(57)【要約】【課題】従来と比べて簡素な構成で圧力室内の気泡の発生を抑制することが可能な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１０は、インクを貯留する圧力室２８ａを内部に形成する基板２０と、伸縮して圧力室２８ａの壁面を振動させることで、圧力室２８ａ内の圧力を変化させるための射出用圧電素子４０ａと、伸縮して圧力室２８ａの壁面を振動させることで、圧力室２８ａ内の圧力を変化させるための制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃと、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを駆動するための制御装置とを備える。当該制御装置は、射出用圧電素子４０ａを駆動して、圧力室２８ａを加圧することによってインクを射出させ、圧力室２８ａ内のインクを射出してから、圧力室２８ａにおける振動部分の共振周期の２分の１が経過した後に、圧力室２８ａ内の負圧を緩和するように制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを駆動する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを貯留する圧力室を内部に形成する基板と、
伸縮して前記圧力室の壁面を振動させることで、前記圧力室内の圧力を変化させるための第１圧電素子と、
伸縮して前記圧力室の壁面を振動させることで、前記圧力室内の圧力を変化させるための第２圧電素子と、
前記第１圧電素子および前記第２圧電素子を駆動するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記第１圧電素子を駆動して、前記圧力室を加圧することによってインクを射出させ、
前記圧力室内のインクを射出してから、当該圧力室における振動部分の共振周期の２分の１が経過した後に、当該圧力室内の負圧を緩和するように前記第２圧電素子を駆動する、インクジェットヘッド。
【請求項２】
前記第１圧電素子および前記第２圧電素子の駆動周期は、３０ｋＨ以上ある、請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記基板は、前記圧力室にまたがるように延在する振動層を含み、
前記第１圧電素子および前記第２圧電素子は、前記圧力室に対応するように前記振動層に設けられ、
前記制御装置は、
前記第１圧電素子を駆動して前記振動層を振動させることによって前記圧力室を加圧してインクを射出させ、
当該インクを射出してから前記振動層と前記インクとを合わせた系の共振周期の２分の１が経過した後に、当該圧力室内の負圧を緩和するように対応する前記第２圧電素子を駆動する、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記基板は、前記圧力室にまたがるように延在し、互いに対向するように設けられている、第１振動層および第２振動層を含み、
前記第１圧電素子は、前記圧力室に対応するように前記第１振動層に設けられ、
前記第２圧電素子は、前記圧力室に対応するように前記第２振動層に設けられ、
前記制御装置は、
前記第１圧電素子を駆動して前記第１振動層を振動させることによって前記圧力室を加圧してインクを射出させ、
当該インクを射出してから前記第１振動層と前記第２振動層と前記インクとを合わせた系の共振周期の２分の１が経過した後に、当該圧力室内の負圧を緩和するように対応する前記第２圧電素子を駆動する、請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記第１振動層の厚みと前記第２振動層の厚みとは、互いに異なる、請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記制御装置は、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子の少なくとも一方に印可する電圧の大きさに応じて、前記圧力室から射出されるインクの量を調整する、請求項３〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項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で印刷を行なう、インクジェットプリンタ。
【請求項８】
インクジェットヘッドの制御方法であって、
前記インクジェットヘッドは、
インクを貯留する圧力室を内部に形成する基板と、
伸縮して前記圧力室の壁面を振動させることで、前記圧力室内の圧力を変化させるための第１圧電素子と、
伸縮して前記圧力室の壁面を振動させることで、前記圧力室内の圧力を変化させるための第２圧電素子とを備え、
前記制御方法は、
前記第１圧電素子を駆動して、前記圧力室を加圧することによってインクを射出させるステップと、
前記圧力室内のインクを射出してから、当該圧力室における振動部分の共振周期の２分の１が経過した後に、当該圧力室内の負圧を緩和するように前記第２圧電素子を駆動するステップとを備える、制御方法。
【請求項９】
前記制御方法は、前記第１圧電素子を駆動してインクを射出させる前に、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子を駆動して前記圧力室内のインクに対して圧力変動を生じさせるステップをさらに備える、請求項８に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、インクを射出するインクジェットヘッド、その制御方法、およびインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
用紙や布などの記録媒体を相対的に移動させながら適切なタイミングでインクを記録媒体に射出するインクジェットプリンタが知られている。インクを射出する方式としては、圧電アクチュエーター、静電アクチュエーターまたは熱変形を利用したアクチュエーターなどの各種アクチュエーターによる圧力式や、熱により気泡を発生させる熱式などが知られている。インクは、インクジェットプリンタに備えられるインクジェットヘッドから射出される。
【０００３】
インクジェットヘッドに関し、たとえば、特開平７−３０４１７１号公報（特許文献１）は、「安定した液滴の噴射を可能にする」インク噴射装置を開示している。特開２０１４−０５４８１６号公報（特許文献２）は、「個別液室から共通液室への圧力変動の伝播を抑制することを目的とする」液体吐出ヘッドを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３０４１７１号公報
【特許文献２】特開２０１４−０５４８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インクジェットヘッドは、インク供給源から供給されたインクが共通室から各圧力室に分配されて射出孔に至るように構成されている。インクジェットヘッドは、アクチュエーターなどにより圧力室を加圧することで、インクを射出口から射出する。インクの射出後には、圧力室内が負圧状態になる所謂キャビテーション（空洞現象）により圧力室内に気泡が生じることがある。
【０００６】
気泡の発生頻度は、インクの物性、圧力室の体積、負圧の大きさ、負圧の変動速度などにより決まる。より具体的には、圧力室内の圧力がインクの飽和蒸気圧よりも小さくなる場合には、微小な気泡の核が発生し、この核が気泡に成長する。たとえば、水系インクの主成分である水の飽和蒸気圧は、室温の２５℃の条件下で約２４ｍｍＨｇ（０．０３ａｔｍ，３ｋＰａ）であり、圧力室内の圧力がこの値より小さくなると、気泡が発生する。気泡が圧力室に存在すると、ノズル詰まりや圧力損失によりインクが射出されず、画像不良が生じる。
【０００７】
業務用のインクジェットプリンタにあっては、近年、高速化および高解像度化が進んでいる。これらの実現にはアクチュエーターの高出力化が必要となる。インクジェットプリンタを高速化すると、インクジェットヘッドの駆動周波数が高くなり、圧力の変動が大きくなる。また、射出されたインクを記録媒体上で早く乾燥させるためには、インクの粘度を高くすることが望ましく、これによりインクを射出するために必要な圧力も大きくなる。
【０００８】
インクジェットプリンタを高解像度化すると、インクの液滴量が少なくなり、インクを射出するために必要な圧力が大きくなる。また、高解像度化するためには、一台のインクジェットプリンタに多くのチャネルが必要となり、チャネルの小型化が必要となる。小型化により圧力室の容積が小さくなると、圧力室内の体積変動率が大きくなる。
【０００９】
