(57)【要約】【課題】微液滴化された好ましいインク液滴を吐出可能な液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供する。【解決手段】第１のノズル５１Ａのインク吐出方向側には、所定の間隔を離して第２のノズル５１Ｂが設けられ、第１のノズル５１Ａが形成される面と第２のノズルが形成される面との間の空間は引込流路５５となる。圧力室５２に設けられた圧電素子５８を動作させて圧力室内のインクを加圧すると、第１のノズル５１Ａから出されたインクの一部は引込流路５５に吸収されて、第２のノズルから微液滴化されたインク液滴が吐出される。第２のノズル５１Ｂから微液滴化されたインク液滴が吐出された後は、引込流路５５に吸収されたインクは第１のノズル５１Ａを介して圧力室５２内へ戻される。引込流路５５に撥液処理を施すことで、引込流路５５から圧力室へのインク回収が速やかに行われる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のノズルと、
前記第１のノズルよりも小さい直径を有し、垂線方向に前記第１のノズルと所定の間隔を離して前記第１のノズルよりも液体吐出方向側に配設される第２のノズルと、
前記第１のノズルが形成される面と前記第２のノズルが形成される面との間に設けられる第１の引込流路と、
前記第１のノズルの前記第２のノズルと反対側に設けられ、前記第１のノズルと連通し、吐出される液体を収容する圧力室と、
前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力室内の液体を加圧する圧力発生素子と、
を備え、
前記圧力発生素子によって前記圧力室内の液体を加圧し、前記第１のノズルから出された液体の一部を前記引込流路に流入させて、前記第２のノズルから微液滴化された液体を吐出することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１のノズルの直径は２０μｍ以上５０μｍ以下であり、
前記第２のノズルの直径は５μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧力発生素子は、前記圧力室内の液体を１０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数で加圧することを特徴とする請求項１又は２記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１の引込流路は、撥液処理が施されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第１のノズル及び前記第２のノズルは、垂線方向に沿う断面形状が液体吐出方向側の面から内部に向かって開いた形状を有することを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記第１のノズルは、垂線方向に沿う断面形状が内部から液体吐出方向側に開いた形状を有し、液体吐出方向側の面の直径が内部の直径よりも大きい形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記第１のノズルを複数備えるとともに、前記複数の第１のノズルは前記第１のノズルが形成される面に２次元状に配置され、
前記第２のノズルは、前記第２のノズルが形成される面に前記第１のノズルに対応して前記第１のノズルと同じ数だけ設けられ、
隣接する第１のノズル及び第２のノズルに対応する隣接する第１の引込流路同士を隔てる隔壁を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記第２のノズルは、前記垂線方向に所定の間隔を離して複数設けられるとともに、異なる第２のノズルが形成される２つの面の間には第２の引込流路が設けられることを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第１の引込流路と前記第２の引込流路との間に設けられる第２のノズル及び、異なる２つの第２の引込流路間に設けられる第２のノズルは、垂線方向に沿う断面形状が内部から液体吐出方向側に開いた形状を有し、液体吐出方向側の面の直径が内部の直径よりも大きい形状を有することを特徴とする請求項８記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記第２の引込流路は、撥液処理が施されていることを特徴とする請求項８又は９記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１乃至８のうち少なくとも何れか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
前記圧力発生素子に印加する駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、
を備え
前記圧力発生素子に駆動信号を印加して前記圧力室内の液体を加圧し、前記第１のノズルから出された液体の一部を前記引込流路に流入させて、前記第２のノズルから微液滴化された液体を吐出することを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に係り、特に微液滴をサテライトレスで吐出する液体吐出ヘッドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、汎用の画像形成装置として、インクジェットヘッドから記録媒体上にインク液滴を吐出して所望の画像を形成するインクジェット記録装置が広く用いられている。インクジェット記録装置では、記録画像の品質向上が求められており、ノズルを微細化することでドットサイズを微細化し、ノズルを高密度に配置することでドットを高密度に配置して画像品質の向上を図っている。一般に、インク液滴の直径はノズルの直径と同程度まで微小化することが可能であるが、加工上の制約からノズルの直径を数十μｍ以下とすることは非常に困難であり、ノズルの直径の制約からインク液滴の微液滴化が制限される。
【０００３】
特許文献１に記載された発明では、大小のドットを打ち分けるためのノズルの構造が開示されている。即ち、特許文献１には、大径インク滴吐出用ヘッドと小径インク滴吐出ヘッドを備え、これらのヘッドにノズル及びその近傍に撥インク処理の条件を変えた異なる態様の撥インク層を設けて、大径インク滴の吐出及び小径インク滴の吐出を実現するように構成されている。
【特許文献１】特開平９−３００６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、撥インク処理のみで小径のインク滴吐出を実現しているので、インク液滴の微液滴化に限界がある。即ち、特許文献１に記載された発明では、直径４０μｍ以下のサイズのドットを実現することは困難である。また、ノズル及びその近傍の撥インク処理は経時変化するために、ドットサイズの安定性にも問題がある。
【０００５】
