(57)【要約】【課題】定在波が発生しないようにして、インクの補充量が不足し、インク液滴のサイズが小さくなってしまうことを防止することにより、印画濃度のムラを解消して画質の劣化を防止する。【解決手段】発熱抵抗体を駆動する駆動周波数ｆに対して、共通流路内のインク中に定在波が発生する共通流路の長さをＬｆｎとしたとき、実際の共通流路の長さＬが、Ｌｆｎと一致しないようにした。また、共通流路の長さＬに対して、共通流路内のインク中に定在波が発生する振動数をＦｎ（ただし、添字ｎは、ｎ次の高調波指数）としたとき、実際に発熱抵抗体を駆動する駆動周波数ｆが、Ｆｎと一致しないようにした。【選択図】図３
2005246663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエネルギー発生素子を一方向に配列したヘッドチップと、
液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記ノズルに対応して液室を形成するための液室形成部材と、
前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する液体の共通流路を形成するための共通流路部材と
を備え、
前記エネルギー発生素子を駆動して、前記液室内の液体を液滴として前記ノズルから吐出し、被記録媒体に着弾させて印画する液体吐出ヘッドであって、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する共通流路の長さをＬｆｎ（ｍｍ）としたとき、前記共通流路の長さＬ（ｍｍ）が、Ｌｆｎ（ｍｍ）と一致しないようにした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する共通流路の長さをＬｆｎ（ｍｍ）としたとき、前記共通流路の長さＬ（ｍｍ）を、
Ｌ≦０．９５×Ｌｆｎ  又は  Ｌ≧１．０５×Ｌｆｎ
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）に対して、前記共通流路内の液体中に、基本振動による定在波が発生する共通流路の長さをＬｆ１（ｍｍ）としたとき、前記共通流路の長さＬ（ｍｍ）を、
Ｌ≦０．９５×Ｌｆ１
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記共通流路は、両端部が閉じた直線状であり、かつ断面形状が一様の流路であって、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数をｆ（ｋＨｚ）とし、前記共通流路内の液体中の音速をｖ（ｍ／ｓ）としたとき、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する共通流路の長さＬｆｎ（ｍｍ）を、
Ｌｆｎ＝ｎ・ｖ／（２ｆ）  （ただし、ｎは自然数）
として求め、
前記共通流路の長さＬ（ｍｍ）を、
Ｌ≦０．９５×ｎ・ｖ／（２ｆ）  又は  Ｌ≧１．０５×ｎ・ｖ／（２ｆ）
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】
複数のエネルギー発生素子を一方向に配列したヘッドチップと、
液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記ノズルに対応して液室を形成するための液室形成部材と、
前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する液体の共通流路を形成するための共通流路部材と
を備え、
前記エネルギー発生素子を駆動して、前記液室内の液体を液滴として前記ノズルから吐出し、被記録媒体に着弾させて印画する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記共通流路の長さＬ（ｍｍ）に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をＦｎ（ｋＨｚ）（ただし、添字ｎは、ｎ次の高調波指数）としたとき、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）が、Ｆｎ（ｋＨｚ）と一致しないようにした
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項６】
請求項５に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記共通流路の長さＬ（ｍｍ）に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をＦｎ（ｋＨｚ）（ただし、添字ｎは、ｎ次の高調波指数）としたとき、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）を、
