特開 2024-125059 液滴吐出ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024125059

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】液滴吐出ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20240906BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 607

B41J2/14 301

B41J2/14 613

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023033136

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】弁理士法人ＡＴＥＮ

(72)【発明者】

【氏名】吉野 隆晃

(72)【発明者】

【氏名】垣内 徹

(72)【発明者】

【氏名】水野 泰介

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF01

2C057AG02

2C057AG09

2C057AG15

2C057AG29

2C057AG44

2C057AN05

2C057BA04

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】高い駆動周波数で、記録に十分な量の液滴を吐出させる。
【解決手段】プリンタは、ノズルとノズルに連通する圧力室とを含む個別流路を有する流路部材と、圧力室内のインクに圧力を付与してノズルからインク滴を吐出させる圧電素子とを備えている。個別流路の固有周波数Ｆｒは２５０ｋＨｚ以上である。さらに、ノズルの直径Ｄ［μｍ］が固有周波数Ｆｒ［ｋＨｚ］と下記式（１）の関係を有する。直線Ｌ１は、「Ｄ＝０．０４４６×Ｆｒ＋７．５」を示す。直線Ｌ１’は、「Ｄ＝０．０４４６×Ｆｒ＋１３．５」を示す。
０．０４４６×Ｆｒ＋７．５≦Ｄ≦０．０４４６×Ｆｒ＋１３．５ ・・・式（１）
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ノズルと前記ノズルに連通する圧力室とを含む流路を有する流路部材と、
前記流路部材に固定され、前記圧力室内の液体に圧力を付与して前記ノズルから液滴を吐出させる圧電素子と、を備え、
前記流路の固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上であり、
前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］が前記固有周波数Ｆｒ［ｋＨｚ］と下記式（１）の関係を有することを特徴とする、液滴吐出ヘッド。
０．０４４６×Ｆｒ＋７．５≦Ｄ≦０．０４４６×Ｆｒ＋１３．５ ・・・式（１）

【請求項2】

前記ノズルのテーパー角度θ［°］が前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］と下記式（２）の関係を有することを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
θ≧－２．２×Ｄ＋８７．２ ・・・式（２）

【請求項3】

前記固有周波数Ｆｒが３００ｋＨｚ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項4】

前記ノズルのテーパー角度θ［°］が前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］と下記式（３）の関係を有することを特徴とする、請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
θ≦－２．２×Ｄ＋１１６．６ ・・・式（３）

【請求項5】

前記ノズルのテーパー角度θ［°］が前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］と下記式（４）の関係を有することを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
θ≧２．１×Ｄ－１２．８ ・・・式（４）

【請求項6】

前記圧電素子は薄膜圧電素子であることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項7】

前記薄膜圧電素子の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項8】

前記ノズルは、シリコン部材で画定され、矩形状の開口を有することを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項9】

前記圧力室の幅は３００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項10】

前記圧力室の長さは３５０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項11】

前記ノズルのテーパー角度θが４５°未満であることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項12】

前記ノズルのテーパー角度θが３５°を超えることを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項13】

前記液滴により記録される画像の解像度である記録解像度が１２００ｄｐｉ以上であることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。

【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させる液滴吐出ヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、２５～４０ｋＨｚ程度の駆動周波数で記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）を駆動する場合の、ノズルの直径の数値が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－２７９８６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

高速記録を行うため、駆動周波数をより高くすることが考えられる。駆動周波数を高めるための手段の１つは、流路の固有周波数Ｆｒを高めることである。

【0005】

しかしながら、固有周波数Ｆｒを高めた場合、ノズルの直径によっては、記録に十分な量の液滴を吐出させることができない。

【0006】

本発明の目的は、高い駆動周波数で、記録に十分な量の液滴を吐出させることができる、液滴吐出ヘッドを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルと前記ノズルに連通する圧力室とを含む流路を有する流路部材と、前記流路部材に固定され、前記圧力室内の液体に圧力を付与して前記ノズルから液滴を吐出させる圧電素子と、を備え、前記流路の固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上であり、前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］が前記固有周波数Ｆｒ［ｋＨｚ］と下記式（１）の関係を有することを特徴とする。
０．０４４６×Ｆｒ＋７．５≦Ｄ≦０．０４４６×Ｆｒ＋１３．５ ・・・式（１）

