JP2017159565A - 液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】尾曳を抑えて、ミスト等の発生を抑制することが可能な液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置を提供する。【解決手段】 液体を吐出するノズル（２７）、および当該ノズルに連通する液体流路を有し、当該液体流路からの液体を前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、ノズルは、液体が吐出される側の第１ノズル部（２８）と、液体流路側の第２ノズル部（２９）と、を有し、第１ノズル部と第２ノズル部とは、各ノズル部の仮想中心軸方向で見て互いに異なる流路断面形状を有し、ノズルにおけるメニスカスの少なくとも一部が、第１ノズル部と第２ノズル部との境界を１回以上往復してから当該ノズルから液滴が吐出されることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット式記録装置などの液体吐出装置に搭載される液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置に関し、特に、駆動素子を駆動させて液体流路内の液体に圧力振動を生じさせることでノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置に関するものである。

液体吐出装置は液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドのノズルから各種の液体を吐出（噴射）する装置である。この液体吐出装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を活かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを吐出し、ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液をノズルから吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは生体有機物の溶液をノズルから吐出する。

液滴が吐出されるノズルとしては、円筒状のものの他、入口側（液体流路側）から出口側（外側）に向かって流路断面積が小さくなるテーパー形状のものや、流路断面積が異なる多段構造になったもの等も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の液体吐出ヘッドでは、ノズルから吐出される液滴は、飛翔方向に引き伸ばされて、尾が曳いたようになる。以下、このような現象を尾曳と称する。

国際公開第２００８／１５５９８６号

ノズルから吐出された液滴に尾曳が生じると、先頭のメイン液滴（主液滴）とそれよりも後（尾の部分）のサテライト液滴（副液滴）に分離する。さらに、このサテライト液滴よりも微小なミストも発生する。サテライト液滴は、記録媒体等の着弾対象においてメイン液滴とは異なる位置に着弾した場合、記録画像等の画質の低下を招く。また、ミストは、記録媒体等に到達することなく装置内を漂って装置内を汚染し、記録ヘッドや電気回路等の帯電しやすい部材への付着によって動作不良を発生させたりする虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズルから吐出される液滴の尾曳を抑えて、ミスト等の発生を抑制することが可能な液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を吐出するノズル、および当該ノズルに連通する液体流路を有し、当該液体流路からの液体を前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、
前記ノズルは、液体が吐出される側の第１ノズル部と、前記液体流路側の第２ノズル部と、を有し、
前記第１ノズル部と前記第２ノズル部とは、各ノズル部の仮想中心軸方向で見て互いに重ならない領域をそれぞれ一部に有し、
前記ノズルにおけるメニスカスの少なくとも一部が、前記第１ノズル部と前記第２ノズル部との境界を１回以上往復してから当該ノズルから液滴が吐出されることを特徴とする。

この構成によれば、ノズルから液滴が吐出される過程において、互いに重ならない領域をそれぞれ一部に有する第１ノズル部と第２ノズル部との境界をメニスカスの少なくとも一部が１回以上往復することにより、より複雑な振動モードがノズル内の液体に励起され、これにより、ノズルから吐出されて液滴となる先頭部分とメニスカスとの間の括れ部が揺さぶられ（不安定な状態となり）、当該括れ部が切れやすくなる。これにより、ノズルから吐出される液滴の尾曳が抑制され、サテライト液滴やミストの発生が低減される。

また、上記構成において、前記第１ノズル部の仮想中心軸が、当該仮想中心軸方向で見て前記第２ノズル部の範囲内に位置する構成を採用することが望ましい。

上記構成によれば、第１ノズル部の仮想中心軸が、当該仮想中心軸方向で見て第２ノズル部の範囲内に位置することにより、ノズルから吐出される液滴の飛翔方向が安定する。これにより、液滴の着弾対象における着弾精度の低下を抑制することが可能となる。

また、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズル、および当該ノズルに連通する液体流路を有し、当該液体流路からの液体を前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、
前記ノズルは、液体が吐出される側の第１ノズル部と、前記液体流路側の第２ノズル部と、を有し、
前記第１ノズル部と前記第２ノズル部とは、各ノズル部の仮想中心軸方向で見て互いに異なる流路断面形状を有し、
前記ノズルにおけるメニスカスの少なくとも一部が、前記第１ノズル部と前記第２ノズル部との境界を１回以上往復してから当該ノズルから液滴が吐出されることを特徴とする。

この構成によれば、ノズルから液滴が吐出される過程において、互いに異なる流路断面形状を有する第１ノズル部と第２ノズル部との境界をメニスカスの少なくとも一部が１回以上往復することにより、より複雑な振動モードがノズル内の液体に励起され、これにより、ノズルから吐出されて液滴となる先頭部分とメニスカスとの間の括れ部が揺さぶられ、当該括れ部が切れやすくなる。これにより、ノズルから吐出される液滴の尾曳が抑制され、サテライト液滴やミストの発生が低減される。

また、上記構成において、前記第１ノズル部の全体が、当該第１ノズル部の仮想中心軸方向で見て前記第２ノズル部の範囲内に位置する構成を採用することができる。

上記構成によれば、第１ノズル部の全体が、当該第１ノズル部の仮想中心軸方向で見て第２ノズル部の範囲内に位置することにより、ノズルから吐出される液滴の飛翔方向が安定する。これにより、液滴の着弾対象における着弾精度の低下を抑制することが可能となる。

