JP2018051980A - 噴射孔プレート、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目的に応じて液滴サイズを変更することができ、商品性に優れた噴射孔プレート、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】本発明は、小径ノズル孔８１、及び小径ノズル孔８１よりも大径に形成されるとともに、小径ノズル孔８１に対してインクの流通方向の下流側で小径ノズル孔８１に連通する大径ノズル孔８２が形成されたノズルプレート５１に関する。【選択図】図３

Description

本発明は、噴射孔プレート、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

被記録媒体（例えば、記録紙等）に液滴状のインクを吐出して、被記録媒体に情報（例えば、画像や文字等）を記録する装置として、インクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタがある。インクジェットヘッドは、インクが充填されるチャネルが形成されたアクチュエータプレートと、チャネル内に連通するノズル孔を有するノズルプレートと、を有している。インクジェットヘッドでは、チャネル内の容積が拡縮するようにアクチュエータプレートが変形することで、チャネル内に充填されたインクがノズル孔を通して吐出される。

ここで、例えば下記特許文献１には、大径ノズル孔と、大径ノズル孔よりも小径の小径ノズル孔と、がノズルプレートに形成された構成が開示されている。大径ノズル孔及び小径ノズル孔は、ノズルプレートにおいて例えばチャネルの配列方向に交互に並んで形成されている。大径ノズル孔及び小径ノズル孔は、それぞれ異なるチャネルに連通している。
この構成によれば、大径ノズル孔及び小径ノズル孔のそれぞれからインクを吐出することで、大径ノズル孔を通して大液滴のインクが吐出されるとともに、小径ノズル孔を通して小液滴のインクが吐出される。これにより、同一色で異なる液滴サイズのインクを吐出することができ、諧調性に富んだ情報を記録できるとされている。

特開２００６−２７２６１４号公報

ところで、近時では、インクジェットヘッドから吐出されるインクの液滴サイズを、目的（例えば、高速印刷や高解像度印刷等）に応じて変更する構成が検討されている。このような構成として、小径ノズル孔からインクを吐出する小液滴モードと、大径ノズル孔からインクを吐出する大液滴モードと、を切り替える構成が考えられる。

しかしながら、上述した特許文献１の構成では、大径ノズル孔と小径ノズル孔とが交互に形成されているため、同径のノズル孔のみを配列する場合に比べて、隣り合う同径のノズル孔同士の配列ピッチが広くなる。そのため、印刷時の液滴のピッチを狭くするには限界があり、解像度の向上が難しい。

また、各ノズル孔の内面で作用する表面張力（メニスカス強度）はノズル孔の内径によって異なる。そのため、内径の異なる複数のノズル孔がノズルプレートの同一平面上で開口している場合には、各ノズル孔で適正なメニスカスを形成することが難しい。また、ノズルプレートの同一平面上で開口する各ノズル孔で適正なメニスカスを形成するには、小径ノズル孔と大径ノズル孔との内径差を大きくすることに限界がある。その結果、小液滴モードと大液滴モードとの液滴サイズの差分を大きくすることが難しい。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、目的に応じて液滴サイズを変更することができ、商品性に優れた噴射孔プレート、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明の一態様に係る噴射孔プレートは、液体を噴射する第１噴射孔及び第２噴射孔が形成されたプレート本体を有し、前記第２噴射孔は、前記第１噴射孔よりも大径に形成されるとともに、前記第１噴射孔に対して液体の流通方向の下流側で前記第１噴射孔に連通している。

この構成によれば、例えば噴射孔の上流側で連通するチャネル内での液体の圧力を変更することで、液体噴射ヘッドから噴射される液滴のサイズを変更できる。すなわち、本態様では、第１噴射孔にメニスカスを形成した状態で小液滴を噴射する小液滴モードと、第２噴射孔にメニスカスを形成した状態で大液滴を噴射する大液滴モードと、に切り替えることができる。この場合、小液滴モードでは、大液滴モードに比べて１つの液滴での印刷範囲を小さくできる。これにより、例えば大液滴モードよりも駆動周波数を高めることで、液体噴射ヘッドの走査方向における液滴のピッチを狭くすることができ、高解像度印刷を実現できる。一方、大液滴モードでは、小液滴モードに比べて１つの液滴での印刷範囲を大きくすることができるので、高速印刷を実現できる。このように、小液滴モードと大液滴モードとを例えばチャネル内の圧力に応じて切り替えることができるので、液体噴射ヘッドから吐出される液体の液滴サイズを、目的に応じて簡単に変更することができる。

特に、本態様では、第１噴射孔及び第２噴射孔が液体の流通方向で連通して形成されているので、例えば第１噴射孔及び第２噴射孔がプレート本体の同一平面上で交互に開口している場合に比べて、隣り合う同径の噴射孔同士の配列ピッチを狭くできる。これにより、噴射孔の配列方向における液滴のピッチを狭くすることができ、解像度の向上を図ることができる。
また、本態様の噴射孔プレートは、同径の噴射孔がプレート本体の同一平面上で開口しているので、内径の異なる複数の噴射孔が同一平面上で開口している場合に比べて、各噴射孔に最適なメニスカスを容易に形成することができる。また、各噴射孔に最適なメニスカスを容易に形成することができるため、第１噴射孔と第２噴射孔との内径差を確保でき、小液滴モードと大液滴モードとの液滴サイズの差分を大きくすることも可能である。

