(57)【要約】【課題】周期の短い固有振動が発生することを前提としつつ、吐出特性が比較的良好且つ効率良く液体を吐出する。【解決手段】共通液体室とノズルとを結ぶ個別液体流路が流路ユニットに形成されている。個別液体流路は、ノズル、圧力室、絞り流路、ノズルと圧力室とを結ぶ第１の流路、並びに、絞り流路と圧力室とを結ぶ第２の流路の各部を有している。圧力室内の液体に圧力を印加するアクチュエータ及び上記の各部のそれぞれのコンプライアンス及びイナータンスに基づいて算出される個別液体流路内の液体の長周期固有振動の周期Ｔｃ１及び短周期固有振動の周期Ｔｃ２が、４．７≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５を満たすように、液体吐出ヘッドを設計する。【選択図】図１８
2008094094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルと、共通液体室と、一端が前記ノズルと接続された第１の流路、一端が前記第１の流路の他端と接続された圧力室、一端が前記圧力室の他端と接続された第２の流路、及び、一端が前記第２の流路の他端と接続され他端が前記共通液体室と接続されており、液体の流れる方向に垂直な断面の面積が前記第２の流路におけるものよりも小さい絞り流路を有する個別液体流路とが形成された流路ユニットと、
前記圧力室の容積をＶ１とする第１の状態と前記圧力室の容積をＶ１より大きいＶ２とする第２の状態とを選択的に取ることができ、前記第１の状態から前記第２の状態を経て前記第１の状態に戻る際に前記ノズルから液体を吐出させるアクチュエータとを備えており、
以下の数式１及び数式２によって定義されているＴｃ１及びＴｃ２が、４．７≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５を満たしていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【数１】
2008094094.tif 000025
【数２】
2008094094.tif 000026
ただし、Ｍ’ｎ、Ｍ’ｒ、Ｍｃ２及びＣｃ２は、それぞれ以下の数式３〜数式６で表され、数式３〜数式６において、Ｍｄ、Ｍｓ、Ｍａ、Ｍｎ、Ｍｒ及びＭｃは、それぞれ前記第１の流路、第２の流路、アクチュエータ、ノズル、絞り流路及び圧力室のイナータンスであり、Ｃａ、Ｃｃ、Ｃｄ及びＣｓは、それぞれ前記アクチュエータ、圧力室、第１の流路及び第２の流路のコンプライアンスである。
【数３】
2008094094.tif 000027
【数４】
2008094094.tif 000028
【数５】
2008094094.tif 000029
【数６】
2008094094.tif 000030
【請求項２】
Ｔｃ１及びＴｃ２が、４．８≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．４を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
Ｔｃ１及びＴｃ２が、５．０≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
Ｔｃ１及びＴｃ２が、５．０≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．４を満たしていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記アクチュエータが、
圧電層と、
前記圧電層と前記圧力室との間で前記圧力室に跨るように延在する振動板と、
前記圧電層において前記圧力室に対向している領域を互いに挟む２枚の電極からなる駆動電極対とを有しており、
前記２枚の電極間に第１の電位差を発生させた際に、前記圧力室に向かう方向及び前記圧力室から離隔する方向のいずれかに凸に前記圧電層と前記振動板とが一体に撓み且つ前記アクチュエータが前記第１及び第２の状態の一方を取ると共に、前記２枚の電極間に前記第１の電位差と異なる第２の電位差を発生させた際に、前記アクチュエータが前記第１及び第２の状態の他方を取ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記流路ユニットが前記ノズルの開口が形成された吐出面を有しており、
前記吐出面と前記圧力室とが前記共通液体室を挟んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドから液体を吐出させるように前記液体吐出ヘッドを駆動する方法であって、
前記アクチュエータに前記第１の状態を取らせる第１のステップと、
前記第１のステップが実行された後に、前記第１の状態から前記第２の状態まで前記アクチュエータの状態を変化させる第２のステップと、
前記第２のステップが実行された後に、前記第２の状態から前記第１の状態まで前記アクチュエータの状態を変化させる第３のステップとを備えており、
前記第２のステップにおいて前記アクチュエータが前記第１の状態から変化し始めてから前記第２の状態を取り始めるまでの時間がＴｆであり、前記第３のステップにおいて前記アクチュエータが前記第２の状態から変化し始めてから前記第１の状態を取り始めるまでの時間がＴｒである場合に、０．３≦Ｔｒ／Ｔｃ２≦１．０且つ０．３≦Ｔｆ／Ｔｃ２≦１．０を満たすように前記第１〜第３のステップを実行することを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項８】
前記第１のステップにおいて前記アクチュエータが前記第１の状態から変化し始めてから、前記第３のステップにおいて前記アクチュエータが前記第２の状態から前記第１の状態へと変化し始めるまでの時間が、Ｔｃ２の２．４０〜２．６５倍の長さとなるように前記第１〜第３のステップを実行することを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、特に、液体の吐出方式としていわゆる引き打ち方式が採用された液体吐出ヘッド及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式が採用されたインクジェットヘッドに代表される液体吐出ヘッドには、特許文献１のように、液体を吐出するノズルが形成された流路ユニットを有しているものがある。特許文献１のような液体吐出ヘッドにおいて、流路ユニットの内部には、ノズルに液体を供給する共通液体室と、共通液体室からノズルまでを結ぶ個別液体流路とが形成されている。個別液体流路の中途には圧力室が形成されており、圧力室の上方には、圧力室内の液体に圧力を印加するアクチュエータが設置されている。液体吐出ヘッドを制御する際には、アクチュエータを駆動して、ノズルから液体が吐出されるような圧力を圧力室内の液体に印加させる。
【０００３】
ところで、圧力室内の液体に圧力を２回印加してノズルから液体を吐出させるようなアクチュエータの駆動方法がある。例えば、まず圧力室の容積を増加させて圧力室内の圧力を減少させる。次に、圧力室の容積を増加させてから所定時間が経過した後に、圧力室内の容積を元に戻して圧力室内の圧力を増加させる。これによって圧力室内の液体に適切なタイミング及び大きさの圧力を印加し、ノズルから液体を吐出させる、という方法である。
【０００４】
このようなアクチュエータの駆動方法によると、圧力室の容積を元に戻して圧力室内の液体の圧力を増加させるタイミングとノズルから吐出される液体の速度との関係は例えば図９に示すようなものとなる。図９において、横軸は上記のタイミングに相当し、縦軸は吐出される液体の速度を示している。図９の曲線７０に示されているように、上記のタイミングに対して液体の速度は理想的には、上に凸の滑らかな曲線を描き、吐出速度が最大となるタイミングが一意的に定まる。そして、そのようなタイミングで圧力を印加するようにアクチュエータを駆動させれば、効率良く液体を吐出させることが可能である。吐出速度のピークを取るタイミングで２回目の圧力の印加を行うように調整されたインク吐出の方式は、引き打ち方式と呼ばれる。
【０００５】
このように圧力を印加するタイミングに対して吐出速度がピークを取るのは、以下のような仕組みによる。圧力室内の圧力を減少させた際に個別液体流路内には固有振動が発生する。次に、圧力室内の液体に圧力を印加すると、これによって発生した圧力波が上記の固有振動に重畳する。したがって、２回目に圧力を印加するときのタイミングが固有振動のピークにちょうど合うときには、ノズルから吐出される液体の速度は最大となる。そして、このようなタイミングからずれたタイミングで２回目の圧力の印加を行うと、液体の速度は最大値よりも小さくなる。そして、速度が最大となるタイミングから２回目に圧力を印加するタイミングが離隔するほど、ノズルから吐出される液体の速度は小さくなる。つまり、図９に示されるような曲線が描かれる。
【０００６】
ところで、このような引き打ち方式を用いてノズルから液体を吐出させたときに、ノズルから吐出される液体の速度や液体の量などの吐出特性が良好なものでなくなったり、吐出特性にばらつきが生じたりする問題が生じることがある。後述のように、本願発明の発明者は、圧力を減少させた際に発生する固有振動には、図９の曲線７０のような滑らかな曲線として表れる固有振動と、かかる固有振動よりも周期の短い固有振動とが含まれるためではないかと考えている。
【０００７】
特許文献１は、周期の短い固有振動を考慮して液体吐出ヘッドを設計することを提案している。特許文献１によると、図９の曲線７０に表れているような固有振動は、アクチュエータのコンプライアンスと圧力室のコンプライアンスとが並列の関係となるように接続された振動系に相当する。そして、図９の曲線７０には表れていない周期の短い固有振動は、アクチュエータのコンプライアンスと圧力室のコンプライアンスとが直列の関係となるように接続された振動系に相当する。そして、後者の振動系が前者の振動系に及ぼす影響を低減するために、後者の振動系の周期ＴＢと前者の振動系の周期ＴＣとがＴＢ＜＜ＴＣを満たすような、具体的にはＴＢ＜ＴＣ／１０を満たすようなヘッドにするべきである、としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３９６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように特許文献１は、周期の短い固有振動が発生しないような範囲を提案するものである。このように従来、かかる周期の短い固有振動が発生しない範囲の液体吐出ヘッドについての提案がなされてきた。しかし、かかる固有振動が発生しないような設計とすると、引き打ち方式の特長である効率の良いインク吐出が損なわれる場合もある。また、周期の短い固有振動が発生しないような液体吐出ヘッドを常に設計できるとは限らない。つまり、かかる固有振動が発生することを前提とした液体吐出ヘッドにおいて、吐出特性を良好にするためにはどのような方策があり得るかについては、特許文献１等の従来の技術では扱われていない。
