JP5315697B2 - 液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置に関し、特に、ノズル開口を列設してなる複数のノズル群とノズル開口に連通する圧力発生室とを備え、圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで当該圧力発生室に対応するノズル開口から液体を噴射させる液体噴射ヘッド、及び、これを備える液体噴射装置に関する。

液体噴射装置は、液体を噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズル開口から液体状のインクをインク滴として記録紙等の記録媒体（噴射対象物）に対して噴射・着弾させてドットを形成することで記録を行うインクジェット式プリンタ等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置等、各種の製造装置にも液体噴射装置が応用されている。

上記インクジェット式プリンタ（以下、単にプリンタという）におけるインク滴の噴射は、複数の噴射パルスを一連に含む駆動信号の中から噴射パルスを選択的に圧力発生手段（例えば、圧電振動子（電気機械変換素子）や発熱素子（電気熱変換素子））に印加してこれを駆動することにより、圧力発生室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を制御することで行われる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１０３６１９号公報

ところで、この種のプリンタでは、より少ないインク量で効率良く画像等を記録することが求められている。特に記録紙に画像を記録する場合、インクに含まれる水分によって記録紙に歪み（凹凸）が生じたり、記録画像が滲んだりする虞があるので、記録紙に着弾するインクの総量はできるだけ少ない方が望ましい。また、インクカートリッジ内のインクの消費が早いと、頻繁にインクカートリッジを交換する必要性が生じ、これにより、ランニングコストの面でユーザに負担を強いることとなり、また、環境保護の観点においても問題がある。

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、より少ない液体量で噴射対象物上の領域をドットで効率良く埋めることが可能な液体噴射装置を提供することにある。

本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、複数のノズル群を有し、ノズル群を構成する各ノズル開口から液体を噴射するための圧力発生室を備えた液体噴射ヘッドであって、
ノズル形成部材の厚さに対して厚みを薄くした凹状部を形成し、当該凹状部にノズル開口を形成し、
同一ノズル群内における複数のノズル開口の組をノズルセットとし、当該ノズルセットを１つの圧力発生室に対応させて配設し、
各ノズルセットを、ノズルセット列設方向に相対的にずらした状態で配置し、
前記ノズルセットを構成する各ノズル開口を、ノズルセット列設方向に対し斜めに配置し、当該ノズル開口の配置方向が、ノズルセット列設方向に対し４５°の角度を有し、
前記凹状部を、ノズル開口毎に個別に形成したことを特徴とする。

この構成によれば、同一ノズル群内における複数のノズル開口の組をノズルセットとし、当該ノズルセットを圧力発生室毎に対応させて配設したので、一度の噴射動作で駆動対象の圧力発生室に対応するノズルセットの各ノズル開口から同時に液体を噴射することができ、各ノズル開口から噴射された液体によって、従来よりも少ない液体量で噴射対象物上の所定の領域を効率良くドットで埋めることができる。これにより、液体の消費を従来よりも抑えることができ、その結果、例えば、水分による記録紙の歪みや記録画像の滲みを抑制することが可能となる。また、液体の消費を抑えることができるので、ランニングコストの低減や環境保全に寄与することが可能となる。

また、隣り合うノズル群における一方のノズル群の各ノズルセットと他方のノズル群の各ノズルセットとを、ノズルセット列設方向に相対的にずらした状態で配置したので、製造上の都合により圧力発生室のノズルセット列設方向の幅を小さく作成できない場合、すなわち、一つのノズル群においてノズルセットをノズルセット列設方向に等間隔で配置できない場合においても、一方のノズル群と他方のノズル群とで噴射タイミングを異ならせるだけでヘッドの走査回数（パス）を増加させることなく、ノズルセット列設方向に一定の間隔で一直線上にドットを並べることができる。その結果、記録速度等の液体噴射処理速度の向上に寄与することが可能となる。

さらに、凹状部の底部における板厚は周囲の板厚に比べて薄いので、この凹状部の底部にノズル開口を開設することにより、その際の塑性加工に用いられる雄型（ポンチ）への負荷が軽減され、雄型の座屈等を防止することができる。また、凹状部をノズル開口毎に個別に設けることで、各ノズル開口の周囲の形状を揃えることができ、これにより、各ノズル開口から噴射される液体の飛翔曲がりを低減することができる。

さらに、ノズルセットを構成する各ノズル開口を、ノズルセット列設方向に対し斜めに配置することで、各ノズル開口のノズルセット列設方向の配置間隔を規定の間隔（例えば、ドット形成密度の設計値）から変更することなく、同一ノズルセット内のノズル開口同士の間隔を広げることができる。これにより、プレス加工によってノズル開口を形成する際の加工容易性を向上させることができる。

