(57)【要約】【課題】電気的に吐出調整をすることなくインクジェットヘッドの各ノズルが吐出する液滴の量の均一性を確保可能なインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】管状ノズル部１７ａと円錐ノズル部１７ｂとを有するノズル１７において、管状ノズル部１７ａの形成時に長さｔ１を調整し、ノズル１７から吐出するインク滴の吐出量を多くする場合は、管状ノズル部１７ａを長さｔ１より長い長さｔａとし、ノズル１７から吐出するインク滴の吐出量を少なくする場合は、管状ノズル部１７ａを長さｔ１より短い長さｔｂとする。【選択図】図１１
2007301875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能液を液滴の状態で吐出するノズルを備え、
前記ノズルと同構造の既製ノズルから吐出される前記液滴の吐出量の計測結果に基づき、前記ノズルにおける前記機能液の保持量の増加および前記ノズルと前記機能液との抵抗を減少させることにより、前記ノズルが吐出する前記液滴の吐出量を増加させ、前記ノズルでの前記機能液の保持量の減少および前記ノズルと前記機能液との抵抗を増加させることにより、前記ノズルが吐出する前記液滴の吐出量を減少させて前記吐出量を所定量とすることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
圧力を付与された機能液を液滴の状態で吐出するための管状ノズル部と円錐ノズル部とを有する漏斗状のノズルを備え、
前記ノズルと同構造の既製ノズルから吐出される前記液滴の吐出量の計測結果に基づき、前記管状ノズル部を短くすることにより前記ノズルが吐出する前記液滴の吐出量を増加させ、前記管状ノズル部を長くすることにより前記ノズルが吐出する前記液滴の吐出量を減少させることにより前記吐出量を所定量とすることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズルの前記管状ノズル部は、前記ノズルの前記液滴を吐出する側に位置していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項２または３に記載のインクジェットヘッドにおいて、
複数の前記ノズルからなるノズル列を複数有し、
前記ノズル列のそれぞれが異なる前記機能液を吐出可能であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
圧力を付与され既製ノズルから吐出される機能液の液滴の吐出量を計測する計測工程と、
前記既製ノズルと同構造のノズルをノズルプレートへ孔明けして形成するための円柱状部および円錐状部を有する漏斗状のパンチと前記ノズルプレートとを位置合わせする調整工程と、
前記ノズルプレートに対し、前記円柱状部による孔明け加工および前記円錐状部による鍛造加工を同時に行い、前記ノズルの形状を形成する形成工程と、
前記計測工程の結果に基づき、前記ノズルプレートへの前記パンチの打ち込み深さを、前記液滴の吐出量の多い前記ノズルを形成する場合には深くし、前記液滴の吐出量の少ない前記ノズルを形成する場合には浅くすることにより前記吐出量を所定量とするための設定工程と、を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記ノズルは、前記パンチの前記円柱状部によって形成された管状ノズル部と、前記円錐状部によって形成された円錐ノズル部とを有する漏斗状をなしており、前記設定工程における前記管状ノズル部の長さが、前記液滴の吐出量の増加を図る場合には短く設定され、前記液滴の吐出量の減少を図る場合には長く設定されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記ノズルプレートの前記パンチによる孔明け加工終了側の面を平滑に加工する研削工程をさらに有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液滴を吐出するインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェットヘッドは、圧力室のインクに圧電振動子などにより圧力を加えて、インクを液滴状態にしてノズルから吐出している。インクの吐出量は、圧力室が有するインクの量によって影響を受け増減する。近年、インクジェットヘッドでの描画をより速くするために、インクジェットヘッドに設けるノズル数を増加させ、描画をより繊細にするために、各ノズルから吐出する液滴の微小化が図られている。この場合、当該液滴の量的な不均一は、吐出する液滴の微細化が進むほど、より顕著になる。
【０００３】
この課題を解決するため、特許文献１では、圧電振動子へ複数のコンデンサ素子を選択的に接続して、圧電振動子を制御する補正回路を設け、ノズルから吐出する液滴が所定量となるように調整している。また、特許文献２では、圧電素子を駆動するための吐出波形の電圧を調整することにより、ノズルから吐出する液滴が所定量となるように圧電振動子を制御している。そして、特許文献３には、ノズルから液滴を吐出させるための吐出波形の一周期が複数の同一パルスからなる構成とし、ノズルから吐出する液滴が所定量となるように、ノズルの一周期が有する同一パルスの数を個別設定している。これらによれば、インクジェットヘッドの各ノズルが吐出する液滴の量を、均一に確保することが可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５１２０９号公報
【特許文献２】特開２００２−３４７２２４号公報