このように高速化、高解像度化が要求されるインクジェットプリンタにおいては、気泡の発生頻度が高くなり、高速化、高解像度化を実現するためには、キャビテーションによる圧力室内での気泡の発生を抑制することが大きな課題である。
【００１０】
特許文献１に開示されるインク噴射装置は、弾性係数の低い材料を圧力室内に設けることにより、圧力室内に生じる負圧を吸収する。これにより、当該インク噴射装置は、気泡の発生を抑制する。しかしながら、このような物性を利用した負圧の緩和では、特定の環境下でしか気泡を抑制することができない。また、気泡の発生を抑制するための材料を設ける必要があるため、構成が複雑となる。特許文献２に開示される液体吐出ヘッドについても同様のことがいえる。
【００１１】
本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、従来と比べて簡素な構成で圧力室内の気泡の発生を抑制することが可能なインクジェットヘッドを提供することである。他の局面における目的は、従来と比べて簡素な構成で圧力室内の気泡の発生を抑制することが可能なインクジェットプリンタを提供することである。さらに他の局面における目的は、従来と比べて簡素な構成で圧力室内の気泡の発生を抑制することが可能なインクジェットヘッドの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施の形態に従うと、インクジェットヘッドは、インクを貯留する圧力室を内部に形成する基板と、伸縮して圧力室の壁面を振動させることで、圧力室内の圧力を変化させるための第１圧電素子と、伸縮して圧力室の壁面を振動させることで、圧力室内の圧力を変化させるための第２圧電素子と、第１圧電素子および第２圧電素子を駆動するための制御装置とを備える。制御装置は、第１圧電素子を駆動して、圧力室を加圧することによってインクを射出させ、圧力室内のインクを射出してから、当該圧力室における振動部分の共振周期の２分の１が経過した後に、当該圧力室内の負圧を緩和するように第２圧電素子を駆動する。
【００１３】
好ましくは、第１圧電素子および第２圧電素子の駆動周期は、３０ｋＨ以上ある。
好ましくは、基板は、圧力室にまたがるように延在する振動層を含む。第１圧電素子および第２圧電素子は、圧力室に対応するように振動層に設けられている。制御装置は、第１圧電素子を駆動して振動層を振動させることによって圧力室を加圧してインクを射出させ、当該インクを射出してから振動層とインクとを合わせた系の共振周期の２分の１が経過した後に、当該圧力室内の負圧を緩和するように対応する第２圧電素子を駆動する。
【００１４】
好ましくは、基板は、圧力室にまたがるように延在し、互いに対向するように設けられている、第１振動層および第２振動層を含む。第１圧電素子は、圧力室に対応するように第１振動層に設けられている。第２圧電素子は、圧力室に対応するように第２振動層に設けられている。制御装置は、第１圧電素子を駆動して第１振動層を振動させることによって圧力室を加圧してインクを射出させ、当該インクを射出してから第１振動層と第２振動層とインクとを合わせた系の共振周期の２分の１が経過した後に、当該圧力室内の負圧を緩和するように対応する第２圧電素子を駆動する。
【００１５】
好ましくは、第１振動層の厚みと第２振動層の厚みとは、互いに異なる。
好ましくは、制御装置は、第１圧電素子および第２圧電素子の少なくとも一方に印可する電圧の大きさに応じて、圧力室から射出されるインクの量を調整する。
【００１６】
好ましくは、インクジェットプリンタは、上記インクジェットヘッドを備え、上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で印刷を行なう。
【００１７】
他の局面に従うと、上記インクジェットヘッドの制御方法が提供される。インクジェットヘッドは、インクを貯留する圧力室を内部に形成する基板と、伸縮して圧力室の壁面を振動させることで、圧力室内の圧力を変化させるための第１圧電素子と、伸縮して圧力室の壁面を振動させることで、圧力室内の圧力を変化させるための第２圧電素子とを備える。制御方法は、第１圧電素子を駆動して、圧力室を加圧することによってインクを射出させるステップと、圧力室内のインクを射出してから、当該圧力室における振動部分の共振周期の２分の１が経過した後に、当該圧力室内の負圧を緩和するように第２圧電素子を駆動するステップとを備える。
【００１８】
好ましくは、制御方法は、第１圧電素子を駆動してインクを射出させる前に、第１圧電素子および第２圧電素子を駆動して圧力室内のインクに対して圧力変動を生じさせるステップをさらに備える。
【発明の効果】
【００１９】
ある局面において、従来と比べて簡素な構成で圧力室内の気泡の発生を抑制することができる。
【００２０】
本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１に従うインクジェットプリンタを模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの上面図である。
【図３】図２に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】実施の形態１に従うインクジェットヘッドに形成されるインクの流路を示す図である。
【図５】実施の形態１に従うインクジェットヘッドに形成される１つのチャネルを模式的に示す図である。
【図６】図５に示されるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】図５に示されるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの圧力室の変形挙動を時系列で示した図である。
【図９】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの制御態様の一例を示す図である。
【図１０】比較例に従うインクジェットヘッドに形成される１つのチャネルを模式的に示す図である。
【図１１】図１０に示されるＸＩ−ＸＩ線に沿ったインクジェットヘッド１０Ｘの断面図である。
【図１２】比較例に従うインクジェットヘッドの制御態様の一例を示す図である。
【図１３】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの機能ブロックを示す図である。
【図１４】実施の形態１に従うインクジェットヘッドが実行する処理の一部を表わすフローチャートである。
【図１５】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの製造工程の第１工程を示す図である。
【図１６】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの製造工程の第２工程を示す図である。
【図１７】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの製造工程の第３工程を示す図である。
【図１８】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの製造工程の第４工程を示す図である。
【図１９】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの製造工程の第５工程を示す図である。
【図２０】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの製造工程の第６工程を示す図である。
【図２１】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの製造工程の第７工程を示す図である。
【図２２】実施の形態１に従うインクジェットヘッドの製造工程の第８工程を示す図である。
【図２３】実施の形態２に従うインクジェットヘッドの断面図を示す図である。
【図２４】実施の形態２に従うインクジェットヘッドの圧力室の変形挙動を時系列で示した図である。
【図２５】実施の形態２に従うインクジェットヘッドの制御態様の一例を示す図である。
【図２６】実施の形態２に従うインクジェットヘッドの製造工程の第１工程を示す図である。
【図２７】実施の形態２に従うインクジェットヘッドの製造工程の第２工程を示す図である。
【図２８】実施の形態２に従うインクジェットヘッドの製造工程の第３工程を示す図である。
【図２９】実施の形態２に従うインクジェットヘッドの製造工程の第４工程を示す図である。
【図３０】実施の形態３に従うインクジェットヘッドの上面図である。
【図３１】図３０に示されるＸＸＸＩ−ＸＸＸＩ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。また、以下で説明する各実施の形態または変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。
