JP2009160758A - 液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メイン滴の飛び出しを安定化し、かつサテライト滴がメイン滴から後れることを少なくし、高い品質の画像形成をすることができる液体吐出装置を提供する。
【解決手段】
流路ユニット２は、複数のプレートを積層することによってその内部に圧力室２０、ノズル２２、共通液室２３，絞り部２４を形成して備える。圧力室２０の一端はノズル２２に、他端は絞り部２４にそれぞれ積層方向に連通している。アクチュエータ３は、圧力室２０を覆う積層した複数の圧電シート間に電極を備え、電極間に挟んだ圧電シートの部分を活性部４７としている。活性部４７は、対応する圧力室２０の長手方向の長さよりも短く圧力室２０の長手方向に沿って位置する。さらに活性部４７の長さ方向の中心Ｃ１は圧力室２０の長手方向の中心Ｃ２よりもノズル側に偏倚している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッド等のように液体をノズルから液滴として吐出する液体吐出装置に関するものである。

インクジェットプリンタでは、インクジェット式記録ヘッドの小型化、印刷速度の高速化及び画質向上のために小液滴化が要求され、記録ヘッドの圧力室及びノズルが小型化されている。例えば、特許文献１に開示される記録ヘッドでは、圧力室及びノズルなどを設けた複数枚の薄板を積層した流路ユニットと、圧電式アクチュエータとを重ねて構成されている。この圧電式アクチュエータには、平面視において圧力室の中央に重なるように圧力室ごとに独立した電極が設けられ、電極への電圧の印加によって圧電層が圧力室に対して変形される。

液滴を吐出する際に、比較的小さな駆動電圧で大きな吐出速度を得るために、いわゆる「引き打ち」と呼ばれる方式がとられる。すなわち、圧力室の容積を縮小状態から拡大して圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、その圧力変動の周期において圧力が高い時期に、圧力室の容積を縮小状態にすることで、圧力変動による圧力と容積の縮小による圧力とを重畳させて、液滴が吐出される。さらに、その液滴がノズルから吐出されつつある状態のとき、付加パルスを印加して圧力室の容積を拡大することで、吐出されつつある液滴の尾部が引き戻され、液滴が小液滴化される。
特開２００４−１５４９６２号公報

液体吐出装置では、上記の吐出動作によって、公知のように、まずノズルから液体がひも状に連なって飛び出し、これが飛翔中にちぎれ、先端部分がいわゆるメインの液滴（以下、単に「メイン滴」という）となり、後続部分がサテライト滴と呼ばれる不所望な液滴となる。

図８は、パルス幅を段階的に変更して液滴を吐出させて一定時間後の、メイン滴１０１とサテライト滴１０２との位置関係を示す。パルス幅とは、アクチュエータを駆動するパルスの前端で前述のように圧力室の容積を拡大した後、そのパルスの後端で縮小状態にするまでの時間である。あるパルス幅の範囲ＰＨ１（図１６の左から３番目〜６番目）でメイン滴１０１の速度が他に対して著しく大きくなる、つまり効率よく液滴が吐出されることになり、通常、この範囲ＰＨ１のパルス幅が使用される。しかし、サテライト滴１０２は、上記範囲ＰＨ１のパルス幅においてもあまり吐出速度が大きくならず、メイン滴１０１よりも距離ＶＨ１だけ後れて記録媒体に着弾することになる。吐出速度が遅いサテライト滴１０２は浮遊しやすく、記録媒体に対してメイン滴１０１から離れて着弾する可能性が大きい。特に記録ヘッドと記録媒体とが相対移動して画像形成するものでは、影響が出やすい。

これには、次のことが関係していると思われる。図９は、上記の効率よく吐出されるパルス幅で駆動したときの、ノズル近傍の圧力及びメニスカスの位置の経時変化を示すものである。メニスカスとは、ノズル内で液体が外気と接する界面である。引き打ちにおける当初の圧力室容積の拡大によってメニスカスが後退するとともに、ノズル近傍の圧力も変動する。メニスカスが最も後退したとき（Ｚ時点）、ノズル近傍の圧力は、すでに上昇過程にあり、その圧力上昇によって、ひも状に飛び出す液滴の先端すなわちメイン滴１０１が早期に飛び出しやすくなる。また、液滴の後端部分すなわちサテライト滴１０２の吐出に対するエネルギが小さくなり、速度が遅くなる。さらに、実験によれば、メイン滴１０１の体積が１．０ｐｌ（ピコリットル）であったのに対し、サテライト滴１０２の体積が１．２ｐｌとなった。

