(57)【要約】      （修正有）【課題】大容量のインク滴を吐出可能であり、高速駆動時の吐出安定性に優れ、インク滴の速度変動を抑制できるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置、インクジェットヘッドの製造方法、インクジェット印刷方法、及び、設計データ生成プログラムの提供。【解決手段】開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備え、下記式で表される指数Ａが０．３〜０．４であるインクジェット記録装置。2017221930.tif 000024〔Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）；Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）；ノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）〕【選択図】図４
2017221930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備え、下記式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【数１】
2017221930.tif 000020
〔式（１）において、Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）、Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）、Ｃはノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）である。〕
【請求項２】
請求項１記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項３】
開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備えたインクジェットヘッドを製造する際に、
下記式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲になるように設計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。
【数２】
2017221930.tif 000021
〔式（１）において、Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）、Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）、Ｃはノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）である。〕
【請求項４】
開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備え、下記式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲であるインクジェットヘッドを用いて、前記ノズルからインク滴を吐出して印刷を行うことを特徴とするインクジェット印刷方法。
【数３】
2017221930.tif 000022
〔式（１）において、Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）、Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）、Ｃはノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）である。〕
【請求項５】
前記ノズルから１０ｋＨｚ以上の吐出周波数でインク滴を吐出して印刷を行うことを特徴とする請求項４記載のインクジェット印刷方法。
【請求項６】
開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備えたインクジェットヘッドの設計データを生成する設計データ生成プログラムであって、
インクを選択する選択部と、インクに対応するインク物性データが記憶された記憶部と、下記式（１）に基づいて計算する計算部とを備えたコンピューターに、
前記選択部に、インクを選択させる工程と、
前記計算部に、選択された前記インクに対応する前記インク物性データを前記記憶部から読み込ませる工程と、
前記計算部に、読み込ませた前記インク物性データに基づいて、下記式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲になるようにインクジェットヘッドの設計データを生成させる工程と
を実行させることを特徴とする設計データ生成プログラム。
【数４】
2017221930.tif 000023
〔式（１）において、Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）、Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）、Ｃはノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）である。〕
