JP5119711B2 - 液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットヘッドプリンタなどの液滴吐出装置に関するものである。

液滴吐出装置、例えばインクジェットヘッドプリンタにおいて、解像度を高めるために、インクを吐出するインクジェットヘッドのノズルの数を増やしたいという要求があるが、それを実現するためには、ノズルに対応する圧力室にインク液滴を吐出させるための駆動手段としての圧電アクチュエータ（圧力室）の密度を大きくする必要がある。しかしながら、それを実現するためには、ヘッド（流路部分）が大きくなると同時に、大きなコストアップの原因となる。

ところで、１つのインク流路に対して２つの吐出口（ノズル）を形成し、それら吐出口の面積を異ならせることによって、それら吐出口におけるインクの流抵抗を異ならせ、吐出エネルギーを制御することでインクの吐出量を調整するようにしたものは知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−１６６５８５号公報（段落００１５および図２）

前記特許文献１記載のものでは、インクの吐出量を調整するにすぎず、解像度を高めることはできない。

そこで、発明者は、インクジェットヘッド内の圧力室の流路長さや流路抵抗が異なる流路においては、圧力波の伝播時間が異なることから、圧電アクチュエータを駆動する駆動パルス信号のパルス幅を制御すれば、前記異なる流路に接続される各ノズルで別々に吐出させることが可能になることに着想し、本発明をなすに至ったものである。

本発明は、１つの圧電アクチュエータの駆動によって、２つのノズルから液滴を選択的に吐出させることで、低密度の圧電アクチュエータの配置で、高密度のノズル配置を実現できる液滴吐出装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、複数のノズルが液体流路を通じて連通する複数の圧力室を有し、前記圧力室が平面状に開口形成されたキャビティユニットと、前記圧力室の開口した面を覆うように前記キャビティユニットに積層され、前記圧力室ごとに対応して配置される活性部を有する圧電アクチュエータとを備え、前記活性部を駆動パルス信号に基づいて選択的に駆動させることで前記圧力室を変形させて前記圧力室内の液体を、前記液体流路を通じて前記ノズルから液滴として液滴吐出装置であって、前記各圧力室は、第１および第２のノズルのそれぞれに連通する第１および第２の流路の両者と連通して構成されていて、前記駆動パルス信号のパルス幅を、駆動制御手段によって前記液滴を吐出させるノズルに応じて選択する構成とされ、前記圧力室は、平面視で液体の流れる方向の上流側の一端部近傍上に前記活性部が配置されていて、下流側の他端部近傍では、前記活性部の配置位置よりも前記液体の流れる方向に長く延び、かつ、前記第１の流路の上流端に接続されていて、前記活性部の配置位置と前記第１の流路が接続される部分との間の前記圧力室に、前記第２の流路の上流端が接続されていることを特徴とする。

このようにすれば、圧力室に連通する液体流路が、１つの圧力室に対して第１および第２のノズルのそれぞれに連通する第１および第２の流路で構成され、駆動パルス信号のパルス幅を、駆動制御手段によって液滴を吐出させるノズルに応じて選択するようにしているので、圧力室に対応する１つの圧電アクチュエータの駆動によって、２つのノズルから液滴を選択的に吐出させることができる。よって低密度の圧電アクチュエータの配置で、高密度のノズル配置が実現される。

また、平面視で液体の流れる方向の上流側の一端部近傍上に前記活性部が配置されている圧力室の下流側の他端部近傍では、前記活性部の配置位置よりも前記液体の流れる方向に長く延び、かつ、第１の流路の上流端に接続されていて、前記活性部の配置位置と第１の流路が接続される部分との間の前記圧力室に第２の流路の上流端が接続されているので、１つの圧力室から２つのノズルまでの流路長さが異なる構成と簡単にすることができる。よって、第１および第２の流路は、流路長さや流路抵抗に差があり、圧力波の伝播時間が異なるので、駆動パルス信号のパルス幅を制御することによって、各ノズルから別々に液滴を吐出させることが可能になる。

請求項２に記載のように、請求項１の液滴吐出装置において、前記第１の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記液体の流れる方向の中心線上に配置され、前記第２の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記中心線上より側方にずれた位置に配置され、前記第２の流路の上流端開口が配置される部分は、平面視で前記圧力室が側方に膨出した部分である構成とすることができる。

このようにすれば、第１の流路の上流端開口は平面視で圧力室の液体の流れる方向の中心線上に、第２の流路の上流端開口は平面視で前記圧力室の前記中心線上より側方にずれた位置にそれぞれ配置されることで、簡単な構成で、１つの圧力室から２つのノズルまでの流路長さが異なる構成とすることができる。

請求項３に記載のように、請求項１の液滴吐出装置において、前記第１および第２の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記液体の流れる方向の中心線を挟んで両側に配置され、前記圧力室の前記液体の流れる方向と直交する方向の幅寸法が、前記一端部側から前記第２の流路の上流端開口が配置される部分までは略同一な幅寸法であり、平面視で前記第２の流路の上流端開口が配置される部分から前記第１の流路の上流端開口が配置される部分が、前記第１の流路が上流端が配置された一側において、前記液体の流れる方向に延び、前記略同一な幅よりも幅狭に形成されている構成とすることができる。

