(57)【要約】      （修正有）【課題】非吐出ノズルのメニスカス近傍の液体の増粘を抑制するとともに、吐出ノズルに対しては低電圧駆動で液体を吐出させることができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッド１００は、ノズル２と連通する個別液室１１と、個別液室１１内の液体に対して、ノズル２から液体を吐出させる大きさの振動を加える第一のアクチュエータ２４と、個別液室１１内の液体に対して、ノズル２から液体を吐出させない大きさの微振動を加える第二のアクチュエータ８２と、を有し、少なくとも液体吐出ヘッド１００の印字動作中において、液体を吐出している吐出ノズルに対応する個別液室１１内の液体、および液体を吐出していない非吐出ノズルに対応する個別液室１１内の液体に対し、第二のアクチュエータ８２により微振動を加えるようにした。【選択図】図６
2017087510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルが配置された液体吐出ヘッドから液体を吐出する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記液体吐出ヘッドは、
前記ノズルと連通する個別液室と、
前記個別液室内の液体に対して、前記ノズルから液体を吐出させる大きさの振動を加える第一のアクチュエータと、
前記個別液室内の液体に対して、前記ノズルから液体を吐出させない大きさの微振動を加える第二のアクチュエータと、を有し、
少なくとも前記液体吐出ヘッドの印字動作中において、液体を吐出している吐出ノズルに対応する前記個別液室内の液体、および液体を吐出していない非吐出ノズルに対応する前記個別液室内の液体に対し、前記第二のアクチュエータにより微振動を加えるようにしたことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
前記第二のアクチュエータは、複数の前記個別液室に共通して連通する共通液室の少なくとも一面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記第二のアクチュエータは、液体の流路における前記個別液室の上流側において、前記個別液室と個別に連通する連通路の少なくとも一面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項４】
前記第二のアクチュエータの微振動周期は、前記個別液室の共振周期と等しいことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項５】
前記第一のアクチュエータを振動させるトリガ信号を、前記第二のアクチュエータを微振動させる微振動波形のトリガ信号としても用いることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項６】
前記微振動波形は、１の前記トリガ信号あたりの微振動回数が所定回数であることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項７】
液体を吐出する複数のノズルと、
複数の前記ノズルと連通する複数の個別液室と、
複数の前記個別液室と共通して連通する共通液室と、
前記個別液室の壁面の一部を構成する振動板を含んでなる第一のアクチュエータと、
前記共通液室の壁面の一部を構成する変形可能なダンパーを含んでなる第二のアクチュエータと、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】
液体を吐出する複数のノズルと、
複数の前記ノズルと連通する複数の個別液室と、
複数の前記個別液室と共通して連通する共通液室と、
前記個別液室内の液体に対して、前記ノズルから液体を吐出させる大きさの振動を加える第一のアクチュエータと、
前記個別液室内の液体に対して、前記ノズルから液体を吐出させない大きさの微振動を加える第二のアクチュエータと、を有する液体吐出ヘッドと、
該液体吐出ヘッドを駆動させる駆動装置と、を備える液体を吐出する装置であって、
前記第二のアクチュエータは、前記共通液室の壁面の一部を構成する変形可能なダンパーを含んで構成され、
前記駆動装置は、少なくとも前記液体吐出ヘッドの印字動作中において、前記第二のアクチュエータを駆動させる微振動信号を前記第二のアクチュエータへ伝送させることを特徴とする液体を吐出する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドの駆動方法、液体吐出ヘッドおよび液体を吐出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写機、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置として、インクなどの液体の液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置が知られている。
【０００３】
液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルと、このノズルに連通し液体を収容した個別液室と、圧電素子などの電気機械変換素子と、を備えた構成が知られている。この液体吐出ヘッドでは、圧電素子に電圧が印加されることにより圧電素子は個別液室の壁の一部を形成する振動板を変形させるように振動し、その振動板の変形により個別液室内の液体が加圧され、ノズルから液体を吐出させることができる。
【０００４】
液体吐出ヘッドの個別液室に圧力変動を発生させる方式としては、他に、個別液室内にヒータを設置することで液体を気化させ、圧力変動を利用するサーマルインクジェット方式や、静電力を発生する静電アクチュエータを用いた静電方式なども知られている。
