液体吐出方法、液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置
【課題】高粘度液体について、量の異なる複数種類の液体滴を安定的に吐出させる。
【解決手段】この液体吐出方法に用いる液体吐出ヘッドは、ノズルと、液体をノズルから吐出させるために液体に圧力変化を与える圧力室と、圧力室に液体を供給する供給部とを有し、液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とをノズルから吐出させる。そして、液体の粘度は、８ミリパスカル秒以上であって２０ミリパスカル秒以下の範囲内である。ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内である。ノズルの流路長さは、供給部の流路長さの０．２倍未満である。
【解決手段】この液体吐出方法に用いる液体吐出ヘッドは、ノズルと、液体をノズルから吐出させるために液体に圧力変化を与える圧力室と、圧力室に液体を供給する供給部とを有し、液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とをノズルから吐出させる。そして、液体の粘度は、８ミリパスカル秒以上であって２０ミリパスカル秒以下の範囲内である。ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内である。ノズルの流路長さは、供給部の流路長さの０．２倍未満である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出方法、液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタ等の液体吐出装置には、液体が吐出されるノズルと、ノズルから液体を吐出させるべく、液体に圧力変化を与える圧力室と、リザーバに貯留された液体を圧力室に供給するための供給部とを有する液体吐出ヘッドを有するものがある。この液体吐出ヘッドでは、粘度が水の粘度に近い液体を対象にして、ヘッド内の液体流路における大きさが定められている。
【特許文献１】特開２００５−３４９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、インクジェット技術を利用して、一般的なインクよりも粘度の高い液体を吐出する試みがなされている。そして、従来の形状のヘッドでこのような粘度の高い液体を吐出させると、液体の吐出が不安定になるという問題が生じることが判った。例えば、液体の飛行曲がりが生じたり、吐出量の不足が生じたりする場合があることが判った。
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、一般的なインクよりも粘度の高い液体について、量の異なる複数種類の液体滴を安定的に吐出させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するための主たる発明は、
液体吐出方法であって、
液体吐出ヘッドから液体を吐出させることを有し、
前記液体の粘度は、
８ミリパスカル秒以上であって２０ミリパスカル秒以下の範囲内であり、
前記液体吐出ヘッドは、
前記液体が吐出されるノズルと、
前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、
前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、
前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させるものであり、
前記ノズルの直径は、
１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、
前記ノズルの流路長さは、
前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出方法である。
【０００５】
本発明の他の特徴は、本明細書、及び添付図面の記載により、明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書の記載、及び添付図面の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。
【０００７】
すなわち、液体吐出方法であって、液体吐出ヘッドから液体を吐出させることを有し、前記液体の粘度は、８ミリパスカル秒以上であって２０ミリパスカル秒以下の範囲内であり、前記液体吐出ヘッドは、前記液体が吐出されるノズルと、前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させるものであり、前記ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、前記ノズルの流路長さは、前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出方法を実現できることが明らかにされる。
このような液体吐出方法によれば、ノズル開口の直径が、異なる量のインク滴の打ち分けに適した大きさに定められる。加えて、ノズルの流路長さと供給部の流路長さとが、圧力室内の液体の圧力変化を吐出のために効率よく使用できる比率に定められる。その結果、高粘度の液体について、量の異なる複数種類の液体滴を安定的に吐出させることができる。
【０００８】
かかる液体吐出方法であって、前記ノズルの流路長さは、３０μｍ以上であることが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、ノズルとして必要な剛性を得ることができる。
【０００９】
かかる液体吐出方法であって、前記供給部の流路長さは、１５３μｍ以上であって４２０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、量の多い方の液体滴について１０ｎｇ以上の吐出量を確保できる。
【００１０】
かかる液体吐出方法であって、前記供給部の流路抵抗は、前記ノズルの流路抵抗の０．２倍よりも大きいことが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、液体滴をより安定的に吐出できる。
【００１１】
かかる液体吐出方法であって、前記ノズルのイナータンスは、前記供給部のイナータンスよりも小さいことが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、液体に与えた圧力変化に基づいて液体を効率よく吐出することができる。
【００１２】
かかる液体吐出方法であって、前記圧力室は、前記圧力室の一部を区画し、変形によって前記液体に圧力変化を与える区画部を有することが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、圧力室内の液体に効率よく圧力変化を与えることができる。
【００１３】
かかる液体吐出方法であって、前記液体吐出ヘッドは、印加された吐出パルスにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、前記区画部を変形させる素子を有することが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、圧力室内の液体の圧力を精度良く制御できる。
【００１４】
また、次の液体吐出ヘッドを実現できることも明らかにされる。
すなわち、液体が吐出されるノズルと、前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、前記ノズルの流路長さは、前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出ヘッドを実現できることも明らかにされる。
【００１５】
また、次の液体吐出装置を実現できることも明らかにされる。
すなわち、吐出パルスを生成する吐出パルス生成部と、ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記液体を前記ノズルから吐出させるために、区画部を変形させることで前記液体に圧力変化を与える圧力室であって、前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させる圧力室と、印加された前記吐出パルスにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、前記区画部を変形させる素子と、前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、前記ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、前記ノズルの流路長さは、前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出ヘッドとを有する液体吐出装置を実現できることも明らかにされる。
【００１６】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜印刷システムについて＞
図１に例示した印刷システムは、プリンタ１と、コンピュータＣＰとを有する。プリンタ１は液体吐出装置に相当し、用紙、布、フィルム等の媒体に向けて、液体の一種であるインクを吐出する。媒体は、液体が吐出される対象となる対象物である。コンピュータＣＰは、プリンタ１と通信可能に接続されている。プリンタ１に画像を印刷させるため、コンピュータＣＰは、その画像に応じた印刷データをプリンタ１に送信する。
【００１７】
＝＝＝プリンタ１の概要＝＝＝
プリンタ１は、用紙搬送機構１０、キャリッジ移動機構２０、駆動信号生成回路３０、ヘッドユニット４０、検出器群５０、及び、プリンタ側コントローラ６０を有する。
【００１８】
用紙搬送機構１０は、用紙を搬送方向に搬送させる。キャリッジ移動機構２０は、ヘッドユニット４０が取り付けられたキャリッジを所定の移動方向（例えば紙幅方向）に移動させる。駆動信号生成回路３０は、駆動信号ＣＯＭを生成する。この駆動信号ＣＯＭは、用紙への印刷時にヘッドＨＤ（ピエゾ素子４３３，図２Ａを参照）へ印加されるものであり、図４に一例を示すように、吐出パルスＰＳを含む一連の信号である。ここで、吐出パルスＰＳとは、ヘッドＨＤから滴状のインクを吐出させるために、ピエゾ素子４３３に所定の動作を行わせるものである。この吐出パルスＰＳに関し、電位の変化パターンを異ならせることで、ヘッドＨＤ（ノズル４２７）から吐出されるインク滴の量を調整することができる。駆動信号ＣＯＭが吐出パルスＰＳを含むことから、駆動信号生成回路３０は、吐出パルス生成部に相当する。なお、駆動信号生成回路３０の構成や吐出パルスＰＳについては、後で説明する。ヘッドユニット４０は、ヘッドＨＤとヘッド制御部ＨＣとを有する。ヘッドＨＤは、インクを用紙に向けて吐出させる。ヘッド制御部ＨＣは、プリンタ側コントローラ６０からのヘッド制御信号に基づき、ヘッドＨＤを制御する。なお、ヘッドＨＤについては後で説明する。検出器群５０は、プリンタ１の状況を監視する複数の検出器によって構成される。これらの検出器による検出結果は、プリンタ側コントローラ６０に出力される。プリンタ側コントローラ６０は、プリンタ１における全体的な制御を行う。このプリンタ側コントローラ６０についても後で説明する。
【００１９】
＝＝＝プリンタ１の要部＝＝＝
＜ヘッドＨＤについて＞
図２Ａに示すように、ヘッドＨＤは、ケース４１と、流路ユニット４２と、ピエゾ素子ユニット４３とを有する。ケース４１は、ピエゾ素子ユニット４３を収容して固定するための収容空部４１１が内部に設けられた部材である。このケース４１は、例えば樹脂材によって作製される。そして、ケース４１の先端面には、流路ユニット４２が接合されている。
【００２０】
流路ユニット４２は、流路形成基板４２１と、ノズルプレート４２２と、振動板４２３とを有する。そして、流路形成基板４２１における一方の表面にはノズルプレート４２２が接合され、他方の表面には振動板４２３が接合されている。流路形成基板４２１には、圧力室４２４となる溝部、インク供給路４２５となる溝部、及び、共通インク室４２６となる開口部などが形成されている。この流路形成基板４２１は、例えばシリコン基板によって作製されている。圧力室４２４は、ノズル４２７の並び方向に対して直交する方向に細長い室として形成されている。インク供給路４２５は、圧力室４２４と共通インク室４２６との間を連通する。このインク供給路４２５は、共通インク室４２６に貯留されたインク（液体の一種）を圧力室４２４に供給する。従って、インク供給路４２５は、液体を圧力室４２４に供給するための供給部の一種である。共通インク室４２６は、インクカートリッジ（図示せず）から供給されたインクを一旦貯留する部分であり、共通の液体貯留室に相当する。
【００２１】
ノズルプレート４２２には、複数のノズル４２７が、所定の並び方向に所定の間隔で設けられている。インクは、これらのノズル４２７を通じてヘッドＨＤの外に吐出される。このノズルプレート４２２は、例えばステンレス板やシリコン基板によって作製されている。
【００２２】
振動板４２３は、例えばステンレス製の支持板４２８に樹脂製の弾性体膜４２９を積層した二重構造を採っている。振動板４２３における各圧力室４２４に対応する部分は、支持板４２８が環状にエッチング加工されている。そして、環内には島部４２８ａが形成されている。この島部４２８ａと島部周辺の弾性体膜４２９ａとがダイヤフラム部４２３ａを構成する。このダイヤフラム部４２３ａは、ピエゾ素子ユニット４３が有するピエゾ素子４３３によって変形し、圧力室４２４の容積を可変する。すなわち、ダイヤフラム部４２３ａは、圧力室４２４の一部を区画し、変形によって圧力室４２４内のインク（液体）に圧力変化を与える区画部に相当する。
【００２３】
ピエゾ素子ユニット４３は、ピエゾ素子群４３１と、固定板４３２とを有する。ピエゾ素子群４３１は櫛歯状をしている。そして、櫛歯の１つ１つがピエゾ素子４３３である。各ピエゾ素子４３３の先端面は、対応する島部４２８ａに接着される。固定板４３２は、ピエゾ素子群４３１を支持するとともに、ケース４１に対する取り付け部となる。この固定板４３２は、例えばステンレス板によって構成されており、収容空部４１１の内壁に接着される。
【００２４】
ピエゾ素子４３３は、電気機械変換素子の一種であり、圧力室４２４内の液体に圧力変化を与えるための動作（変形動作）をする素子に相当する。図２Ａに示すピエゾ素子４３３は、隣り合う電極同士の間に電位差を与えることにより、積層方向と直交する素子長手方向に伸縮する。即ち、上記の電極は、所定電位の共通電極４３４と、駆動信号ＣＯＭ（吐出パルスＰＳ）に応じた電位になる駆動電極４３５とを有する。そして、両電極４３４，４３５に挟まれた圧電体４３６は、共通電極４３４と駆動電極４３５との電位差に応じた度合いで変形する。ピエゾ素子４３３は、圧電体４３６の変形に伴って素子の長手方向に伸縮する。本実施形態において、共通電極４３４は、グランド電位、若しくは、グランド電位よりも所定電位だけ高いバイアス電位に定められる。そして、ピエゾ素子４３３は、駆動電極４３５の電位が共通電極４３４の電位よりも高くなるほど収縮する。反対に、駆動電極４３５の電位が共通電極４３４の電位に近付くほど、或いは、共通電極４３４の電位よりも低くなるほど伸張する。