（Ｆｎ）×１．０５≦ｆ≦（Ｆｎ＋１）×０．９５
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項７】
請求項５に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記共通流路の長さＬ（ｍｍ）に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をＦｎ（ｋＨｚ）（ただし、添字ｎは、ｎ次の高調波指数）としたとき、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）を、
ｆ＝（（Ｆｎ）＋（Ｆｎ＋１））／２±（（Ｆｎ）−（Ｆｎ＋１））×０．１
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項８】
請求項５に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記共通流路は、両端部が閉じた直線状であり、かつ断面形状が一様の流路であって、
前記共通流路の長さをＬ（ｍｍ）とし、前記共通流路内の液体中の音速をｖ（ｍ／ｓ）としたとき、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をＦｎ（ｋＨｚ）を、
（Ｆｎ）＝ｎ・ｖ／（２Ｌ）  （ただし、ｎは高調波指数）
として求め、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）を、
（ｎ・ｖ／（２Ｌ））×１．０５≦ｆ≦（（ｎ＋１）・ｖ／（２Ｌ））×０．９５
とした
ことを特徴とする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、液体吐出手段を駆動することにより、液室内の液体をノズルから吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、全ての液室と連通する共通の液体流路内の液体中に、定在波が発生しないようにした液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの駆動方法に係るものであり、詳しくは、液体吐出手段の駆動周波数との関係で、液体流路の長さを規定して定在波の発生を防止した液体吐出ヘッド、及び液体流路の長さとの関係で、液体吐出手段の駆動周波数を規定して定在波の発生を防止した液体吐出ヘッドの駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドの１つであるインクジェットプリンタのプリンタヘッドにおいて、従来のインクの流路構造としては、インク加圧室に連通するように、流路板によってインク流路を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１３６７３７号公報
【０００３】
上記の特許文献１の技術では、インク加圧室の入口部分が、各インク加圧室ごとの個別流路を形成している。また、インク流路は、全てのインク加圧室の各個別流路にインクを供給する共通流路を形成している。
【０００４】
そして、プリンタヘッドの個々のノズルでは、一般的に、発熱素子（発熱抵抗体等）を加熱して気泡を発生させ、その膨張による圧力によってインクを吐出させたり、ピエゾ素子に電気信号を加え、その力学的運動に伴う圧力によってインクを吐出させたりすることが行われる。
【０００５】
図７は、インク液室１２（上記の特許文献１のインク加圧室に対応）を備えるプリンタヘッドを模式的に示す図であり、インクの吐出時の動作を時系列で説明する図である。
また、図８は、図７の時系列において、気泡圧力と気泡体積との関係を示すグラフである。
【０００６】
図７に示す発熱抵抗体１３によってインクを吐出させるには、発熱抵抗体１３を１〜数μ秒だけ加熱させる。すると、インクが急速に加熱され、インク温度は沸点を越えて上昇する（図７の〜ｔ０参照）。そして、インク温度が自発核生成温度（３００℃）に達すると、瞬間的に加熱面上に無数の気泡核が発生し（図７及び図８のｔ０参照）、インク中の過剰エネルギーが一気に放出されて爆発的に沸騰し、気泡圧力が上昇する（図７及び図８のｔ０〜ｔ１参照）。気泡圧力は、一瞬にして最大の数十気圧にまで達し、断熱膨張と周囲から熱をもらう膨張が同時に起こり、気泡が急成長する（図７及び図８のｔ１〜ｔ２参照）。
【０００７】
