(57)【要約】      （修正有）【課題】追加の機構を設けることなく、小型、低コストで簡単な構成で、気泡や異物の除去、圧力変動の抑制および射出量制御を行い、駆動周波数の低下を抑え、耐久性を向上させることができるインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】インクジェットヘッド２１は、インク供給口４５およびノズル孔３２ａと連通する主室４１ａが形成されたボディ基板４１を備え、主室４１ａ内のインクをノズル孔３２ａから射出させる。主室４１ａが形成されたボディ基板４１には、主室４１ａとは独立して駆動される副室４１ｂと、主室４１ａと副室４１ｂとを連通する連通部４１ｃとが形成されている。副室４１ｂは、ボディ基板４１において、インク供給口４５から主室４１ａを介してノズル孔３２ａに向かうインクの流路の外側に位置している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク供給口およびノズル孔と連通する主室が形成された基板を備え、前記主室内のインクを前記ノズル孔から射出させるインクジェットヘッドであって、
前記主室が形成された前記基板には、
前記主室とは独立して駆動される副室と、
前記主室と前記副室とを連通する連通部とが形成されており、
前記副室は、前記基板において、前記インク供給口から前記主室を介して前記ノズル孔に向かうインクの流路の外側に位置していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記主室と前記副室とを独立して駆動する駆動部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記駆動部は、前記主室からのインクの非射出時に、前記副室を駆動することにより、前記主室と前記副室との間で前記連通部を介してインクを循環させることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記主室と前記副室とは、複数の前記連通部を介して連通していることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
複数の前記連通部は、流路抵抗が互いに異なり、
前記駆動部は、インクの引込または排出に対応するパルスの立ち上がりと立ち下がりとが時間軸方向において非対称な駆動信号に基づいて、前記副室を駆動することを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記駆動部は、前記主室からのインク射出時に、前記主室および前記副室を駆動することにより、前記主室からのインクの射出量を制御することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記駆動部は、互いに同位相または逆位相の駆動信号に基づいて、前記主室および前記副室をそれぞれ駆動することを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
該ヘッドの使用状態を示す入力信号に応じて前記副室の駆動信号を制御して、前記駆動部に供給する駆動回路をさらに備えていることを特徴とする請求項６または７に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記入力信号は、前記主室内のインク残量、該ヘッドの向き、該ヘッドを一方向に移動させながらインクを射出する際の移動加速度のいずれかを示す信号であることを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記連通部の流路抵抗は、前記インク供給口および前記ノズル孔の流路抵抗以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
前記主室は、前記基板に複数形成されており、
前記副室は、前記基板において、複数の前記主室に共通して形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
前記駆動部は、前記主室を駆動する第１の圧電素子と、前記副室を駆動する第２の圧電素子とで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを射出させることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項１４】
インク供給口と連通する主室と、
前記インク供給口から前記主室を介してノズル孔に向かうインクの流路の外側に位置して、前記主室と独立して駆動される副室と、
前記主室と前記副室とを連通する連通部とを、第１の基板に形成する工程と、
前記ノズル孔を有する第２の基板を、前記ノズル孔と前記主室とが連通するように前記第１の基板に貼り合わせる工程とを有していることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記第１の基板に、前記主室および前記副室を同時に形成することを特徴とする請求項１４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に形成された主室内のインクをノズル孔から射出させるインクジェットヘッドおよびその製造方法と、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体インクを射出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている。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、インクの射出を制御することにより、記録メディアに対して二次元の画像を出力することができる。インクの射出は、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。
【０００３】
圧電式のアクチュエータには、セラミックタイルのように焼成するバルク状の圧電体を用いたものと、基板に成膜する薄膜の圧電体（圧電薄膜）を用いたものとがあるが、これらは用途に応じて適切に選択される。圧電式のアクチュエータに用いられる圧電体には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ／Ｚｒ）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】
図１１は、従来の圧電式のアクチュエータを用いたインクジェットヘッド１００の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるａ−ａ’線矢視断面図とを併せて示したものである。インクジェットヘッド１００には、インクを射出する複数のチャネル１０１が２次元的に配置されている。このようなインクジェットヘッド１００は、大きく分けて、ボディ２０１と、ノズル２０２とで構成されている。
【０００５】
図１２は、インクジェットヘッド１００の１つのチャネル１０１の平面図と、その平面図におけるｂ−ｂ’線矢視断面図とを併せて示したものである。ボディ２０１は、大きく分けて、ボディ基板３０１と、アクチュエータ３０２とで構成されており、ノズル２０２は、液滴量を制御するノズル孔３０３ａを有するノズル基板３０３で構成されている。ボディ基板３０１の一方の面側にアクチュエータ３０２が配置されており、他方の面側にノズル基板３０３が配置されている。
【０００６】
