JP2021187027A - 液滴吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】先行液滴の液滴量割合を５０％以上に確保し、先行液滴の着弾位置の乱れを抑制する。【解決手段】インクジェットヘッドは、ノズル２４と、ノズル２４に連通する圧力室２６とを含む流路ユニットと、流路ユニットの上面に配置され、圧力室２６を覆う振動板３０と、振動板３０の上面に配置された圧電層３３とを有する圧電素子３１とを含んでいる。そして、圧力室２６は、長さＬが幅よりも長く、流路ユニットが、３００ｄｐｉ以上の密度で搬送方向に並んだ複数のノズル２４及び複数の圧力室２６を有している。圧力室２６の長さＬ及びノズル２４のノズル孔２４ａの直径Ｄは、３５≦Ｌ／Ｄ≦５０の関係を満たす。【選択図】図５

Description

本発明は、ノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドに関する。

特許文献１には、ノズルからインクを吐出する液滴吐出ヘッドが記載されている。特許文献１の液滴吐出ヘッドでは、複数のノズルが１８０ｄｐｉの密度で１列に配列され、圧力室の長さが１０００μｍ〜１５００μｍに設定されている。このような液滴吐出ヘッドの構成により、液滴吐出ヘッドの高周波駆動を可能にしつつ、高速印刷と高画質化を両立させることができる。

特開２００７−１４４８８６号公報

ここで、液滴吐出ヘッドでは、小型化の観点から、圧力室をより小型化することが要求される。しかしながら、特許文献１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、圧力室のサイズをさらに小型化し、高周波駆動をした場合には、ノズルからの液滴の吐出が不安定になる虞がある。

本発明者らは、例えば、長方形平面形状の圧力室の長辺方向の長さを５８０μｍ、短片方向の長さを６５μｍとして小型化し、複数のノズルを３００ｄｐｉの密度で１列に配置して、ノズルから液滴を吐出する吐出試験を行った結果、以下の課題を知見した。吐出試験の結果を図８に示す。図８の縦軸は、ノズルから吐出される総液滴量に対する先行液滴の液滴量割合を示しており、横軸は、ノズルからの液滴の吐出速度を示している。図８の先行液滴の液滴量割合より、ノズルからの液滴の吐出速度が６ｍ／ｓ以上になると、液滴自体に分滴、すなわち先行液滴が生じることがわかる。この先行液滴は、液滴の吐出速度が上昇するに連れて液滴量割合が小さくなる。先行液滴は、液滴量割合が５０％未満になるような小滴になると、気流の影響を受けやすくなる。この結果、所望の液滴量が得られなくなるとともに、先行液滴の着弾位置が乱れやすくなるという問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、先行液滴の液滴量割合を５０％以上に確保し、先行液滴の着弾位置の乱れを抑制することが可能な液滴吐出ヘッドを提供することである。

本発明の液滴吐出ヘッドは、第１方向の一方側の端部に配置されたノズルと、前記第１方向の他方側の端部に配置され前記ノズルに連通する圧力室と、を含む液体流路を有する流路ユニットと、前記流路ユニットの前記第１方向における前記他方側の面に配置され、前記圧力室を覆う振動板と、前記振動板の前記第１方向における前記他方側の面に配置された圧電層と、を含む圧電素子と、を備え、前記圧力室は、前記第１方向と直交する方向であって前記圧力室に液体が流入する流入領域から前記ノズルに向かう第２方向における前記圧力室の長さＬが前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向の長さよりも長く、前記流路ユニットが、３００ｄｐｉ以上の密度で前記第３方向に並んだ複数の前記ノズル及び複数の前記圧力室を有し、前記圧力室の長さＬ、及び、前記ノズルの前記流路ユニットの前記一方側の面に開口するノズル孔の直径Ｄは、３５≦Ｌ／Ｄ≦５０の関係を満たす。

本発明の液滴吐出ヘッドによると、ノズル孔から液滴を吐出する際に、先行して吐出される先行液滴の液滴量割合が５０％以上と大きくなる。このため、先行液滴の着弾位置が乱れにくくなる。さらに、例えば、先行液滴に続いて吐出される後続の液滴の吐出を抑制する公知の吐出制御を行うことで、当該先行液滴だけを吐出することも可能となる。

