特開 2024-139230 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】P2024139230

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】液滴吐出ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20241002BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 501

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050079

(22)【出願日】2023-03-27

(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】水野 泰介

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF01

2C057AF23

2C057AF55

2C057AG02

2C057AG09

2C057AG44

2C057AG48

2C057AP22

2C057AP23

2C057AP31

2C057AQ02

2C057AQ06

2C057BA04

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】高い駆動周波数で、圧電素子に付与する駆動電圧を低くする。
【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２００ｋＨｚ以上である。さらに、ノズルの直径Ｄとノズルのテーパー角度θとは、θ≧－２．３×Ｄ＋６５，θ＞１．９×Ｄを満たす。
【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２００ｋＨｚ以上であり、
前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］と前記ノズルのテーパー角度θ［°］とがθ≧－２．３×Ｄ＋６５，θ＞１．９×Ｄを満たすことを特徴とする、液滴吐出ヘッド。

【請求項2】

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項に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項3】

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２に記載の液滴吐出ヘッド。

【請求項4】

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5】

前記圧力室は、シリコン部材で画定され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6】

前記圧力室の幅が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7】

前記圧力室の長さが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8】

前記テーパー角度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9】

前記テーパー角度θが３５°を超えることを特徴とする、請求項１～８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】

本開示は、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、ノズルのテーパー角度及び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が高いと、ノズルのテーパー角度及びノズルの直径によっては、ノズルから所定量の液滴を吐出させるために、圧電素子に高い駆動電圧を付与する必要がある。

【0006】

圧電素子に高い駆動電圧を付与すると、ジュール熱の法則に基づいて、圧電素子の発熱量が増大する。圧電素子の熱が流路内の液体に伝わると、液体の粘度が低くなる。液体の粘度が低いほど、ノズルから吐出される液滴のサイズが大きい。ノズルから吐出される液滴のサイズが大きいと、その液滴により形成される画像の濃度が高い。

【0007】

本開示の目的は、高い駆動周波数で、圧電素子に付与する駆動電圧を低くできる、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】

【0008】

本開示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２００ｋＨｚ以上であり、前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］と前記ノズルのテーパー角度θ［°］とがθ≧－２．３×Ｄ＋６５，θ＞１．９×Ｄを満たすことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本願発明者が求める高い駆動周波数で液滴吐出ヘッドを駆動するには、固有周波数Ｆｒが２００ｋＨｚ以上であることが望ましい。固有周波数Ｆｒが２００ｋＨｚ以上であるという要件を満たすには、ノズルの直径Ｄ及びノズルのテーパー角度θの最適化が必要であり、後述の解析結果のとおり、ノズルの直径Ｄ［μｍ］とノズルのテーパー角度θ［°］とがθ≧－２．３×Ｄ＋６５を満たす必要がある。さらに、ノズルの直径Ｄ［μｍ］とノズルのテーパー角度θ［°］とがθ＞１．９×Ｄを満たすことにより、圧電素子に付与する駆動電圧を低くできる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本開示の第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】図２は、プリンタ１００の電気的構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、ヘッド１の平面図である。

【図4】図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿ったヘッド１の断面図である。

【図5】図５は、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6】図６は、本開示の第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】

【0011】

＜第１実施形態＞
図１に示すように、プリンタ１００は、本開示の第１実施形態に係るヘッド１を有する。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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とローラ対４２と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。

【0018】

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。

【0019】

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

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

次いで、ヘッド１の構成について説明する。

【0023】

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。

【0024】

流路部材１２の上面には、図３に示すように、供給口１２１及び帰還口１２２が開口している。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。

【0025】

流路部材１２は、共通流路１２Ａと、複数の個別流路１２Ｂとを有する。

【0026】

共通流路１２Ａは、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。

【0027】

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、本開示の「流路」に該当する。

【0028】

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最も下にあるノズル１２Ｎを有するプレートは、金属プレートである。流路部材１２の金属プレート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。