ボディ基板３０１には、インクを収容する圧力室３０１ａが形成されている。圧力室３０１ａは、ノズル基板３０３のノズル孔３０３ａと連通している。アクチュエータ３０２は、変位しない従動板と、変位する圧電体の２層を少なくとも有している。より詳しくは、アクチュエータ３０２は、ボディ基板３０１側から順に、従動板４０１と、絶縁膜４０２と、下部電極４０３と、圧電体４０４と、上部電極４０５とを積層して構成されている。下部電極４０３および上部電極４０５は、駆動回路４０６と接続されている。
【０００７】
上記の構成において、下部電極４０３および上部電極４０５に駆動回路４０６から電圧を印加すると、圧電体４０４が厚さ方向に垂直な方向に伸縮する。そして、圧電体４０４と従動板４０１との長さの違いにより、従動板４０１に曲率が生じ、従動板４０１が厚さ方向に変位（湾曲）する。このようなアクチュエータ３０２の上下運動により、圧力室３０１ａ内のインクに圧力を加えて、ノズル孔３０３ａからインク滴を射出することができる。
【０００８】
上記の圧力室３０１ａは、アクチュエータ３０２に形成されたインク供給口３０２ａと連通しており、不図示のタンクからインク供給口３０２ａを介して圧力室３０１ａにインクが供給される。
【０００９】
このように、アクチュエータ３０２と、ボディ基板３０１に形成された圧力室３０１ａと、ノズル基板３０３に形成されたノズル孔３０３ａとを組み合わせることで、１つのチャネル１０１が構成される。そして、このチャネル１０１を縦横に並べることで、インクジェットヘッド１００が構成される。
【００１０】
〔気泡と異物について〕
ところで、圧力室内に気泡が存在していると、アクチュエータの力が圧力室内のインクに伝わらず、インクの射出不良が発生する。圧力室内に気泡が存在する原因としては、例えば以下のものが考えられる。
（ａ）圧力室に供給されるインク自体に気泡が混入している。
（ｂ）圧力室へのインク導入時に、圧力室内に気泡が残留している。
（ｃ）ノズル孔からインクを射出した後、圧力室内が負圧状態になるため、キャビテーション（空洞現象）により、インクに気泡が発生している。
【００１１】
また、圧力室内にゴミや凝集物などの異物が存在していると、異物がノズル孔に詰まり、インクの射出不良が発生する。圧力室内に異物が存在する原因としては、例えば以下のものが考えられる。
（ｄ）ヘッドの内部に、加工時や組立時に発生した異物が存在している。
（ｅ）圧力室に供給されるインク自体に異物が含まれている。
【００１２】
気泡や異物に対する対策としては、従来、以下の方法が提案されている。
（１−１）フィルタや中空糸を用いた脱気機構により、異物や気泡を除去する。
（１−２）流路内に振動部を設けて気泡による悪影響を低減する。例えば特許文献１では、圧力室の上流側に設けた振動部によりインク流動を生じさせ、これによって、圧力室の上流側の入口が気泡によって塞がれて吐出不良が生じるのを防止するようにしている。
（１−３）インクを循環して気泡や異物を排出する。例えば特許文献２では、流路溝を形成した流路基板にカバー基板を貼り合わせて、上記流路溝を圧力室としたものを２組用意し、それぞれの組の流路基板の背面（カバー基板とは反対側の面）同士を貼り合わせるとともに、連結流路を有する連結基板を各流路基板の端部に貼り合わせることにより、各圧力室と連結流路とを連結し、インク循環用の流路を形成している。
【００１３】
〔圧力変動と射出量制御について〕
圧力室に供給されるインクの圧力が変動すると、アクチュエータの力が一定でも、射出性能（インク射出量や射出速度）が変動する。インクの圧力の変動の原因としては、例えば以下のものが考えられる。
（ｆ）インクの残留量に応じてインクタンクの液面が変動することにより、供給されるインクの圧力が変動する。
（ｇ）紙面に対してヘッドを走査させて印字する方式では、走査時のヘッドの移動加速度やタンクからの距離により、供給されるインクの圧力が変動する。
（ｈ）用紙幅分の長さを持つヘッドを固定して並べ、円筒状のドラムに用紙を巻き付けて印字する方式では、ヘッドの取り付け角度により（下向き、横向きなど）、供給されるインクの圧力が変動する。
【００１４】
また、装置の仕様により、１画素の濃淡を制御することが必要な場合がある。例えば、画像を濃くする場合、太い線を描く場合、隣接するチャネルの液量が少ない場合には、インクの射出量を増やす必要がある。逆に、画像を薄くする場合、細い線を描く場合には、インクの射出量を減らす必要がある。
【００１５】
圧力変動の抑制や射出量制御に関しては、従来、以下の方法が提案されている。
（２−１）ポンプで圧力を加えたり、予備室で圧力を安定化する。
（２−２）１つの圧力室に複数の圧電素子を設けて、圧力室内の圧力を調整する（特許文献３参照）。
（２−３）駆動電圧を変える、射出回数を増減するなどの汎用的な方法。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平５−２９３９７１号公報（請求項１、段落〔００２９〕、〔００６６〕、〔００６７〕、図２等参照）
【特許文献２】特開２００７−１７５９２１号公報（段落〔００３４〕〜〔００４１〕、図３、図４等参照）
【特許文献３】特許第３００６５７７号公報（請求項１、段落〔００３４〕、〔００３５〕、図１、図２等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところが、気泡や異物の除去、および圧力変動の抑制や射出量制御に関して、上述した従来の対策では、以下の問題が生ずる。
【００１８】
（１−１、２−１について）
外部に脱気機構、ポンプ、予備室を設ける構成では、装置が大型化、高コスト化する。
【００１９】
（１−２について）
特許文献１では、振動部を圧力室と直列に設けているが、振動部が圧力室に対して上流側にあるため、下流側の圧力室内で発生し、蓄積した気泡については、何ら作用を及ぼすことができず、圧力室内の気泡を除去することはできない。
【００２０】
（１−３について）
特許文献２は、複数の基板（流路基板、連結基板）にまたがってインクを循環させる構成のため、構成が複雑で装置が大型化することが懸念される。
【００２１】
（２−２について）
特許文献３のように、１つの圧力室に複数の圧電素子を設ける構成では、圧力室の容積が増大するため、圧電素子の駆動周波数が低下する。つまり、運動方程式Ｆ＝ｍａの関係（Ｆ：物体に与える力、ｍ：物体の質量、ａ：物体に生じる加速度）より、圧力室の容積（上記のｍに相当）が増大すると、圧電素子によって生じる力（上記のＦに相当）が一定の場合には、圧力室内のインクが移動する際の加速度が低下する。このことは、圧電素子の駆動周波数が低下することと同じである。
【００２２】
（２−３について）
駆動電圧を高くしたり、射出回数を増やすと、ヘッドの耐久性が低下する。
【００２３】
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、その目的は、追加の機構を設けることなく、小型、低コストで簡単な構成で、気泡や異物の除去、圧力変動の抑制および射出量制御を行うことができるとともに、駆動周波数の低下を抑え、耐久性を向上させることができるインクジェットヘッドおよびその製造方法と、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の一側面に係るインクジェットヘッドは、インク供給口およびノズル孔と連通する主室が形成された基板を備え、前記主室内のインクを前記ノズル孔から射出させるインクジェットヘッドであって、前記主室が形成された前記基板には、前記主室とは独立して駆動される副室と、前記主室と前記副室とを連通する連通部とが形成されており、前記副室は、前記基板において、前記インク供給口から前記主室を介して前記ノズル孔に向かうインクの流路の外側に位置している。
【００２５】