その後、気泡圧力が大気圧以下になり、膨張速度が遅くなるが、気泡体積が最大に達する。そのため、インクは、気泡の膨張の勢いで約１０ｍ／ｓ程度まで加速されてノズルから飛び出し、気泡は、膨張に伴って減圧される（図７及び図８のｔ３参照）。すると、インクの慣性と、蒸気が凝縮（復水）して気泡が収縮することにより、伸びたインクの尾が切れ、インク液滴としてノズル１８から吐出される（図７及び図８のｔ３〜ｔ４参照）。また、気泡は、加熱面上で崩壊して消滅し（図７及び図８のｔ４参照）、今度は、インク液室１２の毛管力を駆動力として、インクが補充される（図７のｔ４〜参照）。
【０００８】
ところで、プリンタヘッドには、ヘッドを被記録媒体の幅方向に移動させて印画を行うシリアルヘッドと、多数のヘッドを被記録媒体の幅方向に並べて配置し、印画幅分のヘッドを形成することで、帯状に（線状でなく）画像を形成するラインヘッドとがある。
ラインヘッドは、ヘッドの長さを目的の印刷物の幅以上とすることにより、ヘッドを動かすことなく（副走査をすることなく）画像を形成することができる。すなわち、ノズルが多く、副走査の必要がないため、高速に印画することができる。
【０００９】
図９は、このようなラインヘッド１０の一部を示す斜視図である。
図９に示すように、ラインヘッド１０は、発熱抵抗体１３を一方向に配列したヘッドチップ１９と、ノズル１８を形成したノズルシート１７と、ノズル１８に対応してインク液室１２を形成するためのバリア層１５とを備えている。また、共通流路部材２０により、全てのインク液室１２と連通するインクの共通流路２１（上記の特許文献１のインク流路に対応）が形成されている。そして、ラインヘッド１０の長さは、例えばＡ４プリンタ用では、少なくともＡ４サイズの短辺に相当する２２０ｍｍの長さとなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、上記の特許文献１の技術では、図９に示すように、発熱抵抗体１３の加熱による気泡の膨張時に、インク液室１２の内部からインクの共通流路２１側に、気泡圧力による圧力波が伝播されてしまうという問題がある。すなわち、気泡は均等に成長するため、気泡圧力は、インクをノズル１８の方向に押し出して吐出する（下向きの矢印）以外に、共通流路２１に向かってインクを押し戻す（右下向きの矢印）効果もある。そのため、共通流路２１側に、圧力波が伝播されるのである。
【００１１】
この点に関し詳述すると、図９に示すように、発熱抵抗体１３の加熱によって発生した気泡により、インク液室１２内のインクは、共通流路２１側に向かって瞬間的に圧縮され（右下向きの矢印）、その直後に解放される。このように、共通流路２１側に向かう圧縮は、続いてその少し先のインクを瞬間的に圧縮し、解放する。そして、インクの各部分が隣接する部分を次々と圧縮し、解放することにより、圧力波が共通流路２１に向かって進行することとなる。ここで、印画中は、ノズル１８が連続的にインクを吐出する。そのため、連続的な圧力波が発生することとなり、共通流路２１内のインク中には、圧力波の進行方向に沿った（進行方向に平行な）圧力の疎密波（縦波）が形成される。
【００１２】
図１０は、ラインヘッド１０における圧力波の伝播を示す平面図である。
図１０に示すように、中央の発熱抵抗体１３から発生した圧力波は、共通流路２１に沿って伝播する。この共通流路２１の形状は、一般に管状で、断面積に対して管長が長い。そして、共通流路２１の内部では、拡散がないために減衰率が小さいので、圧力波は、やがて共通流路２１の端部に達し、反射される。反射された圧力波は、逆方向に進行し、やがて反対側の端部で反射される。これは、圧力波が減衰するまで繰り返される。
【００１３】
ところで、ラインヘッド１０は、図９に示すように、多くのノズル１８を持ち、それらが個別にインクを吐出する。そのため、共通流路２１には、多くのノズル１８から様々なタイミングで多くの圧力波が送り込まれる。すると、結果的に、共通流路２１内の合成波の周波数成分は、低周波から高周波までの広範なものとなる。そして、このうちのある条件を満たす周波数成分は、共通流路２１内に定在波を発生させる。
【００１４】
共通流路２１内のインクという液体中を伝播する圧力波は、共通流路２１の両端を固定端として反射するから、共通流路２１の長さをＬ、圧力波の波長をλとすれば、定在波が発生する条件は、
Ｌ＝ｎ・λ／２  （ただし、ｎは自然数）
である。
【００１５】
また、インク中の音速ｖと、圧力波の波長λと、圧力波の周波数ｆとの間には、
ｖ＝ｆλ
という関係がある。
したがって、定在波が発生する条件は、
Ｌ＝ｎ・ｖ／（２ｆ）  （ただし、ｎは自然数）