【００２５】
前述したように、ピエゾ素子ユニット４３は、固定板４３２を介してケース４１に取り付けられている。このため、ピエゾ素子４３３が収縮すると、ダイヤフラム部４２３ａは、圧力室４２４から遠ざかる方向に引っ張られる。これにより、圧力室４２４が膨張される。反対に、ピエゾ素子４３３が伸長すると、ダイヤフラム部４２３ａが圧力室４２４側に押される。これにより、圧力室４２４が収縮する。圧力室４２４内のインクには、圧力室４２４の膨張や収縮に起因して圧力変化が生じる。すなわち、圧力室４２４の収縮に伴って圧力室４２４内のインクは加圧され、圧力室４２４の膨張に伴って圧力室４２４内のインクは減圧される。ピエゾ素子４３３の伸縮状態は駆動電極４３５の電位に応じて定まるので、圧力室４２４の容積も駆動電極４３５の電位に応じて定まる。従って、ピエゾ素子４３３は、印加された吐出パルスＰＳにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、ダイヤフラム部４２３ａ（区画部）を変形させる素子といえる。そして、圧力室４２４内のインクに対する加圧度合いや減圧度合いは、駆動電極４３５における単位時間あたりの電位変化量等によって定めることができる。
【００２６】
＜インク流路について＞
ヘッドＨＤには、共通インク室４２６からノズル４２７に至る一連のインク流路（液体で満たされる液体流路に相当する）が、ノズル４２７の数に応じた複数設けられている。このインク流路では、太い流路の圧力室４２４に対して、細い流路のノズル４２７及びインク供給路４２５がそれぞれ連通している。このため、インクの流れなどの特性を解析する場合、ヘルムホルツの共鳴器の考え方が適用される。
【００２７】
図２Ｂは、この考え方に基づくインク流路の構造を模式的に説明する図である。このインク流路は、実際とは異なる形状で示されている。この考え方の下で圧力室４２４は、幅Ｗ４２４、高さＨ４２４、長さＬ４２４で示される直方体状をしている。すなわち、矩形状断面Ｓｃａｖで一定の流路をしている。同様に、インク供給路４２５も、幅Ｗ４２５、高さＨ４２５、長さＬ４２５で示される直方体状をしている。すなわち、矩形状断面Ｓｓｕｐで一定の流路をしている。一方、ノズル４２７は、直径φ４２７、長さＬ４２７で示される円柱状をしている。すなわち、円形状断面Ｓｎｚｌで一定の流路をしている。なお、インク供給路４２５に関し、幅Ｗ４２５や高さＨ４２５は、圧力室４２４の幅Ｗ４２４や高さＨ４２４以下に定められる。また、インク供給路４２５の幅Ｗ４２５や高さＨ４２５の一方を、圧力室４２４の幅Ｗ４２４や高さＨ４２４の一方に揃えた場合、インク供給路４２５の幅Ｗ４２５や高さＨ４２５の他方は、圧力室４２４の幅Ｗ４２４や高さＨ４２４の他方よりも小さいサイズに定められる。
【００２８】
このようなインク流路では、圧力室４２４内のインクに圧力変化を与えることで、ノズル４２７からインクを吐出させる。このとき、圧力室４２４、インク供給路４２５、及び、ノズル４２７は、ヘルムホルツの共鳴器のように機能する。このため、圧力室４２４内のインクに圧力が加わると、この圧力の大きさはヘルムホルツ周期と呼ばれる固有の周期で変化する。すなわち、インクには圧力振動が生じる。
【００２９】
ここで、ヘルムホルツ周期（インクの固有振動周期）Ｔｃは、一般的には次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝１／ｆ
ｆ＝１／２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕・・・（１）
式（１）において、Ｍｎはノズル４２７のイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量、後述する。）、Ｍｓはインク供給路４２５のイナータンス、Ｃｃは圧力室４２４のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）、Ｃｉはインクのコンプライアンス（Ｃｉ＝体積Ｖ／〔密度ρ×音速ｃ2〕）である。
この圧力振動の振幅は、インク流路をインクが流れることで次第に小さくなる。例えば、ノズル４２７やインク供給路４２５における損失、及び、圧力室４２４を区画する壁部等における損失により、圧力振動は減衰する。
【００３０】
一般的なヘッドＨＤにおいて、圧力室４２４におけるヘルムホルツ周期は５μｓから１０μｓの範囲内に定められる。なお、ヘルムホルツ周期は、隣り合う圧力室４２４同士を区画する壁部の厚さ、弾性体膜４２９の厚さやコンプライアンス、流路形成基板４２１やノズルプレート４２２の素材によっても変化する。
【００３１】
＜プリンタ側コントローラ６０について＞
プリンタ側コントローラ６０は、プリンタ１における全体的な制御を行う。例えば、コンピュータＣＰから受け取った印刷データや各検出器からの検出結果に基づいて制御対象部を制御し、用紙に画像を印刷させる。図１に示すように、プリンタ側コントローラ６０は、インタフェース部６１と、ＣＰＵ６２と、メモリ６３とを有する。インタフェース部６１は、コンピュータＣＰとの間でデータの受け渡しを行う。ＣＰＵ６２は、プリンタ１の全体的な制御を行う。メモリ６３は、コンピュータプログラムを格納する領域や作業領域等を確保する。ＣＰＵ６２は、メモリ６３に記憶されているコンピュータプログラムに従い、各制御対象部を制御する。例えば、ＣＰＵ６２は、用紙搬送機構１０やキャリッジ移動機構２０を制御する。また、ＣＰＵ６２は、ヘッドＨＤの動作を制御するためのヘッド制御信号をヘッド制御部ＨＣに送信したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号生成回路３０に送信したりする。
ここで、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号はＤＡＣデータとも呼ばれ、例えば複数ビットのデジタルデータである。このＤＡＣデータは、生成される駆動信号ＣＯＭの電位の変化パターンを定める。従って、このＤＡＣデータは、駆動信号ＣＯＭや吐出パルスＰＳの電位を示すデータともいえる。このＤＡＣデータは、メモリ６３の所定領域に記憶されており、駆動信号ＣＯＭの生成時に読み出されて駆動信号生成回路３０へ出力される。
【００３２】
＜駆動信号生成回路３０について＞
駆動信号生成回路３０は、吐出パルス生成部として機能し、ＤＡＣデータに基づき、吐出パルスＰＳを有する駆動信号ＣＯＭを生成する。図３に示すように、駆動信号生成回路３０は、ＤＡＣ回路３１と、電圧増幅回路３２と、電流増幅回路３３とを有する。ＤＡＣ回路３１は、デジタルのＤＡＣデータをアナログ信号に変換する。電圧増幅回路３２は、ＤＡＣ回路３１で変換されたアナログ信号の電圧を、ピエゾ素子４３３を駆動できるレベルまで増幅する。このプリンタ１では、ＤＡＣ回路３１から出力されるアナログ信号は最大３．３Ｖであるのに対し、電圧増幅回路３２から出力される増幅後のアナログ信号（便宜上、波形信号ともいう。）は最大４２Ｖである。電流増幅回路３３は、電圧増幅回路３２からの波形信号について電流の増幅をし、駆動信号ＣＯＭとして出力する。この電流増幅回路３３は、例えば、プッシュプル接続されたトランジスタ対によって構成される。
【００３３】
＜ヘッド制御部ＨＣについて＞
ヘッド制御部ＨＣは、駆動信号生成回路３０で生成された駆動信号ＣＯＭの必要部分をヘッド制御信号に基づいて選択し、ピエゾ素子４３３へ印加する。このため、図３に示すように、ヘッド制御部ＨＣは、駆動信号ＣＯＭの供給線の途中に、ピエゾ素子４３３毎に設けられた複数のスイッチ４４を有する。そして、ヘッド制御部ＨＣは、ヘッド制御信号からスイッチ制御信号を生成する。このスイッチ制御信号によって各スイッチ４４を制御することで、駆動信号ＣＯＭの必要部分（例えば吐出パルスＰＳ）がピエゾ素子４３３へ印加される。このとき、必要部分の選択の仕方次第で、ノズル４２７からのインクの吐出を制御できる。
【００３４】
＜駆動信号ＣＯＭについて＞
次に、駆動信号生成回路３０によって生成される駆動信号ＣＯＭについて説明する。図４に例示した駆動信号ＣＯＭには、繰り返し生成される複数の吐出パルスＰＳが含まれている。これらの吐出パルスＰＳは、いずれも同じ波形をしている。すなわち、電位の変化パターンが同じである。前述したように、この駆動信号ＣＯＭは、ピエゾ素子４３３が有する駆動電極４３５に印加される。これにより、固定電位とされた共通電極４３４との間に、電位の変化パターンに応じた電位差が生じる。その結果、ピエゾ素子４３３は、電位の変化パターンに応じて伸縮し、圧力室４２４の容積を変化させる。この圧力室４２４における容積の変化によって圧力室４２４内のインクには、圧力変化が生じる。そして、この圧力変化に基づき、ノズル４２７からインク滴が吐出される。
単位時間あたりの吐出回数（吐出周波数）は、相前後して生成される吐出部分の間隔によって定められる。例えば、図４の例において、実線の駆動信号ＣＯＭではインク滴が期間Ｔａ毎に吐出され、一点鎖線の駆動信号ＣＯＭではインク滴が期間Ｔｂ毎に吐出される。このため、実線の駆動信号ＣＯＭによる吐出周波数は、一点鎖線の駆動信号ＣＯＭによる吐出周波数よりも高いといえる。
【００３５】
＜吐出パルスＰＳについて＞
前述したように、吐出パルスＰＳはピエゾ素子４３３の動作を定めている。言い換えれば、ピエゾ素子４３３の変形度合いを時間毎に定めている。このため、吐出パルスＰＳにおける電位の変化パターンを異ならせることで、圧力室４２４内のインクに対する圧力変化のパターンを変えることができる。そして、インク滴の吐出は、インクの圧力変化を利用して行われている。このため、吐出パルスＰＳにおける電位の変化パターン（波形ともいう）を適宜定めることで、吐出されるインク滴の量を異ならせることができる。
例えば、図５Ａに示す波形の吐出パルスＰＳ１では、大ドットの形成に適した量のインク滴を吐出させることができ、図５Ｂに示す波形の吐出パルスＰＳ２では、小ドットの形成に適した量のインク滴を吐出させることができる。そして、小ドットの形成に適した量は、大ドットの形成に適した量よりも少ない。従って、これらの吐出パルスＰＳ１，ＰＳ２を選択的にピエゾ素子４３３へ印加することで、異なる量のインク滴をノズル４２７から吐出させることができる。
【００３６】
＝＝＝吐出動作について＝＝＝
＜概要＞
この種のプリンタ１では、インクの吐出を安定化させたいという要望がある。例えば、低い周波数でインク滴を吐出させた場合と、高い周波数でインク滴を吐出させた場合とで、インク滴の量や飛行方向、或いは、飛行速度等を同じにしたいという要望がある。しかし、一般的なインクの粘度（約１ミリパスカル秒）よりも十分に高い粘度のインク、具体的には粘度が８〜２０ミリパスカル秒のインク（便宜上、高粘度インクともいう。）を、従来のヘッドＨＤで吐出させた場合には、インクの吐出が不安定になってしまうという問題があった。図６Ａは、高粘度インクが安定な状態で吐出されている様子を示している。これに対し、図６Ｂは、高粘度インクが不安定な状態で吐出されている様子を示している。これらの図を比較すると、不安定な状態では、飛行速度が不足しているインク滴や吐出曲がりが生じているインク滴があることが判る。このような吐出の安定性は、異なる量のインク滴を吐出させる場合であっても同様に求められる。
【００３７】
このような事情に鑑み、本実施形態のヘッドＨＤでは、量の異なる複数種類のインク滴を吐出させるべく、ノズル４２７の直径φ４２７を定めている。加えて、圧力室４２４内のインクに与えた圧力変化をインク滴の吐出のために効率よく使用すべく、ノズル４２７の長さＬ４２７（流路長さ）をインク供給路４２５の長さＬ４２５（流路長さ）に基づいて定めている。すなわち、ノズル４２７の直径φ４２７は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内に定められている。また、ノズル４２７の長さＬ４２７は、インク供給路４２５の長さＬ４２５の０．２倍未満に定められている。
【００３８】
図２Ｂに示すように、ノズル４２７が、ノズル方向と直交する面での断面積（断面Ｓｎｚｌの面積）がほぼ一定になっている形状、すなわち、円柱状の空間を区画する形状であるとする。この場合、直径φ４２７は、ノズル４２７における開口径（直径）が該当する。そして、ノズル４２７の長さＬ４２７は、吐出側の開口から圧力室４２４側の開口までの長さが該当する。
【００３９】
＜ヘッドＨＤについて＞
図７は、評価対象の各ヘッドＨＤを説明する図である。図８は、評価対象の各ヘッドＨＤにおける各部の寸法を示す図である。評価対象のヘッドＨＤのうち、実施例１〜実施例３の各ヘッドＨＤは、本実施形態に属するヘッドＨＤである。一方、ＮＧ１〜ＮＧ４の各ヘッドＨＤは、比較例のヘッドＨＤである。
【００４０】
これらの図から判るように、本実施形態に属する各ヘッドＨＤは、ノズル４２７の直径φ４２７が１５μｍから４０μｍの範囲内になっている。すなわち、実施例１のヘッドＨＤはノズル４２７の直径φ４２７が１５μｍであり、実施例２，３のヘッドＨＤはノズル４２７の直径φ４２７が４０μｍになっている。また、各ヘッドＨＤは、ノズル４２７の長さＬ４２７が、インク供給路４２５の長さＬ４２５の０．２倍未満になっている。すなわち、実施例１，２の各ヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の長さＬ４２５がノズル４２７の長さＬ４２７の５．１倍（Ｌ４２７≒Ｌ４２５×０．１９６）であり、実施例３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の長さＬ４２５がノズル４２７の長さＬ４２７の７倍（Ｌ４２７≒Ｌ４２５×０．１４３）である。具体的に説明すると、実施例１のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が３０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が１５３μｍになっている。実施例２のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が６０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が３０６μｍになっている。実施例３のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が６０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が４２０μｍになっている。
【００４１】
