JP5686080B2 - 液滴噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置に関する。

液滴噴射装置として、特許文献１には、ノズルからインクの液滴を噴射するインクジェットヘッドが開示されている。この特許文献１のインクジェットヘッドは、２列に配列された複数のノズルと、これら複数のノズルと同様に２列に配列され、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、２列の圧力室列にそれぞれインクを供給する２つの共通液室（マニホールド流路）と、複数の圧力室内のインクにそれぞれ圧力を付与する圧電アクチュエータを有する。２つの共通液室は、外部からインクが供給されるインク流入口にそれぞれ連通する一方で、インク流入口とは反対側の端部において互いに連通している。このインクジェットヘッドにおいて、各圧力室列に属する圧力室には、その圧力室列に対応する共通液室からインクが供給され、圧電アクチュエータによって各圧力室に圧力が付与されることで、その圧力室に連通するノズルからインクの液滴が噴射される。

特開２００７−１１８３１１号公報（図１１）

ところで、１列のノズル列を構成する多数のノズルから同時に液滴が噴射されたときには、このノズル列における液体（インク）の消費量が多くなり、対応する共通液室への液体供給が追いつかなくなる。その結果、一部（特に、インク流入口から遠い末端側）のノズルにおいて液体供給不足が生じる虞がある。しかし、上記特許文献１のインクジェットヘッドのように、２つの共通液室が末端側で互いに連通している構成であれば、一方の共通液室において液体供給不足が生じても、他方の共通液室から液体を補充できるようになり、上述した液体供給不足を解消しやすくなる。

しかしながら、複数の共通液室が互いに連通した構成では、特に、複数の共通液室にそれぞれ対応する複数のノズル列が異なった噴射タイミングで液滴を噴射する場合に、以下のような問題が生じる。複数のノズル列間で噴射タイミングが異なる場合に、先に液滴を噴射したノズル列に対応する共通液室において液体供給不足が生じ、その圧力が一時的に低下したときには、これに連通する他の共通液室から液体が供給されるが、そのときに液体供給先となる他の共通液室内の圧力も低下する。そして、前記他の共通液室内の圧力が低下した状態で、この共通液室に連通するノズル列の液滴噴射が行われることになると、このノズル列においては、共通液室内の圧力低下の影響で、ノズルのメニスカスが内側に引っ張られた状態で噴射を開始することになる。そのため、後に液滴を噴射するノズル列では、先のタイミングで噴射を行うノズル列と比較して、噴射特性（液滴速度や液滴量）が低下し、場合によっては噴射不能となる虞もある。

本発明の目的は、互いに連通する複数の共通液室にそれぞれ対応する複数のノズル列の間で、噴射タイミングが異なる場合に、後のタイミングで噴射するノズル列の噴射特性低下を抑制することである。

第１の発明の液滴噴射装置は、液滴を噴射するノズルが所定の第１方向に沿って配列されてなるノズル列であって、前記第１方向と交差する第２方向に並べて配置された、複数のノズル列と、液体供給部に連通し、前記液体供給部から供給された液体を前記複数のノズル列に供給する複数の共通液室と、前記複数のノズル列を構成するノズルのそれぞれについて、液体に噴射エネルギーを付与するアクチュエータを備え、
前記複数の共通液室には、それぞれ同数の前記ノズル列が連通し、前記複数の共通液室の各々は、他の共通液室と、前記液体供給部との連通部分とは別の部分において互いに連通しており、
前記複数のノズル列は、互いに異なる噴射タイミングで液滴を噴射するように構成され、噴射タイミングが後のノズル列に連通する前記共通液室の流路抵抗が、噴射タイミングが先のノズル列に連通する前記共通液室の流路抵抗よりも小さいことを特徴とするものである。

本発明では、複数の共通液室にはそれぞれ同数のノズル列が連通している。つまり、ノズル列へ供給する液体量は複数の共通液室で差はなく、本来、複数の共通液室の流路抵抗を異ならせる必要性はない。しかしながら、先のノズル列の噴射が開始されたときに、後に噴射されるノズル列に連通する共通液室から、先に噴射したノズル列の共通液室へ液体が供給されることによって、後のノズル列の共通液室内の圧力が低下し、後のノズル列の噴射特性に悪影響を及ぼす。

しかし、本発明では、噴射タイミングが後のノズル列に連通する共通液室の流路抵抗が小さくなっていることから、この共通液室に対して液体供給部から速やかに液体が供給される。従って、上述した共通液室内の圧力が大きく低下することが防止され、噴射タイミングが後のノズル列の噴射特性の低下が抑制される。

第２の発明の液滴噴射装置は、前記第１の発明において、噴射タイミングが後のノズル列に連通する前記共通液室の、液体流動方向と直交する断面における流路断面積が、噴射タイミングが先のノズル列に連通する前記共通液室の前記流路断面積よりも大きいことを特徴とするものである。

噴射タイミングが後のノズル列に連通する共通液室の流路断面積を大きくすることにより、この共通液室の流路抵抗を小さくすることができる。尚、本発明において、共通液室の「液体流動方向」とは、共通液室の、液体供給部との連通部分から、液体供給部から離れた末端部分へ向かう、液体の流線に沿った方向のことをいう。

