(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通インク室、及び、前記共通インク室の出口から圧力室を経て吐出口に至る個別インク流路を有し、前記個別インク流路は、前記圧力室と前記共通インク室とが絞りを介して接続され、且つ前記圧力室と前記吐出口とが部分流路によって接続されて構成された流路ユニットと、
前記流路ユニットの一表面において前記圧力室の開口を封止しているとともに、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、１つの吐出パルスによって、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吐出口から２つのインク滴で構成されるインクを吐出させるアクチュエータとを備えており、
前記圧力室の面積０．２７３ｍｍ２及び深さ１００μｍ、前記絞りの長さ３０２μｍ、幅３９．５μｍ及び深さ２０μｍ、前記アクチュエータのコンプライアンス２６．０４８（１ｅ−２１ｍ５／Ｎ）、前記部分流路のうち前記圧力室に隣接した円柱形を有する第１部分の内径１８４μｍ、前記部分流路の前記第１部分以外であって前記第１部分に隣接した円錐台領域と前記吐出口を先端に有する円柱領域とからなる第２部分の長さ５０μｍ、前記吐出口の内径２０μｍ、前記円柱領域の長さ１０μｍ、並びに、前記円錐台領域の内表面の前記円柱領域の内表面に対する傾斜角度８度であると仮定したときに、前記アクチュエータの変位８４ｎｍに対して前記吐出口から吐出されるインク量が５〜７ｐｌとなるインクジェットヘッドであって、
前記部分流路の容積Ｖｄと前記個別インク流路の容積Ｖｃとが０．１２≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０を満たすように前記個別インク流路が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
０．１５≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０を満たすように前記個別インク流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記部分流路の長さＬｄと前記部分流路の平均断面積Ｓｄとが
０．１≦√（Ｓｄ／π）／Ｌｄ≦０．３
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記流路ユニットが、前記吐出口が形成された吐出面を有しており、
前記圧力室は、前記吐出面からの距離が前記共通インク室よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記流路ユニットは、
前記吐出口が形成された前記吐出面と、前記吐出面に対向する一表面に開口した複数の前記圧力室と、内部に形成された前記共通インク室とを有し、
前記アクチュエータは、
分極された圧電層と、前記圧力室に対応して前記圧電層上に形成された個別電極と、前記圧電層を前記個別電極と共に挟む共通電極とが、分極されていない圧電層に積層された単位構造を前記圧力室毎に有していることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出口からインクを吐出するインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式によってインクを吐出するインクジェットヘッドには、インクを吐出するノズル、各ノズルから吐出されるインクを供給する共通インク室及び共通インク室の出口からノズルの吐出口に至る個別インク流路を有するものがある。このようなインクジェットヘッドにおいては、個別インク流路の一部に形成された圧力室の容積を変化させるアクチュエータに電圧信号として吐出パルスを与えてアクチュエータを変形させ、それによって圧力室内のインクに圧力を印加することで、ノズルからインクが吐出される。このとき、圧力室内のインクに圧力が印加されることでインクを媒体とした圧力波が個別インク流路内に発生する。特許文献１に記載されているインクジェットヘッドは、圧力波の個別インク流路における固有振動を利用して効率的にインクを吐出するものである。特許文献１においては、いったん圧力室内の容積を増加させ、その後、個別インク流路内の固有振動のために圧力室内の圧力が高くなるタイミングで圧力室の容積を元に戻すことによってインクに大きな吐出圧を印加する、いわゆる引き打ち方式が採用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報（図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような引き打ち方式が採用されたインクジェットヘッドにおいては、吐出パルスの幅が個別インク流路内におけるインク固有振動周期の１／２のときにインク吐出速度が理論的に最大となり、吐出パルスの幅がインク固有振動周期の１／２から離れるにしたがってインク吐出速度がなだらかに低下する。したがって、吐出パルスの幅を横軸にインク吐出速度を縦軸にしたグラフを描いたときに、インク吐出速度を示す曲線は固有振動周期の１／２付近でのインク吐出速度をピークとして両側に単調変化する単調曲線となる。
【０００５】
ところが、インク吐出速度を示す曲線が単調曲線とならず、インク吐出速度の急峻な変化を近傍に伴う極大値を複数有する不規則な曲線となるインクジェットヘッドがあることが判明した。このようなヘッドでは、極大値近傍にインク吐出速度の急峻な変化が存在するために、吐出パルスの幅が僅かに変動しただけで、インク吐出速度が大きく変化してしまい、画質に多大な悪影響を及ぼすことになる。
【０００６】
また、インクジェットヘッドでは、１つの吐出パルスによって２つ又はそれ以上のインク液滴がノズルから連続して吐出されることがある。これら２つ又はそれ以上のインク液滴は、通常、ほぼ同じ速度でほぼ同じ体積を有している。しかしながら、上記した極大値近傍にインク吐出速度の急峻な変化が存在するインクジェットヘッドの場合、最初に吐出されるのが２番目以降に吐出されるインク液滴に比べて高速で極めて体積の小さなインク小滴となることも分かった。この高速なインク小滴は、通常のインク液滴よりも早いタイミングで印刷用紙に着弾するため、インクジェットヘッドによって印刷用紙に形成される画質が悪化してしまう。
【０００７】