【０００５】
このような液体吐出ヘッドの課題の一つとして、ノズルの開口部のインクが増粘し、狙いの位置にドットが着弾せずに、画質が低下することが知られている。これは、ノズルの開口部のインクと空気との界面（メニスカスと呼ぶ）から水分が蒸発することで、メニスカス近傍のインク粘度が上昇し、インク粘度の上昇に伴いインク滴の吐出速度が低下することに起因する。
【０００６】
特に、印字動作中においては、画像データに応じて一定期間使用しないノズルが発生するため、そのノズルのメニスカス近傍は時間とともに増粘が進み、次に吐出しようとするときにそのノズルだけ吐出速度が低下して、結果的に画質が低下してしまう。
【０００７】
この現象に対し、メニスカスに微振動（微駆動、微振動駆動ともいう）を与えて増粘インクを撹拌し、メニスカス近傍のインク増粘を低減させることが知られている。これは、各ノズルに対応する電気機械変換素子に微振動用のパルスを印加することで、インクを吐出することなくメニスカスに微振動を与えるものである。
【０００８】
例えば、駆動波形の１周期のうちに微振動用のパルスを含む複数のパルスを配置し、画像データに応じて駆動波形中のどのパルスを選択するかを決定して、吐出しないノズル（非吐出ノズル）のメニスカスに微振動を与える方法が知られている。
【０００９】
しかしながら、近年のノズルの高密度化や個別液室の小型化に伴い、従来のようにメニスカスに微振動を与えても十分に撹拌ができない現象が発生している。十分に撹拌されにくいメカニズムは複数あり、例えば、ノズル開口の小径化や、個別液室断面積の狭小化により増粘インクの拡散性が低下することや、インクの高粘度化により微振動減衰が早くなることなどが挙げられる。
【００１０】
これに対し、特許文献１には、圧電素子以外の振動体を個別液室に設けておき、振動体により非吐出ノズルに対応する液体を微振動させることが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載の技術では、吐出動作中に非吐出ノズルに対応する液体を微振動させているが、吐出ノズル、非吐出ノズルは画像データによって常に変動するものであり、吐出ノズルに対応する箇所の振動体を効果的に利用できているとは言えなかった。
【００１２】
そこで本発明は、非吐出ノズルのメニスカス近傍の液体の増粘を抑制するとともに、吐出ノズルに対しては低電圧駆動で液体を吐出させることができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドの駆動方法は、複数のノズルが配置された液体吐出ヘッドから液体を吐出する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルと連通する個別液室と、前記個別液室内の液体に対して、前記ノズルから液体を吐出させる大きさの振動を加える第一のアクチュエータと、前記個別液室内の液体に対して、前記ノズルから液体を吐出させない大きさの微振動を加える第二のアクチュエータと、を有し、少なくとも前記液体吐出ヘッドの印字動作中において、液体を吐出している吐出ノズルに対応する前記個別液室内の液体、および液体を吐出していない非吐出ノズルに対応する前記個別液室内の液体に対し、前記第二のアクチュエータにより微振動を加えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、非吐出ノズルのメニスカス近傍の液体の増粘を抑制するとともに、吐出ノズルに対しては低電圧駆動で液体を吐出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】インクジェット記録装置の機構部の要部説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】シリアル方式のインクジェット記録装置の要部ブロック図である。
【図３】ライン方式のインクジェット記録装置の要部ブロック図である。
【図４】液体吐出ヘッドの斜視断面図である。
【図５】液体吐出ヘッドの個別液室長手方向の断面の一部拡大図である。
【図６】液体吐出ヘッドの個別液室長手方向の断面の全体図（１）である。
【図７】液体吐出ヘッドの個別液室長手方向の断面の全体図（２）である。
【図８】液体吐出ヘッドの個別液室長手方向の断面の全体図（３）である。
【図９】駆動波形、微振動波形、メニスカス微振動の例を示す波形図である。
【図１０】メニスカス微振動とメニスカス変位の速度との関係を示す説明図である。
【図１１】ノズルの開口部におけるインクのメニスカス変位の説明図である。
【図１２】駆動波形、微振動波形、メニスカス微振動、トリガ波形、キャリッジ速度、駆動周波数の例を示す波形図である。
【図１３】液体吐出ヘッドの個別液室長手方向の断面の一部拡大図の他の例である。
【図１４】液体吐出ヘッドの個別液室基板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る構成を図１から図１４に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（液体を吐出する装置）
本発明に係る液体を吐出する装置の一実施形態であるインクジェット記録装置（画像形成装置）について説明する。
【００１８】
図１はインクジェット記録装置２００の機構部の要部説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側板の内側から見た場合の側面図である。また、図２は、インクジェット記録装置２００の要部ブロック図である。
【００１９】