基板には、主室と、副室と、これらを連通する連通部とが形成されており、副室は主室とは独立して駆動される。この構成では、例えば主室のみを駆動することにより、主室内のインクをノズル孔から射出することが可能となる。また、副室のみを駆動することにより、主室と副室との間で連通部を介してインクを循環させることが可能となり、主室内の気泡や異物を除去することが可能となる。特に、副室は、基板において、主室と直列ではなく（インク供給口から主室を介してノズル孔に向かうインクの流路中ではなく）、主室と並列に、つまり、上記インク流路の外側に位置しているため、主室で発生した気泡や異物、または主室に流入した気泡や異物を効果的に除去することができる。
【００２６】
また、例えば主室および副室を同時に駆動するとともに、副室の駆動を制御することにより、主室の圧力を一定にしたり（圧力変動を抑制したり）、ノズル孔からのインク射出量を制御することが可能となる。しかも、主室と副室との独立駆動により、駆動電圧を高くしたり、射出回数を増大させることなく、インクの射出量を制御できるので、ヘッドの耐久性を向上させることができる。
【００２７】
また、主室と副室とを直接連通するのではなく、連通部を介して連通しているため、連通部の流路抵抗によって、これらの部屋を実質的に分けることができる。そして、副室を設けることによって主室の容積が実質的に増大するのを抑えることができる。これにより、主室の駆動周波数が低下するのを抑えることができ、高速駆動を実現することができる。
【００２８】
また、上記の主室、副室、連通部は、同一の基板に形成されているため、インク循環や圧力変動抑制のための外部機構を別途追加する必要がなく、小型、低コスト、簡単な構成で、上述の効果を得ることができる。特に、同一基板内でインクの循環を実現できるため、複数の基板にまたがってインクを循環させる従来の構成に比べて、ヘッドの構成が確実に簡素となり、ヘッドの大型化も確実に回避できる。
【００２９】
上記のインクジェットヘッドは、前記主室と前記副室とを独立して駆動する駆動部を備えていてもよい。駆動部により、主室のみを駆動したり、副室のみを駆動したり、主室および副室を両方駆動することができるため、上述したインクの循環や、インク射出量の制御等を確実に行うことができる。
【００３０】
前記駆動部は、前記主室からのインクの非射出時に、前記副室を駆動することにより、前記主室と前記副室との間で前記連通部を介してインクを循環させてもよい。インクの非射出時に、副室を駆動してインクを循環させることにより、主室内の気泡や異物を除去することができる。
【００３１】
前記主室と前記副室とは、複数の前記連通部を介して連通していることが望ましい。この場合、一部の連通部を、主室から副室に向かうインクの流路として用い、残りの連通部を、副室から主室に向かうインクの流路として用いることができる。これにより、主室と副室との間でインクを確実に循環させることが可能となる。
【００３２】
複数の前記連通部は、流路抵抗が互いに異なり、前記駆動部は、インクの引込または排出に対応するパルスの立ち上がりと立ち下がりとが時間軸方向において非対称な駆動信号に基づいて、前記副室を駆動してもよい。この場合、各連通部を流れるインクの流量を、副室へのインクの引込時と副室からのインクの排出とで異ならせることができ、インクの引込と排出とのトータルでインクを循環させることができる。
【００３３】
前記駆動部は、前記主室からのインク射出時に、前記主室および前記副室を駆動することにより、前記主室からのインクの射出量を制御してもよい。この場合、駆動電圧を高くしたり、射出回数を増大させることなく、一画素の濃淡を出すことができるので、画質およびヘッドの耐久性を向上させることができる。
【００３４】
前記駆動部は、互いに同位相または逆位相の駆動信号に基づいて、前記主室および前記副室をそれぞれ駆動してもよい。この場合、主室および副室を同位相の駆動信号に基づいて駆動する場合と、逆位相の駆動信号に基づいて駆動する場合とで、インク射出量（射出されるインク滴の大きさ）を異ならせることができる。
【００３５】
前記インクジェットヘッドは、該ヘッドの使用状態を示す入力信号に応じて前記副室の駆動信号を制御して、前記駆動部に供給する駆動回路をさらに備えていてもよい。この場合、ヘッドの使用状態によらずに主室の圧力を一定にすることができるので、ヘッドの使用中はインクの射出量、射出速度、射出周期が安定し、画質が向上する。
【００３６】
前記入力信号は、前記主室内のインク残量、該ヘッドの向き、該ヘッドを一方向に移動させながらインクを射出する際の移動加速度のいずれかを示す信号であってもよい。この場合、インク残量、ヘッドの向き、移動加速度によらずに主室の圧力を一定にすることができる。
【００３７】
前記連通部の流路抵抗は、前記インク供給口および前記ノズル孔の流路抵抗以上であることが望ましい。この場合、主室と副室とを実質的に分離して、主室の駆動周波数が低下するのを確実に抑えることができる。
【００３８】
前記主室は、前記基板に複数形成されており、前記副室は、前記基板において、複数の前記主室に共通して形成されていてもよい。この場合、個々の主室に対応して副室を形成する場合に比べて、副室の容積が増大するため、インクの循環によって主室から除去した気泡や異物が共通の副室で拡散され、それらの除去が促進される。
【００３９】
前記駆動部は、前記主室を駆動する第１の圧電素子と、前記副室を駆動する第２の圧電素子とで構成されていてもよい。第１の圧電素子によって主室を駆動し、第２の圧電素子によって副室を駆動するため、主室および副室を独立して駆動する構成を確実に実現することができる。
【００４０】
本発明の他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを射出させる。上記インクジェットヘッドを備えた構成により、小型、低コストで高性能なインクジェットプリンタを実現することができる。
【００４１】
本発明のさらに他の側面に係るインクジェットヘッドの製造方法は、インク供給口と連通する主室と、前記インク供給口から前記主室を介してノズル孔に向かうインクの流路の外側に位置して、前記主室と独立して駆動される副室と、前記主室と前記副室とを連通する連通部とを、第１の基板に形成する工程と、前記ノズル孔を有する第２の基板を、前記ノズル孔と前記主室とが連通するように前記第１の基板に貼り合わせる工程とを有している。
【００４２】
上記の製造方法によれば、第１の基板には、主室と、副室と、これらを連通する連通部とが形成される。上記の主室は、インク供給口および第２の基板のノズル孔と連通している。第１の基板において、副室は、インク供給口から主室を介してノズル孔に向かうインクの流路の外側に位置して、主室とは独立して駆動されるので、主室および副室の駆動の仕方によって、インクの循環やインク射出量の制御等が可能となる。これにより、上記したインクジェットヘッドの構成による効果と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
前記第１の基板に、前記主室および前記副室を同時に形成することが望ましい。この場合、主室と副室とを順次形成する場合に比べて、工程数が減るため、製造コストを低減することができるとともに、主室および副室を位置精度よく形成することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、小型、低コストで簡単な構成で、気泡や異物の除去、圧力変動の抑制および射出量制御を行うことができるとともに、駆動周波数の低下を抑え、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【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説明図である。