このように、メイン滴１０１が早期に飛び出しやすいことは、液体の温度変化にもとづく粘性の変化などによりさらに飛び出しやすくなることがあり着弾位置を不安定にする。また、サテライト滴１０２がメイン滴１０１から離れて吐出されるため、前述のとおりメイン滴１０１と離れて着弾し、サテライト滴１０２の体積が大きいと、さらに画像品質を悪くする。

本発明の目的は、メイン滴の飛び出しを安定化し、かつサテライト滴がメイン滴から後れることを少なくし、高い品質の画像形成をすることができる液体吐出装置を提供することである。

本発明の液滴吐出装置は、液体を吐出可能なノズルと、一端が前記ノズルに連通している圧力室と、前記圧力室に供給するための液体を貯留する共通液室と、前記圧力室の他端と前記共通液室とを連通し前記圧力室及び前記共通液室よりも断面積が小さい絞り部と、前記圧力室内の液体に圧力変動を発生させるための活性部を有するアクチュエータとを備え、前記アクチュエータにより前記圧力室の容積を縮小した状態からその容積を拡大することによって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、その圧力変動と再び前記圧力室の容積を縮小して液体に加えた圧力とを重畳させることによって、前記圧力室内の液体を前記ノズルから吐出する液滴吐出装置であって、前記圧力室は、一平面上に形成され、前記ノズルと連通する一端と前記絞り部と連通する他端とを結ぶ方向に伸延する長尺形状に形成され、前記絞り部は、前記圧力室の一端から前記平面と直交する方向に曲がるようにして前記圧力室の一端に連通しており、前記アクチュエータは、前記平面を覆うように配置され、前記平面と直交する方向に積層された複数の圧電層と、前記平面と平行に延在し前記圧電層を挟むようにして設けられた電極層とを有し、前記アクチュエータは、前記電極層に挟まれた前記圧電層の部分が活性部を成し、前記活性部は、前記圧力室と対応させて配置され、前記圧力室の一端と他端とを結ぶ前記圧力室の長手方向に沿うように配置されると共に、前記圧力室の長手方向の長さよりも短い長さに形成され、前記活性部の長さ方向の中心は、前記圧力室の前記長手方向の中心よりも前記ノズルと連通する他端側に偏倚して位置しているものである。

本発明に従えば、圧力室の平面を覆うようにして配置された圧電層の変形により、圧力室の容積を縮小状態にしておき、吐出動作を行う際に拡大して圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるとともに、ノズルに形成されたメニスカスを内方に引き入れる。その後その圧力変動と再び圧電層の変形により圧力室の容積を縮小して液体に加えた圧力とを重畳させることによって、前記内方に引き入れられたメニスカスをノズル外方へと押し出し液滴を吐出させる。

また本発明では、活性部の長さ方向の中心を圧力室の長手方向の中心よりもノズルと連通する圧力室の一端側に偏倚させることで、メニスカスに対するノズル近傍での圧力変動を従来のものに対し変更している。これによってメイン滴が早期に飛び出すのを抑え、サテライト滴がメイン滴に対して後れることの少ない液滴の吐出が可能になる。

上記発明において、前記圧力室の一端と前記活性部のそれと同側の一端との距離をＬＰ１、前記圧力室の他端と前記活性部のそれと同側の他端との距離をＬＰ２、前記圧力室の前記長手方向の長さをＬＢとしたとき、（ＬＰ２−ＬＰ１）／２／ＬＢを、０．０２以上０．２５以下とすることが好ましい。これによってメイン滴が早期に飛び出すのを抑え、サテライト滴がメイン滴に対して後れることの少ない液滴の吐出が可能になる。

また上記発明においては、前記圧力室の一端と前記活性部のそれと同側の一端との距離をＬＰ１、前記圧力室の他端と前記活性部のそれと同側の他端との距離をＬＰ２、前記圧力室の前記長手方向の長さをＬＢ、前記圧力室一端から前記ノズルの先端までの長さをＬＡ、前記圧力室一端から前記絞り部の前記共通液室側の端部までの長さをＬＣとしたとき、（ＬＰ２−ＬＰ１）／２／（ＬＡ＋ＬＢ＋ＬＣ）を、０．０２以上０．２以下とすることが好ましい。これによってメイン滴が早期に飛び出すのを抑え、サテライト滴がメイン滴に対して後れることの少ない液滴の吐出が可能になる。