【００１０】
本発明の目的は、周期の短い固有振動が発生することを前提としつつ、吐出特性が比較的良好且つ効率良く液体を吐出するように駆動することが可能な液体吐出ヘッド及びその駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドは、インクを吐出するノズルと、共通液体室と、一端が前記ノズルと接続された第１の流路、一端が前記第１の流路の他端と接続された圧力室、一端が前記圧力室の他端と接続された第２の流路、及び、一端が前記第２の流路の他端と接続され他端が前記共通液体室と接続されており、液体の流れる方向に垂直な断面の面積が前記第２の流路におけるものよりも小さい絞り流路を有する個別液体流路とが形成された流路ユニットとを備えている。また、前記圧力室の容積をＶ１とする第１の状態と前記圧力室の容積をＶ１より大きいＶ２とする第２の状態とを選択的に取ることができ、前記第１の状態から前記第２の状態を経て前記第１の状態に戻る際に前記ノズルから液体を吐出させるアクチュエータとを備えている。そして、以下の数式１及び数式２によって定義されているＴｃ１及びＴｃ２が、４．７≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５を満たしている。
【００１２】
【数１】
2008094094.tif 000003
【００１３】
【数２】
2008094094.tif 000004
【００１４】
ただし、Ｍ’ｎ、Ｍ’ｒ、Ｍｃ２及びＣｃ２は、それぞれ以下の数式３〜数式６で表され、数式３〜数式６において、Ｍｄ、Ｍｓ、Ｍａ、Ｍｎ、Ｍｒ及びＭｃは、それぞれ前記第１の流路、第２の流路、アクチュエータ、ノズル、絞り流路及び圧力室のイナータンスであり、Ｃａ、Ｃｃ、Ｃｄ及びＣｓは、それぞれ前記アクチュエータ、圧力室、第１の流路及び第２の流路のコンプライアンスである。
【００１５】
【数３】
2008094094.tif 000005
【００１６】
【数４】
2008094094.tif 000006
【００１７】
【数５】
2008094094.tif 000007
【００１８】
【数６】
2008094094.tif 000008
【００１９】
本発明によると、Ｔｃ１及びＴｃ２が、実質的に４．７≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５を満たすように液体吐出ヘッドが構成されている。これによると、後述の分析結果に示されるように、短周期固有振動が生じるような液体吐出ヘッドであることを前提に、短周期固有振動のピークに合わせて液体を吐出させることで、比較的良好な吐出特性を確保することが可能な液体吐出ヘッドが実現する。
【００２０】
また、後述の分析結果によると、Ｔｃ１及びＴｃ２が、４．８≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．４を満たしていることがさらに好ましい。あるいは、Ｔｃ１及びＴｃ２が、５．０≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．４を満たしていることがさらに好ましい。これらによると、さらに良好な吐出特性を確保することができる。また、Ｔｃ１及びＴｃ２が、５．０≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５を満たしていてもよい。
【００２１】
また、本発明は、前記アクチュエータが、圧電層と、前記圧電層と前記圧力室との間で前記圧力室に跨るように延在する振動板と、前記圧電層において前記圧力室に対向している領域を互いに挟む２枚の電極からなる駆動電極対とを有しており、前記２枚の電極間に第１の電位差を発生させた際に、前記圧力室に向かう方向及び前記圧力室から離隔する方向のいずれかに凸に前記圧電層と前記振動板とが一体に撓み且つ前記アクチュエータが前記第１及び第２の状態の一方を取ると共に、前記２枚の電極間に前記第１の電位差と異なる第２の電位差を発生させた際に、前記アクチュエータが前記第１及び第２の状態の他方を取るような液体吐出ヘッドに特に適している。
【００２２】
本発明は、後述の分析結果が示すように、短周期固有振動を発生させつつ長周期固有振動の周期と短周期固有振動の周期との関係を所定の範囲に限定することにより、高い応答性を確保すると共に、短周期固有振動を利用して比較的良好な吐出特性を確保する、というものである。一方で上記のようなアクチュエータを有する液体吐出ヘッドは、振動板のコンプライアンスが大きい場合に振動板に残留振動が生じやすく、短周期固有振動が励起されやすいため、本発明を適用するのに適したものといえる。
【００２３】
また、本発明は、前記流路ユニットが前記ノズルの開口が形成された吐出面を有しており、前記吐出面と前記圧力室とが前記共通液体室を挟んでいる場合に特に適している。このような構成を有している場合には、第1の流路の容積が大きくなりやすく、短周期固有振動が励起されやすい。このため、やはり本発明の適用に適したものといえる。
【００２４】
また、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドから液体を吐出させるように前記液体吐出ヘッドを駆動する方法である。そして、前記アクチュエータに前記第１の状態を取らせる第１のステップと、前記第１のステップが実行された後に、前記第１の状態から前記第２の状態まで前記アクチュエータの状態を変化させる第２のステップと、前記第２のステップが実行された後に、前記第２の状態から前記第１の状態まで前記アクチュエータの状態を変化させる第３のステップとを備えている。さらに、前記第２のステップにおいて前記アクチュエータが前記第１の状態から変化し始めてから前記第２の状態を取り始めるまでの時間がＴｆであり、前記第３のステップにおいて前記アクチュエータが前記第２の状態から変化し始めてから前記第１の状態を取り始めるまでの時間がＴｒである場合に、０．３≦Ｔｒ／Ｔｃ２≦１．０且つ０．３≦Ｔｆ／Ｔｃ２≦１．０を満たすように前記第１〜第３のステップを実行する。
【００２５】
本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法によると、実質的に０．３≦Ｔｒ／Ｔｃ２≦１．０且つ０．３≦Ｔｆ／Ｔｃ２≦１．０の範囲内で液体吐出ヘッドが駆動される。これによると、後述の分析結果に示されるように、液体吐出ヘッドに液体を効率良く且つ安定に吐出させることができる。
【００２６】
また、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法においては、前記第１のステップにおいて前記アクチュエータが前記第１の状態から変化し始めてから、前記第３のステップにおいて前記アクチュエータが前記第２の状態から前記第１の状態へと変化し始めるまでの時間が、Ｔｃ２の２．４０〜２．６５倍の長さとなるように前記第１〜第３のステップを実行することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下の説明は、本発明の好適な一実施形態に係るものである。
【００２８】
＜プリンタ概略＞
図１は、本発明の一実施形態によるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つのインクジェットヘッド２を有している。これらのインクジェットヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。インクジェットヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。
【００２９】
プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット２１４、搬送ユニット２２０及び紙受け部２１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、インクジェットヘッド２や給紙ユニット２１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。
【００３０】
給紙ユニット２１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース２１５と、給紙ローラ２４５とを有している。給紙ローラ２４５は、用紙収容ケース２１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。
【００３１】
給紙ユニット２１４と搬送ユニット２２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ２１８ａ及び２１８ｂ、並びに、２１９ａ及び２１９ｂが配置されている。給紙ユニット２１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット２２０へと送り出される。
【００３２】
搬送ユニット２２０は、エンドレスの搬送ベルト２１１と２つのベルトローラ２０６及び２０７を有している。搬送ベルト２１１は、ベルトローラ２０６及び２０７に巻き掛けられている。搬送ベルト２１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト２１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、インクジェットヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面２２７である。
【００３３】
ベルトローラ２０６には、図１に示されるように、搬送モータ２７４が接続されている。搬送モータ２７４は、ベルトローラ２０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ２０７は、搬送ベルト２１１に連動して回転することができる。従って、搬送モータ２７４を駆動してベルトローラ２０６を回転させることにより、搬送ベルト２１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００３４】
ベルトローラ２０７の近傍には、ニップローラ２３８とニップ受けローラ２３９とが、搬送ベルト２１１を挟むように配置されている。ニップローラ２３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ２３８の下方のニップ受けローラ２３９は、下方に付勢されたニップローラ２３８を、搬送ベルト２１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト２１１に連動して回転する。
【００３５】