上記態様において、前記プレート本体のうち、前記第１噴射孔における前記流通方向の下流端縁と、前記第２噴射孔における前記流通方向の上流端縁と、を接続する接続面は、親水性を有していてもよい。
上記態様によれば、例えば小液滴モードから大液滴モードへ切り替える際に、第１噴射孔から溢れ出る液体を接続面上に濡れ広がらせることができる。これにより、第１噴射孔から溢れ出るインクが第２噴射孔を通じて第１噴射孔から直接（接続面や第２噴射孔の内面に濡れ広がらずに）外部に滴下するのを抑制できる。その結果、大液滴モードにおいて、第２噴射孔内を液体で満たすことができる。

上記態様において、前記プレート本体のうち、前記第２噴射孔における前記流通方向の下流開口が開口する開口面は、撥水性を有していてもよい。
上記態様によれば、開口面で液体が濡れ広がるのを抑制できるので、例えば小液滴モードから大液滴モードへ切り替える際に第２噴射孔から液体が漏れ出るのを抑制できる。

上記態様において、前記プレート本体は、前記第１噴射孔が形成された第１プレートと、前記第１プレートに対して前記流通方向の下流側に積層され、前記第２噴射孔が形成された第２プレートと、を有していてもよい。
上記態様によれば、第１噴射孔及び第２噴射孔を各プレートにそれぞれ形成した後、各プレートを積層することで噴射孔プレートを形成することができる。そのため、１枚のプレートに対して流通方向に連なる第１噴射孔及び第２噴射孔を形成する場合に比べて、噴射孔プレートを簡単に製造できる。

上記態様において、前記プレート本体は、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に配置された中間プレートを有し、前記中間プレートには、前記第１噴射孔における前記流通方向の下流開口と、前記第２噴射孔における前記流通方向の上流開口と、を連通させる連通孔が形成され、前記連通孔の内径は、前記第２噴射孔の内径以上に形成されていてもよい。
上記態様によれば、第２噴射孔の内面との相互作用（表面張力等）によって形成される液体のメニスカスを第２噴射孔内（及び連通孔内）に収容できる。すなわち、メニスカスの液面を第２噴射孔内（及び連通孔内）に配置できるので、第２噴射孔に形成されるメニスカスを第２噴射孔内で収容しきれずに、メニスカスが破壊されるのを抑制できる。そのため、第２噴射孔において、適正なメニスカスを安定して形成することができる。
また、連通孔が第１噴射孔の下流開口と第２噴射孔の上流開口とを連通しているため、大液滴モードでは連通孔内も液体で満たされることになる。この場合、連通孔の内径が第２噴射孔の内径以上に形成されているため、第２噴射孔よりも小径の第１噴射孔から第２噴射孔内に直接液体が流入するのに比べて、第２噴射孔内に液体をスムーズに流通させることができる。すなわち、連通孔が第１噴射孔と第２噴射孔との間で液体を保持するバッファとして機能するので、大液滴モードにおいて第２噴射孔内への液体の供給不足が発生するのを抑制できる。

上記態様において、前記第２噴射孔における前記流通方向の長さは、前記第１噴射孔における前記流通方向の長さよりも長くてもよい。
上記態様によれば、第２噴射孔の内面との相互作用（表面張力等）によって形成される液体のメニスカスを第２噴射孔内に収容できる。すなわち、メニスカスの液面を第２噴射孔内に配置できるので、メニスカスを第２噴射孔内で収容しきれずに、メニスカスが破壊されるのを抑制できる。そのため、第２噴射孔において、適正なメニスカスを安定して形成することができる。

本発明の一態様に係る液体噴射ヘッドは、上記態様の噴射孔プレートと、前記噴射孔プレートに対して前記流通方向の上流側に配置され、前記第１噴射孔を通じて前記第２噴射孔に連通するチャネルを有するアクチュエータプレートと、を有している。
上記態様によれば、上記態様の噴射孔プレートを備えているため、商品性に優れた液体噴射ヘッドを提供できる。

本発明の一態様に係る液体噴射装置は、上記態様の液体噴射ヘッドを備えている。
上記態様によれば、上記態様の液体噴射ヘッドを備えているため、商品性に優れた液体噴射装置を提供できる。

本発明の一態様によれば、目的に応じて液滴サイズを変更することができ、商品性に優れた噴射孔プレート、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供できる。

実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 第１実施形態に係るインクジェットヘッド、メインタンク、サブタンク及びインク循環機構の概略構成図である。 第１実施形態に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 第１実施形態におけるノズルプレートを下方から見た底面図である。 小液滴モードを説明するための図３に対応する概略構成図である。 大液滴モードを説明するための図３に対応する概略構成図である。 第２実施形態に係るインクジェットヘッドの図４に対応する断面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、インク（液体）を利用して被記録媒体に記録を行うインクジェットプリンタ（以下、単にプリンタという）を例に挙げて説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
［プリンタ］
図１はプリンタ１の概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態のプリンタ１は、一対の搬送機構２，３や走査機構４、インクジェットヘッド５、メインタンク６、サブタンク８，９、インク循環機構１０等が筐体１５内に搭載されて構成されている。