本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドを含むプリンタの概略構成図である。 図１のインクジェットヘッドの平面図である。 図２のインクジェットヘッドの後端部の拡大図である。 図３のＡ部拡大図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 図４のVI−VI線断面図である。 ノズルから吐出される総液滴量に対する先行液滴の液滴量割合と圧力室の長さＬをノズル孔の直径Ｄで除した値との関係を示す図である。 ノズルから吐出される総液滴量に対する先行液滴の液滴量割合とノズルからの液滴の吐出速度との関係を示す図である。 圧力室の変形例を示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

＜プリンタ１の概略構成＞
図１に示すように、本実施形態に係るプリンタ１は、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４（本発明の「液滴吐出ヘッド」）と、搬送機構５とを含んでいる。

キャリッジ３は、水平な走査方向（本発明の「第２方向」）に延びる２本のガイドレール１０，１１に取り付けられている。また、キャリッジ３は、無端ベルト１４を介してキャリッジ駆動モータ１５と連結されている。キャリッジ３は、キャリッジ駆動モータ１５により駆動されて、プラテン２上の記録用紙１００の上方において走査方向に往復移動する。なお、以下では、図１〜図６に示すように走査方向の右方及び左方を定義して説明を行う。

インクジェットヘッド４は、キャリッジ３に搭載されている。インクジェットヘッド４には、ホルダ７の４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１７のそれぞれから、図示しないチューブによりインクが供給される。インクジェットヘッド４は、キャリッジ３とともに走査方向に移動しつつ、複数のノズル２４（図２〜図６参照）から、プラテン２上の記録用紙１００に向けてインクを吐出する。

搬送機構５は、２組の搬送ローラ対１８，１９によって、プラテン２上の記録用紙１００を、水平で且つ走査方向と直交する搬送方向（本発明の「第３方向」）に搬送する。また、以下では、図１〜図４及び図６に示すように搬送方向の前方及び後方を定義して説明を行う。

＜インクジェットヘッド４＞
次に、インクジェットヘッド４の構成について、図２〜図６を参照して詳細に説明する。尚、図３、図４では、図２に示される保護部材２３の図示を省略している。

本実施形態のインクジェットヘッド４は、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクを吐出するものである。図２〜図６に示すように、インクジェットヘッド４は、ノズルプレート２０と、流路部材２１と、圧電アクチュエータ２２を含むアクチュエータ装置２５とを含んでいる。尚、本実施形態では、ノズルプレート２０と流路部材２１とを合わせたものが、本発明の「流路ユニット」に相当する。

＜ノズルプレート２０＞
ノズルプレート２０は、厚みが３０μｍ以上６０μｍ以下程度の、シリコンからなるプレートである。ノズルプレート２０には、搬送方向に配列された複数のノズル２４が形成されている。これにより、本実施形態では、複数のノズル２４が、上下方向（本発明の「第１方向」）において、流路ユニットの下端部（本発明の「一方側の端部」）に配置されている。

複数のノズル２４の配置について、より詳細に説明すると、図２、図３に示すように、ノズルプレート２０には、走査方向に並ぶ４つのノズル群２７が形成されている。４つのノズル群２７は、互いに異なる色のインクを吐出する。１つのノズル群２７は、左右２つのノズル列２８からなる。各ノズル列２８において、複数のノズル２４が３００ｄｐｉ以上の密度となる配列ピッチＰで配列されている。つまり、各ノズル列２８において、複数のノズル２４が３００ｄｐｉに対応する間隔で１列に配列されている。また、各ノズル群２７における２つのノズル列２８の間では、ノズル２４の位置が搬送方向にＰ／２ずれている。即ち、１つのノズル群２７を構成する複数のノズル２４は、２列の千鳥状に配列されている。本実施形態では、１色のノズル群２７を構成するノズル２４が、６００ｄｐｉ以上の密度で配列されている。

また、ノズル２４は、図５及び図６に示すように、下側から上側に向かうに連れて直径が大きくなるようなテーパ状に形成されており、ノズルプレート２０の下面（本発明の「流路ユニットの一方側の面」）に開口するノズル孔２４ａを有する。本実施形態におけるノズル孔２４ａの直径Ｄは、１２μｍ以上が好ましい。また、ノズル２４がテーパ状または段状に形成されている場合、直径Ｄはインクが出射する出射径を指す。