このようにすれば、請求項２の液滴吐出装置と同様に、簡単な構成で、１つの圧力室から２つのノズルまでの流路長さが異なる構成とすることができる。

請求項４に記載のように、請求項１の液滴吐出装置において、前記第１および第２の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記液体の流れる方向の中心線を挟んで両側に配置され、前記圧力室の他端部側は、前記活性部の配置位置から前記第１の流路の上流端開口が配置されるまでの、前記液体の流れる方向に平行な第１の圧力室部と、前記活性部の配置位置から前記第２の流路の上流端開口が配置されるまでの、前記液体の流れる方向に平行な第２の圧力室部とに分岐していて、前記第１の圧力室部は、前記液体の流れる方向に平行な方向における長さ寸法が、前記第２の圧力室部の同寸法よりも長く形成されている構成とすることができる。

このようにすれば、請求項２，３の液滴吐出装置と同様に、簡単な構成で、１つの圧力室から２つのノズルまでの流路長さが異なる構成とすることができる。さらに、圧力室の他端部が分岐されているため、第１および第２の流路に対して、圧力波の干渉を抑制することができる。

請求項５に記載のように、請求項１の液滴吐出装置において、前記第１および第２の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記液体の流れる方向の中心線上に並んで配置されている構成とすることができる。

このようにすれば、簡単な構成で、１つの圧力室から２つのノズルまでの流路長さが異なる構成とすることができる。

請求項６に記載のように、請求項１〜５のいずれか１つの液滴吐出装置において、前記圧力室は、前記活性部の配置位置から前記第１の流路の上流端開口までと、前記活性部の配置位置から前記第２の流路の上流端開口までとの一部または全部で、深さが異なる構成とすることも可能である。

このようにすれば、請求項１〜５の効果に加えて、圧力室の深さに差を持たせて、圧力波の伝播時間が異なるようにしているので、駆動パルス信号のパルス幅を制御することによって、各ノズルから別々に液滴を吐出させることが可能になる。

請求項７に記載のように、請求項１〜６のいずれか１つの液滴吐出装置において、前記第１の流路に通じる第１のノズルと前記第２の流路に通じる第２のノズルとは、ノズル径が異なる構成としてもよい。

このようにすれば、請求項１〜６の効果に加えて、ノズルの径に差を持たせて、伝播時間が異なるようにしているので、駆動パルス信号のパルス幅を制御することによって、各ノズルから別々に液滴を吐出させることが可能になる。

請求項８に記載のように、請求項１〜７のいずれか１つの液滴吐出装置において、前記第１の流路と前記第２の流路とは、その流路長さが異なる構成とすることができる。

このようにすれば、請求項１〜７の効果に加えて、流路長さに差を持たせて、伝播時間が異なるようにしているので、駆動パルス信号のパルス幅を制御することによって、各ノズルから別々に液滴を吐出させることが可能になる。

請求項９に記載のように、請求項１〜８のいずれか１つの液滴吐出装置において、前記活性部は、前記圧力室の前記液体の流れる方向に直交する方向において第１の活性部と第２の活性部とに分割され、前記駆動制御手段は、前記液滴を吐出させるノズルに応じて、前記駆動パルス信号のパルス幅に加えて、前記第１および第２の活性部のうち駆動する一方または両方を選択する構成とすることができる。

このようにすれば、前記活性部が、前記圧力室の前記液体の流れる方向に直交する方向において第１の活性部と第２の活性部とに分割され、それらの一方または両方を選択的に駆動することができるので、細かい階調制御が実現される。

請求項１０に記載のように、請求項１〜４，６〜９のいずれか１つの液滴吐出装置において、前記ノズルは、複数個が複数列に千鳥状に配置されてなり、対応して前記圧力室は、複数個が複数列に千鳥状に配置されていて、隣り合う列の圧力室に対し開口する各第１および第２の流路の上流端は、前記列方向においてずれている構成とすることも可能である。

このようにすれば、従来と同様の圧電アクチュエータの配置で、高密度のノズル配置が実現される。

請求項１１に記載のように、請求項１〜１０のいずれか１つの液滴吐出装置において、前記キャビティユニットは、前記ノズル、流路および圧力室となるそれぞれの貫通孔が形成された複数のプレートが積層されてなる積層体である構成とすることができる。

このようにすれば、流路長さや圧力室が異なるものを容易に形成することができ、１つの圧電アクチュエータの駆動によって、２つのノズルから液滴を選択的に吐出させる構造を簡単に実現できる。

本発明は、以上のように、複数のノズルが複数の圧力室に連通する各液体流路を、第１および第２のノズルのそれぞれに連通する第１および第２の流路で構成し、駆動パルス信号のパルス幅を、駆動制御手段によって前記液滴を吐出させるノズルに応じて選択するようにしているので、１つの圧電アクチュエータの駆動によって、２つのノズルから液滴を選択的に吐出させることができる。よって、低密度の圧電アクチュエータの配置で、高密度のノズル配置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態である液滴吐出装置を示し、図１（ａ）は１つの圧力室を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、図２は圧力室の配置を示す平面図、図３はパルス幅と吐出速度との関係を示す図、図４は駆動パルス信号の説明図である。

図１〜図３に示すように、液滴吐出装置であるインクジェットヘッド１は、キャビティユニット２と、圧電アクチュエータ３と、駆動回路（図示せず）を備えたフレキシブル配線材（図示せず）と接続されている。

キャビティユニット２は、インクを吐出する複数のノズル（第１および第２のノズル４ａ，４ｂ）と、ノズル４ａ、４ｂと連通してインクを吐出させる圧力波が発生する複数の圧力室６と、外部のインク供給源からインクジェットヘッド１にインクを導入するマニホールド室１３ａと、これらを連通させる各インク流路１２ａ、５Ａ，５Ｂ（第１および第２の流路５Ａ，５Ｂ）となる各貫通孔が形成された複数のプレートが積層されてなる積層体である。また、圧電アクチュエータ３は、圧力室６全体を覆うとともにノズル４ａ、４ｂからインクを吐出させるための圧力波を圧力室６に与えるために変形する活性部３ａ（圧電層）を有している。活性部３ａは、圧力室６にそれぞれ対応した位置に配置されている。