【特許文献３】特開２００３−１２７３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の技術では、電気的に圧電振動子を制御して、ノズル個々の液滴の吐出量を調整しているため、ノズル単位でドライバ回路を設定して調整する必要があった。そのため、インクジェットヘッドのノズル数が増加すると、それに伴いドライバ回路を形成する回路基板が大型化し、インクジェットヘッドが大きくなる、という課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、電気的に吐出調整をすることなく、インクジェットヘッドの各ノズルが吐出する液滴の量の均一性を確保可能なインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法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】
機能液を液滴の状態で吐出するノズルを備え、該ノズルと同構造の既製ノズルから吐出される液滴の吐出量の計測結果に基づき、ノズルにおける機能液の保持量の増加およびノズルと機能液との抵抗を減少させることにより、ノズルが吐出する液滴の吐出量を増加させ、ノズルでの機能液の保持量の減少およびノズルと機能液との抵抗を増加させることにより、ノズルが吐出する液滴の吐出量を減少させて吐出量を所定量とすることを特徴とする。
【０００８】
本発明のインクジェットヘッドは、ノズルからの吐出量が所定量より少ない場合には、機能液とノズルとの抵抗を減少させると共に、ノズルの容積を増加させてノズルが保持する機能液の量を多くすることにより、機能液がノズルから吐出されやすくなり、その結果、ノズルからの機能液の吐出量が増加する。一方、ノズルからの吐出量が所定量より多い場合には、機能液とノズルとの抵抗を増加させると共に、ノズルの容積を減少させてノズルが保持する機能液の量を少なくすることにより、機能液がノズルから吐出されにくくなり、その結果、ノズルからの機能液の吐出量が減少する。このように、ノズルの保持する機能液の量およびノズルと機能液との抵抗を調整することにより、ノズルが吐出する機能液の液滴の吐出量を所定量にすることが可能である。
【０００９】
本発明のインクジェットヘッドは、圧力を付与された機能液を液滴の状態で吐出するための管状ノズル部と円錐ノズル部とを有する漏斗状のノズルを備え、該ノズルと同構造の既製ノズルから吐出される液滴の吐出量の計測結果に基づき、管状ノズル部を短くすることによりノズルが吐出する液滴の吐出量を増加させ、管状ノズル部を長くすることによりノズルが吐出する液滴の吐出量を減少させることにより吐出量を所定量とすることを特徴とする。
【００１０】
このインクジェットヘッドによれば、機能液が漏斗状をなすノズルから液滴状態で吐出される。機能液は、圧力を付与されてノズルへ押されることにより、所定量がノズルを通過して吐出される。その際、機能液とノズルとの間には、機能液の粘性等による抵抗が生じるが、圧力によりノズルへ押し出される一定量の機能液の内、これら抵抗に抗して所定量が液滴として吐出される。こうして、ノズルへ押し出される一定量の機能液と、該抵抗とのバランスがとれて、常に所定量の液滴を正確に吐出可能である。しかしこの構成では、ノズルへ押し出される機能液の量が変わると、ノズルが吐出する液滴の吐出量が所定量と相違してしまう。このような場合において、ノズルが吐出する液滴の吐出量を所定量とするために、事前に同構造の既製ノズルから吐出される液滴の量を計測しておき、その計測結果に基づいて管状ノズル部の長さを調整することが有効である。つまり、ノズルからの吐出量が所定量より少ない場合には、ノズルの管状ノズル部を短くして、ノズルへ押し出された機能液と管状ノズル部との抵抗を減少させると共に、円錐ノズル部の容積を増加させて保持する機能液量が多くなることにより、機能液がノズルから吐出されやすくなり、その結果、ノズルからの機能液の吐出量が増加する。一方、ノズルからの吐出量が所定量より多い場合には、ノズルの管状ノズル部を長くして、ノズルへ押し出された機能液と管状ノズル部との抵抗を増加させると共に、円錐ノズル部の容積を減少させて保持する機能液量が少なくなることにより、機能液がノズルから吐出されにくくなり、その結果、ノズルからの機能液の吐出量が減少する。このように、圧力によりノズルへ押し出される機能液の量が異なっていても、ノズルの管状ノズル部の長さを調整することにより、ノズルから吐出する機能液の液滴の吐出量を所定量にすることが可能である。
【００１１】
この場合、ノズルの管状ノズル部は、ノズルの液滴を吐出する側に位置していることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、機能液は、管状ノズル部および円錐ノズル部を有するノズルを通過して吐出される。その際、機能液と管状ノズル部との抵抗の大きさおよび円錐ノズル部によって保持する機能液の量を変えることにより、ノズルからの液滴の吐出量を調整可能である。該抵抗の変化を吐出量の調整に的確に反映するためには、管状ノズル部がノズルの液滴を吐出する側に位置するように設けられ、管状ノズル部から液滴が直接吐出される構成とすることが望ましい。この望ましい構成のノズルによれば、円錐ノズル部によって保持する機能液の量を調整し、管状ノズル部によって、機能液と管状ノズル部との抵抗を調整することができ、所定量の液滴の吐出が可能である。
【００１３】
また、複数のノズルからなるノズル列を複数有し、ノズル列のそれぞれが異なる機能液を吐出可能であることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、複数のノズルを有することにより、機能液を広範囲に吐出可能であり、また、複数のノズル列を有することにより、異なる機能液を同時に吐出可能である。これにより、一回の走査によって、複数の機能液を広範囲に、且つ、同時に吐出でき、効率的な吐出が可能である。