給紙ユニット２１４から搬送ユニット２２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ２３８と搬送ベルト２１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト２１１の搬送面２２７に押し付けられ、搬送面２２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト２１１の回転に従って、インクジェットヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト２１１の外周面２１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面２２７に確実に固着させることができる。
【００３６】
４つのインクジェットヘッド２は、搬送ベルト２１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各インクジェットヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、インクを吐出する多数のノズル８が設けられている（図３参照）。１つのインクジェットヘッド２に設けられたノズル８からは、同じ色のインクが吐出されるようになっている。各インクジェットヘッド２から吐出されるインクの色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアンＣ及びブラック（Ｋ）である。各インクジェットヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト２１１の搬送面２２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００３７】
搬送ベルト２１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、インクジェットヘッド２と搬送ベルト２１１との間の隙間を通過する。その際に、ヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けてインクが吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
【００３８】
搬送ユニット２２０と紙受け部２１６との間には、剥離プレート２４０と二対の送りローラ２２１ａ及び２２１ｂ並びに２２２ａ及び２２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト２１１によって剥離プレート２４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート２４０の右端によって、搬送面２２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ２２１ａ〜２２２ｂによって、紙受け部２１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部２１６に送られ、紙受け部２１６に重ねられる。
【００３９】
なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にあるインクジェットヘッド２とニップローラ２３８との間には、紙面センサ２３３が設置されている。紙面センサ２３３は、発光素子及び受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ２３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ２３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、インクジェットヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。
【００４０】
＜ヘッド本体＞
ヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３の上面図である。
【００４１】
ヘッド本体１３は、流路ユニット４と、流路ユニット４上に接着されたアクチュエータユニット２１とを有している。アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路ユニット４の長手方向に平行になるように流路ユニット４の上面に配置されている。また、流路ユニット４の長手方向に平行な２本の直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つのアクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路ユニット４上に配列されている。流路ユニット４上で隣接し合うアクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路ユニット４の幅方向について部分的にオーバーラップしている。
【００４２】
流路ユニット４の内部にはインク流路の一部であるマニホールド流路５が形成されている。流路ユニット４の上面にはマニホールド流路５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路ユニット４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つのアクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド流路５には開口５ｂを通じて図示されていないインクタンクからインクが供給されるようになっている。
【００４３】
図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図である。なお、説明の都合上、図３にはアクチュエータユニット２１が二点鎖線で示されている。また、本来破線で示されるべき流路ユニット４の内部や下面に形成されているアパーチャ１２やノズル８などが実線で示されている。
【００４４】
流路ユニット４内に形成されたマニホールド流路５からは、複数本の副マニホールド流路５ａが分岐している。マニホールド流路５は、アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、流路ユニット４の長手方向と交差して配置されている。二つのアクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド流路５が、隣接するアクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド流路５ａがマニホールド流路５の両側から分岐している。これらの副マニホールド流路５ａは、流路ユニット４の内部であって各アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接して延在している。
【００４５】
流路ユニット４は、複数の圧力室１０がマトリクス状に形成されている圧力室群９を有している。圧力室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。圧力室１０は流路ユニット４の上面に開口するように形成されている。これらの圧力室１０は、流路ユニット４の上面におけるアクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面に亘って配列されている。従って、これらの圧力室１０によって形成された各圧力室群９はアクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさ及び形状の領域を占有している。また、各圧力室１０の開口は、流路ユニット４の上面にアクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。本実施形態では、図３に示されているように、等間隔に流路ユニット４の長手方向に並ぶ圧力室１０の列が、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各圧力室列に含まれる圧力室１０の数は、圧電アクチュエータ５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。ノズル８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。
【００４６】
アクチュエータユニット２１の上面における各圧力室１０に対向する位置には後述のような個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は圧力室１０より一回り小さく、圧力室１０とほぼ相似な形状を有しており、アクチュエータユニット２１の上面における圧力室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００４７】
圧力室１０及び個別電極３５のいずれも、図３の上下方向に沿って長尺な形状を有している。そして、図３の上下方向に関する中心から上方向及び下方向のいずれに向かう方向にも先細りの形状を有している。これによって多数の圧力室１０及び個別電極３５が平面上に密に配列されている。
【００４８】
流路ユニット４には多数のノズル８が形成されている。これらのノズル８は、流路ユニット４の下面における副マニホールド流路５ａと対向する領域を避ける位置に配置されている。また、これらのノズル８は、流路ユニット４の下面におけるアクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。そして、それぞれの領域内のノズル８は、流路ユニット４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００４９】
なお、これらのノズル８は、流路ユニット４の長手方向に平行な仮想直線上にこの仮想直線と垂直な方向から各ノズル８の形成位置を射影した射影点が、印字の解像度に対応した間隔で等間隔に途切れずに並ぶような位置に形成されている。これによって、インクジェットヘッド２は、流路ユニット４におけるノズルが形成された領域の長手方向についてのほぼ全領域に亘って、印字の解像度に対応した間隔で途切れずに印字できるようになっている。
【００５０】
流路ユニット４の内部には、多数のアパーチャ（絞り）１２が形成されている。これらのアパーチャ１２は、圧力室群９と対向する領域内に配置されている。本実施形態のアパーチャ１２は、水平面に平行な１方向に沿って延在している。
【００５１】
流路ユニット４の内部には、各アパーチャ１２、圧力室１０及びノズル８を互いに連通させるような連通孔が形成されている。これらの連通孔は、互いに連通し、個別インク流路３２を構成している（図４参照）。各個別インク流路３２は副マニホールド流路５ａと連通している。マニホールド流路５に供給されたインクは副マニホールド流路５ａを通じて各個別インク流路３２へと供給され、ノズル８から吐出される。