と表すこともできる。なお、この周波数ｆは、インクを吐出する周波数や、その高調波に限らず、多くのノズル１８から発せられる圧力波の合成波が持つ周波数成分である。
【００１６】
上記の定在波が発生する条件において、ｎ＝１の場合は、共通流路２１の両端が節、中央が腹となる。また、ｎ＝２の場合は、共通流路２１の両端と中央が節、１／４と３／４の部分が腹となる。すなわち、共通流路２１の端部では、固い壁面に阻まれることとなってインクが振動できない。また、共通流路２１の端部以外の節の部分では、インクの振動が打ち消されて静止している。逆に、腹の部分では、インクが振動している。
【００１７】
したがって、腹の部分では、インク中の粒子の振動する速度（音響的粒子速度）が大きく、節の部分では小さい。そのため、粒子速度が大きい腹の部分では、粒子と粒子との間隔が離れ、密度が薄くなっている。言い換えれば、密度が低いので、激しく振動できるとも言える。逆に、粒子速度が小さい節の部分では、粒子同士が接近するので、密度が高くなっている。そして、密度が低ければ圧力も低く、密度が高い部分では圧力も高い。
【００１８】
共通流路２１内の圧力差は、各インク液室１２に対するインクの供給効率に影響を及ぼす。すなわち、高い圧力は、インク液室１２へのインクの供給を促進するので、インクの供給効率が高く、低い圧力は、インクの供給を妨げる方向に作用するので、インクの供給効率が低くなる。そのため、共通流路２１の低圧部にあるインク液室１２では、インクをノズル１８から吐出した後のインクの補充に時間がかかることとなる。特に、直径数μｍ〜十数μｍという微細なノズル１８へのインクの供給や、インク供給後のメニスカス（ノズル１８におけるインクの液面）の維持は、ノズル１８の毛管力とインク液室１２の内圧との微妙なバランスの上に成り立っているため、共通流路２１内の内圧変化が及ぼす影響は大きい。
【００１９】
そして、共通流路２１内の圧力差がある程度以上に大きくなると、低圧部（定在波の腹の部分）では、次のインクの吐出時までに、インクの補充が完了しないという事態が起こり始める。すると、インクの補充量が不足し、ノズル１８から吐出されるインク液滴のサイズが小さくなり、インク液滴の着弾によって形成されるドットも小さくなって印画濃度が薄くなる。特に、ラインヘッド１０の場合は、ヘッドを走査しないため、個々のドットの濃度差が印画紙上でスジ状となって表現されてしまう。そのため、結果的に腹の部分では、濃度が薄く印画されることとなる。
【００２０】
図１１は、共通流路２１内に発生した定在波と印画濃度との関係を示す図であり、上述した定在波と印画濃度との関係をまとめたものである。
図１１に示すように、インクの粒子速度が大きい腹の部分では、共通流路２１内の圧力が低い。そのため、インクの供給効率が低くなり、インクの補充時間が長くなる結果、インクの補充量が不足し、インク液滴のサイズが小さくなり、印画濃度が薄くなる。また、インクの粒子速度が小さい節の部分では、共通流路２１内の圧力が高いためにインクの供給効率が高くなり、インクの補充時間が短くなる結果、インクの補充量が充足し、インク液滴のサイズが大きくなり、印画濃度が濃くなる。
【００２１】
このように、ある条件下では、インク液滴の吐出に伴う圧力波により、プリンタヘッド内にインクの疎密波による定在波が発生する。この定在波は、印画濃度のムラとなって印画紙上にスジ状に表現され、画質の劣化を引き起こす。そして、上記の特許文献１には、このような画質の劣化を防止することの開示はない。
【００２２】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、定在波が発生しないようにして、インクの補充量が不足し、インク液滴のサイズが小さくなってしまうことを防止することにより、印画濃度のムラを解消して画質の劣化を防止することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１に記載の発明は、複数のエネルギー発生素子を一方向に配列したヘッドチップと、液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記ノズルに対応して液室を形成するための液室形成部材と、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する液体の共通流路を形成するための共通流路部材とを備え、前記エネルギー発生素子を駆動して、前記液室内の液体を液滴として前記ノズルから吐出し、被記録媒体に着弾させて印画する液体吐出ヘッドであって、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する共通流路の長さをＬｆｎ（ｍｍ）としたとき、前記共通流路の長さＬ（ｍｍ）が、Ｌｆｎ（ｍｍ）と一致しないようにしたことを特徴とする。
