とダミー流路２４との間に位置する。第１の側壁２７は、駆動流路２３の第１の側面２３ａと、ダミー流路２４の第１の側面２４ａとをそれぞれ形成する。駆動流路２３の第１の側面２３ａは、第１の側壁２７において、ダミー流路２４の第１の側面２４ａの反対側に位置する。

【0020】

第２の側壁２８は、駆動流路２３とダミー流路２４との間に位置する。第１の側壁２７と第２の側壁２８とは、交互に配置され、圧電部材１１の前面１１ｂに沿って並ぶ。このため、第１の側壁２７と第２の側壁２８とは対向する。

【0021】

第２の側壁２８は、駆動流路２３の第２の側面２３ｂと、ダミー流路２４の第２の側面２４ｂとをそれぞれ形成する。駆動流路２３の第２の側面２３ｂは、第１の側面２３ａに対向する。さらに、駆動流路２３の第２の側面２３ｂは、第２の側壁２７において、ダミー流路２４の第２の側面２４ｂの反対側に位置する。ダミー流路２４の第２の側面２４ｂは、第１の側面２４ａに対向する。

【0022】

複数の第１の電極３１が、複数の駆動流路２３の内面を覆う。すなわち、第１の電極３１は、駆動流路２３の第１および第２の側面２３ａ，２３ｂに形成される。駆動流路２３の第１の側面２３ａに形成される第１の電極３１と、第２の側面２３ｂに形成される第１の電極３１とは、駆動流路２３の底面を通って連続する。第１の電極３１は、例えばニッケルメッキによって形成される。

【0023】

複数の第２の電極３２が、複数のダミー流路２４の第１の側面２４ａに形成される。一方、複数の第３の電極３３が、複数のダミー流路２４の第２の側面２４ｂに形成される。第３の電極３３は、第２の電極３２から分離する。言い換えると、第２の電極３２と第３の電極３３とは、互いに電気的に切り離される。第２および第３の電極３２，３３は、例えばニッケルメッキによって形成される。上記の第２および第３の電極３２，３３は、例えば、ダミー流路２４の内面を覆うニッケルメッキの底部を、レーザによって分割することで形成される。

【0024】

図１に示すように、複数の配線３４が、基部１０の上面１０ａに設けられる。複数の配線３４は、例えばニッケルメッキによって形成され、対応する第１ないし第３の電極３１，３２，３３にそれぞれ電気的に接続する。複数の配線３４は、第１の電極３１、第２の電極３２、および第３の電極３３から基部１０の後端に向かって延びる。

【0025】

図３は、図２のＦ３−Ｆ３線に沿ってインクジェットヘッド２を示す断面図である。図４は、図２のＦ４−Ｆ４線に沿ってインクジェットヘッド２を示す断面図である。図３および図４に示すように、トッププレート１２は、基部１０および圧電部材１１の上面１０ａ，１１ａに取り付けられる。トッププレート１２は、複数の開口部３５を有する。開口部３５は、複数の駆動流路２３に対応するように位置する。トッププレート１２は、開口部３５によって駆動流路２３を開放する一方で、ダミー流路２４を塞ぐ。

【0026】

天板１３は、トッププレート１２に取り付けられる。これにより、トッププレート１２は、基部１０および圧電部材１１と、天板１３との間に位置する。天板１３は、共通液室３７を有する。共通液室３７は、トッププレート１２に向かって開口する溝である。

【0027】

共通液室３７は、トッププレート１２の複数の開口部３５を介して、複数の駆動流路２３につながる。トッププレート１２は、複数のダミー流路２４を、共通液室３７から隔離する。

【0028】

天板１３は、接続口３８をさらに有する。図３に破線で示すように、接続口３８は、共通液室３７に開口する。接続口３８は、前記チューブを介してインクタンク３に接続される。これにより、インクタンク３に収容されたインクが、接続口３８を通って共通液室３７に供給される。

【0029】

ノズルプレート１４は、基部１０および圧電部材１１の前面１０ｂ，１１ｂに取り付けられる。ノズルプレート１４は、複数のノズル４１を有する。ノズル４１は、オリフィスとも称され、インク滴を吐出するための孔である。なお、ノズル４１は、図２において二点鎖線で示される。