また、いわゆるミストジェット方式と呼ばれる数十μｍ程度（例えば、３０μｍ）の直径を有するノズルを用いて、数μｍ程度の直径を有する微小サイズのインク液滴を吐出する吐出方式が提案されている。ミストジェット方式では、数ＭＨｚから数十ＭＨｚの周波数（１回の引き押しの周波数）でインクを加振して数μｍ程度（１０μｍ以下）のインク滴を生成している。ミストジェット方式では、高粘度インクを高速周波数で吐出させる場合に大きな加振圧力を用いてインクを加振するが、加振圧力を大きくするとインク液滴のサイズが相対的に大きくなってしまうという課題が存在している。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微液滴化された好ましいインク液滴を吐出可能な液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、第１のノズルと、前記第１のノズルよりも小さい直径を有し、垂線方向に前記第１のノズルと所定の間隔を離して配設される第２のノズルと、前記第１のノズルが形成される面と前記第２のノズルが形成される面との間に設けられる第１の引込流路と、前記第１のノズルの前記第２のノズルと反対側に設けられ、前記第１のノズルと連通し、吐出される液体を収容する圧力室と、前記圧力室を構成する壁面に設けられ、前記圧力室内の液体を加圧する圧力発生素子と、を備え、前記圧力発生素子によって前記圧力室内の液体を加圧し、前記第１のノズルから出された液体の一部を前記引込流路に流入させて、前記第２のノズルから微液滴化された液体を吐出することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、第２のノズルからヘッド外部に吐出する際に、第１のノズルが形成される面と第２のノズルが形成される面の間に設けられた引込流路へ余分な体積を吸収させるので、第２のノズルから吐出される液体は微液滴化される。
【０００９】
第１のノズルと第２のノズルはそれぞれの中心を通る垂線が一致している態様が好ましい。
【００１０】
ここでいう「微液滴化された液体」とは、１ｐｌ以下の体積を有する液滴を意味している。なお、微液滴化された液体にはいわゆるサテライトは含まれない。
【００１１】
液体吐出ヘッドには、記録媒体上にカラー画像を形成するインクジェット記録装置に適用されるインクジェットヘッドを含んでいる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記第１のノズルの直径は２０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記第２のノズルの直径は５μｍ以上１５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、最上段のノズル（第２のノズル）の直径を小さくすることで、吐出後の液切れがよくなり、サテライトの発生を抑制することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、「引き−押し−引き」動作により液体を吐出させる場合に、特に効果を発揮する。なお、ここでいう「引き−押し−引き」動作とは、先ず圧力室を減圧してメニスカスを引き込み、次に圧力室を加圧して液柱状の液体をノズルから出した後に、再度圧力室を減圧して液柱状の液体をヘッド内の液体から分離して液滴化する吐出方式が挙げられる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧力発生素子は、前記圧力室内の液体を１０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の周波数で加圧することを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、微液滴化のために圧力室を加圧する周波数をミストジェット方式のように高周波にする必要がなく、液体の粘性減衰が軽減される。また、圧力発生素子の消費電力の低減化が見込まれる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２又は３記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記第１の引込流路は、撥液処理が施されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、第２のノズルから微液滴化された液滴が吐出された後に、引込流路に引き込まれた液体が速やかに圧力室へ回収される。
【００１９】
撥水処理には、引込流路を形成する面に対する液体の接触角が９０°を超える態様を含んでいる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記第１のノズル及び前記第２のノズルは、垂線方向に沿う断面形状が液体吐出方向側の面から内部に向かって開いた形状を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、第１のノズル及び第２のノズルを吐出方向側から内部に向かって開いたテーパ形状とすることで、第１のノズル及び第２のノズルの流路抵抗を低減化することができる。
【００２２】
テーパ形状には、吐出方向側の面の直径が最小となり、吐出方向と反対側の面の直径が最大となる態様が挙げられる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、前記第１のノズルは、垂線方向に沿う断面形状が内部から液体吐出方向側に開いた形状を有し、液体吐出方向側の面の直径が内部の直径よりも大きい形状を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、第１のノズルの第２のノズル側の面を第２のノズル側へ開いた逆テーパ形状とすることで引込流路の間口が広げられ、当該引込流路への液体の流入及び当該引込流路からの液体の流出が容易となる。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記第１のノズルを複数備えるとともに、前記複数の第１のノズルは前記第１のノズルが形成される面に２次元状に配置され、前記第２のノズルは、前記第２のノズルが形成される面に前記第１のノズルに対応して前記第１のノズルと同じ数だけ設けられ、隣接する第１のノズル及び第２のノズルに対応する隣接する第１の引込流路同士を隔てる隔壁を備えたことを特徴とする。
【００２６】
請求項７に記載の発明によれば、マルチノズルにも適用可能である。
【００２７】
各引込流路とヘッド外部とを直接的に連通させる通気孔を各引込流路に備える態様が好ましい。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記第２のノズルは、前記垂線方向に所定の間隔を離して複数設けられるとともに、異なる第２のノズルが形成される２つの面の間には第２の引込流路が設けられることを特徴とする。
【００２９】
請求項８に記載の発明によれば、吐出後に初期状態への復帰が容易であり、連続的に微液滴を吐出させる場合に、吐出周波数を落とすことなく確実に微液滴が吐出される。
【００３０】
請求項９に記載の発明は、請求項８記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記第１の引込流路と前記第２の引込流路との間に設けられる第２のノズル及び、異なる２つの前記第２の引込流路間に設けられる第２のノズルは、垂線方向に沿う断面形状が内部から液体吐出方向側に開いた形状を有し、液体吐出方向側の面の直径が内部の直径よりも大きい形状を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項９に記載の発明によれば、第１の引込流路及び第２の引込流路の間口が広げられ、当該引込流路への液体の流入及び当該引込流路からの液体の流出が容易となる。
【００３２】
請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記第２の引込流路は、撥液処理が施されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１０に記載の発明によれば、第２の引込流路における液体の流入及び流出が容易となる。