【0029】

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。

【0030】

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。圧力室１２Ｐの幅Ｗは、例えば２２５μｍである。圧力室１２Ｐの長さＬは、例えば３３０μｍである。

【0031】

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、２つのノズル列Ｒ１，Ｒ２を構成している。ノズル列Ｒ１は、紙幅方向に並ぶ複数のノズル１２Ｎで構成されている。ノズル列Ｒ２は、紙幅方向に並ぶ複数のノズル１２Ｎで構成されている。

【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の開口である。ノズル１２Ｎの下端の直径は、ノズル１２Ｎの上端の直径よりも小さい。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、円柱状である。接続路１２Ｄの直径は、ノズル１２Ｎの上端の直径よりも大きい。

【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】

後述する圧電素子１３Ｘの駆動により圧力室１２Ｐの容積が減少すると、圧力室１２Ｐ内のインクに圧力が付与される。圧力が付与されたインクは、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を介して共通流路１２Ａに供給されたものの個別流路１２Ｂへ分配されなかったインクは、帰還口１２２を通じてインクタンクに戻る。

【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。薄膜圧電素子の厚みＴは、５μｍ以下である。本実施形態では、厚みＴは、例えば３μｍ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となる薄膜と個別電極１３Ｃとなる薄膜とを順に形成したものである。

【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、本願発明者が行った解析について説明する。

【0044】

本願発明者は、ノズル１２Ｎの開口の直径Ｄとノズル１２Ｎのテーパー角度θとが、個別流路１２Ｂの固有周波数Ｆｒに影響することに着眼し、直径Ｄ及びテーパー角度θが異なる複数のヘッド１について、固有周波数Ｆｒを求めた。ここで、直径Ｄ及びテーパー角度θ以外の個別流路１２Ｂの構成は、複数のヘッド１において共通である。図５に、本願発明者が行った解析の結果を示す。図５から、固有周波数Ｆｒと、直径Ｄ及びテーパー角度θとに、相関関係があることがわかる。

【0045】

図５から、ノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］とノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］とがθ≧－２．３×Ｄ＋６５を満たす場合に、固有周波数Ｆｒが２００ｋＨｚ以上であることが分かる。一方、本願発明者が求める駆動周波数でヘッド１を駆動するには、固有周波数Ｆｒが２００ｋＨｚ以上であることが望ましい。したがって、本実施形態のヘッド１において、ノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］とノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］とがθ≧－２．３×Ｄ＋６５を満たすと、本願発明者が求める駆動周波数でヘッド１を駆動することができる。

【0046】

さらに、本願発明者は、以下の事項を知見している。ノズル１２Ｎの直径Ｄが大きくなるにつれて、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高くする必要がある。また、ノズル１２Ｎのテーパー角度θが小さいほど、接続路１２Ｄの直径とノズル１２Ｎの上端の直径との差が大きい。その差が大きいと、接続路１２Ｄを流れるインクは、ノズル１２Ｎの上端に至る際に大きな抵抗を受ける。すると、圧電素子１３Ｘがインクに付与した圧力が当該抵抗によって減衰し、ノズル１２Ｎから吐出されるインクの量に影響する。ノズル１２Ｎから所定量のインク滴を吐出させるためには、ノズル１２Ｎのテーパー角度θが小さいほど、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を高くして、圧力が減衰する影響を打ち消す必要がある。そこで、本願発明者は、固有周波数Ｆｒが２００ｋＨｚ以上であり、かつ、高すぎない駆動電圧を圧電素子１３Ｘへ付与するためには、ノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］とノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］とがθ＞１．９×Ｄを満たすことが適切であることを知見した。

【0047】

θ≧－２．３×Ｄ＋６５，θ＞１．９×Ｄを満たす領域Ａを、図５に破線で示す。

【0048】

以上に述べたように、ノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］とノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］とがθ≧－２．３×Ｄ＋６５を満たすようにヘッド１を構成することで、個別流路１２Ｂの固有周波数Ｆｒは２００ｋＨｚ以上となる。さらに、ノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］とノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］とがθ＞１．９×Ｄを満たすようにヘッド１を構成することで、低い駆動電圧で圧電素子１３Ｘを駆動しても、高い駆動周波数で十分な量のインクがノズル１２Ｎから吐出される。

