JP2020116911A - 液体吐出ヘッド、及びそれを備えた液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル近傍のエアを回収流路へ効果的に排出させる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】複数の個別流路と、複数の個別流路の入口に接続され、複数の個別流路に液体を供給する供給流路３３と、複数の個別流路の出口に接続され、複数の個別流路から液体を回収する回収流路３２と、を備え、複数の個別流路それぞれは、ノズル２１と、ノズルと供給流路との間に配置された上流側圧力室２３ａと、ノズルと回収流路との間に配置された下流側圧力室２３ｂと、供給流路と上流側圧力室とを接続する上流側絞り流路２５ａと、回収流路と下流側圧力室とを接続する下流側絞り流路２５ｂと、を有しており、上流側圧力室内の液体に圧力を付与する上流側アクチュエータと、下流側圧力室内の液体に圧力を付与する下流側アクチュエータと、をさらに備え、上流側絞り流路の流路抵抗が、下流側絞り流路の流路抵抗よりも小さい。【選択図】図３

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、及びそれを備えた液体吐出装置に関する。

特許文献１には、ノズルと、ノズルと繋がる第一圧力室（上流側圧力室）及び第二圧力室（下流側圧力室）と、第一圧力室と繋がる補助流路（上流側絞り流路）と、第二圧力室と繋がる補助流路（下流側絞り流路）とをそれぞれ含む複数の流路（個別流路）と、複数の個別流路にインクを供給する供給流路と、複数の個別流路からインクを回収する回収流路とを備えた液体吐出ヘッドが開示されている。この特許文献１では、第一圧力室内のインクに圧力を付与する第一圧電素子（上流側アクチュエータ）、及び、第二圧力室内のインクに圧力を付与する第二圧電素子（下流側アクチュエータ）を駆動することで、ノズルからインクを吐出させている。また、この特許文献１では、供給流路から個別流路を通って回収流路に向けてインクが流れている。さらに、第二圧力室の容量は、第一圧力室の容量と比べて小さくされている。

特開２０１８−１１４７１３号公報

ところで、ノズル等から個別流路にエアが侵入する場合がある。このようなエアが、個別流路のノズル近傍に留まると、ノズルの吐出特性に影響を与える。

ここで、特許文献１のように、供給流路から個別流路を通って回収流路に向けて液体が流れていると、この液体の流れにより、ノズル近傍に留まるエアを回収流路へと排出させることができる。しかしながら、個別流路におけるノズル近傍での液体の流速が遅いと、ノズル近傍のエアを回収流路へ効果的に排出させることができない。

そこで、本発明の目的は、ノズル近傍のエアを回収流路へ効果的に排出させることが可能な液体吐出ヘッド、及びそれを備えた液体吐出装置を提供することである。

本発明の液体吐出ヘッドは、複数の個別流路と、前記複数の個別流路の入口に接続され、前記複数の個別流路に液体を供給する供給流路と、前記複数の個別流路の出口に接続され、前記複数の個別流路から液体を回収する回収流路と、を備え、前記複数の個別流路それぞれは、ノズルと、前記ノズルと前記供給流路との間に配置された上流側圧力室と、前記ノズルと前記回収流路との間に配置された下流側圧力室と、前記供給流路と前記上流側圧力室とを接続する上流側絞り流路と、前記回収流路と前記下流側圧力室とを接続する下流側絞り流路と、を有しており、前記上流側圧力室内の液体に圧力を付与する上流側アクチュエータと、前記下流側圧力室内の液体に圧力を付与する下流側アクチュエータと、をさらに備え、前記上流側絞り流路の流路抵抗が、前記下流側絞り流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする。

本発明の一実施形態に係るヘッド１を備えたプリンタ１００の平面図である。 図１のヘッド１の平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったヘッド１の断面図である。 プリンタ１００の電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）は図３のＩ−Ｉ線に沿ったヘッド１の断面図であり、（ｂ）は圧力室２３の流路の長さと、圧力室２３に付与される圧力の大きさとの関係を示す図である。 （ａ）は上流側アクチュエータ１３ａに付与する駆動パルス信号Ｐａを示し、（ｂ）は下流側アクチュエータ１３ｂに付与する駆動パルス信号Ｐｂを示す図であり、（ｃ）は上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングが同じときの駆動パルス信号Ｐａ及び駆動パルス信号Ｐｂを示す図であり、（ｄ）は上流側アクチュエータ１３ａの駆動タイミングを下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングよりも遅らせたときの駆動パルス信号Ｐａ及び駆動パルス信号Ｐｂを示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るプリンタ１００（「液体吐出装置」に相当）は、ヘッドユニット１Ｘ、プラテン３、及び、搬送機構４及び制御装置５等を備えている。

搬送機構４は、搬送方向に並んで配置された２つの搬送ローラ４ａ，４ｂを有する。２つの搬送ローラ４ａ，４ｂは、図示しないギヤ等を介して搬送モータ４ｍに接続されている。制御装置５により搬送モータ４ｍが駆動されると、搬送ローラ４ａ，４ｂが回転し、記録媒体である用紙Ｓを搬送方向に搬送する。

プラテン３は、２つの搬送ローラ４ａ，４ｂに搬送方向に挟まれて配置されている。プラテン３は、搬送機構４により搬送される用紙Ｓを下方から支持する。用紙Ｓは、搬送機構４により搬送されることで、このプラテン３上を通過する。

ヘッドユニット１Ｘは、プラテン３と鉛直方向に対向して配置され、紙幅方向に長尺である。ヘッドユニット１Ｘは、紙幅方向に千鳥状に配置された４つのヘッド１（「液体吐出ヘッド」に相当）を備えている。ヘッド１は、ドライバＩＣ１ｄ（図４参照）によって駆動され、その下面に形成された複数のノズル２１（図２及び図３参照）からインクを吐出する。尚、紙幅方向は、搬送方向と直交する。紙幅方向及び搬送方向は、共に、鉛直方向と直交する。ヘッド１については、後ほど詳細に説明する。

