(57)【要約】【課題】メンブレン状の駆動素子１０４を用いた送液装置において、高い送液効率で送液することが可能な駆動方法を提供する。【解決手段】駆動素子１０４に印加される電圧は、以下の条件を満たすように制御される。ｉ）第１の電圧から第２の電圧に変化する第１の期間と、前記第１の期間よりも長い期間であって、前記第２の電圧から前記第１の電圧に変化する第２の期間とが繰り返される。ｉｉ）前記第１の期間において、前記送液装置に固有のヘルムホルツ振動周期に基づく所定の期間ごとに、変曲点を有するように変化する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する液室と、
前記液室に設けられ、電圧が印加されることによって前記液室の容積を膨張及び収縮させて、前記液室が収容する液体を外部との間で循環させる駆動素子と、
を備える送液装置の駆動方法であって、
前記駆動素子に印加する電圧を、
ｉ）第１の電圧から第２の電圧に変化させる第１の期間と、前記第１の期間よりも長い期間であって前記第２の電圧から前記第１の電圧に変化させる第２の期間とを繰り返し、
ｉｉ）前記第１の期間において、前記送液装置に固有のヘルムホルツ振動周期に基づく所定の期間ごとに、変曲点を有するように
制御することを特徴とする駆動方法。
【請求項２】
前記第１の期間には、前記駆動素子に印加される電圧が、前記第１の電圧から所定の傾きで変化する期間と、前記所定の傾きの絶対値より小さい傾きの絶対値で変化する期間とが含まれる請求項１に記載の駆動方法。
【請求項３】
前記所定の期間は、前記送液装置に固有のヘルムホルツ振動周期をＴｈとしたとき、（１／２−１／８）×Ｔｈから（１／２＋１／４）×Ｔｈの範囲に含まれる請求項１又は２に記載の駆動方法。
【請求項４】
前記第２の期間には、前記駆動素子に印加される電圧が、前記第２の電圧を保持する保持期間と、前記第２の電圧から前記第１の電圧に変化する期間とが含まれる請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項５】
前記保持期間は、前記送液装置に固有のヘルムホルツ振動周期をＴｈとしたとき、（１／４−１／８）×Ｔｈから（１０＋１／８）×Ｔｈの範囲に含まれる請求項４に記載の駆動方法。
【請求項６】
前記第２の電圧は前記第１の電圧よりも高く、前記第１の期間は前記液室の容積が膨張する期間に対応し、前記第２の期間は前記液室の容積が収縮する期間に対応する請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項７】
前記第２の電圧は前記駆動素子に印加される最大の電圧であり、前記第１の期間に１つの変曲点が含まれる場合、当該変曲点における電圧は、前記第２の電圧の０．４０倍から０．９５倍の値であり、
前記第１の期間に２つの変曲点が含まれる場合、１つ目の変曲点における電圧は、前記第２の電圧の０．２０倍から０．４７５倍の値であり、２つ目の変曲点における電圧は、前記第２の電圧の０．７０倍から０．９７５倍の値である請求項６に記載の駆動方法。
【請求項８】
前記第１の電圧は前記第２の電圧よりも高く、前記第１の期間は前記液室の容積が収縮する期間に対応し、前記第２の期間は前記液室の容積が膨張する期間に対応する請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項９】
前記第１の電圧は前記駆動素子に印加される最大の電圧であり、前記第１の期間に１つの変曲点が含まれる場合、当該変曲点における電圧は、前記第１の電圧の０．０５倍から０．６倍の値であり、
前記第１の期間に２つの変曲点が含まれる場合、１つ目の変曲点における電圧は、前記第１の電圧の０．５２５倍から０．８倍の値であり、２つ目の変曲点における電圧は、前記第１の電圧の０．０２５倍から０．３倍の値である請求項８に記載の駆動方法。
【請求項１０】
前記第２の期間は、前記第１の期間の３倍以上であり１００倍以下である請求項１から９のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項１１】
前記送液装置に固有のヘルムホルツ振動周期をＴｈとしたとき、前記第２の期間において前記駆動素子に印加される電圧は、前記液室の容積が（１／４−１／８）×Ｔｈから（１／２＋１／８）×Ｔｈの間の周期で増減を繰り返しながら変化するように制御される請求項１から１０のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項１２】
前記送液装置に固有のヘルムホルツ振動周期は、２５μｓｅｃ以下である請求項１から１１のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項１３】
前記駆動素子は、薄膜圧電体と、該薄膜圧電体に電圧を印加するための電極と、前記薄膜圧電体に電圧が印加されることによって変位し前記液室の容積を変化させるダイヤフラムと、を有するアクチュエータである請求項１から１２のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項１４】
前記液室には、収容された液体を外部に吐出するための吐出口と、
前記吐出口から液体を吐出させるためのエネルギを発生するエネルギ発生素子と、が配されている請求項１から１３のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項１５】
吐出口に連通し該吐出口から吐出するための液体を収容する圧力室と、
前記圧力室に設けられ、前記吐出口から液体を吐出させるためのエネルギを発生するエネルギ発生素子と、
前記圧力室に液体を供給する供給流路と、
前記圧力室より液体を回収する回収流路と、
前記回収流路に接続する送液室と、
前記送液室と前記供給流路とを接続する接続流路と、
前記送液室の容積を膨張及び収縮させることにより、前記供給流路、前記圧力室、前記回収流路、前記送液室、及び前記接続流路において液体を循環させる駆動素子と、
前記駆動素子に印加する電圧を制御する制御手段と
を備える液体吐出ヘッドであって、
前記制御手段は、前記駆動素子に印加する電圧を、
ｉ）第１の電圧から第２の電圧に変化させる第１の期間と、前記第１の期間よりも長い期間であって前記第２の電圧から前記第１の電圧に変化させる第２の期間とを繰り返し、
ｉｉ）前記第１の期間において、前記供給流路、前記圧力室、前記回収流路、前記送液室、及び前記接続流路を含む循環流路に固有のヘルムホルツ振動周期に基づく所定の期間ごとに、変曲点を有するように
制御することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１６】
前記制御手段は、前記第１の期間において、
前記駆動素子に印加される電圧が、前記第１の電圧から所定の傾きで変化する期間と、前記所定の傾きの絶対値より小さい傾きの絶対値で変化する期間とが含まれるように、前記駆動素子に印加する電圧を制御する請求項１５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１７】
前記所定の期間は、前記供給流路、前記圧力室、前記回収流路、前記送液室、及び前記接続流路を含む流路に固有のヘルムホルツ振動周期をＴｈとしたとき、（１／２−１／８）×Ｔｈから（１／２＋１／４）×Ｔｈの範囲に含まれる請求項１５又は１６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１８】
前記駆動素子は複数の前記圧力室の液体を共通に循環させる請求項１５から１７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１９】
前記液体は色材を含有するインクであり、前記エネルギ発生素子は記録データに従って駆動される請求項１５から１８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は送液装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、ＭＥＭＳ技術（マイクロマシン技術）の発展に伴い、μｍ単位のオーダーで液体を送液する送液装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、流路抵抗が流速に対して非線形に変化するという特徴を活かし、機械的なバルブ構造を用いず、流体の作用をバルブ機構として利用したマイクロポンプが開示されている。特許文献１に開示されたマイクロポンプによれば、少ない部品による簡易且つ小型な構成で、μｍ単位のオーダーで液体を送液することが可能となる。特許文献１には、メンブレン状の圧電素子を駆動源として用い、圧電素子に印加する電圧を時間に対して非対称に変化させることにより、圧電素子をポンプとして機能させる駆動方法が開示されている。
【０００４】
一方、特許文献２には、メンブレン状の圧電素子を用いたインクジェットヘッドが開示されている。特許文献２には、液滴を吐出させることを目的とした圧電素子の駆動方法と、液室内のインクを循環させることを目的とした圧電素子の駆動方法とが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８３４９４号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／０３２４７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２で開示される送液装置においては、メンブレン状の圧電素子（アクチュエータ）を変位させて、送液室の容積を急激に膨張させる動作と、緩やかに収縮させる動作とを繰り返すことにより、液体を定量的に移動させている。しかしながら、上記構成においては、送液装置に固有なヘルムホルツ周波数の残留振動が発生すると、個の振動が緩やかな収縮時における容積変化に重畳し、送液量を損失させてしまう場合がある。そして、このような送液量の損失は、送液室の容積が小さくポンプの送液量が少量であるほど、送液効率への影響が大きく、無視できない課題となる。