【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１つのチャネルの概略の構成を示す平面図、およびその平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【図３】上記インクジェットヘッドにおけるインク射出時のヘッド内のインクの流れと、第１の圧電素子および第２の圧電素子の駆動波形とを示す説明図である。
【図４】上記インクジェットヘッドにおけるインク循環時のヘッド内のインクの流れと、上記第１の圧電素子および上記第２の圧電素子の駆動波形とを示す説明図である。
【図５】上記インクジェットヘッドにおける、インクの循環工程を含む動作の流れを示すフローチャートである。
【図６】上記インクジェットヘッドにおける、大液滴のインクを射出するときのヘッド内のインクの流れと、上記第１の圧電素子および上記第２の圧電素子の駆動波形とを示す説明図である。
【図７】上記インクジェットヘッドにおける、小液滴のインクを射出するときのヘッド内のインクの流れと、上記第１の圧電素子および上記第２の圧電素子の駆動波形とを示す説明図である。
【図８】上記インクジェットヘッドにおいて、使用状態に応じて副室を駆動するときの動作の流れを示すフローチャートである。
【図９】上記インクジェットヘッドの他の構成を示す平面図である。
【図１０】図２のインクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１１】従来のインクジェットヘッドの概略の構成を示す平面図、およびその平面図におけるａ−ａ’線矢視断面図である。
【図１２】上記インクジェットヘッドの１つのチャネルの平面図、およびその平面図におけるｂ−ｂ’線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
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。
【００４７】
〔インクジェットプリンタの構成〕
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２において、インクジェットヘッド２１が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
【００４８】
インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド部２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。
【００４９】
インクジェットヘッド部２は、インクジェットヘッド２１から記録媒体Ｐに向けてインクを射出させ、画像データに基づく画像形成（描画）を行うものであり、一方のバックロール５の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド２１の構成については後述する。
【００５０】
繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。
【００５１】
巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド部２によってインクが射出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。
【００５２】
各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド部２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。
【００５３】
中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６は、インクチューブ１０と接続され、各インクジェットヘッド２１におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド２１にインクを供給する。
【００５４】
送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。
【００５５】
定着機構９は、インクジェットヘッド部２によって記録媒体Ｐに射出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、射出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、射出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。
【００５６】
上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド部２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部２から記録媒体Ｐに対してインクが射出される。その後、記録媒体Ｐに射出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド部２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが射出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。
【００５７】
なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを射出し、画像を形成する方式である。
【００５８】
〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、インクジェットヘッド２１の構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド２１の１つのチャネル（インク射出部）２１ａの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示したものである。インクジェットヘッド２１は、大きく分けて、ボディ３１と、ノズル基板３２とで構成されている。ノズル基板３２は、射出するインクの液滴量を制御するためのノズル孔３２ａを有している。ノズル孔３２ａのサイズは、例えば直径５０μｍ、深さ５０μｍ（ノズル基板３２の厚さと同じ）である。
【００５９】
ボディ３１は、例えば厚さ５００μｍのシリコン基板からなるボディ基板４１上に、振動板４２および絶縁膜４３を介して駆動部４４を配置して構成されている。上記のノズル基板３２は、ボディ基板４１に対して駆動部４４の形成側とは反対側に貼り合わされている。振動板４２は、駆動部４４の駆動によって振動する従動膜であり、例えばボディ基板４１よりも薄いシリコン基板で構成されている。絶縁膜４３は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの熱酸化膜で構成されており、保護および絶縁の目的で設けられている。
【００６０】
ボディ基板４１には、主室４１ａと、副室４１ｂと、連通部４１ｃとが形成されている。上記の振動板４２は、主室４１ａ、副室４１ｂ、連通部４１ｃの上壁、すなわちノズル基板３２と対向する側の壁を構成している。
【００６１】
主室４１ａは、インク供給口４５およびノズル孔３２ａと連通しており、駆動部４４（後述する第１の圧電素子４４ａ）によって駆動されることにより、インク供給口４５から供給されたインクをノズル孔３２ａから射出させる。上記のインク供給口４５は、振動板４２および絶縁膜４３を貫通して形成されており、主室４１ａとは反対側の端部が上述のインクチューブ１０（図１参照）と接続されている。主室４１ａのサイズは、例えば直径５００μｍ、深さ５００μｍであり、インク供給口４５のサイズは、例えば直径５０μｍ、深さ５０μｍである。なお、主室４１ａの上記サイズについては、インク供給口４５の下部の空間を除いた残りの円柱形状の空間について示している。