また、同一ノズルセット内のノズル開口同士の間隔を広げることで、噴射された液体同士が近接することによる悪影響を抑制することができ、これにより、各ノズル開口から液体を噴射したときの液体の飛翔曲がりを低減することができる。
さらに、同一ノズルセット内のノズル開口から液体を噴射させると、２つのドットがノズルセット列設方向に対して斜めに並んで記録紙等の噴射対象物上に形成される。このようにドットが斜めに並んで形成されることにより、ノズルセット列設方向とこれに直交する方向で偏り無く所定の領域をドットで被覆することができる。

また、ノズルセットを構成する各ノズル開口を、ノズルセット列設方向に対し４５°の角度で配置することで、最小限のスペース内でノズル開口の間隔を最も広げることができる。

また、この構成において、一方のノズルセットと他方のノズルセットのずれ量が、ノズルセットの配置間隔Ｐの１／２とすることが望ましい。
なお、「ノズルセットの配置間隔」とは、当該ノズルセットの中心からその隣のノズルセットの中心までの距離を意味する。

また、上記構成において、ノズルセットを構成する各ノズル開口を、Ｐ／ｎ（ｎ：自然数）の間隔で配置することが望ましい。
そして、この構成においてｎ＝４とすることが望ましい。

さらに、圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせるための圧力発生手段を有し、
前記圧力発生手段は、電気機械変換素子又は電気熱変換素子によって構成することが望ましい。

また、本発明の液体噴射装置は、上記何れかの構成の液体噴射ヘッド備えることを特徴とする。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、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、本発明の液体噴射装置として、図１に示すインクジェット式プリンタ（以下、プリンタと略記する）を例示する。

プリンタ１は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、インクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、記録ヘッド２が搭載されたキャリッジ４を記録紙６（噴射対象物）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、紙幅方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８等を備えて概略構成されている。ここで、紙幅方向とは、主走査方向（ヘッド走査方向）であり、紙送り方向とは、副走査方向（すなわち、ヘッド走査方向に直交する方向）である。なお、インクカートリッジ３としては、キャリッジ４に装着するタイプでも、或いはプリンタ１の筐体側に装着してインク供給チューブを介して記録ヘッド２に供給するタイプでもよい。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダ１０によって検出され、検出信号が位置情報としてプリンタコントローラ１２（図４参照）に送信される。これにより、プリンタコントローラ１２はこのリニアエンコーダ１０からの位置情報に基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作（噴射動作）等を制御することができる。

また、記録ヘッド２の移動範囲内であってプラテン５よりも外側には、記録ヘッド２の走査起点となるホームポジションが設定してある。このホームポジションには、キャッピング機構１３が設けられている。このキャッピング機構１３は、キャップ部材１４によって記録ヘッド２のノズル面を封止し、ノズル開口１５（図２参照）からのインク溶媒の蒸発を防止する。また、このキャッピング機構１３は、封止状態のノズル面に負圧を与えてノズル開口１５からインクを強制的に吸引排出するクリーニング動作に用いられる。

図２は、上記記録ヘッド２の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド２は、ヘッドケース１６と、このヘッドケース１６内に収納されるアクチュエータユニット１７と、ヘッドケース１６の底面（先端面）に接合される流路ユニット１８等を備えている。上記ヘッドケース１６は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部にはアクチュエータユニット１７を収納するための収納空部１９が形成されている。アクチュエータユニット１７は、櫛歯状に切り分けられた複数の圧電振動子２０（本発明における圧力発生手段に相当し、電気機械変換素子の一種）と、この圧電振動子２０が接合される固定板２１とを備えている。また、アクチュエータユニット１７の各圧電振動子２０には、フレキシブルケーブル２２が接続されており、駆動信号発生回路２４（図４参照）からの駆動信号がこのフレキシブルケーブル２２を通じて供給されるようになっている。

本実施形態における圧電振動子２０は、電界方向に直交する方向に変位する所謂縦振動モードの圧電振動子であり、駆動信号が供給されると圧電体及び電極の積層方向とは直交する方向に変位（伸縮）する。また、各圧電振動子２０は、流路ユニット１８の圧力発生室２６の形成ピッチと同じピッチで切り分けられており、１つの圧力発生室２６（図６参照）に対して１つずつ対応するように構成されている。

図３は、本実施形態における流路ユニット１８の構成を説明する分解斜視図である。この流路ユニット１８は、圧力室形成基板２７の一方の面にノズルプレート２８（ノズル形成部材の一種）を、圧力室形成基板２７の他方の面に振動板２９を、それぞれ接合して一体化することにより作製されており、図２に示すように、リザーバ３０から、インク供給口３１、圧力発生室２６、ノズル連通口３２、及びノズル開口１５に至るまでの一連のインク流路を形成する。