さらに、本発明の液体吐出装置は、液体を吐出可能なノズルと、一端が前記ノズルに連通している圧力室と、前記圧力室に供給するための液体を貯留する共通液室と、前記圧力室の他端と前記共通液室とを連通し前記圧力室及び前記共通液室よりも断面積が小さい絞り部と、前記圧力室内の液体に圧力変動を発生させるための活性部を有するアクチュエータとを備え、前記アクチュエータにより前記圧力室の容積を縮小した状態からその容積を拡大することによって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、その圧力変動と再び前記圧力室の容積を縮小して液体に加えた圧力とを重畳させることによって、前記圧力室内の液体を前記ノズルから吐出する液滴吐出装置であって、前記圧力室の容積拡大にともない、前記ノズルに形成された液体のメニスカスが前記圧力室側に最も後退したとき、前記ノズル近傍の液体の圧力が上昇過程にないものである。

本発明に従えば、アクチュエータにより、圧力室の容積を縮小状態にしておき、吐出動作を行う際に拡大して圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるとともに、ノズルに形成されたメニスカスを内方に引き入れる。その後その圧力変動と再び圧電層の変形により圧力室の容積を縮小して液体に加えた圧力とを重畳させることによって引き入れられたメニスカスをノズル外方へと押し出し液滴を吐出させる。この際に、圧力室の容積拡大にともない、ノズルに形成された液体のメニスカスが圧力室側に最も後退したとき、ノズル近傍の液体の圧力が上昇過程にないから、メイン滴が早期に飛び出すのを抑え、サテライト滴がメイン滴に対して後れることの少ない液滴の吐出が可能になる。

また上記発明において、前記活性部の長さ方向の中心は、前記圧力室の前記長手方向の中心よりも前記ノズルと連通する他端側に偏倚して位置していることが好ましい。これにより、上記液滴の吐出を容易に実現できる。

また上記発明において、前記活性部の長さ方向の中心は、前記絞り部の前記共通液室側の端部から前記ノズルの先端までの流路の長さ方向の中心に対し前記ノズル側に偏倚して位置していることが好ましい。これにより、上記液滴の吐出を容易に実現できる。

上記各発明においては、前記液体吐出装置は、前記ノズルが形成されたノズル面を有するノズルプレートと、前記共通液室を形成するためのマニホールドプレートと、前記絞り部を形成するためのサプライプレートと、前記圧力室を形成するためのキャビティープレートとを有し、上記ノズルプレート、マニホールドプレート、サプライプレート及びキャビティープレートがこの順序で積層された状態で、前記圧力室、絞り部及び共通液室が前記積層方向に配置され、前記圧力室の前記積層方向と直交する方向の一端が前記絞り部を介して前記共通液室に接続され、前記圧力室の前記一端と長手方向反対側の他端が前記ノズルに、前記サプライプレート及びマニホールドプレートを前記積層方向に貫通する排出路を介して接続されていることが好ましい。

本発明に従えば、上記のように液滴の吐出特性が良好な積層型の液滴吐出装置を容易に実現することができる。

本発明によれば、メイン滴が早期に飛び出すのを抑え、サテライト滴がメイン滴に対して後れることの少ない液滴の吐出が可能になり、高い品質の画像形成をることができる。

実施形態は、本発明の液体吐出装置を、インクジェットプリンタに具体化したもので、図１は、そのインクジェットプリンタ内に備えられるインクジェット式記録ヘッド１の斜視図である。記録ヘッド１は、プリンタ紙等の記録媒体（図示せず）と平行な面内で走査しながら、インク滴（液滴）を吐出することによって、前記記録媒体に画像を形成するものである。記録ヘッド１は、流路ユニット２と、その流路ユニット２の上面の一部の領域に重ねて接着される圧電アクチュエータ（以下、単に「アクチュエータ」という）３とを備えている。

