(57)【要約】  インクジェット駆動装置において、ノズル（２１１）の出口（２１１ａ）での孔の直径をＤ（μｍ）とし、循環流路部（２１３）の最も出口（２１１ａ）側の位置と、出口（２１１ａ）との距離をＮ（μｍ）としたとき、Ｎ≦３．４７Ｄを満たしている。駆動制御部は、非吐出時に、ノズル（２１１）の出口（２１１ａ）から圧力室（２３１）側に、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、インクメニスカスを振動させる駆動信号を生成し、上記駆動信号を駆動素子に印加する。
2017130695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、前記インクを収容する圧力室と、前記ノズルに向かう前記インクの流路から分岐して設けられ、前記圧力室から排出されたインクを循環させるための流路を形成する循環流路部と、を有するヘッド基板と、
前記ヘッド基板に支持され、吐出時には、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる一方、非吐出時には、前記ノズルにおけるインクメニスカスを振動させる駆動素子と、
前記駆動素子を制御する駆動制御部と、を備え、
前記ノズルにおける、前記圧力室から最も離れた出口での孔の直径をＤ（μｍ）とし、
前記出口の孔を含む面に垂直な方向において、前記循環流路部の最も前記出口側の位置と、前記出口との距離をＮ（μｍ）としたとき、
Ｎ≦３．４７Ｄ
を満たしており、
前記駆動制御部は、前記非吐出時に、前記ノズルの前記出口から前記圧力室側に、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、前記インクメニスカスを振動させる駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動素子に印加することを特徴とするインクジェット駆動装置。
【請求項２】
前記非吐出時に、前記循環流路部を流れるインクの１秒あたりの流量は、前記吐出時に、前記ノズルから吐出されるインクの１秒あたりの吐出量の０．００２５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット駆動装置。
【請求項３】
前記非吐出時に、前記循環流路部を流れるインクの１秒あたりの流量は、前記吐出時に、前記ノズルから吐出されるインクの１秒あたりの吐出量の１倍以下であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット駆動装置。
【請求項４】
前記非吐出時に、前記循環流路部を流れるインクの１秒あたりの流量は、前記吐出時に、前記ノズルから吐出されるインクの１秒あたりの吐出量の０．０２５倍以下であることを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェット駆動装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記非吐出時に、前記インクメニスカスを複数回振動させる駆動信号を生成し、前記駆動素子に供給することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
【請求項６】
前記駆動制御部は、インクの吐出直前に前記インクメニスカスを振動させる駆動信号を生成し、前記駆動素子に供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
【請求項７】
前記循環流路部は、前記圧力室から前記ノズルに向かう前記インクの流路から分岐して設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
【請求項８】
Ｎ≦３．００Ｄ
を満たしていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
【請求項９】
Ｎ≦２．００Ｄ
を満たしていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
【請求項１０】
インクジェット駆動装置を駆動するインクジェット駆動方法であって、
前記インクジェット駆動装置は、
インクを吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、前記インクを収容する圧力室と、前記ノズルに向かう前記インクの流路から分岐して設けられ、前記圧力室から排出されたインクを循環させるための流路を形成する循環流路部と、を有するヘッド基板と、
前記ヘッド基板に支持され、吐出時には、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる一方、非吐出時には、前記ノズルにおけるインクメニスカスを振動させる駆動素子と、を備え、
前記ノズルにおける、前記圧力室から最も離れた出口での孔の直径をＤ（μｍ）とし、
前記出口の孔を含む面に垂直な方向において、前記循環流路部の最も前記出口側の位置と、前記出口との距離をＮ（μｍ）としたとき、
Ｎ≦３．４７Ｄ
を満たしており、
該駆動方法は、
前記非吐出時に、前記駆動素子によって、前記ノズルの前記出口から前記圧力室側に、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、前記インクメニスカスを振動させるとともに、少なくとも引き込んだインクの一部を前記循環流路部に導くことにより、前記インクを前記循環流路部を介して循環させる工程を含んでいることを特徴とするインクジェット駆動方法。
【請求項１１】
前記非吐出時に、前記循環流路部を流れるインクの１秒あたりの流量は、前記吐出時に、前記ノズルから吐出されるインクの１秒あたりの吐出量の０．００２５倍以上であることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェット駆動方法。
【請求項１２】
前記非吐出時に、前記循環流路部を流れるインクの１秒あたりの流量は、前記吐出時に、前記ノズルから吐出されるインクの１秒あたりの吐出量の１倍以下であることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット駆動方法。
【請求項１３】
前記非吐出時に、前記循環流路部を流れるインクの１秒あたりの流量は、前記吐出時に、前記ノズルから吐出されるインクの１秒あたりの吐出量の０．０２５倍以下であることを特徴とする請求項１１または１２に記載のインクジェット駆動方法。
【請求項１４】
前記工程では、前記非吐出時に、前記インクメニスカスを複数回振動させることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載のインクジェット駆動方法。
【請求項１５】
前記工程では、インクの吐出直前に前記インクメニスカスを振動させることを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載のインクジェット駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばインクジェットヘッドやインクジェットプリンタなどの、インクを吐出するインクジェット駆動装置と、インクジェット駆動方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体インクを吐出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドが知られている。用紙や布などの記録メディアに対して、インクジェットヘッドを相対的に移動させながら、個々のチャネルにおいてインクの吐出を制御することにより、二次元の画像が記録メディアに形成される。【０００３】
インクの吐出は、圧力式のアクチュエータ（圧電式、静電式、熱変形など）を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。特に、高解像度（小液滴でよい）で小型、低コストのプリンタを実現するには、薄膜の圧電体（圧電薄膜）を用いたインクジェットヘッドの利用が適している。上記の圧電体には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）などのペロブスカイト型の金属酸化物が広く用いられている。【０００４】
ところで、インクジェットヘッドにおいて、インクを吐出した後、インクを吐出しない不吐出状態が長く続くと、ノズルにおいてメニスカス（インクと空気との界面で、インクメニスカスとも呼ばれる）を形成しているインクが乾燥し、これによってインクの粘度が増大する。インクの粘度が増大すると、ノズルからインクが吐出されにくくなり、インクの吐出特性（例えば吐出速度）が低下する。したがって、インクの吐出特性の低下を抑える対策が必要となる。【０００５】