インクジェット記録装置２００は、フレームを構成する左右の側板２０１，２０２に横架したヘッド移動ロッド２０３によりキャリッジ２０４を主走査方向に摺動自在に保持し、キャリッジ２０４を主走査方向に移動走査するシリアル方式のインクジェット記録装置２００である。
【００２０】
キャリッジ２０４には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂ）の各色のインクを吐出する液体吐出ヘッド１００をノズル列が主走査方向と交差する方向に配列し、インクの吐出方向を下方に向けて装着している。
【００２１】
キャリッジ２０４を主走査方向に移動走査させながら、副走査方向に搬送される記録媒体２０７に液体吐出ヘッド１００からインクを吐出することで画像が形成される。
【００２２】
側板２０１，２０２には、エンコーダスケール２０６が横架されているとともに、キャリッジ２０４には、エンコーダ検知センサ２０５が設けられており、エンコーダ検知センサ２０５は、エンコーダスケール２０６を読み取って、キャリッジ２０４（すなわち、液体吐出ヘッド１００）の主走査位置を検知している。
【００２３】
液体吐出ヘッド１００は、駆動ＩＣ６０を搭載しており、インクジェット記録装置２００の本体側の制御部２１０との間でフレキシブルプリントケーブル（Flexible  Printed  Circuits、以下、ＦＰＣ）などの配線部材２０８を介して接続されている。本体側の制御部２１０は、液体吐出ヘッド１００を駆動制御する駆動装置として機能し、ヘッドコントローラ２１１、駆動波形生成部２１２および吐出ノズル制御信号発生部２１３を備えている。なお、制御部２１０は、ＣＰＵ，ＡＳＩＣ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を含み、例えば、ＣＰＵがＲＡＭと協働してＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで、各部の機能が実現されるものである。
【００２４】
ヘッドコントローラ２１１は、エンコーダ検知センサ２０５からトリガ信号を受信するとともに、駆動波形生成部２１２および吐出ノズル制御信号発生部２１３のそれぞれにトリガ信号を発信する。
【００２５】
駆動波形生成部２１２は、ヘッドコントローラ２１１からのトリガ信号を受けて、液体吐出ヘッド１００の駆動ＩＣ６０に対し、駆動波形（吐出用の波形、駆動信号ともいう）および微振動波形（微信号駆動用の波形、微振動信号ともいう）を送る。また、吐出ノズル制御信号発生部２１３は、ヘッドコントローラ２１１からのトリガ信号を受けて、液体吐出ヘッド１００の駆動ＩＣ６０に対し、吐出ノズル制御信号を送信する。
【００２６】
詳細は後述するが、駆動波形は第一のアクチュエータ、微振動波形は第二のアクチュエータへそれぞれ送られ、これに基づいて、インクが液体吐出ヘッド１００から吐出され、記録媒体２０７に画像が形成される。
【００２７】
なお、図１および図２では、キャリッジ２０４が走査するシリアル方式のインクジェット記録装置２００を例に示したが、ヘッドをライン化したライン型ヘッドを備えたライン方式のインクジェット記録装置２００にも同様に適用することができる。
【００２８】
図３は、ライン方式のインクジェット記録装置２００の要部ブロック図である。ライン方式のインクジェット記録装置２００では、液体吐出ヘッド１００の移動によるトリガ発生ではなく、記録媒体２０７の搬送方向への送りを記録媒体送りセンサ２０９で検知して、トリガ信号は、記録媒体送りセンサ２０９からヘッドコントローラ２１１に送られる。
【００２９】
（液体吐出ヘッド）
＜第１の実施形態＞
図４は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１００の斜視断面図である。液体吐出ヘッド１００は、インクをノズル基板１の面部に設けたノズル２から吐出させるインクジェット記録ヘッドである。インクの系統は４つに分かれており、４色のインクを１つのヘッドから吐出が可能な４色一体型ヘッドである。
【００３０】
図５は、図４に示す液体吐出ヘッド１００の個別液室長手方向（Ｙ−Ｙ’）の断面の一部拡大図を示している。また、図６〜図８は、図４に示す液体吐出ヘッド１００の個別液室長手方向（Ｙ−Ｙ’）の断面の全体図を示しており、第二のアクチュエータの設置位置の異なる３つの例を示している。また、図６〜図８では、各図の点線部の拡大図を併せて示している。
【００３１】
［構成］
液体吐出ヘッド１００の構成について図４〜図６を参照しつつ説明する。液体吐出ヘッド１００は、振動板１３を上部に設けた個別液室基板１０の下面にノズル基板１を接合し、個別液室基板１０の上部に保持基板４０、共通液室基板５０を積層した積層構造に、インク流路を形成することで構成されている。
【００３２】
ノズル２から吐出されるインクは、先ず、インクタンクから、フレーム８０に形成された流路を通り、共通液室基板５０に設けられたマニホールド５２から共通液室５１へ供給される。なお、共通液室基板５０の代わりに、マニホールド５２と共通液室５１を形成したフレーム８０を保持基板４０に積層しても良い。
【００３３】
そして、共通液室５１から、保持基板４０に設けられたインク供給口４３と、個別液室基板１０に開口するインク導入路１７と、インク導入路１７から個別液室１１まで連通する流体抵抗部１２を介して、個別液室１１に供給される。また、個別液室１１の振動板１３上に形成される圧電素子２４（下部電極（共通電極）２１、圧電体２２、上部電極（個別電極）２３、からなる）を駆動することで生じる圧力により個別液室１１に連通するノズル２から吐出されるものである。圧電素子２４および振動板１３により第一アクチュエータが構成される。
【００３４】