プリンタ１００では、搬送機構４により用紙Ｓを搬送方向に搬送させつつ、４つのヘッド１の複数のノズル２１からインクを吐出させることによって、用紙Ｓに画像を記録する。即ち、プリンタ１００は、ヘッド１が固定された状態で、ヘッド１のノズル２１から用紙Ｓに対してインクを吐出する、いわゆるライン式のインクジェットプリンタである。

制御装置５は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３、フラッシュメモリ５４、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）５５等からなり、搬送モータ４ｍ、ドライバＩＣ１ｄ、循環用ポンプ７ｐ等の動作を制御する。例えば、制御装置５は、ＰＣ等の外部装置から入力された記録指令（画像データを含む。）に基づき、各ヘッド１のドライバＩＣ１ｄ、及び搬送モータ４ｍを制御して、用紙Ｓ上に画像を記録する記録処理を実行する。

次いで、図２及び図３を参照し、ヘッド１の構成について詳細に説明する。

ヘッド１は、流路基板１１、及びアクチュエータユニット１２を有する。

流路基板１１は、図３に示すように、８枚のプレート１１ａ〜１１ｈが上からこの順に積層されることによって形成されている。プレート１１ｄ〜１１ｆには、共通流路３０が形成されている。また、プレート１１ａ〜１１ｈには、共通流路３０に連通する複数の個別流路２０が形成されている。これら共通流路３０や複数の個別流路２０は、流路基板１１をエッチングすることで形成される。

共通流路３０は、図２に示すように、配列方向（搬送方向と平行な方向）に配列された回収流路３１，３２及び供給流路３３を含む。回収流路３１，３２及び供給流路３３は、それぞれ延在方向（紙幅方向と平行な方向）に延びている。配列方向において回収流路３１と回収流路３２との間に供給流路３３が配置されている。

供給流路３３は、延在方向の一方（図２の上方）の端部において、プレート１１ａ〜１１ｆにまたがって上下方向に延びており、その上端部に流入口３３ｘが設けられている。流入口３３ｘは、循環用ポンプ７ｐを介してインクタンク７に接続されている。回収流路３１，３２は、それぞれ、延在方向の他方（図２の下方）の端部において、プレート１１ａ〜１１ｆにまたがって上下方向に延びており、その上端部に流出口３１ｙ，３２ｙが設けられている。流出口３１ｙ，３２ｙは、インクタンク７に接続されている。

インクタンク７は、図示しないチューブ等を介して図示しないインクカートリッジに接続され、インクカートリッジからインクが供給される。

個別流路２０は、回収流路３１と供給流路３３とを結ぶ複数の第１個別流路２０ａ、及び、回収流路３２と供給流路３３とを結ぶ複数の第２個別流路２０ｂを含む。第１個別流路２０ａは、配列方向において回収流路３１と供給流路３３とに跨っている。第２個別流路２０ｂは、配列方向において回収流路３２と供給流路３３とに跨っている。

各個別流路２０は、ノズル２１、連通路２２、上流側圧力室２３ａ、下流側圧力室２３ｂ、上流側ディセンダ流路２４ａ、下流側ディセンダ流路２４ｂ、上流側絞り流路２５ａ、及び下流側絞り流路２５ｂを含む。図３に示すように、ノズル２１は、プレート１１ｈに形成された貫通孔である。連通路２２は、ノズル２１の直上を通る流路であり、プレート１１ｇに形成されている。また、連通路２２は、配列方向に沿って延びている。ノズル２１は、連通路２２の中央部に接続されている。この連通路２２は、ノズル２１の直上を通る流路であることから、その内部におけるインクの流れが、ノズル２１から吐出されるインクの吐出方向（飛翔方向）に影響を及ぼす。

上流側圧力室２３ａは、連通路２２と供給流路３３との間に配置されている。下流側圧力室２３ｂは、連通路２２と回収流路３１，３２との間に配置されている。以下、上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂを説明するに当たり、これらを区別しない場合は「圧力室２３」とする。

圧力室２３は、プレート１１ａに形成された貫通孔である。圧力室２３は、配列方向を長手方向とする略矩形の平面形状を有している。すなわち、圧力室２３は、配列方向及び延在方向と平行な平面に沿って延びている。また、プレート１１ａには、４列の圧力室列２３Ｒ１〜２３Ｒ４が形成されている。４列の圧力室列２３Ｒ１〜２３Ｒ４は、それぞれ延在方向に延び、配列方向に並んでいる。４つの圧力室列２３Ｒ１〜２３Ｒ４のうち、図２の左側２つの圧力室列２３Ｒ１，２３Ｒ２は、第１個別流路２０ａの上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂから構成されている。４つの圧力室列２３Ｒ１〜２３Ｒ４のうち、図２の右側２つの圧力室列２３Ｒ３，２３Ｒ４は、第２個別流路２０ｂの上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂから構成されている。各圧力室列２３Ｒ１〜２３Ｒ４において、圧力室２３は、配列方向に同じ位置で、かつ、延在方向に等間隔で配置されている。一方、圧力室列２３Ｒ１〜２３Ｒ４間においては、圧力室２３の延在方向の位置がずれている。これにより、全ての圧力室２３において、延在方向の位置が、当該圧力室２３以外の圧力室２３と異なっている。