この点、例えば特許文献１では、インクの非吐出時に、ノズルからインク滴を吐出させない不吐出パルスをアクチュエータに印加してメニスカスに振動を与えることで、メニスカスを形成するインクが乾燥するのを抑えるようにしている。また、例えば特許文献２では、アクチュエータによって流体ポンプ室に駆動パルスを与え、ノズルから流体（例えばインク）の液滴を吐出させる構成において、ノズルのごく近くに循環流路部を設け、ノズルから吐出されないインクを、循環流路部を介して循環させることにより、ノズル内で吐出を妨げ得る物質の蓄積を防止するよう試みている。なお、特許文献１では、圧力室からノズルに向かうインクの流路から分岐して循環流路部を設け、この循環流路部を介してインクを循環させる構成も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−５１２１４号公報（請求項１、段落〔００１２〕、〔００２２〕、〔００８３〕〜〔００９２〕、図３等参照）
【特許文献２】特表２０１１−５２０６７１号公報（請求項１、段落〔００１５〕、〔００４６〕、図２等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１では、ノズルの形状（例えば孔の大きさ）や、ノズルに対する循環流路部の位置（例えばノズル出口と循環流路部との距離）については全く言及されておらず、そのようなノズルの形状や循環流路部の位置を考慮して、メニスカスの振動時のインクの引込量を規定してはいない。このため、ノズルの出口近傍で乾燥を抑えきれずにインクが増粘した場合に、その増粘したインクを循環流路部に導いてノズル内から排除できる可能性が低下し、上記インクに起因して吐出特性（例えば吐出速度）が低下するおそれがある。【０００８】
また、特許文献２では、非吐出時にメニスカスを振動させないため、ノズルの出口近傍でのインクの乾燥および増粘自体を抑えることができない。このため、ノズル出口でインクの乾燥および増粘が進むと、たとえノズルのごく近くに循環流路部を設けたとしても、上記インクを循環流路部に導くことが困難となり、特許文献１と同様に、上記インクに起因して吐出特性が低下するおそれがある。【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ノズルの形状および循環流路部の位置を考慮して、インクの引込量を適切に設定することにより、ノズル出口近傍でインクが増粘した場合でも、増粘したインクをノズル内から排除できる可能性を高めて、吐出特性の低下を回避することができるインクジェット駆動装置およびインクジェット駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面に係るインクジェット駆動装置は、インクを吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、前記インクを収容する圧力室と、前記ノズルに向かう前記インクの流路から分岐して設けられ、前記圧力室から排出されたインクを循環させるための流路を形成する循環流路部と、を有するヘッド基板と、前記ヘッド基板に支持され、吐出時には、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる一方、非吐出時には、前記ノズルにおけるインクメニスカスを振動させる駆動素子と、前記駆動素子を制御する駆動制御部と、を備え、前記ノズルにおける、前記圧力室から最も離れた出口での孔の直径をＤ（μｍ）とし、前記出口の孔を含む面に垂直な方向において、前記循環流路部の最も前記出口側の位置と、前記出口との距離をＮ（μｍ）としたとき、
Ｎ≦３．４７Ｄ
を満たしており、
前記駆動制御部は、前記非吐出時に、前記ノズルの前記出口から前記圧力室側に、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、前記インクメニスカスを振動させる駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動素子に印加する。【００１１】
本発明の他の側面に係るインクジェット駆動方法は、インクジェット駆動装置を駆動するインクジェット駆動方法であって、前記インクジェット駆動装置は、インクを吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、前記インクを収容する圧力室と、前記ノズルに向かう前記インクの流路から分岐して設けられ、前記圧力室から排出されたインクを循環させるための流路を形成する循環流路部と、を有するヘッド基板と、前記ヘッド基板に支持され、吐出時には、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる一方、非吐出時には、前記ノズルにおけるインクメニスカスを振動させる駆動素子と、を備え、前記ノズルにおける、前記圧力室から最も離れた出口での孔の直径をＤ（μｍ）とし、前記出口の孔を含む面に垂直な方向において、前記循環流路部の最も前記出口側の位置と、前記出口との距離をＮ（μｍ）としたとき、
Ｎ≦３．４７Ｄ
を満たしており、
該駆動方法は、前記非吐出時に、前記駆動素子によって、前記ノズルの前記出口から前記圧力室側に、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、前記インクメニスカスを振動させるとともに、少なくとも引き込んだインクの一部を前記循環流路部に導くことにより、前記インクを前記循環流路部を介して循環させる工程を含んでいる。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように、ノズルの形状および循環流路部の位置を考慮して、インクの引込量を適切に設定することにより、ノズル出口近傍で乾燥を抑えきれずにインクが増粘した場合でも、その増粘したインクを少しでもノズル内から排除できる可能性を高めることができ、上記インクに起因する吐出特性の低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す斜視図である。
【図２】上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】図２中の（III）−（III）線に沿う部分で切断した上記インクジェットヘッドの断面図である。
【図４】上記インクジェットヘッドのヘッドチップの平面図である。
【図５】図４中の（Ｖ）−（Ｖ）線に沿う部分で切断した上記ヘッドチップの断面図である。
【図６】図２中の（VI）−（VI）線に沿う部分で切断した、上記インクジェットヘッドのインク流路部材の断面図である。
【図７】上記インクジェットプリンタが備える循環機構の構成を模式的に示す説明図である。
【図８】上記インクジェットヘッドの圧電素子の断面図である。
【図９】図５のＥ部を拡大して示す断面図である。
【図１０】非吐出時にインクメニスカスを振動させず、吐出時にインクを吐出させる駆動信号の一例を示す説明図である。
【図１１】非吐出時にインクメニスカスを振動させ、吐出時にインクを吐出させる駆動信号の一例を示す説明図である。
【図１２】非吐出時の揺らし駆動電位と、インクメニスカスの振動時の位置との関係を示すグラフである。
【図１３】ノズルの直径が１０μｍの場合において、ノズル長と引込量との関係を座標平面上にプロットした説明図である。
【図１４】ノズルの直径が２０μｍの場合において、ノズル長と引込量との関係を座標平面上にプロットした説明図である。
【図１５】ノズルの直径が２４μｍの場合において、ノズル長と引込量との関係を座標平面上にプロットした説明図である。
【図１６】ノズルの直径が３０μｍの場合において、ノズル長と引込量との関係を座標平面上にプロットした説明図である。
【図１７】循環および振動の有無による吐出速度の変化の違いを示すグラフである。
【図１８】循環ありの条件で、上記揺らし駆動電位を変化させたときの吐出速度の変化の違いを示すグラフである。
【図１９】循環量の違いによる吐出速度の変化の違いを示すグラフである。
【図２０】インクの引込時に、インクメニスカスの端部がノズル内に引き込まれる場合の引込量を示す説明図である。
【図２１】上記インクジェットヘッドのヘッドチップの他の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。
【００１５】
なお、以下の説明では、ラインヘッドを用いた構成（記録媒体の搬送のみ）で描画を行う１パス描画方式での実施形態を例にして説明するが、それ以外の描画方式であってもよく、例えば、スキャン方式やドラム方式を用いた描画方式を採用してもよい。