【００２３】
＜実施の形態１＞
［インクジェットプリンタ１］
図１を参照して、本実施の形態に従うインクジェットプリンタ１について説明する。図１は、インクジェットプリンタ１を模式的に示す図である。
【００２４】
図１に示されるように、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、繰り出しロール３、巻き取りロール４、バックロール５ａ，５ｂ、中間タンク６、送液ポンプ７、貯留タンク８、定着装置９、インクジェットヘッド１０、および配管ライン６Ｔ，７Ｔを備える。
【００２５】
繰り出しロール３は、記録媒体Ｐを矢印ＡＲに示す方向に繰り出す。記録媒体Ｐとは、たとえば印刷用紙や布である。巻き取りロール４は、繰り出しロール３から繰り出されてインクジェットヘッド部２において画像が形成された記録媒体Ｐを巻き取る。バックロール５ａ，５ｂは、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に設けられる。
【００２６】
貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７および配管ライン７Ｔを通して中間タンク６に供給される。中間タンク６に貯留されたインクは、中間タンク６から配管ライン６Ｔを通してインクジェットヘッド１０に供給される。インクジェットヘッド１０は、インクジェットヘッド部２において記録媒体Ｐ上に向かってインクを射出する。定着装置９は、記録媒体Ｐ上に供給されたインクを記録媒体Ｐに定着させる。インクジェットプリンタ１においては、以上のようにして記録媒体Ｐ上に画像を形成することができる。
【００２７】
［インクジェットヘッド１０］
図２〜図７を参照して、図１に示されるインクジェットヘッド１０について説明する。図２は、インクジェットヘッド１０の上面図である。図３は、図２に示されるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、インクジェットヘッド１０に形成されるインクの流路を示す図である。
【００２８】
図２〜図４に示されるように、インクジェットヘッド１０は、基板２０、ノズルプレート３０、複数の圧電素子４０およびインク供給部５０を備える。基板２０は、内部にインクの流路を形成したり、圧電素子４０を積層したり、ノズルプレート３０を接合したり、インク供給部５０を接合したりするためのベースとなる部材である。インクジェットヘッド１０は、複数のチャネルが２列に並ぶように構成されている。
【００２９】
基板２０は、たとえば、略矩形形状を有する。基板２０は、その内部に、圧力室２８ａと、連通路２８ｂと、共通室２８ｃと、副室２８ｄと、共通室２８ｃとにインクを供給するためのインク供給孔２９とを含む。
【００３０】
圧力室２８ａは、複数形成される。複数の圧力室２８ａは、たとえば、千鳥状に配列される。より具体的には、基板２０の長手方向に沿って列状に並ぶ複数の圧力室２８ａは、基板２０の短手方向に２列に並んで配置される。第１列を構成する複数の圧力室２８ａは、第２列を構成する複数の圧力室２８ａと互い違いに並ぶように配置されている。
【００３１】
共通室２８ｃは、たとえば、２つ形成される。２つの共通室２８ｃは、複数の圧力室２８ａを基板２０の短手方向に挟み込むように設けられる。２つの共通室２８ｃは、基板２０の長手方向に延在するように設けられている。
【００３２】
２つの共通室２８ｃのうち一方の共通室２８ｃは、第１列を構成する複数の圧力室２８ａのそれぞれに連通路２８ｂを介して連通する。２つの共通室２８ｃのうち他方の共通室２８ｃは、第２列を構成する複数の圧力室２８ａのそれぞれに連通路２８ｂを介して連通する。
【００３３】
副室２８ｄは、連通路２８ｂが位置する側とは反対側に設けられている。副室２８ｄは、後述するように圧力室２８ａとノズル孔３４とを接続する。
【００３４】
基板２０は、ボディ部２１および振動層２５を含む。ボディ部２１および振動層２５の構成については、図５〜図７を用いて後述する。
【００３５】
ノズルプレート３０は、複数のノズル孔３４を含む。複数のノズル孔３４は、複数の圧力室２８ａと一対一の関係で対応している。複数のノズル孔３４は、たとえば、千鳥状に配列されている。複数のノズル孔３４のそれぞれは、副室２８ｄを介して各圧力室２８ａに連通する。複数のノズル孔３４は、インクの液滴を射出するための射出口として機能する。
【００３６】
複数の圧電素子４０は、複数の圧力室２８ａと一対一の関係で対応している。圧電素子４０は、圧電素子４０と圧力室２８ａとで振動層２５を挟み込む位置に形成される。圧電素子４０は、圧力室２８ａを加圧し、圧力室２８ａに貯留されているインクをノズル孔３４から射出させる。圧電素子４０の構成については、図５〜図７を用いて後述する。
【００３７】
インク供給部５０は、筒状部５１およびインク導入路５２を有する。筒状部５１は、たとえば略円筒形状を有する。インク導入路５２は、筒状部５１の内周面によって構成される。インク導入路５２は、基板２０の振動層２５に設けられているインク供給孔２９に連通する。
【００３８】
図５は、図１に示されるインクジェットヘッド１０に形成される１つのチャネル１０Ｃを模式的に示す図である。図６は、図５に示されるＶＩ−ＶＩ線に沿ったチャネル１０Ｃの断面図である。図７は、図５に示されるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ったチャネル１０Ｃの断面図である。チャネル１０Ｃは、インクを射出するための部位であり、１つの圧力室２８ａに対応する。
【００３９】
図５〜図７に示されるように、チャネル１０Ｃは、基板２０と、ノズルプレート３０と、圧電素子４０と、接続部４４ａ〜４４ｃと、配線部４５ａ〜４５ｃとによって構成される。
【００４０】
基板２０は、ボディ部２１と、圧力室２８ａにまたがるように延在する振動層２５とを含む。ボディ部２１は、ボディ基板２２および絶縁膜２３，２４を有する。ボディ基板２２は、たとえばシリコンによって形成される。絶縁膜２３，２４は、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ２）によって形成される。絶縁膜２３は、ボディ基板２２の一方の面上に設けられており、絶縁膜２４は、ボディ基板２２の他方の面上に設けられている。
【００４１】
振動層２５は、圧力室２８ａと、連通路２８ｂと、共通室２８ｃと、副室２８ｄとにまたがるように設けられている。これにより、振動層２５は、圧力室２８ａと、連通路２８ｂと、共通室２８ｃと、副室２８ｄとの上壁を構成する。振動層２５は、圧電素子４０の伸縮を受けて部分的に振動する。
【００４２】
振動層２５は、従動板２６および絶縁膜２７を有する。従動板２６は、たとえば、シリコンによって形成される。絶縁膜２７は、たとえば、酸化シリコンによって形成される。絶縁膜２７は、ボディ部２１が位置する側とは反対側に位置する従動板２６の主面上に設けられている。
【００４３】
圧電素子４０は、圧力室２８ａの上方に設けられている。圧電素子４０は、圧力室２８ａ内からインクを射出させるための射出用圧電素子４０ａ（第１圧電素子）と、圧力室２８ａ内に生じる負圧を抑制するための制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃ（第２圧電素子）とを含む。射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃは、圧力室２８ａに対応するように振動層２５上に設けられている。射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃは、伸縮して圧力室２８ａ内の壁面を振動させることで、圧力室２８ａ内の圧力を変化させる。
【００４４】
射出用圧電素子４０ａは、個別電極４１ａと、圧電体４２と、共通電極４３とによって構成される。制御用圧電素子４０ｂは、個別電極４１ｂと、圧電体４２と、共通電極４３とによって構成される。制御用圧電素子４０ｃは、個別電極４１ｃと、圧電体４２と、共通電極４３とによって構成される。
【００４５】
共通電極４３は、ボディ部２１が位置する側とは反対側に位置する振動層２５の主面上に設けられている。共通電極４３は、たとえば、チタンや白金層などからなる金属層によって形成される。
【００４６】
個別電極４１ａ〜４１ｃは、共通電極４３が位置する側とは反対側に位置する圧電体４２の主面上に設けられ、互いに並べて設けられている。個別電極４１ａ〜４１ｃは、たとえば、チタンや白金層などからなる金属層によって形成される。
【００４７】
個別電極４１ａ〜４１ｃおよび共通電極４３は、駆動制御部１５に電気的に接続されている。駆動制御部１５は、駆動回路などを含んでおり、個別電極４１ａ〜４１ｃのそれぞれに異なる電圧（駆動信号）を印可する。これにより、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃのそれぞれを独立に制御することができる。