なお、本実施形態では、圧力室２３の形状は全て同じである。従って、圧力室２３の容積も全て同じである。

上流側ディセンダ流路２４ａは、上流側圧力室２３ａと、連通路２２の一方の端部とを接続する。下流側ディセンダ流路２４ｂは、下流側圧力室２３ｂと、連通路２２の他方の端部とを接続する。以下、上流側ディセンダ流路２４ａ及び下流側ディセンダ流路２４ｂを説明するに当たり、これらを区別しない場合は「ディセンダ流路２４」とする。

ディセンダ流路２４は、プレート１１ｂ〜１１ｆに形成された貫通孔が鉛直方向に重なることによって形成されている。より詳細には、上流側ディセンダ流路２４ａは、上流側圧力室２３ａとの接続部分から下方に延びている。また、下流側ディセンダ流路２４ｂは、下流側圧力室２３ｂとの接続部分から下方に延びている。

上流側ディセンダ流路２４ａ、及び下流側ディセンダ流路２４ｂは、互いに流路の長さは同じである。一方で、上流側ディセンダ流路２４ａの断面積は、下流側ディセンダ流路２４ｂの断面積よりも大きい。従って、上流側ディセンダ流路２４ａの流路抵抗は、下流側ディセンダ流路２４ｂの流路抵抗よりも小さい。

尚、上述したように、ノズル２１は連通路２２の中央部に接続されている。このため、上流側圧力室２３ａから、上流側ディセンダ流路２４ａ及び連通路２２の一部を介してノズル２１に至るまでの流路（「上流側接続流路」に相当）の長さと、下流側圧力室２３ｂから、下流側ディセンダ流路２４ｂ及び連通路２２の一部を介してノズル２１に至るまでの流路（「下流側接続流路」に相当）の長さは実質的に同じである。

上流側絞り流路２５ａは、供給流路３３と上流側圧力室２３ａとを接続する。下流側絞り流路２５ｂは、回収流路３１，３２と、下流側圧力室２３ｂとを接続する。以下、上流側絞り流路２５ａ及び下流側絞り流路２５ｂを説明するに当たり、これらを区別しない場合は「絞り流路２５」とする。

絞り流路２５は、その流路断面積が、圧力室２３等の他の流路の流路断面積よりも小さくされることで、圧力室２３で発生した圧力波が供給流路３３や回収流路３１，３２に伝播し難くする絞りの機能を有する。この絞り流路２５は、プレート１１ｂ，１１ｃにまたがって形成されている。詳細には、絞り流路２５は、プレート１１ｂに形成された水平部２６と、プレート１１ｃに形成された鉛直部２７とを有する。水平部２６は、配列方向に延びている。水平部２６の配列方向における一方の端部は、圧力室２３の配列方向におけるディセンダ流路２４とは反対側の端部と接続されている。鉛直部２７は、水平部２６の配列方向における他方の端部から下方に延びて、回収流路３１，３２又は供給流路３３に接続されている。また、絞り流路２５の鉛直部２７の流路断面は、図５（ａ）に示すように、円形状となっている。

本実施形態では、上流側絞り流路２５ａの各流路部分の断面積は、下流側絞り流路２５ｂの各流路部分の断面積と同じである。一方で、上流側絞り流路２５ａの水平部２６の流路の長さが、下流側絞り流路２５ｂの水平部２６の流路の長さよりも短い。従って、上流側絞り流路２５ａの長さは、下流側絞り流路２５ｂの長さよりも短い。その結果として、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗は、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗よりも小さい。本実施形態では、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗は、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗の６０％以上９０％以下に設定されている。

次に、循環用ポンプ７ｐを駆動させたときのインクの流れについて説明する。図２中の太矢印及び図３中の矢印は、インクの流れを示す。

図２に示すように、制御装置５の制御により循環用ポンプ７ｐを駆動させると、インクタンク７内のインクは、流入口３３ｘから供給流路３３に流入される。また、供給流路３３から、各個別流路２０（第１個別流路２０ａ及び第２個別流路２０ｂ）のそれぞれにインクが供給される。

各個別流路２０に供給されたインクは、上流側絞り流路２５ａ及び上流側圧力室２３ａを通って略水平に移動し、さらに上流側ディセンダ流路２４ａを通って下方に移動して、連通路２２に流入する。当該インクは、連通路２２を通って水平に移動し、一部がノズル２１から吐出され、残りが下流側ディセンダ流路２４ｂを通って上方に移動し、下流側圧力室２３ｂ及び下流側絞り流路２５ｂを通って略水平に移動する。

そして、第１個別流路２０ａに供給されたインクは、回収流路３１で回収される。当該インクは、流出口３１ｙを介して回収流路３１から流出して、インクタンク７に戻される。第２個別流路２０ｂに供給されたインクは、回収流路３２で回収される。当該インクは、流出口３２ｙを介して回収流路３２から流出して、インクタンク７に戻される。

以上のようにヘッド１とインクタンク７との間でインクが循環する。その結果として、ノズル２１内のインクの増粘が抑えられる。尚、本実施形態では、ヘッド１とインクタンク７との間のインクの循環を常時行っている。即ち、記録処理の実行中もヘッド１とインクタンク７との間のインクの循環を行っている。

アクチュエータユニット１２は、流路基板１１の上面に配置され、複数の圧力室２３を覆っている。

アクチュエータユニット１２は、図３に示すように、下から順に、振動板１２ａ、共通電極１２ｂ、複数の圧電体１２ｃ及び複数の個別電極１２ｄを含む。振動板１２ａ及び共通電極１２ｂは、流路基板１１の上面の略全体に配置されており、複数の圧力室２３を覆っている。一方、圧電体１２ｃ及び個別電極１２ｄは、圧力室２３毎に設けられており、圧力室２３のそれぞれと対向している。共通電極１２ｂは、ドライバＩＣ１ｄに接続されて常にグランド電位に保持される。