【００３４】
また、上記目的を達成するために、請求項１１に記載の発明に係る液体装置は、請求項１乃至８のうち少なくとも何れか１項に記載の液体吐出ヘッドと、前記圧力発生素子に印加する駆動信号を発生する駆動信号発生手段と、を備え前記圧力発生素子に駆動信号を印加して前記圧力室内の液体を加圧し、前記第１のノズルから出された液体の一部を前記引込流路に流入させて、前記第２のノズルから微液滴化された液体を吐出することを特徴とする。
【００３５】
液体吐出装置には、インクジェットヘッドからカラーインクを吐出させて記録媒体上にカラー画像を形成するインクジェット記録装置が含まれる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、第２のノズルからヘッド外部に吐出する際に、第１のノズルが形成される面と第２のノズルが形成される面の間に設けられた引込流路へ余分な体積を吸収させるので、第２のノズルから吐出される液体は微液滴化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３８】
〔装置の全体構成〕
まず、本発明に係る液体吐出ヘッド及び液体吐出装置の一例として、記録媒体上にカラーインクを吐出するインクジェットヘッドを備え、カラーインクにより記録媒体上に所望のカラー画像を形成するインクジェット記録装置を例示する。
【００３９】
図１は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数のインクジェットヘッド（以下、ヘッドという。）１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録媒体たる記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙのインク吐出面（ノズル形成Ｓ１面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。
【００４０】
インク貯蔵／装填部１４は、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインク供給タンクを有し、各色のインクは所要のインク流路１５を介してヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙと連通されている。
【００４１】
また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。なお、図１に示すインク貯蔵／装填部１４を含むインク供給系の詳細は後述する。
【００４２】
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００４３】
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される記録媒体の種類（メディア種）を自動的に判別し、メディア種に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
【００４４】
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
【００４５】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
【００４６】
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
【００４７】
ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによって記録紙１６がベルト３３上に吸着保持される。
【００４８】
ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（図１中不図示、図８に符号８８で図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。
【００４９】
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。
【００５０】
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラが接触するので画像が染み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
【００５１】
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００５２】
印字部１２の各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、当該インクジェット記録装置１０が対象とする記録紙１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。
【００５３】
ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、記録紙１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが記録紙１６の搬送方向（以下、紙送り方向と記載）延在するように固定設置される。
【００５４】
吸着ベルト搬送部２２により記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
【００５５】
このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（即ち１回の副走査で）、記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
【００５６】
本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。更に、記録紙１６に処理液とインクとを付着させた後に、記録紙１６上でインク色材を凝集又は不溶化させて、記録紙１６上でインク溶媒とインク色材とを分離させる２液系のインクジェット記録装置では、処理液を記録紙１６に付着させる手段としてインクジェットヘッドを備えてもよい。
【００５７】
印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサを含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他吐出異常をチェックする手段として機能する。
【００５８】
本例の印字検出部２４は、少なくとも各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲ受光素子列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧ受光素子列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢ受光素子列と、から成る色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
【００５９】
印字検出部２４は、各色のヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドットの着弾位置の測定などで構成される。
【００６０】
印字検出部２４の後段には後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