尚、以下の説明において、インクジェットヘッド４の構成要素のうち、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタのインクにそれぞれ対応するものについては、その構成要素を示す符号の後に、どのインクに対応するかが分かるように、適宜、ブラックを示す“ｋ”、イエローを示す“ｙ”、シアンを示す“ｃ”、マゼンタを示す “ｍ”の何れかの記号を付す。例えば、ノズル群２７ｋとは、ブラックインクを吐出するノズル群２７のことを指す。

＜流路部材２１＞
流路部材２１は、厚みが５０μｍ以上１５０μｍ以下程度のシリコン単結晶の基板である。図２〜図６に示すように、流路部材２１には、複数のノズル２４とそれぞれ連通する複数の圧力室２６が形成されている。ノズルプレート２０と流路部材２１とで構成する流路ユニットには、複数のノズル２４及び複数の圧力室２６によって構成されたインク流路（本発明の「液体流路」）が構成されている。

各圧力室２６は、走査方向に長い、矩形の平面形状を有する。複数の圧力室２６は、上述した複数のノズル２４の配列と同じ配列ピッチＰ（３００ｄｐｉ以上の密度）で搬送方向に配列され、１色のインクに対して２つの圧力室列、合計８つの圧力室列を構成している。つまり、各圧力室列において、複数の圧力室２６が３００ｄｐｉに対応する間隔で１列に配列されている。流路部材２１の下面はノズルプレート２０で覆われている。また、各圧力室２６の走査方向の一端部がノズル２４と重なっている。そして、これにより、本実施形態では、複数の圧力室２６は、流路ユニットの上側（本発明の「第１方向の他方側」）に配置されている。

尚、流路部材２１の上面（本発明の「流路ユニットの第１方向における他方側の面」）には、図５に示すように、後述する圧電アクチュエータ２２の構成要素の１つである振動板３０が、複数の圧力室２６を覆うように配置されている。振動板３０は、圧力室２６を覆う絶縁性の膜であれば特には限定されない。例えば、本実施形態では、振動板３０は、シリコン基板の表面が酸化、あるいは、窒化されることにより形成された膜である。振動板３０の、各圧力室２６の走査方向の他端部（ノズル２４と反対側の端部）を覆う部分には、インク供給孔３０ａが形成されている。つまり、各圧力室２６の走査方向の他端部は、インク供給孔３０ａを介して圧力室２６にインクが流入する流入領域２６ａとなっている。走査方向は、水平方向に平行な方向であって流入領域２６ａからノズル２４に向かう方向に平行である。本実施形態における流入領域２６ａは、図５に示すように、走査方向において、圧力室２６のインク供給孔３０ａと重なる領域で最もノズル２４寄りの位置から圧力室２６のノズル２４から最も離れた端縁までの領域である。

また、図５に示すように、圧力室２６の走査方向の長さＬは、走査方向に平行な長さであって、４２０μｍ以上９００μｍ以下が好ましい。また、図６に示すように、圧力室２６の幅Ｗ（搬送方向の長さ）は６５μｍ程度であり、８０μｍ以下が好ましい。また、振動板３０の厚みｔ１は、１μｍ以上３μｍ以下が好ましく、本実施形態における厚みｔ１は１．４μｍである。

＜アクチュエータ装置２５＞
流路部材２１の上面には、アクチュエータ装置２５が配置されている。アクチュエータ装置２５は、複数の圧電素子３１を含む圧電アクチュエータ２２と、保護部材２３と、２枚のＣＯＦ５０を有する。

圧電アクチュエータ２２は、流路部材２１の上面全域に配置されている。図３、図４に示すように、圧電アクチュエータ２２は、複数の圧力室２６とそれぞれ重なって配置された複数の圧電素子３１を有する。複数の圧電素子３１は、圧力室２６の配列に従って搬送方向に配列され、８列の圧電素子列３８を構成している。各圧電素子列３８からは、複数の駆動接点４６と２つのグランド接点４７が引き出され、図２、図３のように、接点４６，４７は流路部材２１の左右の端部に配置されている。

