(57)【要約】【課題】吐出量の制御による画像の濃度制御を容易に行う。【解決手段】吐出口１３が設けられた液室１９と、複数の液室１９に液体を供給する液体供給路１８とを有し、液体供給路１８は、液室１９と同じ高さで形成され、液体の流れが定常流であり、液体供給路１８に平均流速公式から算出される最大流量よりも、吐出による消費量の方が少ない条件、又消費量が液体供給路１８に流せる最大流量で制限された状態で、圧力調整手段４１で液体供給路１８内の圧力を調整して吐出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出口から吐出する液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置において、
上記液体吐出ヘッドは、上記吐出口と圧力発生素子とが設けられた液室と、複数の上記液室と連続し、これらの複数の液室に液体を供給する液体供給路とを有し、
上記液体供給路は、上記液室と同じ高さで形成され、
上記液体吐出ヘッドは、上記液体供給路内の液体の上記液室への流れが定常流であり、上記液体供給路に平均流速公式から算出される最大に流せる流量よりも、上記液体を吐出することによって消費する量の方が少ない条件で上記液体を上記吐出口から吐出することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
上記液室と上記液体供給路は、同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
液体が収容された液体カートリッジと、
上記液体カートリッジから供給された上記液体を吐出口から吐出する液体吐出ヘッドと、
上記液体供給路内の圧力を調整する圧力調整手段とを備え、
上記液体吐出ヘッドは、上記吐出口と圧力発生素子とが設けられた液室と、複数の上記液室と連続し、これらの複数の液室に上記液体カートリッジから供給された液体を供給する液体供給路とを有し、
上記液体供給路は、上記液室と同じ高さで形成され、
上記液体吐出ヘッドは、上記液体供給路内の液体の上記液室への流れが定常流であり、上記液体を上記吐出口から吐出することによって消費する量が、上記液体供給路に平均流速公式から算出される最大に流せる流量によって制限された状態で、上記圧力調整手段で上記液体供給路内の圧力を調整して、上記液体を上記吐出口から吐出することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４】
上記液室と上記液体供給路は、同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項３記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出口から吐出する液滴の量を制御することにより濃度制御を行う液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置としては、インクを吐出するインクジェットプリンタ装置がある。インクジェットプリンタ装置は、図１９及び図２０に示すようなインク吐出ヘッド１００からインクを紙等の記録紙に吐出して記録紙上に画像や文字を印刷する。このインク吐出ヘッド１００は、図示しないインクカートリッジからインクを供給路１０１を介して、ノズル１０２と圧力発生素子１０３とが設けられた液室１０４に供給し、圧力発生素子１０３が発生した熱エネルギで液室１０４内のインクを加熱、押圧し、ノズル１０２より記録紙等にインクを吐出する。
【０００３】
このインク吐出ヘッド１００は、図２０に示すように、圧力発生素子１０３が設けられた回路基板１０５と、ノズル１０２が形成されたノズル部材１０６とを有する。インク吐出ヘッド１００は、圧力発生素子１０３とノズル１０２とが対向するように、回路基板１０５上にノズル部材１０６を貼り合わせて形成される。このようなインク吐出ヘッド１００では、回路基板１０５の端面が供給路１０１の一部を構成し、回路基板１０５とノズル部材１０６で囲まれた部分が液室１０４となる。液室１０４は、図１９及び図２０に示すように、供給路１０１から供給されたインクを圧力発生素子１０３で加熱し、圧力発生素子１０３上に気泡を発生させることができるように、中空部となっている。
【０００４】
このような回路基板１０５にノズル部材１０６を貼り合わせた構成のインク吐出ヘッド１００では、回路基板１０５とノズル部材１０６の線膨張係数が異なるため、温度変化による収縮又は膨張の度合いが異なり、回路基板１０５の端部からノズル部材１０６が剥がれやすくなったり、又は剥がれてしまうことがある。このため、インク吐出ヘッド１００では、温度変化によって回路基板１０５の端部からノズル部材１０６が剥がれることによって、回路基板１０５の端部に設けられた液室１０４が変形しやすくなる。また、液室１０４は、中空部で形成されているため、回路基板１０５とノズル部材１０６の接着面積が小さく、剥がれやすくなる。
【０００５】
また、インク吐出ヘッド１００の液室１０４は、回路基板１０５の端部に設けられており、中空部が大きいため、応力に対して弱く、応力により変形してしまうことがある。このように、インク吐出ヘッド１００では、回路基板１０５からノズル部材１０６が剥がれたり、応力がかかり、液室１０４が変形すると、ノズル１０２が変形してしまうため、適切にインクが吐出されなくなり、画像や文字の濃度が変わったり、画像や文字にスジが発生してしまう。
【０００６】
このような問題を解決するために、インク吐出ヘッドでは、例えば液室を回路基板の端部ではなく更に内側、即ち図２０中矢印Ｇ方向に移動させて、端部から離し、回路基板の中央部に配置することで、温度変化によるノズル部材１０６の剥がれや応力に対して影響を受けにくくなるようにしている。
【０００７】
この種のインク吐出ヘッドでは、液室を回路基板の内側に配置することによって、インクカートリッジと液室とを結び、インクをインクカートリッジから液室に供給する供給路の長さが長くなってしまう。インク吐出ヘッドでは、供給路が長くなると、ノズル部材等に対するインクの粘性抵抗が生じ、供給路に流せるインクの流量が制限されてしまう。即ち、このようなインク吐出ヘッドでは、インクカートリッジから液室に供給されるインクの流量が制限されてしまう。このため、このインク吐出ヘッドでは、高速印刷を行うときに、吐出周波数を上げて、単位時間あたりに吐出するインク液滴の量を増やそうとしても、供給路から液室に供給することができる流量しか吐出することができない場合がある。
【０００８】
そこで、吐出するインク液滴の量が供給路から液室に供給することができる流量によって制限されないようにしたインク吐出ヘッドとして特許文献１に記載されたものがある。特許文献１のインク吐出ヘッドは、供給路の一端が液室に接続され、他端が供給路にインクをインクカートリッジから供給する供給室と接続され、液室と接続されている側の一端に段差が設けられている。この段差は、回路基板に対して液室側が供給室側よりも低く、供給室側の高さが液室側の高さよりも高くなっている。インク吐出ヘッドでは、供給室側の高さを高くすることで、供給室側から液室に向かって流れるインクの量を確保することができる。
【０００９】
また、特許文献１のインク吐出ヘッドでは、供給路にインクを供給する供給室が回路基板に貫通孔を形成することによって形成され、回路基板の裏面側から供給室を介して、インクをノズル側に供給している。このインク吐出ヘッドでは、回路基板に貫通孔を形成してインクを供給することによって、供給室から液室までを結ぶ供給路をできる限り短くし、回路基板やノズル部材に対するインクの粘性抵抗を下げ、液室にインクを安定して供給できるようにしている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１のインク吐出ヘッドでは、供給路に段差を設け、更に回路基板に貫通孔を設けるため、供給路に段差を形成する工程及び回路基板に貫通孔を形成する工程が必要となる。このため、このインク吐出ヘッドでは、製造工程が増え、製造コストも上昇してしまう。