また、実施例１のヘッドＨＤと実施例２，３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５とノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の比率が異なっている。すなわち、実施例２，３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２倍よりも大きい値に定められている。これに対し、実施例１のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５の抵抗が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２倍以下の値に定められている。具体的には、実施例２，３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５がノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２１倍に定められている。これに対し、実施例１のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５がノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．１倍に定められている。ここで、抵抗Ｒ（流路抵抗）とは、媒質の内部損失である。本実施形態では、インク流路を流れるインクが受ける力であって、インクの流れる方向とは逆向きの力である。
【００４２】
図２Ｂで説明したように、インク供給路４２５は、矩形状断面Ｓｓｕｐを有する流路として捉えることができる。このため、インク供給路４２５における流路抵抗は、インク（液体）の粘度、インク供給路４２５の長さＬ４２５、幅Ｗ４２５、高さＨ４２５に基づいて算出することができる。すなわち、略直方体状の流路における流路抵抗Ｒ直は、次式（２）で表すことができる。
流路抵抗Ｒ直＝（１２×粘度μ×長さＬ）／（幅Ｗ×高さＨ３）・・・（２）
一方、ノズル４２７は、円形状断面Ｓｎｚｌを有する流路として捉えることができる。このため、ノズル４２７における流路抵抗は、インクの粘度、ノズル４２７の半径（φ４２７／２）、ノズル４２７の長さＬ４２７に基づいて算出することができる。すなわち、円形状断面の流路における流路抵抗Ｒ円は、次式（３）にて近似して表すことができる。 流路抵抗Ｒ円＝（８×粘度μ×長さＬ）／（π×半径ｒ４） ・・・（３）
これらの式（２），（３）において、粘度μはインクの粘度、Ｌは流路の長さ、Ｗは流路の幅、Ｈは流路の高さ、ｒは円形状断面を有する流路の半径をそれぞれ表している。
【００４３】
次に、比較例の各ヘッドＨＤについて説明する。ノズル４２７の直径φ４２７に関し、ＮＧ１，４のヘッドＨＤはそれぞれ１５μｍであり、ＮＧ２，３のヘッドＨＤはそれぞれ４０μｍである。このため、ノズル４２７の直径φ４２７については、本実施形態に属する各ヘッドＨＤと比較例の各ヘッドＨＤとで差はないといえる。しかし、比較例の各ヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７がインク供給路４２５の長さＬ４２５の０．２倍以上になっている。すなわち、ＮＧ１，３，４の各ヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の長さＬ４２５がノズル４２７の長さＬ４２７の４．９倍（Ｌ４２７≒Ｌ４２５×０．２０４）であり、ＮＧ２のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の長さＬ４２５がノズル４２７の長さＬ４２７の４．５倍（Ｌ４２７≒Ｌ４２５×０．２２２）である。具体的に説明すると、ＮＧ１，４のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が３０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が１４７μｍになっている。ＮＧ２のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が６０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が２７０μｍになっている。ＮＧ３のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が６０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が２９４μｍになっている。
【００４４】
また、比較例の各ヘッドＨＤは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５とノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の比率が異なっている。すなわち、ＮＧ１のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．１倍に定められ、ＮＧ２のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．１４倍に定められている。また、ＮＧ３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２１倍に定められ、ＮＧ４のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２５倍に定められている。
【００４５】
＜吐出パルスＰＳについて＞
図５Ａや図５Ｂで説明したように、評価用の吐出パルスＰＳとしては種々のものを用いることができる。大ドット用のインク滴を吐出させるために用いた吐出パルスＰＳは、図５Ａに示す吐出パルスＰＳ１である。この吐出パルスＰＳ１は、符号Ｐ１から符号Ｐ５で示される複数の部分を有する。すなわち、吐出パルスＰＳ１は、第１減圧部分Ｐ１と、第１電位保持部分Ｐ２と、加圧部分Ｐ３と、第２電位保持部分Ｐ４と、第２減圧部分Ｐ５とを有する。
【００４６】
第１減圧部分Ｐ１は、タイミングｔ１からタイミングｔ２に亘って生成され、始端電位が中間電位ＶＢであって終端電位が最高電位ＶＨである。このため、第１減圧部分Ｐ１がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、基準容積から最大容積まで、第１減圧部分Ｐ１の生成期間に亘って膨張する。この第１減圧部分Ｐ１は、インク滴を吐出させるための準備動作として圧力室４２４を膨張させている。この吐出パルスＰＳ１における駆動電圧Ｖｈ（最高電位ＶＨと最低電位ＶＬとの差）は３０Ｖであり、中間電位ＶＢは最低電位ＶＬよりも１０Ｖ高い電位に定められる。そして、第１減圧部分Ｐ１の生成期間は３μｓである。
【００４７】
第１電位保持部分Ｐ２は、タイミングｔ２からタイミングｔ３に亘って生成される部分である。この第１電位保持部分Ｐ２は、最高電位ＶＨで一定である。このため、第１電位保持部分Ｐ２がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、第１電位保持部分Ｐ２の生成期間に亘って最大容積が維持される。この吐出パルスＰＳ１において、第１電位保持部分Ｐ２の生成期間は２μｓである。
【００４８】
加圧部分Ｐ３は、タイミングｔ３からタイミングｔ４に亘って生成される部分である。この加圧部分Ｐ３は、始端電位が最高電位ＶＨであり、終端電位が最低電位ＶＬである。このため、加圧部分Ｐ３がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、最大容積から最小容積まで加圧部分Ｐ３の生成期間に亘って収縮する。この圧力室４２４の収縮に伴ってインクが加圧されてノズル４２７から吐出される。このため、加圧部分Ｐ３はインク滴を吐出させるための部分（吐出部分）に相当する。なお、この吐出パルスＰＳ１において、加圧部分Ｐ３の生成期間は２．３μｓである。
【００４９】
第２電位保持部分Ｐ４は、タイミングｔ４からタイミングｔ５に亘って生成される部分である。第２電位保持部分Ｐ４は、最低電位ＶＬで一定である。このため、第２電位保持部分Ｐ４がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、第２電位保持部分Ｐ４の生成期間に亘って、最小容積が維持される。この吐出パルスＰＳ１において、第２電位保持部分Ｐ４の生成期間は３μｓである。
【００５０】
第２減圧部分Ｐ５は、タイミングｔ５からタイミングｔ６に亘って生成される部分である。この第２減圧部分Ｐ５は、始端電位が最低電位ＶＬであり、終端電位が中間電位ＶＢである。このため、第２減圧部分Ｐ５がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、最小容積から基準容積まで、第２減圧部分Ｐ５の生成期間に亘って膨張する。この第２減圧部分Ｐ５は、インク滴の吐出後において収縮状態の圧力室４２４を基準容積まで膨張させるための動作をピエゾ素子４３３に行わせる。この吐出パルスＰＳ１において、第２減圧部分Ｐ５の生成期間は２．５μｓである。
【００５１】
小ドット用の吐出パルスＰＳとしては、種々のものを用いることができる。例えば、図５Ｂに示す吐出パルスＰＳ２や図５Ａに示す吐出パルスＰＳ１を変形したものを用いることができる。ここで重要なのは、小ドット用の吐出パルスＰＳは、大ドット用の吐出パルスＰＳに対して、圧力室４２４内のインクに与える圧力変化のパターンが異なっている点である。圧力変化のパターンを異ならせることで、メニスカス（ノズル４２７において露出しているインクの自由表面）の動きを異ならせることができる。その結果、吐出されるインク滴の量を、大ドット用の吐出パルスＰＳを用いた場合よりも少なくすることができる。
【００５２】
＜評価結果について＞
図９から図１３は、本実施形態に属する各ヘッドＨＤによるインク滴の吐出結果を示し、図１４から図１７は、比較例の各ヘッドＨＤによるインク滴の吐出結果を示す。なお、これらの図は、シミュレーションによって得られたものである。
【００５３】
図９及び図１０は、実施例１のヘッドＨＤによるインク滴の吐出を説明するための図である。すなわち、図９は、粘度が２０ミリパスカル秒のインク（比重はほぼ１である）を用い、大ドット用のインク滴を６０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。また、図１０は、このインクを用い、小ドット用のインク滴を３０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。
【００５４】
図１１及び図１２は、実施例２のヘッドＨＤによるインク滴の吐出を説明するための図である。すなわち、図１１は、粘度が２０ミリパスカル秒のインクを用い、大ドット用のインク滴を３０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。また、図１２は、このインクを用い、小ドット用のインク滴を１０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。
【００５５】
図１３は、実施例３のヘッドＨＤによるインク滴の吐出を説明するための図であり、粘度が８ミリパスカル秒のインク（比重はほぼ１である）を用い、大ドット用のインク滴を６０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。
【００５６】
これらの図において、縦軸はメニスカスの位置（状態）をインクの量で示している。また、横軸は時間である。縦軸に関し、０ｎｇは、定常状態におけるメニスカスの位置を示す。そして、正側に値が大きくなるほどメニスカスが吐出方向に押し出された状態を示し、負側に値が大きくなるほどメニスカスが圧力室４２４側に引き込まれた状態を示す。また、符号Ｆで示すタイミングはインク滴の吐出されたタイミングを示している。このタイミングにおけるインク量が、吐出されたインク滴の量に相当する。ここで、インク滴は、柱状に延びたメニスカスの先端部分がちぎれることで、ノズル４２７から吐出されると考えられる。このため、インク滴が吐出された場合、その反動によってメニスカスは、急速に圧力室４２４の方向へ移動する。
【００５７】
図９、図１１、図１３より、本実施形態に属する各ヘッドＨＤでは、大ドットの形成に必要な量のインク滴を安定的に吐出できることが確認できた。実施例１のヘッドＨＤでは、図９に示すように、約１０ｎｇのインク滴を安定的に（すなわちインク滴の量のばらつきが抑制された状態で）、吐出できることが確認できた。実施例２のヘッドＨＤでは、図１１に示すように、約２２ｎｇのインクを安定的に吐出できることが確認できた。実施例３のヘッドＨＤでは、図１３に示すように、約１０ｎｇのインク滴を安定的に吐出できることが確認できた。
【００５８】
図１０、図１２より、本実施形態のヘッドＨＤでは、小ドットの形成に必要な量のインク滴も安定的に吐出できることが確認できた。実施例１のヘッドＨＤでは、図１０に示すように、約３ｎｇのインク滴を安定的に吐出できることが確認できた。実施例２のヘッドＨＤでは、約５．５ｎｇのインク滴を安定的に吐出できることが確認できた。なお、実施例３のヘッドＨＤに関し、大ドットの形成に必要な量のインク滴が吐出できていること、及び、実施例１，２のヘッドＨＤで小ドットの形成に必要な量のインク滴が吐出できていることから、実施例３のヘッドＨＤでも小ドットの形成に必要な量のインク滴を吐出できると考えられる。
【００５９】
本実施形態では、３０ｋＨｚの周波数でインク滴を繰り返し吐出させた場合に、吐出量として１０ｎｇ以上を確保でき、かつ、吐出量が安定していることを、ヘッドＨＤの評価基準としている。これは、１０ｎｇ以上のインク滴を安定的に吐出できれば、高粘度インクを用いても、従来のインクを吐出するプリンタ１と同等以上の速度や画質で画像が印刷できるからである。
【００６０】
そして、量の異なる複数種類のインク滴を安定的に吐出できた理由の１つは、ノズル４２７の直径φ４２７が１０ｎｇ〜２０ｎｇ程度の量のインク滴を吐出するために適した大きさに定められているからと考えられる。また、他の理由としては、ノズル４２７の長さＬ４２７とインク供給路４２５の長さＬ４２５の比率が適切に定められているから、すなわちノズル４２７の長さＬ４２７がインク供給路４２５の長さＬ４２５の０．２倍未満に定められているからと考えられる。これにより、圧力室４２４内のインクに与えた圧力変化を、インク滴を吐出するために、言い換えればメニスカスを運動させるために、効率よく使用することができるようになったと考えられる。なお、ノズル４２７の長さＬ４２７は、本実施形態に属する各ヘッドＨＤのように、３０μｍ以上であることが好ましい。これは、ノズル４２７として必要な剛性が確保できるからである。また、ノズル４２７の長さＬ４２７はノズルプレート４２２の厚さでもある。このため、３０μｍ以上にすることで加工が容易になる。加えて、寸法精度を高めることもできる。
【００６１】
流路抵抗に関し、インク供給路４２５の流路抵抗Ｒ４２７は、ノズル４２７の流路抵抗Ｒ４２５の０．２倍よりも大きくすることが好ましいと考えられる。これは、インク供給路４２５の流路抵抗Ｒ４２７を大きくすることで、インク滴を吐出させた後におけるインクの圧力振動を、インク供給路４２５側で減衰させることができると考えられるからである。すなわち、メニスカスの動きやすさを保ちつつ、圧力振動を収束させることができると考えられるからである。
【００６２】