なお、以下の説明では、必要に応じてＸ，Ｙ，Ｚの直交座標系を用いて説明する。この場合、Ｘ方向は被記録媒体Ｐ（例えば、紙等）の搬送方向に一致している。Ｙ方向は走査機構４の走査方向に一致している。Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向である。本実施形態のプリンタ１は、Ｘ方向、Ｙ方向が水平方向となるように、かつＺ方向が重力方向となるように載置されて使用される。

搬送機構２，３は、被記録媒体ＰをＸ方向に搬送する。具体的に、搬送機構２は、Ｙ方向に延設されたグリットローラ１１と、グリットローラ１１に平行に延設されたピンチローラ１２と、グリットローラ１１を軸回転させるモータ等の駆動機構（不図示）と、を備えている。搬送機構３は、Ｙ方向に延設されたグリットローラ１３と、グリットローラ１３に平行に延設されたピンチローラ１４と、グリットローラ１３を軸回転させる駆動機構（不図示）と、を備えている。

走査機構４は、インクジェットヘッド５をＹ方向に往復走査させる。具体的に、走査機構４は、Ｙ方向に延設された一対のガイドレール２１，２２と、一対のガイドレール２１，２２に移動可能に支持されたキャリッジ２３と、キャリッジ２３をＹ方向に移動させる駆動機構２４と、を備えている。

駆動機構２４は、Ｘ方向におけるガイドレール２１，２２の間に配設されている。駆動機構２４は、Ｙ方向に間隔をあけて配設された一対のプーリ２５，２６と、一対のプーリ２５，２６間に巻回された無端ベルト２７と、一方のプーリ２５を回転駆動させる駆動モータ２８と、を備えている。

キャリッジ２３は、無端ベルト２７に連結されている。キャリッジ２３には、複数のインクジェットヘッド５がＹ方向に並んだ状態で搭載されている。
各インクジェットヘッド５は、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック等の異なる色のインクをそれぞれ吐出可能に構成されている。

メインタンク６は、筐体１５内において、インクジェットヘッド５（キャリッジ２３）とは別に設けられている。メインタンク６は、筐体１５内において、Ｘ方向に複数並んで設けられている。各メインタンク６内には、上述したインクジェットヘッド５に対応して、異なる色のインクがそれぞれ収容されている。

サブタンク８，９は、インクジェットヘッド５とともにキャリッジ２３に搭載されている。サブタンク８，９は、インクジェットヘッド５にインクを供給する供給用サブタンク８、及びインクジェットヘッド５から排出されるインクを収容する排出用サブタンク９である。これら供給用サブタンク８及び排出用サブタンク９は、各インクジェットヘッド５にそれぞれ設けられている。したがって、各供給用サブタンク８及び排出用サブタンク９には、各色のインクジェットヘッド５に対応した色のインクが収容される。

図２は、インクジェットヘッド５、メインタンク６、サブタンク８，９及びインク循環機構１０の概略構成図である。なお、各インクジェットヘッド５、メインタンク６、サブタンク８，９及びインク循環機構１０は、供給されるインクの色以外は何れも同一の構成からなる。そのため、以下の説明では、一のインクジェットヘッド５、メインタンク６、サブタンク８，９及びインク循環機構１０を例にして説明する。
図２に示すように、インク循環機構１０は、インク供給管３１、インク排出管３２及びインク回収管３３を有する循環流路３４と、供給ポンプ３５と、吸引ポンプ３６と、回収ポンプ３７と、を有している。

インク供給管３１は、メインタンク６と供給ポンプ３５との間、供給ポンプ３５と供給用サブタンク８との間、及び供給用サブタンク８とインクジェットヘッド５との間を接続している。
インク排出管３２は、インクジェットヘッド５と吸引ポンプ３６との間、及び吸引ポンプ３６と排出用サブタンク９との間を接続している。
インク回収管３３は、排出用サブタンク９と回収ポンプ３７との間、及び回収ポンプ３７とメインタンク６との間を接続している。

供給ポンプ３５は、インク供給管３１を通してメインタンク６内のインクを供給用サブタンク８へと送出する。
吸引ポンプ３６は、インク排出管３２を通してインクジェットヘッド５内のインクを排出用サブタンク９へと送出する。
回収ポンプ３７は、インク回収管３３を通して排出用サブタンク９内のインクをメインタンク６へと送出する。なお、本実施形態において、各ポンプ３５〜３７には、いわゆるチューブポンプが使用される。

＜インクジェットヘッド＞
図３は、インクジェットヘッド５の概略断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
図３、図４に示すように、インクジェットヘッド５は、後述する吐出チャネル６２におけるＹ方向の中央部からインクが吐出される、いわゆる循環式サイドシュートタイプである。具体的に、インクジェットヘッド５は、ノズルプレート５１、アクチュエータプレート５２、カバープレート５３及び流路プレート５４を備えている。ノズルプレート５１、アクチュエータプレート５２、カバープレート５３及び流路プレート５４は、この順でＺ方向に積層された構成とされている。なお、以下の説明では、インクジェットヘッド５において、Ｚ方向のノズルプレート５１側を下方とし、Ｚ方向の流路プレート５４側を上方として説明する。

インクジェットヘッド５は、ノズルプレート５１が下方に向くようにキャリッジ２３（図１参照）に搭載されている。これにより、各インクジェットヘッド５は、下方に向けて液滴を吐出可能に構成されている。