なお、圧電素子２４は上部電極２３、下部電極２１からそれぞれ個別電極配線２５、共通電極配線２７を用いて引き出されて駆動ＩＣ６０と接続されている。また、駆動ＩＣ６０は、制御部２１０から供給された電圧を、印字パターンをもとに圧電素子２４に選択的に供給して、圧電素子２４を制御するものである。以下、各部の構成の詳細を説明する。
【００３５】
[ノズル基板]
ノズル基板１は、インク吐出用のノズル２が複数列（例えば、４列）配列されている基板である。ノズル基板１の材料は、所望の剛性や加工性に応じて種々選択可能である。例えば、ＳＵＳ、ニッケル等の金属または合金や、シリコン、セラミックス等の無機材料、ポリイミド等の樹脂材料を用いることができる。
【００３６】
なお、ノズル２の加工方法は、ノズル基板１の材料特性や要求される精度・加工性から最適な方法を選択すればよく、例えば、電鋳めっき法、エッチング法、プレス加工法、レーザ加工法、フォトリソグラフィ法等によればよい。また、ノズル２の開口径、ノズル配列数、配列密度等についても、液体吐出ヘッド１００に要求される仕様に合わせて所望の組み合わせを設定すればよい。
【００３７】
[個別液室基板]
個別液室基板１０は、には、個別液室１１、インク導入路１７、インク導入路１７から個別液室１１への流体抵抗部１２、が形成される。個別液室１１はノズル基板１と接合する面に配置され、保持基板４０と接合する側の振動板１３上に圧電素子２４、個別電極配線２５、共通電極配線２７等が配置される。また、振動板１３上を覆うように、第１絶縁膜２９が配置され、第１絶縁膜２９上には、個別電極配線２５および共通電極配線２７が配置される。また、第１絶縁膜２９上（個別電極配線２５および共通電極配線２７の配置位置にはその上）には、第２絶縁膜３０が配置される。また、第２絶縁膜３０は、圧電素子２４の一部（全部でもよい）を覆うように配置される。
【００３８】
個別液室基板１０の材料は、所望の加工性、物性から種々選択可能であるが、例えば、３００ｄｐｉ（約８５μｍピッチ）以上ではフォトリソグラフィ法を用いることができるシリコン基板を用いることが好ましい。
【００３９】
個別液室１１の加工は、例えば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法等を用いることができる。これにより、振動板１３の個別液室１１側を二酸化シリコン膜等として、エッチストップ層とできるため、液室高さを高精度に制御することができる。
【００４０】
個別液室１１は、ノズル２に対応する位置に設けられてインクに圧力を加え、ノズル２からインクを吐出させるものである。個別液室１１の上部には振動板１３が形成され、振動板１３上には下部電極２１、圧電体２２、上部電極２３が積層された圧電素子２４が形成される。振動板１３としては、例えば、シリコンや窒化物、酸化物、炭化物等の剛性の高い材料を用いることが好ましい。また、これらの材料の積層構造としても良い。積層膜とする場合は、それぞれの材料の内部応力を考慮し、残留応力が少ない構成とすることが好ましい。例えば、Ｓｉ３Ｎ４とＳｉＯ２の積層の場合は、引っ張り応力となるＳｉ３Ｎ４と圧縮応力となるＳｉＯ２を交互に積層し、応力を緩和することができる。
【００４１】
また、振動板１３の厚さは、所望の特性に応じて選択可能であるが、例えば、０．５μｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは１．０〜５．０μｍの範囲である。振動板１３が薄すぎる場合、クラック等により振動板１３が破損しやすくなり、厚すぎる場合は変位量が小さくなり吐出効率が低下するためである。また、薄すぎる場合は、振動板１３の固有振動数が低下し、駆動周波数が高められないことに繋がる。
【００４２】
下部電極２１および上部電極２３としては、導電性材料を用いることができる。例えば、金属、合金、導電性化合物等である。また、単層膜でも積層膜でも良い。なお、圧電体２２と反応したり、拡散したりしない材料とする必要がある。また、圧電体２２、振動板１３との密着性を考慮し、密着層を形成することも好ましい。下部電極２１および上部電極２３の例としては、例えば、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｉｒ酸化物、Ｐｄ、Ｐｄ酸化物等が安定性の高い材料として挙げられる。また、振動板１３との密着層としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ等を用いることができる。
【００４３】
圧電体２２としては、圧電性を示す強誘電体材料を用いることができる。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムを用いることができる。圧電体２２の成膜方法は、特に限られるものではないが、例えば、スパッタリング法、ゾルゲル法等によることができる。なお、成膜温度の低さからゾルゲル法が好ましい。
【００４４】
また、上部電極２３および圧電体２２は、個別液室１１ごとにパターニングされる。パターニングは、通常のフォトリソグラフィ法を用いることができる。なお、圧電体２２の成膜をゾルゲル法にて行う場合は、スピンコーティング法や印刷法を用いることとしても良い。
【００４５】
圧電素子２４は、個別液室１１の上部相当位置に形成されることが好ましい。個別液室１１を区画する隔壁上に形成した場合は、振動板１３の変形を阻害してしまうため、吐出効率の低下や応力集中による圧電素子２４の破損等の原因となりうる。
【００４６】
流体抵抗部１２は、インク導入路１７から個別液室１１にインクを供給する機能を有すると同時に、圧電素子２４の駆動による個別液室１１に発生する圧力により、インクが逆流することを防止する機能を有する。
【００４７】