保護部材２３は、複数の圧電素子３１を覆うように圧電アクチュエータ２２の上面に配置されている。また、保護部材２３は、ホルダ７の４つのインクカートリッジ１７と接続される４つのリザーバ２３ｂを有する。各リザーバ２３ｂ内のインクは、絞り流路２３ｃを介して、振動板３０に形成されたインク供給孔３０ａから圧力室２６（流入領域２６ａ）に供給される。

図２〜図５に示されるＣＯＦ５０は、駆動ＩＣ５１が実装された基板５６を有している。２枚のＣＯＦ５０の一端部は、それぞれ、プリンタ１の制御装置（図示省略）に接続され、他端部は、圧電アクチュエータ２２の左右両端部にそれぞれ接合されている。図４に示すように、ＣＯＦ５０は、駆動ＩＣ５１に接続された複数の個別配線５２と、グランド配線５３とを有し、個別配線５２が個別接点５４を介して駆動接点４６と接続され、グランド配線５３がグランド接続接点５５を介してグランド接点４７と接続される。駆動ＩＣ５１は、個別接点５４及び駆動接点４６を介して、圧電アクチュエータ２２の複数の圧電素子３１の各々に駆動信号を出力する。

＜圧電アクチュエータ２２＞
次に、圧電アクチュエータ２２について、詳細に説明する。図２〜図６に示すように、圧電アクチュエータ２２は、上述の振動板３０と、共通電極３６と、圧電層３３と、複数の第２電極３４とを有する。尚、図面を簡素化するため、図３、図４では、図５、図６の断面図では示されている保護膜４０、絶縁膜４１、及び、配線保護膜４３の図示を省略している。

図５、図６に示すように、共通電極３６は、振動板３０の上面において複数の圧力室２６と対向する領域に形成された複数の第１電極３２と、複数の第１電極３２を繋ぐ導電部３５とを有している。また、共通電極３６は、振動板３０の上面のほぼ全域を覆っている。共通電極３６は、例えば、白金（Ｐｔ）で形成され、厚みは、０．１μｍである。

圧電層３３は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料により形成される。あるいは、圧電層３３は、鉛が含有されていない非鉛系の圧電材料で形成されていてもよい。圧電層３３の厚みｔ２は、１．０μｍ以上１．５μｍ以下が好ましく、本実施形態における厚みｔ２は１．０μｍである。

図３、図４及び図６に示すように、圧電層３３は、共通電極３６が形成された振動板３０の上面に配置されている。圧電層３３は、圧力室列毎に設けられており、圧力室列を構成する複数の圧力室２６に跨って搬送方向に延びている。

第２電極３４は、圧電層３３の上面に配置されている。第２電極３４は、圧力室２６よりも一回り小さい矩形の平面形状を有し、圧力室２６の中央部と上下方向に重なっている。複数の第２電極３４は、圧力室２６毎に個別に設けられた個別電極である。第２電極３４は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）や白金（Ｐｔ）で形成され、厚みは、０．１μｍである。また、圧電層３３の第１電極３２と第２電極３４とに挟まれた部分は分極されている。

このような圧電アクチュエータ２２では、振動板３０及び圧電層３３の圧力室２６と上下方向に重なる部分と、圧電層３３のこの部分と上下方向に重なる第１電極３２及び第２電極３４とを合わせたものがそれぞれ、圧電素子３１を形成している。即ち、複数の圧電素子３１が、複数の圧力室２６の配列に従って搬送方向に配列されている。これにより、複数の圧電素子３１は、ノズル２４及び圧力室２６の配列に従って、１色のインクにつき２つの圧電素子列３８、合計８つの圧電素子列３８を構成している。尚、１色のインクに対応した２つの圧電素子列３８からなる圧電素子３１の群を、圧電素子群３９と称する。図３に示すように、４色のインクにそれぞれ対応した、４つの圧電素子群３９ｋ，３９ｙ，３９ｃ，３９ｍが走査方向に並んで配置されている。

図５及び図６に示すように、圧電アクチュエータ２２は、さらに、保護膜４０、絶縁膜４１、配線４２、及び、配線保護膜４３を有する。保護膜４０は、第２電極３４の中央部が配置された領域を除いて、圧電層３３の表面を覆うように配置されている。保護膜４０の上には、絶縁膜４１が形成されている。この絶縁膜４１は、第２電極３４に接続される後述の配線４２と、共通電極３６との間の、絶縁性を高めるために設けられている。