また、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズル、および当該ノズルに連通する液体流路を有し、当該液体流路からの液体を前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、
前記ノズルは、液体が吐出される側の第１ノズル部と、前記液体流路側の第２ノズル部と、を有し、
前記第１ノズル部は、各ノズル部の仮想中心軸方向で見て前記第２ノズル部の範囲内に含まれ、尚且つ、当該第２ノズル部の仮想中心軸に対して偏心し、
前記ノズルにおけるメニスカスの少なくとも一部が、前記第１ノズル部と前記第２ノズル部との境界を１回以上往復してから当該ノズルから液滴が吐出されることを特徴とする。

この構成によれば、ノズル部の仮想中心軸方向で見て第１ノズル部が、第２ノズル部の範囲内に含まれ、尚且つ、当該第２ノズル部の仮想中心軸に対して偏心しているので、ノズルから液滴が吐出される過程において、第１ノズル部と第２ノズル部との境界をメニスカスの少なくとも一部が１回以上往復することにより、より複雑な振動モードがノズル内の液体に励起され、これにより、ノズルから吐出されて液滴となる先頭部分とメニスカスとの間の括れ部が揺さぶられ、当該括れ部が切れやすくなる。これにより、ノズルから吐出される液滴の尾曳が抑制され、サテライト液滴やミストの発生が低減される。

また、上記構成において、前記第１ノズル部の流路断面形状が真円状である構成を採用することが望ましい。

上記構成によれば、第１ノズル部の流路断面形状が真円状を有することにより、ノズルから吐出される液滴の飛翔方向が安定する。これにより、液滴の着弾対象における着弾精度の低下を抑制することが可能となる。

また、本発明の液体吐出装置は、上記何れかの構成の液体吐出ヘッドと、
前記液体流路内の液体に圧力振動を生じさせる駆動素子と、
前記駆動素子を駆動する駆動パルスを発生する駆動パルス発生回路と、
を備え、
前記駆動パルスは、前記メニスカスの少なくとも一部を前記第１ノズル部側から前記第２ノズル部側に引き込む第１引き込み要素と、前記メニスカスを前記第１ノズル部から外側に押し出す第１押し出し要素と、前記メニスカスの少なくとも一部を前記第１ノズル部側から前記第２ノズル部側に再度引き込む第２引き込み要素と、前記メニスカスを前記第１ノズル部から外側に押し出す第２押し出し要素と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、第１引き込み要素と第２引き込み要素によりノズルにおけるメニスカスの少なくとも一部が、第１ノズル部と第２ノズル部との境界を２回往復させてから当該ノズルから液滴を吐出させることができる。

プリンターの内部構成を説明する正面図である。 プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 ノズルの構成について説明する平面図である。 図４におけるＡ−Ａ断面図である。 図４におけるＢ−Ｂ断面図である。 駆動パルスの構成を説明する波形図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を説明する図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を説明する図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を説明する図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を説明する図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を説明する図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を説明する図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を説明する図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を説明する図である。 ノズルから液滴が吐出される過程を説明する図である。 第２の実施形態におけるノズルの平面図である。 第３の実施形態におけるノズルの平面図である。 第４の実施形態におけるノズルの平面図である。 第５の実施形態におけるノズルの平面図である。 第６の実施形態におけるノズルの平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体吐出装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１は、プリンター１の内部構成を説明する正面図、図２は、プリンター１の電気的な構成を説明するブロック図である。液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド２は、インクカートリッジ（液体供給源）を搭載したキャリッジ３の底面側に取り付けられている。そして、当該キャリッジ３は、キャリッジ移動機構１９によってガイドロッド４に沿って往復移動可能に構成されている。すなわち、プリンター１は、紙送り機構１８（図２参照）によって記録媒体をプラテン５上に順次搬送すると共に、記録ヘッド２を記録媒体の幅方向（主走査方向）に相対移動させながら当該記録ヘッド２のノズル２７（図３参照）から本発明における液体の一種であるインクを吐出させて、記録媒体上に着弾させることにより画像等を記録する。なお、インクカートリッジがプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジのインクが供給チューブを通じて記録ヘッド２側に送られる構成を採用することもできる。

プラテン５に対して主走査方向の一端側（図２中、右側）に外れた位置には、記録ヘッド２の待機位置であるホームポジションが設定されている。このホームポジションには、一端側から順にキャッピング機構６、および、ワイピング機構７が設けられている。キャッピング機構６は、例えば、エラストマー等の弾性部材からなるキャップ８を有しており、当該キャップ８を記録ヘッド２のノズル面（後述するノズルプレート２３）に対して当接させて封止した状態（キャッピング状態）あるいは当該ノズル面から離隔した待避状態に変換可能に構成されている。ワイピング機構７は、ワイパー９を記録ヘッド２のノズル面に対して当接した状態あるいは当該ノズル面から離隔した待避状態に変換可能に構成されている。ワイパー９は、種々の構成のものを採用することができるが、例えば、弾性を有するブレード本体の表面が布で被覆されたものからなる。ワイピング機構７は、当該ワイパー９をノズル面に当接させた状態で摺動させることでノズル面を払拭する。

本実施形態におけるプリンター１は、プリンターコントローラー１１により各部の制御が行われる。本実施形態におけるプリンターコントローラー１１は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１２と、主制御回路１３と、記憶部１４と、駆動信号発生回路１５（本発明における駆動パルス発生回路に相当）と、を有する。インターフェース部１２は、コンピューターや携帯情報端末機等の外部装置からプリンター１へ印刷データや印刷命令を受け取ったり、プリンター１の状態情報を外部装置側に出力したりする。記憶部１４は、主制御回路１３のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。