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係るヘッド１を含むプリンタ１００の平面図である。

【図2】プリンタ１００の電気的構成を示すブロック図である。

【図3】ヘッド１の平面図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線に沿ったヘッド１の断面図である。

【図5】ノズルの直径Ｄ及び個別流路の固有周波数Ｆｒと、インク滴の量Ｖとの関係を示すグラフである。

【図6】ノズルの直径Ｄ及びノズルのテーパー角度θと、個別流路の固有周波数Ｆｒとの関係を示すグラフである。

【図7】本発明の第２実施形態に係るヘッドの個別流路１２Ｂを示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るヘッド１は、図１に示すように、プリンタ１００に含まれている。

【0010】

プリンタ１００は、筐体１００Ａと、ヘッドユニット１Ｘと、プラテン３と、搬送機構４と、制御部５とを備えている。ヘッドユニット１Ｘ、プラテン３、搬送機構４及び制御部５は、筐体１００Ａ内に配置されている。

【0011】

プリンタ１００は、さらに、筐体１００Ａの外面に配置されたボタンを備えている。

【0012】

ヘッドユニット１Ｘの紙幅方向の長さは、ヘッドユニット１Ｘの搬送方向の長さよりも長い。紙幅方向は、用紙９の幅に沿った方向であり、鉛直方向と直交する。ヘッドユニット１Ｘは、筐体１００Ａに固定されている。ヘッドユニット１Ｘの種類は、ライン式である。

【0013】

ヘッドユニット１Ｘは、４つのヘッド１を含む。４つのヘッド１は、紙幅方向に千鳥状に配置されている。ヘッド１の紙幅方向の長さは、ヘッド１の搬送方向の長さよりも長い。

【0014】

プラテン３は、鉛直方向と直交する平面に沿った板であり、ヘッドユニット１Ｘの下方に配置されている。プラテン３の上面に用紙９が支持される。

【0015】

搬送機構４は、２つのローラを有するローラ対４１と、２つのローラを有するローラ対４２と、図２に示す搬送モータ４３とを含む。搬送方向において、ヘッドユニット１Ｘ及びプラテン３が、ローラ対４１，４２の間に配置されている。搬送方向は、鉛直方向及び紙幅方向と直交する。

【0016】

制御部５の制御により搬送モータ４３が駆動されると、ローラ対４１，４２のローラが回転する。ローラ対４１，４２のローラが回転することによって、ローラ対４１，４２のローラに挟持された用紙９が搬送方向に搬送される。

【0017】

制御部５は、図２に示すように、ＣＰＵ５１と、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ５３とを含む。

【0018】

ＣＰＵ５１は、外部装置又は上記ボタンから入力されたデータに基づいて、ＲＯＭ５２やＲＡＭ５３に記憶されているプログラム及びデータにしたがい、各種制御を実行する。外部装置は、例えばpersonal computer (PC)である。

【0019】

ＲＯＭ５２には、ＣＰＵ５１が各種制御を行うためのプログラム及びデータが格納されている。ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５１がプログラムを実行する際に用いるデータを一時的に記憶する。

【0020】

次いで、ヘッド１の構成について説明する。

【0021】

ヘッド１は、図４に示すように、流路部材１２と、アクチュエータ部材１３とを含む。

【0022】

流路部材１２の上面には、図３に示すように、２つの供給口１２１及び２つの帰還口１２２が開口している。２つの供給口１２１は、流路部材１２における紙幅方向の一端に配置されている。２つの帰還口１２２は、流路部材１２における紙幅方向の他端に配置されている。供給口１２１及び帰還口１２２は、チューブを介してインクタンクと連通している。