ところで、ノズル４２７もインク供給路４２５もインク（媒質）が流れる管と考えることができる。このため、管の外部から圧力を加えた場合において、管の直径が大きいほど管内のインクは移動し易く、管内のインクの質量が大きいほど管内のインクは移動し難いといえる。このような特性を有することから、管内におけるインクの移動し易さについては、音響回路におけるイナータンスで表されている。ここで、インクの密度をρ、流路のインク流れ方向と直交する面の断面積をＳ、流路の長さをＬとしたとき、イナータンスＭは次式（４）で近似して表すことができる。図２Ｂに示すように、ここでの流路の長さＬや断面積Ｓは、モデル化したインク流路における各部の長さや断面積を示している。長さＬは、インクの流れ方向の長さである。また、断面積Ｓに関しては、インクの流れ方向とほぼ直交する面の面積である。
イナータンスＭ＝（密度ρ×長さＬ）／断面積Ｓ ・・・ （４）
この式（４）から、イナータンスは、単位断面積あたりのインクの質量と考えることができる。そして、イナータンスが大きいほど、インクは圧力室４２４内のインク圧力に応じて移動し難くなり、イナータンスが小さいほど、インクは圧力室４２４内の圧力に応じて移動しやすくなることが判る。
高粘度インクを吐出させる場合、ノズル４２７のイナータンスをインク供給路４２５のイナータンスよりも小さくすることが好ましい。これは、圧力室４２４内のインクに与えられた圧力振動に基づき、メニスカスの移動を効率よく行えるからである。
【００６３】
比較例の各ヘッドＨＤでは、図１４〜図１７に示すように、本実施形態に属する各ヘッドＨＤに比べてインク滴の吐出に難があると考えられる。例えば、ＮＧ１のヘッドＨＤでは、図１４に示すように、小ドット用のインク滴の吐出時にメニスカスが過度に引き込まれていることが判る。この場合、メニスカスが気泡となって圧力室４２４に入り込んでしまう可能性がある。ＮＧ２のヘッドＨＤでは、図１５に示すようにインク滴が吐出されていないと考えられる。すなわち、符号Ｎで示すインク滴の吐出タイミングの後において、メニスカスの圧力室４２４側への戻り量が少なくなっていることが判る。ＮＧ３，４のヘッドＨＤでは、吐出パルスＰＳの印加開始から２００μｓが経過しても、メニスカスが定常状態の位置まで戻っていない。これは、インク供給路４２５を通じて圧力室４２４に供給されるインクの量が不足しているためと考えられる。従って、ＮＧ３，４のヘッドＨＤでは、インク滴を連続滴に吐出すると飛行曲がりが生じることが考えられる。
【００６４】
＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
前述した実施形態は、主として、液体吐出装置としてのプリンタ１を有する印刷システムについて記載されているが、その中には、液体吐出方法、液体吐出システム、吐出パルスＰＳの設定方法等の開示が含まれている。また、この実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【００６５】
＜他のヘッドＨＤ´について＞
前述した実施形態のヘッドＨＤでは、ピエゾ素子として、吐出パルスＰＳで与えられる電位が高いほど、圧力室４２４の容積を大きくするための動作をするタイプのものを用いていた。ヘッドに関し、他のタイプのものを用いてもよい。図１８に示した他のヘッドＨＤ´は、ピエゾ素子として、吐出パルスＰＳで与えられる電位が高いほど、圧力室７３の容積を小さくするための動作をするタイプのものを用いている。
【００６６】
簡単に説明すると、他のヘッドＨＤ´は、共通インク室７１と、インク供給口７２と、圧力室７３と、ノズル７４とを有する。そして、共通インク室７１から圧力室７３を通ってノズル７４に至る一連のインク流路をノズル７４に対応する複数有している。他のヘッドＨＤ´でも圧力室７３は、その容積がピエゾ素子７５の動作によって変化される。すなわち、圧力室７３の一部は振動板４２３によって区画され、圧力室７３とは反対側となる振動板７６の表面にはピエゾ素子７５が設けられている。
【００６７】
ピエゾ素子７５はそれぞれの圧力室７３に対応して複数設けられている。各ピエゾ素子７５は、例えば圧電体を上電極と下電極とで挟んだ構成であり（何れも図示せず。）、これらの電極間に電位差を与えることにより変形する。この例では、上電極の電位を上昇させると圧電体が充電され、これに伴ってピエゾ素子７５は圧力室７３側に凸となるように撓む。これにより圧力室７３が収縮される。なお、他のヘッドＨＤ´では、振動板７６における圧力室７３を区画している部分が区画部に相当する。
【００６８】
＜吐出動作をする素子について＞
このプリンタ１では、インクを吐出させるための動作をする素子として、ピエゾ素子４３３，７５を用いている。ここで、吐出動作をする素子は、前述したピエゾ素子４３３，７５に限定されるものではない。例えば、発熱素子であってもよいし、磁歪素子であってもよい。そして、この素子として、前述の実施形態のようにピエゾ素子４３３，７５を用いた場合には、圧力室４２４，７３の容積を吐出パルスＰＳの電位に基づいて精度良く制御できる。
【００６９】
＜ノズル４２７やインク供給路４２５等の形状について＞
前述の実施形態において、ノズル４２７は、円柱状の空間を区画する貫通孔によって構成されていた。言い換えれば、円形の開口形状を有し、ノズルプレート４２２の厚さ方向を貫通する孔によって構成されていた。また、インク供給路４２５は、矩形の開口形状を有し、圧力室４２４と共通インク室４２６とを連通する孔によって構成されていた。言い換えれば、角柱状の空間を区画する連通孔によって構成されていた。
【００７０】
ここで、ノズル４２７やインク供給路４２５は種々の形状を採り得る。例えば、ノズル４２７に関し、図１９Ａに示すように、略漏斗状の貫通孔によって構成してもよい。例示したノズル４２７は、テーパー部分４２７ａとストレート部分４２７ｂとを有する。テーパー部分４２７ａは、円錐台状の空間を区画する部分であり、圧力室４２４から離れる程に開口面積が小さくなっている。すなわち、先細り形状に設けられている。ストレート部分４２７ｂは、テーパー部分４２７ａにおける小径側の端部に連続して設けられている。このストレート部分４２７ｂは、円柱状の空間を区画する部分であり、ノズル方向と直交する面で、断面積がほぼ一定の部分である。
【００７１】
このノズル４２７では、例えば図１９Ｂに示すように、テーパー部分４２７ａを、直径が段階的に小さくなっている複数の円盤状空間を区画する部分と定義することで、解析をすることができる。また、図１９Ａに示すように、漏斗状のノズル４２７と等価な、ノズル方向と直交する面の断面積が一定のノズル４２７を定義することでも、解析をすることができる。
【００７２】
また、インク供給路４２５に関し、例えば図１９Ｃに示すように、縦方向に長い長円状（半径の等しい二つの半円を共通外接線でつないだ形状）の開口を有する流路で構成してもよい。この場合、インク供給路４２５の開口面積Ｓｓｕｐは、斜線で示す長円状部分の面積が該当する。そして、この長円状開口を有するインク供給路４２５についても、これと等価な矩形状開口を有する流路を定義して、解析してもよい。この場合、インク供給路４２５の高さＨ４２５は、実際のインク供給路４２５の最大高さよりも多少低くなる。なお、インク供給路４２５の開口が楕円状であっても同様である。
【００７３】
さらに、圧力室４２４についても同様である。例えば図１９Ｃに示すように、圧力室４２４における長手方向と直交する面が、横長の六角形状をしていた場合には、これと等価な矩形状断面を有する流路を定義して、解析してもよい。すなわち、高さがＨ４２４であり、幅が圧力室４２４の最大幅よりも多少小さいＷ４２４である矩形状断面の流路を定義して、解析してもよい。
【００７４】
＜他の応用例について＞
また、前述の実施形態では、液体吐出装置としてプリンタ１が説明されていたが、これに限られるものではない。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造形機、液体気化装置、有機ＥＬ製造装置（特に高分子ＥＬ製造装置）、ディスプレイ製造装置、成膜装置、ＤＮＡチップ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の液体吐出装置に、本実施形態と同様の技術を適用しても良い。また、これらの方法や製造方法も応用範囲の範疇である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】印刷システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】図２Ａは、ヘッドの断面図である。図２Ｂは、ヘッドの構造を模式的に説明する図である。
【図３】駆動信号生成回路等の構成を説明するブロック図である。
【図４】駆動信号の一例を説明するための図である。
【図５】図５Ａは、大ドット用の吐出パルスの一例を説明する図である。図５Ｂは、小ドット用の吐出パルスの一例を説明する図である。
【図６】図６Ａは、高粘度インクが安定して吐出されている様子を示す図である。図６Ｂは、高粘度インクが不安定な状態で吐出されている様子を示す図である。
【図７】評価対象の各ヘッドを説明する図である。
【図８】評価対象の各ヘッドにおける各部の寸法を示す図である。
【図９】実施例１のヘッドによる大ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１０】実施例１のヘッドによる小ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１１】実施例２のヘッドによる大ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１２】実施例２のヘッドによる小ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１３】実施例３のヘッドによる大ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１４】ＮＧ１のヘッドによるインク滴の吐出を説明する図である。
【図１５】ＮＧ２のヘッドによるインク滴の吐出を説明する図である。
【図１６】ＮＧ３のヘッドによるインク滴の吐出を説明する図である。
【図１７】ＮＧ４のヘッドによるインク滴の吐出を説明する図である。
【図１８】他のヘッドを説明する断面図である。
【図１９】図１９Ａは、略漏斗状のノズルを説明する図である。図１９Ｂは、略漏斗状のノズルの解析用のモデルを説明する図である。図１９Ｃは、インク供給路と圧力室の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ プリンタ，１０ 用紙搬送機構，２０ キャリッジ移動機構，
３０ 駆動信号生成回路，３１ ＤＡＣ回路，３２ 電圧増幅回路，
３３ 電流増幅回路，４０ ヘッドユニット，４１ ケース，
４１１ 収容空部，４２ 流路ユニット，４２１ 流路形成基板，
４２２ ノズルプレート，４２３ 振動板，４２３ａ ダイヤフラム部，
４２４ 圧力室，４２５ インク供給路，４２６ 共通インク室，
４２７ ノズル，４２８ 支持板，４２８ａ 島部，４２９ 弾性体膜，
４２９ａ 島部周辺の弾性体膜，４３ ピエゾ素子ユニット，
４３１ ピエゾ素子群，４３２ 固定板，４３３ ピエゾ素子，
４３４ 共通電極，４３５ 駆動電極，４３６ 圧電体，
４４ スイッチ，５０ 検出器群，６０ プリンタ側コントローラ，
６１ インタフェース部，６２ ＣＰＵ，６３ メモリ，
７１ 共通インク室，７２ インク供給口，７３ 圧力室，
７４ ノズル，７５ ピエゾ素子，７６ 振動板，
ＣＰ コンピュータ，ＨＤ ヘッド，ＨＤ´ 他のヘッド，
ＨＣ ヘッド制御部，ＣＯＭ 駆動信号，ＰＳ 吐出パルス，
Ｐ１ 第１減圧部分，Ｐ２ 第１電位保持部分，Ｐ３ 加圧部分，
Ｐ４ 第２電位保持部分，Ｐ５ 第２減圧部分，Ｖｈ 駆動電圧，
ＶＨ 最高電位，ＶＢ 中間電位，ＶＬ 最低電位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出方法、液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタ等の液体吐出装置には、液体が吐出されるノズルと、ノズルから液体を吐出させるべく、液体に圧力変化を与える圧力室と、リザーバに貯留された液体を圧力室に供給するための供給部とを有する液体吐出ヘッドを有するものがある。この液体吐出ヘッドでは、粘度が水の粘度に近い液体を対象にして、ヘッド内の液体流路における大きさが定められている。
【特許文献１】特開２００５−３４９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、インクジェット技術を利用して、一般的なインクよりも粘度の高い液体を吐出する試みがなされている。そして、従来の形状のヘッドでこのような粘度の高い液体を吐出させると、液体の吐出が不安定になるという問題が生じることが判った。例えば、液体の飛行曲がりが生じたり、吐出量の不足が生じたりする場合があることが判った。
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、一般的なインクよりも粘度の高い液体について、量の異なる複数種類の液体滴を安定的に吐出させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するための主たる発明は、
液体吐出方法であって、
液体吐出ヘッドから液体を吐出させることを有し、
前記液体の粘度は、
８ミリパスカル秒以上であって２０ミリパスカル秒以下の範囲内であり、
前記液体吐出ヘッドは、
前記液体が吐出されるノズルと、
前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、
前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、
前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させるものであり、
前記ノズルの直径は、
１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、
前記ノズルの流路長さは、
前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出方法である。
【０００５】
本発明の他の特徴は、本明細書、及び添付図面の記載により、明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書の記載、及び添付図面の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。
【０００７】
すなわち、液体吐出方法であって、液体吐出ヘッドから液体を吐出させることを有し、前記液体の粘度は、８ミリパスカル秒以上であって２０ミリパスカル秒以下の範囲内であり、前記液体吐出ヘッドは、前記液体が吐出されるノズルと、前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させるものであり、前記ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、前記ノズルの流路長さは、前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出方法を実現できることが明らかにされる。