流路ユニット２は、その最下層に下面側に開口するノズル２２（図３参照）を有し、そのノズル２２から下向きにインク滴を吐出するように構成されている。アクチュエータ３の上面には、後述する共通電極４５及び個別電極４６（図３参照）と接続された端子４５ａ，４６ａが形成されており、それら端子４５ａ，４６ａがフレキシブルフラットケーブル４の下面に設けられている端子（図示せず）に導通接続されることで、アクチュエータ３と制御装置（図示せず）とが電気的に接続される。また、流路ユニット２の上面のアクチュエータ３に覆われていない領域には、インク導入孔５が形成されており、このインク導入孔５は、インクに混入した塵を除去するためのフィルタ６で覆われている。

図２は、流路ユニット２を示す平面図であり、図３は、図２に示す流路ユニット２にアクチュエータ３を積層したものを、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断して見た断面図である。図３に示すように、流路ユニット２は、上から順に、キャビティープレート１０、第１サプライプレート１１、第２サプライプレート１２、第１マニホールドプレート１３、第２マニホールドプレート１４、ダンパープレート１５、カバープレート１６及びノズルプレート１７がそれぞれ接着積層された構成となっている。ノズルプレート１７はポリイミド等の樹脂シートで、それ以外の各プレート１０〜１６は４２％ニッケル合金鋼板（４２合金）等の金属板であり、各々５０〜１５０μｍ程度の肉厚を有している。各プレート１０〜１７には、電解エッチング、レーザ加工、プラズマジェット加工等により、流路を構成する開口又は凹部が形成されている。

図１に示すように、キャビティープレート１０は、流路ユニット２の長辺に沿って複数列（本実施形態では、５列）に並べられた多数の圧力室孔１０ａを有している。圧力室孔１０ａは、図２に示すように平面視で流路ユニット２の短辺に沿う方向に平行な長軸Ｌ２を有する長円形状に形成されている。各圧力室孔１０ａは、その上方及び下方がアクチュエータ３及び第１サプライプレート１１で閉鎖されることで、圧力室２０を成している。従ってこの圧力室２０は、流路ユニット２の短辺に沿う方向に伸延する長尺形状を有し、圧力室２０の長手方向に平行であって、各プレート１０〜１７が積層される積層方向に垂直な仮想平面上に形成される。

最下層のノズルプレート１７は、下面に向かうにつれて縮径するテーパ形状の多数のノズル２２を有している。これら多数のノズル２２は、多数の圧力室２０の配列と対応して複数列に配置されている。さらに詳細に説明すると、ノズル２２は、対応する圧力室２０の長手方向一端に流出路２１を介して連通している。流出路２１は、第１及び第２サプライプレート１１，１２、第１及び第２のマニホールドプレート１３，１４、ダンパープレート１５並びにカバープレート１６において積層方向にそれぞれ穿設され相互に連通する各流出用貫通孔１１ａ，１２ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａにより形成されている。

第１及び第２マニホールドプレート１３、１４は、圧力室２０の各列ごとにその下方に配置されるマニホールド孔１３ｂ、１４ｂを有している。上下に対向するマニホールド孔１３ｂ、１４ｂは、圧力室２２の列方向（インクジェットヘッド１の長辺方向）に延在し、相互にほぼ一致する輪郭形状を有している。マニホールド孔１３ｂ、１４ｂは、互いに連通するように重ねられて、その上方及び下方が第２サプライプレート１２及びダンパープレート１５で閉鎖されることで共通液室２３を成している。また共通液室２３は、インクジェットヘッド１の長辺方向（走査方向）において圧力室２０の列よりも一方向に長く延在しており、この延在する部分に、キャビティープレート１０、第１及び第２サプライプレート１１，１２を上下に貫通するインク導入孔５が連通している。

各圧力室２０は、その下方に位置する共通液室２３に絞り部２４を介して連通している。各々の絞り部２４は、その一端が対応する圧力室２０に、他端が共通液室２３に連通し、絞り流路３１、第１及び第２貫通孔３２，３３を有している。絞り流路３１は、第１サプライプレート１１において第２サプライプレート１２側から溝状に凹みかつ圧力室２０に沿って伸延し細長く形成されている絞り溝１２ｂを第２サプライプレート１２で閉鎖することで形成され、対応する圧力室２０と共通液室２３との間に配置されている。また第１及び第２貫通孔３２，３３は、第１及び第２サプライプレート１１，１２において、各々のプレート１１，１２を上下方向（積層方向）に貫通してそれぞれ形成されている。第１貫通孔３２は、その上端が圧力室２０の長手方向他端に、下端が絞り流路３１の長手方向一端に連通し、第２貫通孔３３は、その上端が絞り流路３１の長手方向他端に、下端が絞り流路３１の長手方向一端に連通している。このようにして形成された絞り部２４は、絞り流路３１の部分においてその流路断面の面積が連通する圧力室２０及び共通液室２３より小さく形成され、その流路抵抗を圧力室２０及び共通液室２３のそれよりも大きくした絞りの役割を果たしている。