【００１５】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、圧力を付与され既製ノズルから吐出される機能液の液滴の吐出量を計測する計測工程と、既製ノズルと同構造のノズルをノズルプレートへ孔明けして形成するための円柱状部および円錐状部を有する漏斗状のパンチとノズルプレートとを位置合わせする調整工程と、ノズルプレートに対し、円柱状部による孔明け加工および円錐状部による鍛造加工を同時に行い、ノズルの形状を形成する形成工程と、計測工程の結果に基づき、ノズルプレートへのパンチの打ち込み深さを、液滴の吐出量の多いノズルを形成する場合には深くし、液滴の吐出量の少ないノズルを形成する場合には浅くすることにより吐出量を所定量とするための設定工程と、を有することを特徴とする。
【００１６】
このインクジェットヘッドの製造方法によれば、ノズルは、ノズルプレートへ漏斗形状のパンチによって孔明けおよび鍛造加工されて形成される。機能液は、圧力を付与されてノズルへ押されることにより、液滴としてノズルから吐出される。その際、機能液とノズルとの間には、機能液の粘性等による抵抗が生じ、圧力によりノズルへ押し出される一定量の機能液の内、これら抵抗に抗して所定量が液滴として吐出される。こうして、ノズルへ押し出される一定量の機能液と、該抵抗とのバランスがとれて、常に所定量の液滴を正確に吐出可能である。しかし、ノズルへ押し出される機能液の量が異なると、ノズルが吐出する液滴の吐出量も所定量とは相違してしまう。このような場合に、ノズルが吐出する液滴の吐出量を所定量とするために、事前に同構造の既製ノズルから吐出される液滴の量を計測しておき、その計測結果に基づいてノズルプレートへのパンチの打ち込み深さを調整して、パンチの円柱状部と円錐状部とにより加工される円柱状部および円錐状部に対応したノズルの部分それぞれの長さを調整する。つまり、ノズルからの吐出量を増加させたい場合には、パンチの打ち込み深さを深くして、パンチの円柱状部によって形成されるノズルの部分を短くする。こうすれば、パンチの円柱状部によって形成されるノズルの部分と機能液との抵抗を減少させると共に、円錐状部によって形成されるノズルの部分の容積を増加させて保持する機能液量が多くなることにより、機能液がノズルから吐出されやすくなる。その結果、ノズルからの機能液の吐出量が増加する。一方、ノズルからの吐出量を減少させたい場合には、パンチの打ち込み深さを浅くして、パンチの円柱状部によって形成されるノズルの部分を長くする。こうすれば、パンチの円柱状部によって形成されるノズルの部分と機能液との抵抗を増加させると共に、円錐状部によって形成されるノズルの部分の容積を減少させて保持する機能液量が少なくなることにより、機能液がノズルから吐出されにくくなる。その結果、ノズルからの機能液の吐出量が減少する。このように、ノズルへ押し出される機能液の量が異なっていても、パンチの円柱状部によって形成されるノズルの部分の長さを調整して加工することにより、ノズルから吐出する機能液の液滴の吐出量を所定量にすることが可能である。
【００１７】
この場合、ノズルは、パンチの円柱状部によって形成された管状ノズル部と、円錐状部によって形成された円錐ノズル部とを有する漏斗状をなしており、設定工程における管状ノズル部の長さが、液滴の吐出量の増加を図る場合には短く設定され、液滴の吐出量の減少を図る場合には長く設定されることが好ましい。
【００１８】
この方法によれば、ノズルは、パンチによってノズルプレートへ管状ノズル部と円錐ノズル部とを有する漏斗状に形成される。その時、設定工程では、管状ノズル部の長さを、ノズルからの液滴の吐出量が所定量となるように調整する。つまり、液滴の吐出量の増加を図る場合には、管状ノズル部を短く設定し、管状ノズル部と機能液との抵抗を減少させて機能液がノズルから吐出されやすくする。一方、液滴の吐出量の減少を図る場合には、管状ノズル部を長く設定し、管状ノズル部と機能液との抵抗を増加させて機能液がノズルから吐出されにくくする。このようにして管状ノズル部を形成すれば、ノズルから吐出する機能液の液滴の吐出量を所定量に調整することが容易に可能である。
【００１９】
また、ノズルプレートのパンチによる孔明け加工終了側の面を平滑に加工する研削工程をさらに有することが好ましい。
【００２０】
この方法によれば、パンチがノズルプレートへ打ち込まれて孔明けがなされると、ノズルプレートのパンチ打ち込み側の面と反対の孔明け加工終了側の面に、パンチの加工方向へ立ち上がったカエリが発生する。このカエリは、液滴の吐出の妨げになるため、研削工程において、例えば砥石などで加工して除去する。研削工程の実施により、孔明け加工終了側の面は、カエリが除去された平滑な面となり、合わせて、ノズルプレートは、均一な厚みを有することになって、液滴が確実に吐出される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。実施形態におけるインクジェットヘッドは、４色のインクをそれぞれ吐出するノズル列を有しており、印刷用紙へ４色印刷が可能なインクジェットプリンタに搭載されている。
（実施形態）
【００２２】