そのため、個別液室１１のインク流動方向の断面積を小さくし、流体抵抗を高くする必要がある。個別液室基板１０にシリコン基板を用い、個別液室１１と流体抵抗部１２をフォトリソグラフィ法（エッチング含む）を用いて形成することは、個別液室１１と同一の条件で加工することができるため好ましい。
【００４８】
個別液室１１は、液室基板隔壁により区画されており、それぞれに対応する圧電素子２４が形成される。
【００４９】
なお、個別液室１１の高さはヘッド特性に応じて任意に選択可能であるが、例えば、２０〜１００μｍの範囲とすることが好ましい。また、個別液室隔壁は、配列密度に合わせて任意に設定することが可能であるが、隔壁幅は、例えば、１０〜３０μｍとすることが好ましい。なお、隔壁幅が狭い場合、隣接する個別液室１１の圧電素子２４を駆動した場合に隣接液室間の相互干渉が発生し、吐出ばらつきが大きくなるおそれがある。隔壁幅を狭くすることが必要な場合は、液室高さを低くすることが好ましい。
【００５０】
[電極配線]
配列した圧電素子２４に駆動信号を入力するために、上部電極２３から個別電極を引き出し、下部電極２１から共通電極を引き出す構成となっている。個別電極は、配列する上部電極２３から個別電極配線２５を介して、駆動ＩＣ６０に接続された電極パッド（個別電極パッド）まで引き出される。下部電極２１は個別電極パッドと反対側のインク導入路１７の手前のインク供給路上にまで延伸され、下部電極２１と導通する共通電極配線２７を介して、駆動ＩＣ６０に接続された電極パッド（共通電極パッド）まで引き出される。
【００５１】
なお、下部電極２１と共通電極配線２７との間には、第１絶縁膜２９が形成され、第１絶縁膜２９に開けられたコンタクトホール１５を介して電気的に接続されている。同様に、上部電極２３と個別電極配線２５との間には、第１絶縁膜２９が形成され、第１絶縁膜２９に開けられたコンタクトホール１４を介して電気的に接続されている。
【００５２】
なお、個別電極配線２５と共通電極配線２７は同一材料、同一工程で形成することが好ましい。電極材料としては、抵抗値の低い金属・合金・導電性材料を用いることができる。また、上部電極２３、下部電極２１とコンタクト抵抗の低い材料を用いることが必要である。例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒなどを用いることができる。
【００５３】
また、コンタクト抵抗を低減するために、これらの材料の積層構造としても良い。コンタクト抵抗を下げる材料として、導電性化合物を用いても良い。例えば、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ等の酸化物，窒化物およびその複合化合物を用いることができる。膜厚は特に限られるものではないが、例えば、１μｍ以下とすることが好ましい。
【００５４】
また、成膜には真空成膜法等の膜厚均一性が高い成膜方法を用いることが好ましい。これらの電極は、保持基板４０との接合面となるため、高さ均一性を確保できる膜厚、成膜方法とすることが必要である。
【００５５】
また、電極パッドと駆動ＩＣとの接続方法は、特に限られるものではないが、例えば、ＦＰＣ（Flexible  Printed  Circuits）を用いたＡＣＦ接合、ハンダ接合や、ワイアボンディング法、駆動ＩＣ６０の出力端子と直接接合するフリップチップ法等を用いることができる。各接合方式に合わせてパッドの材料、構造を選定すればよい。
【００５６】
[保持基板]
保持基板４０は、個別液室基板１０の剛性を確保するためにノズル基板１とは対向する側に接合される。保持基板４０の材料は、特に限られるものではないが、個別液室基板１０の反りを防止するために熱膨張係数の近い材料を選定することが好ましい。このため、例えば、ガラス、シリコンやＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３等のセラミクス材料とすることが好ましい。
【００５７】
また、個別液室１１に液体を供給するためのインク供給口４３を有している。さらに、個別液室１１に対向する領域に保持基板凹部４１が形成される。保持基板凹部４１は保持基板４０の堀加工により形成された密閉された空間で、内部に圧電素子２４が配置されて圧電素子２４が変位可能な稼働領域を形成している。
【００５８】
また、各保持基板凹部４１は隣接する個別液室１１ごとに区画され、保持基板隔壁で隔てられている。この保持基板隔壁は、個別液室隔壁上で接合されることが好ましい。それにより、板厚の薄い液室基板の剛性を高めることができ、圧電素子２４を駆動した際の隣接液室間の相互干渉を低減することが可能となる。その場合、保持基板４０は樹脂などの低剛性材料ではなく、シリコンなどの高剛性材料で形成することが好ましい。なお、保持基板隔壁の幅は、例えば、５〜２０μｍである。
【００５９】
［フレーム］
フレーム８０は、共通液室基板５０と一体化した樹脂部品であって、液体吐出ヘッド１００をメカ機構へ取り付けるとともに、インクを外部から供給する。
【００６０】
[共通液室基板]
共通液室基板５０は、例えば、ステンレススチールで形成されており、マニホールド５２から共通液室５１へ供給された液体は、インク供給口４３、インク導入路１７、流体抵抗部１２を介して個別液室１１へ供給される。共通液室５１は、複数の個別液室１１と共通に連通している。
【００６１】
また、共通液室５１の壁面の一部は変形可能なダンパー８１で形成されており、流体的な相互干渉の圧力を抑制する機能、共通液室５１内で発生する反射波を吸収する機能等を有する。ダンパー８１には、メニスカスに微振動を加える微振動駆動用の圧電素子８２が配置される。
【００６２】
ダンパー８１は、圧力緩衝効果と微振動励起の２つの機能を有している。ダンパー８１自体は、圧電素子８２による変位の応答遅れないことが望ましいが、応答性と圧力緩衝効果がトレードオフの関係にあるため適宜曲げ剛性を設定したものであれば、その材質は、樹脂、金属等、特に限られるものではなく、例えば、薄膜の樹脂フィルムや薄膜の金属膜で構成することができる。