【００６２】
副室４１ｂは、インク供給口４５から主室４１ａを介してノズル孔３２ａに向かうインクの流路の外側に、主室４１ａと並んで位置する空間であり、駆動部４４（後述する第２の圧電素子４４ｂ）により、主室４１ｂとは独立して駆動される。つまり、副室４１ｂは、上記インク流路中に（主室４１ａと直列に）位置しているのではなく、上記インク流路に対して主室４１ａと並列に位置している。副室４１ｂは、例えば円柱形状で形成されており、そのサイズは、例えば直径３００μｍ、深さ５００μｍである。
【００６３】
連通部４１ｃは、主室４１ａと副室４１ｂとを連通する通路であり、本実施形態では、並列に並ぶ２本の連通部４１ｃ１・４１ｃ２で主室４１ａと副室４１ｂとを連通している。連通部４１ｃ１のサイズは、例えば幅３０μｍ、深さ５００μｍ、長さ５０μｍである。また、連通部４１ｃ２のサイズは、例えば幅２０μｍ、深さ５００μｍ、長さ５０μｍである。なお、連通部４１ｃ１・４１ｃ２の幅とは、図２の平面図において、主室４１ａと副室４１ｂとを結ぶ連通方向に対して垂直方向の長さを指し、連通部４１ｃ１・４１ｃ２の長さとは、上記連通方向の長さを指す。なお、主室４１ａと副室４１ｂとは、３本以上の連通部４１ｃを介して連通していてもよい。
【００６４】
駆動部４４は、主室４１ａと副室４１ｂとを独立して駆動するものであり、本実施形態では、主室４１ａを駆動する第１の圧電素子４４ａと、副室４１ｂを駆動する第２の圧電素子４４ｂとで構成されている。なお、主室４１ａを駆動するとは、主室４１ａ内に正圧または負圧を与えることを言い、副室４１ｂを駆動するとは、副室４１ｂ内に正圧または負圧を与えることを言う。
【００６５】
第１の圧電素子４４ａは、下部電極５１ａ、圧電薄膜５２ａ、上部電極５３ａをボディ基板４１側からこの順で積層して構成されている。下部電極５１ａおよび上部電極５３ａは駆動回路４６と接続されており、駆動回路４６から供給される駆動電圧（駆動信号）に基づいて、第１の圧電素子４４ａが駆動される。
【００６６】
第２の圧電素子４４ｂは、下部電極５１ｂ、圧電薄膜５２ｂ、上部電極５３ｂをボディ基板４１側からこの順で積層して構成されている。下部電極５１ｂおよび上部電極５３ｂは駆動回路４６と接続されており、駆動回路４６から供給される駆動信号に基づいて第２の圧電素子４４ｂが駆動される。なお、駆動回路４６は、第１の圧電素子４４ａと第２の圧電素子４４ｂのそれぞれに対応して個別に設けられていてもよい。
【００６７】
上記した振動板４２、絶縁膜４３および駆動部４４（特に第１の圧電素子４４ａ）は、インクジェットヘッド２１のアクチュエータを構成している。
【００６８】
〔インク射出時の動作〕
図３は、インク射出時のヘッド内のインクの流れと、第１の圧電素子４４ａおよび第２の圧電素子４４ｂの駆動波形とを示している。駆動回路４６から第１の圧電素子４４ａに同図に示す矩形状の駆動信号を印加すると、第１の圧電素子４４ａの伸縮による振動板４２の上下方向の振動により、主室４１ａ内のインクに圧力が加えられ、上記インクがノズル孔３２ａから外部に射出される。なお、図３に示す第２の圧電素子４４ｂの駆動信号における駆動電圧は、基準電圧（電圧Ｖ３）のままで変化しないため、副室４１ｂは実質的に駆動されない。
【００６９】
第１の圧電素子４４ａの駆動信号においては、加減速の時間、すなわち、パルスの立ち上がりおよび立ち下がりの時間が短いため、連通部４１ｃで連通された副室４１ｂ内のインクはほとんど動かない。したがって、副室４ｂが無いときとほぼ同じ液滴量、速度、周波数でインクを射出することができる。つまり、インクの射出時は、上記のように第１の圧電素子４４ａによって主室４１ａを駆動することにより、主室４１ａ内のインクをノズル孔３２ａから射出させることができる。
【００７０】
ちなみに、第１の圧電素子４４ａの駆動信号の一例を挙げると、印加電圧：２０Ｖ（Ｖ１＝０Ｖ、Ｖ２＝２０Ｖ）、パルス幅：１０μｓｅｃ（ｔ２−ｔ１＝１０μｓｅｃ）、周波数：１０ｋＨｚ（ｔ３−ｔ１＝１００μｓｅｃ）である。
【００７１】
〔流路抵抗について〕
本実施形態では、２本の連通部４１ｃ１・４１ｃ２のサイズを上記のように設定しており、互いに幅が異なっている。このため、連通部４１ｃ１・４１ｃ２の流路抵抗は互いに異なることになる。
【００７２】
ここで、流路抵抗とは、連通部４１ｃ１・４１ｃ２を流れる物質（インク）の流れにくさを指す。つまり、連通部４１ｃ１・４１ｃ２の幅が小さくなるほど、または、流路の長さが長くなるほど、インクが流れにくくなるので、流路抵抗は大きくなる。また、連通部４１ｃ１・４１ｃ２の流路抵抗は、駆動部４４による主室４１ａまたは副室４１ｂ内の減圧または加圧の速度（容積変化率）に応じてそれぞれ変化し、減圧または加圧の速度が大きいほど（容積変化率が大きいほど）、流路抵抗は大きくなる。本実施形態では、減圧または加圧の速度の変化に対する流路抵抗の変化の割合（流路抵抗の変化率）は、連通部４１ｃ１・４１ｃ２で互いに異なっており、幅がより大きい連通部４１ｃ１のほうが、幅がより小さい連通部４１ｃ２よりも、流路抵抗の変化率が小さい（減圧または加圧の速度の変化に対する流路抵抗の変化が小さい）。
【００７３】
このため、副室４１ｂを駆動する第２の圧電素子４４ｂの駆動信号（駆動波形）を工夫することにより、主室４１ａと副室４１ｂとの間で、連通部４１ｃ１・４１ｃ２を介してインクを循環させることができる。以下、インク循環時の動作について説明する。
【００７４】
〔インク循環時の動作〕
図４は、インク循環時のヘッド内のインクの流れと、第１の圧電素子４４ａおよび第２の圧電素子４４ｂの駆動波形とを示している。インクの循環は、上記したインクの非射出時（例えばインク射出の前後）において、駆動回路４６が第２の圧電素子４４ｂに同図に示す三角波状の駆動信号を印加することで行われる。第２の圧電素子４４ｂは、上記駆動信号に基づいて副室４１ｂを駆動することになる。なお、図４に示す第１の圧電素子４４ａの駆動信号における駆動電圧は、基準電圧（電圧Ｖ１）のままで変化しないため、主室４１ａは実質的に駆動されない。
【００７５】
ここで、第２の圧電素子４４ｂの駆動信号（印加電圧、印加時間、周波数）は、インクの物性やアクチュエータの性能により異なるが、主室４１ａからインクが射出されない波形に設定されている。このような第２の圧電素子４４ｂの駆動信号の一例を挙げると、印加電圧：１０Ｖ（Ｖ３＝０Ｖ、Ｖ４＝１０Ｖ）、パルス幅：１００μｓｅｃ（ｔ２−ｔ１＝１００μｓｅｃ）、周波数：１ｋＨｚ（ｔ３−ｔ１＝１０００μｓｅｃ）である。
【００７６】
第２の圧電素子４４ｂに対する印加電圧を、時刻ｔ１からｔ２にかけてＶ３からＶ４まで増大させることにより、副室４１ｂの振動板４２が上方に凸となるように湾曲し、副室４１ｂ内に負圧が与えられるため、主室４１ａ内のインクが連通部４１ｃを介して副室４１ｂ内に引き込まれる。このとき、振動板４２の変形速度が遅いため、圧力変化は小さく、連通部４１ｃ１・４１ｃ２の流路抵抗の変化は小さい。このため、双方の連通部４１ｃ１・４１ｃ２よりインクが副室４１ｂに引き込まれる（このときの連通部４１ｃ１・４１ｃ２の流量比は例えば３：２）。
【００７７】