ダンパープレート１５は、第２マニホールド孔１４ｂとは反対側のカバープレート１６側から凹部を形成することで薄肉化されたダンパー壁１５ｂを有している。このダンパー壁１５ｂの下の凹部は、平面視で外形寸法が共通液室２３より大きくなるように形成されており、カバープレート１６で閉鎖されることで、ダンパー室２５を成す。

アクチュエータ３は、圧電駆動型であり、以下のような構成を有する。図３に示すように、アクチュエータ３は、１枚の厚さが略３０μｍ程度のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなる多数の圧電シート４０〜４４を積層することによって構成されている。各圧電シート４０〜４４の間には、多数の圧力室２０に対応して連続配置された共通電極４５と、各圧力室２０の各々に対応するよう配置された多数の個別電極４６とが積層方向に交互に挿入されている。各個別電極４６は、対応する圧力室２０の長手方向に沿って伸延する短冊状に形成され、平面視においてその長さ寸法及び幅寸法が圧力室２０の長さ寸法及び幅寸法よりも小さくなっている。そして、各個別電極４６は、対応する圧力室２０に対してその長手方向の中心よりも、ノズル２２側に偏倚して位置している。

アクチュエータ３は、圧電シート４１〜４４における各々の個別電極４６及び共通電極４５によって挟まれた部分が積層方向に分極処理され活性部４７を成している。そのため各活性部４７は、平面視において個別電極４６と同形状をなしている。

図４は、ノズル２２先端から共通液室２３までの流路を平面に展開して模式的に示した平面図に、活性部４７を重ねて示す。活性部４７は、前述の通り短冊状に形成されており、積層方向に見た平面視で、その幅方向中心線Ｌ１と対応する圧力室２０の長軸Ｌ２とを略一致させている。そして活性部４７は、積層方向に見た平面視で、長手方向中心Ｃ１を前記圧力室２０の長手方向中心Ｃ２に対しノズル２２側（圧力室２０の長手方向一端側）に長さ（ΔＬ１＞０）だけ偏倚させている。換言すると、圧力室２０のノズル側端部から活性部４７の同側端までの距離をＬＰ１、圧力室２０の絞り部側端部から活性部４７の同側端までの距離をＬＰ２とすると、（ＬＰ−ＬＰ１）／２＝ΔＬ１である。

そして、圧力室２０の長手方向の長さＬＢに対する偏倚量ΔＬ１、すなわちΔＬ１／ＬＢは、０．０２以上０．２５以下としている。また、圧力室２０一端からノズル２２の先端までの長さをＬＡ、圧力室２０他端から前記絞り部２４の前記共通液室側の端部までの長さをＬＣとしたとき、ΔＬ１／（ＬＡ＋ＬＢ＋ＬＣ）を、０．０２以上０．２以下としている。

具体的には、圧力室２０は長さ５００μｍ〜１６００μｍ、幅２５０μｍ〜３００μｍ、深さ４０μｍ〜６０μｍ。流路４８の長さは６５０μｍ〜４２００μｍ。活性部４７の長さは２５０μｍ〜１２００μｍ。ΔＬ１は５０μｍ〜１５０μｍの範囲をとることができる。

さらに詳細には、圧力室２０は長さ５００μｍ、活性部４７は長さ２５０μｍ、流路４８は長さ６５０μｍ、ΔＬ１は１２５μｍとすることで、ΔＬ１／ＬＢ＝０．２５、ΔＬ１／（ＬＡ＋ＬＢ＋ＬＣ）≒０．２とすることができる。

また、圧力室２０は長さ１６００μｍ、活性部４７は長さ１２００μｍ、流路４８は長さ４１００μｍ、ΔＬ１は１００μｍとすることで、ΔＬ１／ＬＢ≒０．０６３、ΔＬ１／（ＬＡ＋ＬＢ＋ＬＣ）≒０．０２とすることができる。