第３の発明の液滴噴射装置は、前記第２の発明において、前記ノズル列及び前記共通液室を含む液体流路が形成された流路構造体を有し、前記流路構造体は、それぞれ前記液体流路の一部を形成する流路穴を有するプレートが複数枚積層された構造を有し、
前記共通液室は、共通液室用の流路穴が形成されたプレートに、別のプレートが積層されて前記共通液室用の流路穴がプレートの積層方向に塞がれることによって形成されるとともに、この共通液室内を、前記プレートの面方向に沿って液体が流れるように前記液体流路が構成され、
噴射タイミングが後のノズル列に連通する前記共通液室の、前記液体流動方向と直交する断面における前記プレートの面方向に沿った幅が、噴射タイミングが先のノズル列に連通する前記共通液室の幅よりも大きいことを特徴とするものである。

また、第４の発明の液滴噴射装置は、前記第２の発明において、前記ノズル列及び前記共通液室を含む液体流路が形成された流路構造体を有し、前記流路構造体は、それぞれ前記液体流路の一部を形成する流路穴を有するプレートが複数枚積層された構造を有し、
前記共通液室は、共通液室用の流路穴が形成されたプレートに、別のプレートが積層されて前記共通液室用の流路穴がプレートの積層方向に塞がれることによって形成されるとともに、この共通液室内を、前記プレートの面方向に沿って液体が流れるように前記液体流路が構成され、
噴射タイミングが後のノズル列に連通する前記共通液室の、前記液体流動方向と直交する断面における前記プレートの厚み方向に沿った深さが、噴射タイミングが先のノズル列に連通する前記共通液室の深さよりも大きいことを特徴とするものである。

上記第３の発明及び第４の発明では、ノズル列や共通液室等が形成された流路構造体が、それぞれ流路穴が形成された複数枚のプレートが積層された構造を有する。そして、共通液室は、共通液室用の流路穴が形成されたプレートが、これに積層された別のプレートによって塞がれることによって形成されている。また、共通液室においては、プレートの面方向に沿って液体が流れるから、共通液室の流路断面積は、プレートの面方向と直交する断面の面積となる。

その上で、第３の発明では、共通液室の、プレートの面方向に沿った幅を大きくすることによって、共通液室の流路断面積を大きくしている。この場合は、共通液室用の流路穴が形成されたプレートの厚みを大きくしたり、プレートの枚数を増やしたりする必要がない。

一方、第４の発明では、共通液室の、プレートの厚み方向の深さを大きくすることによって、共通液室の流路断面積を大きくしている。この場合は、共通液室の幅が大きくならないことから、装置の平面的なサイズが大型化することがない。

第５の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記複数のノズル列は、前記第２方向における一方側に位置するものから順に液滴を噴射するように構成され、前記一方側に位置する前記ノズル列に連通する前記共通液室の流路抵抗よりも、前記第２方向における他方側に位置する前記ノズル列に連通する前記共通液室の流路抵抗が小さいことを特徴とするものである。

第２方向に並ぶ複数のノズル列の、一方側から順に液滴を噴射していく場合は、噴射タイミングが後となる、他方側のノズル列に連通する共通液室の流路抵抗を小さくすればよい。

第６の発明の液滴噴射装置は、前記第５の発明において、３以上の前記共通液室を有し、前記３以上の共通液室のうち、前記他方側の端のノズル列に連通する共通液室を除く、残りの共通液室の流路抵抗は互いに等しく、前記他方側の端のノズル列に連通する共通液室の流路抵抗のみ小さくなっていることを特徴とするものである。

共通液室が３以上ある場合に上述した圧力低下が最も大きくなるのは、最後に噴射を開始するノズル列に対応した共通液室であるから、本発明では、この一番厳しい条件にある共通液室のみ、流路幅や流路深さを大きくするなどして流路抵抗を小さくする。一方、先に噴射を行うノズル列に連通した他の共通液室については、それほど大きな圧力低下は生じないことから、流路抵抗を小さくしなくとも問題は生じない。そこで、本当に必要な一部の共通液室のみ流路抵抗を小さくすることで、流路抵抗を下げることによる装置の大型化を極力抑えることができる。

第７の発明の液滴噴射装置は、前記第５又は第６の発明において、前記液滴噴射装置が、前記第２方向に沿って往復移動可能であって、前記第２方向への移動中に、その移動方向の先頭側に位置する前記ノズル列から順に液滴を噴射するものであり、単位時間当たりに前記複数のノズルから噴射する液体の総量が所定量以上である場合には、前記第２方向の前記一方側に移動する場合にのみ、前記ノズル列からの液滴噴射を行い、単位時間当たりに前記複数のノズルから噴射する液体の総量が所定量未満である場合には、前記第２方向の前記一方側に移動する場合と、前記他方側に移動する場合の、両方において、前記ノズル列からの液滴噴射を行うことを特徴とするものである。

液滴噴射装置が、第２方向に移動しながら液滴を噴射する構成の場合に、単位時間当たりの液体の噴射総量（以下、デューティともいう）が所定量以上の場合には、全てのノズル列において液体の消費量が多くなることから、上述した、後のタイミングで噴射する共通液室内の圧力低下も大きくなる。そこで、このような場合には、第２方向一方側に移動するときにのみ液滴噴射を行うことで、第２方向他方側に位置する、流路抵抗が小さい共通液室に連通したノズル列の噴射順が後になるようにする。一方、デューティが所定量未満の場合には、後のタイミングで噴射する共通液室内における圧力低下が小さくなるため、流路抵抗が大きい共通液室に連通したノズル列の、噴射タイミングが後になっても問題はないことから、第２方向他方側に移動するときにも液滴噴射を行う。これにより液滴噴射に要する時間を短縮できる。