【００４８】
圧電体４２は、個別電極４１ａ〜４１ｃと共通電極４３との間に設けられている。圧電体４２は、たとえば、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によって形成される。
【００４９】
圧電体４２は、射出用圧電素子４０ａに印可される駆動電圧に基づいて部分的に伸縮し、射出用圧電素子４０ａに対応する振動層２５の一部を湾曲させる。また、圧電体４２は、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃに印可される駆動電圧に基づいて部分的に伸縮し、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃに対応する振動層２５の一部を湾曲させる。圧電体４２は、図６および図７の矢印方向に伸縮を繰り返すことにより振動層２５を振動させる。これにより、圧力室２８ａは、加圧または減圧される。
【００５０】
個別電極４１ａには、接続部４４ａと配線部４５ａとが電気的に接続されている。接続部４４ａは、副室２８ｄの上方に設けられている。配線部４５ａは、ボディ基板２２の上方に設けられている。個別電極４１ｂには、接続部４４ｂと配線部４５ｂとが電気的に接続されている。個別電極４１ｃには、接続部４４ｃと配線部４５ｃとが電気的に接続されている。
【００５１】
ノズルプレート３０は、圧電素子４０が位置する側とは反対側に位置する基板２０の主面に接合されている。ノズルプレート３０は、圧力室２８ａと、連通路２８ｂと、共通室２８ｃと、副室２８ｄとにまたがるように設けられている。これにより、ノズルプレート３０は、圧力室２８ａと、連通路２８ｂと、共通室２８ｃと、副室２８ｄとの下壁を構成する。
【００５２】
ノズルプレート３０は、ベース板３１および接着層３２を含む。ベース板３１は、たとえば、シリコンによって形成される。接着層３２は、基板２０とベース板３１との間に設けられ、基板２０とベース板３１とを接合する。接着層３２の厚さは、数μｍ〜２０μｍ程度である。
【００５３】
［圧力室２８ａの変形挙動］
図８を参照して、図１に示されるインクジェットヘッド１０の圧力室２８ａの変形挙動について説明する。図８は、インクジェットヘッド１０の圧力室２８ａの変形挙動を時系列で示した図である。
【００５４】
上述したように、駆動制御部１５（図７）は、射出用圧電素子４０ａ（図７）および制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃ（図７）のそれぞれに駆動電圧を独立に印可することにより振動層２５を部分的に振動させる。振動層２５は、振動部分として、振動領域２５ａ〜２５ｃを含む。振動領域２５ａは、射出用圧電素子４０ａに対向する部分である。振動領域２５ｂは、制御用圧電素子４０ｂに対向する部分である。振動領域２５ｃは、制御用圧電素子４０ｃに対向する部分である。
【００５５】
駆動制御部１５は、インクを射出する際には、射出用圧電素子４０ａに駆動電圧を印可する。射出用圧電素子４０ａに駆動電圧が印加されると、状態（Ａ）に示されるように、振動領域２５ａは、圧力室２８ａの方向に湾曲し、下方に凸形状となるように変形する。その結果、圧力室２８ａが加圧され、圧力室２８ａからインクが射出される。
【００５６】
射出用圧電素子４０ａに対する駆動電圧の印加が止められると、変形している振動領域２５ａが元の状態に戻り、圧力室２８ａは減圧状態となる。このとき、駆動制御部１５は、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃに駆動電圧を印可する。これにより、状態（Ｂ）に示されるように、振動領域２５ｂ，２５ｃは、圧力室２８ａに近づくように湾曲し、下方に凸形状となるように変形する。その結果、振動領域２５ａが元の状態に戻るときの反動が抑えられ、圧力室２８ａの時間辺りの体積増加率が抑えられる。これにより、インクジェットヘッド１０は、圧力室２８ａ内に生じる負圧を緩和でき、気泡の発生が抑制される。
【００５７】
好ましくは、駆動制御部１５は、圧力室２８ａ内のインクを射出してから、圧力室２８ａの振動部分の共振周期の２分の１が経過した後に、圧力室２８ａ内の負圧を緩和するように制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを駆動する。ここでいう振動部分とは、インク充填時の圧力室において振動する部分、つまり振動層２５とインクとを合わせた系のことをいう。これにより、状態（Ｃ）に示されるように、振動層２５が圧力室２８ａと反対側に凸形状となるように変形することを防止でき、より確実に気泡の発生を抑制することができる。
【００５８】
［インクの射出動作および圧力室の状態］
図９を参照して、インクの射出動作および当該動作に伴う圧力室の様子について説明する。図９は、インクジェットヘッド１０の制御態様の一例を示す図である。より具体的には、図９（Ａ）は、射出用圧電素子４０ａ（図７）に印加される駆動電圧の時間的な変化を示す図である。図９（Ｂ）は、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃ（図７）に印加される駆動電圧の時間的な変化を示す図である。図９（Ｃ）は、圧力室内の圧力の時間的な変化と、各圧力状態における圧力室内の様子とを示す図である。
【００５９】
一例として、駆動制御部１５（図７）は、圧電素子４０（図７）に駆動電圧を印可することにより振動層２５を所謂引き撃ちによって振動させる。引き撃ちとは、インクの射出前に圧電素子４０に電圧を印可して振動層２５を圧力室２８ａ方向に凸形状となるように変形させておき、インクの射出時には、圧電素子４０に対する電圧の印加を止めることで、圧電素子４０の変形を解放し、その反動を利用することでインクを射出する駆動方法である。
【００６０】
まず、図９（Ａ）を参照して、駆動制御部１５による射出用圧電素子４０ａの制御方法について説明する。図９（Ａ）には、引き撃ちを実現するための駆動波形が示されている。駆動制御部１５は、インクを射出する前（すなわち、時刻Ｔ１よりも前）までは、射出用圧電素子４０ａに電圧Ｖ１を印加する。駆動制御部１５は、時刻Ｔ１において、射出用圧電素子４０ａに印可する電圧を電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に下げ、この状態を時刻Ｔ２まで維持する。駆動制御部１５は、時刻Ｔ２において、射出用圧電素子４０ａに印可する電圧を電圧Ｖ２から電圧Ｖ１に上げ、次の射出タイミングまでこの状態を維持する。
【００６１】
次に、図９（Ｂ）を参照して、駆動制御部１５による制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃの制御方法について説明する。駆動制御部１５は、インクを射出する前（すなわち、時刻Ｔ１よりも前）までは、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃに電圧Ｖ３を印加する。駆動制御部１５は、時刻Ｔ１において、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃに印可する電圧を電圧Ｖ３から電圧Ｖ４に下げ、この状態を時刻Ｔ３まで維持する。駆動制御部１５は、時刻Ｔ３において、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃに印可する電圧を電圧Ｖ４から電圧Ｖ３に上げ、次の射出タイミングまでこの状態を維持する。
【００６２】
ここで、時刻Ｔ１までを非駆動時Ｒ１、射出用圧電素子４０ａを駆動している時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までを駆動時Ｒ２、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを駆動している時刻Ｔ３から所定時刻までを駆動時Ｒ３、さらにその後を駆動後Ｒ４とする。
【００６３】
図９（Ｃ）に示されるように、非駆動時Ｒ１において、射出用圧電素子４０ａには電圧Ｖ１が印加されており、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃには電圧Ｖ３が印加されている。これにより、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃは、インクが射出用圧電素子４０ａの駆動によって射出される前に圧力室２８ａ内のインクに対して圧力変動を生じさせる。振動層２５は、圧力室２８ａの方向に湾曲した状態を維持する。