本発明の目的は、極大値近傍にインク吐出速度の急峻な変化が存在せず、しかも１つの吐出パルスによって最初に吐出されるインク液滴と２番目以降に吐出されるインク液滴との速度差及び体積差が小さいために、良好な画質での印刷が可能なインクジェットヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、極大値近傍にインク吐出速度の急峻な変化が存在すると共に１つの吐出パルスによって最初に吐出されるインク滴が２番目以降に吐出されるインク液滴に比べて高速で極めて体積の小さなインク小滴となる原因が、ディセンダ（個別インク流路における圧力室の出口から吐出口までの領域）と称される個別インク流路内の部分流路の容積Ｖｄと、個別インク流路の容積Ｖｃとの比に関係するであろうという推察に基づいて、数値解析モデルを用いて以下の２つのシミュレーションを行った。
【０００９】
第１に、数種類のＶｄ／Ｖｃの値について、（吐出パルスの幅Ｔｌ）／（個別インク流路内におけるインク固有振動周期Ｔｃ）の変化に対するインク吐出速度の変化の様子を求めた。第２に、Ｔｌ／Ｔｃを固定した状態において、Ｖｄ／Ｖｃの変化に対する、１つの吐出パルスによるノズルからの１滴目のインク滴と２滴目のインク滴の速度比及び体積比の変化の様子を求めた。その結果、Ｔｌ／Ｔｃの変化に対してインク吐出速度を示す曲線の極大値近傍にインク吐出速度の急峻な変化が存在せず且つ１つの吐出パルスによる１滴目のインク滴と２滴目のインク滴との速度及び体積が著しく異なることがないようにするには、０．１２≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０とすればよいことが分かった。さらに、０．１５≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０の範囲においてより良好な結果が得られた。
【００１０】
すなわち、本発明のインクジェットヘッドは、共通インク室、及び、前記共通インク室の出口から圧力室を経て吐出口に至る個別インク流路を有し、前記個別インク流路は、前記圧力室と前記共通インク室とが絞りを介して接続され、且つ前記圧力室と前記吐出口とが部分流路によって接続されて構成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面において前記圧力室の開口を封止しているとともに、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、１つの吐出パルスによって、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吐出口から２つのインク滴で構成されるインクを吐出させるアクチュエータとを備えている。そして、前記部分流路の容積Ｖｄと前記個別インク流路の容積Ｖｃとが０．１２≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０を満たすように前記個別インク流路が形成されている。この場合において、０．１５≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０を満たすように前記個別インク流路が形成されていることがより好ましい。なお、上記数値解析モデルを用いたシミュレーションの詳細については後述する。
【００１１】
さらに、０．１２≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０を満たすという条件下において、ディセンダの平均断面積Ｓｄと長さＬｄが、０．１≦√（Ｓｄ／π）／Ｌｄ≦０．３の関係を満たした場合に、ディセンダ径のばらつきに起因したノズル間のインク吐出速度のばらつきを抑えつつ、個別インク流路内でのＴｃよりも短い周期の圧力変動を減衰させやすくなることが分かった。すなわち、本発明においては、前記部分流路の長さＬｄと前記部分流路の平均断面積Ｓｄとが０．１≦√（Ｓｄ／π）／Ｌｄ≦０．３を満たすことがより好ましい。
【００１２】
なお、０．１２≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０を満たすためには、インクジェットヘッドの設計上の自由度の向上という観点から、ディセンダ長を十分に長く取れるように、圧力室−吐出面の距離が圧力室−共通インク室の距離よりも大きいことが好ましい。すなわち、本発明においては、前記流路ユニットが、前記吐出口が形成された吐出面を有しており、前記圧力室は、前記吐出面からの距離が前記共通インク室よりも大きいことが好ましい。
また、前記流路ユニットは、前記吐出口が形成された前記吐出面と、前記吐出面に対向する一表面に開口した複数の前記圧力室と、内部に形成された前記共通インク室とを有し、前記アクチュエータは、分極された圧電層と、前記圧力室に対応して前記圧電層上に形成された個別電極と、前記圧電層を前記個別電極と共に挟む共通電極とが、分極されていない圧電層に積層された単位構造を前記圧力室毎に有していてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜プリンタ概略＞
図１は、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドを含む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。
【００１４】
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１１４、搬送ユニット１２０及び紙受け部１１６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１１４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。
【００１５】
給紙ユニット１１４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１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５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。
【００１６】
給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０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１１８ａ及び１１８ｂ、並びに、１１９ａ及び１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４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１２０へと送り出される。
【００１７】
搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６及び１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６及び１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１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１１１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１２７である。