このような液体吐出方法によれば、ノズル開口の直径が、異なる量のインク滴の打ち分けに適した大きさに定められる。加えて、ノズルの流路長さと供給部の流路長さとが、圧力室内の液体の圧力変化を吐出のために効率よく使用できる比率に定められる。その結果、高粘度の液体について、量の異なる複数種類の液体滴を安定的に吐出させることができる。
【０００８】
かかる液体吐出方法であって、前記ノズルの流路長さは、３０μｍ以上であることが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、ノズルとして必要な剛性を得ることができる。
【０００９】
かかる液体吐出方法であって、前記供給部の流路長さは、１５３μｍ以上であって４２０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、量の多い方の液体滴について１０ｎｇ以上の吐出量を確保できる。
【００１０】
かかる液体吐出方法であって、前記供給部の流路抵抗は、前記ノズルの流路抵抗の０．２倍よりも大きいことが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、液体滴をより安定的に吐出できる。
【００１１】
かかる液体吐出方法であって、前記ノズルのイナータンスは、前記供給部のイナータンスよりも小さいことが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、液体に与えた圧力変化に基づいて液体を効率よく吐出することができる。
【００１２】
かかる液体吐出方法であって、前記圧力室は、前記圧力室の一部を区画し、変形によって前記液体に圧力変化を与える区画部を有することが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、圧力室内の液体に効率よく圧力変化を与えることができる。
【００１３】
かかる液体吐出方法であって、前記液体吐出ヘッドは、印加された吐出パルスにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、前記区画部を変形させる素子を有することが好ましい。
このような液体吐出方法によれば、圧力室内の液体の圧力を精度良く制御できる。
【００１４】
また、次の液体吐出ヘッドを実現できることも明らかにされる。
すなわち、液体が吐出されるノズルと、前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、前記ノズルの流路長さは、前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出ヘッドを実現できることも明らかにされる。
【００１５】
また、次の液体吐出装置を実現できることも明らかにされる。
すなわち、吐出パルスを生成する吐出パルス生成部と、ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記液体を前記ノズルから吐出させるために、区画部を変形させることで前記液体に圧力変化を与える圧力室であって、前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させる圧力室と、印加された前記吐出パルスにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、前記区画部を変形させる素子と、前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、前記ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、前記ノズルの流路長さは、前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出ヘッドとを有する液体吐出装置を実現できることも明らかにされる。
【００１６】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜印刷システムについて＞
図１に例示した印刷システムは、プリンタ１と、コンピュータＣＰとを有する。プリンタ１は液体吐出装置に相当し、用紙、布、フィルム等の媒体に向けて、液体の一種であるインクを吐出する。媒体は、液体が吐出される対象となる対象物である。コンピュータＣＰは、プリンタ１と通信可能に接続されている。プリンタ１に画像を印刷させるため、コンピュータＣＰは、その画像に応じた印刷データをプリンタ１に送信する。
【００１７】
＝＝＝プリンタ１の概要＝＝＝
プリンタ１は、用紙搬送機構１０、キャリッジ移動機構２０、駆動信号生成回路３０、ヘッドユニット４０、検出器群５０、及び、プリンタ側コントローラ６０を有する。
【００１８】
用紙搬送機構１０は、用紙を搬送方向に搬送させる。キャリッジ移動機構２０は、ヘッドユニット４０が取り付けられたキャリッジを所定の移動方向（例えば紙幅方向）に移動させる。駆動信号生成回路３０は、駆動信号ＣＯＭを生成する。この駆動信号ＣＯＭは、用紙への印刷時にヘッドＨＤ（ピエゾ素子４３３，図２Ａを参照）へ印加されるものであり、図４に一例を示すように、吐出パルスＰＳを含む一連の信号である。ここで、吐出パルスＰＳとは、ヘッドＨＤから滴状のインクを吐出させるために、ピエゾ素子４３３に所定の動作を行わせるものである。この吐出パルスＰＳに関し、電位の変化パターンを異ならせることで、ヘッドＨＤ（ノズル４２７）から吐出されるインク滴の量を調整することができる。駆動信号ＣＯＭが吐出パルスＰＳを含むことから、駆動信号生成回路３０は、吐出パルス生成部に相当する。なお、駆動信号生成回路３０の構成や吐出パルスＰＳについては、後で説明する。ヘッドユニット４０は、ヘッドＨＤとヘッド制御部ＨＣとを有する。ヘッドＨＤは、インクを用紙に向けて吐出させる。ヘッド制御部ＨＣは、プリンタ側コントローラ６０からのヘッド制御信号に基づき、ヘッドＨＤを制御する。なお、ヘッドＨＤについては後で説明する。検出器群５０は、プリンタ１の状況を監視する複数の検出器によって構成される。これらの検出器による検出結果は、プリンタ側コントローラ６０に出力される。プリンタ側コントローラ６０は、プリンタ１における全体的な制御を行う。このプリンタ側コントローラ６０についても後で説明する。
【００１９】
＝＝＝プリンタ１の要部＝＝＝
＜ヘッドＨＤについて＞
図２Ａに示すように、ヘッドＨＤは、ケース４１と、流路ユニット４２と、ピエゾ素子ユニット４３とを有する。ケース４１は、ピエゾ素子ユニット４３を収容して固定するための収容空部４１１が内部に設けられた部材である。このケース４１は、例えば樹脂材によって作製される。そして、ケース４１の先端面には、流路ユニット４２が接合されている。
【００２０】
流路ユニット４２は、流路形成基板４２１と、ノズルプレート４２２と、振動板４２３とを有する。そして、流路形成基板４２１における一方の表面にはノズルプレート４２２が接合され、他方の表面には振動板４２３が接合されている。流路形成基板４２１には、圧力室４２４となる溝部、インク供給路４２５となる溝部、及び、共通インク室４２６となる開口部などが形成されている。この流路形成基板４２１は、例えばシリコン基板によって作製されている。圧力室４２４は、ノズル４２７の並び方向に対して直交する方向に細長い室として形成されている。インク供給路４２５は、圧力室４２４と共通インク室４２６との間を連通する。このインク供給路４２５は、共通インク室４２６に貯留されたインク（液体の一種）を圧力室４２４に供給する。従って、インク供給路４２５は、液体を圧力室４２４に供給するための供給部の一種である。共通インク室４２６は、インクカートリッジ（図示せず）から供給されたインクを一旦貯留する部分であり、共通の液体貯留室に相当する。
【００２１】
ノズルプレート４２２には、複数のノズル４２７が、所定の並び方向に所定の間隔で設けられている。インクは、これらのノズル４２７を通じてヘッドＨＤの外に吐出される。このノズルプレート４２２は、例えばステンレス板やシリコン基板によって作製されている。
【００２２】
振動板４２３は、例えばステンレス製の支持板４２８に樹脂製の弾性体膜４２９を積層した二重構造を採っている。振動板４２３における各圧力室４２４に対応する部分は、支持板４２８が環状にエッチング加工されている。そして、環内には島部４２８ａが形成されている。この島部４２８ａと島部周辺の弾性体膜４２９ａとがダイヤフラム部４２３ａを構成する。このダイヤフラム部４２３ａは、ピエゾ素子ユニット４３が有するピエゾ素子４３３によって変形し、圧力室４２４の容積を可変する。すなわち、ダイヤフラム部４２３ａは、圧力室４２４の一部を区画し、変形によって圧力室４２４内のインク（液体）に圧力変化を与える区画部に相当する。
【００２３】
ピエゾ素子ユニット４３は、ピエゾ素子群４３１と、固定板４３２とを有する。ピエゾ素子群４３１は櫛歯状をしている。そして、櫛歯の１つ１つがピエゾ素子４３３である。各ピエゾ素子４３３の先端面は、対応する島部４２８ａに接着される。固定板４３２は、ピエゾ素子群４３１を支持するとともに、ケース４１に対する取り付け部となる。この固定板４３２は、例えばステンレス板によって構成されており、収容空部４１１の内壁に接着される。
【００２４】
ピエゾ素子４３３は、電気機械変換素子の一種であり、圧力室４２４内の液体に圧力変化を与えるための動作（変形動作）をする素子に相当する。図２Ａに示すピエゾ素子４３３は、隣り合う電極同士の間に電位差を与えることにより、積層方向と直交する素子長手方向に伸縮する。即ち、上記の電極は、所定電位の共通電極４３４と、駆動信号ＣＯＭ（吐出パルスＰＳ）に応じた電位になる駆動電極４３５とを有する。そして、両電極４３４，４３５に挟まれた圧電体４３６は、共通電極４３４と駆動電極４３５との電位差に応じた度合いで変形する。ピエゾ素子４３３は、圧電体４３６の変形に伴って素子の長手方向に伸縮する。本実施形態において、共通電極４３４は、グランド電位、若しくは、グランド電位よりも所定電位だけ高いバイアス電位に定められる。そして、ピエゾ素子４３３は、駆動電極４３５の電位が共通電極４３４の電位よりも高くなるほど収縮する。反対に、駆動電極４３５の電位が共通電極４３４の電位に近付くほど、或いは、共通電極４３４の電位よりも低くなるほど伸張する。
【００２５】
前述したように、ピエゾ素子ユニット４３は、固定板４３２を介してケース４１に取り付けられている。このため、ピエゾ素子４３３が収縮すると、ダイヤフラム部４２３ａは、圧力室４２４から遠ざかる方向に引っ張られる。これにより、圧力室４２４が膨張される。反対に、ピエゾ素子４３３が伸長すると、ダイヤフラム部４２３ａが圧力室４２４側に押される。これにより、圧力室４２４が収縮する。圧力室４２４内のインクには、圧力室４２４の膨張や収縮に起因して圧力変化が生じる。すなわち、圧力室４２４の収縮に伴って圧力室４２４内のインクは加圧され、圧力室４２４の膨張に伴って圧力室４２４内のインクは減圧される。ピエゾ素子４３３の伸縮状態は駆動電極４３５の電位に応じて定まるので、圧力室４２４の容積も駆動電極４３５の電位に応じて定まる。従って、ピエゾ素子４３３は、印加された吐出パルスＰＳにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、ダイヤフラム部４２３ａ（区画部）を変形させる素子といえる。そして、圧力室４２４内のインクに対する加圧度合いや減圧度合いは、駆動電極４３５における単位時間あたりの電位変化量等によって定めることができる。
【００２６】
＜インク流路について＞
ヘッドＨＤには、共通インク室４２６からノズル４２７に至る一連のインク流路（液体で満たされる液体流路に相当する）が、ノズル４２７の数に応じた複数設けられている。このインク流路では、太い流路の圧力室４２４に対して、細い流路のノズル４２７及びインク供給路４２５がそれぞれ連通している。このため、インクの流れなどの特性を解析する場合、ヘルムホルツの共鳴器の考え方が適用される。
【００２７】
図２Ｂは、この考え方に基づくインク流路の構造を模式的に説明する図である。このインク流路は、実際とは異なる形状で示されている。この考え方の下で圧力室４２４は、幅Ｗ４２４、高さＨ４２４、長さＬ４２４で示される直方体状をしている。すなわち、矩形状断面Ｓｃａｖで一定の流路をしている。同様に、インク供給路４２５も、幅Ｗ４２５、高さＨ４２５、長さＬ４２５で示される直方体状をしている。すなわち、矩形状断面Ｓｓｕｐで一定の流路をしている。一方、ノズル４２７は、直径φ４２７、長さＬ４２７で示される円柱状をしている。すなわち、円形状断面Ｓｎｚｌで一定の流路をしている。なお、インク供給路４２５に関し、幅Ｗ４２５や高さＨ４２５は、圧力室４２４の幅Ｗ４２４や高さＨ４２４以下に定められる。また、インク供給路４２５の幅Ｗ４２５や高さＨ４２５の一方を、圧力室４２４の幅Ｗ４２４や高さＨ４２４の一方に揃えた場合、インク供給路４２５の幅Ｗ４２５や高さＨ４２５の他方は、圧力室４２４の幅Ｗ４２４や高さＨ４２４の他方よりも小さいサイズに定められる。
【００２８】
このようなインク流路では、圧力室４２４内のインクに圧力変化を与えることで、ノズル４２７からインクを吐出させる。このとき、圧力室４２４、インク供給路４２５、及び、ノズル４２７は、ヘルムホルツの共鳴器のように機能する。このため、圧力室４２４内のインクに圧力が加わると、この圧力の大きさはヘルムホルツ周期と呼ばれる固有の周期で変化する。すなわち、インクには圧力振動が生じる。
【００２９】
ここで、ヘルムホルツ周期（インクの固有振動周期）Ｔｃは、一般的には次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝１／ｆ
ｆ＝１／２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕・・・（１）
式（１）において、Ｍｎはノズル４２７のイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量、後述する。）、Ｍｓはインク供給路４２５のイナータンス、Ｃｃは圧力室４２４のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）、Ｃｉはインクのコンプライアンス（Ｃｉ＝体積Ｖ／〔密度ρ×音速ｃ2〕）である。
この圧力振動の振幅は、インク流路をインクが流れることで次第に小さくなる。例えば、ノズル４２７やインク供給路４２５における損失、及び、圧力室４２４を区画する壁部等における損失により、圧力振動は減衰する。
【００３０】
一般的なヘッドＨＤにおいて、圧力室４２４におけるヘルムホルツ周期は５μｓから１０μｓの範囲内に定められる。なお、ヘルムホルツ周期は、隣り合う圧力室４２４同士を区画する壁部の厚さ、弾性体膜４２９の厚さやコンプライアンス、流路形成基板４２１やノズルプレート４２２の素材によっても変化する。
【００３１】
＜プリンタ側コントローラ６０について＞