【0049】

圧電素子１３Ｘに高い駆動電圧を付与すると、ジュール熱の法則に基づいて、圧電素子１３Ｘの発熱量が増大する。圧電素子１３Ｘの熱が個別流路１２Ｂ内のインクに伝わると、インクの粘度が低くなる。インクの粘度が低いほど、ノズル１２Ｎから吐出されるインク滴のサイズが大きい。ノズル１２Ｎから吐出されるインク滴のサイズが大きいと、そのインク滴により形成される画像の濃度が高い。

【0050】

また、駆動する圧電素子１３Ｘと駆動しない圧電素子１３Ｘとがあると、複数の個別流路１２Ｂを流れるインクの粘度にばらつきが生じる。複数の個別流路１２Ｂを流れるインクの粘度にばらつきが生じると、各個別流路１２Ｂのノズル１２Ｎから吐出されるインク滴のサイズにもばらつきが生じることで、画質が悪化する。

【0051】

この点、本実施形態では、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を低くできるため、圧電素子１３Ｘの抵抗によるジュール熱が小さくなり、圧電素子１３Ｘの発熱が抑えられる。圧電素子１３Ｘの発熱が抑えられることで、インクの粘度が所定の粘度よりも低くならず、かつ、複数の個別流路１２Ｂを流れるインクの粘度にばらつきが生じない。その結果、良好な画質が得られる。

【0052】

一般に、インクの粘度が高くなるにつれて、ノズル１２Ｎから所定量のインク滴を吐出させるために必要な、圧電素子１３Ｘの変形量が大きくなる。圧電素子１３Ｘの変形量を大きくするには、圧電素子１３Ｘに高い駆動電圧を付与する必要がある。この点、本実施形態では、ノズル１２Ｎの直径Ｄ［μｍ］とノズル１２Ｎのテーパー角度θ［°］とがθ＞１．９×Ｄを満たすことにより、圧電素子１３Ｘの所定の変形量を得るための、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を低くできる。そのため、高粘度のインクを用いる場合に、圧電素子１３Ｘの変形量を大きくする必要があっても、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を低くできる。

【0053】

なお、固有周波数Ｆｒが２００ｋＨｚ以上であること、及び、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧が低いことを実現するため、ノズル１２Ｎの直径Ｄ及びテーパー角度θを最適化する代わりに、圧力室１２Ｐの幅Ｗ及び長さＬを最適化することが考えられる。しかしながら、圧力室１２Ｐの幅Ｗ及び長さＬを最適化するには、圧力室１２Ｐとアクチュエータ部材１３との双方を考慮して最適化する必要がある。本実施形態では、ノズル１２Ｎの直径Ｄ及びテーパー角度θを最適化するため、ノズル１２Ｎだけを考慮して最適化すればよい。

【0054】

圧電素子１３Ｘが変形すると、圧力室１２Ｐの形状が変化する。圧力室１２Ｐは、圧電素子１３Ｘの変形を吸収するダンパとして機能する。圧力室１２Ｐの容積が小さいほど、圧力室１２Ｐを構成する流路部材１２の剛性が大きい。流路部材１２の剛性が大きいほど、個別流路１２Ｂの固有周波数Ｆｒが高い。ここで、本実施形態の圧電素子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２００ｋＨｚ以上という要件を満たすことができる。さらに、厚みＴが小さい薄膜圧電素子は変形し易いため、低い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。

【0055】

薄膜圧電素子の厚みＴは、５μｍ以下である。薄膜圧電素子の厚みＴが５μｍ以下の場合、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２００ｋＨｚ以上という要件を満たすことと、低い駆動電圧で圧電素子１３Ｘを十分に変形させることとを、より確実に実現できる。