【００１１】
また、特許文献１のインク吐出ヘッドでは、液室に供給路が連続して形成され、液室毎に供給路が設けられているため、液室と供給路が１対１となっている。このようなインク吐出ヘッドでは、印刷速度を速めるために多くのノズルを設けた場合、液室毎に供給路を設けているため、ノズル数が増すことによって、その分供給路の数も増え、構造が複雑となってしまう。
【００１２】
また、インクジェットプリンタ装置で印刷を行った場合に、画像や文字の濃度は、例えば記録紙に吸収されたインクの量によって決まる。このため、濃度を高くしたい場合には、１ドット当たりに対するインクの着弾数を多くし、１ドット当たりに吐出されるインクの量を多くする。一方、濃度を低くしたい場合には、１ドット当たりに対するインクの着弾数を少なくし、１ドット当たりに吐出されるインクの量を少なくする。
【００１３】
画像や文字の濃度を変える他の方法としては、１ドット当たりに対するインク液滴の着弾数を同じにし、インク液滴の量を多くしたり、少なくしたりする方法がある。この方法で濃度を高くする場合には、１ドット当たりに対するインク液滴の着弾数を同じにして、１滴のインク液滴の量を多くする。濃度を低くする場合には、１ドット当たりに対する着弾数を同じにして、１滴のインク液滴の量を少なくする。このように、この方法では、１ドット当たりに対する着弾数を多くしたり、少なくしたりすることなく、１ドット当たりの濃度を高くしたり、低くしたりでき、画像や文字の濃度を制御できる。
【００１４】
１ドットに対するインク液滴の着弾数を同じにして、インク液滴の量を変えて濃度を制御する方法を用いた場合に、特許文献１に記載されているインク吐出ヘッドでは、１滴のインク液滴の量を制御することが困難であるため、インク液滴の量による濃度制御が困難である。即ち、特許文献１のインク吐出ヘッドでは、液室と供給路が１対１であり、供給路が液室毎に設けられているため、印刷する際に印刷データに基づいて、液室に設けられたノズルからインクが吐出されたり、吐出されなかったりすると、供給路内はインクが液室に向かって流れたり、流れなかったりする。このため、特許文献１のインク吐出ヘッドの供給路内は、インクの流れが変化し、一様になっていないいわゆる非定常流となっている。特許文献１のインク吐出ヘッドでは、供給路内のインクの流れが非定常流となっており、供給路から液室に向かって流れるインクの流れが変化するため、ノズルから吐出されるインク液滴の量にばらつきが生じやすく、インク液滴の量による濃度制御が困難である。
【００１５】
また、インク吐出ヘッドが備わるインクジェットプリンタ装置には、インク吐出ヘッドを記録紙の幅方向に移動させて印刷を行うシリアル型と、記録紙の幅とほぼ同じ長さに亘ってノズルが並設され、インク吐出ヘッドを動かすことなく、１度の吐出で記録紙の幅方向に亘って印刷を行うことができるライン型とがある。ライン型のインクジェットプリンタ装置は、１度の吐出で記録紙の幅方向に亘って印刷を行うことができるため、高速印刷に好適である。
【００１６】
ライン型のインクジェットプリンタ装置の場合には、記録紙の幅とほぼ同じ長さに亘って、ノズルを並設するため、上述したように液室毎に供給路を設けた構造とすると、インク吐出ヘッドの構造が更に複雑となるため、シリアル型よりも製造工程が複雑となり、更に製造コストが上昇してしまう。また、ライン型のインクジェットプリンタ装置では、記録紙の幅とほぼ同じ長さに亘って液室が設けられ、各液室及び供給路内でインクの流れが非定常流になることによって、各液室から吐出するインク液滴の量にばらつきが記録紙の幅方向とほぼ同じ長さに亘って生じてしまい、インク液滴の量による画像や文字の濃度制御がより困難となる。
【００１７】
【特許文献１】特開２００３−２５５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、簡単な構造からなり、吐出口から吐出する液体の量を一定量に制御することで、液滴の量による画像や文字の濃度制御を行うことができる液体吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る液体吐出装置は、液体を吐出口から吐出する液体吐出ヘッドを備え、液体吐出ヘッドは、吐出口と圧力発生素子とが設けられた液室と、複数の液室と連続し、これらの複数の液室に液体を供給する液体供給路とを有し、液体供給路は、液室と同じ高さで形成されている。液体吐出ヘッドは、液体供給路内の液体の液室への流れが定常流であり、液体供給路に平均流速公式から算出される最大に流せる流量よりも、液体を吐出することによって消費する量の方が少ない条件で液体を上記吐出口から吐出する。
【００２０】
また、本発明に係る液体吐出装置は、液体が収容された液体カートリッジと、液体カートリッジから供給された上記液体を吐出口から吐出する液体吐出ヘッドと、液体供給路内の圧力を調整する圧力調整手段とを備える。この液体吐出装置に備わる液体吐出ヘッドは、吐出口と圧力発生素子とが設けられた液室と、複数の液室と連続し、これらの複数の液室に液体カートリッジから供給された液体を供給する液体供給路とを有し、液体供給路は、液室と同じ高さで形成される。この液体吐出ヘッドは、液体供給路内の液体の液室への流れが定常流であり、液体を吐出口から吐出することによって消費する量が、液体供給路に平均流速公式から算出される最大に流せる流量によって制限された状態で、圧力調整手段で供給路内の圧力を調整して、液体を吐出口から吐出する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、液室の高さと液体供給路の高さとが同じであるため、簡単な構造であり、容易に製造することができる。また、本発明では、液体を吐出している間、液体供給路から複数の液室に液体を供給することで、供給路から液室に向かって液体が常に一様に流れ、液体供給路内の液体の流れが定常流となっているため、液体の流れが一様ではない非定常流の場合と異なり、液体供給路から液室に流れる液体の流量にばらつきがなく、液体供給路から液室に一定量の液体を供給することができる。本発明では、供給路から液室に一定量の液体を供給することができるため、吐出する液滴の量を制御でき、液滴の量による濃度制御が容易に可能となる。
【００２２】
即ち、本発明では、液体供給路内の液体の流れが定常流であり、液体供給路に平均流速公式から算出される最大に流せる流量（最大流量）よりも、液体を吐出することによって消費する量の方が少ない条件で液体を吐出口から吐出することによって、消費する量以上の液体が供給路から液室に供給されるため、吐出する液滴の量を一定量にすることができる。これにより、本発明では、吐出する液滴の量を一定量に制御できるため、１ドット当たりに対する液滴の着弾数を同じにしたとき、各ドットの濃度を同じにすることができる。したがって、本発明では、例えば液体にインクを用いた場合、液体供給路に平均流速公式から算出される最大流量よりも、インクを吐出することによって消費する量の方が少なくなるように吐出することで、インク液滴の量が印刷に必要な量である一定の量で満たされるようになり、１ドット当たりに対する液滴の着弾数を同じにしたとき、各ドットの濃度にばらつきがなく、所望の濃度でむらなく画像や文字を形成することができる。
【００２３】