【００２４】
上記の発明においては、エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆが決まっている場合に、共通流路の長さＬが、定在波が発生する長さＬｆｎと一致しないようにすることによって印画濃度のムラを解消している。特に、駆動周波数ｆにおける基本振動による定在波発生長さをＬｆ１としたとき、共通流路の長さＬをＬｆ１より短くしておくことで、定在波の発生が原理的にあり得ない液体吐出ヘッドとすることができる。
【００２５】
また、本発明の他の１つである請求項５に記載の発明は、複数のエネルギー発生素子を一方向に配列したヘッドチップと、液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記ノズルに対応して液室を形成するための液室形成部材と、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する液体の共通流路を形成するための共通流路部材とを備え、前記エネルギー発生素子を駆動して、前記液室内の液体を液滴として前記ノズルから吐出し、被記録媒体に着弾させて印画する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記共通流路の長さＬ（ｍｍ）に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をＦｎ（ｋＨｚ）（ただし、添字ｎは、ｎ次の高調波指数）としたとき、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）が、Ｆｎ（ｋＨｚ）と一致しないようにしたことを特徴とする。
【００２６】
上記の発明においては、共通流路の長さＬが決まっている場合に、エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数ｆが、定在波が発生する振動数Ｆｎと一致しないようにすることによって印画濃度のムラを解消している。なお、振動数Ｆｎの添字ｎは、ｎ次の高調波指数を意味し、ｎ＝１が基本振動である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の液体吐出ヘッドによれば、全ての液室と連通する液体の共通流路の長さが、共通流路内の液体中に定在波が発生する長さと一致していないので、液体中に定在波が発生せず、印画濃度のムラが解消され、画質の劣化が防止される。
また、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法によれば、ノズルから液体を吐出させるエネルギー発生素子の駆動周波数が、共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数と一致しないように、エネルギー発生素子を駆動するので、液体中に定在波が発生せず、印画濃度のムラが解消され、画質の劣化が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本発明における液体吐出ヘッドは、下記実施形態では、Ａ４サイズ（用紙幅２１０ｍｍ）用のライン方式のインクジェットプリンタにおけるラインヘッド１０に相当する。そして、下記実施形態において、吐出する液体はインクであり、インクを収容する液室がインク液室１２で、ノズルシート１７に形成されたノズル１８から吐出される微少量（例えば数ピコリットル）のインクがインク液滴である。
【００２９】
また、下記実施形態では、エネルギー発生素子として発熱抵抗体１３を使用しており、この発熱抵抗体１３は、インク液室１２の一面（底壁部分）をも構成している。さらに、下記実施形態において、液室形成部材は、インク液室１２の側壁を構成しているバリア層１５に相当する。そして、インク液室１２、発熱抵抗体１３及びノズル１８は、Ａ４サイズの印画幅相当数だけあり、全てのインク液室１２は、共通流路部材２０によって形成されたインクの共通流路２１で連通している。
【００３０】
図１は、本実施形態のラインヘッド１０を示す断面図である。
図１に示すように、ラインヘッド１０は、複数のノズル１８が等間隔で形成されたノズルシート１７と、複数の発熱抵抗体１３が一方向に配列されたヘッドチップ１９とが、各インク液室１２を構成するバリア層１５を介して貼り合わされている。ここで、各ノズル１８は、各インク液室１２及び各発熱抵抗体１３と対応している。
【００３１】