【００６３】
圧電素子８２およびダンパー８１により第二アクチュエータが構成される。圧電素子８２は、図６中の拡大図に示すように、圧電体８３、第１電極８４、第２電極８５からなり、第１電極８４または第２電極８５のいずれか一方から配線部材によりＦＰＣ端子（配線部材２０８の端子）と接続されている。また、図６に示すように、少なくとも第１電極８４の表面を覆うように絶縁膜８６を設けることが好ましい。
【００６４】
圧電素子８２については、個別のノズル毎に電圧印加を分ける必要がないため、配線部材は駆動ＩＣ６０を介して接続する必要がなく、ＦＰＣ端子に直接接続することができる。なお、配線レイアウトの制約によっては駆動ＩＣ６０を経由して接続するものであってもよい。
【００６５】
図６に示す例では、圧電素子８２は、ダンパー８１上の共通液室５１の反対側に配置されているが、圧電素子８２の配置位置は、これに限られるものではない。
【００６６】
圧電素子８２は、例えば、図７に示すように、ダンパー８１上の共通液室５１側に配置されていても同様の効果を得ることができる。ただし、図７に示すように、共通液室５１側に配置する場合は、共通液室５１内のインクに触れる箇所となるため、絶縁膜８６および圧電素子８２がインクに触れないように接液膜８７を設ける。
【００６７】
また、ダンパー８１とともに第二のアクチュエータを構成する電気機械変換素子は、圧電素子８２に限られるものではなく、例えば、図８に示すように、静電型アクチュエータ８８を適用することも好ましい。すなわち、ダンパー８１上の共通液室５１の反対側に第１電極８４と絶縁膜８６を配置し、共通液室５１と反対側のダンパー８１と対向する側に第２電極８５と絶縁膜８６を配置する。そして、第１電極８４を負に帯電させるとともに、第２電極８５に微振動波形を印加することでダンパー８１を振動させてもよい。
【００６８】
［液体吐出ヘッドの駆動方法］
以上のように構成された、液体吐出ヘッド１００の駆動方法は、少なくとも液体吐出ヘッド１００の印字動作中において、液体を吐出している吐出ノズルに対応する個別液室１１内の液体、および液体を吐出していない非吐出ノズルに対応する個別液室１１内の液体に対し、第二のアクチュエータにより微振動を加えるようにしたものである。
【００６９】
ここで、「印字動作中」とは液体吐出ヘッド１００が印字領域（図１参照）に位置し、複数のノズルのうち少なくとも１つのノズルからインクを吐出して記録媒体２０７に印字動作を行っている期間である。
【００７０】
液体吐出ヘッド１００が印字領域に位置している間は、エンコーダ検知センサ２０５によりエンコーダスケール２０６が検出されて、インクジェット記録装置２００の制御部２１０のヘッドコントローラ２１１にトリガ信号が送られている。そして、このトリガ信号に基づいて、駆動波形生成部２１２は、微振動波形を第二のアクチュエータに印加している。このため、印字動作中において継続して第二のアクチュエータに微振動信号が印加されることとなる。
【００７１】
第二のアクチュエータに微振動信号が入力されることで、第二のアクチュエータが撓み振動を行い、共通液室５１内の液体に微振動が生じる。共通液室５１は複数の個別液室１１に連通しているので、共通液室５１内の液体の微振動は各個別液室１１内の液体にも伝搬する。
【００７２】
すなわち、印字動作中に第二のアクチュエータを駆動することで、非吐出ノズルに対応する個別液室１１の液体だけでなく、吐出ノズルに対応する個別液室１１の液体にも微振動が加わることとなる。
【００７３】
このとき、第二のアクチュエータの微振動波形はノズル毎に切り替える必要がなく、第二のアクチュエータを駆動することで、全てのノズルのメニスカスを同時に微振動させることができる。
【００７４】
また、共通液室５１の壁面を構成するダンパー８１には圧電素子を設置するスペースが確保できるため、振動動作が可能なダンパー８１に対して、圧電素子を配置することで、微振動駆動用のアクチュエータのために特別に場所を設ける必要がない。これにより、共通液室５１内の液体の振動を吸収するダンパー８１を、微振動駆動用のアクチュエータとしても用いることができる。
【００７５】
ここで、第二のアクチュエータの駆動により生じる微振動は、吐出ノズル、非吐出ノズルに関係なく、液体吐出ヘッド１００の印字動作中に生じているものであり、吐出ノズルに対応する第一のアクチュエータを駆動することで生じる個別液室１１内の振動が微振動に重畳されることで、第一のアクチュエータのみで駆動するよりも大きな圧力変動を個別液室１１内の液体に加えることが可能となる。これにより、第一のアクチュエータを駆動する駆動波形の電圧を小さくすることができ、低駆動電圧で液体を吐出することが可能となる。
【００７６】
また、非吐出ノズルについては、液体吐出ヘッド１００の印字動作中において、メニスカスを振動させているので、非吐出ノズルのメニスカス近傍の液体の増粘を抑制することができ、非吐出ノズルが次の駆動周期で吐出ノズルとなる場合にも所望の吐出速度を得ることができる。
【００７７】
以下に駆動方法の詳細について説明する。
【００７８】
図９に示すように、微振動波形の周期（微振動周期という）を個別液室１１の共振周期と同一とすることで、メニスカスが微振動する周期が、個別液室１１の共振周期Ｔｃが同一となる。共振を利用することで駆動電圧が低くとも、効果的にメニスカス微振動を形成することができ、個別液室内の微振動を効率良く発生させることができる。このため、微振動発生機構の駆動電圧の低減が可能である。なお、微振動波形は、駆動周期が個別液室１１の共振周期と一致していれば、その波形形状は問わず、正弦波、矩形波、三角波のいずれであってもよい。