【0023】

流路部材１２は、２つの共通流路１２Ａと、複数の個別流路１２Ｂとを有する。

【0024】

２つの共通流路１２Ａは、搬送方向に並び、かつ、それぞれ紙幅方向に延びている。共通流路１２Ａにおける紙幅方向の一端に、供給口１２１が接続されている。共通流路１２Ａにおける紙幅方向の他端に、帰還口１２２が接続されている。共通流路１２Ａは、供給口１２１及び帰還口１２２を介してインクタンクに連通し、かつ、複数の個別流路１２Ｂに連通している。

【0025】

個別流路１２Ｂは、ノズル１２Ｎと、ノズル１２Ｎに連通する圧力室１２Ｐと、ノズル１２Ｎと圧力室１２Ｐとを接続する接続路１２Ｄとを含む。個別流路１２Ｂは、本発明の「流路」に該当する。

【0026】

流路部材１２の下面に複数のノズル１２Ｎが開口し、流路部材１２の上面に複数の圧力室１２Ｐが開口している。ノズル１２Ｎの開口は円形状であり、圧力室１２Ｐの開口は略矩形状である。

【0027】

本実施形態のノズル１２Ｎは、金属部材で画定され、レーザー加工又はパンチング加工により形成されたものである。例えば、流路部材１２は、複数のプレートを含む。複数のプレートのうちノズル１２Ｎを有するプレートは、金属プレートである。

【0028】

圧力室１２Ｐの幅Ｗは、３００μｍ以下である。圧力室１２Ｐの長さＬは、３５０μｍ以下である。幅Ｗは紙幅方向の長さであり、長さＬは搬送方向の長さである。例えば、圧力室１２Ｐの幅Ｗは、２２５μｍである。圧力室１２Ｐの長さＬは、３３０μｍである。

【0029】

ノズル１２Ｎは、図３に示すように、紙幅方向に千鳥状に配置され、４つのノズル列Ｒ１～Ｒ４を構成している。各ノズル列Ｒ１～Ｒ４は、紙幅方向に並ぶ複数のノズル１２Ｎで構成されている。

【0030】

各ノズル列Ｒ１～Ｒ４において、複数のノズル１２Ｎは、紙幅方向に３００ｄｐｉ以上のピッチＰで配置されている。本実施形態では、各ノズル列Ｒ１～Ｒ４における記録解像度が３００ｄｐｉであり、ピッチＰは約８４μｍである。記録解像度とは、ノズル１２Ｎから吐出されたインク滴により記録される画像の解像度である。

【0031】

搬送方向に互いに隣接する２つのノズル列間では、紙幅方向におけるノズル１２Ｎの位置が、ピッチＰの半分ずれている。これにより、各ノズル列Ｒ１～Ｒ４における記録解像度が３００ｄｐｉの場合、４つのノズル列Ｒ１～Ｒ４により１２００ｄｐｉの記録解像度が実現される。本実施形態のヘッド１は、紙幅方向及び搬送方向において１２００ｄｐｉ×１２００ｄｐｉの記録解像度を有する。

【0032】

ノズル１２Ｎは、図４に示すように、下方に向かって先細りの形状を有する。ノズル１２Ｎの下端は、ノズル１２Ｎの開口であり、ノズル１２Ｎの上端よりも小さい直径を有する。本実施形態において、ノズル１２Ｎを画定する側壁は、鉛直方向に対して傾斜している。ノズル１２Ｎのテーパー角度θは、ノズル１２Ｎを画定する側壁の鉛直方向に対する鋭角側の角度である。ノズル１２Ｎのテーパー角度θは、３５°を超え、かつ、４５°未満である。

【0033】

接続路１２Ｄは、図４に示すように、圧力室１２Ｐの搬送方向の一端と、ノズル１２Ｎの上端とを接続している。接続路１２Ｄは、円柱状であり、ノズル１２Ｎの上端の直径よりも大きい直径を有する。

【0034】

インクタンク内のインクは、制御部５の制御により図２に示すポンプ１０が駆動されることで、供給口１２１を介して共通流路１２Ａに供給され、共通流路１２Ａから複数の個別流路１２Ｂに分配される。

【0035】

個別流路１２Ｂ内において、圧力室１２Ｐ内のインクは、後述する圧電素子１３Ｘの駆動により圧力室１２Ｐの容積が減少し、圧力が付与されることで、接続路１２Ｄを通ってノズル１２Ｎからインク滴として吐出される。