【００１８】
ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６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１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。従って、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００１９】
ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８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１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１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１１１に連動して回転する。
【００２０】
給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１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１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１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１１１の外周面１１３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１２７に確実に固着させることができる。
【００２１】
４つのインクジェットヘッド２は、搬送ベルト１１１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吐出口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に設けられた吐出口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１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００２２】
搬送ベルト１１１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１１１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。
【００２３】
搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａ及び１２１ｂ並びに１２２ａ及び１２２ｂ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１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６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１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。
【００２４】
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１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３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１３３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１３３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。
【００２５】
＜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。
【００２６】
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本の仮想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。
【００２７】
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。
【００２８】
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や吐出口８などが実線で示されている。
【００２９】
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ヘッド本体１３の長手方向に延在している。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
流路ユニット４の下面には多数の吐出口８が形成されている。これらの吐出口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、これらの吐出口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吐出口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。
【００３３】
なお、これらの吐出口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吐出口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における吐出口８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。
【００３４】
流路ユニット４の内部には、多数のアパーチャ（しぼり）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。
【００３５】
流路ユニット４の内部には、各アパーチャ１２、圧力室１０及び吐出口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はその一端において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を経て各個別インク流路３２へと供給され、吐出口８から吐出される。
【００３６】
＜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。
【００３７】
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、吐出口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と吐出口８とが連通孔により連通される構成を有している。
【００３８】
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（詳細には圧力室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には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。
【００３９】
第３に、圧力室１０の他端から吐出口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（詳細には圧力室１０の出口）からノズルプレート２９（詳細には吐出口８）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３３（部分流路）と呼称される。第４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。
【００４０】
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）から吐出口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、以下の経路で吐出口８から吐出される。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、さらにディセンダ３３内を直下の吐出口８へと進む。
【００４１】
＜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。
【００４２】
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。後述のように、個別電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて電圧パルスが供給される。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、対応する吐出口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及び吐出口８に対応する個別の圧電アクチュエータ５０（アクチュエータ）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吐出口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。
【００４６】
＜ディセンダ及び個別インク流路の設計＞
本実施の形態において、ディセンダ３３の容積Ｖｄと個別インク流路３２の容積Ｖｃは、０．１５≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０を満たしている。具体的には、ディセンダ３３の容積Ｖｄは、個別インク流路３２の容積Ｖｃの０．２４倍となっている（Ｖｄ／Ｖｃ＝０．２４）。また、ディセンダ３３の平均断面積を円周率で割ったものの平方根をディセンダ３３の長さで割った値（√（Ｓｄ／π）／Ｌｄ）は、０．１≦√（Ｓｄ／π）／Ｌｄ≦０．３を満たしている。具体的には、値（√（Ｓｄ／π）／Ｌｄ）は、０．２となっている。
【００４７】
＜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（図６参照）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、これら及びそのほかのハードウェア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。
【００４８】
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１０５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、ＰＣ１３３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。
【００４９】
波形パターン記憶部１０３は複数の吐出パルス列波形に対応する波形データを記憶している。各吐出パルス列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。
【００５０】
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列波形のいずれかを順次個別電極３５に供給するためのものであって、各個別電極３５に所定のタイミングで各吐出パルス列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。
【００５１】
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。
【００５２】
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及び吐出口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。
【００５３】
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からドライバＩＣ８０に供給された波形データに係る複数の吐出パルス列波形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吐出パルス列波形をドライブバッファに出力する。
【００５４】
ドライブバッファは、マルチプレクサから出力された吐出パルス列波形を増幅することによって、所定のレベルを有する吐出電圧パルス列信号を生成する。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列信号を、ＦＰＣを介して供給する。
【００５５】
＜インク吐出時の電位変化＞
吐出電圧パルス列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。
【００５６】
吐出電圧パルス列信号に含まれる各時刻の電圧について説明する。図７は、吐出電圧パルス列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列信号の波形６１は、１滴のインクを吐出口８から吐出させるための波形の一例である。
【００５７】