【００６１】
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００６２】
加熱・加圧部４４によって記録紙１６を押圧すると、多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパーの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
【００６３】
こうして生成されたプリント物は排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成される。
【００６４】
また、図１には示さないが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
【００６５】
〔ヘッドの構造〕
次に、ヘッドの構造について説明する。色別の各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によってヘッドを示すものとする。
【００６６】
図３(a)はヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図３(b)はその一部の拡大図である。また、図３(c)はヘッド５０の他の構造例を示す平面透視図、図４はヘッド５０の立体的構成を示す断面図（図３(a),(b) 中の４−４線に沿う断面図）である。
【００６７】
記録紙１６上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド５０は、図３(a),(b)に示すように、インク滴の吐出孔であるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット５３を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。
【００６８】
記録紙１６の送り方向と略直交する方向に記録紙１６の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図３(a)の構成に代えて、図３(c)に示すように、複数のノズル５１が２次元に配列された短尺のヘッドブロック５０’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。また、図示は省略するが、短尺のヘッドを一列に並べてラインヘッドを構成してもよい。
【００６９】
各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１と供給口５４が設けられている。各圧力室５２は供給口５４を介して不図示の共通流路と連通されている。共通流路はインク供給源たるインク供給タンク（図４中不図示、図７中符号６０として図示）と連通しており、該インク供給タンクから供給されるインクは図４の共通流路を介して各圧力室５２に分配供給される。
【００７０】
詳細は後述するが、本例に示すヘッド５０は、サブピコリットルオーダー（１ｐｌ未満）の体積を有する微液滴化されたインク液滴を吐出するために好適なノズル構造を有している。
【００７１】
上述した微液滴吐出を実現すべく、ヘッド５０は垂線方向（インクの吐出方向）に沿って少なくとも２つのノズルを重ねた多重ノズル構造を有し、第１のノズル５１Ａのインク吐出側に所定の距離を離して第２のノズル５１Ｂが設けられている。即ち、最外面となるインク吐出面に開口を有する第２のノズル５１Ｂと、第２のノズル５１Ｂの直径よりも大きい直径を有し、第２のノズル５１Ｂのインク吐出方向と反対側に設けられる第１のノズル５１Ａ（破線で図示）と、を備えている。また、図３には図示しないが、第１のノズル５１Ａと第２のノズル５１Ｂとの間には、引込流路（図４に符号５５で図示）として機能する間隙が設けられている。
【００７２】
インク液滴を吐出する際に、毛細管力によってインクを引込流路に吸収させることで、第２のノズル５１Ｂから吐出されるインク液滴量を制限することで微液滴化を実現している。
【００７３】
図４に示すように、ヘッド５０は、インク吐出面に第２のノズル５１Ｂが設けられ、第２のノズル５１Ｂのインク吐出面と反対側（ヘッド５０の内部側）には、引込流路５５となる空間を隔てて第１のノズル５１Ａが設けられている。
【００７４】
隣接する引込流路５５同士は隔壁９９によって隔てられており、隣接する引込流路５５から互いにインクが流入することを防止している。即ち、引込流路５５は周囲（側面）を隔壁で囲まれた構造を有し、インク吐出方向と反対側の面（図４における底面）に第１のノズル５１Ａが設けられ、インク吐出方向側の面（図４における天上面）に第２のノズル５１Ｂが設けられている。また、引込流路５５へインクが流入しやすいように、引込流路５５と外部とを連通させる通気孔５９が設けられている。
【００７５】
圧力室５２の壁面（底面）を構成し共通電極と兼用される振動板５６には個別電極５７を備えた圧電素子５８が接合されており、個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８が変形して第１のノズル５１Ａを介して第２のノズル５１Ｂからインクが吐出される。インクが吐出されると、不図示の共通流路から供給口５４を通って新しいインクが圧力室５２に供給される。また、引込流路５５に吸収されたインクは第１のノズル５１Ａを介して圧力室５２へ戻される。
【００７６】
かかる構造を有するインク室ユニット５３を図３(b)に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向に沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。
【００７７】
即ち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
【００７８】
なお、本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されず、副走査方向に１列のノズル列を有する配置構造など、様々なノズル配置構造を適用できる。
【００７９】
また、本発明の適用範囲はライン型ヘッドによる印字方式に限定されず、記録紙１６の幅方向の長さに満たない短尺のヘッドを記録紙１６の幅方向に走査させて当該幅方向の印字を行い、１回の幅方向の印字が終わると記録紙１６を幅方向と直交する方向に所定量だけ移動させて、次の印字領域の記録紙１６の幅方向の印字を行い、この動作を繰り返して記録紙１６の印字領域の全面にわたって印字を行うシリアル方式を適用してもよい。
【００８０】
ここで、本例に示す多重ノズル構造を詳細に説明する。図５は、図４に示す第２のノズル５１Ｂ、第１のノズル５１Ａ及び引込流路５５を１つだけ取り出し拡大して図示した斜視図である。なお、図５では、隣接する引込流路５５間に設けられる隔壁９９は省略されている。
【００８１】
図５に示すように、第１のノズル５１Ａと第２のノズル５１Ｂとは、開口部の中心を通る垂線１００が一致しており、インク吐出面から見ると第１のノズル５１Ａと第２のノズル５１Ｂは同心円状に配置されているといえる。また、第１のノズル５１Ａが形成される第１のノズルプレート１０２と、第２のノズル５１Ｂが形成される第２のノズルプレート１０４と、は平行に配置されるので、引込流路５５は一定の高さ（幅）を有している。
【００８２】
図６は、図５の断面図である。図６に示すように、第１のノズル５１Ａの引込流路５５側の面における直径ｄ１と、第２のノズル５１Ｂのインク吐出面における直径をｄ２と、の関係は、次式
ｄ１＞ｄ２