上記ノズルプレート２８は、副走査方向に複数のノズル開口１５を列状に穿設した金属製の薄いプレートである。本実施形態では、このノズルプレート２８をステンレス製の板材によって構成し、ノズル開口１５の列（ノズル群）を複数、本実施形態では２列設けている。１つのノズル群は、例えば３６０個のノズル開口１５を列設することによって構成される。そして、同一ノズル群内における複数のノズル開口１５の組、例えば、副走査方向に隣り合う２つのノズル開口１５の組をノズルセット３３とし、各ノズルセット３３は圧力発生室２６（圧力室形成基板２７の空部３８）にそれぞれ１対１に対応して副走査方向に１８０ｄｐｉで配置されている。したがって、本実施形態においては、１つの圧力発生室２６に対して、１セットのノズルセット３３、すなわち、２つのノズル開口１５の組を配置するように構成されている。

また、本実施形態においては、図６及び図７に示すように、ノズルプレート２８を厚さ方向の途中まで窪ませて、同一ノズルセット３３を構成する各ノズル開口１５に共通な平面視楕円形状の凹状部３４（第２ノズル）をノズルセット毎に形成している。そして、この凹状部３４の底部に各ノズル開口１５をそれぞれ開設している。つまり、凹状部３４は、同一ノズルセットを構成する各ノズル開口を含めるように形成されている。この凹状部３４の底部における板厚は周囲の板厚に比べて薄いので、この凹状部３４の底部にノズル開口１５を開設することにより、その際の塑性加工に用いられる雄型（ポンチ）への負荷が軽減され、雄型の座屈等を防止することができる。また、凹状部３４は、同一ノズルセット３３を構成する各ノズル開口１５に共通となっているため、ノズル開口毎に凹状部を形成する構成と比較して加工が容易であり、また、これを形成するためのポンチの強度を確保することができる。

なお、各ノズル群は、一方のノズル群の各ノズルセット３３と他方のノズル群の各ノズルセット３３とを、ノズルセット列設方向に相対的にずらした状態でノズルプレート２８に配置されている。この点の詳細については後述する。

ノズルプレート２８と振動板２９との間に配置される圧力室形成基板２７は、インク流路となる部分、具体的には、リザーバ３０となる開口部３６、インク供給口３１となる溝部３７、及び、圧力発生室２６となる空部（圧力室空部）３８が区画形成された板状の部材であり、本実施形態においては、結晶性を有する基材であるシリコンウェハーを異方性エッチング処理することによって作製されている。上記の空部３８は、主走査方向に細長い凹状部であり、一端が溝部３７を介して開口部３６と連通すると共に、他端はノズル連通口３２を通じてノズルプレート２８のノズル開口１５に連通するように構成されている。そして、この空部３８は、圧力室形成基板２７において副走査方向に複数列設されている。

上記振動板２９は、例えばステンレス鋼等の金属製の支持板３９の表面にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂フィルムを弾性薄膜部４０としてラミネートした複合板材によって構成されている。この振動板２９には、圧電振動子２０の伸縮駆動に応じて変形して圧力発生室２６内のインク（液体の一種）に圧力変動を生じさせ得るダイヤフラム部４１が形成されている。このダイヤフラム部４１は、圧電振動子２０の先端面が接続される部分を島部４２として残した状態でその周囲の支持板３９をエッチング処理で除去して弾性薄膜部４０のみとすることで構成されている。

また、この振動板２９には、圧力室形成基板２７の開口部３６の一方の開口面を封止し、リザーバ３０の一部を区画するコンプライアンス部４３が形成されている。このコンプライアンス部４３は、リザーバ３０（開口部３６）に対応する領域の支持板３９を、エッチング加工によって除去することにより、弾性薄膜部４０のみとされている。そして、このコンプライアンス部４３は、圧電振動子２０の駆動時のリザーバ３０内のインクの圧力変動を緩和するダンパーとして機能する。

上記流路ユニット構成部材、すなわち、振動板２９、圧力室形成基板２７、及びノズルプレート２８には、位置決めピン（図示せず）に挿通可能な基準穴４４（４４ａ，４４ｂ，４４ｃ）が各部材の板厚方向を貫通してそれぞれ開設されている。そして、各流路ユニット構成部材は、各々の基準穴４４に位置決めピンを挿通することで相対的な位置が合わされた上で接着剤等によって接合され、ノズルプレート２８を下側にした姿勢でヘッドケース１６に固定される。

図４はプリンタの電気的な構成を示すブロック図である。本実施形態におけるプリンタ１は、プリンタコントローラ１２とプリントエンジン４５とで概略構成されている。プリンタコントローラ１２は、ホストコンピュータ等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）４６と、各種データ等を一時的に記憶するワークメモリとして利用されるＲＡＭ４７と、各種データ処理のための制御プログラムやフォントデータ及びグラフィック関数等を記憶したＲＯＭ４８と、各部の制御を行う制御部４９と、クロック信号を発生する発振回路５０と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号を発生する発駆動信号発生回路２４と、印刷データをドット毎に展開することで得られた噴射データや駆動信号等を記録ヘッド２に出力するための内部インタフェース（内部Ｉ／Ｆ）５２とを備えている。