また、本発明では、液体を吐出口から吐出することによって消費する量が、液体供給路に平均流速公式から算出される最大流量によって制限された状態で、液体供給路内の圧力を調整する圧力調整手段で液体供給路内の圧力を調整することによって、液体供給路から液室に流れる流量を平均流速公式から算出される最大流量よりも多くしたり、少なくしたりすることができる。本発明では、液体供給路内の液体の流れが定常流であることによって、液体供給路から液室に流れる流量を多くしたり、少なくしても、一様に液体が液体供給路から液室に流れることから、液体供給路から液室に流れた流量で吐出する液滴の量を制御できる。したがって、本発明では、液体供給路から液室に流れる流量を制御して、液滴の量を制御することで、１ドット当たりに対する液滴の着弾数を同じにしたとき、液滴の量で各ドットの濃度を制御できる。このことから、本発明では、液体としてインクを用いた場合、液体供給路内の圧力を調整して、インク液滴の量を制御することで、容易に画像や文字の濃度を変えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明が適用したインクジェットプリンタ装置について、図面を参照して説明する。本発明を適用したインクジェットプリンタ装置（以下、プリンタ装置という）は、例えばインクを吐出するノズルが記録紙の幅とほぼ同じ長さに亘って並設され、記録紙の幅方向に移動することなく、１列毎に印刷を行うライン型のインクジェットプリンタ装置である。図１に示すプリンタ装置１は、インクが収容された液体カートリッジとなるインクカートリッジ２と、インクカートリッジ２から供給されたインクを吐出するインク吐出ヘッド３とを備える。
【００２５】
インクカートリッジ２には、底面の略中央に収容しているインクをインク吐出ヘッド３に供給するインク供給部４が設けられている。インクカートリッジ２は、インク供給部４に供給管４ａの一端が接続され、他端がインク吐出ヘッド３に接続されることによって、供給管４ａを介してインク吐出ヘッド３に供給する。
【００２６】
インク吐出ヘッド３は、図１に示すように、インクカートリッジ２からインクが供給されるインク供給部材１１と、インク供給部材１１上に設けられ、圧力発生素子１２ａ，１２ｂが設けられた第１の基板１２と、第１の基板１２上に設けられ、ノズル１３が形成されたノズル部材１４と、インク供給部材１１上に設けられ、圧力発生素子１２ａ，１２ｂを駆動制御する制御回路等の電子回路が形成された第２の基板１５と、ノズル部材１４及びインク供給部材１１上に設けられた天板１６とを有する。
【００２７】
このような部材で構成したインク吐出ヘッド３は、図１乃至図３に示すように、インク供給部材１１によって、インクカートリッジ２からインクが供給される供給路１７が形成され、第１の基板１２とノズル部材１４とによって供給路１７と接続されたインク供給路１８が形成されている。また、インク吐出ヘッド３には、インク供給路１８の一端に連続し、圧力発生素子１２ａ，１２ｂとノズル１３とが対向して設けられた液室１９が形成されている。
【００２８】
インク吐出ヘッド３では、図１及び図４に示すように、インクカートリッジ２から供給されたインクを供給路１７を介して、インク供給路１８に供給し、インク供給路１８から複数の液室１９にインクを供給し、圧力発生素子１２ａ，１２ｂでインクを加熱し、気泡を発生させ、この気泡でインクを押圧してノズル１３からインクを吐出する。
【００２９】
供給路１７を構成するインク供給部材１１は、ステンレス（ＳＵＳ）で形成され、図１に示すように、供給路１７が貫通して形成されている。また、インク供給部材１１には、供給路１７の背面側に、供給路１７とインクカートリッジ２の供給管４ａとを接続する接続部１１ａが設けられている。インク供給部材１１は、供給路１７の一方の側に第１の基板１２を配設するための切欠部２０が設けられている。
【００３０】
切欠部２０に配設される第１の基板１２は、例えばシリコン基板であり、図５及び図６に示すように、表面の所定の箇所に、電気熱変換素子からなる一対の圧力発生素子１２ａ，１２ｂが半導体プロセスにより形成されている。インク吐出ヘッド３では、一対の圧力発生素子１２ａ，１２ｂのそれぞれの発熱量を異ならせることで、各圧力発生素子１２ａ，１２ｂ上に発生する気泡の大きさを異ならせ、圧力差を生じさせることによって、インクの吐出方向を可変することができる。また、第１の基板１２には、圧力発生素子１２ａ，１２ｂに電流を供給する図示しない配線が形成されている。
【００３１】
なお、圧力発生素子１２ａ，１２ｂとしては、図５に示すような一対になっているものに限らず、１つであってもよい。また、圧力発生素子１２ａ，１２ｂとしては、電気的熱変換素子に限定されず、ピエゾ素子といった電気機械変換素子等であってもよい。
【００３２】
第１の基板１２は、図１に示すように、例えばシリコーン接着剤等の接着剤２１でインク供給部材１１の供給路１７の一方に設けられた切欠部２０に接着され、供給路１７側の端面が供給路１７の一部を構成し、圧力発生素子１２ａ，１２ｂが設けられた面がインク供給路１８の底面を構成している。
【００３３】
第１の基板１２は、従来インク吐出ヘッドに用いられている基板よりも大きいものであり、インク供給路１８の長さ方向と同じ方向の幅が例えば２１３０μｍ程度である。これにより、インク吐出ヘッド３では、第１の基板１２に大きいものを用いることによって、液室１９を端部に形成することなく、図３中矢印Ｂ方向の内側に形成することができる。したがって、インク吐出ヘッド３では、液室１９を内側に配置できるため、第１の基板１２の端部に液室１９を形成した場合よりも、応力による影響を受けにくくなる。
【００３４】
第１の基板１２上に設けられたノズル部材１４は、図４に示すように、インクを吐出するノズル１３が記録紙Ｐの幅方向に複数並設されている。ノズル部材１４は、例えば紫外線硬化樹脂等からなり、インクを吐出するノズル１３が圧力発生素子１２ａ，１２ｂと対向するように第１の基板１２上にパターン形成される。ノズル部材１４は、第１の基板１２上に形成されることによって、第１の基板１２と共にインク供給路１８と液室１９とを形成している。
【００３５】
第１の基板１２と電気的に接続される第２の基板１５は、図１に示すように、インク供給部材１１の第１の基板１３が設けられた側と同じ面に設けられ、インク吐出ヘッド３の吐出面側を構成している。第２の基板１５は、圧力発生素子１２ａ，１２ｂを駆動制御するための制御信号を第１の基板１２の配線に供給する制御回路等の電子回路が形成されている。第２の基板１５は、制御回路が第１の基板１２の配線と外部配線部材２２で電気的に接続される。第１の基板１３と第２の基板１５を電気的に接続する外部配線部材２２は、図１に示すように、一端が第１の基板１２に形成された配線の一部を構成する接続部２３に接続され、他端が第２の基板１５の制御回路の一部を構成する接続部２４に接続され、第１の基板１２の配線と第２の基板１５の制御回路とを電気的に接続する。外部配線部材２２は、第１の基板１２及び第２の基板１５との接続部分を保護するため、例えば樹脂材料からなる封止剤２５で封止されている。
【００３６】
天板１６は、図１に示すように、ノズル部材１４のインクが吐出される側の吐出面１４ａ上及び第１の基板１２と対向しているインク供給部材１１の供給路１７の他方の側上に接着され、供給路１７の吐出面１４ａ側を閉塞し、供給路１７の一部を構成する。この天板１６は、例えばポリイミド樹脂（ＰＩ）からなるシート状のものである。ポリイミド樹脂としては、例えば宇部興産株式会社製、商品名ユーピレックス等を用いる。天板１６は、ノズル部材１４及びインク供給部材１１に例えばシリコーン接着剤２７で接着されている。
【００３７】
以上のような構成のインク吐出ヘッド３において、インク供給部材１１の接続部１１ａから供給路１７にインクカートリッジ２のインクが供給される。供給路１７に供給されたインクは、供給路１７と接続されているインク供給路１８に供給される。
【００３８】
供給路１７と連続したインク供給路１８は、供給路１７から供給されたインクをノズル１３が設けられた液室１９に供給する。このインク供給路１８は、第１の基板１２とノズル部材１４とで囲まれて形成される。また、インク供給路１８の高さは、図１に示すように、液室１９と同じ高さである。インク供給路１８の高さを液室１９の高さと同じにすることによって、インク供給路１８の構造が複雑にならず、後述するように液室１９と同時に形成することができる。ここで、インク供給路１８の長さは、数百μｍである。
【００３９】