主制御回路１３は、記憶部１４に記憶されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。また、本実施形態における主制御回路１３は、外部装置からの印刷データに基づき、記録動作時にどのノズル２７（図３および図４等参照）からどのタイミングでインクを吐出させるかを示す吐出データを生成し、当該吐出データを記録ヘッド２のヘッドコントローラー１７に送信する。また、リニアエンコーダー２０から出力されるエンコーダーパルスからタイミングパルスＰＴＳを生成する。そして、主制御回路１３は、このタイミングパルスＰＴＳに同期させて印刷データの転送や、駆動信号発生回路１５による駆動信号の生成等を制御する。また、主制御回路１３は、タイミングパルスＰＴＳに基づいて、ラッチ信号ＬＡＴ等のタイミング信号を生成して記録ヘッド２のヘッドコントローラー１７に出力する。ヘッドコントローラー１７は、上記吐出データおよびタイミング信号に基づき駆動信号を選択的に圧電素子２５に印加する。これにより圧電素子２５が駆動されてノズル２７からインク滴が吐出されたり、あるいは、インク滴が吐出されない程度に微振動動作が行われたりする。駆動信号発生回路１５は、記録媒体に対してインク滴を吐出して画像等を記録するための駆動パルス（後述）を含む駆動信号を発生する。

また、本実施形態におけるプリンター１は、図２に示すように、紙送り機構１８、キャリッジ移動機構１９、リニアエンコーダー２０及び、記録ヘッド２等を備えている。キャリッジ移動機構１９は、記録ヘッド２が取り付けられたキャリッジ３と、このキャリッジ３を、タイミングベルト等を介して走行させる駆動モーター（例えば、ＤＣモーター）等からなり（図示せず）、キャリッジ３に搭載された記録ヘッド２を主走査方向に移動させる。紙送り機構１８は、紙送りモーター及び紙送りローラー等（いずれも図示せず）からなり、記録媒体をプラテン５上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダー２０は、キャリッジ３に搭載された記録ヘッド２の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報としてプリンターコントローラー１１に出力する。プリンターコントローラー１１の主制御回路１３は、リニアエンコーダー２０側から受信したエンコーダーパルスに基づいて記録ヘッド２の走査位置（現在位置）を把握することができる。

次に、記録ヘッド２の構成について説明する。
図３は、記録ヘッド２の内部構成を説明する要部断面図である。
本実施形態における記録ヘッド２は、ノズルプレート２３、流路基板２４、および、圧電素子２５等から概略構成され、これらの部材を積層した状態でホルダー２６に取り付けられている。ノズルプレート２３は、所定のピッチで複数のノズル２７が同方向に沿って列状に開設されたシリコン単結晶基板からなる部材である。本実施形態では、並設された複数のノズル２７からノズル列が構成されている。そして、このノズルプレート２３のインクが吐出される側の面が、記録ヘッド２のノズル面に相当する。

図４は、ノズル２７を仮想中心軸Ｃｘ方向から見た平面図（上面図）である。また、図５は図４におけるＡ−Ａ線断面図であり、図６は図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。なお、図５および図６においてＭで示す部分は、ノズル２７におけるインクの表面であるメニスカスである。本実施形態におけるノズル２７は、インク滴が吐出される側の第１ノズル部２８と、後述する圧力室３１側からのインクが流入する入り口側の第２ノズル部２９と、の２段構造になっている。第２ノズル部２９と第１ノズル部２８とは互いに異なる流路断面形状（仮想中心軸に直交する方向における断面形状）を有している。第２ノズル部２９は、流路断面積が第１ノズル部２８の流路断面積よりも大きく、ノズル２７の仮想中心軸Ｃｘ方向で見た平面視において楕円状を呈している。これに対し、第１ノズル部２８は、平面視において真円状を呈している。また、第１ノズル部２８は、第２ノズル部２９と同軸上に配置されており、平面視で当該第２ノズル部２９の範囲内に包含されている。第１ノズル部２８の第２ノズル部２９側とは反対側の開口からインク滴（液滴の一種）が吐出される。ここで、異なる形状とは、互いに大きさの異なる相似形状を含まない意味である。また、真円状とは、完全な真円のみならず、多少不完全な真円をも含む意味である。要するに、平面視で概ね真円であると一般的に認識できる程度の円形であれば真円状に含まれる。

このようなノズル２７は、例えば、ドライエッチングにより形成される。具体的には、最初にノズルプレート２３の基材となるシリコン基板に対し、第１ノズル部２８に対応したフォトマスクが使用されて異方性ドライエッチングが行われ、第１ノズル部２８に対応する貫通孔が形成される。シリコン基板表面のレジストが除去された後、続いて、第２ノズル部２９に対応するフォトマスクが使用されて、当該第２ノズル部２９の高さに相当する深さとなるまでシリコン基板の一方の面からドライエッチングが行われる。これにより、形状の異なる第２ノズル部２９と第１ノズル部２８とからなるノズル２７が形成される。なお、上記シリコン基板の一方の面からエッチングを行うことで第２ノズル部２９が形成され、当該シリコン基板の他方の面からエッチングを行うことで第１ノズル部２８が形成されるようにすることもできる。