アクチュエータプレート５２は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料により形成されている。アクチュエータプレート５２には、分極方向がＺ方向に沿って一方向に設定された、いわゆるモノポールタイプの基板が用いられている。なお、アクチュエータプレート５２には、分極方向がＺ方向で異なる２枚の圧電基板を積層して形成した、いわゆるシェブロンタイプの基板を用いても構わない。

アクチュエータプレート５２には、チャネル列６１が形成されている。チャネル列６１は、インクが充填される吐出チャネル６２と、インクが充填されない非吐出チャネル６３（図４参照）と、を有している。チャネル列６１は、吐出チャネル６２及び非吐出チャネル６３がＸ方向に間隔をあけて交互に配列されて構成されている。

各チャネル６２，６３は、Ｙ方向を長手方向として延在するとともに、少なくとも一部がアクチュエータプレート５２をＺ方向に貫通している。各チャネル６２，６３の内面には、駆動電極（不図示）が形成されている。なお、本実施形態では、チャネル列６１が一列の構成について説明するが、この構成のみに限らない。すなわち、チャネル列６１がＹ方向に間隔をあけて２列形成されていても構わない。この場合、各チャネル列６１の吐出チャネル６２同士及び非吐出チャネル６３同士が千鳥状に配列されていることが好ましい。但し、各チャネル６２，６３のピッチは、適宜変更が可能である。また、チャネル列６１は、３列以上の複数列であっても構わない。

図３に示すように、カバープレート５３は、各チャネル６２，６３を閉塞するようにアクチュエータプレート５２の上面に接合されている。カバープレート５３には、上述した吐出チャネル６２に連通する入口開口６５及び出口開口６６が形成されている。各開口は、カバープレート５３をＺ方向に貫通している。
入口開口６５は、吐出チャネル６２内におけるＹ方向の第１端部に連通している。出口開口６６は、吐出チャネル６２内におけるＹ方向の第２端部に連通している。なお、各開口６５，６６は、各吐出チャネル６２に対してそれぞれ形成されていてもよい。また、各開口６５，６６は、各吐出チャネル６２にまとめて連通するように形成されていてもよい。

流路プレート５４は、各開口６５，６６を閉塞するようにカバープレート５３の上面に接合されている。流路プレート５４には、供給流路６８及び排出流路６９が形成されている。供給流路６８は、上述した入口開口６５を通して吐出チャネル６２内に連通している。また、供給流路６８には、上述したインク供給管３１（図２参照）の下流端部が接続されている。排出流路６９は、上述した出口開口６６を通して吐出チャネル６２内に連通している。また、排出流路６９には、上述したインク排出管３２の上流端部が接続されている。

図５は、ノズルプレート５１を下方から見た底面図である。
図４、図５に示すように、ノズルプレート５１は、各チャネル６２，６３を下方から閉塞するようにアクチュエータプレート５２の下面に接合されている。ノズルプレート５１には、ノズルプレート５１をＺ方向に貫通するノズル孔７１が形成されている。ノズル孔７１は、吐出チャネル６２と同ピッチでＸ方向に間隔をあけて複数形成されている。各ノズル孔７１は、各吐出チャネル６２に各別に連通している。図３に示すように、ノズル孔７１は、ノズルプレート５１において、対応する吐出チャネル６２におけるＹ方向の中央部に位置するように形成されている。

ここで、本実施形態のノズルプレート（噴射孔プレート、プレート本体）５１は、２枚のプレート７６，７７がＺ方向に積層されて構成されている。具体的に、ノズルプレート５１は、第１プレート７６と、第１プレート７６の下面に接合された第２プレート７７と、を有している。各プレート７６は、親水性を有する材料（例えばポリイミド等）により形成されている。また、各プレート７６，７７は、金属材料（ＳＵＳ等）やガラス等により形成されていてもよい。さらに、各プレート７６，７７は、異種材料の積層構造としても構わない。

上述したノズル孔７１は、各プレート７６，７７をＺ方向に貫通している。ノズル孔７１は、小径ノズル孔８１及び大径ノズル孔８２がＺ方向（インクの流通方向）に連なって構成されている。具体的に、小径ノズル孔８１は、第１プレート７６をＺ方向に貫通している。小径ノズル孔８１は、下方に向かうに従い内径が漸次縮小するテーパ状に形成されている。本実施形態において、小径ノズル孔８１の下端開口の内径φ１は、例えば１０μｍ〜３０μｍ程度とされている。

大径ノズル孔８２は、第２プレート７７をＺ方向に貫通している。大径ノズル孔８２は、上端開口を通じて小径ノズル孔８１内に連通している。本実施形態において、大径ノズル孔８２は、小径ノズル孔８１と同軸に配置されている。大径ノズル孔８２は、下方に向かうに従い内径が漸次縮小するテーパ状に形成されている。なお、大径ノズル孔８２の中心は、Ｘ方向及びＹ方向において、小径ノズル孔８１の中心から僅かにずれていても構わない。

本実施形態において、大径ノズル孔８２の下端開口の内径φ２は、例えば２５μｍ〜５０μｍ程度とされている。なお、各ノズル孔８１，８２の寸法は、各ノズル孔８１，８２の内面との相互作用（表面張力等）によって各ノズル孔８１，８２内でメニスカスを形成可能な大きさであれば適宜変更が可能である。例えば、大径ノズル孔８２における上端開口の内径は、吐出チャネル６２のＸ方向の幅よりも大きくても構わない。