時刻ｔ１は、個別電極３５に吐出電圧パルス列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に対応する吐出口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。吐出電圧パルス列信号の波形６１において、時刻ｔ１までの期間及び時刻ｔ４以降の期間には、電圧はＵ０（＞０）に保持されている。そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間には電圧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。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。
【００５８】
＜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列信号が個別電極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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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（ａ）〜（ｃ）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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、吐出口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。
【００６５】
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、吐出口８に向かって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。
【００６６】
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（Acoustic Length）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から吐出口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。
【００６７】
＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施の形態についての説明であるが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された内容の限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、アクチュエータの構造や個別インク流路の形状などは適宜変更が可能である。
【００６８】
また、０．１５≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０が満たされている以上、ディセンダ３３の容積Ｖｄは、個別インク流路３２の容積Ｖｃの何倍であってもよい。さらに、本実施の形態では０．１≦√（Ｓｄ／π）／Ｌｄ≦０．３が満たされているが、この関係を満たさないものであってもよい。また、圧力室１０は、吐出面からの距離が副マニホールド流路５ａよりも小さい位置に形成されていてもよい。
【実施例】
【００６９】
引き打ち方式のインクジェットヘッドに関して、発明者は下記のような数値解析を実施した。図９は本数値解析のモデルを示す模式図である。
【００７０】
本数値解析に当たっては、図４に示されているような個別インク流路３２、つまり、副マニホールド流路５ａの出口から吐出口８に至る流路を音響的に等価変換した電気回路に見立てた上で、このような等価回路について音響解析を行った。図９（ａ）は、このような等価回路を示している。
【００７１】
図９（ａ）に示す等価回路は、図４、図５等に示されているインク流路やアクチュエータに相当するものである。したがって、下記の説明に当たって図４、図５等に示されたディセンダ３３や圧電アクチュエータ５０等の語句が使用されている。しかし、例えば図５に示されているアクチュエータに係る情報として本数値解析に必要なものはコンプライアンスである。したがって、同様のコンプライアンスを有し、圧力室内のインクに圧力を印加するアクチュエータであれば本数値解析の結果も同様のものとなる。つまり、下記の数値解析によって得られた結果は、図４、図５等に示された流路ユニット４や圧電アクチュエータ５０のみに適用されるものではなく、数値解析において用いられた条件を満たすあらゆるインクジェットヘッドに適用され得る。
【００７２】
個別インク流路３２を構成するアパーチャ１２、圧電アクチュエータ５０及び圧力室１０は、図９（ａ）の回路において、それぞれ順番に、コイル２１２ａと抵抗２１２ｂ、コンデンサ２５０及びコンデンサ２１０に相当する。一方で、ディセンダ３３及び吐出口８はこの回路において流体解析部２３３に相当する。流体解析部２３３は回路中の単なるコンデンサや抵抗等とはみなされず、別途後述の流体解析によって数値解析される。
【００７３】
本数値解析における音響解析では、前述の実施形態で説明されたディセンダ３３の容積Ｖｄがパラメータとして用いられている。また、圧電アクチュエータ５０のコンプライアンス（音響容量：等価回路中のコンデンサ２５０の容量）や発生圧力定数は、圧電アクチュエータ５０等の諸元から、有限要素法によってあらかじめ求められている。さらに、圧電定数は圧電素子のインピーダンスを測定する共振法を用いて求められている。本実施例では、圧電アクチュエータ５０のコンプライアンスを２６．０４８［１ｅ-21ｍ5／Ｎ］、発生圧力定数を１７．９３３[kPa/V]、圧電定数ｄ３１を１７７［ｐｍ／Ｖ］であり、駆動電圧を２０Ｖとしたときの変位は８４［ｎｍ］である。
【００７４】
上記のとおり流体解析部２３３はディセンダ３３に相当する。図９（ｂ）は流体解析部２３３における流体解析で用いられるディセンダ３３の全体の構成を示している（図４参照）。図９（ｃ）はディセンダ３３のうちのノズルプレート３０に形成された部分の構成を示している。図９（ｂ）の向かって左端部が圧力室１０の一端と一致している。
【００７５】