制御部４９は、ＲＯＭ４８に記憶されている制御プログラムに基づいて、各部の統合的な制御を行うほか、外部装置から外部Ｉ／Ｆ４６を通じて受信した印刷データを、記録ヘッド２で用いられる噴射データ（ドットパターンデータ）に変換する。そして、記録ヘッド２の１回の主走査で記録可能な１行分の噴射データが得られたならば、制御部４９は、出力バッファに格納されている１行分の噴射データを内部Ｉ／Ｆ５２を通じて記録ヘッド２に出力する。

上記プリントエンジン４５は、記録ヘッド２、キャリッジ移動機構７、紙送り機構８、及び、リニアエンコーダ１０を備えている。キャリッジ移動機構７は、記録ヘッド２が取り付けられたキャリッジ４と、このキャリッジ４をタイミングベルト等を介して走行させる駆動モータ等からなり、記録ヘッド２を主走査方向に移動させる。紙送り機構８は、紙送りモータ及び紙送りローラ等からなり、記録紙６を順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダ１０は、キャリッジ４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パルスを、主走査方向における位置情報として内部Ｉ／Ｆ５２を通じて制御部４９に出力する。

上記の駆動信号発生回路２４は、複数の噴射パルス（噴射波形）を含んだ一連の駆動信号を発生する。この噴射パルスは、圧電振動子２０を伸縮駆動してノズル開口１５からインク滴を噴射させ得るパルスであり、図５に例示した駆動信号ＣＯＭは、一記録周期Ｔ内に２つの噴射パルス（第１噴射パルスＰ１，第２噴射パルスＰ２）を含んでいる。そして、駆動信号発生回路２４は、この駆動信号ＣＯＭを記録周期Ｔ毎に繰り返し発生する。これらの噴射パルスＰ１，Ｐ２は、何れも同じ波形の信号によって構成されており、中間電位ＶＭから最高電位ＶＨまでインク滴を噴射させない程度の一定勾配で電位を上昇させる膨張要素ｐ１と、最高電位ＶＨを所定時間保持する膨張ホールド要素ｐ２と、最高電位ＶＨから最低電位ＶＬまで急勾配で電位を下降させる噴射要素ｐ３と、最低電位ＶＬを所定時間保持する収縮ホールド要素ｐ４と、最低電位ＶＬから中間電位ＶＭまで電位を復帰させる制振要素ｐ５とを含んで構成されている。

これらの噴射パルスＰ１，Ｐ２を圧電振動子２０に供給すると、各噴射パルスＰ１，Ｐ２が供給される毎に規定量のインク滴が、１つのノズルセット３３を構成する２つのノズル開口１５から同時に噴射される。本実施形態においては、１つのノズル開口１５から噴射されるインク滴の量は５ｐｌに設定されている。即ち、１つの噴射パルスを圧電振動子２０に印加することにより、対応する圧力発生室２６の各ノズル開口１５から５ｐｌずつ合計１０ｐｌのインク滴が一度に噴射される。

そして、プリンタ１では、記録紙などの記録媒体上に単位画素を形成する場合に、第１噴射パルスＰ１及び第２噴射パルスＰ２を用いて連続的にインク滴を噴射することで、記録紙６に対して主走査方向に複数のインク滴を着弾させるように構成されている。なお、本実施形態において、単位画素の設計上の解像度（基本解像度或いはドット形成密度の設計値）は、縦（副走査方向）×横（主走査方向）＝３６０ｄｐｉ×３６０ｄｐｉ（＝７０μｍ×７０μｍ）に設定されている。つまり、この寸法に設定された領域にインク滴を着弾させてドットを形成し、このドットで当該領域を埋めることにより単位画素を形成する。

次に、上記のプリンタ１における記録ヘッド２の実施形態について説明する。図６は、圧力室形成基板２７の要部平面図、図７は、流路ユニット１８のＹ−Ｙ線断面図、図８は、各ノズル群の配置関係を説明する図である。図６に示すように、本実施形態では、隣り合う２つのノズル開口１５によって１つのノズルセット３３が構成され、このノズルセット３３を構成する各ノズル開口１５は、副走査方向に沿って配列されている。同一ノズル群における各ノズルセット３３は、図８に示すように、例えば１８０ｄｐｉに対応する規定ピッチＰで副走査方向に配設され、ノズルセット３３を構成する各ノズル開口１５は、規定ピッチＰよりも小さいＰ／ｎ（ｎ：自然数）のピッチで配列されている。本実施形態において、各ノズル開口１５は、例えば７２０ｄｐｉ、即ち、Ｐ／４のピッチで副走査方向（ノズルセット列設方向）に並べて配列されている。また、隣り合うノズル群における一方のノズル群Ａの各ノズルセット３３と他方のノズル群Ｂの各ノズルセット３３とを、ノズルセット列設方向（本実施形態の場合、副走査方向）に相対的にずらした状態で配置している。より具体的には、一方のノズル群Ａと他方のノズル群Ｂのずれ量が、例えば３６０ｄｐｉとなるように、即ち、同一ノズル群におけるノズルセット３３の配置間隔Ｐの１／２となるように、ノズルプレート２８に各ノズル群が千鳥状に配置されている。したがって、各ノズルセット３３の各ノズル開口１５は、副走査方向で見て７２０ｄｐｉ（Ｐ／４）で配列されている。