また、本実施形態において、第２プレート７７の厚さ（大径ノズル孔８２におけるＺ方向の長さ）は、第１プレート７６の厚さ（小径ノズル孔８１のＺ方向の長さ）よりも厚くなっている。この場合、第２プレート７７の厚さ（例えば、５０μｍ程度）は、大径ノズル孔８２における下端開口の半径以上（すなわち、大径ノズル孔８２に形成されるメニスカスのＺ方向における最大窪み量以上）に設定されていることが好ましい。なお、本実施形態において、上述した「窪み量」とは、メニスカスの液面の最上端位置と大径ノズル孔８２の下端開口縁とのＺ方向の距離である。但し、各プレート７６，７７の厚さは、適宜変更が可能である。

本実施形態において、第２プレート７７の下面には、撥水（撥液）処理が施されている。なお、上述したように各プレート７６，７７は親水性を有する材料により形成されている。そのため、第２プレート７７の下面以外の部分（例えば、第１プレート７６の下面のうち、大径ノズル孔８２内に露出する部分（大径ノズル孔８２の上端縁と小径ノズル孔８１の下端縁との接続面７６ａ）や、各ノズル孔８１，８２の内面）は、親水性が維持されている。

なお、本実施形態のノズルプレート５１は、小径ノズル孔８１が形成された第１プレート７６と、大径ノズル孔８２が形成された第２プレート７７と、を接合することで製造することができる。この場合、各ノズル孔８１，８２は、例えばレーザ加工やエッチング加工により形成することが可能である。

［プリンタの動作方法］
次に、上述したプリンタ１を利用して、被記録媒体Ｐに情報を記録する方法について説明する。なお、以下の説明では、初期状態として、図１に示すメインタンク６及び各サブタンク８，９に、それぞれ異なる色のインクが十分に収容されているものとする。また、インクジェットヘッド５内にもインクが充填された状態となっているものとする。

このような初期状態のもと、図１に示すプリンタ１を作動させると、搬送機構２，３のグリットローラ１１，１３が回転することで、グリットローラ１１，１３及びピンチローラ１２，１４間を被記録媒体ＰがＸ方向に搬送される。また、これと同時に駆動モータ２８がプーリ２５を回転させて無端ベルト２７を走行させる。これにより、キャリッジ２３がガイドレール２１，２２にガイドされながらＹ方向に往復移動する。

＜インクジェットヘッドの動作方法＞
続いて、インクジェットヘッド５の動作について、以下に詳述する。
本実施形態のような循環式サイドシュートタイプのインクジェットヘッド５では、供給ポンプ３５、吸引ポンプ３６及び回収ポンプ３７を作動させることで、循環流路３４内にインクを流通させる。具体的に、メインタンク６内に収容されたインクは、インク供給管３１を通じて供給用サブタンク８に供給される。その後、供給用サブタンク８内に供給されたインクは、インク供給管３１を通じてインクジェットヘッド５に供給される。なお、供給用サブタンク８からインクジェットヘッド５へのインクの供給は、供給用サブタンク８と排出用サブタンク９との水頭差によって行われる。

図３に示すように、インクジェットヘッド５に供給されたインクは、供給流路６８及び入口開口６５を通じて吐出チャネル６２内に供給される。そして、インクは、吐出チャネル６２を通過して、出口開口６６及び排出流路６９を通ってインク排出管３２（図２参照）内に流入する。インク排出管３２内に流入したインクは、その後排出用サブタンク９に排出される。なお、インクジェットヘッド５から排出用サブタンク９へのインクの排出は、供給用サブタンク８と排出用サブタンク９との水頭差、及び吸引ポンプ３６の動作によって行われる。

排出用サブタンク９に排出されたインクは、所定量を超えると回収ポンプ３７によって吸引される。回収ポンプ３７に吸引されたインクは、インク回収管３３を通ってメインタンク６に戻される。これにより、インクジェットヘッド５とメインタンク６との間でインクが循環する。

そして、インクジェットヘッド５では、インクジェットヘッド５とメインタンク６との間でインクが循環し、かつキャリッジ２３が往復走査する過程で、被記録媒体Ｐに向けてインクが吐出される。すなわち、各チャネル６２，６３の駆動電極に駆動電圧が印加されると、アクチュエータプレート５２が厚み滑り変形することで、吐出チャネル６２が拡縮する。この動作によって、吐出チャネル６２内の圧力が増加し、インクが加圧される。その結果、液滴がノズル孔７１を通って外部に吐出される。吐出されたインクが被記録媒体Ｐ上に着弾することで、各種情報を被記録媒体Ｐ上に記録することができる。

＜液滴サイズの変更方法＞
ここで、本実施形態のインクジェットヘッド５では、吐出チャネル６２内の圧力を変更することで、インクジェットヘッド５から吐出されるインクの液滴サイズを変更できるようになっている。本実施形態のインクジェットヘッド５では、小液滴を吐出する小液滴モードと、小液滴モードよりも大きい大液滴を吐出する大液滴モードと、を有している。なお、以下の説明では、既に小液滴モードが設定されている状態から説明する。また、小液滴モードと大液滴モードの切り替えは、キャリッジ２３のホームポジション（被記録媒体Ｐの上方領域（印刷領域）から外れた位置）等で行われる。