【０００７】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものである。よってその目的とするところは、メンブレン状の圧電素子を用いた送液装置において、高い送液効率で送液することが可能な駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そのために本発明は、液体を収容する液室と、前記液室に設けられ、電圧が印加されることによって前記液室の容積を膨張及び収縮させて、前記液室が収容する液体を外部との間で循環させる駆動素子と、を備える送液装置の駆動方法であって、前記駆動素子に印加する電圧を、ｉ）第１の電圧から第２の電圧に変化させる第１の期間と、前記第１の期間よりも長い期間であって前記第２の電圧から前記第１の電圧に変化させる第２の期間とを繰り返し、ｉｉ）前記第１の期間において、前記送液装置に固有のヘルムホルツ振動周期に基づく所定の期間ごとに、変曲点を有するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、メンブレン状の圧電素子を用いた送液装置において、高い送液効率で送液することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明で使用可能な送液装置の模式図である。
【図２】実施例１における印加電圧と送液室の容積変化量を示す図である。
【図３】電圧波形と流れ場の対応関係を表すシミュレーションの系を示す図である。
【図４】理想的な流れ場を実現するための送液室の容積変化量を示す図である。
【図５】アクチュエータに印加する電圧の波形の例を示す図である。
【図６】単純な波形の例を示す図である。
【図７】階段形状の波形を用いた場合のシミュレーションの結果を示す図である。
【図８】実施例２における印加電圧と送液室の容積変化量を示す図である。
【図９】体積流量をシミュレータにて求めた結果を示す図である。
【図１０】アクチュエータに印加する電圧の波形の例を示す図である。
【図１１】インクジェット記録ヘッドの斜視図である。
【図１２】流路ブロックの流路構成を示す図である。
【図１３】送液機構の構造及び動作を説明するための図である。
【図１４】実施例３の電圧波形を示す図である。
【図１５】実施例４における印加電圧と送液室の容積変化量を示す図である。
【図１６】アクチュエータに印加する電圧の波形の例を示す図である。
【図１７】単純な波形の例を示す図である。
【図１８】階段形状の波形を用いた場合のシミュレーションの結果を示す図である。
【図１９】実施例５における印加電圧と送液室の容積変化量を示す図である。
【図２０】インクジェット記録ヘッドの斜視図である。
【図２１】実施例６の電圧波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施例１）
図１（ａ）及び（ｂ）は、本実施例で使用可能な送液装置の模式図である。図１（ａ）は上面図、同図（ｂ）は断面図である。送液室１０１、第１の流路１０５、第２の流路１０６は図のＸ方向に直列に接続されている。送液室１０１は、第１の接続流路１０３を介して第１の流路１０５に接続し、第２の接続流路１０２を介して第２の流路１０６に接続している。第１の流路１０５と第２の流路１０６は外部と接続し、外部から液体を供給したり排出したりすることが可能である。第１の接続流路１０３の流路抵抗は第２の接続流路１０２の流路抵抗よりも高く、送液室１０１、第１の流路１０５、第２の流路１０６の流路抵抗は、第１の接続流路１０３及び第２の接続流路１０２よりも十分に低い値になっている。
【００１２】
送液室１０１の壁面には、駆動素子としてメンブレン構造のアクチュエータ１０４が設けられている。アクチュエータ１０４は、薄膜圧電体１０７と振動板１０８を有し、薄膜圧電体１０７には電力を供給するための配線（不図示）と共通電位（GND）を与えるための配線（不図示）が接続されている。これら配線を介して薄膜圧電体１０７に電圧が印加されると、振動板１０８は±Ｚ方向に変位する。薄膜圧電体１０７に対しては、ＤＣ−ＢＩＡＳを印加した状態でＡＣを印加するが、以下では、説明の簡略化のため、ＤＣ−ＢＩＡＳを省略しＡＣ波形のみを表示する。図１（ｂ）は、薄膜圧電体１０７にＡＣ電圧が印加されていないデフォルト状態を示しており、振動板１０８は薄膜圧電体１０７に印加される電圧の程度に応じて、図に点線で示す位置まで変位可能となっている。
【００１３】
以下、上記構造の具体的な寸法について説明する。本実施例の送液装置において、送液室１０１の寸法は、Ｘ方向約２５０μｍ×Ｙ方向約１２０μｍ×Ｚ方向約２５０μｍとする。第１の接続流路１０３の寸法は、Ｘ方向約２００μｍ×Ｙ方向約２５μｍ×Ｚ方向約２５μｍである。第２の接続流路１０２の寸法は、Ｘ方向約２５μｍ×Ｙ方向約１５μｍ×Ｚ方向約２５μｍである。
【００１４】
以上説明した送液装置は、汎用のＭＥＭＳ技術を用いて形成することが可能である。例えば送液装置は、Ｓｉ基板を真空プラズマエッチング、若しくはアルカリ溶液を用いた異方性エッチング、若しくはその組み合わせによって形成することができる。また、複数のＳｉ基板に送液室１０１を含む流路とアクチュエータ１０４を別々に形成し、その後、流路とアクチュエータ１０４とを接合または接着して貼り合わせることにより、送液装置を形成してもよい。
【００１５】
アクチュエータ１０４としては、ユニモルフの圧電アクチュエータを用いる。ユニモルフの圧電アクチュエータとは、振動板１０８の片面側に薄膜圧電体１０７が形成される構成を有する。このようなアクチュエータ１０４は、送液室１０１の開口を塞ぐように振動板１０８を接着し、更にその表面に薄膜圧電体１０７を接着することによって形成することができる。
【００１６】
振動板１０８の材料については、必要な機械的特性や耐信頼性などの条件が満たされれば、特に限定されるものではない。例えば、シリコン窒化膜、シリコン、金属、耐熱ガラスなどを好適に用いることができる。
【００１７】
薄膜圧電体１０７は、真空スパッタ成膜、ゾルゲル成膜、ＣＶＤ成膜などの手法を用いて成膜することができ、多くの場合、成膜後に焼成される。焼成方法は特に限定されるものではないが、例えば、酸素雰囲気下にて最大６５０℃程度で焼成するランプアニール加熱法を採用することができる。また、プロセスフローとの整合に鑑みて、薄膜圧電体１０７は振動板１０８上に直接成膜して一体焼成してもよいし、振動板１０８とは別の基板上に成膜し、焼成してから振動板１０８に剥離転写してもよい。更に、振動板１０８とは別の基板上に成膜し、振動板１０８に剥離転写した後に一体焼成してもよい。
【００１８】
電極は、焼成プロセスを経るならばＰｔ系を選択することが好ましいが、焼成工程を分離できるならばＡＬ系を選択することが可能である。本実施例では薄膜圧電体１０７としてＰＺＴ系の圧電材料を用い、電極には、薄膜圧電体１０７が印加電圧に対し線形性の高い状態即ち高い応答性で変位できるような材料を用いる。
【００１９】
本実施例では、振動板１０８として、約１〜２μｍのＳＯＩ基板を用いる。薄膜圧電体１０７の−Ｚ方向の面には、約１〜３μｍのＴｉ／Ｐｔ、ＰＺＴ層を形成し、これを振動板１０８に対向する電極とする。また、薄膜圧電体１０７の＋Ｚ方向の面には、Ｔｉ系合金の層を形成し、大気中に露出する最外層としてＳｉＮ系の保護膜を被覆し、アクチュエータ１０４全体を封止する。
【００２０】
そして、送液装置と、信号配線を送液装置に伝えるための中継基板を、不図示の保持枠体に接着し、送液装置と中継基板とをワイヤーボンディングにて電気実装する。更に液体の流入口及び排出口となるマニホールドを第１の流路１０５及び第２の流路１０６に接続するように接着剤にて固定することにより、送液装置を完成させる。
【００２１】
次に、本発明者らが、送液装置を用いて実際に送液を行った場合の計測方法について説明する。本発明者らは、流れを評価する手法として一般に知られているＰＴＶ（Particle Tracking Velocimetry）を採用した。送液する液体は、クリーンルーム用純水と、粘度調整用のグリセリンと、表面張力調整用の１,２−ヘキサンジオールを混合し、粘度が約３ｃｐｓ、表面張力が約３０ｍＮ／ｍとなるように調製した。液体中には直径が約１〜３μｍのトレーサー粒子を混合させて暫く攪拌し、減圧装置を用いて不要な気泡を除去した後に、チューブを通じて送液装置に充填した。この際、供給側と排出側の水頭圧差だけでなく、排出側から液体を強制的に吸引する作業も行い、送液室１０１を含む全ての液室と流路に液体を充填した。
【００２２】
アクチュエータ１０４に対しては、周期が５０μｓｅｃである単位波形電圧を繰り返し印加し、連続駆動を行った。単位波形は任意波形生成装置を用いて生成し、生成した波形をバイポーラ高速ＡＭＰで増幅し、ＢＩＡＳ電圧に重畳した形で配線を通じて薄膜圧電体１０７に供給した。
【００２３】
生成された流れの計測は、高速度カメラをマウント配置した顕微鏡下において、液体中のトレーサー粒子を観察することによって行った。アクチュエータ１０４の駆動信号のトリガーを高速度カメラの開始信号として取り込み、駆動前後でトレーサー粒子を撮像した。詳細には、トリガー信号の１ｍｓｅｃ前から撮像を開始し、時間に対応づけられた複数の画像夫々におけるトレーサー粒子の座標を解析し、単位時間当たりのトレーサー粒子の移動量から、流速などを取得した。
【００２４】
送液室１０１の容積変化については、振動板１０８の変位速度を、レーザードップラー変位計を用いることによって計測し、得られた速度を積分することによって算出した。
【００２５】
図２（ａ）及び（ｂ）は、本実施例において、アクチュエータ１０４に印加する電圧と、当該電圧によって増減する送液室１０１の容積変化量を示す図である。どちらの図においても、本実施例は実線で比較例は破線で示している。図２（ａ）においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。
【００２６】
図２（ａ）は、アクチュエータ１０４に印加する本実施例の電圧波形を、比較例と比較しながら示す図である。ここでは、送液室１０１の容積が膨張する方向を電圧の正方向とし、最大電圧を３０Ｖ、駆動周期を５０．０μｓｅｃ、駆動周波数を２０ＫＨｚとしている。
【００２７】
比較例において、電圧は、従来一般的に使用されている三角形状の電圧波形を呈している。電圧は、ｔ＝０．０μｓｅｃからｔ＝２．５μｓｅｃの間で、０Ｖから３０Ｖに一定の傾きで上昇し、ｔ＝２．５μｓｅｃからｔ＝５０．０μｓｅｃの間で、３０Ｖから０Ｖに一定の傾きで下降している。そして、このような電圧の上昇と下降を５０．０μｓｅｃの周期で繰り返している。
【００２８】
一方、実施例１において、電圧は、ｔ＝０．０μｓｅｃからｔ≒２．１μｓｅｃの間で、０Ｖから２５Ｖに比較例と同じ傾きで上昇し、ｔ≒２．１μｓｅｃからｔ≒５．０μｓｅｃの間で２５Ｖを維持する。その後、電圧は、ｔ≒５．０μｓｅｃからｔ≒５．４μｓｅｃの間で、２５Ｖから３０Ｖに一定の傾きで上昇し、更に、ｔ≒５．４μｓｅｃからｔ＝５０．０μｓｅｃの間で、３０Ｖから０Ｖに一定の傾きで下降する。そして、このような電圧の上昇と下降を５０．０μｓｅｃの周期で繰り返している。