【００７９】
また、図９に示すように、メニスカス微振動の吐出方向の速度が最大になるタイミングで駆動波形の吐出を実施することにより、さらに消費電力を低減させることが可能となる。
【００８０】
メニスカス微振動の吐出方向の速度が最大になるタイミングについて、図１０および図１１を参照して説明する。図１０は、メニスカス微振動とメニスカス変位の速度との関係を示す説明図である。図１１は、ノズル２の開口部の模式図であって、符号Ｉで示すインクのメニスカス変位を示している。ここで、図１０に示すメニスカス微振動の（０）中立点でのメニスカス変位を図１１（Ａ）、メニスカス微振動の（１）引き込み方向最大変位点でのメニスカス変位を図１１（Ｂ）、メニスカス微振動の（２）中立点でのメニスカス変位を図１１（Ｃ）、メニスカス微振動の（３）吐出方向最大変位点でのメニスカス変位を図１１（Ｄ）に示している。
【００８１】
メニスカス位置は、中立点（０）から個別液室１１側へ引きこまれて、（１）引き込み方向最大変位点となった後、（３）吐出方向最大変位点まで変位するが、その際に再度、メニスカス位置が中立点（（２）中立点、図１１（Ｃ））となる付近において、メニスカス微振動の吐出方向の速度が最大となる。
【００８２】
また、第一のアクチュエータに印加する駆動波形のトリガは、第二のアクチュエータを微振動させる微振動波形のトリガとすることが好ましい。すなわち、微振動波形を常に同じ周期で入れると駆動波形と同期することができないので、図１２に示すように、微振動波形も同じトリガ信号の受信位置を波形の印加開始位置とするものである。
【００８３】
これにより、例えば、印字動作中において、液体吐出ヘッド１００の移動速度が一定でないときでも、所定のトリガに合わせて駆動波形と微振動波形の位相を合わせることができる。
【００８４】
また、駆動波形を第一のアクチュエータに印加している間は、メニスカスを微振動させるため、少なくとも駆動波形の波形長以上の長さの微振動波形を第二のアクチュエータに印加する。
【００８５】
そして、微振動波形においては、１のトリガ信号あたりのメニスカス微振動の回数（微振動回数ともいう）を残留振動の影響がでにくい所定回数に決めておくことが好ましい。
【００８６】
すなわち、次のエンコーダ検知によるトリガ信号がくる直前までメニスカス微振動を入れていると、次の周期の初めに前のメニスカス微振動が影響を与えてしまう。そこで、１駆動周期において、微振動波形の長さを１駆動周期の長さよりも短く設定することで、微振動波形を第二のアクチュエータに印加しない時間を設けて、メニスカス微振動が十分に減衰するようにする。ここで、１駆動周期における、微振動波形を印加しない時間は、駆動最大周波数に対して少なくとも固有周期の半周期分とすることが好ましい。
【００８７】
これにより、印字動作中に液体吐出ヘッド１００の移動速度が一定でないときであっても、前の周期の微振動の残留振動が次の周期に影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００８８】
また、インクジェット記録装置２００による印字動作は、例えば、（１）待機状態→（２）印字前空吐出→（３）キャリッジ移動→（４）印字動作→（５）印字終了→（６）キャリッジ移動→（７）待機状態、という一連の動作からなるが、微振動波形の印加は、印字の際のメニスカスの乾燥を防ぐことを目的とするものであるものであるから、（４）の印字動作中のみでなく、（２）印字前空吐出の後から（４）印字動作の開始前までの期間中にも微振動波形を印加することも好ましい。
【００８９】
以上説明した液体吐出ヘッド１００の駆動方法では、液体吐出ヘッド１００が印字領域に位置している間は、常に微振動を発生させて、その微振動に合わせて第一のアクチュエータに駆動波形を印加する。このため、印字領域においてメニスカスが常に振動している。
【００９０】
よって、非吐出ノズルのメニスカス近傍の液体の増粘を抑制するとともに、第二アクチュエータの微振動を第一のアクチュエータの駆動を補助することで、第一のアクチュエータの駆動電圧を下げること、換言すれば、吐出ノズルに対して低電圧駆動で液体を吐出することができる。
【００９１】
なお、一つのアクチュエータに対して吐出用の駆動波形と微振動波形を印加するようにすると、波形の切り替えが必要となるアクチュエータの駆動ＩＣが複雑化してしまうことが考えられる。また、切り替えのタイミングで駆動波形と微振動波形の電位が同じである必要があり、微振動波形の設計に制約が生じてしまう。これに対し、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１００の駆動方法によればでは、駆動用のアクチュエータと微振動用のアクチュエータの２種類のアクチュエータを用いることにより、駆動ＩＣが複雑化することを回避するとともに、微振動波形の設計の自由度を高めることが可能となっている。
【００９２】
＜第２の実施形態＞
次に、液体吐出ヘッド１００の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。
【００９３】
図１３は、図４に示す液体吐出ヘッド１００の個別液室長手方向（Ｙ−Ｙ’）の断面の全体図の他の例である。図１４は、液体吐出ヘッド１００の個別液室基板１０の平面図である。
【００９４】
第１の実施形態においては、第二のアクチュエータは、共通液室５１の壁面の一部を形成するダンパー８１を用いて構成されていたが、第二のアクチュエータの配置位置は、これに限られるものではない。
【００９５】
第２の実施形態では、微振動駆動用の圧電素子８２は、液体の流路における個別液室１１の上流側において、個別液室１１と個別に連通する連通路であるインク導入路１７に対応する位置における振動板１３上に設けられるものである。第２の実施形態では、圧電素子８２および振動板１３により第二のアクチュエータが構成される。