流路基板２４は、圧力室３１となる空部が各ノズル２７に対応して複数形成されている。この流路基板２４における圧力室３１の列の外側には、各圧力室３１に共通な空部である共通液室３２が形成されている。この共通液室３２は、インク供給口３３を介して各圧力室３１と個々に連通している。なお、ノズル２７に個別に連通する圧力室３１およびインク供給口３３は、本発明における液体流路に相当する。また、共通液室３２には、インクカートリッジ側からのインクがホルダー２６のインク導入路３４を通じて導入される。流路基板２４のノズルプレート２３側とは反対側の上面には、弾性膜３５を介して圧電素子２５（本発明における駆動素子の一種）が形成されている。圧電素子２５は、金属製の下電極膜と、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等からなる圧電体層と、金属からなる上電極膜（何れも図示せず）とを順次積層することで形成されている。この圧電素子２５は、所謂撓みモードの圧電素子であり、圧力室３１の上部を覆うように形成されている。この圧電素子２５は、配線部材３６を通じて駆動信号（駆動パルスＰｄ（図７参照））が印加されることにより変形する。これにより、当該圧電素子２５に対応する圧力室３１内のインクに圧力振動が生じ、このインクの圧力振動を制御することによりノズル２７からインクが吐出される。

本発明におけるプリンター１では、上記構成の記録ヘッド２のノズル２７からインク滴を吐出する際の尾曳が抑制されるように構成されている。以下、この点について説明する。

図７は、記録ヘッド２のノズル２７から吐出可能なインク滴の大きさのうち、より微小なインク滴（小ドット）を吐出するための駆動パルスＰｄの一例を示す波形図である。本実施形態における駆動パルスＰｄは、第１膨張要素ｐ１（本発明における第１引き込み要素の一種）と、第１膨張ホールド要素ｐ２と、第１収縮要素ｐ３（本発明における第１押し出し要素の一種）と、第１収縮ホールド要素ｐ４と、第２膨張要素ｐ５（本発明における第２引き込み要素の一種）と、第２膨張ホールド要素ｐ６と、第２収縮要素ｐ７（本発明における第２押し出し要素の一種）と、第２収縮ホールド要素ｐ８と、復帰膨張要素ｐ９とからなる。第１膨張要素ｐ１は、基準電位ＶＢから当該基準電位ＶＢよりも低い膨張電位ＶＬまで一定勾配で電位がマイナス（第１の極性）側に変化（下降）する波形要素である。第１膨張ホールド要素ｐ２は、第１膨張要素ｐ１の終端電位である膨張電位ＶＬを一定時間維持する波形要素である。第１収縮要素ｐ３は、膨張電位ＶＬから基準電位ＶＢよりも高い第１中間収縮電位ＶＭ１まで電位がプラス（第１の極性）側に変化（上昇）する波形要素である。第１収縮ホールド要素ｐ４は、第１中間収縮電位ＶＭ１を一定時間維持する波形要素である。第２膨張要素ｐ５は、第１中間収縮電位ＶＭ１から基準電位ＶＢよりも低い第２中間電位ＶＭ２まで電位が再度下降する波形要素である。第２膨張ホールド要素ｐ６は、第２中間電位ＶＭ２を一定時間維持する波形要素である。第２収縮要素ｐ７は第２中間電位ＶＭ２から第１中間収縮電位ＶＭ１よりも高い収縮電位ＶＨまで電位がプラス側に変化する波形要素である。第２収縮ホールド要素ｐ８は、収縮電位ＶＨを一定時間維持する波形要素である。復帰膨張要素ｐ９は、収縮電位ＶＨから基準電位ＶＢまで電位が復帰する波形要素である。

図８から図１６は、ノズル２７からインク滴が吐出される過程を説明する図である。なお、これらの図のうち、図１０は図４におけるＢ−Ｂ線断面図に相当する図であり、その他の図は図４におけるＡ−Ａ線断面図に相当する図である。図８は、圧電素子２５に駆動パルスＰｄが印加される前（インクが吐出される前）のノズル２７内のインクの状態を示している。この状態では、圧電素子２５には基準電位ＶＢが継続して印加されており、圧力室３１内には圧電素子２５の駆動による圧力変化は生じていない。このため、ノズル２７におけるメニスカスＭは、第１ノズル部２８の吐出側の開口の近傍の初期位置（基準位置）で待機している。この状態から上記の駆動パルスＰｄが圧電素子２５に印加されると、上記のように構成された駆動パルスＰｄが圧電素子２５に印加されると、まず、第１膨張要素ｐ１によって圧電素子２５は圧力室３１の外側（ノズル２７から遠ざかる側）に撓み、これに伴って圧力室３１が基準電位ＶＢに対応する基準容積から膨張電位ＶＬに対応する第１膨張容積まで膨張する（第１の膨張行程）。この膨張により、図９および図１０に示すように、ノズル２７におけるメニスカスＭが圧力室３１側（図における上側）に大きく引き込まれる。すなわち、メニスカスＭは、第１ノズル部２８側から第２ノズル部２９側に向けて移動する。

このとき、メニスカスＭの少なくとも一部が、第１ノズル部２８と第２ノズル部２９との境界部分を超える程度に引き込まれる。上記したようにノズル２７の第２ノズル部２９と第１ノズル部２８とは互いに異なる形状であり、さらに第２ノズル部２９が楕円状を呈するので、これらの第２ノズル部２９と第１ノズル部２８との間をメニスカスＭが初期位置を基準として往復することにより、真円状の断面形状を有する円筒（断面積が異なる複数段の円筒から構成されるものも含む）から構成される従来のノズルと比較して、ノズル２７内のインクにより複雑な流れが生じることにより、当該インクには複雑な振動が励起される。すなわち、本実施形態においては、第１ノズル部２８と第２ノズル部２９との長径方向の段差（図９参照）と、第１ノズル部２８と第２ノズル部２９の短径方向の段差（図１０参照）とにおいてインクの流れ方（流れる方向と流速：図中における黒色の矢印）がそれぞれ異なる。