【００２９】
比較例にしても、実施例１にしても、相対的に短い時間で電圧を上昇させ、相対的に長い時間をかけて電圧を下降させている。このため、送液室１０１の容積は、急激な膨張と緩やかな収縮を繰り返すことになる。そして、この急激な膨張と緩やかな収縮の繰り返しが、一定の方向に向かう一定の流れを生み出している。
【００３０】
ここで、送液室１０１において、一定の流れが生み出される仕組みについて簡単に説明する。送液室１０１が急激に膨張するとき、流路抵抗の小さい第２の接続流路１０２の側では速い流速の下で渦が発生し、この渦が第２の流路１０６から送液室１０１へ流入しようとする液体を妨げる。これに対し、送液室１０１を緩やかに収縮するときは、遅い流速の下で渦は発生せず、液体は緩やかに送液室１０１から第２の流路１０６に流出する。一方、流路抵抗の大きい第１の接続流路１０３の側では、送液室１０１の膨張や収縮の速度によらず、液体は緩やかに送液室１０１に流入したり流出したりすることが可能である。つまり、第２の接続流路１０２からの流入が妨げられる膨張と、第２の接続流路１０２への流出が妨げられない収縮とを繰り返すことにより、図中Ｘ方向に向かう定量的な流れが形成されるのである。
【００３１】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のような電圧を印加した場合の、送液室１０１のデフォルトに対する容積変化量を示す図である。実施例１においても比較例においても、駆動開始ｔ＝０．０μｓｅｃからｔ＝５．０μｓｅｃの間で容積が大きく増大し、その後、電圧の下降とともに残留振動に伴う増減を繰り返しながら、徐々に振幅を縮小させ、元の値（容積変化量０）に戻っている。図では、送液室１０１の容積を平均的に膨張させている期間を「膨張用駆動」として示し、容積変化量を平均的に収縮させている期間を「収縮用駆動」として示している。
【００３２】
比較例においても、実施例１においても、容積変化量の残留振動の周期は約８．０μｓｅｃである。これは本実施例で用いる送液装置に固有のヘルムホルツ振動の１次周期Ｔｈが約８．０μｓｅｃであり、ヘルムホルツ周波数が約１２５ｋＨｚであることを示す。そして、このような残留振動が、緩やかな収縮時の容積変化に重畳すると、結果として送液量が損失されてしまう。
【００３３】
但し、比較例と実施例１を比べると、実施例１の振幅のほうが比較例よりも小さく抑えられていることが分かる。これは、実施例１のように、「膨張用駆動」の期間内で電圧を一定値に維持する（又は電圧の上昇勾配を緩やかにする）期間を設けると、このような電圧の傾きの変化が残留振動の振幅を抑える方向に作用するためと考えられる。本発明者らの観察によると、比較例における１周期分の送液量が約０．７ｐＬ、送液効率が約４．５％であったのに対し、実施例１における１周期分の送液量は約１．１ｐＬ、送液効率は約７．２％であった。つまり、実施例１では、比較例に対し概ね１．６倍の送液効率が得られることになる。
【００３４】
以下、本発明者らが、図２（ａ）のような電圧波形を求めるに至った過程について説明する。本発明者らは、まず、アクチュエータ１０４に付与する電圧波形と、送液室１０１に形成される流れ場を対応づけるための作業を行った。図３は、本発明者らが市販のシミュレータを用いて作成した、上記電圧波形と流れ場との対応関係を表すシミュレーションの系を示す。
【００３５】
流体からの負荷を受けるアクチュエータ１０４に電圧を印加した場合の、電圧と振動板１０８の変位の関係については、市販の構造シミュレータ（振動板部の応答特性）を用いて対応づけを行った。また、振動板１０８の変位と、この変位によって生成される流れ場との関係は市販の流体シミュレータ（流れ特性）によって対応づけを行った。そして、「理想的な流れ場を実現するために、振動板１０８をどのように変位させればよいか」については、市販の流体シミュレータに入力する変位情報を調整しながら探求した。更に、「求めた変位を実現するための電圧波形」については、市販の構造シミュレータを用いて逆算する作業を行った。
【００３６】
なお、厳密に言うと、サブミリサイズの構造において、振動板１０８の変位と送液室１０１の容積変化の間には、流体の圧縮性に起因する若干の位相差が発生する。しかしながら、このような位相差は本発明の趣旨において大きな影響はないため、本明細書では振動板１０８の変位と送液室の容積変化との間に線形関係が保たれるものとして示している。
【００３７】
図４（ａ）及び（ｂ）は、理想的な流れ場を実現するための、送液室１０１の容積変化量を示す図である。図４（ａ）は、送液室１０１の容積の急激な膨張と緩やかな収縮を繰り返す場合を示し、図１において＋Ｘ方向に向かう定量的な流れが生成される。一方、図４（ｂ）は、送液室１０１の容積の緩やかな膨張と急激な収縮を繰り返す場合を示し、図１において−Ｘ方向に向かう定量的な流れが形成される。どちらの場合も、一定量の液体を送液することができるが、以下では図４（ａ）に示す容積変化を実現するための制御について説明する。
【００３８】
図５（ａ）〜（ｄ）は、図４（ａ）に示す容積変化を実現するためにアクチュエータ１０４に印加する電圧の波形の例を、比較例と比較しながら説明するための図である。いずれの図においても、アクチュエータ１０４に印加する電圧を実線で、送液室１０１の容積変化量を破線で示している。図５（ａ）〜（ｄ）においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。
【００３９】
図５（ａ）は、比較例としての電圧の波形（実線）と、これに伴う送液室１０１の容積量変化（破線）を示している。比較例としては、従来一般的に使用されている三角型の電圧波形を用いている。具体的には、ｔ＝０．０μｓｅｃからｔ＝４．０μｓｅｃの間で、電圧を０Ｖから３０Ｖに一定の傾きで上昇させ、その後ｔ＝４．０μｓｅｃからｔ＝５０．０μｓｅｃの間で、電圧を３０Ｖから０Ｖに一定の傾きで下降させる。
【００４０】
既に説明したように、図１の系において、ヘルムホルツ周波数Ｆｈは、Ｆｈ＝１２５ＫＨｚであり、ヘルムホルツ周期ＴｈはTｈ＝８．０μｓｅｃである。よって、図５（ａ）の例では、駆動開始からＴｈ×１／２（＝４．０μｓｅｃ）の期間を、電圧を上昇させる期間に割り当て、残りの期間（約４．０μｓｅｃ〜５０．０μｓｅｃ）を、電圧を下降させる期間に割り当てていることになる。こうすることにより、送液室１０１の容積を効率的に膨張させることができる。但し、図５（ａ）に示す比較例においては、ヘルムホルツ周期（約８μｓｅ）の残留振動が、緩やかな収縮時の容積変化に重畳し、結果として送液量の損失を招いてしまっている。
【００４１】
図５（ｂ）は、図４（ａ）に示す容積変化を実現するために求めた、アクチュエータ１０４に印加する電圧波形の一例と、当該電圧波形を印加した場合の容積変化を示している。本例において、Ｔｈ×１／２の期間（０．０μｓｅｃ〜４．０μｓｅｃ）が、膨張用駆動となり、残りの期間（４．０μｓｅｃ〜５０．０μｓｅｃ）が収縮用駆動となる。本例の場合、膨張用駆動においても収縮用駆動においても、電圧は単調に上昇したり下降したりせず、それぞれの期間で、上に凸の区間と下に凸の区間を繰り返すように増減している。そして、このような高精度の電圧の増減により、送液室１０１の容積変化においては、ヘルムホルツ周期を有する残留振動がほぼ完全に打ち消されている。
【００４２】
図５（ｃ）は、図４（ａ）に示す容積変化を実現するために求めた、アクチュエータ１０４に印加する電圧波形の別の例と、当該電圧波形を印加した場合の容積変化を示している。本例においては、Ｔｈ×３／４の期間（０．０μｓｅｃ〜６．０μｓｅｃ）が、膨張用駆動に割り当てられ、残りの期間（６．０μｓｅｃ〜５０．０μｓｅｃ）が収縮用駆動に割り当てられている。本例においても、膨張用駆動及び収縮用駆動に対応するそれぞれの期間で、電圧は上に凸の区間と下に凸の区間を繰り返すように増減し、これによりヘルムホルツ周期を有する残留振動が、ほぼ完全に打ち消されている。
【００４３】
図５（ｄ）は、図４（ａ）に示す容積変化を実現するために求めた、アクチュエータ１０４に印加する電圧波形の更に別の例と、当該電圧波形を印加した場合の容積変化を示している。本例においては、Ｔｈ×１の期間（０．０μｓｅｃ〜８．０μｓｅｃ）が、膨張用駆動に割り当てられ、残りの期間（８．０μｓｅｃ〜５０．０μｓｅｃ）が収縮用駆動に割り当てられている。本例においても、膨張用駆動及び収縮用駆動に対応するそれぞれの期間で、電圧は上に凸の区間と下に凸の区間を繰り返すように増減し、これによりヘルムホルツ周期を有する残留振動が、ほぼ完全に打ち消されている。
【００４４】
即ち、以上説明した図５（ｂ）〜（ｄ）の実線で示すような波形電圧をアクチュエータ１０４に印加することができれば、送液室１０１の容積変化は破線で示すようになり、高い送液効率を実現することが可能となる。しかしながら、実際の駆動制御においては、図５（ｂ）〜（ｄ）の実線で示すような複雑で高精度な波形制御を行うことは難しい。波形が複雑になるほど、用意するべき電圧値の種類が増え、回路が複雑になり、コストが増大するためである。
【００４５】
よって、本発明者らは、より単純な波形で残留振動を抑えるために、図５（ｂ）〜（ｄ）に示される波形に共通する特徴の中から、残留振動を抑える効果があると思われる要素を探り、電圧波形の変曲点に着目した。そして、図５（ｂ）〜（ｄ）に示される波形においては、膨張用動作の期間においてＴｈ×１／２毎に変曲点が存在することを見出し、このことが残留振動を抑えるために効果的であるという知見に至った。ここで、上記変曲点の存在が残留振動を抑制する理由について説明する。
【００４６】
ヘルムホルツ振動周期がＴｈである系において、駆動開始からＴｈ×１／４の期間に電圧を上昇させると、次のＴｈ×１／４の期間には容積を収縮させる方向の戻り力が発生する。即ち、アクチュエータ１０４に作用する力は、送液室１０１を膨張させる方向の力から収縮させる方向の力に切り替わり、振動板１０８は、下に凸の運動から上に凸の運動に切り替わる。よって、このような切り替わりのタイミング（即ち変極点の時点）において、運動に対し逆向きの力を作用させることにより、戻り振動を効果的に抑制することができると考えられる。
【００４７】
以上の仮定が正しいとすれば、より単純な電圧波形であっても、戻り振動を抑制する効果を期待することはできる。具体的には、駆動開始から目標電圧にまで上昇させる立ち上がり期間において、まず、初期電圧から所定値まで上昇させ、その後、駆動開始時の傾きの絶対値よりも小さな傾きの絶対値で電圧を印加し、その後更に目標電圧に到達させればよい。