を満たしている。即ち、第２のノズル５１Ｂの直径の最小値ｄ２は、第１のノズル５１Ａの直径の最小値ｄ１よりも小さくなるように構成されている。なお、第１のノズル５１Ａの引込流路５５側の面における直径ｄ１（第１のノズル５１Ａの直径の最小値）と、第２のノズル５１Ｂの引込流路５５側の面における直径Ｄ２（第２のノズル５１Ｂの直径の最大値）と、の関係は、次式
Ｄ２≦ｄ１
を満たしている。
【００８３】
また、第１のノズル５１Ａの引込流路５５側の面における直径ｄ１と、第１のノズル５１Ａの圧力室５２（図４参照）側の面における直径Ｄ１と、の関係は、次式
ｄ１＜Ｄ１
を満たし、第２のノズル５１Ｂのインク吐出面における直径ｄ２と、第２のノズル５１Ｂの引込流路５５側の面における直径Ｄ２と、の関係は、次式
ｄ２＜Ｄ２
を満たしている。
【００８４】
即ち、図６に示す第１のノズル５１Ａ及び第２のノズル５１Ｂは、インク吐出方向に沿って連続的に直径が小さくなる、いわゆるテーパ形状を有している。なお、第１のノズル５１Ａ及び第２のノズル５１Ｂをストレート形状（ｄ１＝Ｄ１を満たす形状及びｄ２＝Ｄ２を満たす形状）としてもよい。
【００８５】
また、第１のノズルプレート１０２の厚みｔ１と、第２のノズルプレート１０４の厚みｔ２と、の関係は、次式
ｔ１＞ｔ２
を満たしている。なお、引込流路５５の高さ（第１のノズルプレート１０２と、第２のノズルプレート１０４との間隔）ｈ１−２と、の関係は、次式
ｈ１−２＝ｔ２
を満たしている。
【００８６】
ここで、図６に示すヘッド５０の寸法例として、ｄ１＝２４（μｍ）、Ｄ１＝７０．５（μｍ）、ｄ２＝７．５（μｍ）、Ｄ２＝１２（μｍ）、ｔ１＝３０．７５（μｍ）、ｔ２＝３．７５（μｍ）、ｈ１−２＝３．７５（μｍ）が挙げられる。
【００８７】
なお、上述した数値例は本発明の具体的な実施形態における一例にすぎず、本発明の適用範囲を限定するものではない。例えば、第１のノズル５１Ａの直径の最小値ｄ１は、一般的なインクジェットヘッドのノズルの直径に準じて２０μｍ以上５０μｍ以下とする態様が考えられ、第２のノズル５１Ｂの直径の最小値ｄ２は、微液滴化して吐出するインク液滴（微液滴）の直径の条件に基づいて、５μｍ以上１５μｍ以下とする態様が考えられる。
【００８８】
〔インク供給系の構成〕
図７はインクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インク供給タンク６０はヘッド５０にインクを供給する基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に含まれる。インク供給タンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。
【００８９】
図７に示したように、インク供給タンク６０とヘッド５０の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。
【００９０】
なお、図７には示さないが、ヘッド５０の近傍又はヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。
【００９１】
また、インクジェット記録装置１０には、ノズル５１の乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４と、ノズル面の清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。
【００９２】
これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によってヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置からヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。
【００９３】
キャップ６４は、図示せぬ昇降機構によってヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面をキャップ６４で覆う。
【００９４】
印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、ある時間以上インクが吐出されない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してインク粘度が高くなってしまう。このような状態になると、圧電素子５８が動作してもノズル５１からインクを吐出できなくなってしまう。
【００９５】
このような状態になる前に（圧電素子５８の動作により吐出が可能な粘度の範囲内で）圧電素子５８を動作させ、その劣化インク（粘度が上昇したノズル近傍のインク）を排出すべくキャップ６４（インク受け）に向かって予備吐出（パージ、空吐出、つば吐き、ダミー吐出）が行われる。
【００９６】
また、ヘッド５０内のインク（圧力室５２内）に気泡が混入した場合、圧電素子５８が動作してもノズルからインクを吐出させることができなくなる。このような場合にはヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７で圧力室５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。
【００９７】
この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇（固化）した劣化インクの吸い出しが行われる。なお、吸引動作は圧力室５２内のインク全体に対して行われるので、インク消費量が大きくなる。したがって、インクの粘度上昇が小さい場合には予備吐出を行う態様が好ましい。
【００９８】
クリーニングブレード６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬブレード移動機構（ワイパー）によりヘッド５０のインク吐出面（ノズル板表面）に摺動可能である。ノズル板にインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード６６をノズル板に摺動させることでノズル板表面を拭き取り、ノズル板表面を清浄する。なお、該ブレード機構によりインク吐出面の汚れを清掃した際に、該ブレードによってノズル５１内に異物が混入することを防止するために予備吐出が行われる。
【００９９】
〔制御系の説明〕
図８はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。
【０１００】
通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。
【０１０１】
画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
【０１０２】
システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１０の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。即ち、システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御し、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。
【０１０３】