【0030】

複数のノズル４１は、駆動流路２３に対応して位置する。ノズル４１は、駆動流路２３にそれぞれ開口する。このため、駆動流路２３はノズル４１を通じてインクジェットヘッド２の外部に通じる。一方、ダミー流路２４はノズルプレート１４によって塞がれる。言い換えると、ノズル４１は、一つ置きに、圧電部材１１に設けられた溝（駆動流路２３およびダミー流路２４）に開口する。

【0031】

インクタンク３から共通液室３７に供給されたインクは、トッププレート１２の複数の開口部３５を通って、複数の駆動流路２３に流入する。すなわち、駆動流路２３はインクを収容する。インクは駆動流路２３を満たすとともに、ノズル４１にメニスカスを形成する。インクジェット記録装置１は、当該メニスカスがノズル４１に留まるよう、駆動流路２３のインクの圧力を制御する。

【0032】

ダミー流路２４は、トッププレート１２およびノズルプレート１４によって塞がれる。トッププレート１２がダミー流路２４を共通液室３７から隔離することで、ダミー流路２４は、インクが供給されず、空気を収容する。すなわち、ダミー流路２４は、いわゆる空気室である。なお、ダミー流路２４は、空気の代わりに他の気体または液体を収容しても良く、またはインクを収容しても良い。

【0033】

図３に示すように、インクジェットヘッド２は、駆動回路４３をさらに有する。駆動回路４３は、複数の配線３４に接続する。駆動回路４３は、例えば、フレキシブルプリント回路板（ＦＰＣ）、プリント回路板（ＰＣＢ）、信号発生部４４（図２に示す）、および複数のスイッチ４５（図２に示す）のような、種々の部品を有する。信号発生部４４は、例えば駆動ＩＣである。なお、駆動回路４３はこれに限らず、例えばＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）であっても良い。スイッチ４５は、例えばスイッチング素子である。

【0034】

前記ＦＰＣは、例えば異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）によって、配線３４に熱圧着接続される。これにより、駆動回路４３が、複数の配線３４を介して、第１ないし第３の電極３１，３２，３３に電気的に接続する。

【0035】

図２は、インクジェットヘッド２の断面図に加え、駆動回路４３の回路について概略的に示す。図２に示すように、駆動回路４３の信号発生部４４は、インクジェット記録装置１の制御部４に接続する。制御部４は、インクジェット記録装置１を制御する部分であり、例えば、演算装置やメモリを含む。制御部４は、例えばユーザの操作に基づき、信号発生部４４にインクジェットヘッド２の制御をさせる。

【0036】

駆動回路４３は、第１の共通配線４６と、第２の共通配線４７と、第３の共通配線４８とを有する。第１の共通配線４６は、複数の配線３４を介して、複数の第１の電極３１にそれぞれ接続する。第２の共通配線４７は、複数の配線３４を介して、複数の第２の電極３２に接続する。第３の共通配線４８は、複数の配線３４を介して、複数の第３の電極３３に接続する。

【0037】

第１の共通配線４６は、グラウンドＧＮＤに接続され、接地される。このため、複数の第１の電極３１は、第１の共通配線４６を介してそれぞれ接地される。第１の電極３１における電位は常にグラウンド電位である。なお、第１の電極３１はグラウンド電位に限らず、他の電位に保たれても良い。

【0038】

第２の共通配線４７は、端子４７ａを有する。端子４７ａは、信号発生部４４に接続する。このため、複数の第２の電極３２は、第２の共通配線４７を介して、信号発生部４４に接続する。

【0039】

第３の共通配線４８は、端子４８ａを有する。端子４８ａは、信号発生部４４に接続する。このため、複数の第３の電極３３は、第３の共通配線４８を介して、信号発生部４４に接続する。

【0040】

複数のスイッチ４５は、複数の第３の電極３３と第３の共通配線４８との間にそれぞれ介在する。スイッチ４５は、オンにされることで、対応する第３の電極３３と第３の共通配線４８との間を電気的に接続する。スイッチ４５は、オフにされることで、対応する第３の電極３３と第３の共通配線４８との間を電気的に切断する。言い換えると、スイッチ４５は、複数の第３の電極３３と信号発生部４４との間を電気的に接続または切断する。