【００６４】
次に、駆動時Ｒ２において、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａに印可している電圧を電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に下げるとともに、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃに印可している電圧を電圧Ｖ３から電圧Ｖ４に下げることで、振動層２５の変形を解放する。これにより、振動層２５は、振動を開始する。その後、駆動時Ｒ２の終了時刻に当たる時刻Ｔ２において、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａに印可する電圧を電圧Ｖ２から電圧Ｖ１に上げるともに、振動層２５の解放で生じた反動を利用することで、振動層２５を圧力室２８ａの方向に大きく湾曲させる。その結果、圧力室２８ａは、圧力値Ｐ１まで加圧され、ノズル孔３４からインクが射出される。
【００６５】
駆動時Ｒ３において、駆動制御部１５が振動層２５を圧力室２８ａの方向に大きく湾曲させた反動によって、圧力室２８ａとは反対の方向に変形する。これにより、圧力室２８ａ内の体積が増加し、圧力室２８ａは減圧状態となる。このとき、駆動制御部１５は、インクを射出してから振動層２５とインクとを合わせた系の共振周期（固有周期）の２分の１の時間ΔＴｆが経過した後（たとえば、時刻Ｔ３）に、圧力室２８ａ内の負圧を緩和するように制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを駆動する。その結果、後述する比較例と比べて、圧力室２８ａの負圧を圧力値Ｐ２に緩和でき、気泡の発生が抑制される。
【００６６】
駆動後Ｒ４において、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａに印可する電圧を電圧Ｖ１に維持し、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃに印可する電圧を電圧Ｖ４に維持する。これにより、圧力室２８ａは、非駆動時Ｒ１と同じ状態に戻る。
【００６７】
以上のようにして、振動層２５が図９に示される動作を繰り返すことにより、インクは、適切なタイミングで順次射出される。一例として、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃの駆動周期は、３０ｋＨ以上である。射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃがさらに高速に駆動する場合には、当該駆動周期は、５０ｋＨ以上である。このように、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃが高速で駆動される場合であっても負圧の発生が抑えられ、インクジェットヘッド１０は、印刷の品質を一定に保つことができる。
【００６８】
なお、図９では、駆動制御部１５が射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを引き撃ちで駆動する例について説明を行なったが、これらの駆動方法は、引き撃ちに限定されない。たとえば、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを押し撃ちで駆動してもよい。この場合、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃに印可される駆動電圧の大小関係が図９（Ａ），図９（Ｂ）に示される例とは反対になる。
【００６９】
また、圧電素子４０に印可される電圧Ｖ１〜Ｖ４の値、電圧Ｖ１〜Ｖ４の印加時間、および周波数は、インクジェットプリンタ１の仕様やインクジェットヘッド１０の性能により適宜設定され得る。
【００７０】
さらに、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃの少なくとも１つに印可する電圧の大きさに応じて、圧力室２８ａから射出されるインクの量を調整するように構成されてもよい。これにより、駆動制御部１５は、インクの射出量を段階的に調整することができる。
【００７１】
さらに、圧電素子４０に印可される電圧Ｖ１および電圧Ｖ３は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。同様に。圧電素子４０に印可される電圧Ｖ２および電圧Ｖ４は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００７２】
［比較例］
図１０〜図１２を参照して、比較例に従うインクジェットヘッド１０Ｘについて説明する。図１０は、インクジェットヘッド１０Ｘに形成される１つのチャネルを模式的に示す図である。図１１は、図１０に示されるＸＩ−ＸＩ線に沿ったインクジェットヘッド１０Ｘの断面図である。図１２は、インクジェットヘッド１０Ｘの制御態様の一例を示す図である。より具体的には、図１２（Ａ）は、圧電素子４０Ｘに印加される駆動電圧の時間的な変化を示す図である。図１２（Ｂ）は、圧力室２８ａ内の圧力の時間的な変化および各圧力状態における圧力室２８ａ内の様子を示す図である。
【００７３】
図１０および図１１に示されるように、比較例に従うインクジェットヘッド１０Ｘは、本実施の形態に従うインクジェットヘッド１０と比較した場合に、圧電素子４０Ｘの構成が異なる。その他の構成については、本実施の形態に従うインクジェットヘッド１０と同様であるのでそれらの説明は繰り返さない。
【００７４】
圧電素子４０Ｘは、圧力室２８ａと一対一の関係で対応しており、振動層２５上に設けられている。圧電素子４０Ｘは、個別電極４１と、圧電体４２と、共通電極４３とによって構成される。すなわち、圧電素子４０Ｘは、射出用圧電素子４０ａのみを有し、圧力室２８ａの負圧を抑制するための制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを有さない。
【００７５】
ここで、図１２に示されるように、時刻Ｔ１までを非駆動時Ｒ１ａ、射出用圧電素子４０ａを駆動している時刻Ｔ１から所定時刻までを駆動時Ｒ２ａ、さらにその後を駆動後Ｒ３ａとする。
【００７６】
図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）を参照して、インクジェットヘッド１０Ｘは、非駆動時Ｒ１ａおよび駆動時Ｒ２ａにおいては、本実施の形態に従うインクジェットヘッド１０と同様にインクの射出動作が行われ、圧力室２８ａもインクジェットヘッド１０と同様に変化する。
【００７７】
圧電素子４０Ｘは、圧力室２８ａの負圧を抑制するための上述の制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを有さないため、駆動後Ｒ３ａにおいて、インクジェットヘッド１０Ｘは、振動層２５が変形状態から元に戻るときの反動を抑えることができず、圧力室２８ａの体積が大きく増加する。そのため、圧力室２８ａ内の圧力は、実施の形態１の圧力値Ｐ２（図９）を大きく下回る圧力値Ｐ３となる。その結果、圧力室２８ａ内のインクの圧力が飽和水蒸気圧よりも小さくなり、圧力室２８ａ内のインクに気泡ｇが発生する。
【００７８】
本実施の形態に従うインクジェットヘッド１０は、比較例に従うインクジェットヘッド１０Ｘと比べて、圧力室２８ａ内における圧力値を圧力値Ｐ３から圧力値Ｐ２に緩和することができ、気泡の発生を抑制することができる。また、インクジェットヘッド１０は、比較例に従うインクジェットヘッド１０Ｘと比べて、インク射出後の振動層２５の振動を早期に安定化することができ、その後もインクを安定して射出させることができる。
【００７９】
［インクジェットヘッド１０の機能構成］
図１３を参照して、図１に示されるインクジェットヘッド１０の機能構成について説明する。図１３は、インクジェットヘッド１０の機能ブロックを示す図である。
【００８０】
図１３に示されるように、インクジェットヘッド１０は、制御装置１５ｍを備えている。制御装置１５ｍは、主制御部１５ｎと、駆動制御部１５と、記録部１５ｓとを含む。主制御部１５ｎは、たとえば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）である。主制御部１５ｎは、駆動制御部１５に制御信号を送出したり、記録部１５ｓからデータを読み込んだり、記録部１５ｓにデータを保存したりする。
【００８１】
駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃのそれぞれに駆動電圧を独立に印可する。射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃの制御方法については上述の通りであるので説明を繰り返さない。