【００９６】
圧電素子８２は、圧電体８３、第１電極８４、第２電極８５からなり、それぞれ圧電素子２４の圧電体２２、上部電極２３、下部電極２１の各層を用いて同時に構成するものとしている。
【００９７】
第二の実施形態では、微振動駆動用の第二のアクチュエータ（圧電素子８２）を、駆動波形印加用の第一のアクチュエータ（圧電素子２４）と同じ層を用いて構成することにより、圧電素子８２を追加工程の必要なく配置をすることができるとともに、コスト上昇を抑えることができる。
【００９８】
圧電素子８２は、第１電極８４または第２電極８５のいずれか一方から配線部材によりＦＰＣ端子（配線部材２０８の端子）と接続されている。
【００９９】
圧電素子８２については、個別のノズル毎に電圧印加を分ける必要がないため、配線部材は駆動ＩＣ６０を介して接続する必要がなく、ＦＰＣ端子に直接接続することができる。なお、配線レイアウトの制約によっては駆動ＩＣ６０を経由して接続するものであってもよい。
【０１００】
また、圧電素子８２は、ノズル毎に微振動信号を切り替える必要がないため、個別液室１１毎に独立して配置しても良いし、個別液室１１の配列方向に亘り全体がつながった状態であっても良い。なお、圧電素子８２が個別液室１１毎に独立して設けられることで、第二のアクチュエータが個別液室１１単位で設けられている場合は、駆動波形生成部２１２は全ての第二のアクチュエータに対して、微振動波形を印加すればよい。
【０１０１】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【０１０２】
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
【０１０３】
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
【０１０４】
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
【０１０５】
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
【０１０６】
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
【０１０７】
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
【０１０８】
また、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液なども含まれる。
【０１０９】
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。
【０１１０】
また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
【０１１１】
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）以外にも、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものでもよい。
【０１１２】
また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同
義語とする。
【符号の説明】
【０１１３】
１  ノズル基板
２  ノズル
１０  個別液室基板
１１  個別液室
１２  流体抵抗部
１３  振動板
１４  コンタクトホール
１５  コンタクトホール
１７  インク導入路
２１  下部電極（共通電極）
２２  圧電体
２３  上部電極（個別電極）
２４  圧電素子
２５  個別電極配線
２７  共通電極配線
２９  第１絶縁膜
３０  第２絶縁膜
４０  保持基板
４１  保持基板凹部
４３  インク供給口
５０  共通液室基板
５１  共通液室
５２  マニホールド
６０  駆動ＩＣ
８０  フレーム
８１  ダンパー
８２  圧電素子
８３  圧電体
８４  第１電極
８５  第２電極
８６  絶縁膜
８７  接液膜
８８  静電型アクチュエータ
１００  液体吐出ヘッド
２００  インクジェット記録装置
２０１，２０２  側板
２０３  ヘッド移動ロッド
２０４  キャリッジ
２０５  エンコーダ検知センサ
２０６  エンコーダスケール
２０７  記録媒体
２０８  配線部材
２０９  記録媒体送りセンサ
２１０  制御部
２１１  ヘッドコントローラ
２１２  駆動波形生成部
２１３  吐出ノズル制御信号発生部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１４】
【特許文献１】特開２０１０−２１０９８６号公報
【図１】
2017087510.tif 000003
【図２】
2017087510.tif 000004
【図３】
2017087510.tif 000005
【図４】
2017087510.tif 000006
【図５】
2017087510.tif 000007
【図６】
2017087510.tif 000008
【図７】
2017087510.tif 000009
【図８】
2017087510.tif 000010
【図９】
2017087510.tif 000011
【図１０】
2017087510.tif 000012
【図１１】
2017087510.tif 000013
【図１２】
2017087510.tif 000014
【図１３】
2017087510.tif 000015
【図１４】
2017087510.tif 000016