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量のインク滴を吐出可能であり、高速駆動時の吐出安定性に優れ、インク滴の速度変動を抑制できるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置、インクジェットヘッドの製造方法、インクジェット印刷方法、及び、設計データ生成プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、インクジェット法による安定した画像形成を実現するために、ノズルメニスカスの運動方程式に基づくパラメーターによって、インク物性及びインクジェットヘッドのインク供給系の形状を特定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１１７９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
大容量のインク滴を吐出可能な開口面積１５９０μｍ２以上（直径換算で４５μｍ以上）の大口径ノズルを備えたインクジェットヘッドにおいて、高速駆動時の吐出安定性と、インク滴の速度変動の抑制を実現する技術は確立されていない。
【０００５】
特許文献１の技術も、この課題を解決するものではない。
【０００６】
そこで本発明の課題は、大容量のインク滴を吐出可能であり、高速駆動時の吐出安定性に優れ、インク滴の速度変動を抑制できるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置、インクジェットヘッドの製造方法、インクジェット印刷方法、及び、設計データ生成プログラムを提供することにある。
【０００７】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【０００９】
１．
開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備え、下記式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【数５】
2017221930.tif 000003
〔式（１）において、Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）、Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）、Ｃはノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）である。〕
２．
前記１記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
３．
開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備えたインクジェットヘッドを製造する際に、
下記式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲になるように設計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。
【数６】
2017221930.tif 000004
〔式（１）において、Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）、Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）、Ｃはノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）である。〕
４．
開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備え、下記式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲であるインクジェットヘッドを用いて、前記ノズルからインク滴を吐出して印刷を行うことを特徴とするインクジェット印刷方法。
【数７】
2017221930.tif 000005
〔式（１）において、Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）、Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）、Ｃはノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）である。〕
５．
前記ノズルから１０ｋＨｚ以上の吐出周波数でインク滴を吐出して印刷を行うことを特徴とする前記４記載のインクジェット印刷方法。
６．
開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備えたインクジェットヘッドの設計データを生成する設計データ生成プログラムであって、