【００８２】
［インクジェットヘッド１０の制御構造］
図１４を参照して、図１に示されるインクジェットヘッド１０の制御構造について説明する。図１４は、インクジェットヘッド１０が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。図１４の処理は、インクジェットヘッド１０の制御装置１５ｍ（図１３）がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子その他のハードウェアによって実行されてもよい。
【００８３】
ステップＳ１０において、制御装置１５ｍは、射出用圧電素子４０ａ（図７）を駆動して、圧力室２８ａ（図７）を加圧することによって圧力室２８ａからインクを射出させる。
【００８４】
ステップＳ２０において、制御装置１５ｍは、インクを射出してから振動層２５とインクとを合わせた系の共振周期の２分の１が経過したか否かを判断する。制御装置１５ｍは、インクを射出してから当該共振周期の２分の１が経過したと判断した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ３０に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御装置１５ｍは、ステップＳ２０の処理を再び実行する。
【００８５】
ステップＳ３０において、制御装置１５ｍは、制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを駆動する。これにより、制御装置１５ｍは、圧力室内の負圧を緩和でき、気泡の発生を抑制する。
【００８６】
ステップＳ４０において、制御装置１５ｍは、本実施の形態に従う制御処理を終了するか否かを判断する。たとえば、制御装置１５ｍは、印刷処理が完了した場合や、ユーザから印刷の停止操作を受け付けた場合に、当該制御処理を終了する。制御装置１５ｍは、当該制御処理を終了すると判断した場合（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、処理を終了する。そうでない場合には（ステップＳ４０においてＮＯ）、制御装置１５ｍは、ステップＳ１０の処理を再び実行する。
【００８７】
［インクジェットヘッド１０の製造方法］
図１５〜図２２を参照して、インクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。
【００８８】
図１５を参照して、まず、圧電素子４２ｇおよび共通電極４３が設けられた振動層２５およびボディ部２１ｇを準備する。この準備に際して、インクジェットヘッド１０の製造装置は、まず、酸化膜を介して２枚のシリコンが接合されたＳＯＩ（Silicon  on  Insulator）構造を有するＳＯＩ基板を１５００℃程度で加熱する。これにより、両主面に二酸化シリコンが形成された基板を形成する。この両主面に二酸化シリコンが形成されたＳＯＩ基板は、ボディ部２１ｇを構成する部位と、振動層２５を構成する部位とを含む。
【００８９】
続いて、製造装置は、加熱されたＳＯＩ基板の一方側の主面に共通電極４３を構成する金属層をスパッタ法などにより成膜する。次に、製造装置は、共通電極４３上に圧電体４２ｇを成膜する。
【００９０】
図１６を参照して、製造装置は、感光性を有する樹脂材料６１ａ，６１ｂを圧電体４２ｇ上にスピンコート法で塗布する。図１７を参照して、製造装置は、マスクを介して露光処理およびエッチング処理（たとえば、反応性イオンエッチング法）を行なうことによって、圧電体４２ｇ（図１６）のうちの不要な部分を除去し、圧電体４２を現像する。
【００９１】
図１８を参照して、製造装置は、圧電体４２を覆うように、チタンや白金層などからなる金属層４１ｇをスパッタ法で成膜する。金属層４１ｇは、後工程を経ることによって個別電極４１（図２０参照）を構成する部材である。図１９を参照して、製造装置は、感光性を有する樹脂材料６３を金属層４１ｇ上にスピンコート法で塗布する。
【００９２】
図２０を参照して、製造装置は、マスクを介して露光処理およびエッチング処理を行なうことによって、金属層４１ｇ（図１９）のうちの不要な部分を除去する。このとき、製造装置は、金属層４１ｇを複数の領域に分割されるようにエッチング処理が行われる。たとえば、製造装置は、金属層４１ｇを個別電極４１ａ〜４１ｃ（図７）に分割する。
【００９３】
これにより、製造装置は、個別電極４１ａ、圧電体４２および共通電極４３で構成される射出用圧電素子４０ａを形成する。製造装置は、個別電極４１ｂ、圧電体４２および共通電極４３で構成される制御用圧電素子４０ｂを形成する。製造装置は、個別電極４１ｃ、圧電体４２および共通電極４３で構成される制御用圧電素子４０ｃを形成する。このように、本実施の形態の製造方法によれば、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを同一の工程で形成することができる。これにより、インクジェットヘッド１０の低コスト化および小型化を実現することができる。次に、絶縁膜２４ｇの表面に、感光性を有する樹脂材料６５をスピンコート法で塗布する。
【００９４】
図２１を参照して、製造装置は、マスクを介して露光処理およびエッチング処理を行なうことによって、ボディ部２１ｇ（図２０）のうちの不要な部分を除去し、ボディ部２１を形成する。図２２を参照して、製造装置は、不要な絶縁膜２４ｇなどを除去したのちにノズルプレート３０を基板２０に貼り付ける。これにより、圧力室２８ａが形成され、インクジェットヘッド１０を得ることができる。
【００９５】
［作用・効果］
以上のように、本実施の形態に従うインクジェットヘッド１０は、圧力室２８ａからインクを射出させるための射出用圧電素子４０ａと、インクの射出後に圧力室２８ａ内で生じる負圧を抑制するための制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃとを備える。インクジェットヘッド１０は、インクを射出してから、圧力室２８ａにおける振動部分、すなわち振動層２５とインクを合わせた系の共振周期の２分の１が経過した後に制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃを駆動する。
【００９６】
これにより、インクジェットヘッド１０は、圧力室２８ａ内の負圧を緩和でき、気泡の発生を抑制することができる。また、インクジェットヘッド１０は、インク射出後の振動層２５の振動を早期に安定化することができ、その後もインクを安定して射出することができる。
【００９７】
＜実施の形態２＞
［インクジェットヘッド１０Ａ］
図２３を参照して、実施の形態２に従うインクジェットヘッド１０Ａについて説明する。図２３は、インクジェットヘッド１０Ａの断面図を示す図である。
【００９８】
実施の形態１に従うインクジェットヘッド１０は、１つの振動層２５を有し、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０ｂ，４０ｃが振動層２５の同一面上に設けられていた。これに対して、実施の形態２に従うインクジェットヘッド１０Ａは、互いに対向するように設けられている振動層２５（第１振動層）および振動層２５Ａ（第２振動層）を有する。振動層２５，２５Ａは、圧力室２８ａにまたがるように延在している。射出用圧電素子４０ａは、圧力室２８ａに対応するように振動層２５に設けられている。制御用圧電素子４０Ａは、圧力室２８ａに対応するように振動層２５Ａに設けられている。
【００９９】
より具体的には、インクジェットヘッド１０Ａは、基板２０Ａと、射出用圧電素子４０ａと、制御用圧電素子４０Ａとを備える。基板２０Ａは、ボディ部２１、振動層２５，２５Ａ、およびノズルプレート３０を含む。ボディ部２１、振動層２５、およびノズルプレート３０については上述の通りであるので説明を繰り返さない（図６参照）。
【０１００】
振動層２５Ａは、圧力室２８ａおよび副室２８ｄにまたがるように設けられている。これにより、振動層２５Ａは、圧力室２８ａおよび副室２８ｄの下壁を構成する。振動層２５Ａは、制御用圧電素子４０Ａの伸縮作用を受けて部分的に振動する。
【０１０１】
ある局面において、振動層２５の厚さと振動層２５Ａの厚さとは、互いに異なっている。この場合、振動層２５の共振周期と、振動層２５Ａの共振周期とは互いに異なる。これにより、圧力室２８ａ内の圧力を多様に変化させることができる。他の局面において、振動層２５の厚さと振動層２５Ａの厚さとは等しい。この場合、振動層２５の共振周期と、振動層２５Ａの共振周期とは互いに等しい。そのため、振動層２５，２５Ａの振動制御が容易になる。
【０１０２】