そして、第２の圧電素子４４ｂに対する印加電圧を、時刻ｔ２の時点でＶ３に下げることにより、副室４１ｂの振動板４２が元の位置に戻る。このとき、振動板４２の変形速度が速いため、連通部４１ｃ１・４１ｃ２の流路抵抗が変化し、連通部４１ｃ１・４１ｃ２間で、圧力変化による流速の差が大きくなる。その結果、副室４１ｂからは、幅が相対的に大きい連通部４１ｃ１を介して、より多くのインクが主室４１ａに排出される（このときの連通部４１ｃ１・４１ｃ２の流量比は例えば４：１）。
【００７８】
このように、副室４１ｂへのインクの引込時と、副室４１ｂからのインクの排出時とで、連通部４１ｃ１・４１ｃ２を流れるインクの流量が変化するため、１回のインクの引込と排出とを合わせてトータルで考えた場合、インクは、連通部４１ｃ２を通って主室４１ａから副室４１ｂに流れ、連通部４１ｃ１を通って副室４１ｂから主室４１ａに流れているとみなすことができる。したがって、この動作を周期的に繰り返すことにより、主室４１ａと副室４１ｂとの間でインクを循環させることができ、これによって、主室４１ａ内の気泡や異物を除去することができる。
【００７９】
上述したインクの循環動作は、例えば以下のタイミングで行うことができる。図５は、本実施形態のインクジェットヘッド２１における、インクの循環工程を含む動作の流れを示すフローチャートである。
【００８０】
まず、インクジェットプリンタ１の電源をＯＮにすると（Ｓ１）、上述したインク循環動作が行われ（Ｓ２）、続いて、印字枚数ＮをＮ＝１とし（Ｓ３）、上述したインク射出動作が行われる（Ｓ４）。その後、Ｎ＝Ｎ＋１とし（Ｓ５）、印字が最後のページまで終了したかどうかが制御部（図示せず）により判断される（Ｓ６）。Ｓ６にて、印字が終了している場合は、インク循環動作を再度行って（Ｓ７）、一連の動作を終了させる。
【００８１】
一方、Ｓ６にて、印字が終了していない場合は、ｎを自然数とし、Ａを所定枚数（例えば５０枚）として、印字枚数ＮがＮ＝ｎ・Ａであるか否かが判断される（Ｓ８）。Ｓ８にて、Ｎ＝ｎ・Ａでなければ（印字枚数が所定枚数に到達していなければ）、インク循環を行う必要はないとして、Ｓ４以降の動作を繰り返す。一方、Ｓ８にて、Ｎ＝ｎ・Ａである場合（印字枚数が所定枚数に到達した場合）、所定枚数の印字によって気泡や異物を取り除く必要であるとして、インク循環動作を行い（Ｓ９）、その後、Ｓ４以降の動作を繰り返す。
【００８２】
なお、印刷画像やノズル近傍をカメラで観察し、射出異常が発生していればインク循環を実施するようにしてもよい。
【００８３】
以上のように、駆動部４４（特に第２の圧電素子４４ｂ）が、インクの非射出時に副室４１ｂを駆動してインクを循環させることにより、主室４１ａ内の気泡や異物を除去することができる。これにより、気泡や異物に起因するインクの射出不良を低減することができる。
【００８４】
また、インクには色材として顔料が分散されている。時間が経過すると、顔料が沈降して、下層部のインクの粘度や比重などの物性が変化する。インクの物性が変化すると、インクの射出量や射出速度が変化して画像の品質が低下する。しかし、上記したインクの循環により、インクの顔料を拡散させることができるので、インク物性の変化による印字画質の低下も回避することができる。
【００８５】
また、主室４１ａと副室４１ｂとは、複数の連通部４１ｃ１・４１ｃ２を介して連通しているので、上記のように一方の連通部４１ｃ２を、主室４１ａから副室４１ｂに向かうインクの流路として用い、残りの連通部４１ｃ１を、副室４１ｂから主室４１ａに向かうインクの流路として用いることができる。これにより、主室４１ａと副室４１ｂとの間でインクを確実に循環させることが可能となる。
【００８６】
また、複数の連通部４１ｃ１・４１ｃ２は、流路抵抗が互いに異なり、第２の圧電素子４４ｂは、図４で示した駆動信号に基づいて副室４１ｂを駆動するので、各連通部４１ｃ１・４１ｃ２を流れるインクの流量を、副室４１ｂへのインクの引込時と、副室４１ｂからのインクの排出時とで異ならせることができる。これにより、インクの引込と排出とのトータルでインクを循環させることができる。
【００８７】
なお、インク循環時における第２の圧電素子４４ｂの駆動信号は、図４の三角波状の駆動信号に限定されるわけではなく、インクの引込と排出とで、連通部４１ｃ１・４１ｃ２の流路抵抗の変化によってインク流量が変化するような信号であればよい。つまり、上記駆動信号は、インクの引込または排出に対応するパルスの立ち上がりと立ち下がりとが時間軸方向において非対称な信号であればよく、パルスの立ち上がりと立ち下がりとの双方に傾斜がある三角波や、台形波であってもよい。
【００８８】
なお、以上では、インク循環時に、副室４１ｂのみを駆動しているが、さらに主室４１ａを駆動するようにしてもよい。この場合、インクの射出が行われないように、主室４１ａの駆動信号を制御する必要があるが、副室４１ｂに加えて主室４１ａを駆動することで、循環するインクの量が増大するため、主室４１ａ内の気泡や異物の除去を促進することができる。
【００８９】
なお、以上では、連通部４１ｃとして、２つの連通部４１ｃ１・４１ｃ２を設けてインクを循環させるようにしているが、インクの循環を実現するにあたっては、連通部４１ｃの数は３つ以上であってもよいし、１つであってもよい。連通部４１ｃが１つのみである場合でも、例えば、同じ連通部４１ｃの上方位置と下方位置とでインクの移動方向を変えることにより、インクを循環させることは可能である。
【００９０】
〔インクの射出量の制御について〕
駆動部４４は、主室４１ａからのインク射出時に、主室４１ａおよび副室４１ｂの両方を駆動してもよい。例えば、主室４１ａからのインク射出と同じタイミングで副室４１ｂを駆動することにより、主室４１ａ内の圧力を増減することができ、これによって主室４１ａからのインク射出量を制御することができる。
【００９１】
図６は、大液滴のインクを射出するときのヘッド内のインクの流れと、第１の圧電素子４４ａおよび第２の圧電素子４４ｂの駆動波形とを示している。同図のように、第２の圧電素子４４ｂは、第１の圧電素子４４ａの駆動信号と同位相の駆動信号に基づいて副室４１ｂを駆動すると、主室４１ａ内の圧力が上昇するため、インクの射出量を増大させることができる（大液滴のインクを射出できる）。
【００９２】
図７は、小液滴のインクを射出するときのヘッド内のインクの流れと、第１の圧電素子４４ａおよび第２の圧電素子４４ｂの駆動波形とを示している。同図のように、第２の圧電素子４４ｂは、第１の圧電素子４４ａの駆動信号と逆位相の駆動信号に基づいて副室４１ｂを駆動すると、主室４１ａ内の圧力が低下するため、インクの射出量を減少させることができる（小液滴のインクを射出できる）。
【００９３】
射出量制御の際の副室４１ｂの駆動波形の一例を挙げると、印加電圧：１０Ｖ（Ｖ３＝０Ｖ、Ｖ４＝１０Ｖ）、パルス幅：１０μｓｅｃ（ｔ２−ｔ１＝１０μｓｅｃ）、周波数：１０ｋＨｚ（ｔ３−ｔ１＝１００μｓｅｃ）である。
【００９４】
このように、駆動部４４（第１の圧電素子４４ａ、第２の圧電素子４４ｂ）が、主室４１ａおよび副室４１ｂの両方を駆動することにより、駆動電圧を高くしたり、射出回数を増大させることなく、インク射出量を制御することができる。これにより、ヘッドの耐久性を向上させることができる。また、インクの射出量を制御することにより、一画素の濃淡を出すことができるので、印字画像の画質も向上させることができる。
【００９５】
特に、駆動部４４が、互いに同位相または逆位相の駆動信号に基づいて、主室４１ａおよび副室４１ｂをそれぞれ駆動することにより、インク射出量（液滴の大きさ）を２段階で制御することができる。したがって、副室４１ｂを全く駆動しない図３の駆動も含めると、合計３段階でインク射出量を調整することができる。
【００９６】
〔圧力変動の抑制について〕