絶縁膜４１の上には、複数の圧電素子３１の第２電極３４からそれぞれ引き出された複数の配線４２が形成されている。配線４２の一端部は、保護膜４０と絶縁膜４１を貫通する貫通導電部４８によって第２電極３４と導通している。図３に示すように、４つの圧電素子群３９のうち、右側２つの圧電素子群３９ｋ，３９ｙを構成する圧電素子３１からは、配線４２が右方へ延び、左側２つの圧電素子群３９ｃ，３９ｍを構成する圧電素子３１からは、配線４２が左方へ延びている。

配線４２の他端部には駆動接点４６が設けられている。圧電アクチュエータ２２の左端部及び右端部のそれぞれにおいて、複数の駆動接点４６が搬送方向に一列に並んでいる。また、前後に一列に並ぶ複数の駆動接点４６に対して、その配列方向の両側には２つのグランド接点４７がそれぞれ配置されている。グランド接点４７は、直下の保護膜４０及び絶縁膜４１を貫通する図示しない導通部を介して、共通電極３６と接続されている。

駆動接点４６とグランド接点４７は、保護部材２３から露出している。駆動接点４６は、ＣＯＦ５０の個別接点５４、個別配線５２を介して駆動ＩＣ５１と接続され、駆動ＩＣ５１から駆動接点４６に駆動信号が供給される。これにより、各第２電極３４には個別に、グランド電位及び所定の駆動電位（例えば２０Ｖ程度）のいずれかが選択的に付与される。グランド接点４７は、ＣＯＦ５０のグランド接続接点５５と接続されることによって、グランド電位が付与される。

図５に示すように、配線保護膜４３は、複数の配線４２を覆うように配置されている。尚、図５及び図６に示すように、本実施形態においては、第２電極３４は、その周縁部を除いて保護膜４０、絶縁膜４１、配線保護膜４３から露出している。即ち、保護膜４０、絶縁膜４１、配線保護膜４３によって、圧電層３３の変形が阻害されにくい構造である。

＜圧電アクチュエータ２２の駆動方法＞
ここで、圧電アクチュエータ２２（圧電素子３１）を駆動させて、ノズル２４からインクを吐出させる方法について説明する。圧電アクチュエータ２２では、予め全ての圧電素子３１の第２電極３４の電位が駆動電位に保持されている。この状態では、第１電極３２と第２電極３４との電位差により、圧電層３３に厚み方向の電界が生じ、この電界によって圧電層３３が厚み方向に直交する方向に収縮する。その結果、振動板３０及び圧電層３３の圧力室２６と上下方向に重なる部分は、圧力室２６側に凸となるように撓んでおり、且つ、第１電極３２と第２電極３４との間に電位差が生じていないときよりもその撓み量が大きくなっている。また、本実施形態では、圧電層３３の厚みｔ２が１．０μｍ程度と薄いため、圧電層３３に大きな電界が発生し、振動板３０及び圧電層３３の撓み量が大きくなる。

あるノズル２４からインクを吐出させるときには、駆動ＩＣ５１により、そのノズル２４に対応する圧電素子３１の第２電極３４の電位を一旦グランド電位に切り換えてから、駆動電位に戻す。第２電極３４の電位をグランド電位に切り換えると、振動板３０及び圧電層３３の撓み量が小さくなる。この後、第２電極３４の電位を駆動電位に戻すと、振動板３０及び圧電層３３の撓み量が大きくなり、圧力室２６の容積が小さくなる。その結果、圧力室２６内のインクの圧力が上昇し、圧力室２６に連通するノズル２４からインクが吐出される。

また、本実施形態では、プリンタ１において記録用紙１００に記録を行うときに、駆動ＩＣ５１は高周波駆動する。つまり、駆動ＩＣ５１は５０ｋＨｚ以上の駆動周波数で圧電素子３１を駆動させる。

＜圧力室２６の長さＬとノズル孔２４ａの直径Ｄとの関係＞
次に、上述の圧力室２６の長さＬと、ノズル２４のノズル孔２４ａの直径Ｄとの関係について説明する。本実施形態では、圧力室２６の長さＬとノズル孔２４ａの直径Ｄとが、３５≦Ｌ／Ｄ≦５０の関係を満たしている。以下、この関係について詳細に説明する。