図１は、本発明のインクジェットヘッドを搭載したインクジェットプリンタを示す斜視図である。また、図２は、印刷ヘッドの走査範囲等を示す模式図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、インクカートリッジ２としてクロインクカートリッジ２ａ及びカラーインクカートリッジ２ｂを収容するカートリッジホルダ３と、インクカートリッジ２のインク（機能液）１９を液滴状態で吐出するインクジェットヘッド４と、を有するキャリッジ５を備えている。キャリッジ５は、ヘッド走査機構によって、往復移動が可能に構成されている。
【００２３】
ヘッド走査機構は、ハウジングの左右方向に架設されたガイド軸６と、ハウジングの一方側に設けられたキャリッジモータ７と、キャリッジモータ７の回転軸に接続されて回転駆動される駆動プーリー８と、ハウジングの他方側に取り付けられた遊転プーリー９と、駆動プーリー８及び遊転プーリー９の間に掛け渡されると共にキャリッジ５に結合されたタイミングベルト１０と、キャリッジモータ７の回転などを制御する制御部３０と、を有する。この構成により、キャリッジモータ７を作動させることによって、キャリッジ５、即ち、インクジェットヘッド４を、ガイド軸６と平行な印刷用紙１２の幅方向である主走査方向に往復移動させ、記録領域にある印刷用紙１２へ記録動作させることが可能である。
【００２４】
また、インクジェットプリンタ１は、印刷用紙１２を幅方向と直交する副走査方向である紙送り方向に送り出す紙送り機構を有する。この紙送り機構は、紙送モータ１３及び紙送ローラ１４などから構成され、印刷用紙１２は、インクジェットヘッド４の記録動作に連動して、順次送り出される。
【００２５】
そして、図２に詳細が示されているように、キャリッジ５の移動範囲の端部領域には、インクジェットヘッド４（キャリッジ５）の待機ポジションＷと、ホームポジションＨと、が設定されている。待機ポジションＷは、ホームポジションＨに対して記録領域Ｒの側に略隣接して設定されている。また、ホームポジションＨは、インクジェットヘッド４が移動し得るヘッド移動範囲Ｌの最側端部に設定されている。
【００２６】
待機ポジションＷは、インクジェットヘッド４を走査する際の起点となる位置であり、インクジェットヘッド４は、通常、この待機ポジションＷで待機し、記録動作時に待機ポジションＷから記録領域Ｒへ走査され、記録動作が終了すると待機ポジションＷに戻る。ホームポジションＨは、電源オフ時や長時問に亘って印刷が行われなかった場合にインクジェットヘッド４が移動して留まる場所である。
【００２７】
待機ポジションＷの下方には、インクジェットヘッド４を清浄に保つためにインク１９を吐出するフラッシング動作によって、インクジェットヘッド４が排出するインク１９を回収するキャッピング部１５が設けられている。また、インクジェットヘッド４がホームポジションＨに位置する時には、インクジェットヘッド４のホームポジションＨヘの移動に伴って、キャッピング部１５がホームポジションＨの側へ移動している。
【００２８】
ここで、インクジェットヘッド４とキャッピング部１５との関係について説明する。図３（ａ）は、インクジェットヘッドの待機ポジションを示す模式図、（ｂ）は、インクジェットヘッドの記録領域での動作を示す模式図、（ｃ）は、インクジェットヘッドのホームポジションを示す模式図である。図３（ａ）に示すように、インクジェットヘッド４が待機ポジションＷに位置する時には、キャッピング部１５は、インクジェットヘッド４の下方に位置し、必要に応じてインクジェットヘッド４が行うフラッシング動作により排出されるインク１９を回収する。
【００２９】
図３（ｂ）は、インクジェットヘッド４がインク１９をインク滴（液滴）２０として吐出して、記録動作をしているところであり、所定の記録動作毎に、図３（ａ）に示すように、待機ポジションＷにおいてフラッシングを行う。記録動作が終了すると、図３（ｃ）に示すように、インクジェットヘッド４は、ホームポジションＨヘ移動する。ホームポジションＨでは、キャッピング部１５がインクジェットヘッド４に当接して、インクジェットヘッド４をキャッピングして封止する。
【００３０】
キャッピング部１５は、インクジェットヘッド４に対向して開放されたゴム等のトレー状の弾性部材であり、内部にはフェルト等の保湿材が取り付けられている。インクジェットヘッド４がキャッピング部１５の弾性部材により封止されることで、弾性部材内部が高湿度に保たれ、インクジェットヘッド４からのインク１９の蒸発が緩和される。キャッピング部１５は、フラッシング動作によるインク１９の受け部としてだけでなく、インクジェットヘッド４をキャッピングする役目も果たして、インクジェットヘッド４の吐出機能を維持している。さらに、インクジェットプリンタ１では、待機ポジションＷと記録領域Ｒとの間に、図２に示すように、加速領域Ｓが設定されている。加速領域Ｓは、インクジェットヘッド４の移動速度を所定速度まで加速させるための領域である。
【００３１】
次に、図４は、インクジェットヘッドのノズル配列を示す平面図である。インクジェットヘッド４は、クロ、シアン、マゼンタおよびイエロの異なる４色のインク１９によって多色印刷が可能である。インク１９は、インクジェットヘッド４の印刷用紙１２と対向するノズルプレート１６に形成されているノズル１７から吐出される。インクジェットヘッド４は、複数のノズル１７を有し、吐出するインク１９の色毎に、クロインクを吐出するノズル列Ｋ、シアンインクを吐出するノズル列Ｃ、マゼンタインクを吐出するノズル列Ｍ、イエロインクを吐出するノズル列Ｙが形成されている。各ノズル列Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙのノズル１７は、インクカートリッジ２の対応するインク収容部と連通構造部によって連通しており、ノズル列Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙの各ノズル１７と連通構造部とによりヘッドユニット４０Ｋ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｙがそれぞれ形成されている。