第８の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第７の何れかの発明において、前記共通液室は、これに連通する前記ノズル列に沿って前記第１方向に延在し、前記複数の共通液室は、それらの前記第１方向における一端部において前記液体供給部とそれぞれ連通するとともに、前記第１方向における他端部において互いに連通していることを特徴とするものである。

共通液室がノズル列に沿って延在する構成において、共通液室の長さ方向途中部において他の共通液室と連通させようとすると、共通液室間の連通部分とノズル列とが干渉しないように流路構造を工夫する必要があり、流路構造が複雑になりかねないことから、複数の共通液室をそれらの末端部分で連通させることが好ましい。また、液体供給部から離れた共通液室の末端ほど液体供給不足が生じやすいことから、末端部分において他の共通液室と連通させることは、液体供給不足解消の観点からも効果的である。

本発明によれば、噴射タイミングが後のノズル列に連通する共通液室の流路抵抗が小さくなっていることから、この共通液室に対して液体供給部から速やかに液体が供給される。従って、噴射タイミングが先のノズル列から液滴が噴射されたときに、後のノズル列に連通する共通液室内の圧力が大きく低下することが防止され、後のノズル列の噴射特性の低下が抑制される。

本実施形態のインクジェットプリンタの上面図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２の一部拡大図である。 図３のIV-IV線断面図である。 ３本のマニホールドにそれぞれ連通するノズル列の噴射タイミングにおける、マニホールド間のインクの流れを説明する図である。 プリンタの電気的構成を概略的に示すブロック図である。 変更形態のインクジェットヘッドの図４相当の断面図である。 別の変更形態のインクジェットヘッドの図４相当の断面図である。 さらに別の変更形態のインクジェットヘッドの平面図である。 さらに別の変更形態のインクジェットヘッドの平面図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の上面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、記録用紙１００が載置されるプラテン２と、このプラテン２と平行な方向（走査方向）に往復移動可能なキャリッジ３と、キャリッジ３に搭載されたインクジェットヘッド４（本発明の液滴噴射装置）と、記録用紙１００を走査方向と直交する搬送方向に搬送する搬送機構５と、インクジェットプリンタ１の全体制御を司る制御装置６等を備えている。

プラテン２の水平な上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。また、プラテン２の上方（図１の紙面手前側）には、左右方向（走査方向）に平行に延びる２本のガイドレール１０，１１が設けられ、キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ３には、２つのプーリ１２，１３間に巻き掛けられた無端ベルト１４が連結されており、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が走行駆動されたときに、キャリッジ３は、無端ベルト１４の走行に伴って走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４は、キャリッジ３の下部に取り付けられており、プラテン２の上面と平行な、インクジェットヘッド４の下面（図１の紙面向こう側の面）が、複数のノズル４３が開口する液滴噴射面となっている。図示は省略するが、このインクジェットヘッド４は、インクを貯留するインクカートリッジとチューブで接続されている。そして、インクジェットヘッド４は、インクカートリッジから供給されたインクを、複数のノズル４３からプラテン２に載置された記録用紙１００に対して噴射する。

搬送機構５は、搬送方向に沿ってプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有する。搬送ローラ１８，１９は搬送モータ１６（図６参照）により駆動されることにより、プラテン２上に載置された記録用紙１００を搬送方向に搬送する。

以上の構成を有するインクジェットプリンタ１は、２つの搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向に搬送しつつ、この記録用紙１００に対して、キャリッジ３とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド４からインクを噴射することにより、記録用紙１００に画像や文字を記録する。

次に、インクジェットヘッド４について説明する。図２は、インクジェットヘッド４の平面図、図３は、図２の一部拡大図、図４は、図３のIV-IV線断面図である。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド４は、ノズル４３や圧力室４２等のインク流路が形成された流路ユニット２０（流路構造体）と、圧力室４２内のインクに圧力（噴射エネルギー）を付与する圧電アクチュエータ２１とを備えている。

まず、流路ユニット２０について説明する。図４に示すように、流路ユニット２０は、それぞれインク流路の一部を形成する流路穴が形成された、キャビティプレート３０、ベースプレート３１、マニホールドプレート３２、及びノズルプレート３３の４枚のプレートが、上下に積層された構造を有する。これら４枚のプレート３０〜３３は接着剤によって互いに接合されている。また、最下層のノズルプレート３３を除く３枚のプレート３０〜３２は、それぞれ、ステンレス板やニッケル合金鋼板などの金属プレートである。一方、最下層のノズルプレート３３は、ポリイミド等の合成樹脂材料で形成されている。

図２〜図４に示すように、４枚のプレート３０〜３３の積層体である流路ユニット２０は、インクカートリッジ（図示省略）とチューブで接続されるインク供給口４０と、インク供給口４０に共通に連通し、互いに平行に延びる３本のマニホールド４１（共通液室）と、マニホールド４１から圧力室４２を介してノズル４３に至る多数の個別インク流路４４を有する。