【００５２】
＜個別インク流路＞
ヘッド本体１３の断面構造について説明する。図４は、図３のＩＶ―ＩＶ線に沿った縦断面図である。
【００５３】
ヘッド本体１３に含まれる流路ユニット４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路ユニット４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９及びノズルプレート３０である。これらのプレートには多数の連通孔が形成されている。各プレートは、これらの連通孔が互いに連通して個別インク流路３２及び副マニホールド流路５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図４に示されているように、圧力室１０は流路ユニット４の上面に、副マニホールド流路５ａは内側中央部に、ノズル８は下面にと、個別インク流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、圧力室１０を介して副マニホールド流路５ａとノズル８とが連通孔により連通される構成を有している。
【００５４】
各プレートに形成された連通孔について説明する。これらの連通孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された圧力室１０である。第２に、圧力室１０の一端から副マニホールド流路５ａへと連通する流路（第２のインク流路）を構成する連通孔Ａである。連通孔Ａは、ベースプレート２３（圧力室１０の入り口）からサプライプレート２５（副マニホールド流路５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、連通孔Ａには、アパーチャプレート２４に形成されたアパーチャ１２が含まれている。
【００５５】
第３に、圧力室１０の他端からノズル８へと連通する流路を構成する連通孔Ｂである。連通孔Ｂは、ベースプレート２３（圧力室１０の出口）からカバープレート２９までの各プレートに形成されている。なお、以下の記載において連通孔Ｂはディセンダ流路３３と呼称される。第４に、ノズルプレート３０に形成されたノズル８である。第５に、副マニホールド流路５ａを構成する連通孔Ｃである。連通孔Ｃは、マニホールドプレート２６〜２８に形成されている。
【００５６】
このような連通孔が相互に連通し、副マニホールド流路５ａからのインクの流入口（副マニホールド流路５ａの出口）からノズル８に至る個別インク流路３２を構成している。副マニホールド流路５ａに供給されたインクは、以下の経路でノズル８へと流出する。まず、副マニホールド流路５ａから上方向に向かって、アパーチャ１２の一端部に至る。次に、アパーチャ１２の延在方向に沿って水平に進み、アパーチャ１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、圧力室１０の一端部に至る。さらに、圧力室１０の延在方向に沿って水平に進み、圧力室１０の他端部に至る。そこから３枚のプレートを経由して斜め下方に向かい、さらに直下のノズル８へと進む。
【００５７】
なお、ベースプレート２３に形成された部分流路２３ｂとノズル８とは、ディセンダ流路３３において部分流路２３ｂ以外のどの部分よりも細くなっている。つまり、ディセンダ流路３３の長さ方向（個別インク流路３２を示す図４の矢印に沿った方向）に垂直な断面について、部分流路２３ｂ及びノズル８の断面積は、ディセンダ流路３３の他の部分の断面積より小さい。したがって、ディセンダ流路３３に充填されたインクにノズル８及び連通孔２３ｂの近傍を両端とする固有振動が比較的発生しやすい構造となっている。
【００５８】
また、アパーチャ１２の長さ方向（個別インク流路を示す図４の矢印に沿った方向）に垂直なアパーチャ１２の断面の面積は、ベースプレート２３に形成された部分流路２３ａ（第２の流路）の鉛直方向に垂直な断面の面積より小さい。したがって、アパーチャ１２の絞りとしての機能が発揮され、引き打ちによるインク吐出に適した構造が実現されている。
【００５９】
＜アクチュエータユニット＞
アクチュエータユニット２１は、図５に示されるように、４枚の圧電層４１、４２、４３、４４からなる積層構造を有している。これらの圧電層４１〜４４はそれぞれ１５μｍ程度の厚みを有している。アクチュエータユニット２１全体の厚みは６０μｍ程度である。圧電層４１〜４４のいずれの層も複数の圧力室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電層４１〜４４は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。
【００６０】
アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる個別電極３５及び共通電極３４を有している。個別電極３５は上述のようにアクチュエータユニット２１の上面における圧力室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端は、圧力室１０と対向する領域外に引き出されてランド３６が形成されている。このランド３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚みが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、ランド３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられたコンタクトと電気的に接合されている。制御部１００は、後述のように、ＦＰＣを通じて個別電極３５に電圧パルスを供給する。
【００６１】
共通電極３４は圧電層４１と圧電層４２との間の領域に面方向のほぼ全面に亘って介在している。すなわち、共通電極３４は、アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての圧力室１０に跨るように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電層４１上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電層４１の内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されていると共に、多数の個別電極３５と同様に、ＦＰＣ５０上の別のコンタクト及び配線と接続されている。
【００６２】
図５に示されるように、上記の２つの電極は、最上層の圧電層４１のみを挟むように配置されている。圧電層における個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称される。本実施形態のアクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電層４１のみ活性部を含んでおり、その他の圧電層４２〜４４は活性部を含んでいない。すなわち、このアクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００６３】
なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の電圧パルスが供給されることにより、この個別電極３５に対応する圧力室１０内のインクに圧力が加えられる。これによって、個別インク流路３２を通じて、対応するノズル８からインクが吐出される。すなわち、アクチュエータユニット２１における各圧力室１０に対向する部分は、各圧力室１０及びノズル８に対応する個別の圧電アクチュエータ５０に相当する。つまり、４枚の圧電層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とするアクチュエータが圧力室１０ごとに作り込まれており、これによってアクチュエータユニット２１が構成されている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によってノズル８から吐出されるインクの量は５〜７ｐｌ（ピコリットル）程度である。
【００６４】
＜圧電アクチュエータ及び個別インク流路の詳細構造＞
さらに、本実施形態の個別インク流路３２及び圧電アクチュエータ５０は、以下の数式１及び数式２によって定義されているＴｃ１及びＴｃ２が、４．７≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５を、より好ましくは、４．８≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．４を満たすように設計されている。なお、Ｔｃ１及びＴｃ２は、個別インク流路３２の各部の形状及び大きさと、圧電アクチュエータ５０の特性とに依存する。個別インク流路３２及び圧電アクチュエータ５０は、これらのパラメータとＴｃ１及びＴｃ２との関係に基づいて設計される。つまり、Ｔｃ１及びＴｃ２が上記の範囲を満たすようなパラメータが選択される。これらのパラメータとＴｃ１及びＴｃ２との関係については、後述の分析において詳しく説明がなされる。
【００６５】
【数７】
2008094094.tif 000009
【００６６】
【数８】
2008094094.tif 000010
【００６７】
ただし、数式１及び２において、Ｍ’ｎ、Ｍ’ｒ、Ｍｃ２及びＣｃ２は、それぞれ以下の数式３〜数式６で表されるものである。さらに、数式３〜数式６において、Ｍｄ、Ｍｓ、Ｍａ、Ｍｎ、Ｍｒ及びＭｃは、それぞれディセンダ流路３３、部分流路２３ａ、圧電アクチュエータ５０、ノズル８、アパーチャ１２及び圧力室１０のイナータンスであり、Ｃａ、Ｃｃ、Ｃｄ及びＣｓは、それぞれ圧電アクチュエータ５０、圧力室１０、ディセンダ流路３３及び部分流路２３ａのコンプライアンスである。
【００６８】
【数９】
2008094094.tif 000011
【００６９】
【数１０】
2008094094.tif 000012
【００７０】
【数１１】
2008094094.tif 000013
【００７１】
【数１２】
2008094094.tif 000014
【００７２】
＜アクチュエータユニットの制御＞
以下は、アクチュエータユニット２１の制御についての説明である。アクチュエータユニット２１の制御のために、プリンタ１は制御部１００及びドライバＩＣ８０を有している。なお、プリンタ１は、演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが実行するプログラム及びプログラムに使用されるデータが記憶されているＲＯＭ（Read Only Memory）、及び、プログラム実行時にデータを一時記憶するためのＲＡＭ（Random Access Memory）を有しており、これらによって以下に説明する機能を有する制御部１００が構築されている。