インク供給源からマニホールド室１３ａに供給されたインクは、流路１２ａを介して圧力室６に供給され、流路１２ａと接続する圧力室６の一端部から、インク流路５Ａ，５Ｂが接続される他端部に向かって圧力室６内をインクが流れ、各インク流路５Ａ，５Ｂに接続されるノズル４ａ、４ｂから吐出される構成となっている。なお、以降の説明では、図１において、ノズルがインクを吐出する側を下方向、下側とし、その反対側を上方向、上側とし、圧力室６内にインクが流れる方向を左方向（Ａ方向）、左側とし、その反対側を右方向、右側とする。

キャビティユニット２は、圧力室６が貫通孔として形成されたアッパープレート１１、圧力室６とマニホールド室１３ａを連通する流路１２ａおよび圧力室６をノズル４ａ，４ｂに連通するための流路１２ｂ，１２ｃが貫通孔として形成されたベースプレート１２、マニホールド室１３ａと圧力室６をノズルに連通するための流路１３ｂ，１３ｃが貫通孔として形成されたマニホールドプレート１３、圧力室６をノズル４ａ，４ｂに連通するための流路１４ａ，１４ｂが貫通孔として形成されたアンダープレート１４、ノズル４ａ，４ｂが貫通孔として形成されたノズルプレート１５が順に積層されている。

ノズルプレート１５は、ポリイミド等の合成樹脂材からなり、そのほかのプレート１１〜１４は４２％ニッケル合金鋼板等の金属材からなる。インク流路５Ａ、５Ｂは、それぞれ、流路１２ａ、１２ｂと、流路１３ｂ、１３ｃと、流路１４ａ、１４ｂとが連通したもので、ノズル４ａ、４ｂに連通される。流路１２ａは、その流路を狭幅にすることで流路抵抗を大きくした、いわゆる絞り部を有している。なお、キャビティユニット２は、複数枚のプレート１１〜１５で構成されているが、各プレート１１〜１５間には、その他に、ダンパー室を形成したダンパープレートやもう１枚マニホールドプレートなどを積層させたりすることは適宜可能である。

圧力室６は、圧力室６内をインクが流れる方向（Ａ方向）に長い平面視略細長形状で、アッパープレート１１に貫通孔として形成されている。圧電アクチュエータ３は、圧力室６の上側に開口した面を覆うようにキャビティユニット２上に積層されている。圧電アクチュエータ３の活性部３ａは、圧力室６ごとに対応して配置され、平面視で液体の流れる方向（Ａ方向）の上流側の一端部（図１の圧力室６の右端）寄りに配置されている。また、その一端部では、圧力室６は、マニホールド室１３ａと連通するベースプレート１２の流路１２ａと連通している。そして、圧力室６の下流側の他端部（図１の圧力室６の左端）は、活性部３ａの配置位置よりもインクの流れる方向（Ａ方向）に長く延び、かつ、第１のノズル４ａと連通する第１の流路５Ａの上流端と接続されている。そして、活性部３ａの配置位置と第１の流路５Ａが接続される部分との間の圧力室６に、第２のノズル４ｂと連通する第２の流路５Ｂの上流端が接続されている。

第１の流路５Ａの上流端開口は、平面視で圧力室６のインクの流れる方向の中心線Ｌ１上に配置され、第２の流路５Ｂの上流端開口は、平面視で圧力室６の中心線Ｌ１上よりどちらかの側方にずれた位置に配置されている。第２の流路５Ｂの上流端開口が配置される部分は、平面視で圧力室６がその側方に膨出した部分６ａである。つまり、第１および第２の流路５Ａ、５Ｂは、その圧力室の一端側（右側）から、それぞれの上流端開口までの長さが異なるため、圧力波の伝播時間が異なる構成になっている。なお、本発明において、圧力波の伝播時間とは、圧力波がキャビティユニット内の流路内を往復する時間をいう。

本実施形態の場合、圧力室６は、その深さが約４０μｍで、幅（流路方向Ａ方向と直角方向の長さ）が約２３０μｍで、圧力室６の一端部から第２の流路５Ｂの上流端開口までの長さを約１．３ｍｍ程度とし、第１の流路５Ａの上流端開口までの長さを約２．８ｍｍ程度とした。また、ノズル４ａ，４ｂは、図２に示すように、複数個が複数列に千鳥状に配置されてなり、それらに対応して圧力室６も、複数個が複数列に千鳥状に配置されている。そして、隣り合う列の各圧力室６に対し開口する各第１および第２の流路５Ａ，５Ｂの上流端は、前記列方向においてずれている。よって、一つの圧力室６に対して２つのノズル４ａ、４ｂを有する構成としているため、低密度の圧電アクチュエータ３（圧力室６）の配置で、高密度のノズル４ａ，４ｂの配置を実現することができる。

圧電アクチュエータ３は、圧力室６を覆うとともにノズル４ａ、４ｂからインクを吐出させるための圧力波を圧力室６に与えるために圧電層が変形する活性部３ａを有している。図１では、圧電アクチュエータ３は、圧力室６を覆う圧電層１６ａと、活性部３ａが圧力室６に対応した位置に配置されている状態を簡易に示し、他の構成は省略している。圧電アクチュエータ３は、特開２００５-３２２８５０号公報や特開２００６-１５５３９号公報に記載される公知の構成と同様のように、圧力室６を覆う最下層の圧電層１６ａを含む複数の圧電層１６が積層された積層体で、具体的には図示していないが、複数の圧電層１６上に、圧力室６に共通で広幅面を有する共通電極と、圧力室６に対応して配置する複数の個別電極が、積層方向に交互に配置されている。