さらに、圧力室２０は長さ１０００μｍ、活性部４７は長さ７００μｍ、流路４８は長さ２２００μｍ、ΔＬ１は５０μｍ〜１５０μｍとすることで、ΔＬ１／ＬＢ＝０．０５〜０．１５、ΔＬ１／（ＬＡ＋ＬＢ＋ＬＣ）≒０．０２〜０．０７とすることができる。以下の実験ではほぼこの寸法の記録ヘッドを用いた。

記録ヘッドの動作について、図２乃至４を参照しつつ説明する。インク導入孔５から導入されたインクは、共通液室２３からノズル２２まで充填されている。アクチュエータ３の個別電極４６または共通電極４５の一方を接地し、他方に制御装置４９から選択的にパルス状の駆動信号Ｐが印加される。この場合、常態において所定の電圧が印加されており、個別電極４６と共通電極４５との間に分極方向と同方向に電界が生じることで、活性部４７が積層方向に伸長し、圧力室２０の容積を縮小させている。上記電圧の印加を停止し、その後再び印加することをもって上記駆動信号Ｐとする。つまり、いわゆる「引き打ち」を行う。なお、電圧の印加停止から再び印加するまでをパルス幅Ｔとする。

上記電圧の印加を停止することで、活性部４７を収縮状態へ復帰させ、圧力室２０の容積を拡大すると同時に圧力室２０内の液体に圧力変動を起こさせる。その後、液体の圧力変動において圧力が高くなったときに、再び電圧を印加して活性部４７を伸長させることで、圧力変動による高い圧力と、圧力室２０の容積の縮小による圧力とを重畳させ、ノズル２２から液滴を吐出させる。その後、必要により、特許文献１のものと同様に、付加パルスを印加して圧力室の容積を拡大することで、吐出されつつある液滴の尾部を引き戻し、液滴を小液滴化する。

活性部４７は、前述のとおり、その長手方向中心Ｃ１が圧力室２０の長手方向中心Ｃ２よりも圧力室２０のノズル側に偏倚している。そのため、アクチュエータ３は、圧力室の上面に対応する部分全体を圧力室２０に対して出入する方向に変形させるが、特に圧力室２０の中心Ｃ２に対して偏倚した部分（活性部４７に対応する部分）が最も大きく変形し、他の部分が小さく変形することになる。つまり、活性部４７により圧力室２０内の液体に対し、圧力を作用させる点が、従来の中心Ｃ１とＣ２とが一致しているものと異なり圧力室２０の中心Ｃ２に対し偏倚し、また、圧力室２０内の液体に生じている圧力変動に対してさらに圧力を作用させるタイミングが異なる。図６は、後述の効率よく吐出されるパルス幅で駆動したときの、ノズル近傍の圧力及びメニスカスの位置の経時変化を示すものである。引き打ちにおける当初の圧力室容積の拡大によってメニスカスが後退するとともに、ノズル近傍の圧力も変動する。メニスカスが最も後退したとき（Ｚ時点）、ノズル近傍の圧力は、下降過程と上昇過程とのほぼ谷間にある。また、この時点の圧力は、ほぼ初期状態の値にあり、図９の従来の物よりも低い。したがって、従来のように、ひも状に飛び出す液滴の先端すなわちメイン滴１０１が早期に飛び出すのを抑えることができる。

図５は、パルス幅Ｔを段階的に変更して液滴を吐出させて一定時間後の、メイン滴５１とサテライト滴５２との位置関係を示す。あるパルス幅Ｔの範囲ＰＨ２（図５の左から４番目〜７番目）でメイン滴５１の速度が他に対して著しく大きくなるが、従来のように、早期に飛び出すことが少ないから、従来とほぼ同じ吐出速度のサテライト滴１０２との距離差ＶＨ２は、従来よりも小さくなる。さらに、実験によれば、メイン滴５１の体積が１．２ｐｌ（ピコリットル）であったのに対し、サテライト滴５２の体積が０．７ｐｌとなった。これも、上記のようにメイン滴５１が早期に飛び出すことが少ないため、メイン滴５１が十分な体積をもって飛び出すことによるものと考えられる。なお上記範囲ＰＨ２内のパルス幅が、液滴を効率よく高速で吐出することができ、通常、駆動信号として使用される。