また、ヘッドチップ１９の上方には、共通流路部材２０が配置されており、共通流路部材２０によって形成されたインクの共通流路２１は、全てのインク液室１２と連通している。そして、共通流路部材２０の中央部は、バルブ装置２２を介してインクタンク４１と接続されており、インクタンク４１内のインクは、共通流路２１から各インク液室１２に供給される。
【００３２】
図２は、ラインヘッド１０の発熱抵抗体１３を駆動するブロック図である。
図２に示すように、入力データに応じて、ＣＰＵの制御により、インク吐出用の駆動パルス制御回路が吐出駆動パルスを生成する。そして、この吐出駆動パルスにより、ヘッド駆動回路が発熱抵抗体１３を加熱させる。
【００３３】
このように、印画に際しては、入力データに対応する吐出駆動パルスにより、図１に示す発熱抵抗体１３が発熱し、インク液室１２内のインクが局所的に加熱される。すると、この加熱によってインク液室１２内に気泡が発生し、この気泡の圧力によってノズル１８からインク液滴が吐出し、この吐出したインク液滴が被記録媒体である印画紙に着弾して文字、画像等が印画される。なお、インク液滴の吐出は、印画紙を紙送りをしながら行われる。
【００３４】
ここで、駆動パルス制御回路によって生成される吐出駆動パルスは、所定の幅を有する矩形状のパルスである。そして、連続的にインク液滴を吐出させる場合には、この吐出駆動パルスを一定周期（吐出駆動パルス周期）で連続させることとなり、これが発熱抵抗体１３の駆動周波数となる。そのため、インクは、この吐出駆動パルス周期の間に、インク液室１２内に補充される必要がある。
【００３５】
ところで、インク液滴の吐出に伴う圧力波により、ラインヘッド１０の共通流路２１内のインクに定在波が発生することがある。すなわち、定在波は、インク液滴を吐出する際の圧力波が振動源となって発生すると考えられる。また、印画紙を紙送りする際の振動がラインヘッド１０に伝わり、たまたま定在波の発生振動数と一致してしまう偶然も考えられる。
【００３６】
この定在波は、印画濃度のムラを引き起こすので、原因はともあれ、定在波の発生する振動数を知ることが重要となる。そして、定在波の発生振動数は、印画試験によって確認することが可能である。そこで以下、ラインヘッド１０で実際に印画を行うことにより、定在波の発生振動数を確認する試験方法について説明する。
【００３７】
図３は、ラインヘッド１０による印画試験の結果を示す図であり、図１に示すラインヘッド１０で例えばベタ印刷を行い、発熱抵抗体１３の駆動周波数を上げていった場合の印画濃度のムラ（濃淡）を示す図である。
図３に示すように、駆動周波数をｆａからｆｇまで徐々に上げていくと、最初の駆動周波数ｆａよりも高いある駆動周波数ｆｂで印画濃度のムラ（濃淡）が出現している。この場合、ムラの部分が定在波の腹位置であると推測することができ、駆動周波数ｆｂにおいて推定される定在波の形は、基本振動である。
【００３８】
さらに駆動周波数を上げて行くと、駆動周波数ｆｄで再びムラ（濃淡）が確認され、そこでも定在波が発生していると推測できる。また、このムラ（濃淡）の本数を数えることで、高調波指数ｎを推測することができる。なお、駆動周波数ｆｄで推定される定在波の形は、２倍振動であり、同様に、駆動周波数ｆｆで推定される定在波の形は、３倍振動である。
【００３９】
このように、印画試験を行うことにより、発生する可能性のある定在波の振動数Ｆｎを割り出すことができる。そこで、図１に示すラインヘッド１０を駆動するに際しては、駆動周波数ｆを定在波の振動数Ｆｎと一致させないようにすることで、共通流路２１内のインクに定在波が発生しないラインヘッド１０とすることができる。
【００４０】
ここで、駆動周波数ｆは、定在波の振動数Ｆｎと少しでも違っていれば、波が進行し、物理的には定在波と呼べなくなる。しかし、両者に多少の相違しかない場合、印画した画像によっては、目視確認できる程度に印画濃度のムラが残る恐れがある。そこで、印画濃度のムラを目視で確認できない程度について、モニターによる視覚試験を実施した。その結果、定在波の振動数Ｆｎから５％以上外れた駆動周波数ｆで印画すれば、印画濃度のムラ（濃淡）を実質的に問題のない程度にまで軽減することができることが判明した。
【００４１】
したがって、定在波の振動数Ｆｎが分かれば、図１に示す発熱抵抗体１３の駆動周波数ｆを、
（Ｆｎ）×１．０５≦ｆ≦（Ｆｎ＋１）×０．９５  ・・・（１）式
とし、（１）式の範囲内で発熱抵抗体１３を駆動することにより、共通流路２１内のインクに定在波が発生しないラインヘッド１０とすることができる。ただし、添字ｎは、ｎ次の高調波指数である。
【００４２】
また、定在波の振動数Ｆｎから駆動周波数ｆを大きく外すほど好ましいことは自明である。そのため、特に、定在波の振動数ＦｎとＦｎ＋１の中間値を駆動周波数ｆとすることが好ましい。すなわち、