活性部３ａは、平面視略細長形状であって、圧力室６の幅よりもやや狭く、複数の圧力室６に対してそれぞれ設けられるため、複数個が複数列に千鳥状に配置されている。活性部３ａは、圧電層１６のうち個別電極と共通電極との間に挟まれた部分である。つまり個別電極が平面視略細長形状で、圧力室６の幅よりもやや狭く、複数個が複数列に千鳥状に配置されている。そして図示しない駆動回路からの駆動信号が出力されたときに、選択的に個別電極と共通電極との間に駆動電圧が印加されることで、活性部３ａが変形する。この活性部３ａの変形により圧力室６を機械的に変形させ、圧力室６に、インクを吐出させる圧力波を発生させることができる。

活性部３ａの、インクの流れる方向Ａ方向の長さを活性長とし、Ａ方向と直角な方向の長さを活性幅とすると、圧力室６に対して活性部３ａを配置する位置は、圧力波のエネルギー効率を考え、圧力室６の全長の中心に対して活性長の中心が一致して配置されることが望ましい。しかしながら、本実施形態の場合、第１の流路５Ａと第２の流路５Ｂとでは圧力室長さが異なるため、両者の圧力波のエネルギー損失が公平になるように、それぞれの圧力室長さの中心位置よりも互いにずれた位置に配置するのがよく、第１の流路５Ａまでの圧力室長さの中心位置よりも上流側に、第２の流路５Ｂまでの圧力室長さの中心位置よりも下流側にずれた位置がよい。つまり互いの中心位置の中間点と一致して活性長の中心位置を配置する。本実施形態の場合、活性部３ａの活性長は約１．２ｍｍ程度とし、幅を約１２０μｍ程度とした。

インクジェットヘッド１は、図示しない駆動回路からの駆動パルス信号に基づいて活性部３ａを選択的に駆動させることで活性部３ａが変形して、圧力室６が選択的に変形して、圧力室６内のインクがインク流路５Ａ、５Ｂを通じてノズル４ａ，４ｂからインク液滴として吐出させるようになっている。このとき、インク流路５Ａ，５Ｂは、その圧力室の一端側（右側）から、それぞれの上流端開口までの長さが異なるため、圧力波の伝播時間が異なることでインク液滴を選択的に、つまり別々に吐出させることができる。

そして、このようなインクジェットヘッド１においては、図３および図４に示すように、圧電アクチュエータ３に印加される駆動回路からの駆動パルス信号のパルス幅を、図示しない駆動制御手段によって、インク液滴を吐出させるノズル４ａ，４ｂに応じて選択する構成とされる。図３は、第１の流路５Ａに連通する第１ノズル４ａ、第２の流路５Ｂに連通する第２のノズル４ｂを有する２つのインクジェットヘッドのそれぞれのノズルから吐出されるインクの吐出速度とパルス幅の関係を示す図である。図４は、図１に示した実施形態のインクジェットヘッド１において、パルス幅を選択してノズルからインク液滴を選択的に吐出させる際に用いる駆動パルス信号の一例を示している。

図３は、図１において第１のノズル４ａのみを有するインクジェットヘッド（圧力室長Ｃ１＝２．８ｍｍ）と、第２のノズル４ｂのみを有するインクジェットヘッド（圧力室長Ｃ２＝１．３ｍｍ）とを用いて、つまり、圧力室長のみが異なる２つのインクジェットヘッドを用いて、駆動周波数を２ｋＨｚとした条件で、駆動電圧を設定し駆動パルス信号のパルス幅を様々に変更してインクを吐出させた場合のインク吐出速度を測定した結果を示す。なお、同一の駆動電圧を、圧力室長のみが異なる２つのインクジェットヘッドに印加させると、長い圧力室長Ｃ１を有するインクジェットヘッドの方が、インクの吐出速度が低下してしまう。そのため、圧力室長のみが異なる２つのインクジェットヘッドのそれぞれのインクの吐出速度が、図３におけるインク吐出速度変化のピークの値が、９ｍ／ｓとなる駆動電圧を設定電圧として実験を行なった。この結果から、圧力室長Ｃ２よりも圧力室長が長い圧力室長Ｃ１の方が、圧力波の伝播時間が長くなることが分かり、また、インク吐出速度が最も速くなるピーク位置（伝播時間）がずれていることが分かる。そして、第１のノズル４ａを有するインクジェットヘッド（圧力室長Ｃ１）は、パルス幅約５．５μsecで、第２のノズル４ｂを有するインクジェットヘッド（圧力室長Ｃ２）は、パルス幅約４μsecで最高吐出速度を得ることが出来る。