【0056】

圧力室１２Ｐの幅Ｗは、３００μｍ以下である。圧力室１２Ｐの幅Ｗが小さいほど、圧力室１２Ｐを構成する流路部材１２の剛性が大きい。流路部材１２の剛性が大きいほど、個別流路１２Ｂの固有周波数Ｆｒが高い。本実施形態では、圧力室１２Ｐの幅Ｗが３００μｍ以下と小さいため、固有周波数Ｆｒが２００ｋＨｚ以上という要件をより確実に満たすことができる。

【0057】

圧力室１２Ｐの長さＬは、３５０μｍ以下である。圧力室１２Ｐの長さＬが小さいほど、圧力室１２Ｐを構成する流路部材１２の剛性が大きい。流路部材１２の剛性が大きいほど、個別流路１２Ｂの固有周波数Ｆｒが高い。本実施形態では、圧力室１２Ｐの長さＬが３５０μｍ以下と小さいため、固有周波数Ｆｒが２００ｋＨｚ以上という要件をより確実に満たすことができる。

【0058】

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。

【0059】

テーパー角度θは、３５°を超える。テーパー角度θが小さいほど、接続路１２Ｄの直径とノズル１２Ｎの上端の直径との差が大きい。その差が大きいと、接続路１２Ｄを流れるインクは、ノズル１２Ｎの上端に至る際に大きな抵抗を受ける。すると、圧電素子１３Ｘがインクに付与した圧力が当該抵抗によって減衰し、ノズル１２Ｎから吐出されるインクの量に影響する。ノズル１２Ｎから所定量のインク滴を吐出させるためには、ノズル１２Ｎのテーパー角度θが小さいほど、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を高くして、圧力が減衰する影響を打ち消す必要がある。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、接続路１２Ｄの直径とノズル１２Ｎの上端の直径との差が小さい。したがって、上記のような圧力の減衰が生じず、圧電素子１３Ｘに付与する駆動電圧を低くできる。

【0060】

＜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６に示すとおり、ノズル２１２Ｎ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。

【0061】

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。圧力室２１２Ｐも、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、流路部材は、複数のプレートを含む。複数のプレートのうちノズル２１２Ｎ及び圧力室２１２Ｐを有するプレートは、シリコンプレートである。

【0062】

レーザー加工又はパンチング加工で図３に示すような円形状の開口を有するノズル１２Ｎを形成するときの加工精度は、レーザー加工又はパンチング加工で図６に示すような矩形状の開口を有するノズル２１２Ｎを形成するときの加工精度よりも高い。一方、エッチング加工で図６に示すような矩形状の開口を有するノズル２１２Ｎを形成するときの加工精度は、エッチング加工で図３に示すような円形状の開口を有するノズル１２Ｎを形成するときの加工精度よりも高い。

【0063】

加工精度が高いことで、ノズル２１２Ｎ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２１２Ｎ間での直径Ｄのばらつきがなくなる。

【0064】

シリコン材料に対して適用されるエッチング加工では、金属材料に対して適用されるレーザー加工又はパンチング加工よりも、微細な加工ができる。ここで、本実施形態では、ノズル２１２Ｎだけでなく、圧力室２１２Ｐも、シリコン材料で画定され、エッチング加工で形成される。この場合、エッチングの微細な加工によって、圧力室２１２Ｐの容積を小さくできる。圧力室２１２Ｐの容積が小さいと、圧力室２１２Ｐを構成する流路部材の剛性を大きく、個別流路２１２Ｂの固有周波数Ｆｒを高くできる。また、容積が小さい圧力室２１Ｐ２に対し、変形し易い薄膜圧電素子を設けることで、駆動電圧を低くできる。

【0065】

＜変形例＞
以上、本開示の好適な実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限られるものではない。本開示は、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。

【0066】

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。

【0067】

本開示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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

本開示は、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、本開示は、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、本開示は、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】

【0071】

１ ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１２ 流路部材
１２Ｂ；２１２Ｂ 個別流路（流路）
１２Ｎ；２１２Ｎ ノズル
１２Ｐ；２１２Ｐ 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】