より具体的には、図９に示すように、第２ノズル部２９の長径方向における段差においては、段差面の面積がより大きく、第２ノズル部２９の内周面から第１ノズル部２８の入り口側開口までの距離がより長い。このため、当該段差では流速が相対的に遅くなり、また、流れる向きもノズル２７の仮想中心軸Ｃｘ方向に対してより角度が付いた方向となる。これに対し、図１０に示すように、第２ノズル部２９の短径方向における段差においては段差面の面積が小さく、第２ノズル部２９の内周面から第１ノズル部２８の入り口側開口までの距離がより短い。このため、当該段差においては流速が相対的に速くなり、また、流れる方向もノズル２７の仮想中心軸Ｃｘ方向に対してより角度が小さくなり、平行に近くなる。このように、第２ノズル部２９と第１ノズル部２８との境界近傍において一様でない流れを積極的に生じさせることにより、より複雑な振動がノズル２７内のインクに励起される。以下、このようにして励起される振動を揺動モードと呼ぶ。そして、この圧力室３１の膨張状態は、第１膨張ホールド要素ｐ２によって所定時間だけ維持される（第１の膨張ホールド行程）。

第１膨張ホールド要素ｐ２によるホールドの後、第１収縮要素ｐ３により圧電素子２５が圧力室３１の内側（ノズル２７に近づく側）に撓む。これに伴い、圧力室３１は第１膨張容積から第１中間収縮電位ＶＭ１に対応する中間収縮容積まで収縮される（第１の収縮行程）。これにより、圧力室３１内のインクが加圧されて、図１１に示すように、メニスカスＭが吐出側（図における下側）に押し出される。続いて、第１収縮ホールド要素ｐ４が供給され、圧力室３１が収縮した状態が所定時間だけ維持される（第１収縮ホールド行程）。続いて、第２膨張要素ｐ５が圧電素子２５に印加されることにより、当該圧電素子２５が圧力室３１の外側に撓む。これに伴い、圧力室３１は、収縮容積から第２中間電位ＶＭ２に対応する第２膨張容積まで再度膨張する（第２の膨張行程）。これにより、図１２に示すように、メニスカスＭが圧力室３１側に再度引き込まれる。すなわち、メニスカスＭは、第１ノズル部２８側から第２ノズル部２９側に向けて移動する。このときも第１の膨張行程と同様に、メニスカスＭの少なくとも一部が第１ノズル部２８と第２ノズル部２９との境界部分を超える程度に引き込まれる。これにより、上記のようにノズル２７内のインクには、上記の揺動振動が励起される。すなわち、本実施形態における駆動パルスＰｄによれば、インクの吐出の過程で第１ノズル部２８と第２ノズル部２９との境界部分をメニスカスＭが合計２回往復することにより、より複雑な揺動モードをインクに生じさせることができる。圧力室３１の膨張状態は、第２膨張ホールド要素ｐ６によって所定時間だけ維持される（第２の膨張ホールド行程）。

第２の膨張ホールド行程の後、第２収縮要素ｐ７により圧電素子２５が圧力室３１の内側により大きく撓む。これに伴い、圧力室３１は第２膨張容積から収縮電位ＶＨに対応する収縮容積まで急激に収縮される（第２の収縮行程）。これにより、圧力室３１内のインクが加圧されて、図１３に示すように、メニスカスＭが吐出側に押し出される。圧力室３１の収縮状態は、第２収縮ホールド要素ｐ８によって所定時間だけ維持される（第２の収縮ホールド行程）。この間に、図１４に示すように、メニスカスＭの中央部が慣性により液柱のように伸びる。ここで、液柱Ｉｐの先端部（インク滴となる部分）とメニスカスＭとの間には、当該先端部よりも細くなった括れ部Ｃｒが生じる。上記のように、ノズル２７内のインクは、第２ノズル部２９と第１ノズル部２８との間を往復することにより、揺動モードが励起されているので、この括れ部Ｃｒは当該揺動モードにより揺さぶられる（不安定な状態となる）。第２収縮ホールド要素ｐ８の後、復帰膨張要素ｐ９が圧電素子２５に印加され、当該圧電素子２５は基準位置まで変位する。これにより、圧力室３１が収縮容積から基準容積まで膨張する。図１５に示すように、上記液柱Ｉｐが慣性力によって吐出方向へ伸びつつある状態でこの方向とは逆方向にメニスカスＭが引き込まれるので、上記括れ部Ｃｒはより細く引き伸ばされ、しかも上記揺動モードにより揺さぶられることにより、従来よりも早い段階で当該括れ部Ｃｒにおいて液柱ＩｐがメニスカスＭから分離する。そして、図１６に示すように、分離した部分は、インク滴Ｉｄとして記録媒体に向けて飛翔する。