ノズル２４から液滴（インク滴）を吐出したときの先行液滴の形成は、ノズル２４近傍での時間に対する圧力波プロファイルに起因する。このため、各種設計パラメータに対する先行液滴の液滴量割合をシミュレーションによって評価した。より詳細には、ノズル列２８における複数のノズル２４が３００ｄｐｉの密度となる配列ピッチＰで配列される場合を想定して、圧電層３３の厚みｔ２を１．０μｍ、振動板の厚みｔ１を１．４μｍ、圧力室２６の幅Ｗを６５μｍとし、圧力室２６の長さＬ及びノズル孔２４ａの直径Ｄを種々変化させたインクジェットヘッドによる先行液滴の液滴量割合を評価した。

図７の縦軸は、ノズル２４から吐出される総液滴量に対する先行液滴の液滴量割合を示しており、横軸は、圧力室２６の長さＬをノズル孔２４ａの直径Ｄで除した値である。ここでいうノズル２４から吐出される総液滴量とは、１印字周期において、ノズル２４から吐出される液滴量である。なお、１印字周期は、記録用紙１００とインクジェットヘッド４とが走査方向における印字の解像度に対応した単位距離だけ相対移動するのに要する時間である。図７は、評価結果に基づいて、先行液滴の液滴量割合とＬ／Ｄとの関係をプロットしたものである。そして、図７の結果に基づいて、最小二乗法により、先行液滴の液滴量割合とＬ／Ｄとの関係として、下記（ａ）の関係式（図７直線Ｎの式）を算出した。なお、関係式（ａ）は、図７の縦軸の値をｙとし、横軸の値をｘとして表している。
ｙ＝０．０１４２ｘ・・・・・（ａ）

図７より、先行液滴の液滴量割合とＬ／Ｄとに相関があることがわかる。Ｌ／Ｄが３５未満のとき、先行液滴の液滴量割合が５０％未満となり、Ｌ／Ｄが３５のとき、先行液滴の液滴量割合が５０％以上となる。つまり、Ｌ／Ｄが３５以上であると、ノズル２４から吐出される総液滴のうち、先行して吐出される先行液滴に続いて吐出される後続の液滴の液滴量割合が５０％未満となり、先行液滴の液滴量割合が５０％以上と大きくなる。このため、先行液滴の着弾位置が乱れにくくなる。また、例えば、特開２００７−１９０９０１号公報に開示されているように、先行液滴を吐出するためのメインパルスの後に安定化パルスを印加する公知の吐出制御を行うことで、先行液滴（メインパルスで吐出される液滴）に続いて吐出される後続の液滴の吐出を抑制する（すなわち、先行液滴だけを吐出する）ことも可能となる。この場合、ノズル孔２４ａからは、先行液滴としての液滴だけが吐出され、５０％未満の後続の液滴が吐出されず、画像品質がより一層向上する。

Ｌ／Ｄが５０を超えていると、先行液滴の液滴量割合が７０％以上となるが、インクジェットヘッド４自体を小型化するために、圧力室２６の長さＬを小さくした場合に、ノズル孔２４ａの直径Ｄが小さくなる。例えば、圧力室２６の長さＬを５００μｍとした場合、ノズル孔２４ａの直径Ｄが１０μｍ未満となり、ノズル孔２４ａから吐出可能な液滴量が大幅に少なくなる。このようにインク滴の液滴量が大幅に少なくなるとそれ自体が非常に軽くなるため、印刷時の記録用紙１００の搬送による搬送気流の影響を受けて、インク滴の記録用紙１００への着弾位置が乱れやすくなる。したがって、Ｌ／Ｄを５０以下とし、上述のようにＬ／Ｄを３５以上５０以下の範囲とすることで、先行液滴の液滴量割合を５０％以上に確保し、先行液滴の着弾位置の乱れを抑制することが可能となる。

本実施形態における圧力室２６の長さＬは、９００μｍ以下であることが好ましい。圧力室２６の長さＬが、９００μｍを超えると、走査方向において、流路部材２１の長さが大きくなり、インクジェットヘッド４が大型化する。このため、長さＬが、９００μｍ以下であると、圧力室２６を小さくしてインクジェットヘッド４全体を小型化することが可能となる。