以上の構成において、１つの個別電極１２ｄ、共通電極１２ｂの１つの圧力室２３に対向する電極部分、及び、圧電体１２ｃの１つの圧力室２３と対向する部分によって、１つのアクチュエータ１３（図３参照）が構成されている。アクチュエータユニット１２には、このようなアクチュエータ１３が圧力室２３毎に作り込まれている。

ドライバＩＣ１ｄ（「駆動装置」に相当）は、制御装置５からの制御信号に基づいて、各アクチュエータ１３の個別電極１２ｄに対して所定の駆動パルス信号Ｐ（図６（ａ）及び（ｂ）参照）を付与して、個別電極１２ｄの電位を正電位と、グランド電位との間で切り替える。駆動パルス信号Ｐは、所定のパルス幅とパルス高さ（駆動電圧Ｖ）を有するパルス信号である。

本実施形態では、アクチュエータ１３の駆動方式として、いわゆる「引き打ち式」を採用している。具体的には、個別電極１２ｄは、予め正電位に保持されている。このとき、個別電極１２ｄとグランド電位に保持されている共通電極１２ｂとの間に電位差が生じ、個別電極１２ｄと共通電極１２ｂとの間に挟まれた圧電体１２ｃは圧電変形する。これにより、振動板１２ａ及び圧電体１２ｃは、圧力室２３側に凸となるように撓むため、圧力室２３の容積が減少した待機状態となっている。

その後、個別電極１２ｄに駆動パルス信号Ｐが付与されて、個別電極１２ｄの電位がグランド電位になると、圧電体１２ｃの圧電変形が一旦解消される。これにより、振動板１２ａ及び圧電体１２ｃが撓みのない水平な状態となり、先の待機状態と比べて圧力室２３内の容積が増大する。これに伴い、上流側圧力室２３ａの場合には、供給流路３３から上流側絞り流路２５ａを介してインクが供給される。また、下流側圧力室２３ｂの場合には、回収流路３１，３２から下流側絞り流路２５ｂを介してインクが供給される。

その後、再び、個別電極１２ｄの電位が正電位となって圧力室２３の容積が減少する。このとき、圧力室２３内のインクに圧力が付与される。

ここで、本実施形態では、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、上流側圧力室２３ａに対応するアクチュエータ１３（以下、上流側アクチュエータ１３ａ）の個別電極１２ｄに対して付与する駆動パルス信号Ｐ（以下、駆動パルス信号Ｐａ）のパルス幅と、下流側圧力室２３ｂに対応するアクチュエータ１３（以下、下流側アクチュエータ１３ｂ）の個別電極１２ｄに対して付与する駆動パルス信号Ｐ（以下、駆動パルス信号Ｐｂ）のパルス幅は、互いに異なっている。以下、詳細に説明する。尚、駆動パルス信号Ｐａのパルス高さ及び駆動パルス信号Ｐｂのパルス高さは互いに同じである。即ち、ドライバＩＣ１ｄが、上流側アクチュエータ１３ａを駆動するときの駆動電圧と、下流側アクチュエータ１３ｂを駆動するときの駆動電圧は互いに同じである。

上流側アクチュエータ１３ａの個別電極１２ｄの電位が正電位からグランド電位となり、上流側圧力室２３ａ内の容積が増大する際には、当該上流側圧力室２３ａ内に負の圧力波が発生する。上流側圧力室２３ａ内で発生した負の圧力波は、供給流路３３との接続位置付近において正圧に反転反射して、上流側圧力室２３ａ側（ノズル２１側）へ進行する。また、個別電極１２ｄの電位が正電位に戻ったときには、上流側圧力室２３ａ内には正の圧力波が発生する。駆動パルス信号Ｐａのパルス幅は、供給流路３３との接続位置付近において反転した正の圧力波と、個別電極１２ｄの電位が正電位に戻ったときの正の圧力波が重畳されてノズル２１に向けて進行するように設定されている。換言すれば、駆動パルス信号Ｐａのパルス幅は、インクを媒体とした圧力波が、供給流路３３との接続位置からノズル２１に至るまでの伝播時間（以下、上流側伝播時間と称す）に応じて設定されることになる。即ち、当該上流側伝播時間が長くなるほど、駆動パルス信号Ｐａのパルス幅も長くに設定される。これにより、より大きな圧力でインクをノズル２１に向けて移送させることができる。

同様に、下流側アクチュエータ１３ｂの個別電極１２ｄの電位がグランド電位となったときに下流側圧力室２３ｂ内で発生した負の圧力波は、回収流路３１，３２との接続位置付近において正圧に反転反射して、下流側圧力室２３ｂ側（ノズル２１側）へ進行する。駆動パルス信号Ｐｂのパルス幅は、回収流路３１，３２との接続位置付近において反転した正の圧力波と、個別電極１２ｄの電位が正電位に戻ったときの正の圧力波が重畳されてノズル２１に向けて進行するように設定される。換言すれば、駆動パルス信号Ｐｂのパルス幅は、インクを媒体とした圧力波が、回収流路３１，３２との接続位置からノズル２１に至るまでの伝播時間（以下、下流側伝播時間）に応じて設定されることになる。

ところで、上述したように、上流側絞り流路２５ａの長さが、下流側絞り流路２５ｂの長さと比べて短い。このため、供給流路３３との接続位置からノズル２１までの流路の長さは、回収流路３１，３２との接続位置からノズル２１までの流路の長さよりも短い。このため、上流側伝播時間は、下流側伝播時間よりも短くなる。従って、駆動パルス信号Ｐａのパルス幅は、駆動パルス信号Ｐｂのパルス幅よりも短く設定されている。