【００４８】
図６（ａ）〜（ｄ）は、上記条件を満たす比較的単純な波形の例を示す図である。いずれの波形についても、上記条件は満たされており、戻り振動を抑制するという効果を得ることはできる。なお、図６（ａ）〜（ｄ）に示したような波形においては、ほぼ目標の電圧に到達した後に、その傾きが微増若しくは微減しても構わない。また、図では、電圧を初期電圧から目標電圧にまで上昇させる立ち上がり期間をＴｈ／２としているが、立ち上がり期間については、概ねＴｈ×（１／２−１／８）からＴｈ×（１／２＋１／４）であればよい。例えば図６（a）のＳＴＥＰ形状の波形ならばＴｈ／２に近いが、図６（ｂ）のＲＡＭＰ形状の波形になるとＴｈ／２より大きくなる。実使用を考慮し、Ｔｈ×（１／２＋１／４）までとする。
【００４９】
図７（ａ）及び（ｂ）は、図６（ａ）に示すような階段形状を採用した場合のシミュレーションの結果を示す図である。図７（ａ）〜（ｂ）においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。図７（ａ）は、図５（ｂ）の波形を単純化したものに相当し、膨張用駆動の期間（Ｔｈ×１／２）中に一段の階段形状が配されている。一方、図７（ｂ）は、図５（ｄ）の波形を単純化したものに相当し、膨張用駆動の期間（Ｔｈ×１）中に二段の階段形状が配されている。いずれの場合も、収縮用駆動時の容積変化量において若干の残留振動が重畳されているものの、図５（ａ）に示す比較例に比べれば、振幅が大きく抑制されている。
【００５０】
図７（ａ）では、階段形状の平滑な部分に相当する電圧（以下、維持電圧と称す）を、目標電圧の半分（１５Ｖ）としているが、この値は特に限定されるものではない。例えば、維持電圧を１５Ｖよりも小さくすれば、残留振動の振幅を抑制する効果は更に向上する。但し、維持電圧をあまり低くしてしまうと、用意した電圧（３０Ｖ）が膨張用動作のために十分利用されないため、好ましい流速が得られず、結果として送液効率を低下させてしまうこともある。このため、維持電圧については、残留振動を抑制する目的と、流体バルブ機能を発揮させる目的の両方が、適切なバランスの上で達成されるように調整されることが求められる。本発明者らの検討によれば、上記維持電圧については、目標電圧の概ね０．４０倍から０．９５倍に設定されることが好ましいことが確認された。
【００５１】
一方、図７（ｂ）では、最初の維持電圧を目標電圧の０．２５倍とし、２回目の維持電圧を目標電圧の０．７５倍としているが、これらの値についても特に限定されるものではない。これら２つの維持電圧については、図７（ａ）で説明したのと同じ理由のもと、それぞれが適切な値に調整されればよい。本発明者らの検討によれば、最初の維持電圧は目標電圧の概ね０．２０倍から０．４７５倍に設定され、２回目の維持電圧は目標電圧の概ね０．７０倍から０．９７５倍に設定されることが好ましいことが確認された。
【００５２】
次に、膨張用駆動のための駆動波形時間と収縮用駆動のための駆動波形時間の配分について説明する。膨張用駆動のための駆動波形時間については、流体バルブ機能が得られる程度の速い流速がある程度維持されることが求められる。このため、膨張用駆動の時間は、目標電圧値と生成すべき流速とに基づいて、適切に設定されればよい。収縮用駆動のための駆動波形時間については、振動の小さい低速流さえ得られれば、液体の流速を更に遅くするメリットはない。必要以上の低速化は駆動周期を延長させ、単位時間の送液効率をかえって低下させてしまう。一方、膨張用駆動のための駆動波形時間に対する収縮用駆動のための駆動波形時間が短すぎると、膨張時に発生した残留振動が収縮時に与える影響が大きくなり、送液効率を低下させてしまう。以上のことから、収縮用駆動のための駆動波形時間は膨張用駆動のための駆動波形時間の、３倍以上であり１００倍以下であることが好ましい。
【００５３】
速い膨張用駆動のための波形として、傾きの急峻な、例えば期間１μｓｅｃの波形を用いる場合がある。例えば、速い膨張用駆動のための駆動波形１μｓｅｃ、遅い収縮用駆動ための駆動波形９９μｓｅｃ、という１０ｋＨｚ周期での繰返動作をする場合、収縮用駆動のための駆動波形時間は、膨張用駆動のための駆動波形時間の９９倍となる。速い膨張用駆動においては不完全な応答となるが、送液性能の向上する場合があることを確認している。そのため収縮用駆動のための駆動波形時間は膨張用駆動のための駆動波形時間の、最大で１００倍以下までを考慮しておくことが好ましい。更に、本発明者らの検討によれば、上記範囲の中でも、収縮用駆動のための駆動波形時間が膨張用駆動のための駆動波形時間の１０倍程度であることが、最も好ましいことが確認された。
【００５４】
例えば、駆動周期を５０μｓｅｃに固定した状態で、膨張用動作の時間を４μｓｅｃ、収縮用動作の時間を４６μｓｅｃとすると、
（収縮用動作の時間）／（膨張用動作の時間）≒１１．５
となり、これは上記条件を満たすことになる。
【００５５】
なお、本実施例のように、アクチュエータ１０４の駆動周期を５０μｓｅｃとした状態で、収縮用駆動の時間を膨張用駆動の時間の３倍以上とするためには、送液装置として、ヘルムホルツ周期Ｔｈが２５μｓｅｃ以下であることが求められる。
【００５６】
ここで、再び図２（ａ）を参照すると、図２（ａ）の実線で示した実施例１の波形は、上記で説明した条件が満たされていることがわかる。即ち、電圧値を目標電圧の３０Ｖまで上昇させる膨張用駆動の期間（０．０μｓｅｃ〜５．４μｓｅｃ）において、まず、印加する電圧値を０Vから維持電圧の２５Ｖまで上昇させている。次に、駆動開始時の傾きの絶対値（２５Ｖ／２．１μｓｅｃ）よりも小さな傾きの絶対値（０）で電圧２５Ｖを印加し、その後更に目標電圧３０Ｖに到達させている。この際、維持電圧（２５Ｖ）は目標電圧（３０Ｖ）のほぼ０．８倍となり、この比の値は０．４倍から０．９５倍の間に含まれている。
【００５７】
以上説明したように、本実施例によれば、電圧を基準電圧から目標電圧まで短時間で上昇させる期間と、電圧を目標電圧から基準電圧に長時間で下降させる期間とを繰り返すように、アクチュエータ１０４に電圧を印加する。そして、電圧を目標電圧まで上昇させる期間においては、電圧をまず目標電圧より低い所定値まで上昇させ、その後、駆動開始時の傾きの絶対値よりも小さな傾きの絶対値で電圧を印加し、更に目標電圧まで電圧を上昇させる。このような制御により、ヘルムホルツ周波数を有する残留振動が発生しても、これに伴う送液室の容積変動を緩和し送液装置全体の送液効率を向上させることができる。
【００５８】
（実施例２）
実施例２においても、図１（ａ）及び（ｂ）で説明した送液装置を用いるものとする。図８（ａ）及び（ｂ）は、実施例２において、アクチュエータ１０４に印加する電圧と、当該電圧によって増減する送液室１０１の容積変化量を、実施例１で説明した図２（ａ）及び（ｂ）と同様に示す図である。図８（ａ）においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。比較例については、実施例１と同様である。
【００５９】
実施例２において、実施例１と異なる点は、「収縮用駆動」の期間に「保持期間」を設けていることである。即ち実施例２では、図８（ａ）に示すように、電圧を実施例１と同形状で目標電圧まで上昇させた後、その目標電圧をｔ＝５．４μｓｅｃ〜１９．９μｓｅｃの間維持し、更にその後、電圧を一定の傾きで下降させてｔ＝５０．０μｓｅｃで元の電圧に戻している。
【００６０】
図８（ｂ）は、図８（ａ）のような電圧を印加した場合の、送液室１０１の容積変化量を示す図である。実施例２においても、駆動開始ｔ＝０．０μｓｅｃからｔ＝５．０μｓｅｃの間で容積が大きく上昇し、その後、電圧の下降とともに残留振動に伴う増減を繰り返しながら、徐々に振幅を縮小させ、元の値（容積変化量０）に戻っている。図では、送液室１０１の容積を概ね膨張させている期間を「膨張用駆動」、容積変化量を概ね収縮させている期間を「収縮用駆動」、「収縮用駆動」の期間のうち目標電圧３０Ｖを維持している期間を「保持期間」として示している。
【００６１】
実施例２においても、破線で示した比較例と比べると、振幅が小さく抑えられていることが分かる。また、図２（ｂ）で示した実施例１の容積変化量と比較すると、全体的にデフォルトに対する容積変化量が大きく保たれていることが分かる。
【００６２】
図９（ａ）及び（ｂ）は、第２の接続流路１０２における体積流量をシミュレータにて求めた結果を示す図である。図９（ａ）は実施例２の場合、同図（ｂ）は比較例の場合を示している。どちらの図においても、横軸は時間、縦軸は体積流量を示している。体積流量とは、体積の移動速度（ｍ＾３／ｓｅｃ）に相当し、値が正であるときは液体が＋Ｘ方向に移動し、値が負であるときは液体が−Ｘ方向に移動していることを意味する。図では、違いを理解しやすくするため、グラフの一部を拡大して示している。
【００６３】
図９（ａ）と（ｂ）を比較すると、どちらの体積流量も駆動開始（ｔ＝０．０μｓｅｃ）から暫くは正領域と負領域との間を変位しているが、やがて振幅の全領域が正領域に含まれるようになる。振幅の全領域が正領域に含まれるということは、液体が＋Ｘ方向にのみ移動し、損失となる方向の速度成分を含まないことを意味する。ここで、振幅の全領域が正領域に含まれるようになるタイミングを閾値タイミングと称すると、図９（ａ）の閾値タイミングはｔ≒３０．０μｓｅｃ、図９（ｂ）の閾値タイミングはｔ≒４０．０μｓｅｃである。閾値タイミングが速い分、実施例２のほうが比較例よりも送液効率が高いことになる。
【００６４】
このような閾値タイミング即ち送液効率は、保持期間の長さによって調整することができる。本発明者らの検討によれば、保持期間に対する送液効率は極大値を有し、適切な保持期間の範囲としては、系固有のヘルムホルツ周期の１．０倍から２．５倍であるのが好ましいことが確認された。保持期間を固有周期の２．５倍よりも大きくすると、収縮のための時間が膨張のための時間に近くなり、流速差を利用して所定の方向に液体を移動させる機能を十分に発揮させることができなくなる。但し、保持期間については、送液装置の構造設計や電圧条件にも影響を与えるため、この観点から考えると、概ね（１／４−１／８）×Ｔｈ〜（１０＋１／８）×Ｔｈの範囲であることが好ましい。
【００６５】