駆動回路４６は、インクジェットヘッド２１の使用状態を示す入力信号に応じて、副室４１ｂの駆動信号（例えば電圧や位相）を制御して、第２の圧電素子４４ｂに供給してもよい。ここで、上記入力信号としては、主室４１ａ内のインク残量、ヘッドの向き（ラインヘッド方式におけるヘッドの取付角度）、ヘッドを一方向に移動させながらインクを射出する際の移動加速度（シリアルヘッド方式における移動加速度）、などを示す信号を考えることができる。なお、インク残量、ヘッドの取付角度、ヘッドの移動時の加速度は、図示しないセンサで検知することができ、このセンサからの出力信号が、駆動回路４６に対する入力信号となる。
【００９７】
例えば、インク残量が少ない、ラインヘッド方式においてインクの射出方向が鉛直方向から傾いている、シリアルヘッド方式におけるヘッドの加減速、などが原因で、インク供給口４５の圧力が低下する場合には、第２の圧電素子４４ｂは、第１の圧電素子４４ａの駆動信号と同位相の駆動信号で副室４１ｂを駆動することにより、主室４１ａ内の圧力を上昇させる。逆に、インク残量が多いなど、インク供給口４５の圧力が上昇する場合には、第２の圧電素子４４ｂは、第１の圧電素子４４ａの駆動信号と逆位相の駆動信号で副室４１ｂを駆動することにより、主室４１ａ内の圧力を低下させる。このような副室４１ｂの駆動により、ヘッドの使用状態によらずに、主室４１ａ内の圧力をほぼ一定にすることができる。
【００９８】
図８は、本実施形態のインクジェットヘッド２１において、使用状態に応じて副室４１ｂを駆動するときの動作の流れを示すフローチャートである。まず、インクジェットプリンタ１の電源をＯＮにすると（Ｓ１１）、インク残量、ヘッドの向き、ヘッドの移動時の加速度などの情報が、図示しないセンサによって検知され、これらの検知信号がリアルタイムで駆動回路４６に出力される（Ｓ１２）。なお、ヘッドの向き（取付角度）は一定であり、使用途中で変化することはほとんどないため、一度検知されると、その後は同一の検知信号が駆動回路４６に出力される。また、インク残量およびヘッドの移動時の加速度については、画素の描画ごとにセンサにて検知され、その検知信号が駆動回路４６に出力される。
【００９９】
次に、駆動回路４６は、受信した検知信号（例えば信号の正負、大小）に基づいて、副室４１ｂの駆動波形（第２の圧電素子４４ｂの駆動信号の電圧と位相）とを決定する（Ｓ１３）。そして、駆動回路４６は、画像信号に応じた所望の駆動信号を第１の圧電素子４４ａに供給して、主室４１ａを駆動するとともに、Ｓ１３で決定した駆動信号を第２の圧電素子４４ｂに供給して副室４１ｂを駆動し、主室４１ａからインクを射出させる（Ｓ１４）。その後、印字が終了すれば処理が終了するが（Ｓ１５にてＹｅｓ）、印字が終了しなければ（Ｓ１５にてＮｏ）、Ｓ１２に戻ってそれ以降の動作が繰り返される。
【０１００】
以上のように、駆動回路４６は、ヘッドの使用状態を示す入力信号に応じて、副室４１ｂの駆動信号を制御して第２の圧電素子４４ｂに供給し、第２の圧電素子４４ｂを駆動するので、ヘッドの使用状態によらずに、主室４１ａの圧力を一定にすることができる。これにより、ヘッドの使用中において、インクの射出量、射出速度、射出周期を安定させることができ、画質を向上させることができる。
【０１０１】
特に、上記入力信号が、主室４１ａ内のインク残量、ヘッドの向き、ヘッドの移動加速度のいずれかを示す信号であるので、これらの状態によらずに、主室４１ａの圧力を一定にすることができる。
【０１０２】
〔まとめ〕
以上、本実施形態のインクジェットヘッド２１によれば、主室４１ａが形成されたボディ基板４１に、主室４１ａとは独立して駆動される副室４１ｂが形成されているので、上述したように、インクの循環、インクの射出量制御、主室４１ａの圧力変動の抑制を行うことができる。特に、副室４１ｂは、ボディ基板４１において、主室４１ａを流れるインク流路の外側に位置しているため、上記のインク循環により、主室４１ａで発生した気泡や異物、または主室４１ａに流入した気泡や異物を効果的に除去することができる。また、主室４１ａおよび副室４１ｂの独立駆動により、駆動電圧を高くしたり、射出回数を増大させることなく、インクの射出量を制御できるので、ヘッドの耐久性を向上させることができる。
【０１０３】
また、主室４１ａと副室４１ｂとが連通部４１ｃによって分けられるため、副室４１ｂを設けることによって主室４１ａの容積が実質的に増大するのを抑えることができる。これにより、主室４１ａの駆動周波数が低下するのを抑えることができ、高速駆動を実現することができる。
【０１０４】
ここで、インクジェットヘッド２１の１つのチャネル２１ａにおける主室４１ａ、副室４１ｂ、連通部４１ｃ、インク供給口４５、ノズル孔３２ａの上述したサイズより、連通部４１ｃの流路抵抗は、インク供給口４５およびノズル孔３２ａの流路抵抗以上となっている。このようにすることで、主室４１ａと副室４１ｂとを連通部４１ｃによって実質的に分離することが確実に可能となり、副室４１ｂを設けることによって主室４１ａの駆動周波数が低下するのを確実に抑えることができる。
【０１０５】
また、主室４１ａ、副室４１ｂおよび連通部４１ｃは、同一のボディ基板４１に形成されているため、同一基板内でのインクの循環を実現できる。これにより、ポンプなど、インク循環に必要な外部機構を別途追加する必要がない。また、圧力変動の抑制等についても外部機構を別途用いることなく行うことができる。これにより、小型、低コスト、簡単な構成で、上述の効果を得ることができる。そして、このようなインクジェットヘッド２１を用いることにより、小型、低コストで高性能なインクジェットプリンタ１を実現することができる。
【０１０６】
また、副室４１ｂは、ボディ基板４１において主室４１ａと並んでその近傍に設けられているため、インク循環等の際に大きな加圧力は不要であり、ヘッドや流路の故障が発生しにくいものとなる。また、副室４１ｂが主室４１ａの近傍に位置しているため、圧力のロスや応答時間の遅延が無く、制御の精度も向上する。
【０１０７】
また、本実施形態では、駆動部４４により、主室４１ａのみを駆動したり、副室４１ｂのみを駆動したり、主室４１ａおよび副室４１ｂを両方駆動することができるため、上述したインクの循環や、インク射出量の制御等を確実に行うことができる。特に、駆動部４４を、主室４１ａを駆動する第１の圧電素子４４ａと、副室４１ｂを駆動する第２の圧電素子４４ｂとで構成しており、主室４１ａおよび副室４１ｂの駆動手段を分けているため、主室４１ａと副室４１ｂとを確実に独立して駆動することができる。
【０１０８】
〔インクジェットヘッドの他の構成〕
図９は、インクジェットヘッド２１の他の構成を示す平面図である。同図に示すように、主室４１ａは、ボディ基板４１（図２参照）に複数形成されており、副室４１ｂは、ボディ基板４１において、複数の主室４１ａに共通して形成されていてもよい。つまり、１個の副室４１ｂが、複数の主室４１ａと連通部４１ｃを介して連通する構成であってもよい。
【０１０９】
この場合、個々の主室４１ａに対応して副室４１ｂを形成する場合に比べて、副室４１ｂの容積が増大する。そして、インクの循環によって主室４１ａから副室４１ｂに移動した気泡や異物が、容積の大きい副室４１ｂで拡散される。このため、循環によって副室４１ｂから主室４１ａに気泡や異物が戻りにくくなり、全体として主室４１ａ内の気泡や異物の除去が促進されることになる。
【０１１０】
〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図１０は、図２のインクジェットヘッド２１に対応するインクジェットヘッド９２の製造工程を示す断面図である。なお、図９のインクジェットヘッド２１についても、以下の製造方法を適用することができる。
【０１１１】