この図３に示す結果をもとに、本実施形態のインクジェットヘッドを、同一の駆動周期（例えば、２０ｋＨｚ）において、駆動パルス信号のパルス幅を選択して駆動制御することで、ノズル４ａ，４ｂを選択してインク液滴を吐出させることができる。図４を用いて一例を説明する。例えば、駆動パルス信号における駆動パルスのパルス波形１００ａのパルス幅として６μｓｅｃを採用すれば（図４（ａ）参照）、図３に示すように、第１の流路５Ａに通じるノズル４ａの吐出速度は８.７ｍ／ｓ程度となる一方、第２の流路５Ｂに通じるノズル４ｂの吐出速度は２．４ｍ／ｓ程度となり、結果として第１の流路５Ａのみからの中玉の液滴の吐出を選択する。一方、第２の流路５Ｂのみから中玉の液滴のみを吐出するには、図３から、パルス波形１００ａのパルス幅を３μｓｅｃ程度とすればよいことがわかる（図４（ｂ）参照）。なお、どちらの場合も、パルス波形１００ａの後に打つパルス波形１００ｂはキャンセルパルスであり、キャンセルパルス波形１００ｂを打つタイミングを早めにすることで、小玉を打たせることもできる。さらに、両ノズル４ａ，４ｂから液滴を吐出させる場合には、パルス波形１００ａのパルス幅を４．８μｓｅｃ程度とし、パルス波形１００ａを３つ構成することで両ノズル４ａ，４ｂから大玉の液滴の吐出させることができる。このように駆動パルスのパルス波形のパルス幅と、インクが吐出されるノズル４ａ，４ｂとの関係は、予め実験あるいは解析により決定され、予めマップなどとして制御装置（図示せず）において記憶されており、記録データに基づいてパルス幅が選択されて、駆動パルス信号が生成される。

上記のように構成すれば、ノズル４ａ，４ｂが圧力室６に連通するインク流路を、第１および第２のノズル４ａ，４ｂのそれぞれに連通する第１および第２の流路５Ａ，５Ｂで構成し、活性部３ａから各ノズル４ａ，４ｂまでの流路長さを異ならせることで、圧力波の伝播時間が異なるようにしているので、圧電アクチュエータ３の活性部３ａを駆動する駆動パルス信号のパルス幅を制御すれば、第１および第２の流路５Ａ，５Ｂに接続される各ノズル４ａ，４ｂから、インク液滴を別々に吐出させることが可能になる。つまり、駆動制御手段によって駆動パルス信号のパルス幅を選択することで、インク液滴を吐出させるノズル４ａ，４ｂを選択することができる。また、ノズル４ａ，４ｂから吐出されるインク液滴の容積を変化させることで、媒体上に形成されるドットの大きさを変化させて階調を容易に表現することができる。

続いて、第２〜第４の実施の形態について説明するが、それらの実施の形態も含めて以下の説明において、図１および図２に示す第１の実施の形態と同じ構成要素については同一の符号を用い、その詳細な説明を省略する。

（第２の実施の形態）
この実施の形態は、第１の実施の形態の変形例で、圧力室６の幅Ｗ１が、第１の実施形態のインク流路５Ｂに対して圧力室の膨出部分６ａまで拡張された例である。

第２の実施の形態は、図５および図６に示すように、第１および第２の流路５Ａ，５Ｂの上流端開口が、平面視で圧力室６Ａのインクの流れる方向（Ａ方向）の中心線Ｌ１を挟んで略同一間隔で両側に配置されている。圧力室６の長さと深さは第１の実施の形態と同一で、圧力室６Ａのインクの流れる方向（Ａ方向）と直交する方向の幅寸法は、圧力室６の一端部側（右側）から第２の流路５Ｂの上流端開口５Ｂａが配置される部分までが略同一な幅寸法Ｗ１である。そして、平面視で第２の流路５Ｂの上流端開口５Ｂａが配置される部分から第１の流路５Ａの上流端開口５Ａａが配置される部分までが、第１の流路５Ａの上流端開口５Ａａが配置された一側において、インクの流れる方向に延び、前記略同一な幅Ｗ１よりも幅狭の幅Ｗ２に形成されている。本実施の形態では、Ｗ１が約２７０μｍで、Ｗ２が約１８０μｍである。なお、圧電アクチュエータ３の活性部３ｂの配置位置も第１の実施の形態と同様であるが、その活性幅は、圧力室の幅寸法Ｗ１に合わせて幅広（１６０μｍ）となっている。そのため、第１の実施形態に対して、活性幅が広くなることで駆動電力は高くする必要があるが、インク吐出速度が同一の条件においては、その設定電圧を下げて駆動することができる。また、第１の実施形態では、膨出部６ａがあるため、アッパープレートに圧力室を配置するときに無駄なスペースが多かったが、第２の実施の形態では、そのスペースを利用して圧力室の幅および活性幅を広くできるため、１つの圧力室に２つのノズルを配置でき高密度になり、小型かつ、印字速度が速いインクジェットヘッドを提供することができる。

この実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、ノズル４ａ，４ｂが圧力室６Ａに連通するインク流路を、第１および第２のノズル４ａ，４ｂのそれぞれに連通する第１および第２の流路５Ａ，５Ｂで構成し、圧力波の伝播時間が異なるようにすることができる。また、階調を容易に表現することができる。また、図３のような駆動パルス信号のパルス幅と、インクが吐出されるノズル４ａ，４ｂとの関係を、予め実験あるいは解析により決定され、予めマップなどとして制御装置（図示せず）において記憶させ、記録データに基づいてパルス幅を選択して、駆動パルス信号が生成される。なお、第２の実施の形態の場合、図３よりも駆動電圧を低くできる。