流路ユニット２０のインク流路構造について詳細に説明する。まず、流路ユニット２０の最下層のノズルプレート３３には複数のノズル４３が搬送方向に沿って所定ピッチＰで配列され、走査方向に並ぶ６列のノズル列４５（４５ａ〜４５ｆ）をなしている。即ち、本実施形態では、搬送方向がノズル４３の配列方向であって、本願の第１方向に相当し、また、走査方向がノズル列４５ａ〜４５ｆが並ぶ方向であって、本願の第２方向に相当する。また、６列のノズル列４５ａ〜４５ｆは、それぞれに属するノズル４３の数は全て等しくなっている。さらに、これら６列のノズル列４５ａ〜４５ｆは、走査方向の一方側に位置しているものから順に、搬送方向の位置が前記所定ピッチＰの６分の１（Ｐ／６）ずつずれている。

一方、最上層に位置するキャビティプレート３０には、ノズル４３と同様に搬送方向に所定ピッチＰで配列された複数の圧力室４２が形成され、図２に示すように、複数の圧力室４２は、６列のノズル列４５に対応して、走査方向に並ぶ６列の圧力室列をなしている。また、図４に示すように、キャビティプレート３０とノズルプレート３３の間の２枚のプレート３１，３２には、圧力室４２とノズル４３とを連通させる連通流路４６が形成されている。さらに、図２に示すように、キャビティプレート３０の搬送方向における一端部（図２における上側の端部）には、図示しないインクカートリッジとチューブを介して接続される、１つのインク供給口４０（液体供給部）が形成されている。

図４に示すように、マニホールドプレート３２には、このマニホールドプレート３２を厚み方向に貫通し、且つ、搬送方向に延びる３つの長穴２５が形成されている。そして、これら３つの長穴２５が上側のベースプレート３１と下側のノズルプレート３３によって、上下方向（プレートの積層方向）から塞がれることにより、３本のマニホールド４１（４１ａ〜４１ｃ）が構成されている。

図２に示すように、平面視で、２列のノズル列４５（圧力室列）の間に、１本のマニホールド４１がノズル列４５に沿って搬送方向に延在しており、このマニホールド４１は、その両側に位置する２列の圧力室列にそれぞれ属する圧力室４２と連通している。つまり、１本のマニホールド４１が、２列の圧力室列（２列のノズル列４５）に対してインクを供給する構成となっている。尚、図２に示すように、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃの長さ方向一端部（図２における上側の端部）は、接続流路４８を介して最上層のキャビティプレート３０に形成された１つのインク供給口４０と共通に連通している。また、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃは、インク供給口４０との連通部分と反対側の、末端部分（図２の下側の端部）において、接続流路４９によって互いに連通した構成となっている。

さらに、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃ（長穴２５）の幅Ｗ（インクが流れる方向である、マニホールド４１の長さ方向と直交する断面において、マニホールドプレート３２の面方向に沿った長さ）は同一ではない。具体的には、図２に示すように、図中右側のマニホールド４１ｃの幅Ｗｃが最も小さく、中央のマニホールド４１ｂ、左側のマニホールド４１ａの順に幅Ｗが広くなっている。また、先にも説明したように、３つのマニホールド４１ａ〜４１ｃを形成する３つの長穴２５はそれぞれマニホールドプレート３２を貫通する穴であり、それ故、３つのマニホールド４１ａ〜４１ｃの深さはそれぞれマニホールドプレート３２の厚みに等しい。従って、３つのマニホールド４１ａ〜４１ｃの流路断面積は幅Ｗに比例し、流路抵抗は幅Ｗに反比例する。つまり、図中左側に位置するものほど、マニホールド４１の流路抵抗が小さくなっている。マニホールド４１を上記の構成としている理由については、後ほど詳細に説明する。

図４に示すように、キャビティプレート３０とマニホールドプレート３２との間に位置するベースプレート３１には、マニホールド４１と、これに対応する２列の圧力室列に属する圧力室４２とをそれぞれ連通させる複数の連通流路４７が形成されている。

以上説明した４枚のプレート３０〜３３が積層した状態で接合されることにより、図４に示すように、流路ユニット２０内に、マニホールド４１から連通流路４７、圧力室４２、及び、連通流路４６を経由してノズル４３に至る、多数の個別インク流路４４が形成される。

次に、圧電アクチュエータ２１について説明する。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ２１は、流路ユニット２０（キャビティプレート３０）の上面に接合された振動板５０と、この振動板５０の上面に複数の圧力室４２と対向するように形成された圧電層５１と、この圧電層５１の上面に配置された複数の個別電極５２とを備えている。

振動板５０は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板５０は、流路ユニット２０の上面に複数の圧力室４２を覆うように接合されている。また、導電性を有する振動板５０の上面は、複数の個別電極５２との間で圧電層５１を挟み、この圧電層５１に厚み方向の電界を生じさせる共通電極を兼ねており、常時グランド電位に保持されている。

振動板５０の上面（圧力室４２と反対側の面）には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする、圧電材料からなる圧電層５１が形成されている。この圧電層５１は、複数の圧力室４２に跨って平面的に形成されている。

圧電層５１の上面には、圧力室４２よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有する複数の個別電極５２が形成されている。これら複数の個別電極５２は、対応する圧力室４２の中央部と対向する位置にそれぞれ配置されている。また、個別電極５２は金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。