画像メモリ７４には、システムコントローラ７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データなどが格納されている。なお、画像メモリ７４は、書換不能な記憶手段であってもよいし、ＥＥＰＲＯＭのような書換可能な記憶手段であってもよい。画像メモリ７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。
【０１０４】
モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってモータ８８を駆動するドライバである。図８には、装置内の各部に配置されるモータ（アクチュエータ）を代表して符号８８で図示されている。例えば、図８に示すモータ８８には、図１のドラム３１（３２）を駆動するモータや、図７のキャップ６４を移動させる移動機構のモータ、図７のクリーニングブレード６６を移動させる移動機構のモータなどが含まれている。
【０１０５】
ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって、図１に示す加熱ファン４０の熱源たるヒータや、後乾燥部４２のヒータなどを含むヒータ８９を駆動するドライバである。
【０１０６】
プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字データ（ドットデータ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいて、ヘッドドライバ８４を介してヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
【０１０７】
プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【０１０８】
ヘッドドライバ８４は、プリント制御部８０から与えられる画像データに基づいてヘッド５０の圧電素子５８に印加される駆動信号を生成するとともに、該駆動信号を圧電素子５８に印加して圧電素子５８駆動する駆動回路を含んで構成される。
なお、図８に示すヘッドドライバ８４には、ヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【０１０９】
印字検出部２４は、図１で説明したようにラインセンサを含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供する。
【０１１０】
プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいてヘッド５０に対する各種補正やヘッド５０のメンテナンスを行う。
【０１１１】
印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース７０を介して外部から入力され、画像メモリ７４に蓄えられる。この段階では、ＲＧＢの画像データが画像メモリ７４に記憶される。
【０１１２】
画像メモリ７４に蓄えられた画像データは、システムコントローラ７２を介してプリント制御部８０に送られ、該プリント制御部８０においてインク色ごとのドットデータに変換される。即ち、プリント制御部８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫＣＭＹの４色のドットデータに変換する処理を行う。プリント制御部８０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ８２に蓄えられる。
【０１１３】
プログラム格納部９０には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ７２の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。プログラム格納部９０はＲＯＭやＥＥＰＲＯＭなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェースを備え、メモリカードやＰＣカードを用いてもよい。もちろん、これらの記録媒体のうち、複数の記録媒体を備えてもよい。なお、プログラム格納部９０は動作パラメータ等の記録手段（不図示）と兼用してもよい。
【０１１４】
〔微液滴吐出の原理の説明〕
次に、本例に示す微液滴吐出の原理について詳細に説明する。
【０１１５】
図９(a)〜(e)は、従来技術に係る液体吐出ヘッドにおけるインク吐出の状態をシミュレーションによって求め、模式的に図示したものである。なお、インクの表面張力係数γは３４（ｍＮ／ｍ）、インク粘度μは１０（ｃＰ）、インクの密度ρは１１００（ｋｇ／ｍ３）であり、圧電素子５８に印加される駆動波形は図１０に示すとおりである。図１０の横軸は時間、たて軸は圧電素子５８の発生圧力（単位Ｐａ）であり、引き−押し−引き駆動の駆動電圧を印加すると、圧電素子５８は図１０に示す圧力を発生する。
【０１１６】
図１０に示す駆動波形を適用したときのノズルのインレット面に入力している線速度は、初期状態（線速度ゼロの状態）からマイナス方向（ノズル内に液体を引き込む方向）に加速され、初期状態から略５．０μｓｅｃ後に略−１ｍ／ｓとなり、その後、線速度の方向が反転して初期状態から略１０μｓｅｃ後に略１．５ｍ／ｓとなる。その後、再び速度が反転して、初期状態から略１５μｓｅｃ後に略−１．３ｍ／ｓとなる。その後、線速度は減衰振動となり、初期状態から略２０μｓｅｃ後に略０．６ｍ／ｓ、初期状態から略２５μｓｅｃ後に略−０．６ｍ／ｓ、初期状態から略３０μｓｅｃ後に略０．４ｍ／ｓ、となり、このようにして所定の周期で振動を繰り返して、初期状態から略６０μｓｅｃ後に線速度はゼロになる。
【０１１７】
なお、「ノズルのインレット面」とは、ノズル（図４の第２のノズル５１Ｂ）に流体（液体）が入ってくる面のことである。また、「線速度」とは、いわゆる液体の速度（単位ｍ／ｓ）のことであり、体積速度（単位ｍ３／ｓ）と区別するために「線速度」と明示した。
【０１１８】
図９(a)〜(e)に示す例では、ノズル５１を微細化して（ノズル５１の直径を絞って）インク液滴の微細化を図っている。
【０１１９】
図９(a)には、ノズル５１の開口部近傍にメニスカス１２０が形成されたメニスカス静定状態を示す（初期状態、時刻ゼロ）。図９(a)に示すメニスカス静定状態において、圧電素子５８（図４参照）を引き方向（インク吐出と反対方向）に動作させると、図９(b)に示すように、メニスカス１２０がノズル５１の内部に引き込まれたメニスカス引込状態となる。この状態は初期状態から５．９μｓｅｃ後の状態である。
【０１２０】
図９(b)に示すメニスカス引込状態において、圧電素子５８を押し方向（インク吐出方向）に動作させると、図９(c)に示すように液柱状のインク（インク液柱）１２２がノズル５１から出される。この状態は初期状態から８．８μｓｃｅ後の状態であり、インク液柱１２２の長さは略０．８μｍである。
【０１２１】
インク液柱１２２がノズル５１から出されると、圧電素子５８を引き方向に動作させて、インク液柱１２２からインク液滴の分離を図るが、図９(d),(e)に示すように、インク液柱１２２は伸び続けてしまう。即ち、１重ノズルプレートで単純にノズル５１の径を絞った場合には、図９(d),(e)に示すように、インク液滴はインク液柱１２２から容易に分離することなく伸び続けてしまう。図９(d)に示す状態は、初期状態から９．１μｓｅｃ後の状態であり、このときのインク液柱１２２の長さは略２．２μｍである。また。図９(e)に示す状態は初期状態から９．５μｓｅｃ後の状態であり、このときのインク液柱１２２の長さは略３．５μｍである。
【０１２２】
なお、図示は省略するが、図９(e)に示す状態から更に時間が経過すると、インク液柱１２２はヘッド５０内部のインクから分離されて液滴状になる。また、インク液柱１１２が伸びてしまうためにサテライトが発生してしまう。