【0041】

図５は、信号発生部４４が発するプリカーサ信号Ｓ１と駆動信号Ｓ２とを概略的に示すグラフである。図５はさらに、プリカーサ信号Ｓ１と駆動信号Ｓ２によって駆動流路２３のインクに生じる圧力変化を、破線によって概略的に示す。なお、駆動流路２３のインクの圧力は、プリカーサ信号Ｓ１および駆動信号Ｓ２のみならず、減衰やインク滴の吐出などによっても変動し得る。

【0042】

図５において、縦軸が電圧、横軸が時間を示す。信号発生部４４は、駆動信号Ｓ２を発することで駆動流路２３の容積を変化させるとともに、プリカーサ信号Ｓ１を発することで、駆動流路２３のインクを微振動させることによって、駆動流路２３のインクの一部を、インク滴としてノズル４１から吐出させる。

【0043】

まず、プリカーサ信号Ｓ１について説明する。信号発生部４４は、第２の共通配線４７を介して、第２の電極３２にプリカーサ信号Ｓ１を印加する。信号発生部４４は、インクジェット記録装置１が、待機中または印刷中であるにかかわらず、一定の間隔でプリカーサ信号Ｓ１を発する。なお、信号発生部４４は、プリカーサ信号Ｓ１の出力を止めても良い。

【0044】

プリカーサ信号Ｓ１は、プリカーサ収縮パルスＰ１を有する。プリカーサ収縮パルスＰ１は、電圧＋Ｖａと、パルス幅（通電時間）Ｔ２と、を有する矩形パルスである。プリカーサ収縮パルスＰ１のパルス幅Ｔ２は、駆動流路２３に収容されるインクの固有振動周期に等しい。

【0045】

図５は、複数の時点（１）ないし（４）を一点鎖線で示す。当該（１）ないし（４）の時点に沿って、プリカーサ信号Ｓ１を印加されたインクジェットヘッド２の動作について説明する。信号発生部４４がプリカーサ収縮パルスＰ１を発する前の（１）から（２）の間、図２に示すように、第１および第２の側壁２７，２８は変形していない状態にある。

【0046】

図６は、第２の電極３２にプリカーサ収縮パルスＰ１が印加されたインクジェットヘッド２を示す断面図である。（２）の時点が過ぎてプリカーサ収縮パルスＰ１が第２の電極３２に印加されると、第１の側壁２７が変形する。言い換えると、プリカーサ収縮パルスＰ１が第１の側壁２７を変形させる。

【0047】

詳しく述べると、第２の電極３２にプリカーサ収縮パルスＰ１が印加されることで、第２の電極３２と、接地された第１の電極３１との間に電位差が生じる。当該電位差によって、第１の側壁２７に、分極方向と直角の方向に電界がかかる。これにより、図６の矢印に示すように、第１の側壁２７を形成する圧電体がせん断変形する。

【0048】

第２の電極３２に＋Ｖａ、すなわち正の電圧が印加されることで、第１の側壁２７は、駆動流路２３の容積が収縮するように変形する。言い換えると、第２の電極３２に電圧が印加されると、駆動流路２３の容積を変化させるように第１の側壁２７が変形する。これにより、図５の破線で示すように、駆動流路２３に収容されたインクに正の圧力がかかる。インクに正の圧力がかかることで、ノズル４１に生じたメニスカスが振動または移動する。しかし、インクはノズル４１から吐出されず、ノズル４１内に留まる。このように、プリカーサ信号Ｓ１は、駆動流路２３のインクが振動するように、第１の側壁２７を変形させる。

【0049】

（３）の時点が過ぎてプリカーサ収縮パルスＰ１の印加が終わると、第１の側壁２７が元の形状に戻る。これにより、駆動流路２３の容積が戻り、駆動流路２３のインクに負の圧力がかかる。

【0050】

パルス幅Ｔ２が駆動流路２３に収容されるインクの固有振動周期に等しいため、第１の側壁２７が元の形状に戻る際、駆動流路２３のインクには正の圧力がかかっている。この時点で上記のように、第１の側壁２７が元の形状に戻り、駆動流路２３のインクに負の圧力がかかる。このため、駆動流路２３のインクに生じている圧力振動と、第１の側壁２７が戻ることによる発生する圧力振動とが打ち消し合い、駆動流路２３のインクの圧力が通常の値に戻る。