【００３２】
次に、ヘッドユニット４０の構成について説明する。図５は、ヘッドユニットの構成を示す断面図である。ヘッドユニット４０は、図５に示すように、収容部４１と、収容部４１の一方の開口から挿入され収容されている櫛歯状の圧電振動子２１と、収容部４１の他方の開口に位置する圧電振動子２１の櫛歯状先端部２１ａと、収容部４１の櫛歯状先端部２１ａ側に接合された流路ユニット５０と、を有する。
【００３３】
流路ユニット５０は、流路形成板４９を間に挟んで、ノズル１７が形成されているノズルプレート１６と弾性プレート４７とを両側に積層して構成されている。流路形成板４９は、ノズルプレート１６の有するノズル１７と連通した圧力室４２と、圧力室４２の一端に連通するインク供給口４３と、インク供給口４３が連通する共通インク室４４と、が形成された板材である。圧力室４２およびインク供給口４３は、ヘッドユニット４０のノズル１７毎に設けられており、各ノズル１７の形成されているピッチに対応して配置されている。また、共通インク室４４は、各ノズル１７と個々に連通しているインク供給口４３のそれぞれへインク１９を供給可能なように、各インク供給口４３と連通している。
【００３４】
流路形成板４９は、シリコンウエハーをエッチング加工して形成されている。具体的には、ノズル列Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙと略平行に細長い共通インク室４４を形成し、共通インク室４４に沿って、圧力室４２をノズル１７のピッチに合わせて形成し、各圧力室４２と共通インク室４４との間に溝状のインク供給口４３を形成する。この場合、圧力室４２の一端にインク供給口４３が位置し、インク供給口４３とは反対側の端部近傍にノズル１７が位置するように配置されている。また、共通インク室４４は、インクカートリッジ２に貯留されたインク１９を圧力室４２に供給するためのものであり、共通インク室４４の長手方向のほぼ中央に設けられたインク供給管５１を介してインクカートリッジ２と連通している。
【００３５】
そして、弾性プレート４７は、流路形成板４９のノズルプレート１６とは反対側の面に設けられ、ステンレスの弾性金属板４５の流路形成板４９側にＰＰＳ（Polyphenylene  Sulfide）の高分子体フィルムを弾性フィルム４６としてラミネート加工した二重構造である。さらに、圧力室４２に対応する部分の弾性金属板４５をエッチング加工して、圧電振動子２１の櫛歯状先端部２１ａを当接固定するためのダイアフラム４８が形成されている。ダイアフラム４８は、弾性金属板４５から隔離され弾性フィルム４６によって支持されたアイランド状部である。
【００３６】
また、圧電振動子２１は、圧電体２１ｂを挟んで共通電極２１ｃと個別電極２１ｄとを交互に板状に積層し、櫛歯状先端部２１ａが圧力室４２に対応するダイアフラム４８の形状に準ずるように櫛歯状に切断した構成である。この圧電振動子２１の共通電極２１ｃと個別電極２１ｄとの間に電位差を与えると、圧電振動子２１は、積層方向と直交する長手方向に伸縮し、即ち、圧力室４２の側へ伸びて、収容部４１の側へ縮む。
【００３７】
このような構成のインクジェットヘッド４では、圧電振動子２１を長手方向に伸長させることにより、ダイアフラム４８がノズルプレート１６側に押圧され、ダイアフラム４８周辺の弾性フィルム４６が変形して圧力室４２が収縮する。そして、圧力室４２を収縮させた状態において、圧電振動子２１を長手方向に縮ませると、弾性フィルム４６の弾性により圧力室４２が膨張する。圧力室４２を一旦膨張させてから収縮させれば、圧力室４２内のインク１９の圧力が高まって、ノズル１７からインク１９がインク滴２０として吐出される。
【００３８】
つまり、インクジェットヘッド４では、圧電振動子２１に対して電位差を付与して充放電させることに伴って、圧電振動子２１に対応する圧力室４２の容量が変化する。このような圧力室４２の容量変化を利用して、ノズル１７からインク滴２０を吐出させたり、ノズル１７で大気に露出しているインク１９の表面（メニスカス）を微振動させたりすることが可能である。微振動については、図７を参照して後述する。
【００３９】
次に、インクジェットプリンタ１を制御する制御部について、簡単に説明する。図６は、インクジェットプリンタの制御部を示すブロック図である。制御部３０は、ホストコンピュータ２５と接続する通信インタフェース３１と、インクジェットプリンタ１を制御するプログラム等が記憶されているＲＯＭ３３と、ホストコンピュータ２５から送られて来る印刷データなどを一時的に記憶しておくＲＡＭ３４と、ＲＯＭ３３に記憶されているプログラムに基づきインクジェットプリンタ１の制御を実行するＣＰＵ３２と、を有する。
【００４０】
また、制御部３０は、さらに、複数のヘッドユニット４０Ｋ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｙへそれぞれに互いに独立な信号を与えてヘッドユニット４０の各ノズル１７の液滴吐出を制御する印刷制御部３５と、キャリッジモータ７および紙送モータ１３を制御する搬送制御部３６と、ノズル１７の吐出機能を維持するためのフラッシングおよびキャッピングの動作およびキャッピング部１５を制御するメンテナンス制御部３７と、を有する。これら制御部３０を構成する通信インタフェース３１、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、印刷制御部３５、搬送制御部３６およびメンテナンス制御部３７とがバス３８を介して相互に接続されている。