インクを選択する選択部と、インクに対応するインク物性データが記憶された記憶部と、下記式（１）に基づいて計算する計算部とを備えたコンピューターに、
前記選択部に、インクを選択させる工程と、
前記計算部に、選択された前記インクに対応する前記インク物性データを前記記憶部から読み込ませる工程と、
前記計算部に、読み込ませた前記インク物性データに基づいて、下記式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲になるようにインクジェットヘッドの設計データを生成させる工程と
を実行させることを特徴とする設計データ生成プログラム。
【数８】
2017221930.tif 000006
〔式（１）において、Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）、Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）、Ｃはノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）である。〕
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大容量のインク滴を吐出可能であり、高速駆動時の吐出安定性に優れ、インク滴の速度変動を抑制できるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置、インクジェットヘッドの製造方法、インクジェット印刷方法、及び、設計データ生成プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】インクジェットヘッドの一例を概念的に示す分解斜視図
【図２】インクジェットヘッドの一例を概念的に示す斜視図
【図３】インクジェットヘッドのインク吐出時の動作の一例を説明する図
【図４】図１及び図２に示したインクジェットヘッドのチャネル内及びノズル内に形成されるインク流路部分を概念的に示す斜視図
【図５】指数Ａとメニスカス面の戻り時間ｔとの相関を示すグラフ
【図６】メニスカス溢れΔｘとインク滴の速度低下との相関を示すグラフ
【図７】指数Ａとメニスカス溢れΔｘとの相関を示すグラフ
【図８】設計データ生成コンピューターの一例を示す機能ブロック図
【図９】インクの登録処理の例を示す図
【図１０】インクデータテーブルの例を示す図
【図１１】設計データ生成処理の例を示す図
【図１２】インクジェットヘッドの他の例を概念的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について詳しく説明する。
【００１３】
本発明のインクジェットヘッドは、開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備え、下記式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲であることを一つの特徴とする。
【００１４】
【数９】
2017221930.tif 000007
【００１５】
〔式（１）において、Ｍはノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）、Ｒはノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（Ｐａ・ｓ／ｍ３）、Ｃはノズル音響容量（ｍ３／Ｐａ）である。〕
【００１６】
かかるインクジェットヘッドによれば、大容量のインク滴を吐出可能であり、高速駆動時の吐出安定性に優れ、インク滴の速度変動を抑制できる効果が得られる。
【００１７】
まず、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドについて、図１及び図２を参照して説明する。
【００１８】
図１はインクジェットヘッドの一例を概念的に示す分解斜視図であり、図２は図１に示したインクジェットヘッドの斜視図である。
【００１９】
図１及び図２において、１はノズルプレート、２はチャネル基材、３はマニホールド部材である。
【００２０】
ノズルプレート１は、チャネル基材２の前端面に取付けられている。ノズルプレート１には、インク滴を吐出するための複数のノズル１１が設けられている。
【００２１】
各ノズル１１の開口面積は１５９０μｍ２以上に設定されている。ここでいう開口面積は、ノズルにおけるインク吐出側（先端側）の開口面積である。
【００２２】
チャネル基材２には、複数のチャネル２１が設けられている。チャネル２１の長手方向の一端はノズル１１に連通されている。
【００２３】
なお、本実施形態では、チャネル２１として、ノズル１１に連通された吐出チャネルと、ノズル１１が設けられていないダミーチャネル（不吐出チャネルともいう）とを交互に並設している。
【００２４】
チャネル２１は、隔壁２２を介して、複数並設されている。チャネル２１と隔壁２２とが交互に並設されることによって、一つの隔壁２２をその両隣のチャネル２１で共用している。
【００２５】
隔壁２２は、分極方向を互いに反対方向とした圧電材料からなる上壁部２２ａと下壁部２２ｂとによって構成されている。圧電材料は格別限定されず、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等を用いることができる。