【００１６】
また、以下の説明では、記録媒体Ｋの搬送方向を前後方向、記録媒体Ｋの搬送面において当該搬送方向に直交する方向を左右方向とし、前後方向および左右方向に垂直な方向を上下方向として説明する。
【００１７】
〔インクジェットプリンタの概略〕
図１は、インクジェットプリンタの概略の構成を示す斜視図である。インクジェットプリンタ１００は、プラテン１０１、搬送ローラ１０２、ラインヘッド１０３・１０４・１０５・１０６、およびインクの循環機構１０７（図７参照）等を備えている。なお、循環機構１０７の詳細については後述する。
【００１８】
プラテン１０１は、上面に記録媒体Ｋを支持しており、搬送ローラ１０２が駆動されると、記録媒体Ｋを搬送方向（前後方向）に搬送する。
【００１９】
ラインヘッド１０３〜１０６は、記録媒体Ｋの搬送方向（前後方向）に直交する幅方向（左右方向）に長尺状に設けられているとともに、搬送方向の上流側から下流側にかけて並列に設けられている。そして、ラインヘッド１０３〜１０６の内部には、後述するインクジェットヘッド１（図２等参照）が少なくとも１つ設けられており、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、黒（Ｋ）のインクを記録媒体Ｋに向けて吐出する。
【００２０】
〔インクジェットヘッドの概略構成〕
図２は、インクジェットヘッド１の分解斜視図であり、図３は、図２中の（III）−（III）線に沿う部分で切断したインクジェットヘッド１の断面図である。インクジェットヘッド１は、ヘッドチップ２（ヘッド基板）、保持板３、接続部材４およびインク流路部材５等を備えている。
【００２１】
ヘッドチップ２は、複数の基板が積層されて構成されており、最下層には、インクを吐出するノズル２１１が設けられている。ノズル２１１は、インクを収容する圧力室２３１と連通している。また、ヘッドチップ２の上面には、駆動素子としての圧電素子２４が設けられている。なお、圧電素子２４の詳細については後述する。圧電素子２４の変位によって、ヘッドチップ２の内部の圧力室２３１に充填されたインクが加圧され、ノズル２１１からインクの液滴が外部に吐出される。
【００２２】
保持板３は、ヘッドチップ２の強度保持のために、ヘッドチップ２上面に接着剤を用いて接合されている。また、保持板３は、中央部に開口部３１を有しており、ヘッドチップ２の上面の圧電素子２４が開口部３１の内部に格納されるように構成されている。
【００２３】
接続部材４は、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）等からなる配線部材であり、その幅方向が保持板３の左右方向に沿うように、保持板３の上面の後側付近に接着されている。そして、接続部材４は、ボンディングワイヤ４１によって圧電素子２４と電気的に接続されている。ボンディングワイヤ４１は、保持板３の中央に設けられた開口部３１を通るように設けられている。また、接続部材４は、駆動回路６０（図８参照）と接続されている。これにより、駆動回路６０から、接続部材４およびボンディングワイヤ４１を介して、圧電素子２４に給電される。
【００２４】
インク流路部材５は、保持板３上面の左右方向の両端部にそれぞれ１つ接合されている。一方のインク流路部材５は、ヘッドチップ２の内部にインクを供給するためのインク供給流路５０１と、ヘッドチップ２の内部からインクを排出するためのインク循環流路５０４とを備えている。他方のインク流路部材５は、ヘッドチップ２の内部にインクを供給するためのインク供給流路５０２と、ヘッドチップ２の内部からインクを排出するためのインク循環流路５０３とを備えている。
【００２５】
以下、ヘッドチップ２、保持板３およびインク流路部材５について詳細に説明する。
【００２６】
〔ヘッドチップ〕
図４は、ヘッドチップ２の平面図である。なお、図４では、便宜上、ヘッドチップ２内部の構成については破線で示している。また、共通供給流路２５から各連通孔２２１までのインク流路については、網目のハッチングを付している。
【００２７】
ヘッドチップ２は、上面に、左右方向沿って一列に並んで設けられた圧電素子２４と、インク流路部材５からヘッドチップ２の内部にインクを供給するためのインク供給口２０１・２０２と、ヘッドチップ２の内部からインク流路部材５にインクを排出するためのインク循環口２０３・２０４等を備えている。
【００２８】
図５は、図４中の（Ｖ）−（Ｖ）線に沿う部分で切断したヘッドチップ２の断面図である。ヘッドチップ２は、下側から順にノズルプレート２１、中間プレート２２、ボディプレート２３の３枚の基板が積層され、一体化されることによって構成されている。
【００２９】
（ノズルプレート）
ノズルプレート２１は、ヘッドチップ２の最下層に位置した基板であり、例えば、ノズル層２１ａ、結合層２１ｂ、ノズル支持層２１ｃの３層から構成されるＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハからなる。
【００３０】
ノズル層２１ａは、インクの液滴を吐出するためのノズル２１１が形成された層であり、厚さが例えば１０〜２０μｍのＳｉ基板からなる。ノズル層２１ａの下面であるノズル面２１４には、撥インク膜（図示省略）が形成されている。結合層２１ｂは、厚さが例えば０．３〜１．０μｍのＳｉＯ2基板からなる。ノズル支持層２１ｃは、厚さが例えば１００〜３００μｍのＳｉ基板からなる。このノズル支持層２１ｃには、ノズル２１１と連通し、ノズル２１１よりも径の大きな大径部２１２と、大径部２１２と連通する循環流路部２１３とが形成されている。循環流路部２１３は、圧力室２３１からノズル２１１に向かうインクの流路から、大径部２１２を介して分岐して設けられており、圧力室２３１から排出されたインクを循環させるための流路を形成している。
【００３１】
なお、本実施形態では、ノズル２１１におけるインク吐出方向に垂直な断面での形状を円形としているが、ノズル２１１の断面形状は、インクを吐出することができる形状であれば特に限定されず、様々な断面形状とすることができる。例えば、ノズル２１１の断面形状は、四角形や六角形などの多角形状とすることができる。この場合、ノズル２１１の後述する直径Ｄは、多角形の外接円を描いたときの、上記外接円の直径とすることができる。また、多角形の対角線が上記外接円の中心を通るときは、直径Ｄは当該対角線の長さとすることができる。
【００３２】
ノズル層２１ａおよびノズル支持層２１ｃは、それぞれＳｉ基板で構成されているため、ノズル層２１ａとノズル支持層２１ｃは、ドライエッチングやウェットエッチングによって容易に加工することが可能である。
【００３３】
循環流路部２１３は、ノズル支持層２１ｃにおいて、結合層２１ｂに面した空隙部によって形成されているため、高精度に加工されて製造されている。なお、結合層２１ｂに面した空隙部を形成した後に、バッファード・フッ酸（ＢＨＦ）等を用いたウェットエッチング処理で結合層２１ｂを除去することにより、循環流路部２１３をノズル層２１ａに面した空隙部によって形成してもよい。
【００３４】
（中間プレート）
中間プレート２２は、厚さが例えば１００〜３００μｍ程度のガラス基板からなり、ノズルプレート２１の大径部２１２に対応する位置に連通孔２２１を有している。連通孔２２１は、中間プレート２２を厚み方向に貫通して、圧力室２３１と大径部２１２とを連通するように形成されており、インクの吐出時のインク流路となる。連通孔２２１の径を流路方向の途中で絞るなど、連通孔２２１においてインクの流路の形状を調整することにより、インクの吐出において、インクに加えられる運動エネルギーを調整することができる。
【００３５】
中間プレート２２を構成するガラス基板としては、ホウケイ酸ガラス（例えば、テンパックスガラス）が好ましく用いられる。
【００３６】
（ボディプレート）
ボディプレート２３は、圧力室層２３ａと、振動層２３ｂから構成されている。圧力室層２３ａは、厚さが例えば１００〜３００μｍ程度のＳｉ基板からなる。この圧力室層２３ａには、中間プレート２２の連通孔２２１に連通し、平面視で略円形状である複数の圧力室２３１と、複数の圧力室２３１に対して共通にインクを供給するための共通供給流路２５と、共通供給流路２５と各圧力室２３１とを個別に連通し、共通供給流路２５内のインクを圧力室２３１に供給するためのインレット２３２とが形成されている。インレット２３２は、圧力室２３１よりも流路が狭いくびれ部を有しており、圧力室２３１に加えられた圧力が、インレット２３２側から逃げ難くなっている。なお、くびれ部は、圧力室２３１よりも狭い流路であればよく、形状は適宜変更可能である。
【００３７】