このように構成することにより、製造上の都合により圧力発生室２６や圧電振動子２０の副走査方向の幅を小さく作成できない場合、すなわち、一つのノズル群においてノズルセット３３を副走査方向（ノズルセット列設方向）に小さなピッチ（高密度）で等間隔で配置できない場合においても、一方のノズル群Ａと他方のノズル群Ｂとで主走査における噴射タイミングを異ならせるだけで走査回数（パス）を増加させることなく、副走査方向に一定の間隔（本実施形態の場合７２０ｄｐｉ）で一直線上にドットを並べることができる。その結果、記録速度の向上に寄与することが可能となる。

図７に示すように、振動板２９の島部４２とアクチュエータユニット１７の圧電振動子２０と圧力発生室２６とは、ノズルセット３３に対して１対１に設けられている。ノズルセット３３を構成する隣り合うノズル開口１５同士は、１つの圧力発生室２６に対して１セットずつ配置されている。このノズルセット３３に対応した各圧力発生室２６同士は、図７に示すように、区画壁５４によって区画されている。この様に、各圧力発生室２６に対応して複数のノズル開口１５の組となるノズルセット３３を配置することで、従来の様に、１つのノズル開口１５に対して１つずつ圧力発生室２６を設ける必要が無くなる。すなわち、同じ個数のノズル開口１５で構成したノズル群においては、圧力発生室とノズル開口を１対１に対応させる従来の構成と比較して、これらのノズル開口１５に対応した圧力発生室２６の数を減らすこと（半減）ができる。若しくは、ノズル群に関し、圧電振動子２０や圧力発生室２６の個数を増やすことなく、ノズル開口１５の個数を増やすこと（倍増）ができる。本実施形態においては、１つのノズル群が３６０個のノズル開口１５で構成されているのに対し、これらのノズル開口１５に対応した圧力発生室２６は、その半分の１８０個で構成される。これにより、各圧力発生室２６同士を区画する区画壁５４を、圧力発生室２６をノズル開口１５と同じ数だけ設ける従来構成に比較して、厚くすることができる。この結果、区画壁５４の剛性を従来構成の場合よりも高めることができ、隣り合う各圧力発生室２６の噴射動作によって発生する圧力波の影響を防止することができる。このことから、クロストークを防止でき、噴射特性を安定させることができる。

そして、上記構成の記録ヘッド２では、図５に示すように、フレキシブルケーブル２２を通じて圧電振動子２０に噴射パルスが供給されると、まず、膨張要素ｐ１によって圧電振動子２０が素子長手方向に収縮して島部４２が圧力発生室２６から離隔する方向に変位し、これにより駆動対象の圧力発生室２６が、中間電位ＶＭに対応する基準容積から最高電位ＶＨに対応する膨張容積まで膨張する。この圧力発生室２６の膨張により、各圧力発生室２６内にはリザーバ３０側からインク供給口３１を通じてインクが供給される。そして、この圧力発生室２６の膨張状態は、膨張ホールド要素ｐ２の供給期間中に亘って維持される。

その後、噴射要素ｐ３が供給されて圧電振動子２０が伸長して島部４２が圧力発生室２６に近接する方向に変位する。これにより、圧力発生室２６は、膨張容積から最低電位ＶＬに対応する収縮容積まで急激に収縮される。圧力発生室２６の収縮により、内部のインクが加圧され、駆動対象の圧力発生室２６に対応するノズルセット３３の各ノズル開口１５から同時にインク滴が噴射される。圧力発生室２６の収縮状態は、収縮ホールド要素ｐ４の供給期間に亘って維持され、この間に、インク滴の噴射によって減少した圧力発生室２６の内圧は、その固有振動によって再び上昇する。この上昇タイミングにあわせて制振要素ｐ５が供給される。この制振要素ｐ５の供給により、圧力発生室２６が基準容積まで膨張復帰し、圧力発生室２６内のインクの圧力変動が吸収される。

ところで、上述したように、本実施形態における単位画素は、３６０ｄｐｉ×３６０ｄｐｉに設定されている。したがって、記録紙上に単位画素を形成するには、７０μｍ×７０μｍの正方形の領域全体をドットで埋める必要がある。従来のプリンタでは、記録紙上に単位画素を形成する際、上記の正方形に外接する直径１００μｍ程度のドットを当該領域に形成していた。そして、従来ではこのドットを形成するために約４０ｐｌのインクを消費していた。このように従来では、単位画素を形成するために比較的多量のインクを消費するため、インクに含まれる水分によって記録紙に歪み（凹凸）が生じたり、記録画像が滲んだりする虞があった。また、インクカートリッジ内のインクの消費が早いため、頻繁にインクカートリッジを交換する必要性が生じ、これにより、ランニングコストの面でユーザに負担を強いることとなり、また、環境保護の観点においても問題があった。