振動層２５Ａは、従動板２６Ａおよび絶縁膜２７Ａを有する。従動板２６Ａは、たとえば、シリコンによって形成される。絶縁膜２７Ａは、たとえば、酸化シリコンによって形成される。絶縁膜２７Ａは、ボディ部２１が位置する側とは反対側に位置する従動板２６Ａの主面上に設けられている。
【０１０３】
制御用圧電素子４０Ａは、圧力室２８ａと一対一の関係で対応しており、圧力室２８ａの下方に設けられている。制御用圧電素子４０Ａは、伸縮して圧力室２８ａ内の壁面を振動させることで、圧力室２８ａ内の圧力を変化させる。
【０１０４】
制御用圧電素子４０Ａは、個別電極４１Ａと、圧電体４２Ａと、共通電極４３Ａとによって構成される。共通電極４３Ａは、ボディ部２１が位置する側とは反対側に位置する振動層２５Ａの主面上に設けられている。共通電極４３Ａは、たとえば、チタンや白金層などからなる金属層によって形成される。
【０１０５】
個別電極４１Ａは、共通電極４３Ａが位置する側とは反対側に位置する圧電体４２Ａの主面上に設けられている。個別電極４１Ａは、たとえば、チタンや白金層などからなる金属層によって形成される。
【０１０６】
個別電極４１Ａおよび共通電極４３Ａは、駆動制御部１５Ａに電気的に接続されている。駆動制御部１５Ａは、駆動回路などを含んでおり、制御用圧電素子４０Ａに駆動電圧（駆動信号）を印可する。これにより、駆動制御部１５は、制御用圧電素子４０Ａを制御する。
【０１０７】
圧電体４２Ａは、個別電極４１Ａと共通電極４３Ａとの間に設けられている。圧電体４２Ａは、たとえば、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によって形成される。
【０１０８】
圧電体４２Ａは、制御用圧電素子４０Ａに印可される駆動電圧に基づいて部分的に伸縮し、制御用圧電素子４０Ａに対応する振動層２５Ａの一部を湾曲させる。圧電体４２Ａは、図２３の矢印方向に伸縮を繰り返すことにより振動層２５Ａを振動させる。これにより、圧力室２８ａは、加圧または減圧される。
【０１０９】
［圧力室２８ａの変形挙動］
図２４を参照して、図２３に示されるインクジェットヘッド１０Ａの圧力室２８ａの変形挙動について説明する。図２４は、インクジェットヘッド１０Ａの圧力室２８ａの変形挙動を時系列で示した図である。
【０１１０】
駆動制御部１５（図２３）は、インクを射出する際には、射出用圧電素子４０ａに駆動電圧を印可する。射出用圧電素子４０ａに駆動電圧が印加されると、状態（Ａ）に示されるように、振動層２５は、圧力室２８ａの方向に湾曲し、下方に凸形状となるように変形する。その結果、圧力室２８ａが加圧され、圧力室２８ａからインクが射出される。
【０１１１】
射出用圧電素子４０ａに対する駆動電圧の印加が止められると、変形している振動層２５が元の状態に戻り、圧力室２８ａは減圧状態となる。このとき、駆動制御部１５Ａ（図２３）は、制御用圧電素子４０Ａに駆動電圧を印可する。これにより、状態（Ｂ）に示されるように、振動層２５に対向している振動層２５Ａは、圧力室２８ａに近づくように湾曲し、上方に凸形状となるように変形する。その結果、圧力室２８ａの時間辺りの体積増加率が抑えられる。これにより、インクジェットヘッド１０Ａは、圧力室２８ａ内に生じる負圧を緩和でき、気泡の発生が抑制される。
【０１１２】
好ましくは、駆動制御部１５Ａは、圧力室２８ａ内のインクを射出してから、振動層２５，２５Ａとインクとを合わせた系の共振周期の２分の１が経過した後に、圧力室２８ａ内の負圧を緩和するように制御用圧電素子４０Ａを駆動する。これにより、状態（Ｃ）に示されるように、振動層２５が圧力室２８ａと反対側に凸形状となるように変形することを防止でき、より確実に気泡の発生を抑制することができる。
【０１１３】
［インクの射出動作および圧力室の状態］
図２５を参照して、インクの射出動作および当該動作に伴う圧力室の様子について説明する。図２５は、インクジェットヘッド１０Ａの制御態様の一例を示す図である。より具体的には、図２５（Ａ）は、射出用圧電素子４０ａ（図２３）に印加される駆動電圧の時間的な変化を示す図である。図２５（Ｂ）は、制御用圧電素子４０Ａ（図２３）に印加される駆動電圧の時間的な変化を示す図である。図２５（Ｃ）は、圧力室内の圧力の時間的な変化および各圧力状態における圧力室内の様子を示す図である。
【０１１４】
一例として、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａを制御することで振動層２５を所謂引き撃ちによって振動させる。同様に、駆動制御部１５Ａは、制御用圧電素子４０Ａを制御することで振動層２５を所謂引き撃ちによって振動させる。
【０１１５】
まず、図２５（Ａ）を参照して、駆動制御部１５による射出用圧電素子４０ａの制御方法について説明する。図２５（Ａ）には、引き撃ちを実現するための駆動波形が示されている。駆動制御部１５は、インクを射出する前（すなわち、時刻Ｔ１よりも前）までは、射出用圧電素子４０ａに電圧Ｖ１を印加する。駆動制御部１５は、時刻Ｔ１において、射出用圧電素子４０ａに印可する電圧を電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に下げ、この状態を時刻Ｔ２まで維持する。駆動制御部１５は、時刻Ｔ２において、射出用圧電素子４０ａに印可する電圧を電圧Ｖ２から電圧Ｖ１に上げ、次の射出タイミングまでこの状態を維持する。
【０１１６】
次に、図２５（Ｂ）を参照して、駆動制御部１５Ａによる制御用圧電素子４０Ａの制御方法について説明する。図２５（Ｂ）には、引き撃ちを実現するための駆動波形が示されている。駆動制御部１５Ａは、インクを射出する前（すなわち、時刻Ｔ１よりも前）までは、制御用圧電素子４０Ａに電圧Ｖ３を印加する。駆動制御部１５Ａは、時刻Ｔ１において、制御用圧電素子４０Ａに印可する電圧を電圧Ｖ３から電圧Ｖ４に下げ、この状態を時刻Ｔ２まで維持する。駆動制御部１５Ａは、時刻Ｔ２において、制御用圧電素子４０Ａに印可する電圧を電圧Ｖ４から電圧Ｖ３に上げ、この状態を時刻Ｔ３まで維持する。駆動制御部１５は、時刻Ｔ３において、射出用圧電素子４０ａに印可する電圧を電圧Ｖ３から電圧Ｖ５に下げ、この状態を時刻Ｔ４まで維持する。駆動制御部１５Ａは、時刻Ｔ４において、制御用圧電素子４０Ａに印可する電圧を電圧Ｖ５から電圧Ｖ３に上げ、次の射出タイミングまでこの状態を維持する。
【０１１７】
ここで、時刻Ｔ１までを非駆動時Ｒ１、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０Ａの両方を駆動している時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までを駆動時Ｒ２、制御用圧電素子４０Ａのみを駆動している時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までを駆動時Ｒ３、時刻Ｔ４から所定の時刻までを駆動後Ｒ４とする。
【０１１８】
図２５（Ｃ）に示されるように、非駆動時Ｒ１において、射出用圧電素子４０ａには電圧Ｖ１が印加されている。これにより、振動層２５は、圧力室２８ａの方向に湾曲した状態を維持する。同様に、非駆動時Ｒ１において、制御用圧電素子４０Ａには電圧Ｖ３が印加されている。これにより、振動層２５Ａは、圧力室２８ａの方向に湾曲した状態を維持する。これにより、振動層２５Ａは、圧力室２８ａの方向に湾曲した状態を維持する。その結果、圧力室２８ａ内の圧力は、一定に保たれる。
【０１１９】
次に、駆動時Ｒ２において、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａに印可している電圧を電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に下げるとともに、駆動制御部１５Ａは、制御用圧電素子４０Ａに印可している電圧を電圧Ｖ３から電圧Ｖ４に下げる。これにより、振動層２５，２５Ａの変形が解放され、振動層２５，２５Ａの振動が開始される。
【０１２０】
その後、駆動時Ｒ２の終了時刻に当たる時刻Ｔ２において、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａに印可する電圧を電圧Ｖ２から電圧Ｖ１に上げるともに、駆動制御部１５Ａは、制御用圧電素子４０Ａに印可する電圧を電圧Ｖ４から電圧Ｖ３に上げる。これにより、振動層２５，２５Ａを圧力室２８ａの方向にさらに大きく湾曲させる。その結果、圧力室２８ａは、圧力値Ｐ１まで加圧され、ノズル孔３４からインクが射出される。
【０１２１】
駆動時Ｒ３において、振動層２５，２５Ａは、変形の反動によって圧力室２８ａとは反対の方向に変形する。これにより、圧力室２８ａ内の体積が増加し、圧力室２８ａは負圧状態となる。このとき、駆動制御部１５Ａは、インクを射出してから振動層２５，２５Ａとインクとを合わせた系の共振周期（固有周期）の２分の１の時間ΔＴｆが経過した後に、圧力室２８ａ内の負圧を緩和するように制御用圧電素子４０Ａを駆動する。その結果、圧力室２８ａは、圧力値Ｐ２まで減圧され、気泡の発生が抑制される。