このように、メイン滴５１が早期に飛び出すことが抑えられることは、液体の温度変化にもとづく粘性の変化があっても、着弾位置を不安定にすることがない。それによって、サテライト滴５２がメイン滴５１よりも吐出速度から後れることが少なくなり、メイン滴５１と着弾位置が接近し、またサテライト滴５２の体積が小さいことで、高品質の画像形成を可能にする。

図７（ａ）は、活性部４７の長手方向中心Ｃ１の偏倚量ΔＬ１に対するメイン滴５１とサテライト滴５２との着弾位置間の距離の変化、図７（ｂ）は、サテライト滴５２とメイン滴５１の速度比（サテライト滴／メイン滴）の変化をそれぞれ示すグラフである。ここでは、活性部４７の長手方向中心Ｃ１をノズル２２側（偏倚量ΔＬ１を負であらわす）と、絞り部２４側（偏倚量ΔＬ１を正であらわす）とにそれぞれ偏倚させた。また、駆動信号Ｐとしてパルス幅Ｔが３．５μｓｅｃと４．５μｓｅｃのものを用いた。パルス幅３．５μｓｅｃをひし形のプロットで、パルス幅４．５μｓｅｃを四角形で示している。

図７（ａ）に示すように、偏倚量ΔＬ１をノズル２２側へ大きくすると、メイン滴５１とサテライト滴５２との着弾位置間の距離が小さくなり、ΔＬ１＝−１００μｍのとき最小となる。つまりノズル２２側に活性部４７の長手方向中心Ｃ１を偏倚させることによって、メイン滴５１とサテライト滴５２との着弾位置のずれを小さくすることができ、偏倚量ΔＬ１は、−５０μｍ〜−１５０μｍであることが最も好ましい。

また、図７（ｂ）に示すように、偏倚量ΔＬ１をノズル２２側へ大きくすると、メイン滴５１に対するサテライト滴５２の速度比が大きくなる。つまり、これによっても、偏倚量ΔＬ１−５０μｍ〜−１５０μｍにおいて、メイン滴５１とサテライト滴５２との着弾位置のずれが小さくなることが確認できた。

本発明に係る液体吐出装置は、引き打ちでインクを吐出する際に、良好な吐出特性を得ることができる優れた効果を有し、記録ヘッド等の液滴を吐出する装置に適用すると有益である。また、記録ヘッドだけでなく、液晶表示装置のカラーフィルタを製造するために着色液体を基板上に塗布する装置、導電性液体を吐出して配線パターンを形成する装置などにも適用することができる。

実施形態のインクジェット式記録ヘッドの斜視図である。 記録ヘッドにおける流路ユニットの平面図である。 記録ヘッドの、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線位置における断面図である。 ノズル先端から共通液室までの流路を平面に展開して模式的に示した平面図である。 パルス幅を段階的に変化させて液滴を吐出させたときの一定時間後のメイン滴、サテライト滴の位置を示す図である。 ノズル近傍の圧力及びメニスカスの位置の経時変化を示すグラフである。 （ａ）活性部の長手方向中心の偏倚量ΔＬ１に対するメイン滴とサテライト滴との着弾位置間の距離の変化を示すグラフであり、（ｂ）サテライト滴とメイン滴の速度比（サテライト滴／メイン滴）の変化を示すグラフである。 従来の記録ヘッドにおいて、パルス幅を段階的に変化させて液滴を吐出させたときの一定時間後のメイン滴、サテライト滴の位置を示す図である。 従来の記録ヘッドにおける、ノズル近傍の圧力及びメニスカスの位置の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ 流路ユニット
３ アクチュエータ
１０ キャビティープレート
１１ 第１サプライプレート
１２ 第２サプライプレート
１３ マニホールドプレート
１４ マニホールドプレート
１７ ノズルプレート
２０ 圧力室
２２ ノズル
２３ 共通液室
２４ 絞り部
４０〜４３ 圧電シート
４５ 共通電極
４６ 個別電極
４７ 活性部
４８ 流路

Claims (7)