このように、ノズル２７からインク滴が吐出される過程において、メニスカスＭの少なくとも一部が、互いに異なる流路断面形状を有する第２ノズル部２９と第１ノズル部２８との境界を、初期位置を基準として１回以上往復することにより、より複雑な振動モード（揺動モード）がインクに励起される。これにより、ノズル２７から吐出されてインク滴Ｉｄとなる先頭部分とメニスカスＭとの間の括れ部Ｃｒが揺さぶられ、当該括れ部Ｃｒで切れやすくなる。これにより、ノズル２７から吐出されたインク滴Ｉｄの尾曳が抑制され、サテライト液滴やミストの発生が低減される。その結果、記録媒体における記録画像の画質の低下や、プリンター１の内部のミストによる汚染が低減される。また、本実施形態においては、第１ノズル部２８は、平面視において真円状を呈しているので、第２ノズル部２９が真円ではない形状（本実施形態においては楕円状）であっても、インク滴として吐出される部分（液柱Ｉｐの先端部分）の形状が安定し、当該インク滴の飛翔方向が予定する方向から曲がってしまうことが抑制されて飛翔方向も安定する。これにより、記録媒体におけるインク滴の着弾精度の低下を抑制することができる。また、第１ノズル部２８の全体が、平面視で当該第２ノズル部２９の範囲内に包含されているので、インク滴の飛翔方向の安定化が図れ、着弾精度の維持に寄与する。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１７は、本発明の第２の実施形態におけるノズル２７ａの平面図である。本実施形態におけるノズル２７ａの第２ノズル部２９ａと第１ノズル部２８ａとは、互いに異なる流路断面形状を呈している。本実施形態における第２ノズル部２９ａは、平面視において２つの真円が互いに一部で重なるように連結された形状を呈している。これにより、第２ノズル部２９ａの内周面には、円弧状の曲面の他に平面視において内側（重心側）に向けて突出した尖端部３７が２箇所形成されている。これに対し、第１ノズル部２８ａは、上記第１の実施形態における第１ノズル部２８と同様に平面視において真円状を呈している。また、平面視において第１ノズル部２８ａの全体は、第２ノズル部２９ｂの範囲内に包含されており、その仮想中心軸Ｃｘは、第２ノズル部２９ｂの重心に揃えられている。このように、本実施形態においては、図中矢印で示すように、第２ノズル部２９ａの内周面から第１ノズル部２８ａの入り口側（第２ノズル部２９ａ側）の開口縁までの距離（段差距離）が一様でなく、第２ノズル部２９ａの大部分が曲面で構成される内周面に部分的に内側に突出した尖端部３７を有することにより、曲面部分と尖端部３７とでインクの流れ方が異なる。これにより、本実施形態における第２ノズル部２９ａと第１ノズル部２８ａとの境界近傍において、上記ノズル２７の場合よりも複雑なインクの流れが生じ、インクの吐出の過程でより複雑な揺動モードが励起される。このため、ノズル２７ａから吐出されたインク滴の尾がより切れやすくなり、サテライト液滴やミストの発生がより効果的に低減される。なお、第２ノズル部２９ｂの形状に関し、例示した形状には限られず、内周面に尖端部３７のように、曲面以外の突出部分（例えば、リブ等）を有する構成であれば、同様な作用効果を奏する。また、先端部３７のような突出部分は、例示した２箇所に限られず、１箇所または３個所以上に形成されてもよい。そして、上記以外の構成については上記第１の実施形態と同様である。

図１８は、本発明の第３の実施形態におけるノズル２７ｂの平面図である。本実施形態における第２ノズル部２９ｂは、円弧状の曲面部３８と、互いに交差する２つの平面部３９ａ，３９ｂと、を有している。そして、第２ノズル部２９ｂにおいて、平面部３９ａ，３９ｂ同士が交差する部分には、隅角部４０が形成されている。すなわち、第２ノズル部２９ｂの内周面には、滑らかに連続する曲面部３８の他に外側（重心より遠ざかる側）に向けて凹んだ平面視で三角形状の窪み４１（図中、平面部３９ａ，３９ｂと一点鎖線で示す仮想線で囲まれた部分）が形成されている。これに対し、本実施形態における第１ノズル部２８ｂは、上記第１の実施形態における第１ノズル部２８と同様に平面視において真円状を呈している。また、第１ノズル部２８ｂの全体は、平面視で第２ノズル部２９ｂの範囲内に包含されている。このように、本実施形態においては、第２ノズル部２９ｂの内周面が外側に向けて凹んだ窪み４１を有するので、曲面部分側と窪み４１側とでインクの流れ方が異なる。加えて、第２ノズル部２９ｂの内周面から第１ノズル部２８の開口周縁までの段差距離も一様でないため、当該段差距離が相対的に長い部分と当該段差距離が相対的に短い部分とでインクの流れ方が異なる。これにより、本実施形態における第２ノズル部２９ｂと第１ノズル部２８ｂとの境界近傍において、第１の実施形態における第２ノズル部２９の場合よりも複雑なインクの流れが生じ、インクの吐出の過程でより複雑な揺動モードが励起される。このため、ノズル２７ｂから吐出されたインク滴の尾がより切れやすくなり、サテライト液滴やミストの発生がより効果的に低減される。なお、第２ノズル部２９ｂの形状に関し、例示した形状には限られず、内周面に窪み４１のように、曲面以外の凹んだ部分（例えば、溝等）を有する構成であれば、同様な作用効果を奏する。また、窪み４１のような凹んだ部分は、例示した１箇所に限られず、２個所以上に形成されてもよい。そして、上記以外の構成については上記第１の実施形態と同様である。