以上のようなインク吐出ヘッド３では、従来の基板の長さよりも長い第１の基板１３を用い、この第１の基板１３上にノズル部材１４をパターン形成して長いインク供給路１８を形成しているため、ノズル部材１４を支持し、インク供給路１８の強度補強するために、図１及び図４に示すように、第１の基板１３とノズル部材１４との間に支持部２６が設けられている。ノズル部材１４を支持する支持部２６は、図４に示すように、インク供給路１８内に等間隔で設けられている。この支持部２６は、インクの流れの上流側及び下流側のそれぞれの端部が先鋭となるように、例えば６角形状に形成されている。支持部２６は、少なくともインクの流れの下流側の端部を先鋭にすることによって、複数の液室１９にインクを供給しやすくしている。
【００４０】
インク供給路１８からインクが供給される液室１９は、図４乃至図６に示すように、一対の圧力発生素子１２ａ，１２ｂ毎に設けられ、インク供給路１８の端部に連続して設けられている。液室１９には、一対の圧力発生素子１２ａ，１２ｂと対向する位置にノズル１３が設けられている。液室１９は、１つのインク供給路１８に対して、複数設けられている。したがって、インク供給路１８と液室１９とは、１対多数の関係となっている。
【００４１】
液室１９では、印刷データに基づいて、ノズル１３からインク液滴が吐出される場合と、吐出されない場合とがある。このため、液室１９では、インクが流れたり、流れなかったりして、インクの流れが変化し、インクの流れが一様になっていないいわゆる非定常流となっている。液室１９近傍でも、液室１９内のインクの流れによって一様に流れず、非定常流となっている。
【００４２】
インク吐出ヘッド３では、インク供給路１８の長さが数百μｍであり、１つのインク供給路１８から複数の液室１９にインクを供給しているため、印刷を行っているときは常にいずれかの液室１９にインクを供給している。このため、インク供給路１８では、液室１９側に向かって常にインクが流れることによって、インクの流れが安定し、インクが一様に流れているいわゆる定常流となっている。インク供給路１８は、従来の基板よりも大きい第１の基板１３を用いて、長く形成されている。このため、インク供給路１８は、各液室１９内からインクを吐出したり、吐出しなかったりしてインクの流れが非定常流であっても、インク供給路１８の液室１９から離れた部分ではインクが一様に流れている定常流となっている。
【００４３】
以上のような構成からなるインク吐出ヘッド３は、次のようにして製造する。
【００４４】
先ず、図７に示すように、例えばシリコン基板等の第１の基板１２の表面に、所定の箇所に圧力発生素子１２ａ，１２ｂとして例えばタンタル層（Ｔａ層）からなる一対の電気熱変換素子を半導体プロセス等で複数形成する。
【００４５】
次に、第１の基板１２の一対の圧力発生素子１２ａ，１２ｂが設けられた面に、図７に示すように、レジスト層３１をリソグラフィ技術により形成する。具体的には、１２０℃で第１の基板１２を加熱した状態で、ヘキサメチルジシラザンのべーパー雰囲気中に９０秒間、第１の基板１２を暴露し、第１の基板１２を清浄する。洗浄後、ポジ型レジストの温度、スピンコートによる回転速度等を制御して、完成後のノズル部材１４の厚みよりも厚い膜厚となるように、第１の基板１２上にポジ型レジストをスピンコート法で塗布する。第１の基板１２上に塗布したポジ型レジストを温度１１０度でプリベイクし、感光性のレジスト層３１を形成する。
【００４６】
次に、図８に示すように、パターンニングされたマスク３２を用いて、圧力発生素子１２ａ，１２ｂと対向する位置の周囲及び支持部２６を形成するための図１１に示す支持部形成部３４となる位置を露光し、液室形成部３３及び図１１に示すインク供給路形成部３５となる位置が未露光となるように露光処理を行う。
【００４７】
次に、図９に示すように、パターンニングされたマスク３６を用いて、露光光量や露光時間等を制御して、液室形成部３３上の未露光部分の圧力発生素子１２ａ，１２ｂと対向する中心部に略円柱状となるように、中心部の周囲を露光し、且つ液室形成部３３の高さ及びインク供給路形成部３５の高さが同じになるように、インク供給路形成部３５上を露光処理する。この露光処理により、図９及び図１１に示すように、液室形成部３３上にノズル形成部３７が形成され、第１の基板１２上にインク供給路形成部３５が形成される。また、この露光処理では、露光光量や露光時間等を制御しながら、液室形成部３３上の未露光部分の中心部の周囲、及び液室形成部３３上を一緒に露光することで、１度の露光処理で同じ高さの液室形成部３３とインク供給路形成部３５とを形成することができる。
【００４８】
次に、図１０に示すように、感光性のレジスト層３１の露光部分を所定の現像液で取り除く現像を行う。現像処理を行うことによって、第１の基板１２上には、図１０及び図１１に示すように、液室形成部３３、インク供給路形成部３５、ノズル形成部３７からなる型３８が形成される。この型３８には、支持部２６を形成する支持部形成部３４が凹状に形成されている。この型３８は、ノズル部材１４の成形型となる。
【００４９】
次に、図１２に示すように、ノズル形成部３７の先端が突出するように第１の基板１２上にノズル部材１４となる硬化樹脂を所定の厚みとなるように、樹脂材料の温度や回転速度等を制御してスピンコート法により塗布し、且つ支持部形成部３４にも同じ硬化樹脂を埋め込み、硬化樹脂を硬化させて樹脂層３９を形成する。硬化樹脂には、例えば紫外線硬化型のエポキシ樹脂を用いる。
【００５０】
次に、図１３に示すように、所定の溶液により液室形成部３３、インク供給路形成部３５、ノズル形成部３７からなる型３８を除去することによって、図１に示すように、第１の基板１２上に支持部２６に支持され、ノズル１３が形成されたノズル部材１４を形成し、第１の基板１２とノズル部材１４との間に、インク供給路１８と液室１９とを形成する。
【００５１】
上述したように、同一のレジスト層３１に同一の高さの液室形成部３３とインク供給路形成部３５とを形成した型３８を製造し、この型３８上にノズル部材１４となる樹脂層３９を形成し、型３８を除去することによって、同一の樹脂材料からなり、同じ高さで連続し、インク供給路１８の上面と液室１９の上面とが面一となっているインク供給路１８と液室１９とを同時に形成することができる。これにより、同じ高さで、上面が面一となっているインク供給路１８と液室１９とを容易に形成することができる。
【００５２】
次に、ノズル部材１４が形成された第１の基板１３をダイサーで切断し、所望の大きさにする。
【００５３】
次に、図１に示すように、インク供給路１８と液室１９が形成された第１の基板１２をインク供給部材１１の供給路１７の一方の側に設けた切欠部２０に例えばシリコーン接着剤２１で貼り合わせる。また、インク供給部材１１の第１の基板１２を貼り合わせた面と同じ面に、圧力発生素子１２ａ，１２ｂの制御回路等が形成された第２の基板１５を貼り合わせる。
【００５４】
次に、図１に示すように、インク供給部材１１の第１の基板１３等が設けられている側とは反対側に、インクカートリッジ２と接続するための供給管４ａを接続し、インク供給部材１１とインクカートリッジ２を接続する。インクが漏れないように、接続部分をフィルムで覆う。
【００５５】
次に、図１に示すように、第１の基板１２の配線の接続部２３と、第２の基板１５の電子回路の接続部２４とを外部配線部材２２で接続し、第１の基板１２と第２の基板１５とを電気的に接続する。外部配線部材２２の接続部分には、例えば熱硬化樹脂を封止剤２５として塗布し、１２０℃、３０分間加熱して、樹脂を硬化させる。外部配線部材２２の接続部分は、封止剤２５で保護される。
【００５６】
次に、図１に示すように、ノズル部材１４の吐出面１４ａ上及びインク供給部材１１の供給路１７の第１の基板１２と対向する側上に天板１６をシリコーン接着剤２７で貼り合わせる。天板１６をインク供給部材１１及びノズル部材１４に貼り合わせることによって、インク供給部材１１の供給路１７を閉塞し、供給路１７を形成し、インク吐出ヘッド３が得られる。