本流体解析では、ディセンダ３３の容積Ｖｄが互いに異なる（内径Ｄ１が同じで長さＬ１が異なる）６つのインクジェットヘッドａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆが想定されている。これら６つのインクジェットヘッドａ〜ｆにおいて、ディセンダ３３の容積は、それぞれ、個別インク流路３２の容積Ｖｃの０．１２倍、０．１５倍、０．２０倍、０．３８倍、０．４０倍、０．４３倍である。そして、ディセンダ３３の内径Ｄ１及びＤ２並びに長さＬ２及びＬ３は表１に示すとおりである。内径Ｄ１はディセンダ３３のノズルプレート３０以外に形成された部分の径に相当し、内径Ｄ２は吐出口８の径に相当する。本数値解析においては、図９（ｂ）に示されているように、ディセンダ３３のノズルプレート３０以外に形成された部分の径はどの位置においても同じである。また、ディセンダ３３のノズルプレート３０に形成された部分は長さＬ２であって、図９（ｃ）に示されているように、吐出口８へ向かって先細りのテーパー構造を有している。そして、吐出口８付近において長さＬ３の部分の内径はどの位置においても同じでＤ２である。テーパー構造を有する部分の内表面と吐出口８付近の内表面とのなす角度は、表１に示されているように図９（ｃ）の断面において８度である。なお、振動板の厚みは５０μｍとしている。
【００７６】
【表１】
0004842684.tif 000002
【００７７】
その他のインクジェットヘッドａ〜ｆに共通の数値条件は以下の表２に示す通りである。なお、振動板の厚みは５０μｍとしている。
【００７８】
【表２】
0004842684.tif 000003
【００７９】
流体解析部２３３における流体解析は、上記のようなディセンダ３３の構成を用い、擬似圧縮性により定式化された流体解析である擬似圧縮法（擬似的に密度の時間変化を表す項を加えた連続の式に、Navier-Stokes方程式を連立させて速度と圧力とを求める方法）によって行われた。
【００８０】
圧力室１０のコンプライアンス（音響容量Ｃ：等価回路中のコンデンサ２１０の容量）は関係式Ｃ＝Ｗ／Ｅｖによって求められた。ここで、Ｗは圧力室１０の容積、Ｅｖはインクの体積弾性率である。
【００８１】
アパーチャ１２におけるイナータンス（等価回路中のコイル２１２ａのインダクタンス）は関係式ｍ＝ρ＊ｌ／Ａによって求められた。ここで、ρはインクの密度、Ａはアパーチャ１２におけるアパーチャの延在方向（図４の左右方向）に垂直な断面の面積であり、ｌは図４に向かって左右方向に関するアパーチャ１２の長さである。
【００８２】
アパーチャ１２の流路抵抗（抵抗２１２ｂの抵抗値Ｒ）は、以下のように求められた。上述の実施形態においては、アパーチャ１２は、アパーチャの延在方向（図４の左右方向）に垂直な断面について各辺の長さが２ａ及び２ｂである長方形の形状を有している。この場合には、アパーチャを流れるインクの量は下記の数式１を用いて表される。そして、アパーチャ１２に加えられる圧力Δｐ（圧力波の強度）とアパーチャ１２を流れるインクの量Ｑとの関係はＱ＝Δｐ／Ｒと表される。これと数式１とにより抵抗値Ｒが算出される。なお、ｌは上記の通り、アパーチャ１２の長さである。
【００８３】
[式１]
0004842684.tif 000004
【００８４】
流体解析部２３３における流体解析では、流体解析部２３３を通過するインクの体積速度が求められる。さらに、圧電アクチュエータ５０において個別電極３５と共通電極３４との間に加えられる電圧に相当する条件として、電圧の大きさに対応する圧力Ｐが回路中の圧力源２９９によって加えられるものとする。これらの条件下で、圧力Ｐ、音響容量、イナータンス及び抵抗値、並びに、別途数値解析された流体解析部における解析結果に基づいて、６つのインクジェットヘッドａ〜ｆについて、回路を流れるインクの体積速度（インク吐出速度）が、（吐出パルスの幅Ｔｌ）／（個別インク流路内におけるインク固有振動周期Ｔｃ）の値を変化させつつ数値解析によって求められた。表３は数値解析の結果である。
【００８５】
ここで駆動電圧を２０Ｖとする。駆動電圧とは、圧電アクチュエータ５０の個別電極３５に供給される電圧パルスの電圧の高低差に相当する。つまり、駆動電圧は、個別電極３５と共通電極３４との電位差が最大となるときの電位差Ｕ０を示している（図７参照）。
【００８６】
【表３】
0004842684.tif 000005
【００８７】
図１０は、表３の結果を示すグラフである。図１０の横軸はＴｌ／Ｔｃを示し、縦軸はインク液滴の吐出速さを示している。Ｖｄ／Ｖｃが０．４３の場合に、Ｔｌ／Ｔｃの変化に対してインク吐出速度を示す曲線の極大値近傍にインク吐出速度の急峻な変化が存在している一方で、０．１２≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０の場合に、Ｔｌ／Ｔｃの変化に対してインク吐出速度を示す曲線の極大値近傍にインク吐出速度の急峻な変化が存在していないことが分かった。
【００８８】
さらに、Ｔｌ／Ｔｃ＝０．４５に固定した場合と、Ｔｌ／Ｔｃ＝０．４８に固定した場合とで、Ｖｄ／Ｖｃの変化に対する、１つの吐出パルスによるノズルからの１滴目のインク滴と、その後に伸びた液体からまとまって形成される２滴目のインク滴の速度比及び体積比の変化を、図９（ａ）に示す等価回路を用いて流体解析部２３３における数値解析により求めた。その結果を表４及び表５に示す。
【００８９】
【表４】
0004842684.tif 000006
【００９０】
【表５】
0004842684.tif 000007
【００９１】
図１１及び図１２は、表４及び表５の結果を示すグラフである。図１１及び図１２の横軸はＶｄ／Ｖｃを示し、縦軸は１つの吐出パルスによるノズルからの１滴目のインク滴と２滴目のインク滴の速度比及び体積比を示している。Ｔｌ／Ｔｃが０．４５の場合及び０．４８の場合のいずれにおいても、Ｖｄ／Ｖｃが０．４３の場合に、１つの吐出パルスによる１滴目のインク滴と２滴目のインク滴との速度及び体積が著しく異なる一方で、０．１２≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０の場合に、１つの吐出パルスによる１滴目のインク滴と２滴目のインク滴との速度及び体積がほぼ等しくなることが分かった。
【００９２】
また、図１１及び図１２から、Ｖｄ／Ｖｃ＝０．１２の場合には、Ｖｄ／Ｖｃが０．１５〜０．４０の範囲にある場合よりも、１滴目のインク滴と２滴目のインク滴との体積比が１から大きく離れることが分かる。
【００９３】
以上の図９（ａ）に示す等価回路に基づく解析結果から、０．１２≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０であれば、Ｔｌ／Ｔｃの変化に対してインク吐出速度を示す曲線の極大値近傍にインク吐出速度の急峻な変化が存在せず且つ１つの吐出パルスによる１滴目のインク滴と２滴目のインク滴との速度及び体積が著しく異なることがないようにすることができ、０．１５≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０とすることによってより良好な結果が得られると結論づけられる。
【００９４】
なお、上述の実施の形態のように圧力室−吐出面間の距離が共通インク室−吐出面間の距離よりも大きいので、ディセンダ長を十分に長く取れる。したがって、０．１２≦Ｖｄ／Ｖｃ≦０．４０を満たすためのインクジェットヘッドの設計上の自由度が大きくなるという利点がある。