（第３の実施の形態）
この実施の形態は、第２実施形態の変形例であり、圧力室の幅、深さ、長さおよび活性長の幅や長さはほぼ等しく、図７および図８に示すように、第１および第２の流路５Ａ，５Ｂの上流端開口５Ａａ，５Ｂａは、平面視で圧力室６Ｂのインクの流れる方向の中心線Ｌ１から略同一間隔で、中心線Ｌ１を挟んで両側に配置されている。圧力室６Ｂの他端部側は、活性部３ｂの配置位置から第１の流路５Ａの上流端開口５Ａａが配置されるまでの、インクの流れる方向に平行な第１の圧力室部６Ｂａと、活性部６ｂの配置位置から第２の流路５Ｂの上流端開口５Ｂａが配置されるまでの、インクの流れる方向に平行な第２の圧力室部６Ｂｂとに分岐している。そして、第１の圧力室部６Ｂａは、インクの流れる方向に平行な方向における長さ寸法が、第２の圧力室部６Ｂｂの同寸法よりも長く形成されている。このような構成であるため、圧力室６内のインク流路５Ａおよび５Ｂに対する互いの圧力波の干渉を抑制することができる。特に、インク流路５Ａまで伝達した圧力波が圧力室６の他端部にぶつかって、インクの流れる方向とは反対側に反射して伝達する際にインク流路５Ｂに対する圧力波の干渉を、第２の実施の形態よりも抑制することができる。

このように、第１の圧力室部６Ｂａは、第２の圧力室部６Ｂｂのインクの流れる方向に平行な長さ寸法よりも長くしているので、活性部３ｂから各ノズル４ａ，４ｂまでの流路長さが異なり、圧力波の伝播時間が異なることになる。よって、圧電アクチュエータを駆動する駆動パルス信号のパルス幅を制御すれば、前記異なる流路に接続される各ノズル４ａ，４ｂで別々に吐出させることが可能になる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、第３の実施の形態を一例として変形させたもので、同一の構成についての説明は省略する。図９に示すように、活性部３ｂは、圧力室６Ｂのインクの流れる方向に直交する方向において第１の活性部３ｂａと第２の活性部３ｂｂとに分割されている。前記駆動制御手段は、インク液滴を吐出させるノズル４ａ，４ｂに応じて、前記駆動パルス信号のパルス幅に加えて、第１および第２の活性部３ｂａ，３ｂｂのうちの一方または両方を選択して駆動させる構成とされている。また、第１の活性部３ｂａの活性長は、第２の活性部３ｂｂの活性長よりも長くなっている。

図１０および図１１に示すように、第１および第２の活性部３ｂａ，３ｂｂのうちの一方又は両方に印加する駆動パルス信号のパルス幅を、駆動制御手段によってインク液滴を吐出させるノズル４ａ，４ｂおよび各ノズル４ａ，４ｂから吐出されるインク液滴の大きさに応じて選択する構成とされる。

図１０は、活性部３ｂａ、３ｂｂ、もしくは３ｂａ＋３ｂｂとパルス幅を変動した際に、そのパルス幅とノズル４ａ、４ｂからのインク液滴の吐出速度の関係を示す図である。すなわち、図１０は、第１のノズル４ａのみを有するインクジェットヘッド（圧力室長Ｃ１＝２．８ｍｍ）と、第２のノズル４ｂのみを有するインクジェットヘッド（圧力室長Ｃ２＝１．３ｍｍ）、つまり圧力室長のみが異なる２つのインクジェットヘッドであって、それぞれ活性部を第１の活性部３ｂａと第２の活性部３ｂｂとに分割したインクジェットヘッドを用いて、駆動周波数を２ｋＨｚとした条件で、駆動電圧を設定し、駆動パルス信号のパルス幅を様々に変更してインク液滴を吐出させた場合のインク吐出速度を測定した結果を示す。なお、駆動電圧は、活性部３ｂａ＋３ｂｂを用いた吐出駆動において、図３と同様にして、インクの吐出速度が９ｍ／ｓとなる駆動電圧を設定電圧として実験を行なった。図１０によると、第１および第２のノズル４ａ，４ｂのどちらを有するインクジェットヘッドであっても、第１の活性部３ｂａと第２の活性部３ｂｂとの両方を使用して駆動させるときよりも第１の活性部３ｂａのみで駆動させるときに、吐出速度が低下する方へシフトしていることがわかる。

図１０に示す結果をもとに、本実施形態のインクジェットヘッドを、同一の駆動周期において、第１および第２の活性部３ｂａ，３ｂｂのいずれかの一方のみを駆動する場合、それらの両方を駆動する場合（つまり活性部３ｂ全体を駆動する場合）のそれぞれにおいて、駆動パルス信号のパルス幅を選択することで、インク液滴を吐出するノズル４ａ，４ｂだけでなく、各ノズル４ａ，４ｂから吐出されるインク液滴の大きさも選択できることがわかる。図１１を用いて一例を示す。なお、第２の活性部３ｂｂの配置位置がインク流路５Ａ，５Ｂの各圧力室の一端部（右側）に偏った位置になるため、圧力室６の長さの中心位置に近い第１の活性部３ｂａをメインの駆動活性部として駆動するようにしている。

図１１（ａ）では、パルス波形１００ａのパルス幅として６μｓｅｃを採用すれば、第１および第２の活性部３ｂａ，３ｂｂがともに駆動され、図１０に示すように、第１の流路５Ａに通じるノズル４ａの吐出速度は９ｍ／ｓ程度となり、ノズル４ａのみから中玉の液滴が吐出される。パルス幅６μｓｅｃを採用する場合であっても、第１の活性部３ｂａのみ駆動されると、図１０に示すように、第１の流路５Ａに通じるノズル４ａの吐出速度は６．５ｍ／ｓ程度となり、ノズル４ａのみから小玉の液滴が吐出される。同様にして、各駆動パルスのパルス波形１００ａのパルス幅３μｓｅｃ、２．５μｓｅｃ、４．８μｓｅｃと、駆動する活性部３ｂａ，３ｂｂとの組み合わせで、ノズル４ｂのみ中玉の液滴吐出（図１１（ｃ）参照）、ノズル４ｂのみ小玉の液滴吐出（図１１（ｄ）参照）、ノズル４ｂのみ極小玉の液滴吐出（図１１（ｅ）参照）、ノズル４ａ，４ｂとも大玉の液滴吐出（図１１（ｆ）参照）と、ノズル４ａのみ大玉の液滴吐出（図示せず。パルス幅４．８μｓｅｃ、活性部３ｂａ、３ｂｂ両方使用）と使い分けることができる。尚、キャンセルパルス波形１００ｂによってインクの液滴量を制御することもできる。