【0036】

供給口１２１から供給されたインクは、共通流路１２Ａ内を紙幅方向の一端から他端に向けて移動し、帰還口１２２に至る。帰還口１２２に至ったインクは、チューブを介してインクタンクに戻される。

【0037】

アクチュエータ部材１３は、図４に示すように、流路部材１２の上面に固定されている。アクチュエータ部材１３は、金属製の振動板１３Ａと、圧電層１３Ｂと、複数の個別電極１３Ｃとを含む。

【0038】

アクチュエータ部材１３において圧力室１２Ｐと鉛直方向に重なる部分が、圧電素子１３Ｘとして機能する。圧電素子１３Ｘは、個別電極１３Ｃに付与される電位に応じて独立して変形可能である。

【0039】

圧電素子１３Ｘは、薄膜圧電素子である。薄膜圧電素子とは、いわゆるmicro electro mechanical systems（ＭＥＭＳ)である。圧電素子１３Ｘは、振動板１３Ａの上面に圧電層１３Ｂとなる薄膜及び個別電極１３Ｃとなる薄膜が順に成膜されることによって、形成される。薄膜圧電素子の厚みＴは、５μｍ以下である。例えば、厚みＴは、３μｍである。

【0040】

振動板１３Ａは、流路部材１２の上面に、複数の圧力室１２Ｐを覆うように配置されている。圧電層１３Ｂは、振動板１３Ａの上面に配置されている。個別電極１３Ｃは、圧電層１３Ｂの上面に、圧力室１２Ｐと鉛直方向に重なるように配置されている。

【0041】

振動板１３Ａ及び複数の個別電極１３Ｃは、ドライバＩＣ１４と電気的に接続されている。ドライバＩＣ１４は、振動板１３Ａの電位をグランド電位に維持する一方、個別電極１３Ｃの電位を変化させる。振動板１３Ａは、複数の圧電素子１３Ｘに共通の電極である共通電極として機能する。

【0042】

ドライバＩＣ１４は、制御部５からの制御信号に基づいて駆動信号を生成し、当該駆動信号を個別電極１３Ｃに供給する。駆動信号は、個別電極１３Ｃの電位を所定の駆動電位とグランド電位との間で変化させる。

【0043】

次いで、本願発明者等が行った解析について説明する。

【0044】

［第１解析］
本願発明者等は、ノズル１２Ｎの直径Ｄ、圧力室１２Ｐの幅Ｗ及び圧力室１２Ｐの長さＬが互いに異なる複数のヘッド１の第１解析モデルについて、個別流路１２Ｂの固有周波数Ｆｒと、インク滴の量Ｖとを求めた。図５に解析結果を示す。複数の第１解析モデルにおいて、圧力室１２Ｐの幅Ｗ、圧力室１２Ｐの長さＬ及びノズル１２Ｎの直径Ｄ以外の個別流路１２Ｂの構成は互いに同じである。直径Ｄは、ノズル１２Ｎの開口の直径である。

【0045】

圧力室１２Ｐの幅Ｗ、圧力室１２Ｐの長さＬ及びノズル１２Ｎの直径Ｄは、固有周波数Ｆｒに影響する。したがって、複数の第１解析モデルにおいて、固有周波数Ｆｒは様々である。

【0046】

図５は、各第１解析モデルにおいて、圧電素子１３Ｘに対して駆動信号を付与することで吐出されたインク滴の量Ｖを、グレースケールでプロットしたものである。なお、複数の第１解析モデルにおいて、インク滴の吐出速度が互いに同じになるように、駆動電位を調整した。

【0047】

駆動信号に含まれるパルスの幅は、Acoustic Length（ＡＬ）と等しい。ＡＬは、個別流路１２Ｂにおける圧力波の片道伝搬時間である。複数の第１解析モデルは、個別流路１２Ｂの構成が互いに異なるため、ＡＬが互いに異なる。したがって、第１解析モデル毎にパルス幅を異ならせた。