【００４１】
次に、インクジェットヘッド４からインク滴２０を吐出させるために、圧電振動子２１へ印加される電圧波形について説明する。図７は、インクを吐出あるいは微振動させるための電圧波形を示すタイムチャート図である。図７に示すように、インクジェットプリンタ１の電源が入れられると、圧電振動子２１には、中間電位Ｖｍが印加される。そして、駆動電圧波形が印加されてインク滴２０を吐出する前に、微振動電圧波形が印加される。この微振動波形は、ノズル１７からインク滴２０が吐出されない程度に圧電振動子２１を微振動させる中間電位Ｖｍおよび微振動電位Ｖｖからなる信号である。インク滴２０の吐出前に微振動電圧波形を印加すれば、ノズル１７部分の大気に接するインク１９が滞留せずに流動して、吐出不良を起こす粘度の増加等が起き難い状態となる。そのため、最初のインク滴２０の吐出であっても、安定して吐出可能である。
【００４２】
次に、圧電振動子２１へ駆動電圧波形が印加されると、電圧値が、中間電位ＶｍのＰ１０の状態から最大電位ＶｈのＰ１１まで上昇し、Ｐ１１の状態をこの場合３マイクロ秒維持する。次に、電圧値を最大電圧Ｖｈから最低電圧Ｖｌまで降下させる。Ｐ１１からＰ１２への電圧降下の勾配は、Ｐ１０からＰ１１への電圧上昇の勾配よりも大きく急激な電圧降下となる。そして、Ｐ１２の状態をこの場合３マイクロ秒維持し、再び中間電位ＶｍのＰ１３まで上昇する。Ｐ１１からＰ１２への電圧降下に対応して、圧電振動子２１が、インク１９をノズル１７から押し出し、インク滴２０として吐出される。このメカニズムの詳細は後述する。
【００４３】
インク滴２０の吐出後、他のいずれかのノズル１７がインク滴２０を吐出している間、ノズル１７が非吐出状態となる場合、非吐出状態のノズル１７に対応する圧電振動子２１へ微振動電圧波形を印加する。この微振動電圧波形の印加効果は、最初の吐出前における微振動電圧波形の場合と同様で、ノズル１７部分の大気に接するインク１９が吐出可能状態に維持される。非吐出時間が終了し、圧電振動子２１へ駆動電圧波形が印加されると、ノズル１７からインク滴２０が吐出可能である。
【００４４】
このような駆動電圧波形の印加によるノズル１７におけるインク１９の状態（メニスカス）の変化について説明する。図８は、ノズルにおける駆動電圧波形に対応したインクの状態を示す断面図である。また、図９は、ノズルの詳細な形状を示す断面図であり、ノズル１７は、この場合、直径ｄが３０μｍ、長さｔ１が２５μｍの管状ノズル部１７ａおよび長さｔ２が５５μｍの円錐ノズル部１７ｂを有する漏斗状の形状をなしている。そして、ノズル１７は、円錐ノズル部１７ｂが圧力室４２側に位置し、管状ノズル部１７ａからインク滴２０を吐出するように、厚さｔが８０μｍのノズルプレート１６に形成されている。
【００４５】
図８に示すように、中間電位ＶｍにあるＰ１０の状態において、メニスカスは、ノズル１７とインク１９との表面張力等によって、ノズル１７の内側（圧力室４２側）に引き込まれて凹形状をなしている。このときのメニスカスの状態が図８（ａ）に示されている。中間電位ＶｍのＰ１０の状態から最大電位Ｖｈへ上昇してＰ１１に至る状態では、圧電振動子２１が圧力室４２を膨張させる方向へ縮み、メニスカスがノズル１７の内側に引き込まれ、最大電位ＶｈのＰ１１においては、図８（ｂ）に示すように引き込まれ量が最大となる。ここで、一旦引き込まれたメニスカスが、引き込まれる直前の位置に復帰しない程度の時間、例えば３マイクロ秒だけ最大電位Ｖｈを維持する。
【００４６】
次に、Ｐ１１の最大電位Ｖｈの状態から最低電位Ｖｌまで急速に電圧を降下させる。これにより、圧電振動子２１が圧力室４２を収縮させる方向へ伸長し、メニスカスがノズル１７から突出し始め、最低電位ＶｌのＰ１２において、図８（ｃ）に示すようにインク１９が突出した状態となる。３マイクロ秒程度維持されるＰ１２の状態においても、慣性によりメニスカスの突出が若干続いている。そして、Ｐ１２の状態からを再び中間電位Ｖｍまで電位を上昇させる。これにより、圧電振動子２１が圧力室４２を膨張させる方向へ縮み、中間電位Ｖｍに至った時点のＰ１３では、図８（ｄ）に示すように、ノズル１７から外側に突出したインク１９が離反する状態となり、ノズル１７からインク滴２０として吐出される。
【００４７】
また、微振動電圧波形は、図７に示すように、駆動電圧波形と同様に、中間電位Ｖｍの状態から微振動電位Ｖｖまで上昇する。そして、この微振動電位Ｖｖを例えば３マイクロ秒維持した後、中間電位Ｖｍまで下降する。ここで、微振動電圧波形は、インク滴２０を吐出しない程度の微振動を与えるものであるから、微振動電位Ｖｖは、駆動電圧波形の最大電位Ｖｈよりも小さい。具体的には、（Ｖｖ−Ｖｍ）は（Ｖｈ−Ｖｍ）の１／２程度である。
【００４８】
次に、ノズル１７を孔明けおよび鍛造加工で形成する方法およびノズル１７からのインク滴２０の吐出量調整について説明する。図１０（ａ）は、孔明け加工時のパンチとノズルプレートとを示す断面図、（ｂ）は、パンチによるノズルプレートの孔明けおよび鍛造加工を示す断面図、（ｃ）は、パンチ加工後のノズルプレートの研削加工を示す断面図である。図１０では、パンチ６０とノズルプレート１６のみ図示し、プレス機およびノズルプレート１６を載置するダイス、ノズルプレート１６の押え板などを省略してある。
【００４９】
ノズル１７をノズルプレート１６に形成するために、図１０（ａ）に示すように、プレス機へパンチ６０およびノズルプレート１６を取り付け、ノズルプレート１６のノズル１７を形成する位置と、パンチ６０の位置とを調整して合わせる。図１０（ａ）は、調整工程を表している。パンチ６０は、ノズル１７の管状ノズル部１７ａを形成する円柱状部６０ａと、ノズル１７の円錐ノズル部１７ｂを形成する円錐状部６０ｂと、を有しており、まず、円柱状部６０ａがノズルプレート１６の圧力室４２側となる面の方向からノズルプレート１６へ打ち込まれ、孔明け加工が行われる。