プリンタ側コントローラ６０は、プリンタ１における全体的な制御を行う。例えば、コンピュータＣＰから受け取った印刷データや各検出器からの検出結果に基づいて制御対象部を制御し、用紙に画像を印刷させる。図１に示すように、プリンタ側コントローラ６０は、インタフェース部６１と、ＣＰＵ６２と、メモリ６３とを有する。インタフェース部６１は、コンピュータＣＰとの間でデータの受け渡しを行う。ＣＰＵ６２は、プリンタ１の全体的な制御を行う。メモリ６３は、コンピュータプログラムを格納する領域や作業領域等を確保する。ＣＰＵ６２は、メモリ６３に記憶されているコンピュータプログラムに従い、各制御対象部を制御する。例えば、ＣＰＵ６２は、用紙搬送機構１０やキャリッジ移動機構２０を制御する。また、ＣＰＵ６２は、ヘッドＨＤの動作を制御するためのヘッド制御信号をヘッド制御部ＨＣに送信したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号生成回路３０に送信したりする。
ここで、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号はＤＡＣデータとも呼ばれ、例えば複数ビットのデジタルデータである。このＤＡＣデータは、生成される駆動信号ＣＯＭの電位の変化パターンを定める。従って、このＤＡＣデータは、駆動信号ＣＯＭや吐出パルスＰＳの電位を示すデータともいえる。このＤＡＣデータは、メモリ６３の所定領域に記憶されており、駆動信号ＣＯＭの生成時に読み出されて駆動信号生成回路３０へ出力される。
【００３２】
＜駆動信号生成回路３０について＞
駆動信号生成回路３０は、吐出パルス生成部として機能し、ＤＡＣデータに基づき、吐出パルスＰＳを有する駆動信号ＣＯＭを生成する。図３に示すように、駆動信号生成回路３０は、ＤＡＣ回路３１と、電圧増幅回路３２と、電流増幅回路３３とを有する。ＤＡＣ回路３１は、デジタルのＤＡＣデータをアナログ信号に変換する。電圧増幅回路３２は、ＤＡＣ回路３１で変換されたアナログ信号の電圧を、ピエゾ素子４３３を駆動できるレベルまで増幅する。このプリンタ１では、ＤＡＣ回路３１から出力されるアナログ信号は最大３．３Ｖであるのに対し、電圧増幅回路３２から出力される増幅後のアナログ信号（便宜上、波形信号ともいう。）は最大４２Ｖである。電流増幅回路３３は、電圧増幅回路３２からの波形信号について電流の増幅をし、駆動信号ＣＯＭとして出力する。この電流増幅回路３３は、例えば、プッシュプル接続されたトランジスタ対によって構成される。
【００３３】
＜ヘッド制御部ＨＣについて＞
ヘッド制御部ＨＣは、駆動信号生成回路３０で生成された駆動信号ＣＯＭの必要部分をヘッド制御信号に基づいて選択し、ピエゾ素子４３３へ印加する。このため、図３に示すように、ヘッド制御部ＨＣは、駆動信号ＣＯＭの供給線の途中に、ピエゾ素子４３３毎に設けられた複数のスイッチ４４を有する。そして、ヘッド制御部ＨＣは、ヘッド制御信号からスイッチ制御信号を生成する。このスイッチ制御信号によって各スイッチ４４を制御することで、駆動信号ＣＯＭの必要部分（例えば吐出パルスＰＳ）がピエゾ素子４３３へ印加される。このとき、必要部分の選択の仕方次第で、ノズル４２７からのインクの吐出を制御できる。
【００３４】
＜駆動信号ＣＯＭについて＞
次に、駆動信号生成回路３０によって生成される駆動信号ＣＯＭについて説明する。図４に例示した駆動信号ＣＯＭには、繰り返し生成される複数の吐出パルスＰＳが含まれている。これらの吐出パルスＰＳは、いずれも同じ波形をしている。すなわち、電位の変化パターンが同じである。前述したように、この駆動信号ＣＯＭは、ピエゾ素子４３３が有する駆動電極４３５に印加される。これにより、固定電位とされた共通電極４３４との間に、電位の変化パターンに応じた電位差が生じる。その結果、ピエゾ素子４３３は、電位の変化パターンに応じて伸縮し、圧力室４２４の容積を変化させる。この圧力室４２４における容積の変化によって圧力室４２４内のインクには、圧力変化が生じる。そして、この圧力変化に基づき、ノズル４２７からインク滴が吐出される。
単位時間あたりの吐出回数（吐出周波数）は、相前後して生成される吐出部分の間隔によって定められる。例えば、図４の例において、実線の駆動信号ＣＯＭではインク滴が期間Ｔａ毎に吐出され、一点鎖線の駆動信号ＣＯＭではインク滴が期間Ｔｂ毎に吐出される。このため、実線の駆動信号ＣＯＭによる吐出周波数は、一点鎖線の駆動信号ＣＯＭによる吐出周波数よりも高いといえる。
【００３５】
＜吐出パルスＰＳについて＞
前述したように、吐出パルスＰＳはピエゾ素子４３３の動作を定めている。言い換えれば、ピエゾ素子４３３の変形度合いを時間毎に定めている。このため、吐出パルスＰＳにおける電位の変化パターンを異ならせることで、圧力室４２４内のインクに対する圧力変化のパターンを変えることができる。そして、インク滴の吐出は、インクの圧力変化を利用して行われている。このため、吐出パルスＰＳにおける電位の変化パターン（波形ともいう）を適宜定めることで、吐出されるインク滴の量を異ならせることができる。
例えば、図５Ａに示す波形の吐出パルスＰＳ１では、大ドットの形成に適した量のインク滴を吐出させることができ、図５Ｂに示す波形の吐出パルスＰＳ２では、小ドットの形成に適した量のインク滴を吐出させることができる。そして、小ドットの形成に適した量は、大ドットの形成に適した量よりも少ない。従って、これらの吐出パルスＰＳ１，ＰＳ２を選択的にピエゾ素子４３３へ印加することで、異なる量のインク滴をノズル４２７から吐出させることができる。
【００３６】
＝＝＝吐出動作について＝＝＝
＜概要＞
この種のプリンタ１では、インクの吐出を安定化させたいという要望がある。例えば、低い周波数でインク滴を吐出させた場合と、高い周波数でインク滴を吐出させた場合とで、インク滴の量や飛行方向、或いは、飛行速度等を同じにしたいという要望がある。しかし、一般的なインクの粘度（約１ミリパスカル秒）よりも十分に高い粘度のインク、具体的には粘度が８〜２０ミリパスカル秒のインク（便宜上、高粘度インクともいう。）を、従来のヘッドＨＤで吐出させた場合には、インクの吐出が不安定になってしまうという問題があった。図６Ａは、高粘度インクが安定な状態で吐出されている様子を示している。これに対し、図６Ｂは、高粘度インクが不安定な状態で吐出されている様子を示している。これらの図を比較すると、不安定な状態では、飛行速度が不足しているインク滴や吐出曲がりが生じているインク滴があることが判る。このような吐出の安定性は、異なる量のインク滴を吐出させる場合であっても同様に求められる。
【００３７】
このような事情に鑑み、本実施形態のヘッドＨＤでは、量の異なる複数種類のインク滴を吐出させるべく、ノズル４２７の直径φ４２７を定めている。加えて、圧力室４２４内のインクに与えた圧力変化をインク滴の吐出のために効率よく使用すべく、ノズル４２７の長さＬ４２７（流路長さ）をインク供給路４２５の長さＬ４２５（流路長さ）に基づいて定めている。すなわち、ノズル４２７の直径φ４２７は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内に定められている。また、ノズル４２７の長さＬ４２７は、インク供給路４２５の長さＬ４２５の０．２倍未満に定められている。
【００３８】
図２Ｂに示すように、ノズル４２７が、ノズル方向と直交する面での断面積（断面Ｓｎｚｌの面積）がほぼ一定になっている形状、すなわち、円柱状の空間を区画する形状であるとする。この場合、直径φ４２７は、ノズル４２７における開口径（直径）が該当する。そして、ノズル４２７の長さＬ４２７は、吐出側の開口から圧力室４２４側の開口までの長さが該当する。
【００３９】
＜ヘッドＨＤについて＞
図７は、評価対象の各ヘッドＨＤを説明する図である。図８は、評価対象の各ヘッドＨＤにおける各部の寸法を示す図である。評価対象のヘッドＨＤのうち、実施例１〜実施例３の各ヘッドＨＤは、本実施形態に属するヘッドＨＤである。一方、ＮＧ１〜ＮＧ４の各ヘッドＨＤは、比較例のヘッドＨＤである。
【００４０】
これらの図から判るように、本実施形態に属する各ヘッドＨＤは、ノズル４２７の直径φ４２７が１５μｍから４０μｍの範囲内になっている。すなわち、実施例１のヘッドＨＤはノズル４２７の直径φ４２７が１５μｍであり、実施例２，３のヘッドＨＤはノズル４２７の直径φ４２７が４０μｍになっている。また、各ヘッドＨＤは、ノズル４２７の長さＬ４２７が、インク供給路４２５の長さＬ４２５の０．２倍未満になっている。すなわち、実施例１，２の各ヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の長さＬ４２５がノズル４２７の長さＬ４２７の５．１倍（Ｌ４２７≒Ｌ４２５×０．１９６）であり、実施例３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の長さＬ４２５がノズル４２７の長さＬ４２７の７倍（Ｌ４２７≒Ｌ４２５×０．１４３）である。具体的に説明すると、実施例１のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が３０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が１５３μｍになっている。実施例２のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が６０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が３０６μｍになっている。実施例３のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が６０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が４２０μｍになっている。
【００４１】
また、実施例１のヘッドＨＤと実施例２，３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５とノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の比率が異なっている。すなわち、実施例２，３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２倍よりも大きい値に定められている。これに対し、実施例１のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５の抵抗が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２倍以下の値に定められている。具体的には、実施例２，３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５がノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２１倍に定められている。これに対し、実施例１のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５がノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．１倍に定められている。ここで、抵抗Ｒ（流路抵抗）とは、媒質の内部損失である。本実施形態では、インク流路を流れるインクが受ける力であって、インクの流れる方向とは逆向きの力である。
【００４２】
図２Ｂで説明したように、インク供給路４２５は、矩形状断面Ｓｓｕｐを有する流路として捉えることができる。このため、インク供給路４２５における流路抵抗は、インク（液体）の粘度、インク供給路４２５の長さＬ４２５、幅Ｗ４２５、高さＨ４２５に基づいて算出することができる。すなわち、略直方体状の流路における流路抵抗Ｒ直は、次式（２）で表すことができる。
流路抵抗Ｒ直＝（１２×粘度μ×長さＬ）／（幅Ｗ×高さＨ３）・・・（２）
一方、ノズル４２７は、円形状断面Ｓｎｚｌを有する流路として捉えることができる。このため、ノズル４２７における流路抵抗は、インクの粘度、ノズル４２７の半径（φ４２７／２）、ノズル４２７の長さＬ４２７に基づいて算出することができる。すなわち、円形状断面の流路における流路抵抗Ｒ円は、次式（３）にて近似して表すことができる。 流路抵抗Ｒ円＝（８×粘度μ×長さＬ）／（π×半径ｒ４） ・・・（３）
これらの式（２），（３）において、粘度μはインクの粘度、Ｌは流路の長さ、Ｗは流路の幅、Ｈは流路の高さ、ｒは円形状断面を有する流路の半径をそれぞれ表している。
【００４３】
次に、比較例の各ヘッドＨＤについて説明する。ノズル４２７の直径φ４２７に関し、ＮＧ１，４のヘッドＨＤはそれぞれ１５μｍであり、ＮＧ２，３のヘッドＨＤはそれぞれ４０μｍである。このため、ノズル４２７の直径φ４２７については、本実施形態に属する各ヘッドＨＤと比較例の各ヘッドＨＤとで差はないといえる。しかし、比較例の各ヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７がインク供給路４２５の長さＬ４２５の０．２倍以上になっている。すなわち、ＮＧ１，３，４の各ヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の長さＬ４２５がノズル４２７の長さＬ４２７の４．９倍（Ｌ４２７≒Ｌ４２５×０．２０４）であり、ＮＧ２のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の長さＬ４２５がノズル４２７の長さＬ４２７の４．５倍（Ｌ４２７≒Ｌ４２５×０．２２２）である。具体的に説明すると、ＮＧ１，４のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が３０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が１４７μｍになっている。ＮＧ２のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が６０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が２７０μｍになっている。ＮＧ３のヘッドＨＤでは、ノズル４２７の長さＬ４２７が６０μｍであるのに対し、インク供給路４２５の長さＬ４２５が２９４μｍになっている。
【００４４】
また、比較例の各ヘッドＨＤは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５とノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の比率が異なっている。すなわち、ＮＧ１のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．１倍に定められ、ＮＧ２のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．１４倍に定められている。また、ＮＧ３のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２１倍に定められ、ＮＧ４のヘッドＨＤでは、インク供給路４２５の抵抗Ｒ４２５が、ノズル４２７の抵抗Ｒ４２７の０．２５倍に定められている。
【００４５】
＜吐出パルスＰＳについて＞