【００２６】
ここでは、チャネル基材２は、ベース基板２３と、カバー基板２４とにより構成されている。ベース基板２３は、上壁部２２ａ及び下壁部２２ｂに対応する圧電材料の積層体からなる。ベース基板２３の上面（図中、上側の面）には、チャネル２１に対応する複数の溝が並設され、これらの溝間に隔壁２２を形成している。かかるベース基板２３の上面にカバー基板２４を接合することによってチャネル２１を形成している。
【００２７】
マニホールド部材３は、チャネル基材２の後端面に取付けられている。マニホールド部材３のマニホールド３１には、各チャネル２１の長手方向の他端が連通されている。また、マニホールド３１は、インクチューブ３２によって、図示しないインクタンクに連通されている。
【００２８】
インクタンクから供給されるインクは、マニホールド３１から各チャネル２１に供給される。そして、各チャネル２に連通されたノズル１１から吐出される。即ち、チャネル２１は、マニホールド３１とノズル１１との間を接続する流路を形成している。各チャネル２１は、各ノズル１１に対応する個別の流路を形成している。
【００２９】
チャネル２１内に臨む隔壁２２の表面には、電極が形成されている（図３参照）。この電極に所定の駆動電圧を印加することによって隔壁２２をくの字状に変形動作させる。これにより、チャネル２１内のインクに吐出のための圧力を与え、該チャネル２１に対応するノズル１１からインク滴を吐出する。該電極は、例えば、マニホールド部材３とチャネル基材２との間の、図示しない配線が設けられた基板（配線基板）と電気的に接続されている。また、該配線基板は、駆動信号発生部（図３参照）に接続されている。
【００３０】
次に、インクジェットヘッドのインク吐出時の動作の一例について図３を参照して説明する。
【００３１】
図３では、図１及び図２に示した複数のチャネル２１及び複数の隔壁２２のうちの一部、具体的には隔壁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄで隔てられた３つのチャネル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを示している。
【００３２】
隔壁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄに付された矢印は上壁部２２ａ及び下壁部２２ｂの分極方向を示している。このように、圧電材料からなる上壁部２２ａ及び下壁部２２ｂの分極方向は、互いに反対方向となるように配置することができる。
【００３３】
各チャネル２１内の隔壁２２表面には電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃが形成され、各電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃは、隔壁２２を駆動してチャネル２１内のインクを吐出するための駆動信号を供給する駆動信号発生部１００に接続している。
【００３４】
まず、電極２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃのいずれにも駆動信号が印加されない時は、隔壁２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃのいずれも変形しない（図３（ａ））。この状態において、電極２５Ａ及び２５Ｃを接地すると共に電極２５Ｂに駆動信号を印加すると、隔壁２２Ｂ、２２Ｃを構成する圧電材料の分極方向に直角な方向の電界が生じ、各隔壁２２Ｂ、２２Ｃ共に、それぞれ上壁部２２ａと下壁部２２ｂの接合面にズリ変形を生じ、隔壁２２Ｂ、２２Ｃは互いに外側に向けて変形する。これにより、チャネル２１Ｂの容積を拡大して該チャネル２１Ｂ内に負の圧力が生じてインクが流れ込む（図３（ｂ））。
【００３５】
更に、この状態から電位を０に戻すと、隔壁２２Ｂ、２２Ｃは図３（ｂ）に示す膨張位置から図３（ａ）に示す中立位置に戻り、チャネル２１Ｂ内のインクに圧力が掛かる。
【００３６】
次いで、隔壁２２Ｂ、２２Ｃを互いに逆方向に変形するように駆動信号を印加して、チャネル２１Ｂの容積を縮小すると、該チャネル２１Ｂ内に正の圧力が生じる（図３（ｃ））。
【００３７】
このような駆動信号に基づく一連の動作によって、チャネル２１Ｂと連通するノズル内のメニスカスからインク滴が分離され、ノズルからインクを吐出することができる。
【００３８】
インク吐出動作においては、メニスカスの状態を制御することによって、高速駆動時の吐出安定性と、インク滴の速度変動の抑制が実現できる。そして、本発明の特徴である指数Ａにより、開口面積が１５９０μｍ２以上という大口径ノズルにおけるメニスカスの状態を制御することが可能となる。即ち、指数Ａは、開口面積が１５９０μｍ２以上という大口径ノズルにおけるメニスカス状態を支配する因子になる。
【００３９】