【０１２２】
駆動後Ｒ４において、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ａに印可する電圧を電圧Ｖ１に維持するとともに、駆動制御部１５Ａは、制御用圧電素子４０Ａに印可する電圧を電圧Ｖ３に維持する。これにより、圧力室２８ａは、非駆動時Ｒ１と同じ状態に戻る。
【０１２３】
なお、図２５では、圧電素子４０（射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０Ａ）が引き撃ちで駆動される例について説明を行なったが、圧電素子４０は、その他の制御方法で駆動されてもよい。たとえば、駆動制御部１５，１５Ａは、圧電素子４０を押し撃ちで駆動してもよい。この場合、圧電素子４０に印可される駆動電圧の大小関係が図２５（Ａ）および図２５（Ｂ）に示される例とは逆になる。
【０１２４】
さらに、圧電素子４０に印可される電圧Ｖ１および電圧Ｖ３は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。同様に。圧電素子４０に印可される電圧Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【０１２５】
さらに、駆動制御部１５，１５Ａは、それぞれ、射出用圧電素子４０ａおよび制御用圧電素子４０Ａに印可する電圧の大きさに応じて、圧力室２８ａから射出されるインクの量を調整するように構成されてもよい。これにより、駆動制御部１５，１５Ａは、インクの射出量を段階的に調整することができる。
【０１２６】
また、圧電素子４０に印可される電圧Ｖ１〜Ｖ５の値、電圧Ｖ１〜Ｖ５の印加時間、および周波数は、インクジェットプリンタ１の仕様やインクジェットヘッド１０Ａの性能により適宜設定され得る。
【０１２７】
［インクジェットヘッド１０Ａの製造方法］
図２６〜図２９を参照して、インクジェットヘッド１０Ａの製造方法について説明する。
【０１２８】
図２６を参照して、インクジェットヘッド１０Ａの製造装置は、上述の図１５〜図２１に示される工程を経ることにより、ボディ部２１、振動層２５、および射出用圧電素子４０ａを含むボディ板８０を形成する。ボディ板８０は、後工程を経ることによって得られるインクジェットヘッド１０Ａの上半分に相当する。
【０１２９】
図２７を参照して、製造装置は、上述の図１５〜図２２に示される工程と同様の工程を経ることにより、ノズルプレート３０、ベース板３１、振動層２５Ａ、および制御用圧電素子４０Ａを含むノズル板８２を形成する。ノズル板８２は、後工程を経ることによって得られるインクジェットヘッド１０Ａの下半分に相当する。
【０１３０】
図２８を参照して、製造装置は、図２７に示されるノズル板８２に接着層３２を塗布する。接着層３２は、スクリーンマスクを利用した印刷法を用いてパターンニングされてもよいし、感光性接着剤を用いてパターニングされてもよい。
【０１３１】
図２９を参照して、製造装置は、ノズル板８２に塗布された接着層３２にボディ板８０を接合する。これにより、インクジェットヘッド１０Ａが形成される。
【０１３２】
［作用・効果］
以上のように、本実施の形態に従うインクジェットヘッド１０Ａには、圧力室２８ａにまたがるように延在し、互いに対向するように設けられている振動層２５および振動層２５Ａが設けられている。振動層２５には、射出用圧電素子４０ａが設けられる。振動層２５Ａには、制御用圧電素子４０Ａが設けられる。
【０１３３】
インクジェットヘッド１０Ａは、射出用圧電素子４０ａを駆動して振動層２５を振動させることにより、圧力室２８ａからインクを射出させる。インクジェットヘッド１０Ａは、インクを射出してから、振動層２５，２５Ａとインクとを合わせた系の共振周期の２分の１が経過した後に制御用圧電素子４０Ａを駆動する。
【０１３４】
これにより、インクジェットヘッド１０Ａは、圧力室２８ａ内の負圧を緩和でき、気泡の発生を抑制することができる。また、インクジェットヘッド１０Ａは、インク射出後の振動層２５の振動を早期に安定化することができ、その後もインクを安定して射出させることができる。
【０１３５】
＜実施の形態３＞
［インクジェットヘッド１０Ｂ］
図３０および図３１を参照して、実施の形態３に従うインクジェットヘッド１０Ｂについて説明する。図３０は、インクジェットヘッド１０Ｂの上面図である。図３１は、図３０に示されるＸＸＸＩ−ＸＸＸＩ線に沿った断面図である。
【０１３６】
実施の形態３においては、圧電素子４０の個別電極の形状が実施の形態１に従うインクジェットヘッド１０とは異なる。その他の点は実施の形態１に従うインクジェットヘッド１０と同じであるので、それらの説明については繰り返さない。
【０１３７】
図３０および図３１に示されるように、インクジェットヘッド１０Ｂは、射出用圧電素子４０ｄと、制御用圧電素子４０ｅとを備える。射出用圧電素子４０ｄは、圧力室２８ａと一対一の関係で対応しており、振動層２５上に設けられている。射出用圧電素子４０ｄは、個別電極４１ｄと、圧電体４２と、共通電極４３とによって構成される。
【０１３８】
制御用圧電素子４０ｅも、圧力室２８ａと一対一の関係で対応しており、振動層２５上に設けられている。制御用圧電素子４０ｅは、個別電極４１ｅと、圧電体４２と、共通電極４３とによって構成される。
【０１３９】
個別電極４１ｄ，４１ｅは、共通電極４３が位置する側とは反対側に位置する圧電体４２の主面上に設けられ、互いに同心円状に並べて設けられている。個別電極４１ｄ，４１ｅは、たとえば、チタンや白金層などからなる金属層によって形成される。
【０１４０】
個別電極４１ｄ，４１ｅおよび共通電極４３は、駆動制御部１５に電気的に接続されている。駆動制御部１５は、駆動回路などを含んでおり、個別電極４１ｄ，４１ｅのそれぞれに異なる駆動電圧（駆動信号）を印可する。これにより、駆動制御部１５は、射出用圧電素子４０ｄおよび制御用圧電素子４０ｅのそれぞれを独立に制御することができる。
【０１４１】
個別電極４１ｄには、接続部４４ｄと配線部４５ｄとが電気的に接続されている。接続部４４ｄは、副室２８ｄの上方に設けられている。配線部４５ｄは、ボディ基板２２の上方に設けられている。個別電極４１ｅには、接続部４４ｅと配線部４５ｅとが電気的に接続されている。
【０１４２】
［作用・効果］
以上のように、本実施の形態に従うインクジェットヘッド１０Ｂは、同心円状に設けられている個別電極４１ｄ，４１ｅを備える。個別電極４１ｄ，４１ｅが左右対称の形状を有することにより、インクジェットヘッド１０Ｂは、圧力室２８ａの圧力を一様に変化させることができる。これにより、インクジェットヘッド１０Ｂは、圧力室２８ａ内の圧力を安定して制御することができる。
【０１４３】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１４４】
１  インクジェットプリンタ、２  インクジェットヘッド部、３  繰り出しロール、４  巻き取りロール、５ａ，５ｂ  バックロール、６  中間タンク、６Ｔ，７Ｔ  配管ライン、７  送液ポンプ、８  貯留タンク、９  定着装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｘ  インクジェットヘッド、１０Ｃ  チャネル、１５，１５Ａ  駆動制御部、１５ｍ  制御装置、１５ｎ  主制御部、１５ｓ  記録部、２０，２０Ａ  基板、２１，２１ｇ  ボディ部、２２  ボディ基板、２３，２４，２４ｇ，２７，２７Ａ  絶縁膜、２５，２５Ａ  振動層、２５ａ〜２５ｃ  振動領域、２６，２６Ａ  従動板、２８ａ  圧力室、２８ｂ  連通路、２８ｃ  共通室、２８ｄ  副室、２９  インク供給孔、３０  ノズルプレート、３１  ベース板、３２  接着層、３４  ノズル孔、４０，４０Ｘ  圧電素子、４０Ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｅ  制御用圧電素子、４０ａ，４０ｄ  射出用圧電素子、４１，４１Ａ，４１ａ〜４１ｅ  個別電極、４１ｇ  金属層、４２，４２Ａ，４２ｇ  圧電体、４３，４３Ａ  共通電極、４４ａ〜４４ｅ  接続部、４５ａ〜４５ｅ  配線部、５０  インク供給部、５１  筒状部、５２  インク導入路、６１ａ，６１ｂ，６３，６５  樹脂材料、８０  ボディ板、８２  ノズル板。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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