振動層２３ｂは、厚さが例えば２０〜３０μｍ程度の薄い弾性変形可能なＳｉ基板であり、圧力室層２３ａの上面に積層されている。また、振動層２３ｂにおいて、圧力室２３１の上面は振動板２３３として機能し、振動板２３３の上面に設けられた圧電素子２４の動作に応じて振動板２３３が振動し、圧力室２３１内のインクに圧力を加えることができる。
【００３８】
また、中間プレート２２および圧力室層２３ａには、ノズル支持層２１ｃに形成された複数の循環流路部２１３から流れてきたインクが合流する共通循環流路２６が設けられている。
【００３９】
また、振動層２３ｂは、共通供給流路２５の上面に形成されたダンパ２３４と、共通循環流路２６の上面に形成されたダンパ２３５とを有している。ダンパ２３４・２３５は、例えば、圧力室２３１に一度に圧力が加えられて共通循環流路２６に一度にインクが流れてきた場合に、わずかに弾性変形できるようになっており、インク流路における急激な圧力変化を防ぐために設けられている。
【００４０】
上記構成において、インクは、以下のように流れる。まず、図４のインク供給口２０１・２０２から共通供給流路２５にインクが供給される。次に、インクは共通供給流路２５から分岐して各ノズル２１１に対応するインレット２３２、圧力室２３１、連通孔２２１、大径部２１２、および循環流路部２１３に順に流れる。次に、各循環流路部２１３からのインクが共通循環流路２６で合流し、インク循環口２０３・２０４からインクが排出され、インク循環流路５０４（図２参照）を通って循環用サブタンク６３（図７参照）に戻される。
【００４１】
以上では、循環流路部２１３をノズルプレート２１に形成した例について説明したが、循環流路部２１３は圧力室２３１が形成されるボディプレート２３よりもノズル側に配置されればよく、例えば中間プレート２２に形成してもよい。ただし、後述するインクメニスカスの振動により、ノズル２１１の出口近傍で乾燥を抑えきれずに増粘したインクを循環流路部２１３に確実に導いてノズル内から排除するためには、循環流路部２１３はノズル２１１に近いことが望ましく、この点では、循環流路部２１３はノズルプレート２１に設けられることが好ましい。
【００４２】
〔保持板〕
図２および図３に示すように、保持板３は、ヘッドチップ２の上面に接着剤で接合されており、厚みが例えば０．５〜３．０ｍｍ程度のＳｉ基板またはガラス基板で構成されている。保持板３にＳｉ基板またはガラス基板を用いることで、ヘッドチップ２を構成する基板と線膨張率が近づくため、接着剤として熱硬化性接着剤等を用い、加熱を伴う接合方法を用いた場合でも、保持板３とヘッドチップ２との間の反りは抑制される。
【００４３】
保持板３の平面視形状は、前後方向および左右方向のいずれにおいても、ヘッドチップ２よりも大きく形成されている。特に、保持板３の左右方向の両端部は、ヘッドチップ２よりも大きく張り出している。保持板３の中央部には、ヘッドチップ２と接合された際に、当該ヘッドチップ２の上面に配列されている全ての圧電素子２４を取り囲むことができる大きさの開口部３１が貫通形成されている。
【００４４】
開口部３１は、左右方向に沿って延びる矩形状に形成されており、開口部３１の内部に圧電素子２４を全て取り囲むことができ、かつ、ヘッドチップ２の上面の両端部に設けられたインク供給口２０１・２０２およびインク循環口２０３・２０４の位置までは至らない大きさに形成されている。保持板３を平面視した場合、ノズルプレート２１に形成された各ノズル２１１は、開口部３１よりも内側に位置する。
【００４５】
保持板３の開口部３１の下半分は、上半分よりも空間が大きくなるように形成されている。そして、開口部３１の下半分の外形は、保持板３とヘッドチップ２とが接合された際に、圧電素子２４と、圧電素子２４の前後方向に設けられた共通供給流路２５および共通循環流路２６とを内側に含む大きさで形成されている。
【００４６】
また、図２に示すように、保持板３の左右方向の両端部近傍には、ヘッドチップ２の上面に設けられたインク供給口２０１・２０２およびインク循環口２０３・２０４をそれぞれ１つずつ取り囲むことのできる大きさの貫通孔３０１・３０２・３０３・３０４が形成されている。貫通孔３０１〜３０４は、それぞれインク流路部材５とヘッドチップ２との間を連通するインク流路として用いられる。
【００４７】
〔インク流路部材〕
インク流路部材５は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の合成樹脂によって、下面が開口する箱状形状に形成されており、保持板３上面の左右方向の両端部に１つずつ配置されている。
【００４８】
以下、左右に設けられたインク流路部材５は、同様の構成であるため、右側のインク流路部材５の概略構成についてのみ説明し、左側のインク流路部材５の説明は省略する。
【００４９】
図６は、図２中の（VI）−（VI）線に沿う部分で切断したインク流路部材５の断面図である。インク流路部材５には、インク供給用の流路として機能するインク供給流路５０１と、インクを排出用の流路として機能するインク循環流路５０４が設けられている。インク流路部材５の内部には、インク供給流路５０１およびインク循環流路５０４のそれぞれに対して、インク流路部材５の内部を通過するインク中のごみや気泡等の不純物を取り除くためのフィルタ５１が設けられている。フィルタ５１は、例えば、ステンレス鋼等の金属製メッシュが用いられ、インク流路部材５内の樹脂に対して接着されている。
【００５０】
〔循環機構〕
次に、インクの循環機構１０７について説明する。図７は、循環機構１０７の構成を模式的に示す説明図である。循環機構１０７は、少なくとも、供給用サブタンク６２、循環用サブタンク６３、インク流路７２・７３・７４およびポンプ８２を有している。
【００５１】
インク流路部材５のインク供給流路５０１は、インク流路７２を介して供給用サブタンク６２と接続されている。これにより、供給用サブタンク６２からインク流路部材５の内部にインクを供給し、貫通孔３０１（図６参照）およびインク供給口２０１（図６参照）を介してヘッドチップ２の内部にインクを供給することができる。
【００５２】
また、インク流路部材５のインク循環流路５０４は、インク流路７３を介して循環用サブタンク６３と接続されている。これにより、ヘッドチップ２のインク供給口２０４（図６参照）および貫通孔３０４（図６参照）を介してインク流路部材５内部に排出されたインクを、循環用サブタンク６３に排出することができる。
【００５３】
供給用サブタンク６２および循環用サブタンク６３は、ヘッドチップ２内部の共通供給流路２５および共通循環流路２６が設けられた位置基準面に対して、上下方向（重力方向）に異なる位置に設けられている。そして、当該位置基準面に対して、供給用サブタンク６２との水頭差による圧力Ｐ１および循環用サブタンク６３との水頭差による圧力Ｐ２によって、ヘッドチップ２の内部のインクを循環させることができる。
【００５４】
また、供給用サブタンク６２は、インク流路７４を介して循環用サブタンク６３に繋がっており、ポンプ８２によって、循環用サブタンク６３から供給用サブタンク６２にインクを戻すことができる。
【００５５】
また、供給用サブタンク６２は、インク流路７１を介してメインタンク６１に繋がっており、ポンプ８１によって、メインタンク６１から供給用サブタンク６２にインクを供給することができる。
【００５６】
したがって、供給用サブタンク６２および循環用サブタンク６３の水頭差、および各サブタンクの上下方向（重力方向）の位置を適宜調整することによって、圧力Ｐ１および圧力Ｐ２を調整し、適宜の循環流速でヘッドチップ２内部のインクを循環させることができる。
【００５７】
〔圧電素子の詳細について〕
本実施形態で用いる圧電素子としては、インクをノズルから吐出することができるとともに、インクメニスカスを振動させることができるものであれば特に限定されない。以下、圧電素子の一例である圧電素子２４の詳細について説明する。
【００５８】
図８は、圧電素子２４の断面図である。圧電素子２４は、ヘッドチップ２のボディプレート２３にて支持されており、ヘッドチップ２側から、下部電極２４１、圧電薄膜２４２、上部電極２４３をこの順で積層して形成されている。
【００５９】
下部電極２４１は、複数の圧力室２３１に共通して設けられるコモン電極であり、厚みが例えば０．１μｍ程度の白金（Ｐｔ）からなる層で形成されている。なお、下部電極２４１は、Ｐｔ層とヘッドチップ２との間に、チタン（Ｔｉ）や酸化チタン（ＴｉＯｘ）からなる密着層を有していてもよい。
【００６０】