図１９は、本発明の第４の実施形態におけるノズル２７ｃの平面図である。上記各実施形態においては、第１ノズル部と第２ノズル部との流路断面形状が互いに異なる構成を例示したが、これには限られない。本実施形態における第２ノズル部２９ｃおよび第１ノズル部２８ｃは、いずれも同じ大きさ（流路断面積）の真円状の流路断面形状を呈している。そして、第２ノズル部２９ｃと第１ノズル部２８ｃとは、平面視においてそれぞれの仮想中心軸Ｃｘ１，Ｃｘ２が互いにずれるように偏心して形成されている。すなわち、第２ノズル部２９ｃと第１ノズル部２８ｃとは、各ノズル部の仮想中心軸Ｃｘ１，Ｃｘ２方向で見て互いに重ならない領域（段差が生じている領域）Ａ１，Ａ２をそれぞれ一部に有している。このように構成されたノズル２７ｃにおいては、上記領域Ａ１，Ａ２と他の領域（互いに重なる（段差がない）領域）とでインクの流れ方が異なる。すなわち、領域Ａ１，Ａ２においては、インクの流速が他の部分における流速よりも遅くなり、また、流れる方向も仮想中心軸Ｃｘ１，Ｃｘ２に対してより角度の付いた横方向の流れとなる。しかも、領域Ａ１，Ａ２の段差面においても第２ノズル部２９ｃの内周面から第１ノズル部２８ｃの入り口側開口までの段差距離が一様とならないので、当該段差距離が相対的に長い部分と当該段差距離が相対的に短い部分とでインクの流れ方が異なる。これにより、本実施形態における第２ノズル部２９ｃと第１ノズル部２８ｃとの境界近傍において、第１の実施形態における第２ノズル部２９の場合よりも複雑なインクの流れが生じ、インクの吐出の過程でより複雑な揺動モードが励起される。このため、ノズル２７ｃから吐出されたインク滴の尾がより切れやすくなり、サテライト液滴やミストの発生がより効果的に低減される。なお、仮想中心軸Ｃｘ方向で見て互いに重ならない領域をそれぞれ一部に有するノズル２７ｃは、ノズルプレート２３となるシリコン基板の一方の面から第２ノズル部２９ｃを板厚方向の途中まで形成し、同じく他方の面から第１ノズル部２８ｃを板厚方向の途中まで形成して両者を連通させることにより形成することができる。そして、上記以外の構成については上記第１の実施形態と同様である。

図２０は、本発明の第５の実施形態におけるノズル２７ｄの平面図である。上記第４の実施形態においては、第１ノズル部２８ｃと第２ノズル部２９ｃとの流路断面形状が共に真円状である構成を例示したが、これには限られない。本実施形態における第２ノズル部２９ｄおよび第１ノズル部２８ｄは、いずれも同じ大きさの楕円状の流路断面形状を呈している。そして、第２ノズル部２９ｄと第１ノズル部２８ｄとは、平面視において仮想中心軸Ｃｘで互いに角度が９０°異なるように形成されている。すなわち、第２ノズル部２９ｄと第１ノズル部２８ｄとは、各ノズル部の仮想中心軸Ｃｘ方向で見て互いに重ならない領域（段差領域）Ｂ１，Ｂ２をそれぞれ一部に有している。このように構成されたノズル２７ｄにおいては、上記第４の実施形態における領域Ａ１，Ａ２と同様に、上記領域Ｂ１，Ｂ２とそれ以外の部分（互いに重なる部分）とでインクの流れ方が異なる。これにより、本実施形態における第２ノズル部２９ｄと第１ノズル部２８ｄとの境界近傍において、第１の実施形態における第２ノズル部２９の場合よりも複雑なインクの流れが生じ、インクの吐出の過程でより複雑な揺動モードが励起される。このため、ノズル２７ｄから吐出されたインク滴の尾がより切れやすくなり、サテライト液滴やミストの発生がより効果的に低減される。そして、上記以外の構成については上記第１の実施形態と同様である。

図２１は、本発明の第６の実施形態におけるノズル２７ｅの平面図である。本実施形態における第２ノズル部２９ｅおよび第１ノズル部２８ｅは、いずれも真円状の流路断面形状を呈している。すなわち、第２ノズル部２９ｅは、流路断面積が相対的に大きい真円状であり、第１ノズル部２８ｅは、流路断面積が相対的に小さい真円状である。そして、第２ノズル部２９ｅと第１ノズル部２８ｅとは、平面視においてそれぞれの仮想中心軸Ｃｘ１，Ｃｘ２が互いにずれるように偏心して形成されており、尚且つ、第１ノズル部２８ｅの全体は、第２ノズル部２９ｅの範囲内に包含されている。このように、第１ノズル部２８ｅの全体が第２ノズル部２９ｅの範囲内と包含される状態で互いに偏心することにより、第２ノズル部２９ｅの内周面から第１ノズル部２８ｅの開口周縁までの段差距離が一様とならないので、当該段差距離が相対的に長い部分と当該段差距離が相対的に短い部分とでインクの流れ方が異なる。すなわち、段差距離が相対的に長い部分ではインクの流速が相対的に遅くなり、また、流れる方向も仮想中心軸Ｃｘ１，Ｃｘ２に対してより角度の付いた横方向の流れとなる。これに対し、段差距離が相対的に短い部分ではインクの流速が相対的に速くなり、また、流れる方向も仮想中心軸Ｃｘ１，Ｃｘ２方向に対してより角度が小さくなり平行に近くなる。これにより、本実施形態における第２ノズル部２９ｅと第１ノズル部２８ｅとの境界近傍において、第１の実施形態における第２ノズル部２９の場合よりも複雑なインクの流れが生じ、インクの吐出の過程でより複雑な揺動モードが励起される。このため、ノズル２７ｅから吐出されたインク滴の尾がより切れやすくなり、サテライト液滴やミストの発生がより効果的に低減される。なお、第２ノズル部２９ｅと第１ノズル部２８ｅの流路断面形状に関し、真円状に限られず、相似形状であって第１ノズル部の全体が第２ノズル部の範囲内に包含され、尚且つ、偏心して配置される構成であればよく、例えば、ノズル部２８ｅ，２９ｅが楕円状であってもよい。そして、上記以外の構成については上記第１の実施形態と同様である。