【0051】

次に、駆動信号Ｓ２について説明する。信号発生部４４は、第３の共通配線４８を介して、第３の電極３３に向かって駆動信号Ｓ２を発する。信号発生部４４は、インクジェット記録装置１が印刷動作を行っている間、一定の間隔で駆動信号Ｓ２を発する。なお、信号発生部４４は、駆動信号Ｓ２の出力を一時的に止めても良い。

【0052】

図５に示すように、駆動信号Ｓ２は、駆動拡張パルスＰ２と、駆動収縮パルスＰ３を有する。駆動拡張パルスＰ２は、電圧−Ｖｂ１と、パルス幅Ｔ１を有する矩形パルスである。駆動収縮パルスＰ３は、電圧＋Ｖｂ２と、パルス幅Ｔ２と、を有する矩形パルスである。駆動拡張パルスＰ２のパルス幅Ｔ１は、駆動流路２３に収容されるインクの固有振動周期の半分である。駆動収縮パルスＰ３のパルス幅Ｔ２は、プリカーサ収縮パルスＰ１のパルス幅Ｔ２、すなわち駆動流路２３に収容されるインクの固有振動周期と等しい。

【0053】

信号発生部４４が駆動拡張パルスＰ２を発する前である（１）までの間、図２に示すように、第１および第２の側壁２７，２８は変形していない状態にある。

【0054】

図７は、第３の電極３３に駆動拡張パルスＰ２が印加されたインクジェットヘッド２を示す断面図である。図８は、第３の電極３３に駆動収縮パルスＰ３が印加されたインクジェットヘッド２を示す断面図である。

【0055】

図７に示すように、制御部４は、インク滴を吐出させる駆動流路２３に対応するスイッチ４５を予め設定されたタイミングでオンにする。図７においては、一番左のスイッチ４５がオンになる。これにより、信号発生部４４は、当該オンにされたスイッチ４５に接続された第３の電極３３に、電気的に接続される。

【0056】

（１）の時点が過ぎると、信号発生部４４は、駆動拡張パルスＰ２を発する。駆動拡張パルスＰ２は、オンにされたスイッチ４５に接続された第３の電極３３に、印加される。言い換えると、インクジェット記録装置１は、駆動信号Ｓ２を複数の第３の電極３３に選択的に印加する。当該第３の電極３３に駆動拡張パルスＰ２が印加されると、第２の側壁２８が変形する。言い換えると、駆動拡張パルスＰ２が第２の側壁２８を変形させる。

【0057】

詳しく述べると、第３の電極３３に駆動拡張パルスＰ２が印加されることで、第３の電極３３と、接地された第１の電極３１との間に電位差が生じる。当該電位差によって、第２の側壁２８に、分極方向と直角の方向に電界がかかる。これにより、図７の矢印に示すように、第２の側壁２８を形成する圧電体がせん断変形する。

【0058】

第３の電極３３に−Ｖｂ１、すなわち負の電圧が印加されることで、第２の側壁２８は、駆動流路２３の容積が拡張するように変形する。言い換えると、第３の電極３３に電圧が印加されると、駆動流路２３の容積を変化させるように第２の側壁２８が変形する。これにより、図５の破線で示すように、駆動流路２３に収容されたインクに負の圧力がかかる。インクに負の圧力がかかることで、ノズル４１のインクメニスカスが後退するとともに、共通液室３７から駆動流路２３にインクが流入する。

【0059】

パルス幅Ｔ１が駆動流路２３に収容されるインクの固有振動周期の半分であるため、パルス幅Ｔ１が経過した際、駆動流路２３のインクには正の圧力がかかっている。この時点で、信号発生部４４が駆動収縮パルスＰ３を発する。すなわち、駆動収縮パルスＰ３は、駆動拡張パルスＰ２の後に発せられる。駆動収縮パルスＰ３は、オンにされたスイッチ４５に接続された第３の電極３３に、印加される。

【0060】

図８に示すように、駆動収縮パルスＰ３が第３の電極３３に印加されると、当該第３の電極３３が設けられた第２の側壁２８が変形する。言い換えると、駆動収縮パルスＰ３が第２の側壁２８を変形させる。

【0061】

詳しく述べると、第３の電極３３に駆動収縮パルスＰ３が印加されることで、第３の電極３３と、接地された第１の電極３１との間に電位差が生じる。当該電位差によって、第２の側壁２８に、分極方向と直角の方向に電界がかかる。これにより、図８の矢印に示すように、第２の側壁２８を形成する圧電体がせん断変形する。