【０１２３】
図１１(a)〜(e)には、本発明に係る液体吐出ヘッドにおけるインク吐出の状態をシミュレーションによって求め、模式的に図示する。インクの物性値は、上述した従来技術例と同じであり、圧電素子５８に印加する駆動信号も上述した従来技術例と同一波形である。
【０１２４】
図１１(a)に示すように、メニスカス静定状態では、第１のノズル５１Ａの開口部近傍にメニスカス１２０が形成される。
【０１２５】
図１１(a)に示すメニスカス静定状態において、圧電素子５８を引き方向（インク吐出と反対方向）に動作させると、図１１(b)に示すように、メニスカス１２０が第１のノズル５１Ａの内部に引き込まれたメニスカス引込状態となる。
【０１２６】
図１１(b)に示すメニスカス引込状態において、圧電素子５８を押し方向（インク吐出
方向）に動作させると、図１１(c)に示すように、引込流路５５にインクが流入するとともに液柱状のインク（インク液柱）１２２が第２のノズル５１Ｂから出される。即ち、吐出軸（インク液滴の吐出方向の軸）の運動量を奪うことなく、引込流路５５に余分な体積を吸収させることで微細液滴化が図られる。図１１(c)に示す状態は、初期状態から略１０．４μｓｅｃ後の状態であり、このときのインク液柱１２２の長さは略０．８μｍである。
【０１２７】
インク液柱１２２が第１のノズルから出された状態で圧電素子５８を引き方向に動作させると、図１１(d)に示すように、第２のノズル５１Ｂの外部のインク液柱１２２がヘッド５０内部のインク１２４から分離される。このとき、第２のノズル５１Ｂの直径と液柱径が小さいので液切れが迅速になっている。図１１(d)に示す状態は、初期状態から１２．０μｓｅｃ後の状態であり、このときの分離したインク液柱１２２の長さは略１．０μｍである。
【０１２８】
更に、圧電素子５８の引き方向の動作を継続すると、ヘッド５０内部のインク１２４から分離したインク液柱１２２が微液滴として吐出されるとともに、第１のノズル５１Ａの開口部近傍にメニスカス１２０が形成される。図１１(e)に示す状態は、初期状態から１４．９μｓｅｃ後の状態であり、このときの分離したインク液柱１２２の長さは１．５μｍである。
【０１２９】
なお、本発明に係るヘッド５０の吐出方式では、従来技術に係るヘッドの吐出方式と比較してインク液滴の吐出速度が低下するが（例えば、図９(e)の状態に比べて図１１(e)の状態は略５．４μｓｃｅだけ余分に時間がかかっている）、ノズル軸方向（インク液滴の吐出方向）の運動量成分の阻害は最小限に抑えられるため、圧電素子５８の発生エネルギーを上げることでインク液滴の体積を保ったままで、吐出速度を上げることが可能である。
【０１３０】
また、最上段の第２のノズル５１Ｂの直径を可能な限り小さくすることで、図１１(d)に示す引込動作時における液切れがよくなり、曳糸によるサテライトの発生を抑制することができる。
【０１３１】
図１１(a)〜(e)に示す吐出動作には、図９(a)に示す従来技術に係る吐出動作と同様に、図１０に示す駆動波形が適用される。即ち、本例に示すヘッド５０は、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの周波数をもつ駆動信号（いわゆる、一般的なインクジェットヘッドに適用される１０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下の駆動信号）を用いて、駆動信号に同期して（駆動信号の周波数と同じ吐出周波数で）インク微液滴の吐出が行われる。
【０１３２】
なお、図１１(e)に示す状態では、インク液滴の吐出後も引込流路５５内にインクが残留しているので、２回目以降の吐出動作においてサテライトレス微液滴を高速に吐出させるためには、引込流路５５に残留するインクを除去しなければならない。
【０１３３】
本例に示すヘッド５０では、引込流路５５の不完全濡れ（液体が固体に強い親和性を持たない場合の濡れ現象）を実現するために、拡張係数Ｓと、固体（ノズル板）と気体（ヘッドの雰囲気、一般に大気）の界面の界面張力γＳＯ、固体と液体（インク）の界面の液界面張力γＳＬ、液体と気体の界面の界面張力γ、引込流路５５の内壁面に対するインクの接触角θＥと、の関係は、次式
Ｓ＝γＳＯ−（γＳＬ＋γ）（≡γ×（ｃｏｓθＥ−１））＜０
を満たす態様が好ましい。
【０１３４】
図１２(a)には、不完全濡れが実現された引込流路５５の内壁面に対するインクの接触角θＥを図示し、図１２(b)には、上述した式に用いられるパラメータを模式的に図示する。
【０１３５】
〔参考文献〕
表面張力の物理学書、Ｐ．Ｇ．ｄｅ．Ｇｅｎｎｅｓ著、吉岡書店、２００３年発刊
引込流路５５の内壁面は撥インク性（撥水性）を持つ態様が好ましい。即ち、上記接触角θＥは、次式
θＥ＞π／２
を満たす態様が好ましい。
【０１３６】
仮に、上記接触角θＥがθＥ＞π／２の関係を満たしていない場合には、引込流路５５５内のインクは毛細架橋の状態をなし、引込流路５５内のインクには引込流路５５の高さｈ１−２（図４参照）に反比例する、次式
Δｐ＝（２×γ×θＥ）／ｈ１−２
で表される負のラプラス圧Δｐがかかり、第１のノズルプレート１０２及び第２のノズルプレート１０４（図４参照）同士を接着させる力が働くと同時に、インクは引込流路５５の深部まで速やかに浸透してしまうため、引込流路５５に入り込んだインクを除去することが困難になる。
【０１３７】
したがって、引込流路５５の内壁面に対するインクの接触角θＥが、θＥ＞π／２を満たすように、引込流路５５の内壁面に撥インク処理を施す態様が好ましい。
【０１３８】
上記の如く構成されたヘッド５０は、第２のノズル５１Ｂから微液滴化されたインクを吐出させるときに、第２のノズルを介して圧力室５２から流出したインクのうち、余分なインクを第１のノズル５１Ａと第２のノズル５１Ｂとの間に設けられた引込流路５５に吸収させるので、第２のノズル５１Ｂから吐出されるインクが微液滴化される。
【０１３９】
また、ミストジェット方式のように微液滴化のために圧電素子５８の駆動信号を高周波化する（例えば、押し引きの立ち上がりを数百ｋＨｚにする）必要がなく、高周波の駆動信号を用いるミストジェット方式に比べて粘性減衰は軽減されるとともに、高周波用に特別仕様化したドライバを必要としないので駆動信号のドライバ実装は容易化すると見込まれる。
【０１４０】
圧電素子５８に印加する駆動信号を高周波化すると、誘電損失が大きくなり消費電力が増加してしまうので、圧電素子５８の駆動信号を高周波化する必要がない本例に示すヘッド５０では、従来技術に係るヘッドに比べて消費電力が低減化される。
【０１４１】
なお、インク液滴の吐出速度を上げるために、駆動信号の振幅を大きくすることでも消費電力は増加するが、駆動信号の振幅の大小よりも誘電損失の大小の方が消費電力に影響するので、仮に従来例よりも駆動信号の振幅を上げたとしても全体として消費電力の低減化が見込まれる。
【０１４２】
〔応用例〕
次に、本発明の実施形態に係る応用例について説明する。
【０１４３】
図１３には、本応用例に係るヘッド１５０の断面図を示す。なお、図１３中、図６と同一または類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０１４４】
同図に示すヘッド１５０は、先に説明した引込流路１５５にかかるラプラス圧Δｐを低減するために、引込流路１５５の間口を広げた構造を有している。即ち、図１３に示すヘッド１５０の第１のノズル１５１Ａは、圧力室側から第１のノズル１５１Ａの内部に向かって直径が連続的に小さくなるテーパ部１５４と、引込流路１５５側から第１のノズル１５１Ａの内部に向かって直径が連続的に小さくなる逆テーパ部１５６とを備え、テーパ部１５４と逆テーパ部１５６との境界部分１５８が第１のノズル１５１Ａの最小直径ｄ１となる。