圧電薄膜２４２は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの強誘電体薄膜で構成されており、各圧力室２３１に対応して設けられている。圧電薄膜２４２の膜厚は、例えば１μｍ以上１０μｍ以下である。圧電薄膜２４２の成膜方法としては、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition ）などの化学的成膜法、スパッタ法やイオンプレーティング法といった物理的な方法、ゾルゲル法などの液相での成長法、印刷法など種々の方法を用いることができる。
【００６１】
上部電極２４３は、各圧力室２３１に対応して設けられる個別電極であり、厚みが例えば０．１μｍ程度の白金（Ｐｔ）からなる層で形成されている。なお、上部電極２４３は、Ｐｔ層と圧電薄膜２４２との間に密着層を有していてもよい。また、Ｐｔの代わりに、金（Ａｕ）を用いて上部電極２４３が形成されてもよい。
【００６２】
圧電素子２４は、駆動回路６０と接続部材４（図３参照）を介して接続されている。駆動回路６０は、圧電素子２４を制御する駆動制御部であり、圧電素子２４を駆動するための駆動信号を生成し、圧電素子２４に供給する。この駆動回路６０は、インクジェットヘッド１に設けられていてもよいし、インクジェットヘッド１の外部で、かつ、インクジェットプリンタ１００の内部に設けられ、インクジェットヘッド１の圧電素子２４と電気的に接続されていてもよい。駆動回路６０がインクジェットヘッド１に設けられている場合、その駆動回路６０を備えたインクジェットヘッド１のことを、インクジェット駆動装置と呼ぶことができる。また、駆動回路６０がインクジェットヘッド１の外部に設けられて圧電素子２４と接続されている場合、駆動回路６０およびインクジェットヘッド１を備えたインクジェットプリンタ１００のことを、インクジェット駆動装置と呼ぶことができる。
【００６３】
インクジェット駆動装置において、圧電素子２４は、駆動回路６０から供給される駆動信号に基づいて駆動される。すなわち、駆動回路６０から下部電極２４１および上部電極２４３に駆動信号（駆動電圧）を印加すると、圧電薄膜２４２が、下部電極２４１と上部電極２４３との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向に伸縮する。そして、圧電薄膜２４２と振動板２３３との長さの違いにより、振動板２３３に曲率が生じ、振動板２３３が厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。
【００６４】
したがって、圧力室２３１内にインクを収容しておけば、インクの吐出時には、上述した振動板２３３の振動により、圧力室２３１内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室２３１内のインクがノズル２１１からインク滴として外部に吐出される。一方、インクの非吐出時には、吐出時よりも振幅の小さい駆動信号が駆動回路６０にて生成されて圧電素子２４に供給され、上記駆動信号に基づく圧電素子２４の駆動により、ノズル２１１内のインクメニスカス（インクと空気との界面）が振動するが、その詳細については後述する。
【００６５】
〔循環流路部の位置について〕
次に、上述した循環流路部２１３の位置の詳細について説明する。図９は、図５のＥ部を拡大して示す断面図である。ノズル２１１における、圧力室２３１（図５参照）から最も離れた出口２１１ａでの孔の直径をＤ（μｍ）とする。なお、前記直径Ｄ（μｍ）としては例えば１０μｍ以上１２０μｍ以下のものが好ましく用いられるが、特に限定されないことは言うまでもない。また、出口２１１ａの孔を含む面（ノズル面２１４）に垂直な方向（ノズルプレート２１の厚み方向、インクの吐出方向）において、循環流路部２１３の最も出口２１１ａ側の位置と、出口２１１ａとの距離をＮ（μｍ）とする。このとき、本実施形態では、
Ｎ≦３．４７Ｄ      ・・・（１）
となるように距離Ｎと直径Ｄとが設定されている。すなわち、循環流路部２１３は、ノズルプレート２１において、条件式（１）を満足する位置に形成されている。なお、３．４７Ｄは、３．４７×Ｄを意味する。条件式（１）を満足することにより、循環流路部２１３が、ノズルプレート２１の厚み方向においてノズル２１１の出口２１１ａに近い配置となる。これにより、ノズル２１１内のインクを引き込んで、循環流路部２１３を介して循環させることが容易となる。
【００６６】
また、条件式（１）式を満たすことにより、図９に示す通り、圧力室２３１（図５参照）から循環流路部２１３に流れ込むインクと、引込時にノズル２１１近傍から循環流路部２１３に向かうインクとが接触する領域を増加させることができる。これにより、ノズル２１１近傍のインクは、圧力室２３１から循環流路部２１３を介して循環するインクの流れに吸い込まれるようにして引き込まれるため、ノズル２１１の出口２１１ａ近傍のインクの引き込みも容易となる。
【００６７】
上記の条件式（１）は、後述する条件式（２）が成立するための条件である。すなわち、条件式（２）の後述する下限値（０．１６Ｎ）が上限値（０．５５５Ｄ）以下であれば、条件式（２）が必ず成立する。０．１６Ｎ≦０．５５５Ｄより、Ｎ≦０．５５５Ｄ／０．１６＝３．４７Ｄとなり、条件式（１）が得られる。したがって、例えば、Ｄ＝１０μｍ、かつ、Ｎ＝４０μｍの場合など、条件式（１）を満足しない条件では、条件式（２）が成立しなくなるため（条件式（２）を満足する引込量Ｈが存在しなくなるため）、循環および後述するインクメニスカスの振動によるデキャップ効果（吐出速度の低下を抑える効果）が得られなくなる。
【００６８】
なお、後述する条件式（２）を満足するような引込量Ｈの制御を容易にする観点から、ＮおよびＤに関して、以下の条件式（１ａ）を満足することがより望ましく、以下の条件式（１ｂ）を満足することがさらに望ましい。すなわち、
Ｎ≦３．００Ｄ      ・・・（１ａ）
Ｎ≦２．００Ｄ      ・・・（１ｂ）
である。
【００６９】
なお、循環流路部２１３がノズルプレート２１の結合層２１ｂに面している場合、つまり、循環流路部２１３がノズルプレート２１のノズル支持層２１ｃに形成されて、結合層２１ｂの表面が循環流路部２１３の底面（ノズル２１１側の面）を形成している場合、上記の距離Ｎは、ノズルプレート２１のノズル層２１ａの厚さと結合層２１ｂの厚さとの和に等しい。また、循環流路部２１３がノズルプレート２１のノズル層２１ａに面している場合、つまり、循環流路部２１３がノズルプレート２１のノズル支持層２１ｃおよび結合層２１ｂに形成されて、ノズル層２１ａの表面が循環流路部２１３の底面を形成している場合、上記の距離Ｎは、そのノズル層２１ａの厚さに等しい。また、上記のノズル２１１は、ノズル径がインク吐出方向において一定の形状であるが、ノズル径は上記インク吐出方向において連続的または段階的に変化していてもよい。例えば、ノズル２１１は、ノズル径がインク吐出方向において２段階で変化する２段孔で形成されてもよい。
【００７０】
〔非吐出時のインクメニスカスの振動について〕
本願発明者は、ノズル近傍のインクの一部を循環流路部に引き込む観点から、圧力室から最も離れたノズル出口での孔の直径Ｄ（μｍ）に対して循環流路部の最もノズル出口側の位置と、ノズル出口との距離Ｎ（μｍ）とし、Ｎ≦３．４７Ｄを満たす場合においてインクの引き込み量を考慮した以下に詳述する所定の条件でインクメニスカスを振動させることで、ノズル出口近傍で乾燥を抑えきれずにインクが増粘した場合でも、そのインクをノズル内から排除できる可能性を高めて、上記インクに起因する吐出特性の低下を回避できることを見出した。以下においてインクメニスカスの振動について詳述する。
【００７１】
本実施形態では、駆動回路６０は、インクの非吐出時に、ノズル２１１の出口２１１ａから圧力室２３１側に、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、インクメニスカスを振動させる駆動信号を生成し、駆動素子としての圧電素子２４に上記駆動信号を印加する。なお、０．１６Ｎは、０．１６×Ｎを意味し、０．５５５Ｄは、０．５５５×Ｄを意味する。距離Ｄとしては、例えば１０μｍ以上３０μｍ以下の値を考えることができ、距離Ｎとしては、例えば１０μｍ以上２０μｍ以下の値を考えることができるが、これらの範囲内に限定されるわけではない。なお、インクの引込量の詳細については後述する。
【００７２】
図１０は、非吐出時にインクメニスカスを振動させず、吐出時にインクを吐出させる駆動信号（揺らしパルスなし）の一例を示しており、図１１は、非吐出時にインクメニスカスを振動させ、吐出時にインクを吐出させる駆動信号（揺らしパルスあり）の一例を示している。吐出時の駆動パルス（吐出パルス）の振幅を、電位差で例えば２５Ｖとした場合、非吐出時の駆動パルス（揺らしパルス）の振幅は、電位差で例えば５〜１０Ｖであり、吐出時の駆動パルスの振幅よりも小さい。このため、非吐出時には、インクを吐出させない程度に圧電素子２４を駆動して、ノズル２１１内のインクメニスカスを微振動させることができる。