【0062】

第３の電極３３に＋Ｖｂ２、すなわち正の電圧が印加されることで、第２の側壁２８は、駆動流路２３の容積が収縮するように変形する。これにより、図５の破線で示すように、駆動流路２３に収容されたインクに正の圧力がかかる。上述のように、駆動収縮パルスＰ３が印加される時点で、駆動流路２３のインクには正の圧力がかかっている。このため、インクにさらに正の圧力がかかり、当該インクにかかる圧力が大きく上昇する。

【0063】

駆動収縮パルスＰ３と同時に、信号発生部４４から、プリカーサ収縮パルスＰ１が発せられる。このため、図８に示すように、第２の側壁２８が変形すると同時に、第１の側壁２７は、駆動流路２３の容積が収縮するように変形する。このため、第１および第２の側壁２７，２８によって駆動流路２３のインクが加圧され、インクメニスカスが急速に前進し、ノズル４１からインク滴が吐出する。このように、駆動信号Ｓ２は、駆動流路２３のインク滴がノズル４１から吐出するように、第２の側壁２８を変形させる。加圧されたインクの一部は、開口部３５を通って共通液室３７に排出される。また、インク滴の吐出がされると、ノズル４１の毛管力により、インクが再度ノズル４１に供給される。

【0064】

（３）の時点が過ぎて駆動収縮パルスＰ３の印加が終わると、第２の側壁２８が元の形状に戻る。これにより、駆動流路２３の容積が戻り、駆動流路２３のインクに負の圧力がかかる。

【0065】

パルス幅Ｔ２が駆動流路２３に収容されるインクの固有振動周期に等しいため、第２の側壁２８が元の形状に戻る際、駆動流路２３のインクには正の圧力がかかっている。この時点で上記のように、第２の側壁２８が元の形状に戻り、駆動流路２３のインクに負の圧力がかかる。このため、駆動流路２３のインクに生じている圧力振動と、第２の側壁２８が戻ることによる発生する圧力振動とが打消し合い、駆動流路２３のインクの圧力が通常の値に戻る。

【0066】

上述の実施形態のインクジェット記録装置１によれば、ダミー流路２４に形成された第２および第３の電極３２，３３に電圧を印加することで、駆動流路２３の容積が変化する。これにより、駆動流路２３に収容されるインクが振動したり、ノズル４１からインク滴として吐出されたりする。インクが収容される駆動流路２３に設けられた第１の電極３１には電界がかからない。このため、インクジェットヘッド２が水性インクを利用したとしても、電気分解によって駆動流路２３のインクに気泡が生じて吐出不良を生じたり、第１の電極３１が溶解して耐久品質が低下したりすることを防止できる。したがって、インクジェットヘッド２は水性インクを用いることができる。また、第１の電極３１を、例えば絶縁膜で保護する必要が無くなり、インクジェットヘッド２の製造コストの増加を抑制できる。

【0067】

加えて、駆動流路２３とダミー流路２４とを交互に配置することにより、駆動流路２３に隣接する流路からインク滴が吐出されるおそれがなくなり、印字スピード（駆動周波数）を早めることができる。

【0068】

ダミー流路２４がインクを収容せず空気を収容するため、ダミー流路２４から駆動流路２３に圧力が伝搬する、いわゆるクロストークが発生することを抑制できる。さらに、第２および第３の電極３２，３３に電圧が印加されたときに、ダミー流路２４で電気分解が生じることを防止できる。

【0069】

信号発生部４４は、複数の第２および第３の電極３２，３３に向かって、一律にプリカーサ信号Ｓ１および駆動信号Ｓ２を発する。このため、第２および第３の電極３２，３３に個別にプリカーサ信号Ｓ１および駆動信号Ｓ２を印加する必要がなく、信号発生部４４の発熱および電力消費を抑制できる。

【0070】

プリカーサ信号Ｓ１によって、駆動流路２３のインクが振動するように第１の側壁が変形する。これにより、インクが撹拌され、ノズル４１におけるインクのメニスカスが乾燥して増粘することを抑制できる。また、インク粒子の凝集や沈降も抑制される。

【0071】

制御部４がスイッチ４５を個別にオン／オフすることで、インク滴を吐出する駆動流路２３に対応する第２の側壁２８のみが変形する。したがって、信号発生部４４の発熱等を抑制しながら、複数のノズル４１から選択的にインク滴を吐出する個別制御を行うことができる。