なお、指数Ａは、ノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（合計イナータンスともいう）Ｍ、ノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（合計粘性抵抗ともいう）Ｒ及びノズル音響容量Ｃに基づくメニスカス減衰振動系の運動方程式（Ｍｘ’’＋Ｒｘ’＋ｘ／Ｃ＝０）の解ｘ（ｔ）において、メニスカス振動の位相が反転したときの振幅の比に相当する。
【００４０】
以下に、図４を参照して、指数Ａを構成する各成分について説明する。
【００４１】
図４は、図１及び図２に示したインクジェットヘッドのノズル１１内及びチャネル２１内に形成されるインク流路部分を概念的に示す斜視図である。
【００４２】
図４において、１１ａはノズル１１内に形成されるノズル内流路であり、２１ａはチャネル２１内に形成されるチャネル内流路である。
【００４３】
まず、ノズルイナータンスとチャネルイナータンスの合計（合計イナータンスともいう）Ｍ（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）は、下記式（２）で示される。
【００４４】
【数１０】
2017221930.tif 000008
【００４５】
〔式（２）において、ρはインク密度、Ｓは流路断面積、ｘはインク流れ方向の位置、ＬＮはノズル長、ＬＣはチャネル長であり、何れもＳＩ単位とする。〕
【００４６】
インク密度ρは、２０℃において測定される値である。
【００４７】
インク流れ方向の位置ｘは、ノズル１１の開口の位置を基準（ゼロ）とし、インク流れ方向上流側を正方向としたときの位置である。
【００４８】
流路断面積Ｓは、インク流れ方向と直交する流路断面の面積である。
【００４９】
ノズル長ＬＮは、ノズル内流路１１ａのインク流れ方向の長さであり、チャネル長ＬＣは、チャネル内流路２１ａのインク流れ方向の長さである。
【００５０】
式（２）における、右辺第１項はノズルイナータンスに、右辺第２項はチャネルイナータンスにそれぞれ対応する。
【００５１】
なお、図４に示した例のように、チャネル内流路２１ａにおける流路断面積Ｓが、インク流れ方向の位置ｘによらず一定であり、且つ断面が方形状である場合、合計イナータンスＭ（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）は、下記式（３）で表すこともできる。
【００５２】
【数１１】
2017221930.tif 000009
【００５３】
〔式（３）において、ρはインク密度、Ｓは流路断面積、ｘはインク流れ方向の位置、ＬＮはノズル長、ＬＣはチャネル長であり、ｋ＝１．３（定数）であり、何れもＳＩ単位とする。〕
【００５４】
合計イナータンスＭの下限は格別限定されないが、例えば、２．０×１０８（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）以上とすることができる。合計イナータンスＭの上限は格別限定されないが、例えば、４．０×１０８（Ｐａ・ｓ２／ｍ３）以下とすることができる。
【００５５】
次に、ノズル粘性抵抗とチャネル粘性抵抗の合計（合計粘性抵抗ともいう）Ｒ（Ｐａ・ｓ／ｍ３）は、下記式（４）で示される。
【００５６】
【数１２】
2017221930.tif 000010
【００５７】
2017221930.tif 000011
【００５８】
インク粘度μは、２０℃において測定される値である。
【００５９】
2017221930.tif 000012
【００６０】
【数１３】
2017221930.tif 000013
【００６１】
〔式（５）において、ａはインク流れ方向と直交する流路断面の長辺の長さ、ｂはインク流れ方向と直交する流路断面の短辺の長さであり、流路断面が円形状であればａ＝ｂである。〕
【００６２】
図４に示すノズル内流路１１ａのように、流路断面が円形状であれば、直径がａ（＝ｂ）に対応する。また、チャネル内流路２１ａのように流路断面が縦長の方形状である場合、縦方向の辺が長辺ａに、横方向の辺が短辺ｂにそれぞれ対応する。また、図示しないが、流路断面が正方形状である場合、一辺の長さがａ（＝ｂ）に対応する。
【００６３】
式（４）における、右辺第１項はノズル粘性抵抗に、右辺第２項はチャネル粘性抵抗にそれぞれ対応する。
【００６４】
合計粘性抵抗Ｒの下限は格別限定されないが、例えば、１．０×１０１２（Ｐａ・ｓ／ｍ３）以上とすることができる。合計粘性抵抗Ｒの上限は格別限定されないが、例えば、３．９×１０１２（Ｐａ・ｓ／ｍ３）以下とすることができる。
【００６５】
次に、ノズル音響容量（コンプライアンスともいう）Ｃ（ｍ３／Ｐａ）は、下記式（６）で示される。
【００６６】
【数１４】
2017221930.tif 000014
【００６７】
〔式（６）において、σはインク表面張力、φはノズル開口直径であり、何れもＳＩ単位とする。〕
【００６８】
インク表面張力σは、２０℃において測定される値である。
【００６９】
ノズル開口直径φは、ノズル１１におけるインク吐出側（先端側）の開口の直径である。
【００７０】
なお、ノズル開口が円形状でない場合、ノズル開口直径φは、下記式（７）によって換算することができる。
【００７１】
【数１５】
2017221930.tif 000015