圧電層５１の上面には、複数の個別電極５２の端部（平面視でノズル４３と反対側の端部）から、圧力室４２と対向しない領域までそれぞれ引き出された複数の接点部５５が設けられている。これら複数の接点部５５には、図示しないフレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit（ＦＰＣ））が接続される。そして、このＦＰＣに実装されたドライバＩＣ５６から、接点部５５を介して複数の個別電極５２にそれぞれ駆動電圧が印加される。

次に、ノズル４３からインクを噴射させる際の圧電アクチュエータ２１の作用について説明する。ある個別電極５２に対してドライバＩＣ５６から駆動電圧が印加されると、圧電層５１上側の個別電極５２とグランド電位に保持されている圧電層５１下側の共通電極としての振動板５０の間に電位差が生じ、個別電極５２と振動板５０の間に挟まれた部分に厚み方向の電界が生じる。そして、圧電層５１の分極方向と電界の方向とが同じ場合には、圧電層５１はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮し、この圧電層５１の収縮変形に伴って、振動板５０の圧力室４２と対向する部分が圧力室４２側に凸となるように撓む（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室４２の容積が減少することからその内部のインクに圧力（噴射エネルギー）が付与され、圧力室４２に連通するノズル４３からインクの液滴が噴射される。

（マニホールド４１についての詳細説明）
ところで、いわゆるベタ印字のような、デューティの高い（インクジェットヘッド４から単位時間当たりに噴射するインク総量が多い）記録動作を行う場合、各ノズル列４５のほとんど全てのノズル４３からインクの液滴を噴射することになる。このような場合に、１列のノズル列４５の多数のノズル４３から同時にインクを噴射すると、このノズル列４５におけるインクの消費量が多くなって、インク供給口４０からのマニホールド４１へのインクの供給が追いつかなくなる。特に、ノズル列４５の末端側（インク供給口４０から離れる側）のノズル４３においてインク供給不足が生じやすく、このノズル４３に噴射不良が生じる虞がある。

また、本実施形態では、１本のマニホールド４１からその両側の２列のノズル列４５にインクを供給する構成が採用されているが、上記２列のノズル列４５の噴射タイミングが異なる場合には、また別の問題も生じうる。複数のノズル列４５の噴射タイミングが異なる例としては、複数のノズル列４５から噴射された液滴の着弾位置（ドット形成位置）を、記録用紙１００上の同じ位置に重ね合わせて、記録用紙１００上に１本の太い（濃い）線を形成する場合が挙げられる。例えば、走査方向の位置が異なる２列のノズル列４５のドット形成位置を合わせるには、キャリッジ３の移動方向下流側に位置する一方のノズル列４５が液滴を噴射した後、他方のノズル列４５が先のノズル列４５が液滴を噴射した位置に到達したときに、この他方のノズル列４５が液滴を噴射する。

そして、１本のマニホールド４１に連通する２列のノズル列４５の噴射タイミングが異なる場合に、一方のノズル列４５からインクの噴射がなされた直後には、多量のインクが消費されることによってマニホールド４１内の圧力が急激に低下する。そのため、同一のマニホールド４１に連通する他方のノズル列４５においてノズル４３のメニスカスが内側に引っ張られた状態で噴射が行われることになり、この他方のノズル列４５の噴射特性（液適量や液滴速度）が低下する。

上記の観点から、ノズル列４５の噴射によって多量のインクが消費されたときに、マニホールド４１にインクを速やかに補充して、マニホールド４１内の圧力が大きく低下することを防止することが好ましい。この点、本実施形態においては、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃの各々は、インク供給口４０との連通部分とは反対側の末端部分において他のマニホールド４１と連通している。これにより、あるマニホールド４１に連通するノズル列４５からインクが噴射されたときに、インク供給口４０からの供給とは別に、他のマニホールド４１からもインクが供給されるため、マニホールド４１内の圧力が大きく低下することが防止される。また、１つのマニホールド４１に２列のノズル列４５が連通している場合においては、噴射タイミングが先となる一方のノズル列４５の噴射によるマニホールド４１内の圧力低下が小さく抑えられることから、遅れて噴射する他方のノズル列４５への影響が低減される。

尚、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃは、必ずしも末端部分で連通している必要はない。但し、あるマニホールド４１をその長さ方向途中部において他のマニホールド４１と連通させようとすると、マニホールド４１間の連通部分とノズル列４５とが干渉しないようにインクの流路構造を工夫する必要があるため、流路構造を簡単なものとする点では末端部分で連通させることが有利である。また、インク供給口４０から離れた末端部分ほどインク供給不足が生じやすいことから、この末端部分において他のマニホールド４１と連通させることは、インク供給不足を解消する観点からも効果的である。

ところで、上記のように、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃ同士が互いに連通した構成であると、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃ間でノズル列４５の噴射タイミングが異なる場合に、先にノズル列４５の噴射が行われたマニホールド４１における圧力低下が他のマニホールド４１にも伝わり、後のノズル列４５の噴射に悪影響を及ぼす虞がある。