【0072】

駆動拡張パルスＰ２のパルス幅Ｔ１が駆動流路２３のインクの固有振動周期の半分である。このため、駆動拡張パルスＰ２の入力が終了する時点での駆動流路２３のインクには正の圧力が生じている。これにより、駆動拡張パルスＰ２の後に駆動収縮パルスＰ３が第２の電極３２に印加されると、駆動流路２３のインクに大きな正の圧力が生じる。したがって、インク滴を効率良く吐出することができる。

【0073】

一方、駆動収縮パルスＰ３のパルス幅Ｔ２が駆動流路２３のインクの固有振動周期と等しいため、駆動収縮パルスＰ３の入力が終了する時点での駆動流路２３のインクには正の圧力が生じている。このため、駆動収縮パルスＰ３の入力が終了して第２の側壁２８が急峻に変形したとき、当該変形によって生じる圧力振動が、正の圧力を生じているインクの圧力振動と相殺される。したがって、駆動流路２３のインクの圧力が下がる際に、当該インクの圧力が下がり過ぎるなどして駆動流路２３のインクに残留振動が発生することを抑制できる。残留振動が抑制されることで、インクジェットヘッド２は、インク滴の安定した吐出を行うことができる。

【0074】

駆動流路２３におけるインクの圧力振動は、例えば、インクの種類、温度、および粘度によって減衰し得る。これらの条件に応じて圧力振動の相殺を最適化するため、例えば、電圧−Ｖｂ１，＋Ｖｂ２の値を調節しても良い。または、電圧−Ｖｂ１，＋Ｖｂ２の値を等しくする一方、電圧＋Ｖａの値を調節しても良い。

【0075】

プリカーサ収縮パルスＰ１は、駆動収縮パルスＰ３と同時に信号発生部４４から発せられる。このため、駆動流路２３のインクが第１および第２の側壁２７，２８の両方から加圧され、インク滴を効率良く吐出することができる。

【0076】

さらに、プリカーサ収縮パルスＰ１のパルス幅Ｔ２が駆動流路２３のインクの固有振動周期と等しい。このため、プリカーサ収縮パルスＰ１の入力が終了する時点での駆動流路２３のインクには正の圧力が生じている。これにより、プリカーサ収縮パルスＰ１の入力が終了して第１の側壁２７が急峻に変形したとき、当該変形によって生じる圧力振動が、正の圧力を生じているインクの圧力振動と相殺される。したがって、駆動流路２３のインクの圧力が下がる際に、当該インクの圧力が下がり過ぎるなどして駆動流路２３のインクに残留振動が発生することを抑制できる。

【0077】

以上述べた少なくとも一つのインクジェット記録装置によれば、ダミー流路に形成された第２および第３の電極に電圧が印加されることで、駆動流路の容積が変化する。これにより、駆動流路に収容されるインクが振動したり、駆動流路に開口するノズルから吐出したりする。インクが収容される駆動流路に設けられた第１の電極には電圧が印加されない。このため、インクジェットヘッドが水性インクを利用したとしても、電気分解によって駆動流路のインクに気泡が生じて吐出不良を生じたり、第１の電極が溶解して耐久品質が低下したりすることを防止できる。したがって、インクジェットヘッドが水性インクを用いることができる。

【0078】

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。

【0079】

例えば、上記実施形態において、信号発生部４４はインクジェットヘッド２の駆動回路４３に設けられる。しかし、信号発生部４４は、インクジェットヘッド２以外に設けられても良い。例えば、インクジェット記録装置１を制御する制御部４が、信号発生部として機能しても良い。

【符号の説明】

【0080】

１…インクジェット記録装置、２…インクジェットヘッド、４…制御部、１１…圧電部材、２３…駆動流路、２３ａ…第１の側面、２３ｂ…第２の側面、２４…ダミー流路、２４ａ…第１の側面、２４ｂ…第２の側面、２７…第１の側壁、２８…第２の側壁、３１…第１の電極、３２…第２の電極、３３…第３の電極、４１…ノズル、４４…信号発生部、４５…スイッチ、Ｓ１…プリカーサ信号、Ｓ２…駆動信号、Ｐ１…プリカーサ収縮パルス、Ｐ２…駆動拡張パルス、Ｐ３…駆動収縮パルス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】