本発明者らの検討によれば、実施例２における送液時の流速は比較例の流速に対し約１．８倍であることが確認された。また、比較例における１周期分の送液量が約０．７ｐL、送液効率が約４．５％であったのに対し、実施例２における１周期分の送液量は約１．３ｐL、送液効率は約８．５％であることが確認された。これは、実施例２のほうが比較例よりも送液量の損失が少なく、送液装置としての送液効率を概ね１．９倍程度向上させることができることを意味する。そして、同じ送液装置を用いた場合でも、実施例２のほうが実施例１よりも送液効率を更に向上させていることになる。
【００６６】
図１０は、図４（ａ）に示す容積変化を実現するためにシミュレータを用いて求めた、アクチュエータ１０４に印加する電圧波形の一例と、当該電圧波形を印加した場合の容積変化を示している。本例は、基本的に図５（ｂ）と同じ条件で求めているが、容積変化量の最大値を１２ｐＬから１５ｐＬに、増大させている。容積変化量の最大値を増大させた場合、これに応じて電圧の最大値も３５Ｖ程度に増大させることができれば、図５（ａ）とほぼ相似形の電圧波形によって、図５（ｂ）の破線のような容積変化を実現することができる。
【００６７】
しかし、本実施例の送液装置で用意されている電圧の最大値は３０Ｖである。よって、図５（ａ）と相似形の電圧波形を印加することはできず、図１０のように、３０Ｖを超える領域の電圧を３０Ｖで代替する状態となる。図では、３０Ｖに代替されている期間を「制限期間」として示している。そして、このような波形の電圧を印加した場合、送液室の容積変化量は破線のようになる。図５（ｂ）の破線で示した容積変化量と比べると、「制限期間」において若干の残留振幅が重畳されてしまっている。但し、このような残留振動が現れるのも「制限期間」の一部であって、「制限期間」以外では、電圧の増減によってヘルムホルツ周期を有する残留振動が抑えられている。シミュレーションによると、１周期分の送液量は約２．０ｐL、送液効率は約１３．０％であることが確認された。即ち、たとえ電圧の上限値によって「制限期間」が設けられたとしても、最大電圧値を超える電圧値の下で作成した図５（ｂ）のような電圧波形に基づいた駆動を行うことにより、結果的に送液効率を向上させることができる。この際、図８（ａ）に示した実施例２の「保持期間」は、図１０に示した「制限時間」として解釈され、実施例２は実施例１と同じ条件のもとで波形の単純化を行ったものといえる。
【００６８】
以上説明したように本実施例によれば、電圧を基準電圧から目標電圧まで短時間で上昇させる期間と、電圧を目標電圧から基準電圧に長時間で下降させる期間とを繰り返すように、 アクチュエータ１０４に電圧を印加する。そして、電圧を目標電圧まで上昇させる期間においては、電圧をまず目標電圧より低い所定値まで上昇させ、その後、駆動開始時の傾きの絶対値よりも小さな傾きの絶対値で電圧を印加し、更に目標電圧まで電圧を上昇させる。一方、電圧を下降させる期間においては、目標電圧を暫く維持した後、電圧を一定の傾きで基準電圧に変化させる。このような制御により、ヘルムホルツ周波数を有する残留振動が発生しても、これに伴う送液室の容積変動を緩和し送液装置全体の送液効率を向上させることができる。
【００６９】
（実施例３）
図１１は、本発明の送液装置として使用可能な液体吐出ヘッド１２００（以下、インクジェット記録ヘッドとも言う）の斜視図である。インクジェット記録ヘッド１２００は、複数の吐出素子がＹ方向に配列して成る素子基板４が、更にＹ方向に複数配列して構成されている。ここでは、素子基板４が、Ａ４サイズの幅に対応する距離だけＹ方向に配列して構成されるフルライン型のインクジェット記録ヘッド１２００を示している。
【００７０】
素子基板４の夫々は、フレキシブル配線基板１２０１を介して、同じ電気配線基板１２０２に接続している。電気配線基板１２０２には、電力を受容するための電力供給端子１２０３と吐出信号を受信するための信号入力端子１２０４が配備されている。一方、インク供給ユニット１２０５には、不図示のインクタンクより供給された色材を含有するインクを個々の素子基板４に供給したり、記録で消費されなかったインクを回収したりする循環流路が形成されている。
【００７１】
以上の構成のもと、素子基板４に配された吐出素子のそれぞれは、信号入力端子１２０４より入力された記録データに基づき、電力供給端子１２０３から供給された電力を用い、インク供給ユニット１２０５より供給されたインクを図のＺ方向に吐出する。
【００７２】
図１２（ａ）及び（ｂ）は、素子基板４における１つの流路ブロックの流路構成を示す図である。１つの素子基板４には複数の流路ブロックが形成されており、図１２（ａ）は、複数の流路ブロックのうちの１つを吐出口面と対向する側（＋Ｚ方向側）から見た透視図である。また、図１２（ｂ）は同図（ａ）のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ断面図である。
【００７３】
１つの流路ブロックには、図１２（ａ）に示すように、Ｙ方向に配列する８つの吐出口２と、これら吐出口のそれぞれに連通するように用意された８つの圧力室３と、２つの供給流路５と、２つの回収流路６とが含まれている。そして、２つの供給流路５のそれぞれは、４つずつの圧力室３に共通してインクを供給し、２つの回収流路６のそれぞれは、４つずつの圧力室３より共通してインクを回収する。後述する送液機構８は、１つの流路ブロックに対し１つ設けられている。
【００７４】
図１２（ｂ）に示すように、本実施例の素子基板４は、第２の基板１３、中間層１４、第１の基板１２、機能層９、流路形成部材１０及び吐出口形成部材１１が、この順にＺ方向に積層して構成される。機能層９の表面には電気熱変換素子であるエネルギ発生素子１が配設され、吐出口形成部材１１のエネルギ発生素子１に対応する位置には、吐出口２が形成されている。Ｙ方向に配列する複数のエネルギ発生素子１の間には、機能層９と吐出口形成部材１１の間を介在する流路形成部材１０が隔壁となって配され、個々のエネルギ発生素子１及び吐出口２に対応する圧力室３を形成している。
【００７５】
圧力室３に収容されているインクは、安定状態において、吐出口２でメニスカスを形成している。吐出信号に従ってエネルギ発生素子１に電圧パルスが印加されると、エネルギ発生素子１に接触するインクに膜沸騰が生じ、発生した泡の成長エネルギによって吐出口２からインクが滴としてＺ方向に吐出される。液体の吐出口２から吐出される方向（ここではＺ方向）を下方から上方に向かう方向とすると、インクは下方から上方に向けて吐出される。実際のインク吐出において、重力方向上方から下方に向けて吐出されることもあり、この場合は重力方向上方が下方、重力方向下方が上方ということになる。
【００７６】
吐出動作によって消費された圧力室３内のインクは、圧力室３及び吐出口２の毛管力によって新たに供給され、吐出口２においてメニスカスを再形成する。尚、本実施例では、吐出口２、エネルギ発生素子１、圧力室３を組み合わせたものを吐出素子と称する。
【００７７】
図１２（ｂ）に示すように、本実施例の素子基板４においては、第２の基板１３、中間層１４、第１の基板１２、機能層９、流路形成部材１０及び吐出口形成部材１１のそれぞれが壁となって、循環流路が形成されている。そしてこの循環流路は、供給流路５、圧力室３、回収流路６、送液室２２及び接続流路７に区分することができる。
【００７８】
圧力室３は、吐出素子ごとに用意されている。供給流路５及び回収流路６は、ブロック内の４つの吐出素子ごとに用意され、供給流路５は４つの圧力室３に共通してインクを供給し、回収流路６は４つの圧力室３より共通してインクを回収する。
【００７９】
送液室２２及び接続流路７は、８つの吐出素子即ち１つの流路ブロックごとに１つずつ用意されている。送液室２２は、ＸＹ平面において８つのエネルギ発生素子１と重複する位置に配されている。送液室２２には送液室２２の容積を変更可能な送液機構８が配備されており、送液機構８は８つの圧力室３に共通してインクの循環を行う。接続流路７は、Ｙ方向において、流路ブロックのほぼ中央に配置され、送液室２２と供給流路とを接続している。接続流路７が接続する供給流路の位置は、２つの供給流路５に分岐されるよりも上流側の位置である。
【００８０】
以上の構成のもと、送液機構８を適切に駆動することにより、供給口１５を介して供給されたインクを、供給流路５、圧力室３、回収流路６、送液室２２、接続流路７の順に、循環させることができる。このような循環は、吐出動作の有無や頻度に係らずに安定的に行われ、吐出口２近傍には常に新鮮なインクを供給することが可能となる。なお、図には示していないが、圧力室３の手前の供給流路５の途中には、異物や気泡などの流入を防ぐためのフィルタを設けておくことが好ましい。フィルタとしては、柱状構造物などを採用することができる。
【００８１】
素子基板４は、第１の基板１２と第２の基板１３の夫々で構造物を予め形成しておき、その後、第１の基板１２と第２の基板１３を、後に接続流路７となる位置に溝が形成された中間層１４を挟んで図のように貼り合わせることによって製造することができる。
【００８２】
以下、上記構造の具体的な寸法例について説明する。本実施例において、個々の吐出素子、即ちエネルギ発生素子１、吐出口２及び圧力室３は、Ｙ方向に１２００ｎｐｉ（ｎｏｚｚｌｅｓ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）の密度で配列する。エネルギ発生素子１の大きさは２０μｍ×２０μｍ、吐出口２の直径は１８μｍ、吐出口２の厚さ、即ち吐出口形成部材１１の厚み、は５μｍとする。圧力室３の大きさは、Ｘ方向１００μｍ（長さ）×Ｙ方向３７μｍ（幅）×Ｚ方向５μｍ（高さ）とする。なお、使用するインクの粘度は２ｃＰ、個々の吐出口からのインク吐出量は２ｐＬとする。
【００８３】
本実施形態において、個々のエネルギ発生素子１の駆動周波数は１５ＫＨｚとする。このような駆動周波数は、個々の吐出素子において、エネルギ発生素子１に電圧を印加してから実際にインクが吐出され、更に新たなインクがリフィルされて次の吐出動作が可能になるまでに要される時間に基づいて設定される。
【００８４】
一方、本実施例の素子基板４において、送液室２２の大きさは、Ｘ方向２５０μｍ×Ｙ方向１２０μｍ×Ｚ方向２５０μｍとする。接続流路７の大きさは、Ｘ方向２５μｍ×Ｙ方向２５μｍ×Ｚ方向２５μｍとする。
【００８５】
本実施例では以上のような寸法関係とすることで、接続流路７の流路抵抗及びイナータンスを、供給流路５、回収流路６、圧力室３を合わせた流路の流路抵抗及びイナータンスよりも低くしている。ここで、「供給流路５、回収流路６、圧力室３を合わせた流路の流路抵抗及びイナータンス」とは、２つの供給流路５、８つの圧力室３、２つの回収流路６それぞれの並列的な流路抵抗の和と、これらの直列的な流路抵抗の和とを総合したものを示す。なお、上記に示した各部の寸法値は一例に過ぎず、要求仕様に応じて、適宜変更してもよい。