本実施形態におけるノズル２４のノズル孔２４ａの直径Ｄは、１２μｍ以上であることが好ましい。ノズル孔２４ａの直径Ｄが、１２μｍ未満と小さすぎると、ノズル２４から吐出されるインク滴の液滴量が大幅に少なくなる。このようにインク滴の液滴量が大幅に少なくなるとそれ自体が非常に軽くなるため、印刷時の記録用紙１００の搬送による搬送気流の影響を受けて、インク滴の記録用紙１００への着弾位置が乱れやすくなる。一方、ノズル孔２４ａの直径Ｄが、１２μｍ以上であると、ノズル２４から吐出されるインク滴が所望の液滴量を確保することが可能となるとともに、吐出されたインク滴が搬送気流の影響を受けにくくなり、記録用紙１００に対する着弾位置精度が向上する。

ノズル孔２４ａの直径Ｄが１２μｍのときの圧力室２６の長さＬの最大値は、６００μｍとなる。これより、圧力室２６の長さＬは、６００μｍ以下であることがより好ましい。このため、圧力室２６の長さＬを小さくしつつも着弾位置精度を向上させるためにノズル孔２４ａの直径Ｄを１２μｍとすることが可能となる。そして、圧力室２６を小さくしてインクジェットヘッド４全体をより一層小型化することが可能となる。

ノズル孔２４ａの直径Ｄが１２μｍのときの圧力室２６の長さＬの最小値は、４２０μｍとなる。これより、圧力室２６の長さＬは、４２０μｍ以上であることがより好ましい。このため、圧力室２６の長さＬを小さくしつつも着弾位置精度を向上させることが可能となる。

以上に述べたように、本実施形態のインクジェットヘッド４によると、圧力室２６の長さＬとノズル孔２４ａの直径Ｄが３５≦Ｌ／Ｄ≦５０の関係を満たしている。これにより、ノズル孔２４ａからインク滴を吐出する際に、先行して吐出される先行液滴の液滴量割合が５０％以上と大きくなる。このため、先行液滴の着弾位置が乱れにくくなる。

また、本実施形態における圧電層３３の厚みｔ２が１．０μｍ程度と薄く、１．５μｍ以下である。このように圧電層３３の厚みｔ２が薄い場合には、圧電素子３１の駆動時の変形効率が高くなるため、圧力室２６を小さくしてインクジェットヘッド４全体を小型化することが可能となる。

また、流路ユニットは圧力室２６が形成されたシリコン基板を含んでいる。このように流路ユニットがシリコン基板を有しているため、半導体プロセスを用いて細かい流路（圧力室２６を含む）を形成することが可能となる。この結果、インクジェットヘッド４をより一層小型化することが可能となる。

また、圧力室２６の幅Ｗが長さＬよりも短いので、複数の圧力室２６を搬送方向に３００ｄｐｉ以上の高密度で配置することができる。つまり、搬送方向において、単位面積当たりの圧力室２６の数を多く並べることができ、インクジェットヘッド４をより一層小型化することが可能となる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。

上述のＬ／Ｄが、３５以上５０以下であれば、圧力室２６の長さＬ及びノズル孔２４ａの直径Ｄはどのような大きさであってもよい。つまり、圧力室２６の長さＬが９００μｍを超えていてもよいし、４２０μｍ未満であってもよい。さらに、ノズル孔２４ａの直径Ｄが１２μｍ未満であってもよい。また、圧電層３３の厚みｔ２が、１．５μｍを超えていてもよいし、１．０μ未満であってもよい。また、圧電層３３は２層以上から構成されていてもよい。

また、上述の実施形態においては、流路部材２１がシリコン基板からなるものであったが、これには限られない。流路部材２１は、合成樹脂材料、金属材料等別の材料からなるものであってもよい。

また、インクジェットヘッド４内のインク流路は、ノズルと、ノズルに連通する圧力室とを含む、上述の実施形態と異なる構造であってもよい。また、インクは、絞り流路２３ｃを介して振動板３０に形成されたインク供給孔３０ａから圧力室２６の流入領域２６ａに流入しているが、圧力室２６にインクが流入するその流入構造を特に限定するものではない。