【0048】

図５から、固有周波数Ｆｒが高いほど、インク滴の量Ｖが少ないことが分かる。また、ノズル１２Ｎの径Ｄが小さいほど、インク滴の量Ｖが少ないことが分かる。

【0049】

本実施形態において、記録解像度は１２００ｄｐｉ以上である。当該記録解像度において良質な画像を記録するには、ノズル１２Ｎから３．５～４．５ｐｌのインク滴を吐出させる必要がある。

【0050】

図５において、「Ｄ＝０．０４４６×Ｆｒ＋７．５」の直線Ｌ１よりも上側は、インク滴の量Ｖが３．５ｐｌ以上の範囲である。「Ｄ＝０．０４４６×Ｆｒ＋１３．５」の直線Ｌ１’よりも下側は、インク滴の量Ｖが４．５ｐｌ以下の範囲である。したがって、ノズル１２Ｎの直径Ｄが固有周波数Ｆｒと下記式（１）の関係を有することで、記録に十分な量のインク滴を吐出させることができる。
０．０４４６×Ｆｒ＋７．５≦Ｄ≦０．０４４６×Ｆｒ＋１３．５ ・・・式（１）

【0051】

本実施形態では、駆動周波数を高めるため、固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上である。また、圧電素子１３Ｘの剛性が大きいことによる後述の問題を防ぐため、固有周波数Ｆｒは３００ｋＨｚ以下であることが好ましい。

【0052】

［第２解析］
本願発明者等は、さらに、ノズル１２Ｎの直径Ｄ及びテーパー角度θが互いに異なる複数のヘッド１の第２解析モデルについて、固有周波数Ｆｒを求めた。図６に解析結果を示す。複数の第２解析モデルにおいて、ノズル１２Ｎの直径Ｄ及びテーパー角度θ以外の個別流路１２Ｂの構成は互いに同じである。

【0053】

ノズル１２Ｎの直径Ｄ及びテーパー角度θは、固有周波数Ｆｒに影響する。したがって、複数の第２解析モデルにおいて、固有周波数Ｆｒは様々である。

【0054】

図６において、「θ＝－２．２×Ｄ＋８７．２」の直線Ｌ２よりも上側は、固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上の範囲である。したがって、ノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］がノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］と下記式（２）の関係を有する場合に、固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上となる。
θ≧－２．２×Ｄ＋８７．２ ・・・式（２）

【0055】

図６において、「－２．２×Ｄ＋１１６．６」の直線Ｌ３よりも下側は、固有周波数Ｆｒが３００ｋＨｚ以下の範囲である。したがって、ノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］がノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］と下記式（３）の関係を有する場合に、固有周波数Ｆｒが３００ｋＨｚ以下となる。
θ≦－２．２×Ｄ＋１１６．６ ・・・式（３）

【0056】

図６において、「±０Ｖ」の破線は、ノズル１２Ｎから所定量のインク滴を吐出させるために圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧が基準電圧（例えば２０Ｖ）となる、ノズル１２Ｎの直径Ｄとノズル１２Ｎのテーパー角度θとの関係式である。「－２Ｖ」の破線は、ノズル１２Ｎから所定量のインク滴を吐出させるために圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧が基準電圧よりも２Ｖ低い（例えば１８Ｖとなる）、ノズル１２Ｎの直径Ｄとノズル１２Ｎのテーパー角度θとの関係式である。「＋２Ｖ」の実線は、ノズル１２Ｎから所定量のインク滴を吐出させるために圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧が基準電圧よりも２Ｖ高い（例えば２２Ｖ）となる、ノズル１２Ｎの直径Ｄとノズル１２Ｎのテーパー角度θとの関係式である。

【0057】

「＋２Ｖ」の実線は、「θ＝２．１×Ｄ－１２．８」の直線Ｌ４と等しい。直線Ｌ４よりも上側は、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧の基準電圧からの増加量が２Ｖ以下となる範囲である。したがって、ノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］がノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］と下記式（４）の関係を有する場合に、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧の基準電圧からの増加量を２Ｖ以下にすることができる。
θ≧２．１×Ｄ－１２．８ ・・・式（４）