図６は、小液滴モードを説明するための図３に対応する概略構成図である。
図６に示すように、小液滴モードでは、小径ノズル孔８１の内面で作用する表面張力等により、小径ノズル孔８１に適正なメニスカス（以下、小径メニスカスという。）が形成されている。すなわち、小液滴モードでは、例えば供給用サブタンク８と排出用サブタンク９との水頭差によって吐出チャネル６２内の圧力が適正な負圧（以下、小径圧力という。）に保たれている。この状態で、上述したインクジェットヘッド５の動作方法により吐出チャネル６２内を拡縮させることで、小径メニスカスからインクが離脱する。これにより、小径メニスカスに対応した大きさの小液滴が下方に向けて落下する。小径メニスカスから離脱した小液滴は、大径ノズル孔８２を通過してノズル孔７１から外部に吐出される。なお、小液滴モードでは、小液滴の吐出前後で小径ノズル孔８１内に適正な小径メニスカスが形成されるように、適正な周波数の駆動電圧が駆動電極に印加される。

図７は、大液滴モードを説明するための図３に対応する概略構成図である。
図７に示すように、大液滴モードでは、大径ノズル孔８２に適正なメニスカス（以下、大径メニスカスという。）を形成する。小液滴モードから大液滴モードに切り替えるには、吐出チャネル６２内の圧力を小液滴モードの小径圧力から大液滴モードの大径圧力に増大する。吐出チャネル６２内の圧力を増大するには、例えば以下の方法により行うことができる。すなわち、インク排出管３２に設けられた吸引ポンプ３６を停止し、インク排出管３２でのインクの流通を遮断する。このとき、インク排出管３２でのインクの流通を遮断したとしても、インクジェットヘッド５には供給用サブタンク８と排出用サブタンク９との水頭差によって、インクが供給され続ける。これにより、吐出チャネル６２内が加圧される。

すると、吐出チャネル６２内が加圧されることで、小径ノズル孔８１に形成された小径メニスカスが破壊される。小径メニスカスが破壊されると、小径ノズル孔８１の下端開口（大径ノズル孔８２の上端開口）を通じて大径ノズル孔８２内にインクが進入する。大径ノズル孔８２内に進入したインクは、第１プレート７６の接続面７６ａ上を濡れ広がる。その後、大径ノズル孔８２内に継続的にインクが進入することで、大径ノズル孔８２内がインクで満たされる。そして、吐出チャネル６２内の圧力が大径圧力（負圧）に到達することで、大径ノズル孔８２の内面で作用する表面張力等により、大径ノズル孔８２に適正な大径メニスカスが形成される。なお、大液滴モードでは、大径ノズル孔８２に適正な大径メニスカスが形成された後、例えば供給用サブタンク８と排出用サブタンク９との水頭差によって吐出チャネル６２内の圧力を大径圧力に維持する。

そして、大液滴モードでは、上述したインクジェットヘッド５の動作方法により吐出チャネル６２内の容積を拡縮させることで、大径メニスカスからインクが離脱する。これにより、大径メニスカスに対応した大きさの大液滴が下方に向けて落下する。これにより、ノズル孔７１を通じて大液滴を吐出することができる。なお、大液滴モードでは、大液滴の吐出前後で大径ノズル孔８２内に適正な大径メニスカスが形成されるように、適正な周波数の駆動電圧が駆動電極に印加される。

また、大液滴モードから小液滴モードに切り替えるには、吐出チャネル６２内の圧力を小径圧力に減少させる。すなわち、インク供給管３１に設けられた供給ポンプ３５を停止し、インク供給管３１でのインクの流通を遮断する。このとき、インク供給管３１でのインクの流通を遮断したとしても、インクジェットヘッド５からは、吸引ポンプ３６の作用によってインクが排出され続ける。

すると、吐出チャネル６２内が減圧されることで、ノズル孔７１内に満たされたインクが吐出チャネル６２内に吸引される。すなわち、大径ノズル孔８２内に満たされたインクが、小径ノズル孔８１の下端開口を通じて小径ノズル孔８１内に吸い込まれることで、大径ノズル孔８２からインクが退避する。そして、図６に示すように、吐出チャネル６２内の圧力が小径圧力に到達することで、小径ノズル孔８１に適正な小径メニスカスが形成される。なお、小液滴モードでは、小径ノズル孔８１に適正な小径メニスカスが形成された後、例えば供給用サブタンク８と排出用サブタンク９との水頭差によって吐出チャネル６２内の圧力を小径圧力に維持する。