【００５７】
以上のようなインク吐出ヘッド３の製造方法では、露光光量や露光時間等を制御しながら、液室形成部３３上の未露光部分の中心部の周囲、及び液室形成部３３上を一緒に露光することで同じ高さの液室形成部３３とインク供給路形成部３５とを形成することができる。これにより、このインク吐出ヘッド３の製造方法では、１度の露光処理で同じ高さの液室形成部３３とインク供給路形成部３５とを形成することができるため、従来のインク吐出ヘッドのような供給路に段差を設けた場合よりも、段差を設けるための露光処理を行う工程を削減することができ、製造工程を減らすことができる。
【００５８】
また、インク吐出ヘッド３の製造方法では、液室形成部３３上及びインク供給路形成部３５上に樹脂材料を塗布し、液室形成部３３及びインク供給路形成部３５を除去することで、第１の基板１２上にノズル部材１４を形成し、インク供給路１８及び液室１９を同時に形成することができる。
【００５９】
また、インク吐出ヘッド３の製造方法では、インク供給路１８に段差等がなく、簡単な構造となっているため、容易に製造することができる。また、インク吐出ヘッド３の製造方法では、１つのインク供給路１８からすべての液室１９にインクを供給する構造とすることで、液室１９毎にインク供給路１８を形成した場合よりも、構造が複雑にならず、記録紙の幅方向に亘ってノズル１３を設けても、簡単な構造となり、容易に製造することができる。
【００６０】
以上のようにして得られたインク吐出ヘッド３は、インクカートリッジ２のインク供給部４に接続された供給管４ａからインク供給部材１１の接続部１１ａを介して供給路１７にインクを供給し、供給路１７からインク供給路１８を介して複数の液室１９にインクを供給する。インク吐出ヘッド３では、外部からの画像や文字等のデータに基づいて、第２の基板１５の制御回路を介して第１の基板１２に駆動電流を供給することによって、所定の圧力発生素子１２ａ，１２ｂを駆動し、圧力発生素子１２ａ，１２ｂ上に発生した気泡でインクを押圧し、インクをノズル１３から吐出する。液室１９は、インクが吐出されると、インク供給路１８からインクが再び供給され、インクで再び満される。インク吐出ヘッド３では、この動作を繰り返し行い、画像や文字等を印刷する。
【００６１】
インク吐出ヘッド３では、印刷を行う際に、画像や文字等のデータに基づいて、インクを吐出するノズル１３と、インクを吐出しないノズル１３とがある。インク吐出ヘッド３では、インクを吐出した場合、吐出した瞬間、液室１９内の圧力が数メガＰａにも高まり、インク供給路１８側に流動するが、インクを吐出して大気圧に開放されると共に、毛管力によりインクがもとのノズル１３側に戻ろうするためノズル１３側にインクが流れる。これにより、インクを吐出した場合には、インク供給路１８から液室１９に向かってインクが流れて、吐出した分のインクが液室１９に供給され、液室１９内がインクで満たされる。一方、インクを吐出しない場合には、インクをノズル１３に供給する必要がないため、液室１９内ではインクの流れが止まった状態である。
【００６２】
このように、インク供給路１８と接続された複数の液室１９内及び液室１９近傍では、ノズル１３からインクを吐出した場合と吐出しない場合とによって、インクが流れたり、流れなかったりするため、インクの流れが一様になっていない非定常流となっている。液室１９及び液室１９近傍の非定常流となっている領域を図１４に示すように、非定常流領域Ｘとする。
【００６３】
これに対して、液室１９から離れたインク供給路１８は、図１４に示すように、液室１９と１対１で接続されず、複数の液室１９と接続され、１つの供給路１８に対して、複数の液室１９が設けられ、１対多数となっている。このため、インク供給路１８は、インクが吐出された液室１９すべてにインクを供給している。したがって、インク供給路１８は、印刷している際、画像や文字等のデータに基づいて、常にいずれかの液室１９からインクが吐出されるため、常に液室１９側にインクが流れている。例えば、画像の一定の部分を印刷するときには、所定のノズルから一定量のインクが吐出されるため、インク供給路１８から液室１９に一定量のインクが流れる。また、印刷中に濃度を低い状態から高い状態にした場合、濃度を高くするため各ノズル１３から吐出するインクの吐出量は多くなるが、インク供給路１８から複数の液室１９にインクを供給しているため、常に液室１９に向かってインクが流れ、液室１９に向かって流れるインク量は一定量に落ち着くようになる。このように、インク供給路１８では、インク供給路１８から液室１９に向かってインクが常に流れることによって、インク供給路１８から液室１９に流れるインクの流れが一様となり、定常流となるため、液室１９に供給されるインクの流量にばらつきがなく、液室１９に一定量のインクを供給できる。図１４に示すように、インク供給路１８の定常流となっている領域を定常流領域Ｙとする。
【００６４】
一般に、流れが定常流となっている場合では、管路と管路内を流れる液体の粘性抵抗による損失や管路のその他の損失により、管路内を流れる液体の流量が一定量に安定する。したがって、インク供給路１８では、インクの流れが定常流となることによって、液室１９に供給する供給量が一定量に安定する。これにより、インク吐出ヘッド３では、インク供給路１８から液室１９に供給する供給量を一定量にできることによって、インク供給路１８内の流れが非定常流となっている場合と異なり、吐出するインク液滴の量を制御できる。ここで、管路内を流れる流量は、一般に管路内を定常流で流れる液体の平均流速より求めることができる。
【００６５】
管路内では、壁面に発生する摩擦抵抗に抗して圧力勾配により液体が流れる。このときの摩擦抵抗は、圧力損失となる。エネルギー原理による一次元化した運動方程式より、圧力勾配を損失水頭で表すと、式（１）のようになる。運動方程式は、例えば「明解水理学」日野幹雄著に記載されている。
【００６６】
【数１】
2007130852.tif 000003
【００６７】
ここで、長さｌの管路に流速ｖで流れているときの損失水頭ｈｌは、式（２）のようになる。この式（２）は、Darcy-Weisbachの式である。この式（２）より、損失水頭ｈｌ（摩擦損失）は、管路の長さｌに比例し、管路の直径ｄに反比例することが分かる。
【００６８】
【数２】
2007130852.tif 000004
【００６９】
また、管路ではなく、矩形の流路の場合では、壁面との抵抗があるため、断面積に対する相対的管路周長Ｓ／Ａ＝１／Ｒ（Ｓ：周長、Ａ：断面積、Ｒ：径深）で損失水頭ｈｌ（摩擦損失）を式（３）のように表すこともできる。
【００７０】
【数３】
2007130852.tif 000005
【００７１】
式（３）より、液体の流速ｖは、式（４）に示すようになる。この式（４）は、平均流速公式である。
【００７２】
【数４】
2007130852.tif 000006
【００７３】
式（４）より、流速ｖは、管路の長さが長く、摩擦が大きいと低下することが分かる。また、式（４）より、径深Ｒが大きいと流速ｖが速くなるということが分かる。
【００７４】
一方、断面積Ａの管路を流れる流速ｖは、一定である。このため、単位時間あたりに流れる流量Ｑは、流速ｖと断面積Ａとの積によって式（５）のようになる。
【００７５】
【数５】
2007130852.tif 000007
【００７６】
また、上述したインク吐出ヘッド３を用いて印刷を行った場合に、印刷された画像や文字の濃度Ｎは、インク供給路１８から液室１９に供給するインクの流量Ｑと関係がある。インク供給路１８から液室１９に供給するインクの流量Ｑは、おおよそ吐出して消費されたインクの流量Ｑとすることができることから、濃度Ｎは、消費されたインクの流量Ｑと関係がある。また、経験則から、画像や文字の濃度Ｎは、消費されたインクの流量Ｑの平方根に比例し、式（６）のようになる。
【００７７】
【数６】
2007130852.tif 000008
【００７８】