【０１４５】
第１のノズル１５１Ａに設けられた逆テーパ部１５６の寸法例として、逆テーパ部１５６の傾斜部分の長さ（直径方向の長さ）ｓ１は１５．７５（μｍ）、深さｔｓ１は４．５（μｍ）が挙げられる。
【０１４６】
なお、図１３には、第１のノズル１５１Ａのテーパ部１５４と逆テーパ部１５６の最大直径及び深さが異なる態様を例示したが、第１のノズル１５１Ａのテーパ部１５４と逆テーパ部１５６の最大直径及び深さを同一としてもよいし。
【０１４７】
図１４は、図１３に示すヘッド１５０を用いて微液滴化されたインク液滴を吐出する状態をシミュレーションによって求め、模式的に図示したものである。なお、図１４中、図９、図１１及び図１３と同一または類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０１４８】
図１４(a)に示す状態は、第１のノズル１５１Ａの開口部近傍にメニスカス１２０が形成されるメニスカス静定状態である。図１４(a)に示す状態において圧電素子５８を引き方向に動作させると、図１４(b)に示すように、メニスカス１２０が第１のノズル１５１Ａの内部に引き込まれる。
【０１４９】
図１４(b)に示す状態において圧電素子５８を押し方向に動作させると、図１４(c)に示すように、インクが第１のノズル１５１Ａを介して引込流路１５５に流れ込むとともに、液柱状のインク１２２が第２のノズル１５１Ｂから外部に出される。
【０１５０】
図１４(c)に示す状態において圧電素子５８を引き方向に動作させると、図１４(d)に示すように、ヘッド１５０内のインク１２４からインク液柱１２２が分離し、図１４(e)に示すように、微液滴化されたインク液滴として吐出される。図１４(d)に示す状態では、図１１(d)に示す状態に比べて引込流路１５５に入り込むインク量が減少し、図１４(e)に示す状態では、引込流路１５５内にインクは残留していない。
【０１５１】
本応用例に示すヘッド１５０では、結果的に図６に示す態様よりも曳糸は抑えられ、０．５ｐｌのインク液滴が吐出された。しかし、インク液滴の飛翔速度は２．２（ｍ／ｓ）ときわめて遅く、確実に記録媒体上に着弾させるには、電界印加等のアシスト手段を併用する態様が好ましい。
【０１５２】
次に、更に別の応用例について説明する。
【０１５３】
図１５(a)には、三重ノズル構造を適用したヘッド５０Ａの断面図を示す。同図に示すヘッド２００は、図６に示した第２のノズル５１Ｂの機能を有するノズルを垂線方向に２つ備えた３重構造になっており、図６に示した引込流路５５を２つ備えている。
【０１５４】
即ち、図６に示す第２のノズル５１Ｂのインク吐出方向側に第３のノズル５１Ｃを備え、更に、第２のノズルが形成される第２のノズルプレート１０４と、第３のノズル５１Ｃが形成される第３のノズルプレート１０６との間には、第２の引込流路５５Ｂが設けられている。なお、図１５(a)に示す態様では、第１のノズル５１Ａが形成される第１のノズルプレート１０２と第２のノズル５１Ｂが形成される第２のノズルプレート１０４との間の空間（図６の引込流路５５に相当する空間）は第１の引込流路は５５Ａとする。
【０１５５】
また、第３のノズル５１Ｃのインク吐出面における直径（第３のノズル５１Ｃの最小直径）ｄ３と、第２のノズル５１Ｂの第３のノズル側の面における直径（第２のノズル５１Ｂの最小直径）ｄ２及び第１のノズル５１Ａの第２のノズル側の面における直径（第１のノズル５１Ａの最小直径）ｄ１との関係は、次式
ｄ１＞ｄ２＞ｄ３
を満たし、第３のノズル５１Ｃの第２のインク吐出面側における直径（第３のノズル５１Ｃの最大直径）Ｄ３と、第２のノズル５１Ｂの第１のノズル５１Ａ側の面における直径（第２のノズル５１Ｂの最大直径）Ｄ２及び第１のノズル５１Ａの圧力室側の面における直径（第１のノズルの最大直径）Ｄ１との関係は、次式
Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３
を満たしている。更に、次式
Ｄ２≦ｄ３、ｄ３≦ｄ１
の関係を満たしている。
【０１５６】
図１５(a)に示す第１の引込流路５５Ａと第２の引込流路は同一の高さとする態様が好ましく、図６に示す引込流路５５の高さと図１５(a)に示す引込流路５５Ａ，５５Ｂとは同一の高さｈ１−２とするとよい。なお、図１５(a)に示す三重ノズル構造における第３のノズル５１Ｃは、図６に示す二重ノズル構造における第２のノズル５１Ｂと同一形状を有し、同一機能を有している。
【０１５７】
図１５(a)に示す三重ノズル構造を備える態様によれば、微液滴化されたインク液滴を吐出した後に、引込流路５５Ａ及び引込流路５５Ｂからのインクの戻りが容易であり、インク吐出後の初期状態への戻りが容易である。
【０１５８】
図１５(b)には、三重ノズル構造を図１３に示す引込流路１５５の間口を広げた構造例に適用した例である。
【０１５９】
即ち、図１５(b)に示すヘッド１５０Ａは、三重ノズル構造を有するとともに、２つの引込流路１５５Ａ及び引込流路１５５Ｂの間口を広げた構造を有している。言い換えると、第１のノズル１５１Ａは、圧力室の方向に開いたテーパ部１５４Ａと、第２のノズル５１Ｂの方向に開いた逆テーパ部１５６Ａと、を備え、更に、第２のノズル１５１Ｂは、第１のノズル側に開いたテーパ部１５４Ｂと、第３のノズル１５１Ｃ側に開いた逆テーパ部１５６Ｂとを備えた構造を有している。
【０１６０】
なお、図１５(a),(b)には、本発明の応用例として３重ノズル構造例示したが、更に多重構造を有する態様も可能である。
【０１６１】
本実施形態では、本発明の適用例としてインクジェット記録装置及びインクジェットヘッドを例示したが、本発明は液体を吐出する液体吐出装置及び液体吐出ヘッドに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図
【図２】図１に示すインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図
【図３】インクジェットヘッドの構造例を示す平面透視図
【図４】図３中４−４線に沿う断面図
【図５】図３に示すノズル近傍の拡大図
【図６】図５の断面図
【図７】本実施形態に係るインクジェット記録装置におけるインク供給系の構成を示す概略図
【図８】本実施形態に係るインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図
【図９】従来技術に係るインクジェットヘッドの吐出状態の遷移を説明する図
【図１０】吐出動作時の流体線速度波形を説明する図
【図１１】本発明に係るインクジェットヘッドの吐出状態の遷移を説明する図
【図１２】不完全濡れの説明図
【図１３】本発明の応用例に係るインクジェットヘッドの断面図
【図１４】図１３に示すインクジェットヘッドの吐出状態の遷移を説明する図
【図１５】本発明の他の応用例に係るインクジェットヘッドの断面図
【符号の説明】
【０１６３】
１０…インクジェット記録装置、５０，５０Ａ，１５０，１５０Ａ…ヘッド、５１…第１のノズル、５１Ａ…第２のノズル、５５，５５Ａ，５５Ｂ…引込流路、５８…圧電素子、８４…ヘッドドライバ、９９…隔壁、１５６，１５６Ａ…逆テーパ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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