よって、活性部３ｂを、第１および第２の活性部３ｂａ，３ｂｂに分割して、それらの一方または両方を駆動するという具合にそれらを使い分けることで、吐出される液滴の容積を大きく変化させることができ、媒体上に形成されるドットの大きさを変化させて、細かい階調を表現できる。

なお、第４の実施形態は、第３の実施形態を一例として、活性部を２分割した変形例であり、特に第３の実施形態に限るものではなく、第１もしくは第２実施形態およびその他のものについても利用可能であることはいうまでもない。

また、本発明は、上述した第１〜第４の実施の形態のほか、以下のように変更して、実施することも可能である。

(i)第１および第２の流路５Ａ，５Ｂの上流端開口は、平面視で圧力室６Ｃの中心線Ｌ１上より側方にずれた位置に配置される必要はなく、例えば図１２に示すように、第１および第２の流路５Ａ，５Ｂの上流端開口５Ａａ，５Ｂａが、活性部３ａから各ノズル４ａ，４ｂまでの流路長さが異なるように、平面視で圧力室６Ｃのインクの流れる方向の中心線Ｌ１上に並んで配置される構成とすることも可能である。このような構成では、アッパープレートに並べる圧力室６を高密度に配列することができる。

(ii)図１３に示すように、活性部３ｂの配置位置（端部付近）から第２の流路５Ｂの上流端開口５Ｂａまでの圧力室６Ｂ’の深さＤ１と、活性部３ｂの配置位置（端部付近）から第１の流路５Ａの上流端開口５Ａａまでの圧力室６Ｂ’の深さＤ２とが異なる構成とし、深さを異なるようにして、圧力波の伝播時間が異なるようにすることもできる。この場合、圧力室の一部で深さが異なるようにしてもよいし、全部で深さが異なるようにしてもよい。このように構成することで、圧力室長さが短いインク流路５Ｂに対して圧力室６内の剛性が、インク流路５Ａに対してよりも高くなるため、圧力波の伝播時間が短くなり、第１のノズル４ａと第２のノズル４ｂとから別々にインク吐出させやすくなる。

(iii)図１４に示すように、第１の流路５Ａに通じる第１のノズル４ａと第２の流路４Ｂに通じる第２のノズル４ｂ’とは、ノズル径が異なる構成とし、圧力波の伝播時間が異なるようにすることもできる。このように構成することで、圧力室長さが短いインク流路５Ｂはノズル４ｂ’のノズル径が大きいため、圧力波の伝播時間が小さくなる一方、圧力室長さが長いインク流路５Ａはノズル４ａのノズル径が小さいため、圧力波の伝播時間が大きくなるので、第１のノズル４ａと第２のノズル４ｂ’とを別々にインク吐出させやすくなる。

(iv)図１５に示すように、第１の流路５Ａ’と第２の流路５Ｂ’との流路長さ自体が異なる構成とし、圧力波の伝播時間が異なるようにすることもできる。図１５に示す場合は、第３の実施形態よりも第１の流路５Ａ’の方が第２の流路５Ｂ’よりも流路長さが長くなっている。そのため、第３の実施形態よりもさらに第１の流路５Ａの方が圧力波の伝播時間が長くなり、第１のノズル４ａと第２のノズル４ｂとを別々にインク吐出させやすくなる。

(v)前記上述してきた実施の形態は変更もしくは組み合わせることも可能であり、それぞれの場合につき、図３、図１０のような駆動パルス信号のパルス幅と、インクが吐出される第１および第２のノズルや、第１および第２の活性部との関係を、予め実験あるいは解析により決定して、予めマップなどとして制御装置（図示せず）において記憶させておく。そして、記録データに基づいてパルス幅が前記マップなどに基づいて選択することで、駆動パルス信号が生成される。

（vi）また、圧電アクチュエータ３は、前述したところの構成に限らない。例えば、可撓性のステンレス等の導電性の金属材料からなる振動板を、圧力室６を覆う最下層の圧電層１６ａに代えて用い、その振動板上に活性部となる圧電材料層３ａを積層して、その上面に個別電極を、振動板に共通電極を、または、振動板自身を電極として使用するような構成にしてもよい。

(vii）さらに上述の実施の形態は、液滴吐出装置がインクジェットプリンタである場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、着色液を微小液滴として塗布、あるいは導電液を吐出して配線パターンを形成するなどする他の液滴吐出装置などにも適用することができる。