1. 液体を吐出可能なノズルと、一端が前記ノズルに連通している圧力室と、前記圧力室に供給するための液体を貯留する共通液室と、前記圧力室の他端と前記共通液室とを連通し前記圧力室及び前記共通液室よりも断面積が小さい絞り部と、前記圧力室内の液体に圧力変動を発生させるための活性部を有するアクチュエータとを備え、前記アクチュエータにより前記圧力室の容積を縮小した状態からその容積を拡大することによって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、その圧力変動と再び前記圧力室の容積を縮小して液体に加えた圧力とを重畳させることによって、前記圧力室内の液体を前記ノズルから吐出する液滴吐出装置であって、
   前記圧力室は、一平面上に形成され、前記ノズルと連通する一端と前記絞り部と連通する他端とを結ぶ方向に伸延する長尺形状に形成され、
   前記絞り部は、前記圧力室の他端から前記平面と直交する方向に曲がるようにして前記圧力室の他端に連通しており、
   前記アクチュエータは、前記平面を覆うように配置され、前記平面と直交する方向に積層された複数の圧電層と、前記平面と平行に延在し前記圧電層を挟むようにして設けられた電極層とを有し、
   前記アクチュエータは、前記電極層に挟まれた前記圧電層の部分が活性部を成し、
   前記活性部は、前記圧力室と対応させて配置され、前記圧力室の一端と他端とを結ぶ前記圧力室の長手方向に沿うように配置されると共に、前記圧力室の長手方向の長さよりも短い長さに形成され、
   前記活性部の長さ方向の中心は、前記圧力室の前記長手方向の中心よりも前記ノズルと連通する他端側に偏倚して位置していることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記圧力室の一端と前記活性部のそれと同側の一端との距離をＬＰ１、前記圧力室の他端と前記活性部のそれと同側の他端との距離をＬＰ２、前記圧力室の前記長手方向の長さをＬＢとしたとき、（ＬＰ２−ＬＰ１）／２／ＬＢを、０．０２以上０．２５以下としたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記圧力室の一端と前記活性部のそれと同側の一端との距離をＬＰ１、前記圧力室の他端と前記活性部のそれと同側の他端との距離をＬＰ２、前記圧力室の前記長手方向の長さをＬＢ、前記圧力室一端から前記ノズルの先端までの長さをＬＡ、前記圧力室一端から前記絞り部の前記共通液室側の端部までの長さをＬＣとしたとき、（ＬＰ２−ＬＰ１）／２／（ＬＡ＋ＬＢ＋ＬＣ）を、０．０２以上０．２以下としたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
4. 液体を吐出可能なノズルと、一端が前記ノズルに連通している圧力室と、前記圧力室に供給するための液体を貯留する共通液室と、前記圧力室の他端と前記共通液室とを連通し前記圧力室及び前記共通液室よりも断面積が小さい絞り部と、前記圧力室内の液体に圧力変動を発生させるための活性部を有するアクチュエータとを備え、前記アクチュエータにより前記圧力室の容積を縮小した状態からその容積を拡大することによって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、その圧力変動と再び前記圧力室の容積を縮小して液体に加えた圧力とを重畳させることによって、前記圧力室内の液体を前記ノズルから吐出する液滴吐出装置であって、
   前記圧力室の容積拡大にともない、前記ノズルに形成された液体のメニスカスが前記圧力室側に最も後退したとき、前記ノズル近傍の液体の圧力が上昇過程にないことを特徴とする液滴吐出装置。
5. 前記活性部の長さ方向の中心は、前記圧力室の前記長手方向の中心よりも前記ノズルと連通する他端側に偏倚して位置していることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 前記活性部の長さ方向の中心は、前記絞り部の前記共通液室側の端部から前記ノズルの先端までの流路の長さ方向の中心に対し前記ノズル側に偏倚して位置していることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
7. 前記液体吐出装置は、
   前記ノズルが形成されたノズル面を有するノズルプレートと、
   前記共通液室を形成するためのマニホールドプレートと、
   前記絞り部を形成するためのサプライプレートと、
   前記圧力室を形成するためのキャビティープレートとを有し、
   上記ノズルプレート、マニホールドプレート、サプライプレート及びキャビティープレートがこの順序で積層された状態で、前記圧力室、絞り部及び共通液室が前記積層方向に配置され、前記圧力室の前記積層方向と直交する方向の一端が前記絞り部を介して前記共通液室に接続され、前記圧力室の前記一端と長手方向反対側の他端が前記ノズルに、前記サプライプレート及びマニホールドプレートを前記積層方向に貫通する排出路を介して接続されていることを特徴とする請求項１乃至６に記載の液体吐出装置。