この点に鑑み、本発明に係るプリンタ１では、より少ないインク量で記録紙上にドットを効率良く埋めるように構成している。
ここで、図１０は、インク量とドット径の関係を示すグラフである。同図に示すように、インク量に対するドット径を示すグラフは非線形となることが判っている。そして、直径１００μｍのドットを形成するのに必要なインク量が４０ｐｌであるのに対し、その半分の５０μｍのドットを形成するのに必要なインク量は２０ｐｌではなく、５ｐｌで足りること判った。

本発明に係るプリンタ１ではこのことを利用し、一つの記録周期Ｔにおいて、まず、第１噴射パルスＰ１を圧電振動子２０に印加することで駆動対象の圧力発生室２６に対応するノズルセット３３の各ノズル開口１５からそれぞれ５ｐｌのインク滴を同時に噴射するようにして、図９（ｂ）に示すように、直径５０μｍのドットを副走査方向に７２０ｄｐｉで並んだ状態で記録紙６上に形成し、これらの２つのドットの組み（ドット要素ｄ１）によって単位画素の半分（主走査方向の半分）の領域を埋める。次に、第２噴射パルスＰ２を圧電振動子２０に印加することで、同様に各ノズル開口１５からそれぞれインク滴を噴射して、副走査方向に並ぶ２つのドットの組み（ドット要素ｄ２）によって単位画素の残りの半分の領域を埋める。すなわち、本実施形態における単位画素は、５ｐｌのインク滴からなる合計４つのドットによって構成される。

したがって、この構成では、５ｐｌ×４＝２０ｐｌのインク量で単位画素を形成することができる。つまり、従来の構成よりも約半分のインク量で単位画素を形成することが可能となっている。また、一度の噴射動作で複数のドットを同時に形成することができるので、本実施形態においては、副走査方向のドット形成密度が、見かけ上、本発明を適用しない従来構成と比べて２倍になるので、記録紙６の所定の領域をドットで隙間無く埋める所謂ベタ記録の際には、ヘッドの走査回数（パス）の増加を招くことがない。

次に、本発明の効果を単位画素の濃度の面で検証する。
図１１は、単位画素に対して噴射するインク量と当該単位画素の印字濃度の関係を示す図である。同図において、実線のグラフは本発明に係る構成（圧力発生室に対して複数のノズルを対応させた構成）での実験結果を示し、破線のグラフは従来構成（圧力発生室に対して単一のノズルを対応させた構成）による実験結果を示すグラフである。同図に示すように、従来構成では、単位画素の印字濃度を示すＯＤ（Optical Density）値が噴射インク量の増加に伴ってほぼ一次関数的に増加するのに対し、本発明に係る構成では、噴射インク量の増加に対してＯＤ値が対数関数的に増加することが判る。

即ち、所定の領域をインク（ドット）によって隙間無く被覆するまでのインク噴射量の範囲においては、例えば図１１において矢印Ｘで示すように、同じ量のインクを噴射したときのＯＤ値は、従来構成よりも本発明に係る構成の方が大きい。また、矢印Ｙで示すように、同じＯＤ値を得るためのインクの噴射量に関し、本発明の構成によれば従来構成に比べて少なくて済むことが判る。これは、所定の領域を１滴のインク、即ち、ドットで埋めるよりも、複数のドットで埋めるほうがより広い範囲にインクが広がり、インクによる被覆面積が広くなるためである。したがって、本発明に係る構成によれば、噴射対象物上の所定の領域をインクで効率良く埋めることができ、特に、インクの濃淡によって階調を表現する濃度階調により画像を形成する場合に好適である。

このように、上記の記録ヘッド２を搭載するプリンタ１では、副走査方向に隣り合う複数のノズル開口１５を組とするノズルセット３３に対して圧力発生室２６を１つずつ対応させて設けたので、一度の噴射動作（吐出動作）で駆動対象の圧力発生室２６に対応するノズルセット３３の各ノズル開口１５から同時にインク滴を噴射することができ、各ノズル開口１５から噴射されたインク滴によって、従来よりも少ないインク量で記録紙（噴射対象物）上の所定の領域を効率良くドットで埋めることができる。これにより、インクの消費、つまり、画像等を記録する際の記録紙に着弾するインクの総量を抑えることができ、その結果、インクに含まれる水分による記録紙の歪みや記録画像の滲みを抑制することが可能となる。また、インクの消費を抑えることができるので、ランニングコストの低減や環境保全に寄与することが可能となる。