次に、ノズル２１からインクを吐出させる際の、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂの駆動方法について説明する。制御装置５は、個別流路２０における２つの圧力室２３と対向する上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂを駆動させることで、ノズル２１からインクを吐出させる。

詳細には、制御装置５は、ノズル２１からインクを吐出させる際には、ドライバＩＣ１ｄを制御して、上流側アクチュエータ１３ａの個別電極１２ｄに対しては駆動パルス信号Ｐａを付与することで上流側アクチュエータ１３ａを駆動させ、下流側アクチュエータ１３ｂの個別電極１２ｄに対しては駆動パルス信号Ｐｂを付与することで下流側アクチュエータ１３ｂを駆動させる。

ここで、上述したように、駆動パルス信号Ｐａのパルス幅は、駆動パルス信号Ｐｂのパルス幅よりも短い。このため、制御装置５が、ノズル２１からインクを吐出させる際に、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂが同時に駆動するようにドライバＩＣ１ｄを制御すると、ノズル２１から吐出されるインクの吐出方向は、鉛直方向（真下）とはならずに鉛直方向から大きくずれる。

より詳細には、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂを同時に駆動した際には、図６（ｃ）に示すように、駆動パルス信号Ｐａ及び駆動パルス信号Ｐｂの波形の開始時点が一致することになる。しかしながら、上述したように、駆動パルス信号Ｐａのパルス幅は、駆動パルス信号Ｐｂのパルス幅よりも短いため、駆動パルス信号Ｐａの波形の終了時点が、駆動パルス信号Ｐｂの波形の終了時点よりも早くなる。即ち、上流側アクチュエータ１３ａの方が、下流側アクチュエータ１３ｂと比べて、個別電極１２ｄの電位が正電位に戻るタイミングが早くなる。

従って、上流側圧力室２３ａ内のインクに圧力が付与されるタイミングが、下流側圧力室２３ｂ内のインクに圧力が付与されるタイミングよりも早くなる。その結果として、上流側圧力室２３ａで発生したから圧力波がノズル２１に到達するタイミングが、下流側圧力室２３ｂで発生した圧力波がノズル２１に到達するタイミングよりも早くなる。これにより、上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂそれぞれで発生した圧力波がノズル２１に到達するタイミングがずれることで、インクの吐出方向は、鉛直方向から大きくずれることになる。

そこで、本実施形態では、制御装置５は、ノズル２１からインクを吐出させる際には、上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂそれぞれで発生した圧力波がノズル２１に到達するタイミングが略同じとなるように、図６（ｄ）に示すように、上流側アクチュエータ１３ａの駆動タイミングを、下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングよりも遅れるようドライバＩＣ１ｄを制御する。これにより、ノズル２１から吐出されるインクの吐出方向を、鉛直方向にすることができる。

ところで、ノズル２１等から個別流路２０内にエアが侵入する場合がある。そして、個別流路２０のノズル２１近傍にエアが留まると、ノズル２１の吐出特性に影響を与える。ここで、循環用ポンプ７ｐを駆動して、供給流路３３から個別流路２０を介して回収流路３１，３２に向けてインクが流れていると、このインクの流れにより、ノズル２１近傍に留まるエアを回収流路３１，３２へと排出させることができる。しかしながら、個別流路２０におけるノズル２１近傍でのインクの流速が遅いと、ノズル２１近傍のエアを回収流路３１，３２へ効果的に排出させることができない。

そこで、本実施形態では、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗を、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗よりも小さくしている。これにより、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗が小さいため、当該上流側絞り流路２５ａでの圧力損失を小さくすることができる。また、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗が大きいため、ノズル２１と、回収流路３１，３２及び下流側絞り流路２５ｂの接続位置との間の差圧を大きくすることができる。その結果として、個別流路２０を流れるインクの流量をある程度確保しつつ、ノズル２１近傍でのインクの流速を速くすることができる。加えて、ノズル２１と、回収流路３１，３２及び下流側絞り流路２５ｂの接続位置との間の差圧が大きいため、ノズル２１から回収流路３１，３２までの流路におけるインクの流速も速くすることができる。その結果として、ノズル２１近傍のエアを回収流路３１，３２に効果的に排出させることができる。

また、本実施形態では、上流側ディセンダ流路２４ａの流路抵抗が、下流側ディセンダ流路２４ｂの流路抵抗よりも小さい。これにより、上流側ディセンダ流路２４ａでの圧力損失を小さくすることができ、且つ、回収流路３１，３２及び下流側絞り流路２５ｂの接続位置との間の差圧を大きくすることができる。その結果として、ノズル２１近傍でのインクの流速をさらに速くすることができる。

また、本実施形態では、上流側絞り流路２５ａの鉛直部２７の断面は円形状である。これにより、上流側絞り流路２５ａの各流路部分の断面が全て非円形状である場合と比べて、上流側絞り流路２５ａでの圧力損失をさらに小さくすることができる。その結果として、ノズル２１近傍でのインクの流速をさらに速くすることができる。

また、本実施形態では、制御装置５は、ノズル２１からインクを吐出させる際には、上流側アクチュエータ１３ａの駆動タイミングと、下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングとが互いに異なるようにドライバＩＣ１ｄを制御する。このように上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂそれぞれの駆動タイミングがずれているため、同じ場合と比べて、ドライバＩＣ１ｄの発熱を抑えることができる。以下、詳細に説明する。