【００５０】
孔明け加工による円柱状部６０ａの形成に続いて、図１０（ｂ）に示すように、円錐状部６０ｂによって、ノズルプレート１６に塑性変形を生じさせ、円錐ノズル部１７ｂを形成する。この場合、プレス機は、パンチ６０のスライド量を０．１μｍ単位で制御可能であり、パンチ６０の円錐状部６０ｂを長さｔ２、つまり５５μｍだけノズルプレート１６へ打ち込むように制御する。この時、円柱状部６０ａは、ノズルプレート１６を貫通しており、貫通部には、孔明け加工によるカエリ６１がパンチ６０の打ち込み方向に沿って発生している。図１０（ｂ）は、形成工程を表している。
【００５１】
ノズル１７の管状ノズル部１７ａおよび円錐ノズル部１７ｂの形成後、図１０（ｃ）に示すように、ノズルプレート１６に発生したカエリ６１を研削加工によって除去する。研削加工は、砥石によってカエリ６１の発生面を全面的に研削して、カエリ６１および研削層６５の除去を行い、カエリ６１の除去と共にカエリ発生面の平滑性を確保している。研削後、管状ノズル部１７ａは、長さｔ１である。従って、ノズルプレート１６の当初の厚さは、少なくとも研削加工によって除去される研削層６５の厚さｔｇだけ厚くして、（ｔ＋ｔｇ）に設定しておく。こうして、円錐ノズル部１７ｂが長さｔ２となるように、パンチ６０によるノズルプレート１６への打ち込み量を管理すれば、管状ノズル部１７ａを長さｔ１とすることが可能である。図１０（ｃ）は、研削工程を表している。
【００５２】
以上のような加工によって寸法精度の良いノズル１７を形成可能であるが、試作などの量産前のインクジェットヘッド４において、インク供給口４３からのインク１９の供給量や圧力室４２の容積などが所定値でない場合には、圧電振動子２１の振動によって既製ノズルから吐出されるインク滴２０の吐出量が、所定量と異なったデータとして、計測工程で計測される。このような場合、以降のインクジェットヘッド４の量産では、インク供給口４３や圧力室４２の調整ではなく、吐出量が所定量と異なる既製ノズルと同位置のノズル１７を形成する時に、パンチ６０による円錐状部６０ｂの打ち込み量を、計測工程での計測結果のデータに基づいて、図１０（ｂ）に示す長さｔ２以外の値に設定することによって、管状ノズル部１７ａの長さｔ１を調整する。図１０（ｂ）は、形成工程に加え設定工程も表している。
【００５３】
このようにして形成された量産用のノズル１７によれば、インク滴２０を所定量吐出することが可能であり、その理由を次に説明する。図１１（ａ）は、インク吐出を少なくさせるノズル形状を示す断面図、（ｂ）は、インク吐出を多くさせるノズル形状を示す断面図である。
【００５４】
図１１（ａ）に示す管状ノズル部１７ａの長さｔａは、２５μｍである標準の長さｔ１より長い。つまり、図１０（ｂ）に示す設定工程において、長さｔ２の値が小さくなるように、パンチ６０の打ち込み量が調整されている。長さｔ２の値が小さくなれば、円錐ノズル部１７ｂの有する容積が減少し、それに伴い保持するインク１９の量も減少する。その差が図１１（ａ）に示す調整インク領域７０である。さらに、このノズル１７では、管状ノズル部１７ａの長さｔａが長さｔ１より長いため、図８（ｃ）に示すインク１９の突出において、インク１９と管状ノズル部１７ａとの間の抵抗が大きくなり、インク１９が突出しにくくなる。
【００５５】
よって、図１１（ａ）に示す長さｔａの管状ノズル部１７ａを有するノズル１７は、長さｔ１の管状ノズル部１７ａを有する標準のノズル１７よりインク滴２０の吐出量が少なくなる。管状ノズル部１７ａの長さｔ１と吐出量との関係を事前にデータ化しておくことにより、計測工程での計測結果に基づき、吐出量を所定量にするための管状ノズル部１７ａの長さｔａを容易に設定可能である。このデータは、ホストコンピュータ２５に記憶させておく。
【００５６】
また、図１１（ｂ）に示す管状ノズル部１７ａの長さｔｂは、標準の長さｔ１より短い。つまり、図１０（ｂ）に示す設定工程において、長さｔ２の値が大きくなるように、パンチ６０の打ち込み量が調整されている。長さｔ２の値が大きくなれば、円錐ノズル部１７ｂの有する容積が増加し、それの伴い保持するインク１９の量も増加する。その差が図１１（ｂ）に示す調整インク領域７０である。さらに、このノズル１７では、管状ノズル部１７ａの長さｔｂが長さｔ１より短いため、図８（ｃ）に示すインク１９の突出において、インク１９と管状ノズル部１７ａとの間の抵抗が小さくなり、インク１９が突出しやすくなる。
【００５７】
よって、図１１（ｂ）に示す長さｔｂの管状ノズル部１７ａを有するノズル１７は、長さｔ１の管状ノズル部１７ａを有する標準のノズル１７よりインク滴２０の吐出量が多くなる。図１１（ａ）の管状ノズル部１７ａを長くする場合と同様に、計測工程での計測結果に基づき、吐出量を所定量にするための管状ノズル部１７ａの長さｔｂを、ホストコンピュータ２５に記憶させてあるデータによって、容易に設定可能である。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態について説明した。以下に、実施形態の効果をまとめて記載する。
【００５９】
（１）ノズル１７へ押し出されるインク１９の量が異なると、ノズル１７から吐出するインク滴２０の吐出量が異なるが、ノズルプレート１６へノズル１７を形成する時に、ノズル１７の管状ノズル部１７ａの長さｔ１を変えることにより、ノズル１７から吐出するインク滴２０の吐出量を所定量に調整することが可能である。ノズル１７の機械的な調整だけで、吐出量が所定量のノズル１７が得られる。