ところで、ここでいう管路はインク供給路１８に相当するため、式（５）より、インク供給路１８が液室１９に供給できるインクの流量Ｑは、流速ｖとインク供給路１８の断面積Ａに比例することがわかる。インク供給路１８に摩擦損失係数ｆ′が一定の材料を用いると、インク供給路１８の径深Ｒ、長さｌ、断面積Ａからインク供給路１８が液室１９に供給できる流量Ｑは以下に示す式（７）となる。だだし、インク吐出ヘッド３では、インク供給路１８内にノズル部材１４を支持する支持部２６が設けられているため、１つのインク供給路１８全体から１００％インクを供給することができない。このため、以下に示すように、１つの液室１９に寄与しているインク供給路１８の断面積を求め、断面積Ａとする。
【００７９】
【数７】
2007130852.tif 000009
【００８０】
ここで、インク供給路１８の断面積Ａは、以下のようにして求める。図１４に示すように、インク供給路１８には、ノズル部材１４を支持する支持部２６が等間隔に並設されているため、支持部２６間の流路１８ａと１つの支持部２６とを１つの単位として、１つの液室１９に寄与する流路１８ａの断面積Ａを求める。支持部２６が等間隔に設けられていることから、支持部２６間の流路１８ａから得られた断面積Ａは、インク供給路１８の１つ液室１９に寄与する断面積Ａと同じである。
【００８１】
例えば、図１４に示すインク吐出ヘッド３の液室１９の幅が４２．３μｍ、高さが１０μｍ、支持部２６間の流路１８ａの開口率が５０％である場合、１つの液室１９に寄与する流路１８ａの断面積Ａは、４２．３×１０×０．５＝２１１．５μｍ２となる。ここで、開口率（％）とは、図１４中の流路１８ａの幅Ｗと支持部２６の幅ｄを合わせたＷ＋ｄに対する流路ｗの割合である。
【００８２】
したがって、開口率（％）＝Ｗ／（ｗ＋ｄ）×１００となる。
【００８３】
仮に、支持部２６が存在せず、インク供給路１８全体から１００％供給できる場合、断面積Ａは、４２．３×１０＝４２３μｍ２となる。４２３μｍ２が最大の断面積となり、これ以上断面積を大きくする場合には、インク供給路１８の高さを高くする。
【００８４】
式（７）のＲにＡ／Ｓを代入すると、以下の式（８）となる。
【００８５】
【数８】
2007130852.tif 000010
【００８６】
【数９】
2007130852.tif 000011
【００８７】
したがって、式（８）より、インク供給路１８に流せる流量Ｑは、以下の式（１０）となる。
【００８８】
【数１０】
2007130852.tif 000012
【００８９】
ここで、式（１０）より算出されるインク供給路１８から液室１９に流せる流量Ｑは、インク供給路１８に最大に流せる流量Ｑ（最大流量Ｑ）といえることから、最大流量Ｑは、ｋに比例していることが分かる。
【００９０】
また、同じ摩擦損失係数ｆ′を用いたインク供給路１８を用いた場合には、式（６）より画像や文字の濃度Ｎは吐出して消費されたインクの流量Ｑの平方根、約Ｑ１／２に比例する。吐出して消費されたインクの流量Ｑは、おおよそインク供給路１８から液室１９に供給するインクの流量Ｑ、即ちインク供給路１８に流せる最大流量Ｑであることから、画像や文字の濃度Ｎは、インク供給路１８から液室１９に供給するインクの最大流量Ｑの平方根、約Ｑ１／２に比例する。画像や文字の濃度Ｎをインク供給路１８から液室１９に供給するインクの最大流量Ｑの平方根、約Ｑ１／２で表すと以下の式（１１）が得られる。式（１１）では、ｋ１／２＝αとおく。
【００９１】
【数１１】
2007130852.tif 000013
【００９２】
式（１１）より、濃度Ｎについて、αに関与されたグラフが得られる。
【００９３】
例えば、インク供給路１８の長さｌや断面積Ａ、周長Ｓのパラメータを変えて、吐出回数を一定にしてベタ印刷を行った場合、縦軸に濃度Ｎ、横軸にαをプロットしてグラフを作成すると、αがある数値までは、αが大きくなるにしたがって画像の濃度Ｎが高くなり、画像の濃度Ｎとαとが比例関係となり、ある数値以上では、αを大きくしても画像や文字の濃度Ｎがほぼ一定となっている。
【００９４】
具体的に、表１に示すような１１種類のインク吐出ヘッド３を製造し、印刷を行うと、図１５に示すような濃度Ｎとαとの関係が得られる。
【００９５】
【表１】
2007130852.tif 000014
【００９６】
１１種類のインク吐出ヘッド３は、図６に示すように、一対の圧力発生素子１２ａ，１２ｂを３２０素子並設し、上述したインク吐出ヘッド３の製造方法に基づいて製造した。インク供給路１８をリソグラフィで形成する際に、インク供給路１８の断面積Ａ、高さＨ、周長Ｓや長さｌがサンプル１〜サンプル１１に記載した断面積Ａ、高さＨ、周長Ｓや長さｌとなるように複数のマスクを製造して、これらのマスクを用いて、各サンプルのインク供給路１８を製造した。
【００９７】
各圧力発生素子１２ａ，１２ｂの大きさは、長辺方向の長さが約２０μｍであり、短辺方向の長さが０．８μｍである。２つの圧力発生素子１２ａ，１２ｂを並設した状態では、短辺方向の幅が２０μｍである。また、各サンプルのノズル１３は、直径１５μｍ、長さ１２μｍである。液室１９は、幅が２９μｍである。
【００９８】
製造した各サンプルのインク吐出ヘッド３のインク供給部材１１の接続部１１ａに、インクカートリッジ２の供給管４ａを接続し、図１６に示すように、インクカートリッジ２からインク吐出ヘッド３にインクを供給可能にした。インクカートリッジ２は、図１６に示すように、液面２ａの位置がインク吐出ヘッド３の吐出面１４ａの位置に対して水頭差Ｈが−１０ｃｍとなるように設定した。このように設定したプリンタ装置１で印刷実験を行った。印刷条件は、シアンインクを用い、すべての圧力発生素子１２ａ，１２ｂを印加電力０．８２ｗ、印加パルス幅１．５μｓ、印加パルス周期９．６ｋＨｚで駆動させ、１ドットあたり最高５回重ね打ちし、記録紙の送り方向に６００ｄｐｉの密度でベタ印刷を行った。
【００９９】
得られた画像の濃度Ｎを測定した。濃度測定は、一般に市販されているイメージスキャナで画像データを測定して行った。スキャンされた画像データは、パーソナルコンピュータ上で加工抽出が可能であり、シアンの濃度を抽出した。１ドットあたりの濃度は、白紙の状態をゼロとし、最も高い濃度を２５５とし、２５６段階で出力した。複数ドットの濃度を平均した平均値を各インク吐出ヘッド３による画像の濃度Ｎとした。各インク吐出ヘッド３による画像の濃度Ｎを表１に示す。
【０１００】
各インク吐出ヘッド３による画像の濃度Ｎとαとをプロットし、近似した近似曲線Ｌは、図１５に示すようなものとなる。
【０１０１】
図１５中のαが５．６より小さい領域Ｉにおいて、近似曲線Ｌは、画像の濃度Ｎとαが比例関係となっている。画像の濃度Ｎとαが比例していることから、αが５．６より小さいときには、吐出することによって消費する量（消費量）よりもインク供給路１８の摩擦損失により液室１９へ供給される供給量の方が少ない、即ちインク供給路１８に式（４）で示す平均流速公式から算出される式（１０）に示す最大に流せる流量Ｑ（最大流量Ｑ）の方が少ないことが分かる（消費量＞供給量）。これにより、領域Ｉでは、インク液滴の量が印刷に必要な量で満たされず、インク供給路１８から液室１９に流れるインクの最大流量Ｑによってインク液滴の量が制限される。即ち、領域Ｉでは、インク供給路１８から液室１９に流れた最大流量Ｑによってインク液滴の量が決まる。
【０１０２】
したがって、この領域Ｉでは、式（１０）に示すように、インク供給路１８の断面積Ａ、高さＨ、周長Ｓや長さｌのパラメータによって、インク供給路１８に流せる最大流量Ｑが決まるため、パラメータによってインク液滴の量が決まる。このことから、領域Ｉでは、インク供給路１８の断面積Ａ、高さＨ、周長Ｓや長さｌのパラメータからなるαの値によって、インク液滴の量が決まり、１ドットあたりの濃度が決まるため、αの値によって画像の濃度Ｎが決まる。インク供給路１８のαは、インク供給路１８の断面積Ａや周長Ｓ、長さｌのパラメータからなるため、これらのパラメータが製造誤差等で変動すると、画像の濃度Ｎも変わってしまう虞がある。