ドライバＩＣ１ｄには、アクチュエータ１３を駆動する際には電流が流れる。とりわけ、アクチュエータ１３の個別電極１２ｄの電位を、正電位と、グランド電位との間で切り換える際に、ドライバＩＣ１ｄに大きな電流が流れる。つまり、駆動パルス信号Ｐの波形の開始時点と終了時点でドライバＩＣ１ｄに大きな電流が流れる。そして、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングが互いに同じ場合には、駆動パルス信号Ｐａ及び駆動パルス信号Ｐｂの波形の開始時点が一致するため、ドライバＩＣ１ｄに過大な電流が集中して流れることになる、一方で、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂそれぞれの駆動タイミングがずれた場合には、駆動パルス信号Ｐａ及び駆動パルス信号Ｐｂの波形の開始時点が互いにずれることになる。このため、ドライバＩＣ１ｄには過大な電流は流れない。従って、本実施形態のように、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂそれぞれの駆動タイミングをずらすことで、ドライバＩＣ１ｄに過大な電流が流れることを抑制することができ、その結果として、ドライバＩＣ１ｄの発熱を抑えることができる。なお、ドライバＩＣ１ｄの発熱を抑える観点では、駆動パルス信号Ｐａ及び駆動パルス信号Ｐｂの波形の開始時点だけではなく、終了時点も互いにずれるように、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂそれぞれの駆動タイミングをずらすことが好ましい。

さらに、制御装置５は、ノズル２１からインクを吐出させる際には、上流側アクチュエータ１３ａの駆動タイミングを、下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングよりも遅くなるようにドライバＩＣ１ｄを制御する。その結果として、上述したように、ノズル２１から吐出されるインクの吐出方向を、鉛直方向にすることができる。

また、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗は、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗の６０％以上９０％以下に設定されている。これにより、上流側絞り流路２５ａの上記絞りの機能を維持しつつ、ノズル２１近傍でのインクの流速を速くすることができる。

ここで、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗が、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗の９０％よりも大きいと、駆動パルス信号Ｐａのパルス幅と駆動パルス信号Ｐｂのパルス幅との差が小さくなる。その結果として、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂを同時に駆動したとしても、ノズル２１から吐出されるインクの吐出方向は、鉛直方向から大きくはずれない。即ち、制御装置５が、上流側アクチュエータ１３ａの駆動タイミングを下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングよりも遅らせるようにドライバＩＣ１ｄを制御すると、駆動タイミングが同じとなるようにドライバＩＣ１ｄを制御する場合と比べて、却って、ノズル２１から吐出されるインクの吐出方向が、鉛直方向からずれる可能性がある。従って、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗が、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗の９０％よりも大きいと、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングをずらすことができず、ドライバＩＣ１ｄの発熱を抑えることができない可能性がある。

一方で、本実施形態のように上流側絞り流路２５ａの流路抵抗が、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗の９０％以下である場合には、ノズル２１から吐出されるインクの吐出方向を鉛直方向にするためには、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングをずらす必要がある。換言すれば、インクの吐出方向を鉛直方向に保った状態で、上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングをずらすことができる。このため、ドライバＩＣ１ｄの発熱を確実に抑えることができる。

また、本実施形態では、上流側絞り流路２５ａの長さを、下流側絞り流路２５ｂの長さよりも短くすることで、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗が、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗よりも小さくなるように調整している。ここで、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗や下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗を調整する方法として、本実施形態のように流路の長さを変える方法以外にも種々の方法がある。例えば、上流側絞り流路２５ａの流路断面積を下流側絞り流路２５ｂの流路断面積よりも大きくすることで、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗が、下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗よりも小さくなるように調整することも可能ではある。しかしながら、エッチングの特性上、流路の長さを変更した方が、流路断面積を変更するよりも流路抵抗の調整精度が高くなる。以下、詳細に説明する。

プレートをエッチングした際、通常、エッチングの境界付近は、鋭角に加工されずに、緩やかな傾斜が生じる。このため、例えば、上流側絞り流路２５ａ及び下流側絞り流路２５ｂそれぞれの、水平部２６における延在方向のエッチング幅が互いに異なるようにエッチングすると、エッチングの境界付近に生じる緩やかな傾斜により、上流側絞り流路２５ａ及び下流側絞り流路２５ｂそれぞれの水平部２６の流路断面の形状は、相似とはならない。つまり、上流側絞り流路２５ａ及び下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗の比を所望の値にするときに、水平部２６の延在方向のエッチング幅に加えて、エッチングの境界付近に生じる緩やかな傾斜についても考慮する必要が生じる。

一方で、上流側絞り流路２５ａ及び下流側絞り流路２５ｂの長さを変更して流路抵抗を調整する方法の場合には、上流側絞り流路２５ａ及び下流側絞り流路２５ｂの流路断面積は互いに同じである。従って、上流側絞り流路２５ａ及び下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗の比を所望の値にするときに、エッチングの境界付近に生じる緩やかな傾斜について考慮する必要はない。

以上の理由より、本実施形態のように、上流側絞り流路２５ａの長さを、下流側絞り流路２５ｂの長さよりも短くして流路抵抗を調整する方法の場合には、その調整精度を高くすることができる。

また、ヘッド１の限られたスペースに、上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂの２つの圧力室２３を配置する際において、本実施形態のように、上流側圧力室２３ａと下流側圧力室２３ｂとを互いに同じ形状（容積）にすると、これらの形状が互いに異なる場合と比べて、インクを吐出させる際の吐出効率を高くすることができる。以下、詳細に説明する。尚、以下の説明では、上流側圧力室２３ａと下流側圧力室２３ｂの２つの圧力室が互いに同じ形状の場合と、互いに異なる形状の場合とで、２つの圧力室２３の容積の合計値は同じものとして説明する。