本発明の第１の実施の形態である液滴吐出装置を示し、（ａ）は１つの圧力室を示す平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 第１の実施の形態における圧力室の配置を示す平面図である。 パルス幅と吐出速度との関係を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ駆動パルス信号の説明図である。 本発明の第２の実施の形態である液滴吐出装置を示し、（ａ）は１つの圧力室を示す平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図、（ｃ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。 第２の実施の形態における圧力室の配置を示す平面図である。 第３の実施の形態である液滴吐出装置を示し、（ａ）は１つの圧力室を示す平面図、（ｂ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ線における断面図、（ｃ）は図７（ａ）のＦ−Ｆ線における断面図である。 第３の実施の形態における圧力室の配置を示す平面図である。 第４の実施の形態である液滴吐出装置を示し、（ａ）は１つの圧力室を示す平面図、（ｂ）は図９（ａ）のＧ−Ｇ線における断面図、（ｃ）は図１（ａ）のＨ−Ｈ線における断面図である。 パルス幅と吐出速度との関係を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は駆動パルス信号の説明図である。 変形例を示し、（ａ）は１つの圧力室を示す平面図、（ｂ）は図１２（ａ）のＫ−Ｋ線における断面図である。 別の変形例を示し、（ａ）は１つの圧力室を示す平面図、（ｂ）は図１３（ａ）のＭ−Ｍ線における断面図、（ｃ）は図１３（ａ）のＮ−Ｎ線における断面図である。 さらに別の変形例を示し、（ａ）は１つの圧力室を示す平面図、（ｂ）は図１４（ａ）のＰ−Ｐ線における断面図、（ｃ）は図１４（ａ）のＱ−Ｑ線における断面図である。 他の変形例を示し、（ａ）は１つの圧力室を示す平面図、（ｂ）は図１５（ａ）のＲ−Ｒ線における断面図、（ｃ）は図１５（ａ）のＴ−Ｔ線における断面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ キャビティユニット
３ 圧電アクチュエータ
４ａ，４ｂ ノズル
５Ａ 第１の通路
５Ｂ 第２の通路
５Ａａ，５Ｂａ 上流端開口
６，６Ａ，６Ｂ 圧力室
６Ｂａ 第１の圧力室部
６Ｂｂ 第２の圧力室部

Claims (11)

1. 複数のノズルが液体流路を通じて連通する複数の圧力室を有し、前記圧力室が平面状に開口形成されたキャビティユニットと、
   前記圧力室の開口した面を覆うように前記キャビティユニットに積層され、前記圧力室ごとに対応して配置される活性部を有する圧電アクチュエータとを備え、
   前記活性部を駆動パルス信号に基づいて選択的に駆動させることで前記圧力室を変形させて前記圧力室内の液体を、前記液体流路を通じて前記ノズルから液滴として吐出させる液滴吐出装置であって、
   前記各圧力室は、第１および第２のノズルのそれぞれに連通する第１および第２の流路の両者と連通して構成されていて、
   前記駆動パルス信号のパルス幅を、駆動制御手段によって前記液滴を吐出させるノズルに応じて選択する構成とされ、
   前記圧力室は、平面視で液体の流れる方向の上流側の一端部近傍上に前記活性部が配置されていて、下流側の他端部近傍では、前記活性部の配置位置よりも前記液体の流れる方向に長く延び、かつ、前記第１の流路の上流端に接続されていて、前記活性部の配置位置と前記第１の流路が接続される部分との間の前記圧力室に、前記第２の流路の上流端が接続されていることを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記第１の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記液体の流れる方向の中心線上に配置され、前記第２の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記中心線上より側方にずれた位置に配置され、
   前記第２の流路の上流端開口が配置される部分は、平面視で前記圧力室が側方に膨出した部分であることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置。
3. 前記第１および第２の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記液体の流れる方向の中心線を挟んで両側に配置され、
   前記圧力室の前記液体の流れる方向と直交する方向の幅寸法が、前記一端部側から前記第２の流路の上流端開口が配置される部分までは略同一な幅寸法であり、
   平面視で前記第２の流路の上流端開口が配置される部分から前記第１の流路の上流端開口が配置される部分が、前記第１の流路が上流端が配置された一側において、前記液体の流れる方向に延び、前記略同一な幅よりも幅狭に形成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置。
4. 前記第１および第２の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記液体の流れる方向の中心線を挟んで両側に配置され、
   前記圧力室の他端部側は、前記活性部の配置位置から前記第１の流路の上流端開口が配置されるまでの、前記液体の流れる方向に平行な第１の圧力室部と、前記活性部の配置位置から前記第２の流路の上流端開口が配置されるまでの、前記液体の流れる方向に平行な第２の圧力室部とに分岐していて、
   前記第１の圧力室部は、前記液体の流れる方向に平行な方向における長さ寸法が、前記第２の圧力室部の同寸法よりも長く形成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置。
5. 前記第１および第２の流路の上流端開口は、平面視で前記圧力室の前記液体の流れる方向の中心線上に並んで配置されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置。
6. 前記圧力室は、前記活性部の配置位置から前記第１の流路の上流端開口までと、前記活性部の配置位置から前記第２の流路の上流端開口までとの一部または全部で、深さが異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
7. 前記第１の流路に通じる第１のノズルと前記第２の流路に通じる第２のノズルとは、ノズル径が異なることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
8. 前記第１の流路と前記第２の流路とは、その流路長さが異なることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
9. 前記活性部は、前記圧力室の前記液体の流れる方向に直交する方向において第１の活性部と第２の活性部とに分割され、
   前記駆動制御手段は、前記液滴を吐出させるノズルに応じて、前記駆動パルス信号のパルス幅に加えて、前記第１および第２の活性部のうち駆動する一方または両方を選択することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
10. 前記ノズルは、複数個が複数列に千鳥状に配置されてなり、対応して前記圧力室は、複数個が複数列に千鳥状に配置されていて、
    隣り合う列の圧力室に対し開口する各第１および第２の流路の上流端は、前記列方向においてずれていることを特徴とする請求項１〜４，６〜９のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。
11. 前記キャビティユニットは、前記ノズル、流路および圧力室となるそれぞれの貫通孔が形成された複数のプレートが積層されてなる積層体であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の液滴吐出装置。

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