【０１０３】
領域Ｉに対して、図１５中のαが５．６以上の領域ＩＩにおいて、近似曲線Ｌは、画像の濃度Ｎが一定になっている。画像の濃度Ｎが一定となっていることから、領域ＩＩでは、インクを吐出することによって消費する消費量よりも、インク供給路１８の摩擦損失により液室１９に供給される供給量の方が多い、即ちインク供給路１８に式（４）で示す平均流速公式より算出される式（１０）に示す最大に流せる最大流量Ｑの方が多いことが分かる（消費量＜供給量）。これにより、領域ＩＩでは、インク供給路１８から液室１９に供給される供給量が吐出する量よりも多いため、常にノズル１３から吐出されるインク液滴の量が印刷に必要な量で満たされるようになる。したがって、領域ＩＩでは、αが５．６以上であればインク供給路１８の断面積Ａや周長Ｓ、長さｌのパラメータを変えて、インク供給路１８から液室１９に流せる最大流量Ｑが大きくなっても、印刷に必要な量である一定量のインクが常に吐出されるため、各ドットの濃度にばらつきがなく、安定した濃度を再現でき、所望の濃度でむらなく画像を形成することができる。即ち、領域ＩＩでは、上述したようにベタ印刷を行った場合に、所望の濃度でむらなく画像を形成できることから、写真等の画像や文字等でもむらなく所望の濃度で印刷することができる。
【０１０４】
このことを利用して、本発明を適用したプリンタ装置１では、αが５．６以上となるようにインク供給路１８の断面積Ａ、長さｌ、周長Ｓを設計し、インク供給路１８に流せる最大流量Ｑよりもインクを吐出することによって消費する消費量が少ないようにして、１ドットに対するインク液滴の着弾数を同じにしたとき、インク液滴の量が常に印刷に必要な量で満たされているため、各ドットの濃度が同じになる。これにより、このプリンタ装置１では、インク供給路１８の断面積Ａ、長さｌ、周長Ｓのパラメータの製造誤差等に依存せず、インク液滴の量を常に印刷に必要な量で満たされるため、所望の濃度でむらのない画像や文字の形成することができる。
【０１０５】
次に、本発明を適用した他のプリンタ装置について説明する。図１７に示すプリンタ装置４０は、図１５中領域Ｉで示すαが５．６よりも小さくなるように設計したインク供給路１８を有するインク吐出ヘッド３を備える。図１５中の領域Ｉでは、インク供給路１８の断面積Ａ、長さｌ、周長Ｓのパラメータからなるαの値を変化させて、１ドット当たりに対するインク液滴の着弾数を同じにし、吐出されるインク液滴の量を変化させることによって、１ドット当たりの濃度を変化させることができ、画像の濃度Ｎを変えることができる領域である。プリンタ装置４０では、画像の濃度Ｎを変えることができる領域Ｉを利用して画像の濃度Ｎを所望の濃度に制御する。
【０１０６】
図１５中の領域Ｉは、画像の濃度Ｎとαとが比例関係となっているため、上述したようにインク供給路１８に流せる最大流量Ｑによって吐出されるインク液滴の量が制限される。このため、領域Ｉでは、インク供給路１８に流せる最大流量Ｑによってインク液滴の量が決まる。したがって、領域Ｉでは、１ドット上当たりに対するインク液滴の着弾数を同じにして、インク供給路１８の断面積Ａや周長Ｓ、長さｌのパラメータからなるαを大きくしたり、小さくすることで、インク供給路１８に流れる最大流量Ｑが多くなったり、少なくなったりするため、吐出されるインク液滴の量も最大流量Ｑに合わせて多くなったり、少なくなったりする。これにより、領域Ｉでは、インク供給路１８のパラメータを変化させることによって、インク液滴の量が変わり、１ドット当たりの濃度を変えることができるため、画像の濃度Ｎを変えることができる。また、図１５に示すように、領域Ｉでは、画像の濃度Ｎとαとが比例関係となっていることから、式（６）に示す画像の濃度Ｎと、αで置き換えたインク供給路１８から液室１９に供給することができる最大流量Ｑ、即ち吐出して消費されたインクの流量Ｑとが比例関係となることを確認できる。
【０１０７】
このように、領域Ｉでは、インク供給路１８の摩擦損失により液室１９へ供給される供給量の方が少ない、インク供給路１８に流せる最大流量Ｑを変化させることによって、インク液滴の量が変わり、１ドット当たりの濃度が変わるため、画像の濃度Ｎを変えることができる。これに対して、図１５中の領域ＩＩは、１ドット当たりに対するインク液滴の着弾数を同じにし、インク供給路１８のαを変化させて、インク供給路１８に流せる最大流量Ｑを多くしても、印刷に必要な量である一定量しか吐出されないため、１ドット当たりの濃度が変わらず、画像の濃度Ｎが一定となるため、画像の濃度Ｎを調整することができない。プリンタ装置４０では、インク供給路１８のαを５．６よりも小さい範囲で、インク供給路１８の最大流量Ｑを調整することによって、上述したように画像の濃度Ｎを調整することができる。
【０１０８】
インク吐出ヘッド３において、インク供給路１８の最大流量Ｑを変える方法としては、インク供給路１８の断面積Ａや周長Ｓ、長さｌのパラメータの変えて調整する方法がある。この方法では、画像の濃度Ｎを変える度にインク供給路１８の断面積Ａや周長Ｓ、長さｌのパラメータを変えなければならないため、簡単に濃度Ｎを変えることができない。そこで、プリンタ装置４０では、この方法に代わって、インク供給路１８に流せる最大流量Ｑを変える方法として、インク供給路１８内の圧力を調整する。この方法では、インク供給路１８内の圧力を調整するだけで、インク供給路１８の断面積Ａや周長Ｓ、長さｌのパラメータを変えることなく、インク供給路１８に流せる最大流量Ｑを多くしたり、少なくしたりすることができる。このような方法用いたプリンタ装置４０では、１ドット当たりのインク液滴の着弾数を同じにし、インク供給路１８内の圧力を調整することで、吐出されるインク液滴の量が変わり、１ドット当たりの濃度Ｎを変えることができるため、画像の濃度Ｎを容易に制御することができる。この方法を利用して、プリンタ装置４０では、画像の濃度Ｎを制御する。
【０１０９】
プリンタ装置４０は、プリンタ装置１と同じように、インクカートリッジ２と、インク吐出ヘッド３とを備え、このインクカートリッジ２及びインク吐出ヘッド３の他に、インク供給路１８内の圧力を調整する圧力調整部４１を備える。インクカートリッジ２及びインク吐出ヘッド３については、詳細な説明を省略する。
【０１１０】
圧力調整部４１としては、図１７に示すように、例えばインクカートリッジ２を上下させるものである。プリンタ装置４０では、インクカートリッジ２の液面２ａをインク吐出ヘッド３の吐出面１４ａに対して図１７中矢印Ｄ方向に示すように上下させて、インクカートリッジ２からノズル１３に向かって流れるインクの最大流量Ｑを多くしたり、少なくして、微細構造の液室１９による毛管力によって生じるインク供給路１８の圧力が高くなったり、低くなったりする。
【０１１１】
インクカートリッジ２を上下させる圧力調整部４１は、図１７に示すように、インクカートリッジ２に取り付けられ、インクカートリッジ２を移動させる移動板４２と、この移動板４２を移動させる駆動部４３とを有する。移動板４２には、駆動部４３が設けられている側に駆動部４３のギア４５と噛合するギア４４が上下方向に亘って設けられている。駆動部４３には、回転軸４３ａに取り付けられ、円状に形成されたギア４５が設けられている。圧力調整部４１は、駆動部４３の回転軸４３ａが図１７中矢印Ｅ方向に回転することによって、駆動部４３のギア４５が移動板４２のギア４４と噛合しながら回転し、移動板４２が上下方向に移動する。これにより、プリンタ装置１では、インクカートリッジ２が上下に移動する。
【０１１２】