また、本発明は、圧電振動子２０に関し、形成ピッチを変更する必要が無く、従前の構成のものをそのまま流用することができるので簡便であり、個々の圧電振動子２０のサイズも従前と変わらないので、変位効率が低下することもない。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

図１２は、本発明の第２の実施形態における圧力室形成基板２７の要部平面図である。また、図１３は、本実施形態における各ノズル群の配置関係を説明する図である。
図１２に示すように、本実施形態の構成は、隣り合う２つのノズル開口１５によって１つのノズルセット３３が構成されている点で上記第１の実施形態と同様であるが、ノズルセット３３を構成している各ノズル開口１５の配列が第１の実施形態と異なっている。具体的には、上記第１実施形態では、ノズルセット３３を構成している各ノズル開口１５をノズルセット列設方向（副走査方向）に沿って並べた構成であるのに対し、本実施形態においてはノズルセット３３を構成する各ノズル開口１５を、ノズルセット列設方向（副走査方向）に対して斜めに配置している。そして、各ノズル開口の配置方向が、ノズルセット列設方向に対し４５°の角度を有している。即ち、同一ノズル群における各ノズルセット３３の中心を結ぶ仮想線Ｄ１に対し各ノズル開口１５の中心を結ぶ仮想線Ｄ２の成す角θが４５°となっている。

図１３に示すように、同一ノズル群における各ノズルセット３３は、上記第１の実施形態と同様に規定ピッチＰで副走査方向に配設されている。また、ノズルセット３３を構成する各ノズル開口１５のノズルセット列設方向における配置間隔は、Ｐ／ｎ（ｎ：自然数）となっている。この例では、各ノズル開口１５のノズルセット列設方向における配置間隔は７２０ｄｐｉ、即ち、Ｐ／４となっている。また、隣り合うノズル群における一方のノズル群Ａの各ノズルセット３３と他方のノズル群Ｂの各ノズルセット３３とを、ノズルセット列設方向に相対的にずらした状態で配置している。この例では、一方のノズル群Ａと他方のノズル群Ｂのずれ量が３６０ｄｐｉとなるように、即ち、同一ノズル群におけるノズルセット３３の配置間隔Ｐの１／２となるように、ノズルプレート２８に各ノズル群が千鳥状に配置されている。したがって、両ノズル群の各ノズル開口１５は、副走査方向で見て７２０ｄｐｉ（Ｐ／４）で配列されている。

このように、ノズルセット３３を構成する各ノズル開口１５を、ノズルセット列設方向（副走査方向）に対し斜めに配置することで、各ノズル開口１５のノズルセット列設方向の配置間隔、即ち、副走査方向の記録密度（基本解像度）を変更することなく、同一ノズルセット３３内のノズル開口１５同士の間隔を広げることができる。特に、各ノズル開口の配置方向がノズルセット列設方向に対し４５°に傾くように各ノズルを配置することにより、最小限のスペース内でノズル開口１５同士の間隔を最も広げることができる。これにより、金属製のノズルプレート２８に対しプレス加工によってノズル開口１５を形成する際の加工容易性を向上させることができる。即ち、ノズル開口１５同士が近接している構成では、プレス加工時のノズルプレート基材の流動（肉寄り）による影響（穴径の変形）等が生じる虞があるが、ノズル開口１５同士の間隔を可及的に広げることでこのような影響を低減することが可能となる。

また、同一ノズルセット３３内のノズル開口１５同士の間隔を広げることで、各ノズル開口１５からインクを噴射したときのインクの飛翔曲がりを抑制することができる。この点に関し、同一ノズルセット３３内のノズル開口１５から同時にインクを噴射したときに、それぞれのインクが互いに反発して飛翔方向が曲がってしまう現象が確認されている。これは、インク同士の間の空気抵抗と周囲の空気抵抗との差異によって抵抗の小さい方にインクが飛翔する等の種々の要因が考えられる。この様な現象に対しても、ノズル開口１５同士の間隔を可及的に広げることで、インク同士が近接することによる悪影響を抑制することができる。これにより、インクの飛翔曲がりを低減することが可能となる。

さらに、同一ノズルセット３３内のノズル開口１５からインクを噴射させると、図１４に示すように、２つのドットからなるドット要素がノズルセット列設方向（副走査方向）に対して斜め（図１４の例では４５°）に並んで記録紙６上に形成される。このようにドットが斜めに並んで形成されることにより、所定の領域を偏り無くインクで埋めることができる。即ち、ドットがノズルセット列設方向に沿って並ぶ構成では、この方向にインクを埋めていくことは容易であるが、これに直交する方向においては噴射のタイミングやインクの飛翔方向でドットの間隔が変わる虞があるためインクが埋まり難いという問題があった。これに対し、ノズルセット列設方向に対してドットを斜めに並べることにより、ノズルセット列設方向とこれに直交する方向で偏り無く所定の領域をドットで被覆することができる。