３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃはそれぞれ同数（２列）のノズル列４５が連通するものであって、供給するインク量自体は３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃで差はなく、本来は、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃ間で流路抵抗を異ならせる必要性はない。しかしながら、上記の問題を解決するために、本実施形態では、図２に示すように、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃの幅が異なった構成となっている。図５は、３本のマニホールド４１ａ〜４１ｃにそれぞれ連通するノズル列４５の噴射タイミングにおける、マニホールド４１間のインクの流れを説明する図である。尚、この図５では、説明をわかりやすくするために、インクジェットヘッド４のマニホールドプレート３２よりも上に存在する、圧電アクチュエータ２１、キャビティプレート３０、及び、ベースプレート３１を省略し、マニホールドプレート３２の上面図で示している。

図５においては、インクジェットヘッド４はキャリッジ３とともに図中右方（図２のＡ方向）へ移動するものとし、右側（移動方向先頭側）に位置するノズル列４５ｆから順に、記録用紙１００の幅方向所定位置に到達したタイミングでインクが噴射される。つまり、右側のマニホールド４１ｃ、中央のマニホールド４１ｂ、左側のマニホールド４１ａの順に、対応するノズル列４５のインクの噴射が行われる。これに対して、ノズル列４５の噴射タイミングが最後となる、左側のマニホールド４１ａの幅Ｗｃが最も広く、中央のマニホールド４１ｂ、右側のマニホールド４１ｃの順に幅が狭くなっている。

インクジェットヘッド４がインクを噴射していない待機状態から、キャリッジ３が図５の右方への移動を開始すると、まず、図５（ａ）に示すように、右側のマニホールド４１ｃに連通する２列のノズル列４５ｆ，４５ｅにおいてこの順にインクの噴射が行われる。このときのインクの消費によってマニホールド４１ｃ内の圧力が一時的に低下するが、このマニホールド４１ｃに対して、上流側のインク供給口４０からだけでなく、末端部分で連通した他の２本のマニホールド４１ａ，４１ｂからもインクが供給される。

一方、中央のマニホールド４１ｂと左側のマニホールド４１ａにおいては、右側のマニホールド４１ｃにインク供給することによって、それぞれ圧力が低下する。この状態で、次に、中央のマニホールド４１ｂに連通する２列のノズル列４５ｄ，４５ｃにおいてこの順にインクの噴射が行われる。ここで、中央のマニホールド４１ｂの幅Ｗｂは右側のマニホールド４１ｃの幅Ｗｃよりも大きく、流路抵抗が小さくなっている。そのため、右側のマニホールド４１ｃへのインク供給によってマニホールド４１ｂ内の圧力が低下したときに、インク供給口４０からインクが速やかに補充される。従って、ノズル列４５ｄ，４５ｃの噴射前に、圧力が大きく低下することが防止され、ノズル列４５ｂ，４５ａの噴射特性の低下を抑制できる。

尚、中央のマニホールド４１ｂに連通するノズル列４５ｄ，４５ｃの噴射が行われるときには、左側のマニホールド４１ａからもインクが供給される。一方、右側のマニホールド４１ｃとの間では、マニホールド４１ｂからマニホールド４１ｃへ向かう、先のインク供給の流れがまだ残存しており、右側のマニホールド４１ｃから中央のマニホールド４１ｂへのインクの供給はほとんどない。

さらに、左側のマニホールド４１ａに連通する２列のノズル列４５ｂ，４５ａにおいてこの順にインクの噴射が行われる。この左側のマニホールド４１ａは、３本のマニホールド４１の中でノズル列４５の噴射が最も遅く、他のマニホールド４１ｂ，４１ｃのノズル列４５の噴射時にそれぞれインクが流出することから圧力の低下が大きくなりやすい。しかし、このマニホールド４１ａの幅Ｗａは、他の２本のマニホールド４１ｂ，４１ｃの幅よりも大きく、流路抵抗が最も小さくなっていることから、圧力が低下したときにマニホールド４１ａにはインク供給口４０から速やかにインクが供給される。従って、ノズル列４５ｂ，４５ａの噴射前に、マニホールド４１ａの圧力が大きく低下することが防止され、ノズル列４５ｂ，４５ａの噴射特性の低下を抑制できる。

次に、プリンタ１の電気的構成について、図６のブロック図を参照して説明する。図６に示すように、制御装置６は、プリンタ１の記録用紙１００への記録動作を制御する記録制御部６０を備えている。記録制御部６０は、ＰＣ７０から入力された記録する画像や文字等に関するデータに基づいて、インクジェットヘッド４のドライバＩＣ５６、キャリッジ３を駆動するキャリッジ駆動モータ１５、搬送機構５の搬送ローラ１８，１９を駆動する搬送モータ１６等を制御することで、プリンタ１に、記録用紙１００に所望の画像や文字等を記録させる。

ところで、ベタ印字などのデューティが高い記録動作を行う場合には、幅の広いマニホールド４１ａに連通したノズル列４５ａ，４５ｂの噴射が後になるようにする必要がある。即ち、インクジェットヘッド４を搭載したキャリッジ３が右側（図２のＡ方向）に移動したときにのみインクの噴射を行い、キャリッジ３が左側（図２のＢ方向）に移動するときにはインクの噴射を行わせない（右方向への片方向印字）。