【００７３】
図１０の駆動信号が圧電素子２４に供給されると、圧電素子２４は、非吐出時にはインクメニスカスを振動させないため、ノズル２１１内のインク（特に出口２１１ａの近傍のインク）の乾燥および増粘によってインクの吐出特性（例えば吐出速度）が低下するおそれがある。しかし、駆動回路６０が図１１に示す駆動信号を生成して圧電素子２４に供給することにより、圧電素子２４は、非吐出時においてインクメニスカスを振動させ、ノズル２１１内のインクを流動させるため、インクの乾燥および増粘をある程度抑えることができる。
【００７４】
また、図１２は、ノズル２１１の出口２１１ａの孔の直径Ｄが２０μｍ（距離Ｎは１０μｍ、Ｎ＝０．５Ｄ）である場合において、非吐出時にインクメニスカスを振動させるための電位（揺らし駆動電位）と、インクメニスカスの振動時の位置との関係を調べた結果を示している。なお、縦軸のインクメニスカス位置は、ノズル２１１の出口２１１ａから圧力室２３１側へのインクの引込量、または出口２１１ａから圧力室２３１とは反対側へのインクの突出量に対応している。インクメニスカスの引き込み位置は、ノズル２１１の内部にあり、外からの計測が困難なため、ここでは、インクメニスカスが、振動によって出口２１１ａから突出したときの突出量（突出位置）から、引込量（引き込み位置）をシミュレーションによって想定している。
【００７５】
揺らし駆動電位が０．１（×３１Ｖ）の場合、図１２より、突出量は１．３μｍであり、引込量は１．６μｍと想定している。また、図１２より、揺らし駆動電位が０．７（×３１Ｖ）でインクメニスカスの引き込みが最大となり、揺らし駆動電位が０．７（×３１Ｖ）を超えると、インクを引き込み過ぎてしまい、インクメニスカスが安定しないため、インクを吐出する際に吐出に影響を与える場合がある。また、揺らし駆動電位が０．８（×３１Ｖ）、つまり約２５Ｖになると、インクがノズル２１１から吐出される。
【００７６】
したがって、ノズル２１１の直径Ｄが２０μｍである場合、インクメニスカスを安定させつつ、インクを引き込むことによってノズル２１１の出口２１１ａ近傍で乾燥を抑えきれずにインクが増粘した場合でも、そのインクをノズル２１１内から排除して、上記インクに起因する吐出特性の低下を回避する観点から、揺らし駆動電位が０．１（×３１Ｖ）以上０．７（×３１Ｖ）以下であることが必要となる。このような揺らし駆動電位の範囲では、インクメニスカスの引込量は、図１２より、１．６μｍ以上１１．１μｍ以下となる。インクメニスカスの引込量１．６μｍは、直径Ｄ（２０μｍ）の０．０８倍であり、インクメニスカスの引込量１１．１μｍは、直径Ｄ（２０μｍ）の０．５５５倍であることから、Ｄ＝２０μｍの条件では、インクの引込量は、ノズル２１１の直径Ｄの０．０８倍以上０．５５５倍以下であることが望ましいと言える。
【００７７】
なお、インクメニスカスの引込量１．６μｍは、上述のように突出量１．３μｍに対応しており、この突出量１．３μｍは、ノズル２１１の直径Ｄの０．０６５倍である。また、図１２より、引込量１１．１μｍは、突出量２３．０μｍに対応しており、この突出量２３．０μｍは、直径Ｄの１．１５倍である。したがって、Ｄ＝２０μｍの条件では、インクメニスカスの出口２１１ａからの突出量が、ノズル２１１の出口２１１ａの直径Ｄの０．０６５倍以上１．１５倍以下であれば、上述した範囲のインク引込量（直径Ｄの０．０８倍以上０．５５５倍以下）を実現できると言える。
【００７８】
次に、直径Ｄおよび距離Ｎ（ノズル長）を変化させたときの、適切なインク引込量について検討する。図９に示すように、インクの引込量、すなわち、インクメニスカスの出口２１１ａからの距離を、Ｈ（μｍ）とする。ノズル２１１の直径Ｄを、１０μｍ、２０μｍ、２４μｍ、３０μｍと変化させた場合において、揺らし駆動電位の印加によるインク引込量Ｈをシミュレーションした結果と、そのときのインクの吐出状態について観察した結果とを、表１〜表８に示す。ただし、表１〜表４では、距離Ｎを１０μｍで一定としており、表５〜表８では、距離Ｎを２０μｍで一定としている。
【００７９】
【表１】
2017130695.tif 000003
【００８０】
【表２】
2017130695.tif 000004
【００８１】
【表３】
2017130695.tif 000005
【００８２】
【表４】
2017130695.tif 000006
【００８３】
【表５】
2017130695.tif 000007
【００８４】
【表６】
2017130695.tif 000008
【００８５】
【表７】
2017130695.tif 000009
【００８６】
【表８】
2017130695.tif 000010
【００８７】
非吐出時の揺らし駆動電位が低すぎると（０．１（×３１Ｖ）を下回ると）、インクの乾燥および増粘により、インクの吐出速度が基準範囲（例えば基準速度の±５％）から低下する。一方、非吐出時の揺らし駆動電位が高すぎると（０．７（×３１Ｖ）を上回ると）、インクメニスカスが不安定となってインクの吐出方向が不安定となり、インクの吐出不良が起こる。一方、揺らし駆動電位が上記の間の範囲では、インクの吐出状態は良好に保たれる。
【００８８】
図１３〜図１６は、表１〜表８の数値をもとに、直径Ｄ＝１０μｍ、２０μｍ、２４μｍ、３０μｍのそれぞれの場合において、距離Ｎとインクの引込量Ｈとの関係を座標平面上にプロットしたものである。なお、図中の“○”印は、インク吐出状態が良好な点を示し、“×”印は、インクの吐出速度が低下したり、吐出不良が生じる点を示している。これらの図より、インク吐出状態が良好となるような、引込量Ｈの好適な範囲の下限値（最小引込量）を示すＨｍｉｎは、直径Ｄの値に関係なく、ほぼＨｍｉｎ＝０．１６Ｎで表され、上限値（最大引込量）を示すＨｍａｘは、距離Ｎの値に関係なく、ほぼＨｍａｘ＝０．５５５Ｄで表されることがわかった。したがって、以上より、種々の直径Ｄおよび距離Ｎの組み合わせについて、インクの引込量Ｈが以下の条件式（２）を満足する範囲にあれば、インクの吐出状態を良好にできると考えることができる。
０．１６Ｎ≦Ｈ≦０．５５５Ｄ      ・・・（２）
【００８９】
なお、直径Ｄ＝１０μｍ、２０μｍ、２４μｍ、３０μｍのそれぞれの場合で、Ｈｍｉｎを共通化する目的で、Ｄ＝２０μｍ以外については、便宜的に、図面上で同じＮの値（例えばＮ＝２０μｍ）において隣り合う“○”印と“×”印との間の位置に、吐出状態の良好／不良の境界があるとして、Ｈｍｉｎを考えた。
【００９０】
以上の考察に基づき、本実施形態では、上述したように、駆動回路６０は、インクの非吐出時に、ノズル２１１の出口２１１ａから圧力室２３１側に、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、インクメニスカスを振動させる駆動信号を生成し、この駆動信号に基づいて駆動素子（圧電素子２４）を駆動するようにしている。
【００９１】
このように、インクの非吐出時に、ノズルの直径Ｄと距離Ｎとの関係を考慮して、つまり、ノズル２１１の出口２１１ａの孔の大きさと、循環流路部２１３の位置とを考慮して、所定の量（０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下）だけインクを引き込むことにより、インクの吐出特性（吐出速度）の低下を回避することができる。このことから、非吐出時に、ノズル２１１の出口２１１ａの近傍で乾燥を抑えきれずにインクが増粘した場合でも、その増粘したインクを引き込んで循環させ、ノズル２１１内から排除できている可能性が高いと言える。また、増粘したインクの循環により、粘度を調整して上記インクを再利用できるため、増粘したインクを吐き捨てるメンテナンスが不要となり、廃棄インクも大幅に減少する。
【００９２】
上記駆動信号に基づく圧電素子２４の挙動から、本実施形態のインクジェット駆動方法は、非吐出時に、圧電素子２４によって、ノズル２１１の出口２１１ａから圧力室２３１側に、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、インクメニスカスを振動させるとともに、少なくとも引き込んだインクの一部を循環流路部２１３に導くことにより、上記インクを循環流路部２１３を介して循環させる工程を含んでいると言える。
【００９３】
ここで、駆動回路６０は、図１１に示すように、非吐出時に、インクメニスカスを複数回振動させる駆動信号、つまり、複数の揺らしパルスを有する駆動信号を生成して、圧電素子２４に供給してもよい。この場合、非吐出時に、圧電素子２４が上記駆動信号に基づいてインクメニスカスを複数回振動させることにより、インクメニスカスの１回振動の場合よりも、ノズル２１１の出口２１１ａの近傍のインクの乾燥および増粘自体を確実に抑えることができ、吐出特性の大幅な低下を確実に回避することができる。