【００７２】
〔式（７）において、ａ０はノズル開口の長辺の長さ、ｂ０はノズル開口の短辺の長さである。〕
【００７３】
ノズル音響容量Ｃの下限は格別限定されないが、例えば、２．０×１０−１８（ｍ３／Ｐａ）以上とすることができる。ノズル音響容量Ｃの上限は格別限定されないが、例えば、１．０×１０−１７（ｍ３／Ｐａ）以下とすることができる。
【００７４】
インクジェットヘッドにおいて、高速駆動時の吐出安定性、及び、インク滴の速度変動を支配する因子が存在すれば、該因子を調整することによって、高速駆動時の吐出安定性を向上し、インク滴の速度変動を抑制することができる。
【００７５】
特許文献１が規定するイナータンス及び音響抵抗は、開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備えるインクジェットヘッドにおいては、高速駆動時の吐出安定性、及び、インク滴の速度変動を支配する因子たりえない。
【００７６】
開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備えるインクジェットヘッドにおいては、上述した指数Ａが、高速駆動時の吐出安定性、及び、インク滴の速度変動を支配する因子になる。
【００７７】
以下に、指数Ａと、高速駆動時の吐出安定性、及び、インク滴の速度変動との相関について説明する。
【００７８】
例として、表１に示すノズル開口面積ＳＮ、合計イナータンスＭ、合計粘性抵抗Ｒ、音響容量Ｃ、及び指数Ａを有する１０個のインクジェットヘッドＮｏ．１〜１０の各々について、メニスカス面の戻り時間ｔ（μｓ）及びメニスカス最大変位量ｘｍａｘ（μｍ）をコンピューターシミュレーションによって求めることができる。
【００７９】
「メニスカス面の戻り時間ｔ」とは、駆動信号の印加によってメニスカスがインク吐出方向と反対方向に最大に引きこまれた時点から、メニスカスが初期位置（インクを吐出するための駆動信号が印加される直前の位置）に復帰する時点までの時間である。
【００８０】
「メニスカス最大変位量ｘｍａｘ」とは、メニスカスの初期位置（インクを吐出するための駆動信号が印加される直前の位置）に対するメニスカスの最大変位量であり、インク吐出方向を正方向とする。
【００８１】
更に、メニスカス最大変位量ｘｍａｘ（μｍ）をノズル開口の外周の長さ（μｍ）で割って、ノズル開口外周の単位長さ当たりのメニスカス溢れ（以下、単に「メニスカス溢れ」ともいう）Δｘ（無次元）を求めることができる。
【００８２】
これらの値を表１に示す。
【００８３】
【表１】
2017221930.tif 000016
【００８４】
まず、表１及び図５に基づいて、指数Ａと高速駆動時の吐出安定性の相関について検証する。
【００８５】
１０ｋＨｚ以上の高い吐出周波数での高速駆動時の吐出安定性を得るために、メニスカス面の戻り時間ｔは短いことが好ましく、具体的には、例えば２００μｓ以下であることが好ましく、１００μｓ以下であることが更に好ましい。
【００８６】
このとき、図５のグラフ（表１に示した指数Ａとメニスカス面の戻り時間ｔのプロット）に示すように、指数Ａと、メニスカス面の戻り時間ｔとの間に相関が確認された。この相関に基づいて、指数Ａが０．３以上であることによって、メニスカス面の戻り時間ｔが２００μｓ以下になることがわかる。これにより、高速駆動時の吐出安定性に優れることがわかる。
【００８７】
次に、表１及び図６、７に基づいて指数Ａと液滴の速度変動の相関について検証する。
【００８８】
大口径のノズルを備えたインクジェットヘッドにおいては、図６のグラフに示すように、メニスカス溢れΔｘの増大が、インク滴の速度低下の原因になることが確認された。
【００８９】
「インク滴の速度低下」とは、１発目のインク滴飛翔速度ｖ１に対する２発目のインク滴飛翔速度ｖ２の変化量Δｖ（％）で表され、具体的には下記式（８）に示す通りである。
【００９０】
Δｖ＝｛（ｖ２−ｖ１）／ｖ１｝×１００
・・・（８）
【００９１】
開口面積が１５９０μｍ２以上である大口径ノズルから大容量のインク滴を吐出する場合においては、インク滴の速度低下（変化量Δｖ）を−１４％程度以内に抑制することが好ましい。これにより大容量のインク滴の着弾ずれが好適に防止されるため、印刷精度を向上できる。
【００９２】
図６のグラフより、インク滴の速度低下（変化量Δｖ）を−１４％程度以内に抑制するために、メニスカス溢れΔｘは０．１３程度以下であることが望ましいことがわかる。
【００９３】
このとき、図７のグラフ（表１に示した指数Ａとメニスカス溢れΔｘのプロット）に示すように、指数Ａと、メニスカス溢れ量Δｘとの間に相関が確認された。この相関に基づいて、指数Ａが０．４以下であることによって、メニスカス溢れΔｘが０．１３程度以下になることがわかる。これにより、インク滴の速度低下（変化量Δｖ）が−１４％程度以内に抑制されることがわかる。
【００９４】
以上のことから、開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備えるインクジェットヘッドにおいては、指数Ａが、高速駆動時の吐出安定性、及び、インク滴の速度変動の何れにも相関を示し、これらを支配する因子になることがわかる。