なお、上述したモードの切り替えは、プリンタ１全体（各インクジェットヘッド５の全て）で行ってもよく、各インクジェットヘッド５毎に行ってもよい。

このように、本実施形態のノズルプレート５１では、小径ノズル孔８１と、小径ノズル孔８１の下方で小径ノズル孔８１に連通する大径ノズル孔８２と、を有する構成とした。
この構成によれば、小径ノズル孔８１に小径メニスカスを形成した状態で、インクを吐出することで、小液滴を吐出することができる。この場合、小液滴モードでは、大液滴モードに比べて１つの液滴での印刷範囲を小さくできる。これにより、例えば大液滴モードよりも駆動周波数を高めることで、Ｙ方向（インクジェットヘッド５の走査方向）における液滴のピッチを大液滴モードに比べて狭くすることができ、高解像度印刷を実現できる。一方、大径ノズル孔８２に大径メニスカスを形成した状態で、インクを吐出することで、大液滴を吐出することができる。この場合、小液滴モードに比べて１つの液滴での印刷範囲を大きくすることができるので、高速印刷を実現できる。このように、小液滴モードと大液滴モードを吐出チャネル６２内の圧力に応じて切り替えることができるので、インクジェットヘッド５から吐出されるインクの液滴サイズを、目的に応じて簡単に変更することができる。

特に、本実施形態では、小径ノズル孔８１及び大径ノズル孔８２がＺ方向に連通して形成されているので、例えば小径ノズル孔８１及び大径ノズル孔８２がＸ方向に交互に形成されている場合に比べて、Ｘ方向で隣り合う同径のノズル孔８１，８２同士の配列ピッチを狭くできる。これにより、Ｘ方向における液滴のピッチを狭くすることができ、解像度の向上を図ることができる。
また、本実施形態のノズルプレート５１は、同径のノズル孔８１，８２が同一平面上で開口しているので、内径の異なる複数のノズル孔が同一平面上で開口している場合に比べて、各ノズル孔８１，８２に最適なメニスカスを容易に形成することができる。また、各ノズル孔８１，８２に最適なメニスカスを容易に形成することができるため、小径ノズル孔８１と大径ノズル孔８２との内径差を確保でき、小液滴モードと大液滴モードとの液滴サイズの差分を大きくすることも可能である。

本実施形態では、第１プレート７６の接続面７６ａが親水性を有している。
この構成によれば、小液滴モードから大液滴モードへ切り替える際に、小径ノズル孔８１から溢れ出るインクを大径ノズル孔８２内に濡れ広がらせることができる。これにより、小径ノズル孔８１から溢れ出るインクが大径ノズル孔８２を通じて直接（接続面７６ａや大径ノズル孔８２の内面に濡れ広がらずに）外部に滴下するのを抑制できる。その結果、大液滴モードにおいて、大径ノズル孔８２内をインクで満たすことができる。

本実施形態では、第２プレート７７の下面が撥水性を有している。
この構成によれば、第２プレート７７の下面上でインクが濡れ広がるのを抑制できるので、例えば小液滴モードから大液滴モードへ切り替える際に大径ノズル孔８２からインクが漏れ出るのを抑制できる。

本実施形態では、第１プレート７６と第２プレート７７とを積層してノズルプレート５１を形成する構成とした。
この構成によれば、小径ノズル孔８１及び大径ノズル孔８２を各プレート７６，７７にそれぞれ形成した後、各プレート７６，７７を積層することでノズルプレート５１を形成することができる。そのため、１枚のノズルプレートに対してＺ方向に連なる小径ノズル孔８１及び大径ノズル孔８２を形成する場合に比べて、ノズルプレート５１を簡単に製造できる。

本実施形態では、大径ノズル孔８２（第２プレート７７）のＺ方向の長さが、小径ノズル孔８１（第１プレート７６）のＺ方向の長さよりも長く設定した。
この構成によれば、大径メニスカスを大径ノズル孔８２内に収容できる。すなわち、大径メニスカスの液面を大径ノズル孔８２内に配置できるので、大径メニスカスを大径ノズル孔８２内で収容しきれずに、大径メニスカスが破壊されるのを抑制できる。そのため、大径ノズル孔８２において、適正な大径メニスカスを安定して形成することができる。

そして、本実施形態のインクジェットヘッド５及びプリンタ１では、上述したノズルプレート５１を備えているため、商品性に優れたインクジェットヘッド５及びプリンタ１を提供できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。図８は、第２実施形態に係るインクジェットヘッド５の図４に対応する断面図である。本変形例では、第１プレート７６と第２プレート７７とが中間プレート１００を間に挟んで積層されている点で、上述した実施形態と相違している。以下の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すノズルプレート１５１は、上述した第１プレート７６及び第２プレート７７と、第１プレート７６及び第２プレート７７間に配置された中間プレート１００と、を有している。中間プレート１００の平面視形状は、第１プレート７６及び第２プレート７７と同等とされている。また、中間プレート１００の厚さは、中間プレート１００と第２プレート７７との合計厚さが大径ノズル孔８２における下端開口の半径以上（すなわち、大径メニスカスのＺ方向における最大窪み量以上）となる範囲で適宜変更が可能である。さらに、中間プレート１００には、例えば金属材料（ＳＵＳ等）が好適に用いられている。但し、中間プレート１００の厚さや材料等は、適宜変更が可能である。例えば、中間プレート１００は、第１プレート７６や第２プレート７７と同様の材料（金属材料以外に樹脂材料（例えば、ポリイミド）やガラス等）により形成することが可能である。