【0058】

以上に述べたように、本実施形態によれば、固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上であるため、駆動周波数を高めることができる。また、ノズル１２Ｎの直径Ｄが固有周波数Ｆｒと下記式（１）の関係を有することで、図５に示す解析結果のとおり、記録に十分な量のインク滴を吐出させることができる。
０．０４４６×Ｆｒ＋７．５≦Ｄ≦０．０４４６×Ｆｒ＋１３．５ ・・・式（１）

【0059】

ノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］がノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］と下記式（２）の関係を有する。この場合、図６に示す解析結果のとおり、固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上という要件をより確実に実現できる。
θ≧－２．２×Ｄ＋８７．２ ・・・式（２）

【0060】

固有周波数Ｆｒが３００ｋＨｚ以下である。固有周波数Ｆｒが３００ｋＨｚを超えると、圧電素子１３Ｘの剛性が大きいことで、圧電素子１３Ｘを変形させるために圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を大きくする必要がある。ひいては、圧電素子１３Ｘの発熱量が大きくなり、圧電素子１３Ｘの熱が個別流路１２Ｂ内のインクに伝わることで、インクの粘度が低くなる。この場合、インクの粘度が所定の粘度よりも低くなることで、ノズル１２Ｎから吐出されるインク滴のサイズが所定のサイズよりも大きくなる。その結果、ノズル１２Ｎから吐出されたインク滴により形成される画像の濃度が、所定の濃度よりも高くなる。この点、本実施形態では、固有周波数Ｆｒが３００ｋＨｚ以下であるため、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を大きくする必要がなく、上記のような不具合が生じない。

【0061】

ノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］がノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］と下記式（３）の関係を有する。この場合、図６に示す解析結果のとおり、固有周波数Ｆｒが３００ｋＨｚ以下という要件をより確実に実現できる。
θ≦－２．２×Ｄ＋１１６．６ ・・・式（３）

【0062】

ノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］がノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］と下記式（４）の関係を有する。この場合、図６の解析結果のとおり、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧が大きくならない。仮に、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧が大きくなると、圧電素子１３Ｘの発熱量が大きくなり、圧電素子１３Ｘの熱が個別流路１２Ｂ内のインクに伝わることで、インクの粘度が低くなる。この場合、インクの粘度が所定の粘度よりも低くなることで、ノズル１２Ｎから吐出されるインク滴のサイズが所定のサイズよりも大きくなる。その結果、ノズル１２Ｎから吐出されたインク滴により形成される画像の濃度が、所定の濃度よりも高くなる。この点、本実施形態では、図６の解析結果のとおり、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧が大きくならならないため、駆動電圧が大きい場合に生じる上記のような不具合が生じない。
θ≧２．１×Ｄ－１２．８ ・・・式（４）

【0063】

圧電素子１３Ｘは、薄膜圧電素子である。薄膜圧電素子は、厚みＴが小さいため、変形し易く、圧力室１２Ｐが小さくても十分に変形できる。したがって、圧電素子１３Ｘが薄膜圧電素子である場合、圧力室１２Ｐを小さくすることで固有周波数Ｆｒを高めて固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上という要件を満たすことができる。さらに、小さな駆動電圧で圧電素子１３Ｘを十分に変形させることができる。

【0064】

薄膜圧電素子の厚みＴは、５μｍ以下である。この場合、上記のような薄膜圧電素子による効果をより確実に得ることができる。

【0065】

圧力室１２Ｐの幅Ｗは、３００μｍ以下である。この場合、圧力室１２Ｐのサイズが小さいため、圧力室１２Ｐの剛性が大きくなり、固有周波数Ｆｒが高くなる。その結果、固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上という要件をより確実に満たすことができる。

【0066】

圧力室１２Ｐの長さＬは、３５０μｍ以下である。この場合、圧力室１２Ｐのサイズが小さいため、圧力室１２Ｐの剛性が大きくなり、固有周波数Ｆｒが高くなる。その結果、固有周波数Ｆｒが２５０ｋＨｚ以上という要件をより確実に満たすことができる。