しかし、テキスト印字などのデューティが低い記録動作を行う場合には、１列のノズル列４５において同時にインクを噴射するノズル４３の数は少なく、マニホールド４１のインク消費量は少なくなる。そのため、噴射タイミングが後のノズル列４５に連通するマニホールド４１において圧力が低下してもその程度は小さく、後のノズル列４５の噴射特性にほとんど影響が出ない。つまり、流路抵抗が大きいマニホールド４１に連通したノズル列４５の、噴射タイミングが後になっても問題はない。それ故、デューティが低い場合には、キャリッジ３が右側に移動するときだけでなく、左側に移動するときにおいてもインクの噴射を行わせることができる（双方向印字）。

そこで、記録制御部６０は、ＰＣ７０から記録する画像や文字等に関するデータが入力されたときに、入力されたデータから、その画像等を記録する際にインクジェットヘッド４が単位時間当たりに噴射するインクの総量（デューティ）を求める。そして、このデューティが所定値以上である場合には、インクジェットヘッド４に右方向の片方向印字を行わせる一方、デューティが所定値未満である場合には、インクジェットヘッド４に双方向印字を行わせる。これにより、一般的に高速での記録が求められる、低いデューティの記録動作に要する時間を短縮することができる。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］マニホールド４１の幅を大きくするとインクジェットヘッド４の大型化につながるため、流路抵抗を小さくすることが本当に必要なマニホールド４１のみ幅を大きくすることが好ましい。この観点からは、図２においてＡ方向への移動時にインクを噴射するとしたときに、移動方向先頭側の２本のマニホールド４１ｂ，４１ｃについては幅Ｗ（流路抵抗）が同じで、ノズル列４５の噴射タイミングが最も遅くなる左側のマニホールド４１ａのみ、他の２本のマニホールド４１ｂ，４１ｃよりも幅Ｗが大きくなっていてもよい。

２］前記実施形態では、マニホールド４１の幅を大きくすることによって、マニホールド４１の流路断面積を大きくし、ひいては、流路抵抗を小さくしているが、マニホールドプレートの厚み方向に沿ったマニホールド４１の深さを大きくすることによって流路抵抗を小さくしてもよい。

マニホールド４１の深さを大きくするには、図７に示すように、マニホールド４１を形成するマニホールドプレート３２が複数枚（３２ａ，３２ｂ）積層された構成とし、（ｂ）のように、貫通状の長穴２５が形成されるマニホールドプレート３２の枚数を（ａ）よりも増やすことにより、（ａ）と比べてマニホールド４１の流路抵抗を小さくしてもよい。あるいは、図８に示すようにマニホールドプレート３２を厚みの大きいものとした上で、（ｂ）のように、１枚のマニホールド４１に形成される長穴２５の深さを（ａ）よりも深くすることにより、（ａ）と比べてマニホールド４１の流路抵抗を小さくしてもよい。

このように、マニホールド４１の深さを大きくことによって流路抵抗を小さくする場合、幅を大きくする場合に対して、インクジェットヘッド４の平面的なサイズが大きくならないというメリットがある。しかしながら、幅を大きくする場合に対するデメリットも存在する。

マニホールド４１の深さを大きくすると、その分、インクジェットヘッド４全体の厚みが大きくなり、厚み方向にサイズが大きくなる。また、図７や図８の流路構造では、圧力室４２とノズル４３を連通させる連通流路４６の長さが長くなり、ノズル４３から液滴を噴射させるために圧力室４２内により多くのエネルギーを与えないといけなくなるため、圧電アクチュエータ２１の駆動効率が低下する。また、図７のように、マニホールドプレート３２の枚数を増やすと部品数が増えるためにコストが増加する。一方、図８のように、１枚のマニホールドプレート３２の厚みが大きいと、連通流路４６等の、マニホールド４１以外の流路を形成する穴径の小さな流路穴を、エッチングで形成することが難しくなるという問題もある。

３］マニホールド４１の流路抵抗を小さくするためにマニホールド４１の流路断面積を大きくする必要は必ずしもなく、流路形状を変えることによっても可能である。例えば、流路抵抗を小さくするマニホールド４１のインク供給口４０からの距離を、他のマニホールド４１と比べて短くしてもよい。また、流路抵抗を小さくするマニホールド４１の流路形状を、他のマニホールド４１と比べて曲がりが少なく直線的な流路形状にすればよい。あるいは、マニホールド４１の内面の表面粗さを小さくして流路抵抗を下げることも可能である。

４］前記実施形態では、各マニホールド４１に２列のノズル列４５が連通していたが、図９に示すように、各マニホールド４１に１本のノズル列４５が連通した構成であってもよい。

５］前記実施形態では、３本のマニホールド４１が１つのインク供給口４０に共通に連通していたが、図１０に示すように、流路ユニット２０にマニホールド４１と同数のインク供給口４０が設けられ、１本のマニホールド４１が対応したインク供給口４０に連通した構成であってもよい。

６］マニホールド４１の数は、ノズル列４５の数など、他の条件に応じて適宜変更可能である。例えば、互いに連通するマニホールド４１が２本のみであってもよいし、４本以上のマニホールド４１が互いに連通した構成であってもよい。また、全てのマニホールド４１について連通するノズル列４５の数が同数である必要はなく、一部のマニホールド４１に連通するノズル列４５の数が、残りのマニホールド４１と異なっていてもよい。但し、このような構成に対して本発明を適用した場合には、全てのマニホールド４１のうちの、連通するノズル列４５の数が等しい２以上のマニホールド４１の間で、流路抵抗を異ならせることになる。