ｆ＝（（Ｆｎ）＋（Ｆｎ＋１））／２  ・・・（２）式
とすることが好ましい。
【００４３】
図４は、定在波の振動数Ｆｎと駆動周波数ｆとの関係を示す図である。
上記の通り、定在波の振動数Ｆｎから最も外れた駆動周波数ｆは、定在波の振動数ＦｎとＦｎ＋１の中間値である。しかし、定在波の振動数Ｆｎ及び振動数Ｆｎ＋１の誤差等を考慮する必要もある。そこで、図４に示すように、上記の（２）式に範囲を持たせ、
ｆ＝（（Ｆｎ）＋（Ｆｎ＋１））／２±（（Ｆｎ）−（Ｆｎ＋１））×０．１
として、この範囲内で発熱抵抗体１３を駆動することにより、印画濃度のムラ（濃淡）のない安心できる駆動周波数ｆとすることができる。
【００４４】
次に、共通流路２１（図１参照）の形状と定在波の振動数Ｆｎとの関係について説明する。
共通流路２１の形状が複雑であれば、計算で定在波の振動数Ｆｎを求めることは困難であるため、上述したような印画試験を行うことによって定在波の振動数Ｆｎを確認する必要がある。
【００４５】
しかし、両端部が閉じた直線状であり、かつ断面形状が一様の共通流路２１（図１参照）であれば、計算によって定在波の振動数Ｆｎを求めることができる。すなわち、共通流路２１の長さをＬ（ｍｍ）とし、共通流路２１内のインク中の音速をｖ（ｍ／ｓ）とすれば、定在波が発生する振動数Ｆｎ（ｋＨｚ）は、
（Ｆｎ）＝ｎ・ｖ／（２Ｌ）  （ただし、ｎは高調波指数）  ・・・（３）式
で算出することができる。
【００４６】
図５は、定在波の振動数Ｆｎと管長Ｌｎとの関係を示すグラフである。
本実施形態のラインヘッド１０は、Ａ４サイズ（用紙幅２１０ｍｍ）に対応したものであるので、共通流路２１の長さＬを２２０ｍｍとし、インクの音速を１４５０ｍ／ｓとすれば、上記の（３）式より、ｎ次の高調波指数を持つ定在波の振動数Ｆｎ（ｋＨｚ）と管長Ｌｎ（ｍｍ）との関係は、図５に示すグラフのようになる。ここで、Ｌ＝２２０ｍｍであるから、Ｌｎ＝２２０ｍｍの振動数Ｆｎが避けるべき駆動周波数となる。
【００４７】
また、上記の（１）式は、次のように変形することができる。すなわち、
（ｎ・ｖ／（２Ｌ））×１．０５≦ｆ≦（（ｎ＋１）・ｖ／（２Ｌ））×０．９５  ・・・（４）式
となり、この範囲内の駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）で発熱抵抗体１３を駆動することにより、ラインヘッド１０の共通流路２１内のインクに定在波が発生しないようにすることができる。
【００４８】
そして、図５に示すグラフと、上記の（２）式〜（４）式とにより、定在波の振動数Ｆｎと駆動周波数ｆとの関係が求められる。すなわち、図５に示すグラフにより、共通流路２１の長さＬが２２０ｍｍの場合の定在波の振動数Ｆｎが求められ、上記の（４）式により、±５％外れた使用可能な駆動周波数ｆが求められ、上記の（２）式及び（３）式により、最も外れた理想の駆動周波数ｆが求められる。
【００４９】
図６は、このような定在波の振動数Ｆｎと、駆動周波数ｆとの関係を示す表である。
高調波指数ｎ、定在波の振動数Ｆｎ、使用可能な駆動周波数ｆ、及び理想の駆動周波数ｆの関係は、図６に示す通りであり、通常の駆動周波数を５〜２０ｋＨｚの範囲内とした場合、図１に示すラインヘッド１０であれば、５．６ｋＨｚ、８．２ｋＨｚ、１１．５ｋＨｚ、１４．７ｋＨｚ、又は１８．０ｋＨｚで発熱抵抗体１３を駆動することが理想的であると言える。
【００５０】
また、印画速度に着目すると、駆動周波数ｆは、なるべく高くすることが好ましい。しかし、インク液室１２（図１参照）に対するインクの補充時間を考慮すると、駆動周波数ｆの上限値が決まってくる。そこで、ある駆動周波数ｆ（好ましくは上限値）に対して、定在波が発生しない共通流路２１（図１参照）の長さとすることで、印画濃度のムラの発生を防止することができる。すなわち、駆動周波数ｆに対して、共通流路２１内のインク中に定在波が発生する共通流路の長さがＬｆｎであれば、共通流路２１の長さＬをＬｆｎと一致しないようにする。
【００５１】
そして、上述した駆動周波数ｆの決定と同様に、印画濃度のムラを目視で確認できない程度について、モニターによる視覚試験を実施したところ、定在波が発生する共通流路長さＬｆｎから５％以上外れた長さとすれば、印画濃度のムラを実質的に問題のない程度にまで軽減することができることが判明した。
【００５２】
したがって、共通流路２１の長さＬを、
Ｌ≦０．９５×Ｌｆｎ  又は  Ｌ≧１．０５×Ｌｆｎ  ・・・（５）式
とすることにより、共通流路２１内のインクに定在波が発生しないラインヘッド１０とすることができる。特に、ｎ＝１の基本振動における定在波の発生する共通流路２１の長さをＬｆ１とすれば、Ｌｆ１よりも共通流路２１の長さＬを短く、例えば、