【００７３】
制御部１００は、図６に示されているように、印刷制御部１０１及び動作制御部１０６を有している。印刷制御部１０１は、画像データ記憶部１０２、波形パターン記憶部１０３及び印刷信号生成部１０４を有している。画像データ記憶部１０２は、ＰＣ９９などから送信された印刷に係る画像データを記憶している。
【００７４】
波形パターン記憶部１０３は複数の吐出パルス波形に対応する波形データを記憶している。各吐出パルス波形は画像の階調等に応じた基本の波形に相当する。このような波形に対応した電圧パルス信号がドライバＩＣ８０を介して個別電極３５に供給されることにより、それぞれの階調等に対応した量のインクがインクジェットヘッド２から吐出される。
【００７５】
印刷信号生成部１０４は、画像データ記憶部１０２に記憶された画像データに基づき、シリアルの印刷データを生成する。このような印刷データは、波形パターン記憶部１０３に記憶された複数の吐出パルス波形に対応するデータのいずれかに対応しており、各個別電極３５に所定のタイミングで各吐出パルス波形が供給されるよう指示するデータである。印刷信号生成部１０４は、画像データ記憶部１０２が記憶している画像データに基づき、画像データに対応するタイミング、波形及び個別電極に応じた印刷データを作成する。そして、印刷信号生成部１０４は、生成した印刷データをドライバＩＣ８０に出力する。
【００７６】
ドライバＩＣ８０はアクチュエータユニット２１ごとに設けられており、シフトレジスタ、マルチプレクサ及びドライブバッファ（共に図示されず）を有している。
【００７７】
シフトレジスタは、印刷信号生成部１０４から出力されたシリアルの印刷データをパラレルデータに変換する。つまり、シフトレジスタは印刷データの指示に従って、各圧力室１０及びノズル８に対応する圧電アクチュエータ５０に対する個別のデータを出力する。
【００７８】
マルチプレクサは、シフトレジスタから出力された各データに基づいて、波形パターン記憶部１０３が記憶している波形データの中から適切なものを選択する。そして、マルチプレクサは選択したデータをドライブバッファに出力する。
【００７９】
ドライブバッファは、マルチプレクサから出力された波形データに基づいて、所定のレベルを有する吐出電圧パルス信号を生成する。そして、ドライブバッファは、各圧電アクチュエータ５０に対応する個別電極３５に上記の吐出電圧パルス信号を、ＦＰＣを介して供給する。
【００８０】
＜インク吐出時の電位変化＞
吐出電圧パルス信号及びこの信号の供給を受けた個別電極３５における電位の変化について説明する。
【００８１】
吐出電圧パルス信号に含まれる各時刻の電圧について説明する。図７は、吐出電圧パルス信号が供給された個別電極３５における電位の変化の一例を示している。なお、図７に示す吐出電圧パルス信号の波形６１は、１滴のインクをノズル８から吐出させるための波形の一例である。
【００８２】
時刻ｔ１は、個別電極３５に吐出電圧パルス信号が供給され始める時刻である。時刻ｔ１は、この個別電極３５に対応するノズル８からインクを吐出させるタイミングに合わせて調節される。吐出電圧パルス信号の波形６１が供給された場合に、時刻ｔ１までの期間及び時刻ｔ４以降の期間には、個別電極３５の電位はＵ０（≠０）に保持されている。そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間には個別電極３５の電位はグランド電位に保持されている。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔｒは、個別電極３５の電位がＵ０からグランド電位になるまでの過渡期間である。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間Ｔｆは、個別電極３５の電位がグランド電位からＵ０になるまでの過渡期間である。期間Ｔｒ及びＴｆはいずれも同じ長さに設定されている。図５に示されているとおり、圧電アクチュエータ５０はコンデンサーと同様の構成を有しているため、個別電極３５の電位が変化する際には、電荷の充放電に対応して上記のような過渡期間が生じる。
【００８３】
なお、本実施形態の波形パターン記憶部１０３が記憶している吐出電圧パルス信号の波形データは、かかる吐出電圧パルス信号が個別電極３５に供給された場合に０．３≦Ｔｒ／Ｔｃ２≦１．０且つ０．３≦Ｔｆ／Ｔｃ２≦１．０を満たすように調整されている。また、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの時間Ｔｏが、上記の数式２に示されているＴｃ２の２．４０〜２．６５倍の長さとなるように調整されている。
【００８４】
＜インク吐出時のアクチュエータの駆動＞
以下は、上記のような吐出電圧パルス信号が個別電極３５に供給されることにより、圧電アクチュエータ５０がどのように駆動されるかについての説明である。
【００８５】
本実施形態におけるアクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電層４１だけが個別電極３５から共通電極３４に向かう方向に分極されている。従って、個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電層４１に対してその分極方向と同じ方向に、具体的には個別電極３５から共通電極３４に向かう方向に電界を印加すると、この電界が印加された部分、すなわち活性部が、厚み方向、すなわち積層方向に伸長しようとする。また、このとき、活性部は積層方向と垂直な方向、すなわち面方向には収縮しようとする。これに対し、残りの３枚の圧電層４２〜４４は分極されておらず、電界を印加したとしても自発的には変形しない。
【００８６】
このように、圧電層４１と圧電層４２〜４４との間で歪み方に差が生じるので、全体として各圧電アクチュエータ５０は圧力室１０側（圧電層４２〜４４側）へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００８７】
以下は、個別電極３５に波形６１に対応する電圧パルス信号を供給したときの圧電アクチュエータ５０の駆動についての説明である。図８は、この場合の圧電アクチュエータ５０の経時変化を示す図である。
【００８８】
図８（ａ）は、図７に示される時刻ｔ１までの期間での圧電アクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はＵ０である。圧電アクチュエータ５０は、上記のようなユニモルフ変形により、圧力室１０内に突出している。このときの圧力室１０の容積はＶ１となっている。この状態を圧力室１０における第１の状態とする。
【００８９】
図８（ｂ）は、図７に示される時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間での圧電アクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はグランド電位である。従って、圧電層４１における活性部に印加されていた電界が解除され、圧電アクチュエータ５０のユニモルフ変形も解除されている。このときの圧力室１０の容積Ｖ２は、図８（ａ）に示される圧力室１０の容積Ｖ１より大きい。この状態を圧力室１０における第２の状態とする。このように圧力室１０の容積が増大した結果、インクが副マニホールド流路５ａから圧力室１０に吸い込まれる。
【００９０】
図８（ｃ）は、図７に示される時刻ｔ４からの期間での圧電アクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はＵ０である。従って、圧電アクチュエータ５０は、再び第１の状態に戻っている。このように、圧電アクチュエータ５０が圧力室１０を第２の状態から第１の状態に変化させることで、圧力室１０内のインクに圧力が加えられる。これによって、ノズル８からインク滴が吐出される。インク滴は印刷用紙Ｐの印刷面に着弾し、ドットを形成する。
【００９１】
このように、本実施形態の圧電アクチュエータ５０の駆動においては、まず、一旦圧力室１０の容積を増大させて、圧力室１０内のインクに負の圧力波を発生させる（図８（ａ）から図８（ｂ）へ）。すると、この圧力波が流路ユニット４内のインク流路端部で反射して、ノズル８側に進行する正の圧力波として帰ってくる。この正の圧力波が圧力室１０内に到達したタイミングを見計らって、再び圧力室１０の容積を減少させる（図８（ｂ）から図８（ｃ）へ）。これはいわゆる「引き打ち(fill before fire)」と呼ばれる手法である。
【００９２】
上記のような引き打ちによるインク吐出が行われるように、インク吐出に係る波形６１を有する電圧パルスのパルス幅Ｔｏ（図７参照）は、ＡＬに調節されている。本実施形態では、個別インク流路３２の全長のほぼ中央近傍に圧力室１０が配設されており、ＡＬとは圧力室１０内で発生した圧力波がアパーチャ１２からノズル８まで伝播する時間の長さである。これによると、上記のようにして反射してきた正の圧力波と、圧電アクチュエータ５０の変形により生じた正の圧力波とを重畳させ、より大きい圧力がインクに付与される。そのため、単に圧力室１０の容積を１回減少させるだけでインクを押し出す場合より、同じ量のインクを吐出する際の圧電アクチュエータ５０の駆動電圧が低く抑えられる。したがって、引き打ち方式は圧力室１０の高集積化、インクジェットヘッド２のコンパクト化、及び、インクジェットヘッド２を駆動する際のランニングコストの点で有利である。
【００９３】
以下、本発明に当たって発明者らが行った一連の分析内容について説明する。
【００９４】
図９は、上述の実施形態と同じ構成を有するあるインクジェットヘッドにＴｏを変えつつ液体を吐出させた場合の概略的な吐出特性を示すグラフである。図９の横軸はＴｏ／Ｔｃの大きさを示しており、縦軸は液体の吐出速度を示している。なお、Ｔｃは、副マニホールド流路５ａから圧力室１０を経てノズル８に至る個別インク流路３２（図４参照）に充填されたインク全体の固有振動周期を表している。図９の曲線７０に示されているように、Ｔｏ／Ｔｃ＝１／２を満たすような電圧パルス信号が個別電極３５に印加された場合にインクの吐出速度が極大値を取っている。つまり、Ｔｏ＝ＡＬ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｌｅｎｇｔｈ）＝１／２Ｔｃを満たす波形６１を有する電圧パルス信号が個別電極３５に供給されることにより、インクの吐出速度について最も効率的にインクが吐出されることになる。
【００９５】
ここで、Ｔｃは液体吐出ヘッドの構造に依存するパラメータである。具体的には、個別インク流路３２の形状及び圧電アクチュエータ５０のコンプライアンス等に依存する。したがって、ある構造を有する液体吐出ヘッドにおいて引き打ち方式に従ってインクを吐出する際には、液体吐出ヘッドの構造から決定されるＴｃの値に基づいて、個別電極３５に供給される電圧パルス信号はＴｏ＝ＡＬを満たすように調整される。