つまり、図９に示すように、圧力室２６は、走査方向の他端部（ノズル２４と反対側の端部）の内壁面に形成された連通孔２６ｂを介して連通路２９と接続していてもよい。この変形例における連通路２９は、圧力室２６と走査方向に並んで配置されており、幅が圧力室２６の幅Ｗよりも狭く、絞り流路として機能する。また、連通路２９は、インク供給孔３０ａと連通しており、インクが連通路２９から圧力室２６に流入する。なお、連通路２９へのインク供給は、インク供給孔３０ａから供給することに限らず、他の方法であってもよい。また、本変形例における圧力室２６の他端部の内壁面は、連通路２９（連通孔２６ｂ）に近づくに連れてその幅が狭くなるように傾斜しており、圧力室２６の当該傾斜部分に流入領域２６ａが構成されている。この変形例における圧力室２６の長さＬは、走査方向において、連通孔２６ｂから圧力室２６の一端部（ノズル２４側の端部）の内壁面までの長さである。当該変形例においても、上述の実施形態と同様の構成においては同じ効果を得ることができる。なお、流入領域２６ａを画定する内壁面の傾斜部分が走査方向に平行に形成されていてもよく、特に限定するものではない。

また、インク供給孔３０ａと上下方向に圧力室２６を挟む位置に当該インク供給孔３０ａに代えたインク供給孔が形成され、そのインク供給孔から圧力室２６にインクが流入していてもよい。この場合においても、インク供給孔から圧力室２６にインクが流入した領域が流入領域となり、圧力室２６の長さＬは、上下方向（第１方向）と直交し当該流入領域からノズルに向かう方向（走査方向：第２方向）に関する長さである。

また、上述の実施形態においては、圧電素子３１の駆動周波数を、５０ｋＨｚ以上の特に駆動周波数としたが、これには限られない。圧電素子３１の駆動周波数を５０ｋＨｚ未満としてもよい。

また、上述の実施形態においては、圧力室２６の幅Ｗ（搬送方向の長さ）が８０μｍ以下であったが、これには限られない。圧力室２６の幅Ｗが８０μｍよりも大きくてもよい。

また、圧力室２６の形状は、走査方向を長手方向とする矩形であることにも限られない。圧力室２６の形状は、走査方向を長手方向とする矩形以外の形状であってもよいし、搬送方向を長手方向とする形状であってもよいし、走査方向の長さと搬送方向の長さとが同じとなる形状であってもよい。

また、以上では、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド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。ノズルからインク以外の液体を吐出するインクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドに本発明を適用することも可能である。

４ インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
２０ ノズルプレート（流路ユニットの一部）
２１ 流路部材（流路ユニットの一部）
２４ ノズル
２４ａ ノズル孔
２６ 圧力室
２６ａ 流入領域
３０ 振動板
３１ 圧電素子
３３ 圧電層

Claims (7)

1. 第１方向の一方側の端部に配置されたノズルと、前記第１方向の他方側の端部に配置され前記ノズルに連通する圧力室と、を含む液体流路を有する流路ユニットと、
   前記流路ユニットの前記第１方向における前記他方側の面に配置され、前記圧力室を覆う振動板と、前記振動板の前記第１方向における前記他方側の面に配置された圧電層と、を含む圧電素子と、を備え、
   前記圧力室は、前記第１方向と直交する方向であって前記圧力室に液体が流入する流入領域から前記ノズルに向かう第２方向における前記圧力室の長さＬが前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向の長さよりも長く、
   前記流路ユニットが、３００ｄｐｉ以上の密度で前記第３方向に並んだ複数の前記ノズル及び複数の前記圧力室を有し、
   前記圧力室の長さＬ、及び、前記ノズルの前記流路ユニットの前記一方側の面に開口するノズル孔の直径Ｄは、
   ３５≦Ｌ／Ｄ≦５０の関係を満たすことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記圧電層の前記第１方向の長さが、１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記ノズル孔の直径Ｄは、１２μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記圧力室の長さＬが、９００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記圧力室の長さＬが、６００μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記圧力室の長さＬが、４２０μｍ以上であることを特徴とする請求項４又は５に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記流路ユニットは、
   前記圧力室が形成されたシリコン基板を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。

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