【００８６】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、送液機構８の構造及び動作を説明するための図である。本実施例では、送液機構８として、薄膜圧電体２４とこれを表裏面から挟む２つの電極２３及びダイヤフラム２１を有する圧電アクチュエータを採用する。送液機構８（以後、アクチュエータ８とも称す）は、ダイヤフラム２１が送液室２２に露出するように第２の基板１３上に配置されている。
【００８７】
ダイヤフラム２１は、１〜２μｍ程度の厚みを有するＳｉなどで構成される。薄膜圧電体２４はＰＺＴ圧電薄膜であり、Ｘ方向２２０μｍ×Ｙ方向９０μｍ×Ｚ方向２μｍ程度である。
【００８８】
２つの電極２３を介し薄膜圧電体２４に電圧を印加すると、ダイヤフラム２１が薄膜圧電体２４に対してたわみ、送液室２２の容積が変動する。即ち、２つの電極２３に印加する電圧を変動させることにより、ダイヤフラム２１を±Ｚ方向に変位させ、送液室２２の容積を変化させることができる。
【００８９】
図１３（ｂ）は、薄膜圧電体２４にＤＣ-ＢＩＡＳ電圧を印加したデフォルト状態を示している。デフォルト状態において、ダイヤフラム２１は送液室２２の液室容積を収縮している。一方、図１３（ｃ）は、薄膜圧電体２４に最大電圧３０Ｖの過渡的な波形を印加した際の、デフォルト状態から液室容積が膨張した状態を示している。ダイヤフラム２１は、薄膜圧電体２４に印加する電圧の程度に応じて、図１３（ｂ）のデフォルト状態と図１３（ｃ）の膨張状態の間を変位する。
【００９０】
インクジェット記録ヘッド１２００では、吐出動作が暫く行われない吐出口において揮発成分の蒸発が進み、インク（液体）が変質する場合がある。そしてこのような蒸発の程度が、吐出頻度に応じて複数の吐出口の間でばらつくと、吐出量及び吐出方向にもばらつき生じ、画像内に濃度むらやスジが確認されることがある。このようなことから、インクジェット記録ヘッド１２００においては、吐出口の近傍に常に新鮮なインクを供給するために、高い送液効率を実現することが求められる。以下、本実施例のインクジェット記録ヘッド１２００における送液制御について説明する。
【００９１】
本実施例の流路ブロックにおけるヘルムホルツ共振周波数は約１００ｋＨｚ程度とする。本実施例ではこの共振周波数を利用してアクチュエータ８を駆動する。
【００９２】
図１４は、本実施例のアクチュエータ８を駆動するための電圧波形を示す図である。図１４においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。図において、実線は本実施例、破線は比較例を示している。本実施例の電圧波形は実施例２の形状と類似している。即ち、一段の階段形状で膨張用動作を行った後、所定の保持期間を設け、その後一定の傾きで電圧を下降させている。図では、送液室２２の容積が膨張する方向を電圧の正方向とし、最大電圧を３０Ｖ、駆動周期を５０．０μｓｅｃ、駆動周波数を２０ＫＨｚとしている。この駆動周波数はエネルギ発生素子の駆動周波数１５ＫＨｚよりも十分高い値である。アクチュエータ８の駆動周波数を吐出素子の駆動周波数よりも十分高くすることにより、吐出素子の個々の吐出動作がアクチュエータの駆動の影響でばらついてしまうのを抑えることができる。
【００９３】
このような本実施例においても、緩やかな収縮においてヘルムホルツ振動に伴う容積の増減を抑えることにより、送液効率を向上させることができる。その結果、供給流路５、圧力室３、回収流路６、送液室２２及び接続流路７において、インクを好適な速度で循環させ、吐出口２の近傍に新鮮なインクを安定的に供給することができる。本発明者らの観察によると、粘度２ｃｐｓのインクを用いて上記駆動を行った場合、１周期分の送液量は約１．０ｐL、送液効率は約７．０％であることが確認された。
【００９４】
そして、吐出動作が行われない期間が数ｓｅｃ〜数１０ｓｅｃ程度に及んでも、その後の吐出動作で不吐出となることはなく、正常な吐出動作が安定して行われることが確認された。
【００９５】
一方、図１４の破線で示した比較例の下で電圧制御を行った場合は、緩やかな収縮においてヘルムホルツ振動が重畳され、高い送液効率が得られない。本発明者らが確認を行ったところ、吐出動作が行われない期間が数ｓｅｃ〜数１０ｓｅｃ程度に及ぶと、その後の吐出動作が不吐出となったり不安定になったりすることが確認された。
【００９６】
以上説明したように、本実施例によれば、複数の吐出口からインクを吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、吐出口の近傍にあるインクを循環させるための循環流路と、当該流路に配され循環ポンプとして機能するアクチュエータを用意する。そして、電圧を基準電圧から目標電圧まで短時間で上昇させる期間と、電圧を目標電圧から基準電圧に長時間で下降させる期間とを繰り返すように、アクチュエータ１０４に電圧を印加する。この際、電圧を目標電圧まで上昇させる期間においては、電圧をまず目標電圧より低い所定値まで上昇させ、その後、駆動開始時の傾きの絶対値よりも小さな傾きの絶対値で電圧を印加し、更に目標電圧まで電圧を上昇させる。一方、電圧を下降させる期間においては、目標電圧を暫く維持した後、電圧を一定の傾きで基準電圧に変化させる。
【００９７】
本実施例では、このような制御により、ヘルムホルツ周波数を有する残留振動が発生しても、これに伴う送液室の容積変動を緩和し送液装置全体の送液効率を向上させることが可能となる。その結果、個々の吐出素子に対し新鮮なインクを定常的に供給することができ、吐出状態を安定させておくことが可能となった。
【００９８】
なお、本実施例において、流体ブロックは、図１２（ａ）に示した形態に限定されるものではない。１つの送液機構８でインクを循環させる吐出素子（圧力室３）の数は、８より多くてもよいし少なくてもよい。また、１つの流体ブロックに設けられる供給流路５及び回収流路６の数は、２より多くてもよいし少なくてもよい。
【００９９】
また、図１２（ａ）及び（ｂ）では、吐出素子がＹ方向に１列に並ぶ形態の素子基板４を例に説明したが、素子基板４にはこのような吐出素子列がＸ方向に２列以上配置されていてもよい。
【０１００】
更に、本実施例ではエネルギ発生素子１として電気熱変換素子を用い、ここで膜沸騰を生じさせ生成された泡の成長エネルギでインクを吐出する形態としたが、本発明はこのような吐出方法に限定されるものではない。例えば、圧電アクチュエータ、静電アクチュエータ、機械／衝撃駆動型アクチュエータ、音声コイルアクチュエータ、磁気歪み駆動型アクチュエータ等、様々な方式の素子をエネルギ発生素子として採用することができる。
【０１０１】
更にまた、以上では図１２を参照し、素子基板４が、Ａ４サイズの幅に対応する距離だけＹ方向に配列して構成されるフルライン型の記録ヘッドを例に説明したが、本実施例の液体吐出モジュールはシリアル型の記録ヘッドにも採用することはできる。但し、フルライン型のように長尺な記録ヘッドのほうが、インクの蒸発や変質という本発明の課題がより顕著に現れやすいことから、本発明の効果をより顕著に享受することができる。
【０１０２】
次に、図４（ｂ）に示す容積変化を実現する制御について実施例４〜６を用いて説明する。
【０１０３】
（実施例４）
実施例４においても、図１（ａ）及び（ｂ）で説明した送液装置を用いるものとする。
【０１０４】
図１５（ａ）及び（ｂ）は、本実施例において、アクチュエータ１０４に印加する電圧と、当該電圧によって増減する送液室１０１の容積変化量を示す図である。どちらの図においても、本実施例は実線で比較例は破線で示している。
【０１０５】
図１５（ａ）においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。図１５（ａ）は、アクチュエータ１０４に印加する本実施例の電圧波形を、比較例と比較しながら示す図である。ここでは、送液室１０１の容積が膨張する方向を電圧の正方向とし、最大電圧を３０Ｖ、駆動周期を５０．０μｓｅｃ、駆動周波数を２０ＫＨｚとしている。
【０１０６】
比較例において、電圧は、従来一般的に使用されている三角形状の電圧波形を呈している。電圧は、ｔ＝０．０μｓｅｃからｔ＝４７．５μｓｅｃの間で、０Ｖから３０Ｖに一定の傾きで上昇し、ｔ＝４７．５μｓｅｃからｔ＝５０．０μｓｅｃの間で、３０Ｖから０Ｖに一定の傾きで下降している。そして、このような電圧の上昇と下降を５０．０μｓｅｃの周期で繰り返している。
【０１０７】
一方、実施例４において、電圧は、ｔ≒２．９μｓｅｃからｔ≒４７．５μｓｅｃの間で、０Ｖから３０Ｖに上昇し、ｔ≒４７．５μｓｅｃからｔ≒４９．６μｓｅｃの間で３０Ｖから５Ｖに一定の傾きで下降する。その後、電圧は、ｔ≒４９．６μｓｅｃからｔ≒５２．５μｓｅｃの間で、５Ｖを維持し、ｔ≒５２．５μｓｅｃからｔ＝５２．９μｓｅｃの間で、５Ｖから０Ｖに一定の傾きで下降する。そして、このような電圧の上昇と下降を５０．０μｓｅｃの周期で繰り返している。
【０１０８】
比較例にしても、実施例４にしても、相対的に長い時間をかけて電圧を上昇させ、相対的に短い時間で電圧を下降させている。このため、送液室１０１の容積は、緩やかな膨張と急激な収縮を繰り返すことになる。そして、この緩やかな膨張と急激な収縮との繰り返しが、実施例1とは逆方向へ向かう一定の流れを生み出している。
【０１０９】
ここで、送液室１０１において、一定の流れが生み出される仕組みについて簡単に説明する。
【０１１０】
送液室１０１が緩やかに膨張するときは、遅い流速の下で渦は発生せず、液体は緩やかに送液室１０１へ流入する。次に送液室１０１が急激に収縮するとき、流路１０６において流路抵抗の小さい第２の接続流路１０２の側で速い流速の下で渦が発生し、この渦が送液室１０１から第２の流路１０６へ流入しようとする液体を妨げる。一方、流路抵抗の大きい第１の接続流路１０３の側では、送液室１０１の膨張や収縮の速度によらず、液体は緩やかに送液室１０１に流入したり流出したりすることが可能である。つまり、第２の接続流路１０２への流出が妨げられる収縮と、第２の接続流路１０２からの流入が妨げられない膨張とを繰り返すことにより、図１において、Ｘ方向の逆向き（−Ｘ方向）に向かう定量的な流れが形成される。
【０１１１】