【００９４】
また、駆動回路６０は、図１１に示すように、インクの吐出直前にインクメニスカスを振動させる駆動信号を生成して、圧電素子２４に供給してもよい。なお、インクの吐出直前とは、インクの吐出パルスの印加時点よりも前であって、吐出パルスの印加周期を超えない期間を指す。圧電素子２４が上記駆動信号に基づいてインクの吐出直前にインクメニスカスを振動させることにより、吐出直前に、ノズル２１１の出口２１１ａの近傍の増粘したインクを循環流路部２１３に導いて排除する一方、圧力室２３１からの新鮮なインク、つまり、粘度が適切なインクをノズル２１１内に供給し、吐出時に、上記インクを吐出させることができる。これにより、吐出特性の低下を確実に回避することができる。
【００９５】
〔循環および振動の有無と、吐出速度との関係について〕
次に、循環および振動（揺らし）の有無と、吐出速度との関係について考察した結果を以下に示す。図１７は、循環および振動（揺らし）の有無による吐出速度の変化の違いを示している。なお、以下での説明において、循環量とは、非吐出時に循環流路部２１３を流れるインクの１秒あたりの流量を指し、吐出量とは、吐出時にノズル２１１から吐出されるインクの１秒あたりの吐出量（フル吐出量）を指す。例えば、１つのチャネル（１つのノズルに対応）を５０ｋＨｚの駆動信号で駆動し、１回の吐出において３．５ｐＬのインク滴を吐出する場合、１チャネルにおける１秒あたりの吐出量は、０．１７５μＬ（３．５ｐＬ×５０ｋＨｚ）となる。なお、本実施形態では、上記循環量をポンプ８２（図７参照）によって調整しているが、さらに水頭差を利用して循環量を調整してもよいことは言うまでもない。
【００９６】
図１７より、非吐出時にインクを循環させるだけでも、吐出速度の変動をある程度抑えることができるが（グラフａ４参照）、循環に加えて、揺らしを行う（インクメニスカスを振動させる）ことにより、吐出速度の変動を抑える効果が高いことがわかる（グラフａ１〜ａ３参照）。一方、非吐出時にインクを循環させず、揺らしを行うだけでは、吐出速度の変動を抑える効果が小さく（グラフａ５参照）、非吐出時にインクを循環させず、揺らしも行わない場合は、吐出速度の変動を抑えることができないことがわかる（グラフａ６参照）。
【００９７】
したがって、図１７からも、非吐出時に、揺らし（インクメニスカスの振動）と循環とを両方行うことによって、吐出速度の大幅な低下を回避できると言える。
【００９８】
また、図１８は、循環ありで、揺らし駆動電位を変化させたときの吐出速度の変化の違いを示している。なお、縦軸の吐出速度変化量は、基準吐出速度からの吐出速度の変化量（％）で示している。例えば、基準吐出速度が６ｍ／ｓであり、時間経過に伴って吐出速度が４．８ｍ／ｓに低下した場合、吐出速度変化量は、−２０％となる。
【００９９】
図１８より、揺らし駆動電位が０．０５（×３１Ｖ）以下では、吐出速度変化量の下限が、−１０％よりも小さくなるが（グラフｂ５〜ｂ７参照）、揺らし駆動電位が０．１（×３１Ｖ）以上では、吐出速度変化量の下限を−５％程度に抑えることができることがわかる（グラフｂ１〜ｂ４参照）。したがって、揺らし駆動電位が０．１（×３１Ｖ）以上であれば、すなわち、上記揺らし駆動電位に対応するインクメニスカスの引込量（１．６μｍ）がノズル２１１の直径Ｄの０．０８倍以上であれば、吐出速度の大幅な低下を抑えることができると言える。
【０１００】
また、図１９は、循環量の違いによる吐出速度の変化の違いを示している。なお、揺らし駆動電位は、いずれの循環量においても、０．３（×３１Ｖ）で共通とした。循環量が吐出量の０．００２５倍以上では、吐出速度変化量の下限を−５％程度に抑えることができ（グラフｃ１〜ｃ４参照）、循環なしでは、時間経過に伴って、吐出速度が４０％近く低下することがわかる（グラフｃ５参照）。したがって、吐出速度の大幅な低下を回避する観点では、循環量は吐出量の０．００２５倍以上であることが望ましいと言える。
【０１０１】
また、循環量が吐出量の０．０１倍を超えると、吐出速度が増加することがわかった（グラフｃ１・ｃ２参照）。これは、非吐出時の循環量が多くなると、ノズル近傍に存在する気泡や増粘したインクがより循環流路に流れ込みやすくなるため、吐出速度が増加したと考えられる。一方、ヘッドの大型化及び循環量を増加させるため、循環流路の大型化を行う際に生じる吐出効率の悪化を防止する観点から、循環量は吐出量の１倍以下であることが望ましいと言える。
【０１０２】
また、循環量が吐出量の０．０２５倍では、吐出速度の増加量を５％に抑えることができるが（グラフｃ２参照）、循環量が吐出量の０．０２５倍を超えると、吐出速度の増加量が５％を超えてしまい、吐出特性が大幅に低下することがわかる（グラフｃ１参照）。したがって、吐出特性の大幅な低下（吐出速度の大幅な増加）を確実に回避する観点では、循環量は吐出量の０．０２５倍以下であることが望ましいと言える。
【０１０３】
なお、本実施形態では、駆動素子として、圧電素子２４を用いた場合について説明したが、駆動素子として、圧力室内に気泡を発生させる発熱素子や、静電気力を利用して圧力室の容積を変動させる静電アクチュエータ等を用いてもよい。
【０１０４】
〔補足〕
図９では、インクの引込時に、インクメニスカスの端部がノズル２１１内に引き込まれない場合（ノズル２１１の出口２１１ａに位置している場合）において、その出口２１１ａからインクメニスカスの最上部（最も引き込まれるインクメニスカスの凹部先端）の位置までの、インク吐出方向（ノズルプレート２１の厚み方向）の距離を、インクの引込量Ｈ（μｍ）として定義した。図２０に示すように、インクの引込時に、インクメニスカスの端部がノズル２１１内に引き込まれる場合も想定されるが、この場合でも、インクメニスカスの凹部の先端を循環流路部に近づけるという本発明の特徴に鑑みると、インクの引込量Ｈについては、上記と同様の定義を用いることができる。すなわち、インクメニスカスの端部がノズル２１１内に引き込まれる場合であっても、ノズル２１１の出口２１１ａからインクメニスカスの最上部（最も引き込まれるインクメニスカスの凹部先端）の位置までの、インク吐出方向（ノズルプレート２１の厚み方向）の距離を、インクの引込量Ｈ（μｍ）として考えて、本実施形態と同様の構成や駆動方法を適用することができる。
【０１０５】
また、図２１は、インクジェットヘッド１のヘッドチップ２の他の構成を示す断面図である。同図に示すように、ヘッドチップ２は、図５で示した中間プレート２２およびノズル支持層２１ｃを省略し、ボディプレート２３の圧力室層２３ａに循環流路部２１３を設け、ボディプレート２３とノズルプレート２１とを直接接合した構成であってもよい。この構成では、循環流路部２１３は、圧力室２３１と直接連通しており、「圧力室２３１からノズル２１１に向かうインクの流路」からは分岐していない。しかし、圧力室２３１自体を、「ノズル２１１に向かうインクの流路」と考えれば、循環流路部２１３は、「ノズル２１１に向かうインク流路」から分岐するように設けられていると言える。このような構成であっても、本実施形態と同様に、ノズル２１１の出口２１１ａの大きさと循環流路部２１３の位置とを考慮して、インクの引込量Ｈを適切に設定することにより、増粘したインクをノズル２１１内から排除して、上記インクに起因する吐出特性の低下を回避することができる。また、本実施形態で説明したインクの引込量Ｈに関する設定や各種条件式は、中間プレート２２およびノズル支持層２１ｃを有さず、圧電体のせん断変形によってインクを吐出する、いわゆるせん断モードヘッドにも適用することが可能である。
【０１０６】
〔その他〕
以上で説明した本実施形態のインクジェット駆動装置および駆動方法は、以下のように表現することもでき、これによって以下の作用効果を奏する。
【０１０７】
本実施形態のインクジェット駆動装置は、インクを吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、前記インクを収容する圧力室と、前記ノズルに向かう前記インクの流路から分岐して設けられ、前記圧力室から排出されたインクを循環させるための流路を形成する循環流路部と、を有するヘッド基板と、前記ヘッド基板に支持され、吐出時には、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる一方、非吐出時には、前記ノズルにおけるインクメニスカスを振動させる駆動素子と、前記駆動素子を制御する駆動制御部と、を備え、前記ノズルにおける、前記圧力室から最も離れた出口での孔の直径をＤ（μｍ）とし、前記出口の孔を含む面に垂直な方向において、前記循環流路部の最も前記出口側の位置と、前記出口との距離をＮ（μｍ）としたとき、Ｎ≦３．４７Ｄを満たしており、前記駆動制御部は、前記非吐出時に、前記ノズルの前記出口から前記圧力室側に、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、前記インクメニスカスを振動させる駆動信号を生成し、前記駆動信号を前記駆動素子に印加する。