【００９５】
そして、開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備え、指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲であるインクジェットヘッドは、大容量のインク滴を吐出可能であり、高速駆動時の吐出安定性に優れ、インク滴の速度変動を抑制できることがわかる。
【００９６】
次に、インクジェットヘッドの製造方法について説明する。
【００９７】
本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルを備えたインクジェットヘッドを製造する際に、上述した指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲になるように設計することを一つの特徴とする。
【００９８】
2017221930.tif 000017
【００９９】
また、上述したインクジェットヘッドの設計に際しては、以下に説明する設計データ生成プログラムを好ましく用いることができる。
【０１００】
設計データ生成プログラムの実行には、コンピューターを用いることができる。
【０１０１】
図８に示すように、コンピューター４は、インクを選択する選択部４１と、インクに対応するインク物性データを記憶する記憶部４２と、指数Ａに係る上述した式（１）に基づいて計算する計算部４３を備えることができる。また、コンピューター４は、入出力部４４、表示部４５を備えることができる。
【０１０２】
ここでは、設計データ生成プログラムを実行する前に、登録プログラムによってインクの登録処理を実行する。
【０１０３】
図９に示すように、登録処理において、まず、ユーザーは、インクと該インクのインク物性データを入出力部４４によりコンピューター４に入力する（Ｓ１０）。
【０１０４】
インク物性データは、インク物性値としてインク密度ρ、インク粘度μ、インク表面張力σを含む。
【０１０５】
複数種のインクを、各インクのインク物性データと共に入力することができる。
【０１０６】
インクと該インクのインク物性データは、互いに対応付けされて、インクデータテーブルとして記憶部４２に保存される（Ｓ１１）。
【０１０７】
以上により登録処理が終了する。
【０１０８】
図１０は、インクデータテーブルの一例を示している。
【０１０９】
インクデータテーブルにおいて、複数種のインクが、各インクのインク物性データと対応付けられている。
【０１１０】
次に、図１１を参照して、設計データ生成プログラムによる設計データ生成処理について説明する。
【０１１１】
設計データ生成プログラムは、まず、選択部４１に、インクを選択させる工程を実行させる（Ｓ２０）。
【０１１２】
選択部４１は、選択候補となるインクを表示部４５によってディスプレイ等に表示させて、ユーザーにより、インクを選択可能に構成することができる。選択候補となるインクとして、予めインクデータテーブルに登録されているインクを表示することができる。
【０１１３】
次いで、設計データ生成プログラムは、計算部４３に、選択されたインクに対応するインク物性データを記憶部４２から読み込ませる工程を実行させる（Ｓ２１）。
【０１１４】
選択されたインクに対応するインク物性データは、インクデータテーブルに基づいて特定することができる。
【０１１５】
次いで、設計データ生成プログラムは、計算部４３に、読み込ませたインク物性データに基づいて、式（１）で表される指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲になるようにインクジェットヘッドの設計データを生成させる工程を実行させる（Ｓ２２）。
【０１１６】
2017221930.tif 000018
【０１１７】
このようにして、選択されたインクとの関係で、指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲になる設計データが生成される。
【０１１８】
生成された設計データは、表示部４５により表示することができる（Ｓ２３）。
【０１１９】
以上により設計データ生成処理が終了する。
【０１２０】
選択したインク及び得られた設計データに基づいて、本発明のインクジェットヘッドを効率的に設計し、製造することができる。
【０１２１】
2017221930.tif 000019
【０１２２】
以上の説明では、吐出チャネルとダミーチャネルを交互に並設してノズル列を構成する場合について主に示したが、これに限定されない。例えば、ダミーチャネルを介さずに、吐出チャネルを並設してノズル列を構成する場合にも好ましく適用できる。ダミーチャネルを設ける場合は、各吐出チャネルを独立駆動する駆動方法を好適に用いることができる。一方、ダミーチャネルを設けない場合は、各吐出チャネルを所定のサイクル（例えば３サイクル）で駆動する駆動方法を好適に用いることができる。例えばノズルから１０ｋＨｚ以上の吐出周波数でインク滴を吐出するような高速駆動を好適に実現する観点では、各吐出チャネルを独立駆動可能に構成することが好ましい。
【０１２３】