図５（ｂ）に示すように、或る駆動パルス信号Ｐを付与してアクチュエータ１３を駆動したときに圧力室２３内のインクに付与される圧力の大きさは、圧力室２３の流路断面積が同じとした場合、圧力室２３の流路の長さが長くなるほど、大きくなる。一方で、圧力室２３の流路の長さが所定の長さＴＳよりも大きくなると、圧力室２３内のインクに付与される圧力の大きさは、流路の長さが長さＴＳのときの圧力値ＰＳと殆ど変らなくなる。つまり、圧力室２３内のインクに付与される圧力の大きさは、圧力室２３の流路の長さの増加に伴い直線的に増加するのではなく、圧力値ＰＳ近傍で飽和する曲線となっている。

本実施形態では、上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂの２つの圧力室２３の流路の長さは、共に、長さＴＳに設定されている。このため、上流側圧力室２３ａ内のインク及び下流側圧力室２３ｂ内のインクに付与される圧力の大きさは、共に圧力値ＰＳとなる。

ここで、２つの圧力室２３の容積の合計値を維持した状態（２つの圧力室２３の流路の長さの合計値を維持した状態）で、２つの圧力室２３の形状を互いに異ならせるには、２つの圧力室２３のうちの一方の圧力室２３の流路の長さを長さＴＳより短い長さＴＤにし、他方の圧力室２３の流路の長さを長さＴＳよりも長い長さＴＵにする必要がある。このとき、流路の長さが長さＴＤの圧力室２３内のインクに付与される圧力の大きさは、圧力値ＰＳよりも小さい圧力値ＰＤとなる。一方で、流路の長さが長さＴＵの圧力室２３内のインクに付与される圧力の大きさは、圧力値ＰＳよりも大きい圧力値ＰＵとなる。

上述したように、圧力室２３の流路の長さが長さＴＳを超えると、圧力室２３の流路の長さを変えたとしても、圧力室２３内のインクに付与される圧力の大きさは殆ど変らない。このため、圧力値ＰＳから圧力値ＰＵへの上昇幅は、圧力値ＰＳから圧力値ＰＤへの下降幅よりも小さくなる。即ち、圧力値ＰＤと圧力値ＰＵとの合計値は、圧力値ＰＳの２倍よりも小さくなる。

以上より、２つの圧力室２３の流路の長さを共に長さＴＳにしてこれらの圧力室２３の形状を同じにした場合の方が、異なる形状にした場合よりも、２つの圧力室２３内のインクに付与される圧力の合計値が大きくなる。その結果として、圧力室２３の容積（形状）を同じにした場合の方が、ノズル２１から吐出されるインクの吐出エネルギーが大きくなり、吐出効率が高くなる。

尚、図５（ｂ）に示すように、２つの圧力室２３の流路の長さを、共に長さＴＳ以上にすることができれば、これらの流路の長さが互いに異なっていたとしても、圧力室２３の形状を同じにした場合と同様に、吐出効率を高くすることは可能である。しかしながら、ヘッド１の限られたスペースにおいて、上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂの流路の長さを共に長さＴＳ以上にすることは困難である。

従って、本実施形態のように、上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂを互いに同じ形状することで、ヘッド１の限られたスペースに、上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂを配置しつつ、吐出効率を向上させることができる。

なお、ここでの、「上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂが互いに同じ形状」とは、完全に同じ形状であることの他、完全に同じ形状ではないが、吐出効率が所定の閾値以上となる実質的に同じ形状のものも含む。

また、本実施形態では、ドライバＩＣ１ｄが、上流側アクチュエータ１３ａを駆動するときの駆動電圧と、下流側アクチュエータ１３ｂを駆動するときの駆動電圧は互いに同じである。従って、駆動電圧が互いに異なる場合と比べて、ドライバＩＣ１ｄによる上流側アクチュエータ１３ａ及び下流側アクチュエータ１３ｂの駆動制御を簡易化することができる。その結果として、ドライバＩＣ１ｄの小型化やコストダウンを図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限られず、特許請求の範囲に記載の限りにおいて、様々な変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、上流側絞り流路２５ａの長さを下流側絞り流路２５ｂの長さよりも短くすることで、上流側絞り流路２５ａの流路抵抗を下流側絞り流路２５ｂの流路抵抗よりも小さくしていたが、これに限定されるものではない。例えば、上流側絞り流路の流路断面積を下流側絞り流路の流路断面積よりも大きくして、上流側絞り流路の流路抵抗を下流側絞り流路の流路抵抗よりも小さくしてもよい。

上流側絞り流路の各流路部分の断面が、全て円形状にされていてもよい。この場合、上流側絞り流路での圧力損失をさらに低減することができる。また、上流側絞り流路での圧力損失は、上述の実施形態と比べて大きくはなるが、上流側絞り流路の各流路部分の断面が、非円形状にされていてもよい。

また、上述の実施形態では、上流側ディセンダ流路２４ａの流路抵抗が、下流側ディセンダ流路２４ｂの流路抵抗よりも小さくされていたが、これに限定されるものではなく、流路抵抗が互いに同じであってもよい。

また、上述の実施形態では、制御装置５は、ノズル２１からインクを吐出させる際には、上流側アクチュエータ１３ａの駆動タイミングを、下流側アクチュエータ１３ｂの駆動タイミングよりも遅くなるようにドライバＩＣ１ｄを制御していたが、これに限定されるものではない。例えば、インクの吐出方向を鉛直方向にする必要がないときには、上流側アクチュエータの駆動タイミングを、下流側アクチュエータの駆動タイミングよりも早くなるようにドライバＩＣを制御してもよい。この場合でも、上流側アクチュエータ及び下流側アクチュエータの駆動タイミングがずれているため、ドライバＩＣの発熱を抑えることができる。また、上流側絞り流路の流路抵抗が、下流側絞り流路の流路抵抗の９０％よりも大きい場合等においては、制御装置は、ノズルからインクを吐出させる際には、上流側アクチュエータの駆動タイミングと、下流側アクチュエータの駆動タイミングとが同じとなるようにドライバＩＣを制御してもよい。