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のような電圧を印加した場合の、送液室１０１のデフォルトに対する容積変化量を示す図である。実施例４においても比較例においても、駆動開始ｔ＝３．０μｓｅｃからｔ＝４７．５μｓｅｃの間で残留振動に伴う増減を繰り返しながら、徐々に振幅を縮小させ、容積が増大する。その後、ｔ＝４７．５μｓｅｃからｔ＝５３．０μｓｅｃとの間で容積が収縮し、元の値（容積変化量０）に戻っている。図では、送液室１０１の容積を平均的に膨張させている期間を「膨張用駆動」として示し、容積変化量を平均的に収縮させている期間を「収縮用駆動」として示している。
【０１１２】
比較例においても、実施例４においても、容積変化量の残留振動の周期は約８．０μｓｅｃである。これは本実施例で用いる送液装置に固有のヘルムホルツ振動の１次周期Ｔｈが約８．０μｓｅｃであり、ヘルムホルツ周波数が約１２５ｋＨｚであることを示す。そして、このような残留振動が、緩やかな膨張時の容積変化に重畳すると、結果として送液量が損失されてしまう。
【０１１３】
但し、比較例と実施例４を比べると、実施例４の振幅のほうが比較例よりも小さく抑えられていることが分かる。これは、実施例４のように、「収縮用駆動」の期間内で電圧を一定値に維持する（又は電圧の下降勾配を緩やかにする）期間を設けると、このような電圧の傾きの変化が残留振動の振幅を抑える方向に作用するためと考えられる。本発明者らの観察によると、比較例における１周期分の送液量が約０．７ｐＬ、送液効率が約４．５％であったのに対し、実施例４における１周期分の送液量は約１．１ｐＬ、送液効率は約７．２％であった。つまり、実施例４では、比較例に対し概ね１．６倍の送液効率が得られることになる。
【０１１４】
図１６（ａ）〜（ｄ）は、図４（ｂ）に示す容積変化を実現するためにアクチュエータ１０４に印加する電圧の波形の例を、比較例と比較しながら説明するための図である。いずれの図においても、アクチュエータ１０４に印加する電圧を実線で、送液室１０１の容積変化量を破線で示している。図１６（ａ）〜（ｄ）においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。
【０１１５】
図１６（ａ）は、比較例としての電圧の波形（実線）と、これに伴う送液室１０１の容積量変化（破線）を示している。比較例としては、従来一般的に使用されている三角型の電圧波形を用いている。具体的には、ｔ＝０．０μｓｅｃからｔ＝４６．０μｓｅｃの間で、電圧を０Ｖから３０Ｖに一定の傾きで上昇させ、その後ｔ＝４６．０μｓｅｃからｔ＝５０．０μｓｅｃの間で、電圧を３０Ｖから０Ｖに一定の傾きで下降させる。
【０１１６】
既に説明したように、図１の系において、ヘルムホルツ周波数Ｆｈは、Ｆｈ＝１２５ＫＨｚであり、ヘルムホルツ周期ＴｈはTｈ＝８．０μｓｅｃである。よって、図１６（ａ）の例では、（約０．０μｓｅｃ〜４６．０μｓｅｃ）を、電圧を上昇させる期間に割り当て、Ｔｈ×１／２（＝４．０μｓｅｃ）の期間において、電圧を下降させる期間に割り当てていることになる。こうすることにより、送液室１０１の容積を効率的に収縮させることができる。但し、図１６（ａ）に示す比較例においては、ヘルムホルツ周期（約８μｓｅ）の残留振動が、緩やかな膨張時の容積変化に重畳し、結果として送液量の損失を招いてしまっている。
【０１１７】
図１６（ｂ）は、図４（ｂ）に示す容積変化を実現するために求めた、アクチュエータ１０４に印加する電圧波形の一例と、当該電圧波形を印加した場合の容積変化を示している。本例において、期間（０．０μｓｅｃ〜４６．０μｓｅｃ）が膨張用駆動となり、Ｔｈ×１／２の期間（４６．０μｓｅｃ〜５０．０μｓｅｃ）が収縮用駆動となる。本例の場合、膨張用駆動においても収縮用駆動においても、電圧は単調に上昇したり下降したりせず、それぞれの期間で、上に凸の区間と下に凸の区間を繰り返すように増減している。そして、このような高精度の電圧の増減により、送液室１０１の容積変化においては、ヘルムホルツ周期を有する残留振動がほぼ完全に打ち消されている。
【０１１８】
図１６（ｃ）は、図４（ｂ）に示す容積変化を実現するために求めた、アクチュエータ１０４に印加する電圧波形の別の例と、当該電圧波形を印加した場合の容積変化を示している。本例において、期間（０．０μｓｅｃ〜４４．０μｓｅｃ）が膨張用駆動となり、Ｔｈ×３／４の期間（４４．０μｓｅｃ〜５０．０μｓｅｃ）が収縮用駆動となる。本例においても、膨張用駆動及び収縮用駆動に対応するそれぞれの期間で、電圧は上に凸の区間と下に凸の区間を繰り返すように増減し、これによりヘルムホルツ周期を有する残留振動が、ほぼ完全に打ち消されている。
【０１１９】
図１６（ｄ）は、図４（ｂ）に示す容積変化を実現するために求めた、アクチュエータ１０４に印加する電圧波形の更に別の例と、当該電圧波形を印加した場合の容積変化を示している。本例において、期間（０．０μｓｅｃ〜４２．０μｓｅｃ）が膨張用駆動となり、Ｔｈ×1の期間（４２．０μｓｅｃ〜５０．０μｓｅｃ）が収縮用駆動となる。本例においても、膨張用駆動及び収縮用駆動に対応するそれぞれの期間で、電圧は上に凸の区間と下に凸の区間を繰り返すように増減し、これによりヘルムホルツ周期を有する残留振動が、ほぼ完全に打ち消されている。
【０１２０】
即ち、以上説明した図１６（ｂ）〜（ｄ）の実線で示すような波形電圧をアクチュエータ１０４に印加することができれば、送液室１０１の容積変化は破線で示すようになり、高い送液効率を実現することが可能となる。しかしながら、実際の駆動制御においては、図１６（ｂ）〜（ｄ）の実線で示すような複雑で高精度な波形制御を行うことは難しい。波形が複雑になるほど、用意するべき電圧値の種類が増え、回路が複雑になり、コストが増大するためである。
【０１２１】
よって、本発明者らは、より単純な波形で残留振動を抑えるために、図１６（ｂ）〜（ｄ）に示される波形に共通する特徴の中から、残留振動を抑える効果があると思われる要素を探り、電圧波形の変曲点に着目した。そして、図１６（ｂ）〜（ｄ）に示される波形においては、図５（ｂ）〜（ｄ）で説明したとの同じく、収縮用動作の期間においてもＴｈ×１／２毎に変曲点が存在することを見出し、このことが残留振動を抑えるために効果的であるという知見に至った。
【０１２２】
即ち、実施例１と同様に、より単純な電圧波形であっても、戻り振動を抑制する効果を期待することはできる。具体的には、最大電圧から初期電圧まで下降させる立ち下がり期間において、まず、最大電圧から所定値まで下降させ、その後、駆動開始時の傾きの絶対値よりも小さな傾きの絶対値で電圧を印加し、その後更に初期電圧に到達させればよい。
【０１２３】
図１７（ａ）〜（ｄ）は、上記条件を満たす比較的単純な波形の例を示す図である。いずれの波形についても、上記条件は満たされており、戻り振動を抑制するという効果を得ることはできる。なお、図１７（ａ）〜（ｄ）に示したような波形においては、ほぼ目標の電圧に到達した後に、その傾きが微増若しくは微減しても構わない。また、図では、電圧を最大電圧から初期電圧にまで下降させる立ち下がり期間をＴｈ／２としているが、立ち下がり期間については、概ねＴｈ×（１／２−１／８）からＴｈ×（１／２＋１／４）であればよい。例えば図１７（a）のＳＴＥＰ形状の波形ならばＴｈ／２に近いが、図１７（ｂ）のＲＡＭＰ形状の波形になるとＴｈ／２より大きくなる。実使用を考慮し、Ｔｈ×（１／２＋１／４）までとする。
【０１２４】
図１８（ａ）及び（ｂ）は、図１７（ａ）に示すような階段形状を採用した場合のシミュレーションの結果を示す図である。図１８（ａ）〜（ｂ）においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。図１８（ａ）は、図１６（ｂ）の波形を単純化したものに相当し、収縮用駆動の期間（Ｔｈ×１／２）中に一段の階段形状が配されている。一方、図１８（ｂ）は、図１６（ｄ）の波形を単純化したものに相当し、収縮用駆動の期間（Ｔｈ×１）中に二段の階段形状が配されている。いずれの場合も、膨張用駆動時の容積変化量において若干の残留振動が重畳されているものの、図１６（ａ）に示す比較例に比べれば、振幅が大きく抑制されている。
【０１２５】
図１８（ａ）では、階段形状の平滑な部分に相当する電圧（以下、維持電圧と称す）を、最大電圧の半分（１５Ｖ）としているが、この値は特に限定されるものではない。例えば、維持電圧を１５Ｖよりも大きくすれば、残留振動の振幅を抑制する効果は更に向上する。但し、維持電圧をあまり大きくしてしまうと、用意した電圧（３０Ｖ）が収縮用動作のために十分利用されないため、好ましい流速が得られず、結果として送液効率を低下させてしまうこともある。このため、維持電圧については、残留振動を抑制する目的と、流体バルブ機能を発揮させる目的の両方が、適切なバランスの上で達成されるように調整されることが求められる。本発明者らの検討によれば、上記維持電圧については、最大電圧の概ね０．０５倍から０．６倍に設定されることが好ましいことが確認された。
【０１２６】
一方、図１８（ｂ）では、最初の維持電圧を最大電圧の０．７５倍とし、２回目の維持電圧を最大電圧の０．２５倍としているが、これらの値についても特に限定されるものではない。これら２つの維持電圧については、図１８（ａ）で説明したのと同じ理由のもと、それぞれが適切な値に調整されればよい。本発明者らの検討によれば、最初の維持電圧は最大電圧の概ね０．５２５倍から０．８倍に設定され、２回目の維持電圧は最大電圧の概ね０．０２５倍から０．３倍に設定されることが好ましいことが確認された。
【０１２７】
ここで、再び図１５（ａ）を参照すると、図１５（ａ）の実線で示した実施例４の波形は、上記で説明した条件が満たされていることがわかる。即ち、電圧値を最大電圧の３０Ｖから下降させる収縮用駆動の期間（４７．５μｓｅｃ〜４９．６μｓｅｃ）において、まず、印加する電圧値を３０Ｖから５Ｖまで下降させている。次に、駆動開始時の傾きの絶対値（２５Ｖ／２．１μｓｅｃ）よりも小さな傾きの絶対値（０）で電圧５Ｖを印加し、その後更に０Ｖに到達させている。この際、維持電圧（５Ｖ）は最大電圧（３０Ｖ）のほぼ０．２倍となり、この比の値は０．０５倍から０．６倍の間に含まれている。
【０１２８】
以上説明したように、本実施例によれば、電圧を基準電圧から最大電圧まで長時間で上昇させる期間と、電圧を最大電圧から基準電圧に短時間で下降させる期間とを繰り返すように、 アクチュエータ１０４に電圧を印加する。そして、電圧を基準電圧まで下降させる期間においては、電圧をまず基準電圧より高い所定値まで下降させ、その後、駆動開始時の傾きの絶対値よりも小さな傾きの絶対値で電圧を印加し、更に基準電圧まで電圧を下降させる。このような制御により、ヘルムホルツ周波数を有する残留振動が発生しても、これに伴う送液室の容積変動を緩和し送液装置全体の送液効率を向上させることができる。