【００６０】
（２）ノズル１７を構成する管状ノズル部１７ａおよび円錐ノズル部１７ｂは、パンチ６０によって同時加工が可能であり、また、パンチ６０のノズルプレート１６への打ち込み量を調整することにより、管状ノズル部１７ａの長さｔ１を容易に、且つ、自在に設定可能である。
【００６１】
（３）ノズル１７は、管状ノズル部１７ａからインク滴２０が直接吐出されるように漏斗状に配置されており、この構成のノズル１７によれば、円錐ノズル部１７ｂによって保持するインク１９の量を調整し、管状ノズル部１７ａによってインク１９と管状ノズル部１７ａとの抵抗を調整することができ、その結果、所定量の液滴の吐出が可能である。
【００６２】
（４）インクジェットヘッド４は、複数のノズル１７をそれぞれ有するノズル列Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙを有することにより、異なるインク１９を同時に吐出可能である。これにより、一回の走査による印刷が、複数のインク１９を同時に、広範囲に吐出でき、効率的に行える。
【００６３】
（５）パンチ加工によってノズルプレート１６に発生した、インク滴２０の吐出を妨げるカエリ６１や、インク滴２０の吐出方向を不安定にするノズルプレート１６の凹凸などを、砥石で加工して除去することにより、所定のインク滴２０が所定の方向へ正確に吐出可能なノズル１７が得られる。
【００６４】
また、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。
【００６５】
（変形例１）ノズル１７の管状ノズル部１７ａおよび円錐ノズル部１７ｂは、パンチ６０によって同時加工することが効率的であるが、それぞれ別個のパンチによって別工程で加工しても良い。また、パンチ６０による加工と切削加工の組み合わせ、または、切削加工のみで加工することも可能である。
【００６６】
（変形例２）圧電振動子２１は、積層方向と直交する長手方向に伸縮する、いわゆる縦振動モードのものであるが、圧電振動子２１が積層方向に伸縮する、いわゆる横振動モードのものを用いても良い。
【００６７】
（変形例３）ヘッドユニット４０は、４色のインク１９のいずれかを吐出するように配置された４列の設定に限定されず、単色または４色以外の任意インク数などの設定に準じて自在に設定可能である。また、同じ色を複数のヘッドユニット４０によって吐出することも可能である。
【００６８】
（変形例４）圧電振動子２１に印加する電圧波形は、図７に示すものに限定されない。微振動電圧波形が印加されない電圧波形などであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明のインクジェットヘッド４は、インクジェットプリンタ１に搭載されて印刷用紙１２に印刷をする用途に、最も用いられている。インクジェットヘッド４は、機能液として印刷用のインク１９だけでなく、カラーフィルタを構成する赤、緑、青などのフィルタ液、有機ＥＬ（Electro  Luminescence）表示装置の有機ＥＬ発光液、液晶表示装置の配向膜を形成する配向液、各種回路基板の配線を描画する銀（Ａｇ）などを含有した配線液などを吐出可能であり、多様な工業分野での応用が図れる。インクジェットヘッド４によれば、必要な部分にのみ液滴を塗布可能であり、リソグラフィ技術のように機能液を剥離して廃棄するなどの無駄が生じないため、省資源化への貢献も多大である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明のインクジェットヘッドを搭載したインクジェットプリンタを示す斜視図。
【図２】印刷ヘッドの走査範囲等を示す模式図。
【図３】（ａ）インクジェットヘッドの待機ポジションを示す模式図、（ｂ）インクジェットヘッドの記録領域での動作を示す模式図、（ｃ）インクジェットヘッドのホームポジションを示す模式図。
【図４】インクジェットヘッドのノズル配列を示す平面図。
【図５】ヘッドユニットの構成を示す断面図。
【図６】インクジェットプリンタの制御部を示すブロック図。
【図７】インクを吐出あるいは微振動させるための電圧波形を示すタイムチャート図。
【図８】ノズルにおける駆動電圧波形に対応したインクの状態を示す断面図。
【図９】ノズルの詳細な形状を示す断面図。
【図１０】（ａ）孔明け加工時のパンチとノズルプレートとを示す断面図、（ｂ）パンチによるノズルプレートへの孔明けおよび鍛造加工を示す断面図、（ｃ）パンチ加工後のノズルプレートの研削加工を示す断面図。
【図１１】（ａ）インク吐出を少なくさせるノズル形状を示す断面図、（ｂ）インク吐出を多くさせるノズル形状を示す断面図。
【符号の説明】
【００７１】
１…インクジェットプリンタ、２…インクカートリッジ、４…インクジェットヘッド、５…キャリッジ、１２…印刷用紙、１５…キャッピング部、１６…ノズルプレート、１７…ノズル、１７ａ…管状ノズル部、１７ｂ…円錐ノズル部、１９…機能液としてのインク、２０…液滴としてのインク滴、２１…圧電振動子、２１ａ…櫛歯状先端部、２１ｂ…圧電体、２１ｃ…共通電極、２１ｄ…個別電極、３０…制御部、４０…ヘッドユニット、４１…収容部、４２…圧力室、４３…インク供給口、４４…共通インク室、４７…弾性プレート、５０…流路ユニット、５１…インク供給管、６０…パンチ、６０ａ…円柱状部、６０ｂ…円錐状部、６５…研削層、７０…調整インク領域。
【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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