７］前記実施形態は、走査方向に移動しながら記録用紙にインクを噴射する、いわゆるシリアルタイプのインクジェットヘッドに本願発明を適用した例であるが、インクジェットヘッドとしては、他に、記録用紙の幅と同等の長さを有するノズル列を有し、位置が固定された状態で搬送されてくる記録用紙に対してインクを噴射する、いわゆるラインヘッドも知られている。そして、このラインヘッドであってもシリアルヘッドと同様の問題が生じることは容易に理解しうることから、ラインヘッドに対しても本願発明を適用することは可能である。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、液滴噴射装置の一種である、インクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した例であるが、本発明の適用対象はこれには限られない。即ち、噴射される液体の種類、用途、技術分野に関係なく、本発明を適用することが可能である。

１ インクジェットプリンタ
４ インクジェットヘッド
２０ 流路ユニット
２１ 圧電アクチュエータ
２５ 長穴
３０ キャビティプレート
３１ ベースプレート
３２ マニホールドプレート
３３ ノズルプレート
４０ インク供給口
４１ マニホールド
４３ ノズル
４５ ノズル列

Claims (8)

1. 液滴を噴射するノズルが所定の第１方向に沿って配列されてなるノズル列であって、前記第１方向と交差する第２方向に並べて配置された、複数のノズル列と、
   液体供給部に連通し、前記液体供給部から供給された液体を前記複数のノズル列に供給する複数の共通液室と、
   前記複数のノズル列を構成するノズルのそれぞれについて、液体に噴射エネルギーを付与するアクチュエータを備え、
   前記複数の共通液室には、それぞれ同数の前記ノズル列が連通し、
   前記複数の共通液室の各々は、他の共通液室と、前記液体供給部との連通部分とは別の部分において互いに連通しており、
   前記複数のノズル列は、互いに異なる噴射タイミングで液滴を噴射するように構成され、
   噴射タイミングが後のノズル列に連通する前記共通液室の流路抵抗が、噴射タイミングが先のノズル列に連通する前記共通液室の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする液滴噴射装置。
2. 噴射タイミングが後のノズル列に連通する前記共通液室の、液体流動方向と直交する断面における流路断面積が、噴射タイミングが先のノズル列に連通する前記共通液室の前記流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記ノズル列及び前記共通液室を含む液体流路が形成された流路構造体を有し、
   前記流路構造体は、それぞれ前記液体流路の一部を形成する流路穴を有するプレートが複数枚積層された構造を有し、
   前記共通液室は、共通液室用の流路穴が形成されたプレートに、別のプレートが積層されて前記共通液室用の流路穴がプレートの積層方向に塞がれることによって形成されるとともに、この共通液室内を、前記プレートの面方向に沿って液体が流れるように前記液体流路が構成され、
   噴射タイミングが後のノズル列に連通する前記共通液室の、前記液体流動方向と直交する断面における前記プレートの面方向に沿った幅が、噴射タイミングが先のノズル列に連通する前記共通液室の幅よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
4. 前記ノズル列及び前記共通液室を含む液体流路が形成された流路構造体を有し、
   前記流路構造体は、それぞれ前記液体流路の一部を形成する流路穴を有するプレートが複数枚積層された構造を有し、
   前記共通液室は、共通液室用の流路穴が形成されたプレートに、別のプレートが積層されて前記共通液室用の流路穴がプレートの積層方向に塞がれることによって形成されるとともに、この共通液室内を、前記プレートの面方向に沿って液体が流れるように前記液体流路が構成され、
   噴射タイミングが後のノズル列に連通する前記共通液室の、前記液体流動方向と直交する断面における前記プレートの厚み方向に沿った深さが、噴射タイミングが先のノズル列に連通する前記共通液室の深さよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
5. 前記複数のノズル列は、前記第２方向における一方側に位置するものから順に液滴を噴射するように構成され、
   前記一方側に位置する前記ノズル列に連通する前記共通液室の流路抵抗よりも、前記第２方向における他方側に位置する前記ノズル列に連通する前記共通液室の流路抵抗が小さいことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液滴噴射装置。
6. ３以上の前記共通液室を有し、
   前記３以上の共通液室のうち、前記他方側の端のノズル列に連通する共通液室を除く、残りの共通液室の流路抵抗は互いに等しく、前記他方側の端のノズル列に連通する共通液室の流路抵抗のみ小さくなっていることを特徴とする請求項５に記載の液滴噴射装置。
7. 前記液滴噴射装置が、前記第２方向に沿って往復移動可能であって、前記第２方向への移動中に、その移動方向の先頭側に位置する前記ノズル列から順に液滴を噴射するものであり、
   単位時間当たりに前記複数のノズルから噴射する液体の総量が所定量以上である場合には、前記第２方向の前記一方側に移動する場合にのみ、前記ノズル列からの液滴噴射を行い、
   単位時間当たりに前記複数のノズルから噴射する液体の総量が所定量未満である場合には、前記第２方向の前記一方側に移動する場合と、前記他方側に移動する場合の、両方において、前記ノズル列からの液滴噴射を行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の液滴噴射装置。
8. 前記共通液室は、これに連通する前記ノズル列に沿って前記第１方向に延在し、
   前記複数の共通液室は、それらの前記第１方向における一端部において前記液体供給部とそれぞれ連通するとともに、前記第１方向における他端部において互いに連通していることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の液滴噴射装置。