まず、基板６１を用意する。基板６１としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、ここでは、酸化膜６１ｂを介して２枚のＳｉ基板６１ａ（第１の基板）・６１ｃが接合されたＳＯＩ構造のものを用いている。なお、Ｓｉ基板６１ａ・６１ｃは、図２のボディ基板４１および振動板４２にそれぞれ対応している。基板６１の厚みは、規格等で決められており、直径６インチサイズの場合、厚さは６００μｍ程度である。
【０１１２】
次に、基板６１を加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、Ｓｉ基板６１ａ・６１ｃの表面にＳｉＯ２からなる熱酸化膜６２ａ・６２ｂをそれぞれ形成する。なお、Ｓｉ基板６１ｃの表面の熱酸化膜６２ｂは、図２の絶縁膜４３に対応する。その後、熱酸化膜６２ｂ上に、チタンおよび白金の各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極６３形成する。なお、下部電極６３は、図２の下部電極５１ａ・５１ｂを共通にした電極に相当している。この下部電極６３は、下部電極５１ａ・５１ｂの個々に対応するようにパターニングされてもよい。
【０１１３】
続いて、基板６１を６００℃程度に再加熱し、圧電体としてのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の層６４ａをスパッタ法で成膜する。そして、層６４ａの上に感光性樹脂７１をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングする。これにより、感光性樹脂７１の不要な部分を除去し、形成する圧電層６４の形状を転写する。その後、パターニングされた感光性樹脂７１をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層６４ａの不要な部分を除去する。これにより、下部電極６３上に、図２の圧電薄膜５２ａに対応する圧電層６４と、圧電薄膜５２ｂに対応する圧電層６４とが同時に形成される。
【０１１４】
次に、圧電層６４を覆うように、下部電極６３上にチタン、白金層をスパッタ法で順に成膜し、層６５ａを形成する。続いて、層６５ａ上に感光性樹脂７２をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングする。これにより、感光性樹脂７２の不要な部分を除去し、形成する上部電極６５の形状を転写する。その後、感光性樹脂７２をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層６５ａの不要な部分を除去する。これにより、圧電層６４上に、図２の上部電極５３ａに対応する上部電極６５と、上部電極５３ｂに対応する上部電極６５とが形成される。そして、後述する主室８１を駆動する第１の圧電素子６６ａと、副室８２を駆動する第２の圧電素子６６ｂとが形成される。なお、第１の圧電素子６６ａおよび第２の圧電素子６６ｂは、図２の第１の圧電素子４４ａおよび第２の圧電素子４４ｂにそれぞれ対応して駆動部を構成する。
【０１１５】
次に、基板６１の裏面に感光性樹脂７３をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂７３の不要な部分を除去し、形成しようとする主室８１、副室８２および連通部の形状を転写する。そして、感光性樹脂７３をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板６１の除去加工を行い、主室８１、副室８２および連通部を形成する。なお、主室８１、副室８２および連通部は、図２の主室４１ａ、副室４１ｂおよび連通部４１ｃにそれぞれ対応している。
【０１１６】
次に、主室８１の端部上方の下部電極６３、熱酸化膜６２ｂ、Ｓｉ基板６１ｃをエッチングし、これらを貫通して主室８１と連通するインク供給口６７を形成する。その後、基板６１の裏面側の熱酸化膜６２ａを除去し、接着剤、または中間ガラスを介した陽極接合により、基板６１とノズルプレート９１（第２の基板）とを貼り合わせる。このとき、基板６１の主室８１と、ノズルプレート９１のノズル孔９１ａとが連通するように貼り合わせる。これにより、インクジェットヘッド９２が完成する。なお、インク供給口６７、ノズルプレート９１およびノズル孔９１ａは、図２のインク供給口４５、ノズル基板３２およびノズル孔３２ａにそれぞれ対応する。
【０１１７】
上記の製造方法により、同一の基板６１に、主室８１、副室８２および連通部が形成される。基板６１において、副室８２は、インク供給口６６から主室８１を介してノズル孔９１ａに向かうインクの流路の外側に位置しており、主室８１とは独立して駆動されるので、上述した同一基板内でのインクの循環やインク射出量の制御等が可能となる。これにより、上記したインクジェットヘッド２１の構成による効果と同様の効果を得ることができる。
【０１１８】
また、基板６１（特にＳｉ基板６１ａ）に、主室８１および副室８２を同時に形成することにより、これらを別々の工程で順次形成する場合に比べて、工程数が減るため、製造コストを低減でき、また、主室８１および副室８２を位置精度よく形成することができる。
【０１１９】
また、主室８１に対応する圧電層６４と、副室８２に対応する圧電層６４についても、これらを同時に形成しているので、これらを位置精度よく形成することができる。同様に、主室８１に対応する上部電極６５と、副室８２に対応する上部電極６５とを同時に形成しているので、これらを位置精度よく形成することができる。
【０１２０】
〔その他〕
本実施形態では、複数の連通部４１ｃ１・４１ｃ２の幅を異ならせることによって、流路抵抗を互いに異ならせているが、例えば連通部４１ｃ１・４１ｃ２の形成位置を工夫して連通方向の長さを異ならせたり、一方の連通部４１ｃ２にフィルタなどの障害物を配置したり、可動弁を配置することにより、流路抵抗を互いに異ならせるようにしてもよい。
【０１２１】
本実施形態では、少なくとも、印字を開始する直前および全ての印字を終了した後にインクを循環し、これに加えて、印字枚数が所定枚数に到達したときにも（所定枚数の印字終了後で次の用紙の印字の開始前の非印字区間でも）インクを循環させているが、１枚の用紙内の非印字画素区間でインクを循環させてもよい。
【０１２２】
本実施形態では、圧電式のアクチュエータを用いた場合について説明したが、その他、静電方式、電磁方式、熱変形などの他の方式のアクチュエータを用いた場合でも、本実施形態の駆動方法を適用して、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタに利用可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１      インクジェットプリンタ
２１      インクジェットヘッド
３２ａ    ノズル孔
４１      ボディ基板
４１ａ    主室
４１ｂ    副室
４１ｃ    連通部
４１ｃ１    連通部
４１ｃ２    連通部
４４      駆動部
４４ａ    第１の圧電素子
４４ｂ    第２の圧電素子
４５      インク供給口
４６      駆動回路
６１ａ    Ｓｉ基板（第１の基板）
６７      インク供給口
８１      主室
８２      副室
９１      ノズルプレート（第２の基板）
９１ａ    ノズル孔
９２      インクジェットヘッド
【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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