また、上述の実施形態では、上流側圧力室２３ａ及び下流側圧力室２３ｂは互いに同じ形状であったが、これに限定されるものではない。例えば、上流側圧力室及び下流側圧力室は互いに異なる形状であるが、容積は互いに同じであってもよい。この場合には、上流側圧力室と下流側圧力室とが互いに同じ形状である場合と比べると吐出効率は低下するものの、互いに容積が異なる場合と比べて吐出効率を高くすることができる。なお、「上流側圧力室と下流側圧力室とが互いに同じ容積」とは、完全に同じ容積であるもののほか、完全に同じ容積ではないが、吐出効率が所定の閾値以上となる実質的に同じ容積のものも含む。例えば、上流側圧力室の容積と下流側圧力室の容積との間に１０％程度の誤差があっても、上流側圧力室と下流側圧力室とが互いに同じ容積であるとみなす。また、吐出効率は低下するが、上流側圧力室及び下流側圧力室は互いに異なる形状であり、且つ容積も互いに異なっていてもよい。

また、ドライバＩＣが、上流側アクチュエータを駆動するときの駆動電圧と、下流側アクチュエータを駆動するときの駆動電圧が互いに異なっていてもよい。例えば、上流側圧力室及び下流側圧力室は互いに異なる形状であり、且つ容積も互いに異なっているときにおいて、容積が小さい方の圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータを駆動するときの駆動電圧を、容積が大きい方の圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータを駆動するときの駆動電圧よりも高くしてもよい。

また、上述の実施形態では、ヘッド１とインクタンク７との間でインクを循環させていたが、供給流路から複数の個別流路を通って回収流路に向かうインクの流れが生じるのであれば、循環させていなくてもよい。この場合、個別流路から回収流路へ流出したエアの回収効率を高めるために、回収流路にエアを溜めるためのタンクが接続されていることが好ましい。

また、上述の実施形態では、ドライバＩＣ１ｄは、「引き打ち式」でアクチュエータ１３を駆動していたが、これに限定されるものではない。従って、待機状態から、圧力室の容積を減少させて正の圧力波を発生させるだけでインクを吐出させる、いわゆる「押し打ち式」でアクチュエータを駆動してもよい。

また、以上では、いわゆるラインヘッドを備えたプリンタに本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。走査方向に移動するキャリッジに搭載され、キャリッジとともに走査方向に移動しつつノズルからインクを吐出する、いわゆるシリアルヘッドを備えたプリンタに本発明を適用することも可能である。

また、以上では、ノズルからインクを吐出して記録用紙に記録を行うプリンタに本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。インク以外の液体、例えば、液体状にした樹脂や金属を吐出する液体吐出装置に本発明を適用することも可能である。

１ ヘッド
１ｄ ドライバＩＣ
５ 制御装置
２１ ノズル
２３ａ 上流側圧力室
２３ｂ 下流側圧力室
２４ａ 上流側ディセンダ流路
２４ｂ 下流側ディセンダ流路
２５ａ 上流側絞り流路
２５ｂ 下流側絞り流路
３１，３２ 回収流路
３３ 供給流路

Claims (9)

1. 複数の個別流路と、
   前記複数の個別流路の入口に接続され、前記複数の個別流路に液体を供給する供給流路と、
   前記複数の個別流路の出口に接続され、前記複数の個別流路から液体を回収する回収流路と、
   を備え、
   前記複数の個別流路それぞれは、
   ノズルと、
   前記ノズルと前記供給流路との間に配置された上流側圧力室と、
   前記ノズルと前記回収流路との間に配置された下流側圧力室と、
   前記供給流路と前記上流側圧力室とを接続する上流側絞り流路と、
   前記回収流路と前記下流側圧力室とを接続する下流側絞り流路と、
   を有しており、
   前記上流側圧力室内の液体に圧力を付与する上流側アクチュエータと、
   前記下流側圧力室内の液体に圧力を付与する下流側アクチュエータと、
   をさらに備え、
   前記上流側絞り流路の流路抵抗が、前記下流側絞り流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記上流側絞り流路は、前記下流側絞り流路と比べて流路の長さが短いことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記複数の個別流路それぞれは、
   前記上流側圧力室と前記ノズルとを接続する上流側接続流路と、
   前記下流側圧力室と前記ノズルとを接続する下流側接続流路とをさらに有しており、
   前記上流側接続流路の流路抵抗が、前記下流側接続流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記上流側絞り流路の少なくとも一部の流路部分の断面は、円形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記上流側圧力室と、前記下流側圧力室とは互いに同じ容積であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記上流側絞り流路の流路抵抗は、前記下流側絞り流路の流路抵抗の６０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記上流側アクチュエータ及び前記下流側アクチュエータを駆動する駆動装置をさらに備え、
   前記駆動装置における、前記上流側アクチュエータを駆動する駆動電圧と、前記下流側アクチュエータを駆動する駆動電圧とは互いに同じであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドを制御する制御装置と
   を備え、
   前記液体吐出ヘッドは、
   前記上流側アクチュエータ及び前記下流側アクチュエータを駆動する駆動装置をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記ノズルから液体を吐出させる際には、前記上流側アクチュエータの駆動タイミングと、前記下流側アクチュエータの駆動タイミングとが異なるように前記駆動装置を制御することを特徴とする液体吐出装置。
9. 前記制御装置は、
   前記ノズルから液体を吐出させる際には、前記上流側アクチュエータの駆動タイミングが、前記下流側アクチュエータの駆動タイミングよりも遅れるように前記駆動装置を制御することを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置。

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