図５Ａや図５Ｂで説明したように、評価用の吐出パルスＰＳとしては種々のものを用いることができる。大ドット用のインク滴を吐出させるために用いた吐出パルスＰＳは、図５Ａに示す吐出パルスＰＳ１である。この吐出パルスＰＳ１は、符号Ｐ１から符号Ｐ５で示される複数の部分を有する。すなわち、吐出パルスＰＳ１は、第１減圧部分Ｐ１と、第１電位保持部分Ｐ２と、加圧部分Ｐ３と、第２電位保持部分Ｐ４と、第２減圧部分Ｐ５とを有する。
【００４６】
第１減圧部分Ｐ１は、タイミングｔ１からタイミングｔ２に亘って生成され、始端電位が中間電位ＶＢであって終端電位が最高電位ＶＨである。このため、第１減圧部分Ｐ１がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、基準容積から最大容積まで、第１減圧部分Ｐ１の生成期間に亘って膨張する。この第１減圧部分Ｐ１は、インク滴を吐出させるための準備動作として圧力室４２４を膨張させている。この吐出パルスＰＳ１における駆動電圧Ｖｈ（最高電位ＶＨと最低電位ＶＬとの差）は３０Ｖであり、中間電位ＶＢは最低電位ＶＬよりも１０Ｖ高い電位に定められる。そして、第１減圧部分Ｐ１の生成期間は３μｓである。
【００４７】
第１電位保持部分Ｐ２は、タイミングｔ２からタイミングｔ３に亘って生成される部分である。この第１電位保持部分Ｐ２は、最高電位ＶＨで一定である。このため、第１電位保持部分Ｐ２がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、第１電位保持部分Ｐ２の生成期間に亘って最大容積が維持される。この吐出パルスＰＳ１において、第１電位保持部分Ｐ２の生成期間は２μｓである。
【００４８】
加圧部分Ｐ３は、タイミングｔ３からタイミングｔ４に亘って生成される部分である。この加圧部分Ｐ３は、始端電位が最高電位ＶＨであり、終端電位が最低電位ＶＬである。このため、加圧部分Ｐ３がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、最大容積から最小容積まで加圧部分Ｐ３の生成期間に亘って収縮する。この圧力室４２４の収縮に伴ってインクが加圧されてノズル４２７から吐出される。このため、加圧部分Ｐ３はインク滴を吐出させるための部分（吐出部分）に相当する。なお、この吐出パルスＰＳ１において、加圧部分Ｐ３の生成期間は２．３μｓである。
【００４９】
第２電位保持部分Ｐ４は、タイミングｔ４からタイミングｔ５に亘って生成される部分である。第２電位保持部分Ｐ４は、最低電位ＶＬで一定である。このため、第２電位保持部分Ｐ４がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、第２電位保持部分Ｐ４の生成期間に亘って、最小容積が維持される。この吐出パルスＰＳ１において、第２電位保持部分Ｐ４の生成期間は３μｓである。
【００５０】
第２減圧部分Ｐ５は、タイミングｔ５からタイミングｔ６に亘って生成される部分である。この第２減圧部分Ｐ５は、始端電位が最低電位ＶＬであり、終端電位が中間電位ＶＢである。このため、第２減圧部分Ｐ５がピエゾ素子４３３に印加されると、圧力室４２４は、最小容積から基準容積まで、第２減圧部分Ｐ５の生成期間に亘って膨張する。この第２減圧部分Ｐ５は、インク滴の吐出後において収縮状態の圧力室４２４を基準容積まで膨張させるための動作をピエゾ素子４３３に行わせる。この吐出パルスＰＳ１において、第２減圧部分Ｐ５の生成期間は２．５μｓである。
【００５１】
小ドット用の吐出パルスＰＳとしては、種々のものを用いることができる。例えば、図５Ｂに示す吐出パルスＰＳ２や図５Ａに示す吐出パルスＰＳ１を変形したものを用いることができる。ここで重要なのは、小ドット用の吐出パルスＰＳは、大ドット用の吐出パルスＰＳに対して、圧力室４２４内のインクに与える圧力変化のパターンが異なっている点である。圧力変化のパターンを異ならせることで、メニスカス（ノズル４２７において露出しているインクの自由表面）の動きを異ならせることができる。その結果、吐出されるインク滴の量を、大ドット用の吐出パルスＰＳを用いた場合よりも少なくすることができる。
【００５２】
＜評価結果について＞
図９から図１３は、本実施形態に属する各ヘッドＨＤによるインク滴の吐出結果を示し、図１４から図１７は、比較例の各ヘッドＨＤによるインク滴の吐出結果を示す。なお、これらの図は、シミュレーションによって得られたものである。
【００５３】
図９及び図１０は、実施例１のヘッドＨＤによるインク滴の吐出を説明するための図である。すなわち、図９は、粘度が２０ミリパスカル秒のインク（比重はほぼ１である）を用い、大ドット用のインク滴を６０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。また、図１０は、このインクを用い、小ドット用のインク滴を３０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。
【００５４】
図１１及び図１２は、実施例２のヘッドＨＤによるインク滴の吐出を説明するための図である。すなわち、図１１は、粘度が２０ミリパスカル秒のインクを用い、大ドット用のインク滴を３０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。また、図１２は、このインクを用い、小ドット用のインク滴を１０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。
【００５５】
図１３は、実施例３のヘッドＨＤによるインク滴の吐出を説明するための図であり、粘度が８ミリパスカル秒のインク（比重はほぼ１である）を用い、大ドット用のインク滴を６０ｋＨｚ程度の周波数で吐出させた状態を説明する図である。
【００５６】
これらの図において、縦軸はメニスカスの位置（状態）をインクの量で示している。また、横軸は時間である。縦軸に関し、０ｎｇは、定常状態におけるメニスカスの位置を示す。そして、正側に値が大きくなるほどメニスカスが吐出方向に押し出された状態を示し、負側に値が大きくなるほどメニスカスが圧力室４２４側に引き込まれた状態を示す。また、符号Ｆで示すタイミングはインク滴の吐出されたタイミングを示している。このタイミングにおけるインク量が、吐出されたインク滴の量に相当する。ここで、インク滴は、柱状に延びたメニスカスの先端部分がちぎれることで、ノズル４２７から吐出されると考えられる。このため、インク滴が吐出された場合、その反動によってメニスカスは、急速に圧力室４２４の方向へ移動する。
【００５７】
図９、図１１、図１３より、本実施形態に属する各ヘッドＨＤでは、大ドットの形成に必要な量のインク滴を安定的に吐出できることが確認できた。実施例１のヘッドＨＤでは、図９に示すように、約１０ｎｇのインク滴を安定的に（すなわちインク滴の量のばらつきが抑制された状態で）、吐出できることが確認できた。実施例２のヘッドＨＤでは、図１１に示すように、約２２ｎｇのインクを安定的に吐出できることが確認できた。実施例３のヘッドＨＤでは、図１３に示すように、約１０ｎｇのインク滴を安定的に吐出できることが確認できた。
【００５８】
図１０、図１２より、本実施形態のヘッドＨＤでは、小ドットの形成に必要な量のインク滴も安定的に吐出できることが確認できた。実施例１のヘッドＨＤでは、図１０に示すように、約３ｎｇのインク滴を安定的に吐出できることが確認できた。実施例２のヘッドＨＤでは、約５．５ｎｇのインク滴を安定的に吐出できることが確認できた。なお、実施例３のヘッドＨＤに関し、大ドットの形成に必要な量のインク滴が吐出できていること、及び、実施例１，２のヘッドＨＤで小ドットの形成に必要な量のインク滴が吐出できていることから、実施例３のヘッドＨＤでも小ドットの形成に必要な量のインク滴を吐出できると考えられる。
【００５９】
本実施形態では、３０ｋＨｚの周波数でインク滴を繰り返し吐出させた場合に、吐出量として１０ｎｇ以上を確保でき、かつ、吐出量が安定していることを、ヘッドＨＤの評価基準としている。これは、１０ｎｇ以上のインク滴を安定的に吐出できれば、高粘度インクを用いても、従来のインクを吐出するプリンタ１と同等以上の速度や画質で画像が印刷できるからである。
【００６０】
そして、量の異なる複数種類のインク滴を安定的に吐出できた理由の１つは、ノズル４２７の直径φ４２７が１０ｎｇ〜２０ｎｇ程度の量のインク滴を吐出するために適した大きさに定められているからと考えられる。また、他の理由としては、ノズル４２７の長さＬ４２７とインク供給路４２５の長さＬ４２５の比率が適切に定められているから、すなわちノズル４２７の長さＬ４２７がインク供給路４２５の長さＬ４２５の０．２倍未満に定められているからと考えられる。これにより、圧力室４２４内のインクに与えた圧力変化を、インク滴を吐出するために、言い換えればメニスカスを運動させるために、効率よく使用することができるようになったと考えられる。なお、ノズル４２７の長さＬ４２７は、本実施形態に属する各ヘッドＨＤのように、３０μｍ以上であることが好ましい。これは、ノズル４２７として必要な剛性が確保できるからである。また、ノズル４２７の長さＬ４２７はノズルプレート４２２の厚さでもある。このため、３０μｍ以上にすることで加工が容易になる。加えて、寸法精度を高めることもできる。
【００６１】
流路抵抗に関し、インク供給路４２５の流路抵抗Ｒ４２７は、ノズル４２７の流路抵抗Ｒ４２５の０．２倍よりも大きくすることが好ましいと考えられる。これは、インク供給路４２５の流路抵抗Ｒ４２７を大きくすることで、インク滴を吐出させた後におけるインクの圧力振動を、インク供給路４２５側で減衰させることができると考えられるからである。すなわち、メニスカスの動きやすさを保ちつつ、圧力振動を収束させることができると考えられるからである。
【００６２】
ところで、ノズル４２７もインク供給路４２５もインク（媒質）が流れる管と考えることができる。このため、管の外部から圧力を加えた場合において、管の直径が大きいほど管内のインクは移動し易く、管内のインクの質量が大きいほど管内のインクは移動し難いといえる。このような特性を有することから、管内におけるインクの移動し易さについては、音響回路におけるイナータンスで表されている。ここで、インクの密度をρ、流路のインク流れ方向と直交する面の断面積をＳ、流路の長さをＬとしたとき、イナータンスＭは次式（４）で近似して表すことができる。図２Ｂに示すように、ここでの流路の長さＬや断面積Ｓは、モデル化したインク流路における各部の長さや断面積を示している。長さＬは、インクの流れ方向の長さである。また、断面積Ｓに関しては、インクの流れ方向とほぼ直交する面の面積である。
イナータンスＭ＝（密度ρ×長さＬ）／断面積Ｓ ・・・ （４）
この式（４）から、イナータンスは、単位断面積あたりのインクの質量と考えることができる。そして、イナータンスが大きいほど、インクは圧力室４２４内のインク圧力に応じて移動し難くなり、イナータンスが小さいほど、インクは圧力室４２４内の圧力に応じて移動しやすくなることが判る。
高粘度インクを吐出させる場合、ノズル４２７のイナータンスをインク供給路４２５のイナータンスよりも小さくすることが好ましい。これは、圧力室４２４内のインクに与えられた圧力振動に基づき、メニスカスの移動を効率よく行えるからである。
【００６３】
比較例の各ヘッドＨＤでは、図１４〜図１７に示すように、本実施形態に属する各ヘッドＨＤに比べてインク滴の吐出に難があると考えられる。例えば、ＮＧ１のヘッドＨＤでは、図１４に示すように、小ドット用のインク滴の吐出時にメニスカスが過度に引き込まれていることが判る。この場合、メニスカスが気泡となって圧力室４２４に入り込んでしまう可能性がある。ＮＧ２のヘッドＨＤでは、図１５に示すようにインク滴が吐出されていないと考えられる。すなわち、符号Ｎで示すインク滴の吐出タイミングの後において、メニスカスの圧力室４２４側への戻り量が少なくなっていることが判る。ＮＧ３，４のヘッドＨＤでは、吐出パルスＰＳの印加開始から２００μｓが経過しても、メニスカスが定常状態の位置まで戻っていない。これは、インク供給路４２５を通じて圧力室４２４に供給されるインクの量が不足しているためと考えられる。従って、ＮＧ３，４のヘッドＨＤでは、インク滴を連続滴に吐出すると飛行曲がりが生じることが考えられる。
【００６４】
＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
前述した実施形態は、主として、液体吐出装置としてのプリンタ１を有する印刷システムについて記載されているが、その中には、液体吐出方法、液体吐出システム、吐出パルスＰＳの設定方法等の開示が含まれている。また、この実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【００６５】
＜他のヘッドＨＤ´について＞
前述した実施形態のヘッドＨＤでは、ピエゾ素子として、吐出パルスＰＳで与えられる電位が高いほど、圧力室４２４の容積を大きくするための動作をするタイプのものを用いていた。ヘッドに関し、他のタイプのものを用いてもよい。図１８に示した他のヘッドＨＤ´は、ピエゾ素子として、吐出パルスＰＳで与えられる電位が高いほど、圧力室７３の容積を小さくするための動作をするタイプのものを用いている。
【００６６】
簡単に説明すると、他のヘッドＨＤ´は、共通インク室７１と、インク供給口７２と、圧力室７３と、ノズル７４とを有する。そして、共通インク室７１から圧力室７３を通ってノズル７４に至る一連のインク流路をノズル７４に対応する複数有している。他のヘッドＨＤ´でも圧力室７３は、その容積がピエゾ素子７５の動作によって変化される。すなわち、圧力室７３の一部は振動板４２３によって区画され、圧力室７３とは反対側となる振動板７６の表面にはピエゾ素子７５が設けられている。
【００６７】
ピエゾ素子７５はそれぞれの圧力室７３に対応して複数設けられている。各ピエゾ素子７５は、例えば圧電体を上電極と下電極とで挟んだ構成であり（何れも図示せず。）、これらの電極間に電位差を与えることにより変形する。この例では、上電極の電位を上昇させると圧電体が充電され、これに伴ってピエゾ素子７５は圧力室７３側に凸となるように撓む。これにより圧力室７３が収縮される。なお、他のヘッドＨＤ´では、振動板７６における圧力室７３を区画している部分が区画部に相当する。
【００６８】
＜吐出動作をする素子について＞
このプリンタ１では、インクを吐出させるための動作をする素子として、ピエゾ素子４３３，７５を用いている。ここで、吐出動作をする素子は、前述したピエゾ素子４３３，７５に限定されるものではない。例えば、発熱素子であってもよいし、磁歪素子であってもよい。そして、この素子として、前述の実施形態のようにピエゾ素子４３３，７５を用いた場合には、圧力室４２４，７３の容積を吐出パルスＰＳの電位に基づいて精度良く制御できる。
【００６９】
＜ノズル４２７やインク供給路４２５等の形状について＞
前述の実施形態において、ノズル４２７は、円柱状の空間を区画する貫通孔によって構成されていた。言い換えれば、円形の開口形状を有し、ノズルプレート４２２の厚さ方向を貫通する孔によって構成されていた。また、インク供給路４２５は、矩形の開口形状を有し、圧力室４２４と共通インク室４２６とを連通する孔によって構成されていた。言い換えれば、角柱状の空間を区画する連通孔によって構成されていた。