【0067】

テーパー角度θは、４５°未満である。テーパー角度θが４５°以上であると、ノズル１２Ｎを画定する側壁の勾配が大きすぎることで、ノズル１２Ｎの開口にあるメニスカスがノズル１２Ｎの上端に向かって移動し、メニスカスが壊れ易い。この点、本実施形態では、テーパー角度θが４５°未満であるため、ノズル１２Ｎの開口にあるメニスカスがノズル１２Ｎの上端に向かって移動し難く、メニスカスが壊れ難い。

【0068】

テーパー角度θは、３５°を超える。テーパー角度θが３５°以下であると、接続路１２Ｄとノズル１２Ｎとの境界部分において個別流路１２Ｂの断面積が急激に変化する。そのため、接続路１２Ｄからノズル１２Ｎに至る際の圧力損失が大きくなり、ノズル１２Ｎから所定量のインク滴を吐出させるために圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を大きくする必要がある。この点、本実施形態では、テーパー角度θが３５°を超えるため、上記境界部分における断面積の変化量が小さくなり、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を小さくできる。

【0069】

記録解像度が１２００ｄｐｉ以上である。この場合、高画質化を実現できる。また、当該記録解像度において、ノズル１２Ｎの直径Ｄが固有周波数Ｆｒと上記式（１）の関係を有することで、記録に十分な量のインク滴を吐出させることができる。

【0070】

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、図３に示すとおり、ノズル１２Ｎの開口が円形状である。これに対し、第２実施形態では、図７に示すとおり、ノズル１２Ｎの開口が矩形状である。第２実施形態のようにノズル２１２Ｎの開口が矩形状の場合、当該矩形と同じ面積の円の直径をノズルの直径Ｄとする。

【0071】

第１実施形態のノズル１２Ｎは、金属部材で画定され、レーザー加工又はパンチング加工で形成される。これに対し、第２実施形態のノズル２１２Ｎは、シリコン部材で画定され、エッチング加工で形成される。例えば、流路部材１２は、複数のプレートを含む。複数のプレートのうちノズル１２Ｎを有するプレートは、シリコンプレートである。

【0072】

レーザー加工又はパンチング加工でノズルが形成される場合、図３に示すようにノズル１２Ｎの開口が円形状の方が、図７に示すようにノズル２１２Ｎの開口が矩形状のときよりも、加工精度が高い。一方、エッチング加工でノズルが形成される場合、図７に示すようにノズル２１２Ｎの開口が矩形状の方が、図３に示すようにノズル１２Ｎの開口が円形状のときよりも、加工精度が高い。

【0073】

加工精度が高いことで、ノズル１２Ｎの直径Ｄを所望の値にすることができる。また、複数のノズル１２Ｎ間での直径Ｄのばらつきがなくなる。

【0074】

＜変形例＞
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

【0075】

上述の実施形態において、圧電素子を構成する電極は、個別電極及び共通電極を含む２層構成であるが、３層構成であってもよい。例えば、３層構成とは、高電位及び低電位が選択的に付与される駆動電極と、高電位に保持される高電位電極と、低電位に保持される低電位電極とを含む構成である。

【0076】

本発明の液滴吐出ヘッドの種類は、ライン式に限定されず、シリアル式であってもよい。

【0077】

液滴を吐出する対象は、用紙に限定されない。例えば、液滴を吐出する対象は、布、基板又はプラスチックであってもよい。

【0078】

ノズルから吐出される液滴は、インク滴に限定されない。例えば、液滴は、インク中の成分を凝集又は析出させる処理液の液滴であってもよい。

【0079】

本発明は、プリンタに限定されず、ファクシミリ、コピー機及び複合機にも適用可能である。また、本発明は、画像の記録以外の用途で使用される液滴吐出装置にも適用可能である。例えば、本発明は、基板に導電性の液体を吐出して導電パターンを形成する液滴吐出装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0080】

１ ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１２ 流路部材
１２Ｂ 個別流路（流路）
１２Ｎ ノズル
１２Ｐ 圧力室
１３Ｘ 圧電素子
１００ プリンタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】