【００９６】
本発明者は、液体吐出ヘッドの構造を変えつつＴｏ＝ＡＬを満たすような電圧パルス信号を個別電極３５に供給すると、以下のような問題が生じることを確認した。すなわち、ノズル８から吐出される液滴において（１）液滴が分断される、（２）圧電アクチュエータ５０を駆動するために消費される電力に対する液滴の量や液滴の吐出速度が低下する（液滴の吐出効率が低下する）、（３）所望の液滴が吐出された後に低速の小液滴が発生する、及び、（４）液滴の吐出速度にばらつきが生じる、等といった問題である。
【００９７】
本発明者は、上記のような問題が生じる理由を以下のように分析した。まず、本発明者は、個別インク流路３２に充填されたインク全体に係る固有振動（以下、「長周期固有振動」とする）以外に、かかる固有振動の周期よりも短い周期の固有振動（以下、「短周期固有振動」とする）が個別インク流路３２内に発生していることを確認した。次に、長周期固有振動の周期Ｔｃ１及び短周期固有振動の周期Ｔｃ２を、上記の数式１及び数式２によって導出することができることを見出した。
【００９８】
以下の分析は、数式１及び数式２がＴｃ１及びＴｃ２を適切に導出するものであることを示すものである。この分析においては、液体吐出ヘッドとして、以下のものが想定された。この液体吐出ヘッドは、流路ユニットとアクチュエータとを有している。流路ユニットには、液体を吐出するノズル及び共通液体室が形成されている。この共通液体室には液体が供給される。また、流路ユニットには上記の共通液体室に連通する個別液体流路が形成されている。個別液体流路は、一端が前記ノズルと接続された第１の流路、一端が前記第１の流路の他端と接続された圧力室、一端が前記圧力室の他端と接続された第２の流路、及び、一端が前記第２の流路の他端と接続され他端が前記共通液体室と接続されており、液体の流れる方向に垂直な断面の面積が前記第２の流路におけるものよりも小さい制限流路とを有している。共通液体流路に供給された液体は、個別液体流路を介してノズルから流路ユニットの外部へと吐出される。
【００９９】
また、本液体吐出ヘッドには、圧力室の容積をＶ１とする第１の状態と前記圧力室の容積をＶ１より大きいＶ２とする第２の状態とを選択的に取ることができるアクチュエータが設けられている。このアクチュエータが前記第１の状態から前記第２の状態を経て前記第１の状態に戻ることによって、上記のノズルから液体が吐出される。
【０１００】
ここで、上記の流路ユニットの共通液体室、個別液体流路、第２の流路、制限流路、圧力室、第１の流路及びノズルは、図４の副マニホールド流路５ａ、個別インク流路３２、部分流路２３ａ、アパーチャ１２及び部分流路２３ａ、圧力室１０、ディセンダ流路３３、並びに、ノズル８に対応している。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）には、この分析において想定された上記の流路ユニットの個別液体流路１３２が示されている。図１０（ａ）は個別液体流路１３２の側面図であり、図１０（ｂ）は個別液体流路１３２の上面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）において一点鎖線に囲まれた部分の拡大図であり、図１０（ｄ）は、図１０（ｂ）において一点鎖線に囲まれた部分の拡大図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示されているように、この流路ユニットにはノズル１０８、共通液体室１０５及び個別液体流路１３２が形成されている。個別液体流路１３２は、一端がノズル１０８に接続された第１の流路１３３、一端が第１の流路１３３の他端と接続された圧力室１１０、一端が圧力室１１０の他端と接続された第２の流路１２３、及び、一端が第２の流路１２３の他端と接続され他端が共通液体室１０５と接続されており、液体の流れる方向に垂直な断面の面積が第２の流路１２３におけるものよりも小さい制限流路１１２とを有している。ノズル１０８は、断面がテーパ形状を有するテーパ部分１０８ａと円柱形状を有するストレート部分１０８ｂとからなる。
【０１０１】
そして、個別液体流路１３２の各部の大きさは、以下の表１及び表４に示されているとおりである。本分析においては、圧力室１１０の深さＥ４及び第１の流路１３３の長さＬ４のそれぞれが様々に異なる複数の個別液体流路１３２について、Ｔｃ１及びＴｃ２の実験値と数式１及び数式２による理論値との比較が行われた。なお、表１において圧力室１１０の面積は、図１０（ｂ）に示された圧力室１１０の上面（圧力室１１０の水平方向に沿った断面）の面積である。また、表２は、本分析において個別液体流路１３２に充填される液体の密度、粘度等の特性を示している。
【０１０２】
ここで、下記の表３は、表１及び表２に基づいて第２の流路１２３、制限流路１１２及びノズル１０８の各コンプライアンス及びイナータンスが算出された結果である。また、下記の表４は、圧力室１１０のコンプライアンス及びイナータンスのそれぞれを種々の深さに関して算出した結果と、第１の流路１３３のコンプライアンス及びイナータンスのそれぞれを種々の長さに関して算出した結果とを示している。コンプライアンスの値は、各部の容積を、音速の２乗に液体の密度を乗算したもので除算して得られたものである。イナータンスの値は各部において、液体が流れる方向に関する長さに液体の密度を乗算したものを、液体が流れる方向に垂直な断面（鉛直方向に沿った断面）の面積で除算して得られたものである。なお、圧力室１１０のイナータンスを算出する際に、上記の液体が流れる方向に垂直な断面としては圧力室１１０の短軸長さＡ２の半分に圧力室１１０の深さＥ４を乗算したものが、液体が流れる方向に関する長さとしては圧力室１１０の長軸長さＡ１がそれぞれ用いられた。また、音速及び液体の密度として、表２に示されている値が用いられた。
【０１０３】
【表１】
2008094094.tif 000015
【０１０４】
【表２】
2008094094.tif 000016
【０１０５】
【表３】
2008094094.tif 000017
【０１０６】
【表４】
2008094094.tif 000018
【０１０７】
また、下記の表５は、本分析において想定されたアクチュエータの固有振動数Ｆｒとコンプライアンス及びイナータンスとの関係を示すものである。なお、本分析において想定されたアクチュエータは、図５に示されている圧電アクチュエータ５０のようなアクチュエータであってもよいし、他の方式が採用されたアクチュエータであってもよい。
【０１０８】
【表５】
2008094094.tif 000019
【０１０９】
以下の表６及び表７は、以上のような条件において導出されたＴｃ１及びＴｃ２の実験値と数式１及び数式２による理論値とを示している。また、図１１〜図１４は、表６及び表７の結果をグラフに表したものである。なお、表６及び表７の理論値及び実験値は双方とも固有振動が７２０ｋＨｚであるアクチュエータにおいて導出されたものである。
【０１１０】
表６に示されている理論値は、圧力室１１０の深さ又は第１の流路１３３の長さとを様々に変更した場合におけるアクチュエータや圧力室１１０等の各部のコンプライアンス及びイナータンスを上記の数式３及び４並びに１に代入して算出されるＴｃ１の値である。また、表７に示されている理論値は、アクチュエータの固有振動数と圧力室１１０の深さ又は第１の流路１３３の長さとを様々に変更した場合におけるアクチュエータや圧力室１１０等の各部のコンプライアンス及びイナータンスを上記の数式５及び６並びに２に代入して算出されるＴｃ２の値である。
【０１１１】
ここで、理論値の算出において用いられた条件のうち、圧力室１１０の深さ及び第１の流路１３３の長さ以外の各部についての条件は、上記の表１、表３及び表４に示されているとおりである。なお、表６及び表７のそれぞれにおいて、第２行目〜第７行目の各値は、第１の流路１３３の長さを８３０μｍに固定して算出されたものである。また、表６及び表７のそれぞれにおいて、第８行目〜第１１行目の各値は、圧力室１１０の深さを１００μｍに固定して算出されたものである。
【０１１２】
また、表６及び表７のそれぞれに示されている実験値は、各表の第２列目に示されている深さの圧力室１１０又は各表の第２列目に示されている長さの第１の流路１３３を有する液体吐出ヘッドにおいて、Ｔｃ１及びＴｃ２が実測された各値を示している。ここで、実験に用いられた液体吐出ヘッドにおいて、圧力室１１０の深さ及び第１の流路１３３の長さ以外の各部についての条件は、上記の表１、表３及び表４に示されているとおりである。
【０１１３】
なお、Ｔｃ１及びＴｃ２の実験値は以下のように取得された。まず、表６及び表７に示されているような構成を有する各流路ユニットに液体を充填する。次に、液体を吐出しないような低電圧で正弦波信号をアクチュエータに印加する。そして、レーザードップラー振動計によって、３０〜８００ｋＨｚの範囲で掃引(scan)しながらメニスカスの振動速度を測定する。その測定結果において振動速度のピークに該当する周波数から共振周期を算出することにより、Ｔｃ１及びＴｃ２を取得する。
【０１１４】
【表６】
2008094094.tif 000020
【０１１５】
【表７】
2008094094.tif 000021
【０１１６】
表６、表７及び図１１〜図１４に示されているように、実験値と理論値とはよく一致している。したがって、数式１及び数式２がＴｃ１及びＴｃ２を適切に導出するものであることが示された。
【０１１７】
次に、本発明者は、Ｔｃ１／Ｔｃ２が互いに異なる種々の液体吐出ヘッドにおいて、ノズルから吐出される液体の吐出特性がどのようなものとなるかについての実験及びその実験結果に基づく分析を行った。以下は、その分析に係る説明である。
【０１１８】
図１５は、長周期固有振動及び短周期固有振動によって発生するノズルの先端のメニスカスにおける液体の振動を表すグラフである。図１５の縦軸は、メニスカスにおける液体の振動速度の大きさを示し、横軸は時間を示している。曲線１４１は長周期固有振動に起因してメニスカスに発生する振動を、曲線１４２は短周期固有振動に起因してメニスカスに発生する振動を示している。
【０１１９】
また、図１５のグラフは、長周期固有振動の周期が短周期固有振動の周期のちょうど５倍である場合を示している。本分析においては、長周期固有振動の周期が短周期固有振動の周期の５倍の近傍となるような液体吐出ヘッドが想定されている。これは、長周期固有振動のピークＰ１と短周期固有振動のピークＰ２とをそろえる（時刻ｔａ）ことでメニスカスの振動が安定する。その一方で、長周期固有振動のピークと短周期固有振動のピークとが揃う条件は、０．２５×Ｔｃ１＝（ｎ＋０．２５）×Ｔｃ２（ｎは自然数）が成立することであるが、ｎ≧２の場合には短周期固有振動の周期が小さくなりすぎ、メニスカスが過剰に細かく分断されて吐出特性が安定しない。以上により、ｎ＝１の近傍において吐出特性が安定することを本発明者が確認しているからである。