【０１０８】
上記のように、距離Ｎと直径Ｄとの関係を考慮して、つまり、ノズル出口の孔の大きさと循環流路部の位置とを考慮して、所定の量（距離）だけインクを引き込んでインクメニスカスを振動させることにより、ノズル出口近傍で乾燥を抑えきれずにインクが増粘した場合でも、増粘したインクを循環流路部に導いて、増粘したインクを少しでもノズル内から排除できる可能性を高めることができる。その結果、上記インクに起因する吐出特性の低下を回避することができる。また、Ｎ≦３．４７Ｄを満足すると、循環流路部の位置がノズル出口に近づくため、ノズル内のインクを引き込んで、循環流路部を介して循環させることが容易となる。
【０１０９】
本実施形態のインクジェット駆動方法は、以下の構成のインクジェット駆動装置を駆動する方法である。前記インクジェット駆動装置は、インクを吐出するノズルと、前記ノズルと連通し、前記インクを収容する圧力室と、前記ノズルに向かう前記インクの流路から分岐して設けられ、前記圧力室から排出されたインクを循環させるための流路を形成する循環流路部と、を有するヘッド基板と、前記ヘッド基板に支持され、吐出時には、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる一方、非吐出時には、前記ノズルにおけるインクメニスカスを振動させる駆動素子と、を備え、前記ノズルにおける、前記圧力室から最も離れた出口での孔の直径をＤ（μｍ）とし、前記出口の孔を含む面に垂直な方向において、前記循環流路部の最も前記出口側の位置と、前記出口との距離をＮ（μｍ）としたとき、Ｎ≦３．４７Ｄを満たしており、該駆動方法は、前記非吐出時に、前記駆動素子によって、前記ノズルの前記出口から前記圧力室側に、０.１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下の距離までインクを引き込んで、前記インクメニスカスを振動させるとともに、少なくとも引き込んだインクの一部を前記循環流路部に導くことにより、前記インクを前記循環流路部を介して循環させる工程を含んでいる。
【０１１０】
上記のように、距離Ｎと直径Ｄとの関係を考慮して、所定の量（距離）だけインクを引き込んでインクメニスカスを振動させる。そして、引き込んだインクの少なくとも一部を循環流路部に導くことにより、上記インクを循環流路部を介して循環させる。これにより、ノズル出口近傍で乾燥を抑えきれずにインクが増粘した場合でも、その増粘したインクを循環流路部に導いてノズル内から少しでも排除できる可能性を高めることができる。その結果、上記インクに起因する吐出特性の低下を回避することができる。また、Ｎ≦３．４７Ｄを満足すると、循環流路部の位置がノズル出口に近づくため、ノズル内のインクを引き込んで、循環流路部を介して循環させることが容易となる。
【０１１１】
上記駆動装置および上記駆動方法において、前記非吐出時に、前記循環流路部を流れるインクの１秒あたりの流量は、前記吐出時に、前記ノズルから吐出されるインクの１秒あたりの吐出量の０．００２５倍以上であることが望ましい。
【０１１２】
非吐出時の循環量が、吐出時の吐出量の０．００２５倍以上であれば、ノズル出口近傍で増粘したインクを循環流路部に導いて循環させ、ノズル内からほぼ排除することができる。これにより、吐出特性の大幅な低下を確実に回避することができる。例えば、吐出速度の低下を、基準速度の５％までの低下に抑えることができる。
【０１１３】
上記駆動装置および上記駆動方法において、前記非吐出時に、前記循環流路部を流れるインクの１秒あたりの流量は、前記吐出時に、前記ノズルから吐出されるインクの１秒あたりの吐出量の１倍以下であることが望ましい。
【０１１４】
非吐出時に、吐出時の吐出量の１倍を超える循環量を実現しようとすると、循環流路部を大型化する必要が生じ、ノズルを高密度に配置することが困難となる。循環量が吐出量の１倍以下であることにより、ノズルの高密度配置を容易に実現しながら、吐出特性の大幅な低下を回避することができる。
【０１１５】
上記駆動装置および上記駆動方法において、前記非吐出時に、前記循環流路部を流れるインクの１秒あたりの流量は、前記吐出時に、前記ノズルから吐出されるインクの１秒あたりの吐出量の０．０２５倍以下であることが望ましい。
【０１１６】
非吐出時の循環量が、吐出時の吐出量の０．０２５倍以下であれば、循環による吐出特性の変動を極力抑えて、吐出特性の低下を確実に回避することができる。
【０１１７】
上記駆動装置において、前記駆動制御部は、前記非吐出時に、前記インクメニスカスを複数回振動させる駆動信号を生成し、前記駆動素子に供給することが望ましい。また、上記駆動方法において、前記工程では、前記非吐出時に、前記インクメニスカスを複数回振動させることが望ましい。
【０１１８】
非吐出時に、駆動素子が上記駆動信号に基づいてインクメニスカスを複数回振動させることにより、非吐出時に、ノズル出口近傍のインクの乾燥および増粘自体を確実に抑えることができ、吐出特性の大幅な低下を確実に回避することができる。
【０１１９】
上記駆動装置において、前記駆動制御部は、インクの吐出直前に前記インクメニスカスを振動させる駆動信号を生成し、前記駆動素子に供給することが望ましい。また、上記駆動方法において、前記工程では、インクの吐出直前に前記インクメニスカスを振動させることが望ましい。
【０１２０】
駆動素子が上記駆動信号に基づいてインクの吐出直前にインクメニスカスを振動させることにより、吐出直前に、ノズル出口近傍の増粘したインクを循環流路部に導いて排除する一方、圧力室からの新鮮な（所定の粘度の）インクをノズル内に供給し、吐出時に、上記インクを吐出させることができる。これにより、吐出特性の低下を確実に回避することができる。
【０１２１】
前記駆動装置および前記駆動方法において、前記循環流路部は、前記圧力室から前記ノズルに向かう前記インクの流路から分岐して設けられていてもよい。この場合、圧力室からノズルに向かうインクの流路方向（例えばヘッド基板の厚み方向）のスペースを活用して循環流路部を形成できるため、循環流路部（循環流路）の容積を大きくすることが容易になる。
【０１２２】
前記駆動装置および前記駆動方法において、
Ｎ≦３．００Ｄ
を満たしていることが望ましい。この場合、循環流路部の位置がノズル出口により近づくため、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下となるようなインクの引込量の制御が容易になる。
【０１２３】
前記駆動装置および前記駆動方法において、
Ｎ≦２．００Ｄ
を満たしていることが望ましい。この場合、循環流路部の位置がノズル出口にさらに近づくため、０．１６Ｎ以上０．５５５Ｄ以下となるようなインクの引込量の制御がさらに容易になる。
【０１２４】
前記駆動装置および前記駆動方法において、非吐出時に、（ポンプによる）インクの循環と、（前記駆動素子による）インクメニスカスの振動（ノズルからのインクの引き込み）とを同時に行うことが望ましい（図１７のグラフａ１〜ａ３参照）。この場合、インクの増粘による吐出速度の大幅な低下を回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
本発明のインクジェット駆動装置および駆動方法は、インクジェットヘッドやインクジェットプリンタに利用可能である。
【符号の説明】
【０１２６】
１      インクジェットヘッド（インクジェット駆動装置）
２      ヘッドチップ（ヘッド基板）
２４      圧電素子（駆動素子）
６０      駆動回路（駆動制御部）
１００      インクジェットプリンタ（インクジェット駆動装置）
２１１      ノズル
２１１ａ    出口
２１３      循環流路部
２３１      圧力室
Ｄ      直径
Ｎ      距離
【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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【国際調査報告】
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