【００７０】
ここで、ノズル４２７やインク供給路４２５は種々の形状を採り得る。例えば、ノズル４２７に関し、図１９Ａに示すように、略漏斗状の貫通孔によって構成してもよい。例示したノズル４２７は、テーパー部分４２７ａとストレート部分４２７ｂとを有する。テーパー部分４２７ａは、円錐台状の空間を区画する部分であり、圧力室４２４から離れる程に開口面積が小さくなっている。すなわち、先細り形状に設けられている。ストレート部分４２７ｂは、テーパー部分４２７ａにおける小径側の端部に連続して設けられている。このストレート部分４２７ｂは、円柱状の空間を区画する部分であり、ノズル方向と直交する面で、断面積がほぼ一定の部分である。
【００７１】
このノズル４２７では、例えば図１９Ｂに示すように、テーパー部分４２７ａを、直径が段階的に小さくなっている複数の円盤状空間を区画する部分と定義することで、解析をすることができる。また、図１９Ａに示すように、漏斗状のノズル４２７と等価な、ノズル方向と直交する面の断面積が一定のノズル４２７を定義することでも、解析をすることができる。
【００７２】
また、インク供給路４２５に関し、例えば図１９Ｃに示すように、縦方向に長い長円状（半径の等しい二つの半円を共通外接線でつないだ形状）の開口を有する流路で構成してもよい。この場合、インク供給路４２５の開口面積Ｓｓｕｐは、斜線で示す長円状部分の面積が該当する。そして、この長円状開口を有するインク供給路４２５についても、これと等価な矩形状開口を有する流路を定義して、解析してもよい。この場合、インク供給路４２５の高さＨ４２５は、実際のインク供給路４２５の最大高さよりも多少低くなる。なお、インク供給路４２５の開口が楕円状であっても同様である。
【００７３】
さらに、圧力室４２４についても同様である。例えば図１９Ｃに示すように、圧力室４２４における長手方向と直交する面が、横長の六角形状をしていた場合には、これと等価な矩形状断面を有する流路を定義して、解析してもよい。すなわち、高さがＨ４２４であり、幅が圧力室４２４の最大幅よりも多少小さいＷ４２４である矩形状断面の流路を定義して、解析してもよい。
【００７４】
＜他の応用例について＞
また、前述の実施形態では、液体吐出装置としてプリンタ１が説明されていたが、これに限られるものではない。例えば、カラーフィルタ製造装置、染色装置、微細加工装置、半導体製造装置、表面加工装置、三次元造形機、液体気化装置、有機ＥＬ製造装置（特に高分子ＥＬ製造装置）、ディスプレイ製造装置、成膜装置、ＤＮＡチップ製造装置などのインクジェット技術を応用した各種の液体吐出装置に、本実施形態と同様の技術を適用しても良い。また、これらの方法や製造方法も応用範囲の範疇である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】印刷システムの構成を説明するブロック図である。
【図２】図２Ａは、ヘッドの断面図である。図２Ｂは、ヘッドの構造を模式的に説明する図である。
【図３】駆動信号生成回路等の構成を説明するブロック図である。
【図４】駆動信号の一例を説明するための図である。
【図５】図５Ａは、大ドット用の吐出パルスの一例を説明する図である。図５Ｂは、小ドット用の吐出パルスの一例を説明する図である。
【図６】図６Ａは、高粘度インクが安定して吐出されている様子を示す図である。図６Ｂは、高粘度インクが不安定な状態で吐出されている様子を示す図である。
【図７】評価対象の各ヘッドを説明する図である。
【図８】評価対象の各ヘッドにおける各部の寸法を示す図である。
【図９】実施例１のヘッドによる大ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１０】実施例１のヘッドによる小ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１１】実施例２のヘッドによる大ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１２】実施例２のヘッドによる小ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１３】実施例３のヘッドによる大ドット用のインク滴の吐出を説明する図である。
【図１４】ＮＧ１のヘッドによるインク滴の吐出を説明する図である。
【図１５】ＮＧ２のヘッドによるインク滴の吐出を説明する図である。
【図１６】ＮＧ３のヘッドによるインク滴の吐出を説明する図である。
【図１７】ＮＧ４のヘッドによるインク滴の吐出を説明する図である。
【図１８】他のヘッドを説明する断面図である。
【図１９】図１９Ａは、略漏斗状のノズルを説明する図である。図１９Ｂは、略漏斗状のノズルの解析用のモデルを説明する図である。図１９Ｃは、インク供給路と圧力室の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ プリンタ，１０ 用紙搬送機構，２０ キャリッジ移動機構，
３０ 駆動信号生成回路，３１ ＤＡＣ回路，３２ 電圧増幅回路，
３３ 電流増幅回路，４０ ヘッドユニット，４１ ケース，
４１１ 収容空部，４２ 流路ユニット，４２１ 流路形成基板，
４２２ ノズルプレート，４２３ 振動板，４２３ａ ダイヤフラム部，
４２４ 圧力室，４２５ インク供給路，４２６ 共通インク室，
４２７ ノズル，４２８ 支持板，４２８ａ 島部，４２９ 弾性体膜，
４２９ａ 島部周辺の弾性体膜，４３ ピエゾ素子ユニット，
４３１ ピエゾ素子群，４３２ 固定板，４３３ ピエゾ素子，
４３４ 共通電極，４３５ 駆動電極，４３６ 圧電体，
４４ スイッチ，５０ 検出器群，６０ プリンタ側コントローラ，
６１ インタフェース部，６２ ＣＰＵ，６３ メモリ，
７１ 共通インク室，７２ インク供給口，７３ 圧力室，
７４ ノズル，７５ ピエゾ素子，７６ 振動板，
ＣＰ コンピュータ，ＨＤ ヘッド，ＨＤ´ 他のヘッド，
ＨＣ ヘッド制御部，ＣＯＭ 駆動信号，ＰＳ 吐出パルス，
Ｐ１ 第１減圧部分，Ｐ２ 第１電位保持部分，Ｐ３ 加圧部分，
Ｐ４ 第２電位保持部分，Ｐ５ 第２減圧部分，Ｖｈ 駆動電圧，
ＶＨ 最高電位，ＶＢ 中間電位，ＶＬ 最低電位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体吐出方法であって、
液体吐出ヘッドから液体を吐出させることを有し、
前記液体の粘度は、
８ミリパスカル秒以上であって２０ミリパスカル秒以下の範囲内であり、
前記液体吐出ヘッドは、
前記液体が吐出されるノズルと、
前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、
前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、
前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させるものであり、
前記ノズルの直径は、
１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、
前記ノズルの流路長さは、
前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出方法であって、
前記ノズルの流路長さは、
３０μｍ以上である、液体吐出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の液体吐出方法であって、
前記供給部の流路長さは、
１５３μｍ以上であって４２０μｍ以下の範囲内である、液体吐出方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の液体吐出方法であって、
前記供給部の流路抵抗は、
前記ノズルの流路抵抗の０．２倍よりも大きい、液体吐出方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の液体吐出方法であって、
前記ノズルのイナータンスは、
前記供給部のイナータンスよりも小さい、液体吐出方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の液体吐出方法であって、
前記圧力室は、
前記圧力室の一部を区画し、変形によって前記液体に圧力変化を与える区画部を有する、液体吐出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の液体吐出方法であって、
前記液体吐出ヘッドは、
印加された吐出パルスにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、前記区画部を変形させる素子を有する、液体吐出方法。
【請求項８】
液体が吐出されるノズルと、
前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、
前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、
前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、
前記ノズルの直径は、
１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、
前記ノズルの流路長さは、
前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出ヘッド。
【請求項９】
吐出パルスを生成する吐出パルス生成部と、
ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、
前記液体を前記ノズルから吐出させるために、区画部を変形させることで前記液体に圧力変化を与える圧力室であって、前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させる圧力室と、
印加された前記吐出パルスにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、前記区画部を変形させる素子と、
前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、
前記ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、
前記ノズルの流路長さは、前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出ヘッドと、
を有する、液体吐出装置。
【請求項１】
液体吐出方法であって、
液体吐出ヘッドから液体を吐出させることを有し、
前記液体の粘度は、
８ミリパスカル秒以上であって２０ミリパスカル秒以下の範囲内であり、
前記液体吐出ヘッドは、
前記液体が吐出されるノズルと、
前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、
前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、
前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させるものであり、
前記ノズルの直径は、
１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、
前記ノズルの流路長さは、
前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出方法であって、
前記ノズルの流路長さは、
３０μｍ以上である、液体吐出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の液体吐出方法であって、
前記供給部の流路長さは、
１５３μｍ以上であって４２０μｍ以下の範囲内である、液体吐出方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の液体吐出方法であって、
前記供給部の流路抵抗は、
前記ノズルの流路抵抗の０．２倍よりも大きい、液体吐出方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の液体吐出方法であって、
前記ノズルのイナータンスは、
前記供給部のイナータンスよりも小さい、液体吐出方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか１項に記載の液体吐出方法であって、
前記圧力室は、
前記圧力室の一部を区画し、変形によって前記液体に圧力変化を与える区画部を有する、液体吐出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の液体吐出方法であって、
前記液体吐出ヘッドは、
印加された吐出パルスにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、前記区画部を変形させる素子を有する、液体吐出方法。
【請求項８】
液体が吐出されるノズルと、
前記液体を前記ノズルから吐出させるために前記液体に圧力変化を与える圧力室と、
前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、
前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させる液体吐出ヘッドであって、
前記ノズルの直径は、
１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、
前記ノズルの流路長さは、
前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出ヘッド。
【請求項９】
吐出パルスを生成する吐出パルス生成部と、
ノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、
前記液体を前記ノズルから吐出させるために、区画部を変形させることで前記液体に圧力変化を与える圧力室であって、前記液体に対する圧力変化の与え方を異ならせることで、所定量の液体と前記所定量よりも少ない量の液体とを前記ノズルから吐出させる圧力室と、
印加された前記吐出パルスにおける電位の変化パターンに応じた度合いで、前記区画部を変形させる素子と、
前記圧力室に連通し、前記圧力室に前記液体を供給する供給部と、を有し、
前記ノズルの直径は、１５μｍ以上であって４０μｍ以下の範囲内であり、
前記ノズルの流路長さは、前記供給部の流路長さの０．２倍未満である、液体吐出ヘッドと、
を有する、液体吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−２５５５１４（Ｐ２００９−２５５５１４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０５３３５（Ｐ２００８−３０５３３５）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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