また、以上の説明では、チャネルからノズルにかけて、インク流れ方向が直線的である場合について主に示したが、これに限定されない。インク流れ方向が非直線的である場合（湾曲あるいは屈曲している場合）であっても好ましく適用できる。インク流れ方向が非直線的である場合、指数Ａに係る合計イナータンスＭ及び合計粘性抵抗Ｒを構成する積分項は、湾曲あるいは屈曲したインク流れ方向に沿って積分すればよい。
【０１２４】
従って、圧電材料により構成された隔壁をせん断変形させてインク吐出するシアモード（shear mode）タイプのインクジェットヘッドに限定されず、種々のインクジェットヘッドに適用でき、例えば、圧電素子を備えた振動板を撓み変形させてインクを吐出する撓みモードのインクジェットヘッド等にも好ましく適用できる。
【０１２５】
図１２は、インクジェットヘッドの他の例を概念的に示す断面図であり、撓みモードのインクジェットヘッドの一例を示している。
【０１２６】
図１２に示すインクジェットヘッドにおいて、インクは、マニホールド３１から、ノズル１１毎に設けられた個別流路であるチャネル２１を介して、各ノズル１１に供給される。マニホールド３１はインク流入口３３を介して図示しないインクタンクに連通されている。
【０１２７】
チャネル２１を構成する壁面の一部は、圧電素子５１が接合された弾性体からなる振動板５２により構成されている。圧電素子５１には、駆動信号を印加するための図示しない電極を設けることができる。
【０１２８】
駆動信号の印加により振動板５２を撓み変形させることによって、チャネル２１内の容積を変化させて、該チャネル２１に連通するノズル１１からインクを吐出することができる。
【０１２９】
このような撓みモードのインクジェットヘッドにおいても、開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズル１１を備え、指数Ａが０．３以上０．４以下の範囲であることによって、大容量のインク滴を吐出可能であり、高速駆動時の吐出安定性に優れ、インク滴の速度変動を抑制できる効果を奏する。
【０１３０】
図１２の例では、チャネル２１内に形成されるインク流れ方向が屈曲しているが、上述したように、このような場合にも指数Ａを適用できる。即ち、指数Ａに係る合計イナータンスＭ及び合計粘性抵抗Ｒを構成する積分項を、屈曲したインク流れ方向に沿って積分すればよい。
【０１３１】
インクジェットの吐出方式としては、チャネル内のインクに圧力を加えてノズルからインクを吐出するように構成されたインクジェットヘッドであれば、本発明を好ましく適用でき、上述した圧電素子を用いたピエゾ方式に限定されず、例えば、発熱材料により構成された発熱体を用いたサーマル方式（バブルジェット（登録商標）方式ともいう）等であってもよい。
【０１３２】
以上に説明したインクジェットヘッドを備える本発明のインクジェット記録装置によれば、開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルから大容量のインク滴を吐出可能であり、好ましくは１０ｋＨｚ以上の高速駆動時の吐出安定性に優れ、インク滴の速度変動を抑制できる効果が得られる。
【０１３３】
また、以上に説明したインクジェットヘッドを用いた本発明のインクジェット印刷方法によれば、開口面積が１５９０μｍ２以上であるノズルから大容量のインク滴を吐出可能であり、好ましくは１０ｋＨｚ以上の高速駆動時の吐出安定性に優れ、インク滴の速度変動を抑制できる効果が得られる。
【０１３４】
本発明のインクジェットヘッドの用途は格別限定されず、大容量のインク滴を吐出する種々の用途に広く用いることができる。
【０１３５】
大容量のインク滴を吐出することによって、例えば、印刷媒体表面に、インクジェット法によって凹凸による画像を印刷して加飾効果を付与することができる。このような加飾効果が付与された印刷物は、陶器や磁器のタイルや壁紙等の表面が加飾された建造物の外装材や内装材として、建材やインテリアの分野における利用が期待される。また、家電製品や家具、文具、洗剤等の日用品や食品のパッケージ等、外装材の塗装における利用も期待される。
【符号の説明】
【０１３６】
１：ノズルプレート
１１：ノズル
１１ａ：ノズル内流路
２：チャネル基材
２１：チャネル
２１ａ：チャネル内流路
２２：隔壁
３：マニホールド部材
３１：マニホールド
４：コンピューター
４１：選択部
４２：記憶部
４３：計算部
４４：入出力部
４５：表示部
【図１】
2017221930.tif 000025
【図２】
2017221930.tif 000026
【図３】
2017221930.tif 000027
【図４】
2017221930.tif 000028
【図５】
2017221930.tif 000029
【図６】
2017221930.tif 000030
【図７】
2017221930.tif 000031
【図８】
2017221930.tif 000032
【図９】
2017221930.tif 000033
【図１０】
2017221930.tif 000034
【図１１】
2017221930.tif 000035
【図１２】
2017221930.tif 000036