プリンタ装置４０では、圧力調整部４１でインクカートリッジ２の液面２ａの方がインク吐出ヘッド３の吐出面１４ａよりも高くなるように、インクカートリッジ２を上方に移動させることによって、動水勾配が大きくなるため、インクカートリッジ２からインク吐出ヘッド３の流れ込む量が多くなる。これにより、プリンタ装置４０では、インク供給路１８内の圧力が上がり、液室１９に流れるインク量が多くなる。したがって、プリンタ装置４０では、図１５中領域Ｉのようなインク供給路１８に式（４）で示す平均流速公式により算出される式（１０）に示す最大流量Ｑによって吐出されるインク液滴の量が制限され、ノズル１３に対して供給不足の状態から、インク供給路１８に流れる最大流量Ｑが増すことによって、ノズル１３に対して供給するインクの量が増え、吐出できるインク液滴の量が多くなる。プリンタ装置４０では、１ドット当たりに対するインク液滴の着弾数を同じにして、インク液滴の量を多くすることによって、１ドット当たりの濃度が高くなり、画像や文字等の濃度Ｎを高くすることができる。
【０１１３】
一方、プリンタ装置４０では、圧力調整部４１でインクカートリッジ２の液面２ａの方がインク吐出ヘッド３の吐出面１４ａの位置よりも低くなるように、インクカートリッジ２を下方に移動させることによって、動水勾配が減少するため、インクカートリッジ２からインク吐出ヘッド３に流れ込む量が少なくなる。これにより、プリンタ装置４０では、インク供給路１８内の圧力が下がり、液室１９に流れるインク量が少なくなる。したがって、プリンタ装置４０では、図１５中領域Ｉのようなインク供給路１８に流せる最大流量Ｑによって吐出されるインクの流量が制限され、ノズル１３に対して供給不足の状態から、更にインク供給路１８に流れる最大流量Ｑが少なくなり、ノズル１３に対して供給不足となることによって、吐出できるインク液滴の量が更に少なくなる。プリンタ装置４０では、１ドット当たりのインク液滴の着弾数を同じにして、インク液滴の量を少なくすることによって、１ドット当たりの濃度が低くなり、画像や文字等の濃度Ｎの低下させることができる。
【０１１４】
以上のように、プリンタ装置１では、圧力調整部４１でインク供給路１８内を流れるインクの最大流量Ｑを調整することによって、インク供給路１８の断面積Ａや長さｌ、周長Ｓのパラメータや摩擦係数を変えなくても、画像の濃度Ｎを容易に制御することができる。
【０１１５】
具体的に、上記表１のサンプル８のインク吐出ヘッド３を用いて、ベタ印刷を行い、得られた画像の濃度変化を調べたところ以下のようになった。
【０１１６】
なお、インクカートリッジ２の液面２ａとインク吐出ヘッド３の吐出面１４ａの位置の差を水頭差とする。水頭差がプラスの場合には、インクカートリッジ２の液面２ａがインク吐出ヘッド３の吐出面１４ａよりも高くなっており、水頭差がマイナスの場合には、インクカートリッジ２の液面２ａがインク吐出ヘッド３の吐出面１４ａよりも低くなっている。
【０１１７】
サンプル８のインク吐出ヘッド３を用いて、インクの液滴を１回だけ吐出させた場合、ほぼ同一箇所に３回吐出させた場合、５回吐出させた場合とに分けてベタ印刷を行い、得られた画像の濃度の評価を行った。評価結果を図１８に示す。
【０１１８】
図１８に示すように、水頭差がマイナスの場合には、インクカートリッジ２の液面２ａがインク吐出ヘッド３の吐出面１４ａよりも低いため、動水勾配が減少し、インク供給路１８内の圧力が下がり、インク供給路１８から液室１９に流れるインクの量が減り、吐出されるインク液滴の量が減った。これにより、インク吐出ヘッド３では、画像の濃度Ｎが低下した。したがって、プリンタ装置４０では、インクカートリッジ２を下げることによって、インク液滴の量を少なくすることができる。これにより、プリンタ装置４０では、画像や文字等を印刷する場合よりもインクカートリッジ２の位置をインク吐出ヘッド３の位置よりも下げて、動水勾配を更に減少させることで、テスト印刷等の濃度の薄いものを印刷する場合によりインクを節約して印刷することができる。
【０１１９】
また、図１８示すように、水頭差がプラスの場合には、インクカートリッジ２の液面２ａがインク吐出ヘッド３の吐出面１４ａよりも高いため、動水勾配が高くなり、インク供給路１８内の圧力が上がり、インク供給路１８から液室１９に流れるインクの量が多くなり、吐出されるインク液滴の量が増えた。これにより、プリンタ装置４０では、画像の濃度Ｎが高くなった。したがって、プリンタ装置４０では、インクカートリッジ２を上方に上げることによって、インク液滴の量が印刷に必要な量に近づき、例えば画像データ等の濃度の高いものや通常の文字データ等を印刷することができる。
【０１２０】
特に、図１８に示すように、吐出回数が５回の場合に、水頭差が０ｃｍから−６０ｃｍに変化させると、画像の濃度は約５０％低下させることができる。これにより、濃度の低い画像を印刷する場合に、水頭差を−６０ｃｍにすると、インク吐出ヘッド３に流れるインクの量が少なくなり、吐出させるインク液滴の量が少なくなることによって、インクを節約して、濃度の低い画像を印刷できる。
【０１２１】
以上のように、プリンタ装置４０では、圧力調整部４１でインクカートリッジ２の液面２ａをインク吐出ヘッド３の吐出面１５に対して上方又は下方に移動させて、動水勾配を高くしたり、減少させることで、インク供給路１８の長さや摩擦係数を変化させなくても、インク供給路１８に流せる最大流量Ｑを調整でき、容易に１ドット当たりの濃度を変えることができため、画像の濃度Ｎを容易に変えることができる。これにより、プリンタ装置４０では、インク代を節約して濃度の低い画像や文字等を印刷することができる。
【０１２２】
なお、上述した圧力調整部は、インクカートリッジを上下動させるものであったが、このことに限定されず、例えばインクカートリッジを押圧して、インクカートリッジからインク吐出ヘッド３に流れるインクの最大流量Ｑを多くして、インク供給路１８内の圧力を上げるようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明を適用したプリンタ装置の断面図である。
【図２】インク吐出ヘッドの一部平面図である。
【図３】図２中線分Ａ−Ａにおける断面図である。
【図４】インク吐出ヘッドの一部平面図である。
【図５】インク吐出ヘッドの一部平面図である。
【図６】図５中線分Ｃ−Ｃにおける断面図である。
【図７】第１の基板上に材料層を設けた状態を示す断面図である。
【図８】材料層に対して圧力発生素子と対向する位置の周囲及び支持部形成部に対して露光処理を行っている状態を示す断面図である。
【図９】材料層に対してノズル形成部に対して露光処理を行っている状態を示す断面図である。
【図１０】材料層に対して現像処理を起こった状態を示す断面図である。
【図１１】第１の基板上に型が形成された状態を示す斜視図である。
【図１２】第１の基板上に樹脂層を形成した状態を示す断面図である。
【図１３】材料層を除去した状態を示す断面図である。
【図１４】非定常流領域及び定常流領域を示す平面図である。
【図１５】αと濃度との関係を示す近似曲線を示す図である。
【図１６】プリンタ装置を示す概略図である。
【図１７】本発明を適用した他のプリンタ装置を示す概略図である。
【図１８】αと濃度との関係を示すグラフである。
【図１９】従来のインク吐出ヘッドの一部平面図である。
【図２０】図１９中線分Ｆ−Ｆにおける断面図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１  プリンタ装置、２  インクカートリッジ、３  インク吐出ヘッド、４  インク供給部、１１  インク供給部材、１２  第１の基板、１２ａ，１２ｂ  圧力発生素子、１３  ノズル、１４  ノズル部材、１４ａ  吐出面、１５  第２の基板、１６  天板、１７  供給路、１８  インク供給路、１９  液室、２０  切欠部、２１  接着剤、２２  外部配線部材、２３  接続部、２４  接続部、２５  封止剤、２６  支持部材、２７  接着剤、４１  圧力調整部、４２  移動板、４３  駆動部、４４  ギア、４５  ギア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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