【０１２９】
（実施例５）
実施例５においても、図１（ａ）及び（ｂ）で説明した送液装置を用いるものとする。図１９（ａ）及び（ｂ）は、実施例５において、アクチュエータ１０４に印加する電圧と、当該電圧によって増減する送液室１０１の容積変化量を、実施例４で説明した図１５（ａ）及び（ｂ）と同様に示す図である。図１９（ａ）においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。比較例については、実施例４と同様である。
【０１３０】
実施例５において、実施例４と異なる点は、「膨張用駆動」の期間に「保持期間」を設けていることである。即ち実施例５では、図１９（ａ）に示すように、電圧を実施例４と同形状で基準電圧まで下降させた後、その電圧をｔ＝２．９μｓｅｃ〜１８．４μｓｅｃの間維持し、更にその後、電圧を一定の傾きで上昇させてｔ＝４７．５μｓｅｃで最大電圧に到達している。
【０１３１】
図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のような電圧を印加した場合の、送液室１０１の容積変化量を示す図である。実施例５においても、駆動開始ｔ＝２．９μｓｅｃからｔ＝４７．５μｓｅｃの間で残留振動に伴う増減を繰り返しながら容積が上昇し、その後、電圧を下降させ、元の値（容積変化量０）に戻っている。図では、送液室１０１の容積を概ね膨張させている期間を「膨張用駆動」、容積変化量を概ね収縮させている期間を「収縮用駆動」、「膨張用駆動」の期間のうち基準電圧０Ｖを維持している期間を「保持期間」として示している。
【０１３２】
実施例５においても、破線で示した比較例と比べると、振幅が小さく抑えられていることが分かる。
【０１３３】
本実施例は、実施例２とは送液方向が逆方向ではあるが、保持期間の長さについての考え方は同様である。本発明者らの検討によれば、保持期間に対する送液効率は極大値を有し、適切な保持期間の範囲としては、系固有のヘルムホルツ周期の１．０倍から２．５倍であるのが好ましいことが確認された。保持期間を固有周期の２．５倍よりも大きくすると、膨張のための時間が収縮のための時間に近くなり、流速差を利用して所定の方向に液体を移動させる機能を十分に発揮させることができなくなる。但し、保持期間については、送液装置の構造設計や電圧条件にも影響を与えるため、この観点から考えると、概ね（１／４−１／８）×Ｔｈ〜（１０＋１／８）×Ｔｈの範囲であることが好ましい。
【０１３４】
本発明者らの検討によれば、実施例５における送液時の流速は比較例の流速に対し約１．８倍であることが確認された。また、比較例における１周期分の送液量が約０．７ｐＬ、送液効率が約４．５％であったのに対し、実施例５における１周期分の送液量は約１．３ｐL、送液効率は約８．５％であることが確認された。これは、実施例５のほうが比較例よりも送液量の損失が少なく、送液装置としての送液効率を概ね１．９倍程度向上させることができることを意味する。そして、同じ送液装置を用いた場合でも、実施例５のほうが実施例４よりも送液効率を更に向上させていることになる。
【０１３５】
以上説明したように本実施例によれば、電圧を基準電圧から最高電圧まで長時間で上昇させる期間と、電圧を最高電圧から基準電圧に短時間で下降させる期間とを繰り返すように、 アクチュエータ１０４に電圧を印加する。そして、電圧を基準電圧まで下降させる期間においては、電圧をまず基準電圧より高い所定値まで下降させ、その後、駆動開始時の傾きの絶対値よりも小さな傾きの絶対値で電圧を印加し、更に基準電圧まで電圧を下降させる。一方、電圧を上昇させる期間においては、基準電圧を暫く維持した後、電圧を一定の傾きで最高電圧に変化させる。このような制御により、ヘルムホルツ周波数を有する残留振動が発生しても、これに伴う送液室の容積変動を緩和し送液装置全体の送液効率を向上させることができる。
【０１３６】
（実施例６）
本実施例は、実施例３で実現したインクの流れ方向と逆方向へインクを循環させるものである。構造は実施例３と同じであり、駆動方法のみが異なる。実施例６における循環方向を実現することで、例えばノズル側から混入した気泡が、送液室２２に流入することなく、供給口１５の側へ回収できるメリットがある。
【０１３７】
図２０（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の素子基板４における１つの流路ブロックの流路構成を示す図である。図１２（ａ）及び（ｂ）と同じ符号は、第３の実施例と同じ機構であることを示す。重力方向は＋Ｚ方向であり、仮に吐出口２の側から気泡が混入した場合、その気泡を循環する流れに乗せつつ、浮力によって供給口１５の側へ回収させることができる。
【０１３８】
図２１は、本実施例のアクチュエータ８を駆動するための電圧波形を示す図である。図２１においては、例えば−３０Ｖ以下のＤＣ-ＢＩＡＳを印加しているが、図中では略する。図において、実線は本実施例、破線は比較例を示している。本実施例の電圧波形は実施例５の形状と類似している。即ち、一段の階段形状で収縮用動作を行った後、所定の保持期間を設け、その後一定の傾きで電圧を上昇させている。図２１では、送液室２２の容積が膨張する方向を電圧の正方向とし、最大電圧を３０Ｖ、駆動周期を５０．０μｓｅｃ、駆動周波数を２０ＫＨｚとしている。この駆動周波数はエネルギ発生素子の駆動周波数１５ＫＨｚよりも十分高い値である。アクチュエータ８の駆動周波数を吐出素子の駆動周波数よりも十分高くすることにより、吐出素子の個々の吐出動作がアクチュエータの駆動の影響でばらついてしまうのを抑えることができる。
【０１３９】
このような本実施例においても、緩やかな膨張においてヘルムホルツ振動に伴う容積の増減を抑えることにより、送液効率を向上させることができる。その結果、供給流路５、圧力室３、回収流路６、送液室２２及び接続流路７において、インクを好適な速度で循環させ、吐出口２の近傍に新鮮なインクを安定的に供給することができる。本発明者らの観察によると、粘度２ｃｐｓのインクを用いて上記駆動を行った場合、１周期分の送液量は約１．０ｐＬ、送液効率は約７．０％であることが確認された。
【０１４０】
そして、吐出動作が行われない期間が数ｓｅｃ〜数１０ｓｅｃ程度に及んでも、その後の吐出動作で不吐出となることはなく、正常な吐出動作が安定して行われることが確認された。
【０１４１】
一方、図２１の破線で示した比較例の下で電圧制御を行った場合は、緩やかな膨張においてヘルムホルツ振動が重畳され、高い送液効率が得られない。本発明者らが確認を行ったところ、吐出動作が行われない期間が数ｓｅｃ〜数１０ｓｅｃ程度に及ぶと、その後の吐出動作が不吐出となったり不安定になったりすることが確認された。
【０１４２】
以上説明したように、本実施例によれば、複数の吐出口からインクを吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて、吐出口の近傍にあるインクを循環させるための循環流路と、当該流路に配され循環ポンプとして機能するアクチュエータを用意する。そして、電圧を基準電圧から目標電圧まで長時間で上昇させる期間と、電圧を目標電圧から基準電圧に短時間で下降させる期間とを繰り返すように、 アクチュエータ１０４に電圧を印加する。
【０１４３】
この際、電圧を上昇させる期間においては、目標電圧を暫く維持した後、電圧を一定の傾きで目標電圧に上昇させる。電圧を基準電圧まで下降させる期間においては、電圧をまず基準電圧より高い所定値まで下降させ、その後、駆動開始時の傾きの絶対値よりも小さな傾きの絶対値で電圧を印加し、更に基準電圧まで電圧を下降させる。
【０１４４】
本実施例では、このような制御により、ヘルムホルツ周波数を有する残留振動が発生しても、これに伴う送液室の容積変動を緩和し送液装置全体の送液効率を向上させることが可能となる。その結果、個々の吐出素子に対し新鮮なインクを定常的に供給することができ、吐出状態を安定させておくことが可能となった。
【０１４５】
本実施例においても、実施例３で説明したのと同様の実施形態を選択できる。
【０１４６】
（その他の実施例）
以上の実施例では、複雑で高精度な電圧制御は困難であることを前提に、図２（ａ）、図８（ａ）、図１４、図１５（ａ）、図１９（ａ）及び図２１に示したような単純化した波形を示し効果を説明した。しかしながら、本発明は図５（ｂ）〜（ｄ）や図１６（ｂ）〜（ｄ）の実線で示すような波形を排除するものではない。図５（ｂ）〜（ｄ）や図１６（ｂ）〜（ｄ）の実線で示すような高精度な電圧制御を行うことができれば、送液効率が更に向上することは言うまでもない。この場合、収縮用駆動又は膨張用駆動において電圧に重畳させる振動の周期としては、送液装置に固有のヘルムホルツ周期をＴｈとしたとき、（１／４−１／８）×Ｔｈから（１／２＋１／８）×Ｔｈの間であることが好ましい。
【０１４７】
いずれにしても、アクチュエータ１０４に印加される電圧の波形が、膨張用駆動又は収縮用駆動において、系固有のヘルムホルツ振動の周期Ｔｈに基づく所定の期間ごとに変曲点が現れるように制御されればよい。このようにすれば、残留振動を抑制するという本発明の効果を得ることはできる。
【０１４８】
また、以上では、初期の電圧を０Ｖ、目標（最大）電圧を３０Ｖとし、電圧が高くなるほど送液室の容積が増大することを前提に説明してきたが、無論本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、デフォルト状態の電圧は０Ｖで無くてもよいし、電圧が高くなるほど送液室の容積が縮小するようにアクチュエータを配置してもよい。
【０１４９】
いずれにせよ、アクチュエータに印加される電圧においては、ｉ）第１の電圧から第２の電圧に変化する第１の期間と、第１の期間よりも長い期間であって、第２の電圧から第１の電圧に変化する第２の期間とが繰り返されるように制御されればよい。そして、ｉｉ）第１の期間においては、系固有のヘルムホルツ振動の周期Ｔｈに基づく所定の期間ごとに、変曲点が現れるように制御されればよい。
【０１５０】
本発明は、上述の実施例の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【０１５１】
１    送液装置
１０１    送液室
１０４    アクチュエータ（駆動素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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