なお、上記各実施形態では、２段構造のノズルを例示したが、これには限られず、３段以上の多段構造であってもよい。すなわち、第１ノズル部と第２ノズル部との間に、両者を連通する他のノズル部が１つ以上形成された構成を採用することもできる。この場合、各ノズル部は、互いに偏心した構成、あるいは、互いに異なる流路断面形状を呈する構成とすることにより、各ノズル部の境界において上記の揺動モードをインクに励起させることができる。さらに、２段以上の多段構造のノズルであって、最も圧力室側（液体流路側）のノズル部の内径が、吐出側から液体流路側に向けて拡大するように内壁面が傾斜したテーパー形状のものであってもよい。

また、駆動パルスＰｄに関し、図７で例示したものには限られず、駆動素子を駆動してノズルにおけるメニスカスの少なくとも一部が、第１ノズル部と第２ノズル部との境界を１回以上往復してから当該ノズルからインク滴が吐出されるものであれば、種々の駆動パルスを採用することができる。例えば、メニスカスの少なくとも一部が、第１ノズル部と第２ノズル部との境界を合計３回以上往復してから当該ノズルからインク滴が吐出されるものであってもよい。

また、上記実施形態においては駆動素子として、所謂撓み振動型の圧電素子２５を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電素子を採用することも可能である。この場合、上記実施形態で例示した駆動パルスＰｄに関し、電位の変化方向、つまり上下（極性）が反転した波形となる。

そして、本発明は、上記のプリンター１に限られず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置、あるいは、着弾対象の一種である布帛（被捺染材）に対して液体吐出ヘッドからインクを着弾させて捺染を行う捺染装置等の液体吐出装置等にも適用することができる。

１...プリンター，２...記録ヘッド，３...キャリッジ，４...ガイドロッド，５...プラテン，６...キャッピング機構，７...ワイピング機構，８...キャップ，９...ワイパー，１１...プリンターコントローラー，１２...インターフェース部，１３...主制御回路，１４...記憶部，１５...駆動信号発生回路，１７...ヘッドコントローラー，１８...紙送り機構，１９...キャリッジ移動機構，２０...リニアエンコーダー，２３...ノズルプレート，２４...流路基板，２５...圧電素子，２６...ホルダー，２７...ノズル，２８...第１ノズル部，２９...第２ノズル部，３１...圧力室，３２...共通液室，３３...インク供給口，３４...インク導入路，３５...弾性膜，３７...尖端部，３８...曲面部，３９...平面部，４０...隅角部，４１...窪み

Claims (7)

1. 液体を吐出するノズル、および当該ノズルに連通する液体流路を有し、当該液体流路からの液体を前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、
   前記ノズルは、液体が吐出される側の第１ノズル部と、前記液体流路側の第２ノズル部と、を有し、
   前記第１ノズル部と前記第２ノズル部とは、各ノズル部の仮想中心軸方向で見て互いに重ならない領域をそれぞれ一部に有し、
   前記ノズルにおけるメニスカスの少なくとも一部が、前記第１ノズル部と前記第２ノズル部との境界を１回以上往復してから当該ノズルから液滴が吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第１ノズル部の仮想中心軸が、当該仮想中心軸方向で見て前記第２ノズル部の範囲内に位置することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 液体を吐出するノズル、および当該ノズルに連通する液体流路を有し、当該液体流路からの液体を前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、
   前記ノズルは、液体が吐出される側の第１ノズル部と、前記液体流路側の第２ノズル部と、を有し、
   前記第１ノズル部と前記第２ノズル部とは、各ノズル部の仮想中心軸方向で見て互いに異なる流路断面形状を有し、
   前記ノズルにおけるメニスカスの少なくとも一部が、前記第１ノズル部と前記第２ノズル部との境界を１回以上往復してから当該ノズルから液滴が吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 前記第１ノズル部の全体が、当該第１ノズル部の仮想中心軸方向で見て前記第２ノズル部の範囲内に位置することを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 液体を吐出するノズル、および当該ノズルに連通する液体流路を有し、当該液体流路からの液体を前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、
   前記ノズルは、液体が吐出される側の第１ノズル部と、前記液体流路側の第２ノズル部と、を有し、
   前記第１ノズル部は、各ノズル部の仮想中心軸方向で見て前記第２ノズル部の範囲内に含まれ、尚且つ、当該第２ノズル部の仮想中心軸に対して偏心し、
   前記ノズルにおけるメニスカスの少なくとも一部が、前記第１ノズル部と前記第２ノズル部との境界を１回以上往復してから当該ノズルから液滴が吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 前記第１ノズル部の流路断面形状が真円状であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載の液体吐出ヘッドと、
   前記液体流路内の液体に圧力振動を生じさせる駆動素子と、
   前記駆動素子を駆動する駆動パルスを発生する駆動パルス発生回路と、
   を備え、
   前記駆動パルスは、前記メニスカスの少なくとも一部を前記第１ノズル部側から前記第２ノズル部側に引き込む第１引き込み要素と、前記メニスカスを前記第１ノズル部から外側に押し出す第１押し出し要素と、前記メニスカスの少なくとも一部を前記第１ノズル部側から前記第２ノズル部側に再度引き込む第２引き込み要素と、前記メニスカスを前記第１ノズル部から外側に押し出す第２押し出し要素と、を有することを特徴とする記載の液体吐出装置。

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