【０１２０】
次に、本発明者らは、短周期固有振動のピークＰ２が長周期固有振動のピークＰ１よりも時間的に少し前に位置するような液体吐出ヘッドを実現することが好ましいと考えた。これは、短周期固有振動のピークＰ２に合わせて引き打ちを行う場合の方が長周期固有振動のピークＰ１に合わせて引き打ちを行う場合よりも、アクチュエータのばらつきに対して吐出特性がばらつきにくい。一方で、短周期固有振動のピークＰ２に合わせてノズルから液体を吐出させる場合には、短周期固有振動のピークＰ２が表れた後に長周期固有振動のピークＰ１が表れると、液体が液滴として吐出される直前に液滴の後端とメニスカスとを結ぶテール部分がピークＰ１によって押し出されることとなる。これによって、ノズルから吐出される液滴をまとまったものにすることができる。これに対して、短周期固有振動のピークＰ２が長周期固有振動のピークＰ１の後に現れると、まとまった液滴を吐出させることができなくなるからである。
【０１２１】
以上を踏まえて本発明者は、Ｔｃ１／Ｔｃ２が５近傍になるような種々の液体吐出ヘッドにおいて、ノズルから吐出される液体の吐出特性がどのようになるかについての実験及び分析を行った。そして、その実験及び分析の結果から、ノズルから吐出される液体の吐出特性が、まず第１〜第３の類型に分類されることを見出した。第１〜第３の類型は、ＴＣ１／ＴＣ２＜４．７の場合、４．７≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５の場合及び５．５＜Ｔｃ１／Ｔｃ２の場合にそれぞれ分類される。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は、かかる第１〜第３の類型に分類される吐出特性を示す液体吐出ヘッドのそれぞれにおける長周期固有振動と短周期固有振動との関係を、圧力印加のタイミングを変えた場合のそれぞれにおいて示すグラフである。
【０１２２】
ここで、図１６に示されたいずれのグラフにおいても横軸は時間を表し、縦軸はメニスカスにおける液体の振動速度の大きさを表している。図１６には、引き打ち方式による１回の液体吐出において負圧の圧力の印加によって生じる振動と、正圧の圧力の印加によって生じる振動との、２種類の振動が示されている。図１６（ａ）〜図１６（ｃ）のそれぞれにおいて、左側のグラフは、正圧の圧力を印加するタイミング（時刻ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ）を短周期固有振動の位相に合わせた場合を示している。そして右側のグラフは、そのタイミング（時刻ｔｅ、ｔｆ、ｔｇ）を長周期固有振動の位相に合わせた場合を示している。
【０１２３】
ここで、上記のタイミングを短周期固有振動の位相に合わせる場合と長周期固有振動の位相に合わせる場合との２つの場合が存在するのは、以下の理由による。つまり、引き打ち方式において上記のタイミングを負圧の印加によって発生した固有振動の位相に合わせるのは、かかる固有振動に正圧の印加によって発生する固有振動を重畳させることにより、効率良く液体を吐出させるためである。その一方で、長周期固有振動の周期が短周期固有振動の周期の整数倍から少しずれる本分析におけるような場合には、長周期固有振動の位相にタイミングを合わせると短周期固有振動の位相にタイミングが合わず、短周期固有振動の位相にタイミングを合わせると長周期固有振動の位相にタイミングが合わなくなる。このため、両方の場合のそれぞれにおいて吐出特性を調査する必要があるためである。
【０１２４】
図１６（ａ）〜図１６（ｃ）において、曲線１５１ａ〜曲線１５１ｃ及び曲線１６１ａ〜曲線１６１ｃは、負圧の圧力の印加によって生じる長周期固有振動を示している。曲線１５２ａ〜１５２ｃ及び曲線１６２ａ〜曲線１６２ｃは、正圧の圧力の印加によって生じる長周期固有振動を示している。曲線１５３ａ〜曲線１５３ｃ及び曲線１６３ａ〜曲線１６３ｃは、負圧の圧力の印加によって生じる短周期固有振動を示している。曲線１５４ａ〜曲線１５４ｃ及び曲線１６４ａ〜曲線１６４ｃは、正圧の圧力の印加によって生じる短周期固有振動を示している。
【０１２５】
図１６（ａ）のグラフにおいて、長周期固有振動のピークＰ３及びＰ５が短周期固有振動のピークＰ４及びＰ６に対して時間的にそれぞれ先行している。これに対して、図１６（ｂ）のグラフにおいては、短周期固有振動のピークＰ８及びＰ１０が長周期固有振動のピークＰ７及びＰ９に対して時間的にそれぞれ先行している。また、図１６（ｃ）のグラフにおいても、短周期固有振動のピークＰ１２及びＰ１４が長周期固有振動のピークＰ１１及びＰ１３に対して時間的にそれぞれ先行している。
【０１２６】
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は、図１６（ａ）〜図１６（ｃ）に示されている６つのグラフが示しているような引き打ち方式による液体の吐出が行われた場合にノズル１０８から吐出される液滴の様子をそれぞれ示す図である。図１７（ａ）〜図１７（ｃ）の左側のグラフは図１６（ａ）〜図１６（ｃ）の左側のグラフにそれぞれ対応し、図１７（ａ）〜図１７（ｃ）の右側のグラフは図１６（ａ）〜図１６（ｃ）の右側のグラフにそれぞれ対応する。
【０１２７】
図１６（ａ）及び図１７（ａ）の左側の図に対応する吐出特性は以下のようなものである。正圧の印加のタイミングが短周期固有振動の位相に合っている。そして、短周期固有振動のピークＰ４が長周期固有振動のピークＰ３よりも時間的に後に生じている。したがって、ノズル１０８から吐出される液滴が分断されて、テール液滴１７１が生じている。
【０１２８】
図１６（ａ）及び図１７（ａ）の右側の図に対応する吐出特性は以下のようなものである。正圧の印加のタイミングが長周期固有振動の位相に合っている。したがって、負圧の印加によって生じる短周期固有振動の位相と正圧の印加によって生じる短周期固有振動の位相とが互いにずれるため、テール液滴１７２が分断されてまとまらなくなっている。
【０１２９】
図１６（ｂ）及び図１７（ｂ）の左側の図に対応する吐出特性は以下のようなものである。正圧の印加のタイミングが短周期固有振動の位相に合っている。そして、短周期固有振動のピークＰ８によって時間的に先行して吐出される先行液滴１７３の後方からテール液滴１７４が長周期固有振動のピークＰ７によって押し出される。負圧の印加による短周期固有振動と正圧の印加による短周期固有振動との互いの位相が一致しているので、先行液滴１７３及びテール液滴１７４は、互いにまとまったものとなる。
【０１３０】
図１６（ｂ）及び図１７（ｂ）の右側の図に対応する吐出特性は以下のようなものである。時間的に先行する先行液滴１７５が分断されている。しかし、先行液滴１７５の後方からテール液滴１７６が追いついてくるので、分断された先行液滴１７５の着弾時の影響は比較的軽微である。
【０１３１】
図１６（ｃ）及び図１７（ｃ）の左側の図に対応する吐出特性は以下のようなものである。負圧の印加によって生じる長周期固有振動のピークＰ１５と正圧の印加によって生じる長周期固有振動のピークＰ１１が大きくずれているので、液体が効率良く吐出されなくなっている。短周期固有振動のピークＰ１６によって低速のテール液滴１７７が吐出されている。テール液滴１７７が印刷用紙等に着弾すると、用紙上にノイズが生じる。
【０１３２】
図１６（ｃ）及び図１７（ｃ）の右側の図に対応する吐出特性は以下のようなものである。負圧の印加によって生じる短周期固有振動と正圧の印加によって生じる短周期固有振動との互いの位相が逆転している。これによってメニスカスの振動が不安定になり、ノズル１０８から吐出される液滴の速度ばらつきが誘発される。
【０１３３】
下記の表８は、以上の実験結果及び分析結果からまとめられたものである。表８は、第１の流路１３３の長さ及び圧力室１１０の厚みとＴｃ１／Ｔｃ２との関係、及び、かかるＴｃ１／Ｔｃ２を有するような液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出特性の評価を示している。吐出特性の評価は3段階で表されており、「○」は吐出特性が良好であることを示している。「△」は、「○」の場合と比べてノズル１０８から吐出されるテール液滴に乱れが生じるが実用上問題ない程度であることを示している。「×」は、「△」と比べて先行液滴とテール液滴とがばらばらに離隔したりして、吐出特性が実用上不適切であることを示している。
【０１３４】
なお、表８において「吐出速度のピーク」は、正圧の圧力を印加するタイミングを長周期固有振動及び短周期固有振動のいずれの位相に合わせたときにノズル１０８から吐出される液滴の吐出速度の大きさが最大となるかを示している。「Ｔｃ１×０．５」は、上記のタイミングを長周期固有振動の位相に合わせたときに吐出速度の大きさが最大となることを示し、「Ｔｃ２×２．５」は、上記のタイミングを短周期固有振動の位相に合わせたときに吐出速度の大きさが最大となることを示している。これらは、上述の分析結果及び実験結果から取得されたものである。また、表８の吐出特性は、吐出速度の大きさが最大となる方のタイミングで液滴を吐出させた場合のものである。
【０１３５】
【表８】
2008094094.tif 000022
【０１３６】
図１８は、表８の結果をグラフに表したものである。図１８のグラフの横軸はＴｃ１／Ｔｃ２を、縦軸は吐出特性の評価を示している。図１８には、ほぼ４．７≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５の範囲が吐出特性に実用上の問題が生じない範囲であり、ほぼ４．８≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．４の範囲がさらに吐出特性が良好な範囲であることが示されている。また、図１８には、ほぼ５．０≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５の範囲は吐出特性に実用上の問題が生じない範囲であり、ほぼ５．０≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．４の範囲はさらに吐出特性が良好な範囲であることが示されている。
【０１３７】
以上の分析結果より、本実施形態のインクジェットヘッド２を、Ｔｃ１及びＴｃ２が、実質的に４．７≦Ｔｃ１／Ｔｃ２≦５．５を満たしたものとして構成する。これによって、短周期固有振動が生じるようなインクジェットヘッドであることを前提に、短周期固有振動のピークに合わせて液体を吐出させることで、比較的良好な吐出特性を確保することが可能なインクジェットヘッドが実現することが示された。
【０１３８】