Ｌ≦０．９５×Ｌｆ１
とすることにより、定在波の発生を完全に防止することができる。
【００５３】
なお、上述した駆動周波数ｆの場合と同様に、共通流路２１が、両端部が閉じた直線状であり、かつ断面形状が一様であれば、計算によって定在波が発生する共通流路の長さＬｆｎ（ｍｍ）を求めることができる。すなわち、駆動周波数をｆ（ｋＨｚ）とし、共通流路２１内のインク中の音速をｖ（ｍ／ｓ）とすれば、定在波が発生する共通流路の長さＬｆｎ（ｍｍ）は、
Ｌｆｎ＝ｎ・ｖ／（２ｆ）  （ただし、ｎは自然数）
で算出することができる。
【００５４】
したがって、上記の（５）式は、次のように変形することができる。すなわち、
Ｌ≦０．９５×ｎ・ｖ／（２ｆ）  又は  Ｌ≧１．０５×ｎ・ｖ／（２ｆ）
となる。そして、共通流路２１の長さＬ（ｍｍ）をこの範囲内とすることにより、共通流路２１内のインクに定在波が発生しないラインヘッド１０とすることができる。
【００５５】
このように、最初に共通流路２１の長さＬが決まっているか、発熱抵抗体１３の駆動周波数ｆが決まっているならば、定在波が発生しないように、回避すべき駆動周波数や、回避すべき共通流路２１の長さが分かる。
したがって、回避した長さＬの共通流路２１を備えるラインヘッド１０とするか、回避した駆動周波数ｆでラインヘッド１０の発熱抵抗体１３を駆動することにより、定在波の発生による画質の劣化を防止することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。すなわち、
（１）本実施形態では、多数のヘッドを被記録媒体の幅方向に並べて配置したラインヘッドとしたが、ヘッドを被記録媒体の幅方向に移動させて印画を行うシリアルヘッドにも適用可能である。
【００５７】
（２）本実施形態は、エネルギー発生素子として発熱抵抗体を用いたサーマル方式としたが、発熱抵抗体等の発熱素子に代えて、振動板と、この振動板の下側に空気層を介した２つの電極を設け、両電極間に電圧を印加して振動板をたわませた後、静電気力を開放して振動板を元に戻し、その際の弾性力を利用してインク液滴を吐出させる静電吐出方式にも適用可能である。また、両面に電極を有するピエゾ素子と振動板との積層体を用い、圧電効果によって振動板を変形させてインク液滴を吐出させるピエゾ方式にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの駆動方法は、インクジェットプリンタのプリンタヘッドに適用して特に好適なものであるが、被記録媒体は印画紙に限ることなく、例えばフィルムに対して液体を吐出する医療用の液体吐出装置等に適用したり、染め物に対して染料を吐出する液体吐出装置等に適用したりすることもできる。
また、生体試料を検出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出する液体吐出装置等に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態のラインヘッドを示す断面図である。
【図２】ラインヘッドの発熱抵抗体を駆動するブロック図である。
【図３】ラインヘッドによる印画試験の結果を示す図である。
【図４】定在波の振動数Ｆｎと駆動周波数ｆとの関係を示す図である。
【図５】定在波の振動数Ｆｎと管長Ｌｎとの関係を示すグラフである。
【図６】定在波の振動数Ｆｎと駆動周波数ｆとの関係を示す表である。
【図７】インク液室を備えるプリンタヘッドを模式的に示す図である。
【図８】気泡圧力と気泡体積との関係を示すグラフである。
【図９】ラインヘッドの一部を示す斜視図である。
【図１０】ラインヘッドにおける圧力波の伝播を示す平面図である。
【図１１】共通流路内に発生した定在波と印画濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  ラインヘッド
１２  インク液室（液室）
１３  発熱抵抗体（エネルギー発生素子）
１５  バリア層（液室形成部材）
１７  ノズルシート
１８  ノズル
１９  ヘッドチップ
２０  共通流路部材
２１  共通流路
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図３】
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【図７】
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【図１１】
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