【００９５】
次に、Ｔｌ／Ｔｃ＝０．４８に固定したときに、Ｖｄ／Ｖｃ＝０．１２、０．２、０．３、０．４のそれぞれにおいて、１つの吐出パルスによる１滴目のインク滴の吐出速度が９ｍ／ｓとなるときの駆動電圧を、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．０５、０．０８、０．１０、０．２０、０．３０、０．３５、０．４０の各場合において、図９（ａ）に示す等価回路を用いた数値解析により求めた。その結果を表６に示す。
【００９６】
【表６】
0004842684.tif 000008
【００９７】
図１３は、表６の結果を示すグラフである。図１３の横軸は√（Ｓｄ／π）／Ｌｄを示し、縦軸は駆動電圧を示している。Ｖｄ／Ｖｃ＝０．１２、０．２、０．３、０．４のいずれにおいても、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．１０に満たない場合に、ディセンダ３３の音響抵抗が小さくなるために駆動電圧が著しく大きい。これに対して、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．３０を超えても駆動電圧の低下はほとんど無い。
【００９８】
表６を駆動電圧の低下率に着目して書き換えた表７を以下に示す。表７から、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．１０に満たない場合には、駆動電圧の低下率が２０％を超えることが分かる。駆動電圧の低下率が２０％を超えると、ディセンダ径のばらつきに起因したノズル間のインク吐出速度のばらつきが大きくなって好ましくない。したがって、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．１０以上であることが好ましい。
【００９９】
【表７】
0004842684.tif 000009
【０１００】
次に、Ｔｌ／Ｔｃ＝０．４８に固定したときに、Ｖｄ／Ｖｃ＝０．１２、０．２、０．３、０．４のそれぞれにおいて、圧電アクチュエータ５０に図７に示すようなステップ状パルスを印加した場合に吐出口８付近に形成されるインクのメニスカスに生じる振動であって、個別インク流路内におけるインク固有振動周期Ｔｃよりも短い周期の振動（短周期圧力変動）の振幅が初期振幅の９０％まで低下するのに要した時間を、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．０５、０．０８、０．１０、０．２０、０．３０、０．３５、０．４０の各場合（ディセンダ３３の直径を変更して長さを変更しない）において、図９（ａ）に示す等価回路を用いた数値解析により求めた。その結果を表８に示す。
【０１０１】
【表８】
0004842684.tif 000010
【０１０２】
図１４は、表８の結果を示すグラフである。図１４の横軸は√（Ｓｄ／π）／Ｌｄを示し、縦軸は短周期圧力変動の初期振幅から９０％までの減衰時間を示している。Ｖｄ／Ｖｃ＝０．１２、０．２、０．３、０．４のいずれにおいても、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．３０を超えた場合に、短周期圧力変動の減衰時間が著しく大きくなる。これに対して、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．２０以下になっても減衰時間の低下はほとんど無い。
【０１０３】
表８を減衰時間の低下率に着目して書き換えた表９を以下に示す。表８及び９から、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．３０を超えると、短周期圧力変動が長時間に亘って吐出に影響を及ぼすこととなって、特にノズルからインク滴を連続吐出する場合に、後から吐出されるインク滴に悪影響が生じて好ましくないことが分かる。逆に、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．３０以下であれば、個別インク流路内でのＴｃよりも短い周期の圧力変動を減衰させやすくなり、ノズルからインク滴を連続吐出する場合であっても、後から吐出されるインク滴に悪影響が生じにくい。したがって、√（Ｓｄ／π）／Ｌｄが０．３０以下であることが好ましい。
【０１０４】
【表９】
0004842684.tif 000011
【０１０５】
なお、上述の流体解析において、ディセンダ３３をストレート管として扱ったが、実際の形状に合わせた異なる内径を有する管の組み合わせとして扱ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッドを含むプリンタの概略構成図である。
【図２】図１に示されるヘッド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の波形を示す図である。
【図８】図７に示される電圧パルス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】インクジェットヘッドの数値解析モデルを説明するための模式図である。
【図１０】図９のモデルを用いて行われた数値解析の結果を示すグラフである。
【図１１】図９のモデルを用いて行われた数値解析の結果を示す別のグラフである。
【図１２】図９のモデルを用いて行われた数値解析の結果を示す別のグラフである。
【図１３】図９のモデルを用いて行われた数値解析の結果を示す別のグラフである。
【図１４】図９のモデルを用いて行われた数値解析の結果を示す別のグラフである。
【符号の説明】
【０１０７】
１  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
２１  アクチュエータユニット
３２  個別インク流路
３３  ディセンダ
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
【図１】
0004842684.tif 000012
【図２】
0004842684.tif 000013
【図３】
0004842684.tif 000014
【図４】
0004842684.tif 000015
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004842684.tif 000018
【図８】
0004842684.tif 000019
【図９】
0004842684.tif 000020
【図１０】
0004842684.tif 000021
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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