また、本実施形態においては、ノズルプレート２８を厚さ方向の途中まで窪ませて、平面視円形状の凹状部３４´（第２ノズル）をノズル開口１５毎に個別に形成している。そして、この凹状部３４´は、ノズル開口１５よりも内径が大きい平面視円形状の窪みであり、その底部の中心部分にノズル開口１５を開設している。つまり、凹状部３４´は、対応するノズル開口１５を含めるように形成されている。このように、凹状部３４´をノズル開口１５毎に個別に設けることで、各ノズル開口１５の周囲の形状を揃えることができ、これにより、各ノズル開口１５から噴射されるインクの飛翔曲がりを低減することができる。なお、本実施形態においても、上記第１の実施形態のように、同一ノズルセットを構成する各ノズル開口１５に共通の凹状部３４を採用することも可能である。

なお、上記の各実施形態では、各ノズル開口１５の開口径が全て同じである構成を例示したが、これには限られず、個々のノズル開口１５の径を異ならせる構成を採用することもできる。例えば、上記ノズル群のうち、一方のノズル群に対応する各ノズル開口１５の開口径に対し、他方のノズル群に対応するノズル開口１５の開口径を大きく設定し、小ドットを形成する際には一方のノズル群に対応するノズル開口１５からインク滴を噴射するようにし、大ドットを形成する際には両ノズル群のノズル開口１５からインク滴を噴射することも可能である。これにより、記録速度の高速化と、記録画像の高画質化を両立することができる。

また、例えば、上記各実施形態では、副走査方向に隣り合う２つのノズル開口１５の組をノズルセット３３とした構成のものを例示したが、これには限られない。例えば、副走査方向に隣り合う３つ以上のノズル開口１５の組をノズルセット３３とする構成を採用することもできる。

また、圧力発生手段としては、上記各実施形態で例示した電気機械変換素子の一種である所謂縦振動型の圧電振動子２０には限られず、同じく電気機械変換素子の一種である撓み振動型の圧電振動子や磁歪素子、電気熱変換素子の一種である発熱素子などを用いることも可能である。

さらに、本発明は、ノズル開口を所定のピッチで記録媒体の最大記録幅に相当する長さに配置してノズル群を形成した長尺な液体噴射ヘッド（ライン型液体噴射ヘッド）を装置本体に対して移動させることなく固定した状態で液体を噴射するように構成した液体噴射装置にも適用することが可能である。

また、以上では、液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録ヘッド２を例に挙げて説明したが、本発明は他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

さらに、本発明は、上記プリンタ以外の液体噴射装置にも適用できる。例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

プリンタの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。 流路ユニットの構成を説明する分解斜視図である。 プリンタの電気的構成を説明するブロック図である。 駆動信号の構成を説明する図である。 流路形成基板の構成を説明する要部平面図である。 図６におけるＹ−Ｙ線断面図である。 各ノズル群の配置関係を説明する図である。 （ａ）は従来において単位画素を形成するためのドットの構成を説明する模式図、（ｂ）は本発明における単位画素を形成するためのドットの構成を説明する模式図である。 インク量とドット径の関係を示すグラフである。 単位画素に対して噴射するインク量と当該単位画素のインクの濃度の関係を示す図である。 第２実施形態における流路形成基板の構成を説明する要部平面図である。 第２実施形態における各ノズル群の配置関係を説明する図である。 第２実施形態におけるドットの構成を説明する模式図である。

符号の説明

１…プリンタ，２…記録ヘッド，６…記録紙，１５…ノズル開口，２０…圧電振動子，２４…駆動信号発生回路，２６…圧力発生室，２８…ノズルプレート，３３…ノズルセット，３４…凹状部，３４´…凹状部

Claims (6)

1. 複数のノズル群を有し、ノズル群を構成する各ノズル開口から液体を噴射するための圧力発生室を備えた液体噴射ヘッドであって、
   ノズル形成部材の厚さに対して厚みを薄くした凹状部を形成し、当該凹状部にノズル開口を形成し、
   同一ノズル群内における複数のノズル開口の組をノズルセットとし、当該ノズルセットを１つの圧力発生室に対応させて配設し、
   各ノズルセットを、ノズルセット列設方向に相対的にずらした状態で配置し、
   前記ノズルセットを構成する各ノズル開口を、ノズルセット列設方向に対し斜めに配置し、当該ノズル開口の配置方向が、ノズルセット列設方向に対し４５°の角度を有し、
   前記凹状部を、ノズル開口毎に個別に形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 一方のノズルセットと他方のノズルセットのずれ量が、ノズルセットの配置間隔Ｐの１／２であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記ノズルセットを構成する各ノズル開口のノズルセット列設方向の配置間隔を、Ｐ／ｎ（ｎ：自然数）としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. ｎ＝４としたことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせるための圧力発生手段を有し、
   前記圧力発生手段は、電気機械変換素子又は電気熱変換素子によって構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。

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