このような吐出特性が実現するのは以下のような理由による。つまり、液滴を吐出させるタイミングを、短周期固有振動を基準に設定することができるようになる。これによって、応答性の高いヘッドが実現している。また、従来のように長周期固有振動による液滴が先行する場合と比べて、液滴の吐出速度や吐出量にばらつきが生じにくい。これは、長周期固有振動においてはアクチュエータのコンプライアンスが個別液体流路中の他の部分のコンプライアンスと並列の関係にある。この場合、アクチュエータ同士のコンプライアンスのばらつきがそのまま吐出速度のピークのずれにつながり、液体吐出ヘッドを一律に駆動して吐出を行った場合に吐出速度のばらつきが大きくなる。これに対して、短周期固有振動は、アクチュエータと例えば第1の流路とを直列に接続した系の振動であるため、アクチュエータのばらつきがその振動周期に直接表れにくいからである。
【０１３９】
また、上述の実施形態の圧電アクチュエータ５０は、圧電層４１を個別電極３５と共通電極３４とが挟んでいる。共通電極３４と圧力室１０との間には、振動板として機能する圧電層４２〜４４が圧力室１０を跨ぐように延在している。そして、共通電極３４と個別電極３５との間に電位差を発生させることにより、圧電層４１〜４４が一体に変形し、これによって圧力室１０の容積が変更される。このような構成を有するインクジェットヘッド２は、圧電層４２〜４４のコンプライアンスが大きい場合に圧電層４２〜４４に残留振動が生じやすく、短周期固有振動が励起されやすい。一方で、本発明は、短周期固有振動を発生させつつ長周期固有振動の周期と短周期固有振動の周期との関係を所定の範囲に限定することにより、高い応答性を確保すると共に、短周期固有振動を利用して比較的良好な吐出特性を確保する、というものである。このため、インクジェットヘッド２の上記の構成は、本発明を適用するのに適したものといえる。
【０１４０】
また、インクジェットヘッド２の下面にはノズル８が開口しており、ノズル８が開口した面と圧力室１０とが、副マニホールド流路５ａを流路ユニット４の積層方向に関して挟んでいる。このような構成を有している場合には、ディセンダ流路３３が長くなるため、ディセンダ流路３３の容積が大きくなりやすく、短周期固有振動が励起されやすい。このため、やはり本発明の適用に適したものといえる。
【０１４１】
次に、本発明者らは、インクジェットヘッド２の適切な駆動方法を特定するために、以下のような測定を行った。まず、インクジェットヘッド２からインクを、Ｔｏを様々に変化させつつ吐出させた。そして、インクジェットヘッド２から吐出されたインクの吐出速度の大きさを測定した。さらに、このような測定を、Ｔｒ及びＴｆを様々に変化させて繰り返し行った。下記の表９は、その測定結果を示している。なお、表9に係る測定は、Ｔｒ＝Ｔｆを満たすような条件下で行われたものである。
【０１４２】
なお、表９の測定は、圧力室１０の厚みが１００μｍ、制限流路の（断面厚み×幅×長さ）が（２０μｍ×４０μｍ×３００μｍ）、ディセンダ流路３３の（長さ×平均径）が（８３０μｍ×１９０μｍ）であるインクジェットヘッド２に関して行われた。
【０１４３】
【表９】
2008094094.tif 000023
【０１４４】
図１９は、表９の結果をグラフに表したものである。図１９の曲線１８１〜曲線１８５はそれぞれ、Ｔｒ／Ｔｃ２が０．２５、０．３３、０．８０、１．００及び１．１０であるときの、Ｔｏ／Ｔｃ２に対するインクの吐出速度の大きさを示すものである。曲線１８１〜曲線１８５はいずれも概略的に上に凸の曲線である。曲線１８５には、長周期固有振動のピークのみが表れているのに対して、曲線１８１〜曲線１８４には、長周期固有振動のピークの他、短周期固有振動のピークが表れている。
【０１４５】
図１９に示されているように、曲線１８５には短周期固有振動のピークが表れておらず、曲線１８５の吐出速度のピークは他の曲線に表れている吐出速度のピークと比べて小さい。つまり、曲線１８５のような吐出特性が表れる駆動条件によると、短周期固有振動が励起されにくく、吐出速度が小さくなる。一方で、曲線１８１には、短周期固有振動のピークが他の曲線に比べて顕著に表れている。曲線１８１のような吐出特性が表れる駆動条件によると、短周期固有振動が強すぎて液体が安定して吐出されない。したがって、インクジェットヘッド２において、インクを効率良く且つ安定に吐出することができる駆動条件は、曲線１８１及び曲線１８５のような吐出特性が表れる範囲を除いた、実質的に０．３≦Ｔｒ／Ｔｃ２≦１．０且つ０．３≦Ｔｆ／Ｔｃ２≦１．０の範囲内であることが好ましい。
【０１４６】
また下記の表１０は、図１９の曲線１８１〜曲線１８５において、インクの吐出速度のピークが表れている場所のＴｏ／Ｔｃ２の値を、それぞれ抽出したものである。表１０の第2列目の第2行目〜第６行目は、それぞれ曲線１８１〜曲線１８５においてピークが表れているＴｏ／Ｔｃ２の値を示している。また、図２０の各点は、表１０の結果をグラフに表したものである。図２０に示されているように、ピークが表れるＴｏ／Ｔｃ２の値は、Ｔｒ／Ｔｃ２に対してほぼ直線１８６に沿っている。そして、直線１８６から、上記のような０．３≦Ｔｒ／Ｔｃ２≦１．０且つ０．３≦Ｔｆ／Ｔｃ２≦１．０を満たす範囲に相当するＴｏ／Ｔｃ２の範囲は、ほぼ２．４０〜２．６５であることが示される。
【０１４７】
【表１０】
2008094094.tif 000024
【０１４８】
以上より、インクジェットヘッド２を駆動する方法として適切な範囲は、０．３≦Ｔｒ／Ｔｃ２≦１．０且つ０．３≦Ｔｆ／Ｔｃ２≦１．０を満たす範囲であり、Ｔｏ／Ｔｃ２がほぼ２．４０〜２．６５を満たす範囲であることが示された。
【０１４９】
なお、上記の分析から示されるように、本発明に係る問題は、装置内に形成された液体流路やアクチュエータのイナータンスやコンプライアンス等の大きさに応じて生じるものである。したがって、液体流路の詳細な構造やアクチュエータの種類等には特に依存しない。例えば、圧電アクチュエータ５０と異なり、複数の圧電層で駆動する圧電アクチュエータであってもよいし、圧電方式以外の方式が採用されたアクチュエータであってもよい。また、図４に示されているような液体流路の構造とは異なる液体流路であってもよい。このような液体吐出ヘッドの場合にも、上記の分析において想定されている条件を満たす液体吐出ヘッドであれば、本発明が適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明によるインクジェット記録装置の一実施形態であるプリンタの概略構成図である。
【図２】図１に示されるインクジェットヘッドの本体の上面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図である。
【図５】図４に示される圧電アクチュエータ周辺の部分拡大図である。
【図６】図１に示されるプリンタが有する制御部について説明する図である。
【図７】インク吐出の際に図５に示される個別電極に供給される電圧パルス信号の波形を示す図である。
【図８】図７に示される電圧パルス信号が個別電極に供給された際の、アクチュエータユニットの駆動を示す図である。
【図９】図７に示される電圧パルス信号が個別電極に供給された際のインクジェットヘッドから吐出されるインクの吐出速度をパルスの幅に対して描いたグラフである。
【図１０】本発明がなされるにあたって行われた分析において用いられた個別液体流路のモデルを示す図である。
【図１１】図９のモデルを用いて算出又は測定された長周期固有振動の周期Ｔｃ１と圧力室の厚みとの関係を示すグラフである。
【図１２】図９のモデルを用いて算出又は測定された長周期固有振動の周期Ｔｃ１と第１の流路の長さとの関係を示すグラフである。
【図１３】図９のモデルを用いて算出又は測定された短周期固有振動の周期Ｔｃ２と圧力室の厚みとの関係を示すグラフである。
【図１４】図９のモデルを用いて算出又は測定された短周期固有振動の周期Ｔｃ２と第１の流路の長さとの関係を示すグラフである。
【図１５】図９の個別液体流路内の液体の長周期固有振動及び短周期固有振動によって発生するノズルの先端のメニスカスにおける液体の振動を表すグラフである。
【図１６】図９の個別液体流路内に発生する長周期固有振動と短周期固有振動との関係を、液体吐出ヘッドの３つの類型に応じて示すグラフである。
【図１７】図１６に示された３つの類型のそれぞれにおける液体の吐出態様を示す図である。
【図１８】図９の個別液体流路における第１の流路の長さ及び圧力室の厚みとＴｃ１／Ｔｃ２との関係、及び、かかるＴｃ１／Ｔｃ２を有するような液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出特性の評価を示すグラフである。
【図１９】図１８に示された本発明の範囲内の液体吐出ヘッドにおいて、駆動条件を変えつつ液体を吐出させた際の吐出特性を示すグラフである。
【図２０】図１９の各曲線について吐出速度のピークを取るところをプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【０１５１】
Ｔｃ１  長周期固有振動の周期
Ｔｃ２  短周期固有振動の周期
１  カラーインクジェットプリンタ
２  インクジェットヘッド
４  流路ユニット
５ａ  副マニホールド流路
８  ノズル
１０  圧力室
１２  アパーチャ
１３  ヘッド本体
２１  アクチュエータユニット
２３ａ、２３ｂ  部分流路
３２  個別インク流路
３３  ディセンダ流路
３４  共通電極
３５  個別電極
４１-４４  圧電層
５０  圧電アクチュエータ
１０５  共通液体室
１０８  ノズル
１１０  圧力室
１１２  絞り流路
１２３  第２の流路
１３２  個別液体流路
１３３  第１の流路
【図１】
2008094094.tif 000031
【図２】
2008094094.tif 000032
【図３】
2008094094.tif 000033
【図４】
2008094094.tif 000034
【図５】
2008094094.tif 000035
【図６】
2008094094.tif 000036
【図７】
2008094094.tif 000037
【図８】
2008094094.tif 000038
【図９】
2008094094.tif 000039
【図１０】
2008094094.tif 000040
【図１１】
2008094094.tif 000041
【図１２】
2008094094.tif 000042
【図１３】
2008094094.tif 000043
【図１４】
2008094094.tif 000044
【図１５】
2008094094.tif 000045
【図１６】
2008094094.tif 000046
【図１７】
2008094094.tif 000047
【図１８】
2008094094.tif 000048
【図１９】
2008094094.tif 000049
【図２０】
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