中間プレート１００のうち、Ｚ方向から見て上述した各小径ノズル孔８１及び各大径ノズル孔８２と重なる位置には、中間プレート１００をＺ方向に貫通する連通孔１０１がそれぞれ形成されている。連通孔１０１は、小径ノズル孔８１及び大径ノズル孔８２とともに、本実施形態のノズル孔１７１を構成している。連通孔１０１は、例えばＺ方向の全体に亘って一様な内径に形成されている。連通孔１０１の内径は、大径ノズル孔８２の上端開口の内径よりも大きくなっている。但し、連通孔１０１は、最小内径が大径ノズル孔８２の上端開口の内径以上であれば、テーパ状等に形成しても構わない。

この構成によれば、大径メニスカスを大径ノズル孔８２内（及び連通孔１０１内）に収容できる。すなわち、大径メニスカスの液面を大径ノズル孔８２内（及び連通孔１０１内）に配置できるので、大径メニスカスを大径ノズル孔８２内（及び連通孔１０１内）で収容しきれずに、大径メニスカスが破壊されるのを抑制できる。そのため、大径ノズル孔８２において、適正な大径メニスカスを安定して形成することができる。
しかも、連通孔１０１が小径ノズル孔８１の下端開口と大径ノズル孔８２の上端開口とを連通しているため、大液滴モードでは連通孔１０１内もインクで満たされることになる。この場合、連通孔１０１の内径が大径ノズル孔８２の内径以上に形成されているため、小径ノズル孔８１から大径ノズル孔８２内に直接インクが流入するのに比べて、大径ノズル孔８２内にインクをスムーズに流通させることができる。すなわち、連通孔１０１が小径ノズル孔８１と大径ノズル孔８２との間でインクを保持するバッファとして機能するので、大液滴モードにおいて大径ノズル孔８２内へのインクの供給不足が発生するのを抑制できる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上述した実施形態では、液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンタ１を例に挙げて説明したが、この構成のみに限られない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であっても構わない。また、例えば被記録媒体Ｐを搬送する搬送機構を有さない大型プリンタや、インクジェットヘッド５を走査させる走査機構を有さない、いわゆる固定型プリンタ等にも本発明を適用することができる。

上述した実施形態では、サイドシュートタイプのインクジェットヘッド５について説明したが、これに限られない。例えば、吐出チャネル６２における延在方向の端部からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプのインクジェットヘッドに本発明を適用しても構わない。
上述した実施形態では、吐出チャネル６２と非吐出チャネル６３とが交互に配列された構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、全チャネルから順次インクを吐出する、いわゆる３サイクル方式のインクジェットヘッドに本発明を適用しても構わない。

上述した実施形態では、ピエゾ方式のインクジェットヘッド５のうち、いわゆるウォールベンド型のインクジェットヘッド５について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、ピエゾ方式のうち、いわゆるルーフシュート型（インクに加わる圧力の方向と、液滴の吐出方向と、が同一方向）のインクジェットヘッドや、その他のピエゾ方式のインクジェットヘッドに本発明を適用しても構わない。
また、ピエゾ方式に限らず、サーマル方式のインクジェットヘッド等にも本発明を適用することができる。

上述した実施形態では、オンキャリッジ型のプリンタ１において、メインタンク６とサブタンク８，９を有する構成について説明したが、この構成のみに限らず、サブタンク８，９を有さない構成（インクタンクがキャリッジに搭載された構成）であっても構わない。また、インクタンクがキャリッジ２３とは別に搭載された、いわゆるオフキャリッジ型のプリンタ１であっても構わない。

上述した実施形態では、供給ポンプ３５や吸引ポンプ３６の動作を切り替えることにより、供給用サブタンク８と排出用サブタンク９との水頭差を調整する構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、供給用サブタンク８や排出用サブタンク９を相対的にＺ方向に移動させる移動機構を設けても構わない。
また、供給用サブタンク８と排出用サブタンク９との水頭差以外の方法で、吐出チャネル６２内の圧力を変更しても構わない。例えば、供給用サブタンク８に加圧エアポンプを設け、排出用サブタンク９に減圧エアポンプを設けても構わない。この場合には、加圧エアポンプや減圧エアポンプの動作によってサブタンク８，９内の圧力を調整して、吐出チャネル６２内の圧力を調整できる。また、サブタンク８，９を有さない構成の場合は、キャリッジ２３とは別に設けられたインクタンク内の圧力を調整等することで、吐出チャネル６２内の圧力を調整することができる。

上述した実施形態では、小径ノズル孔８１及び大径ノズル孔８２がテーパ状に形成された構成について説明したが、この構成のみに限られない。例えば、小径ノズル孔８１及び大径ノズル孔８２の内径は、Ｚ方向の全体に亘ってそれぞれ一様であっても構わない。

上述した実施形態では、２枚のプレート７６，７７を積層してノズルプレート５１を形成した場合について説明したが、この構成のみに限られない。すなわち、小径ノズル孔８１及び大径ノズル孔８２を有するノズルプレート５１を一体（一枚）で形成しても構わない。この場合、ノズルプレートは、電鋳等により形成することができる。具体的には、まず小径ノズル孔に対応する形状の小径成形部を有する成形型に対して電鋳を行い、一次成形体を形成する。続けて、成形型に対して大径ノズル孔に対応する形状の大径成形部を形成した後、再度電鋳を行う。これにより、一次成形体に一体で連なる二次成形体が形成される。そして、一次成形体及び二次成形体を成形型から取り出すことで、一次成形体及び二次成形体が一体で形成されてなるノズルプレートが完成する。

上述した実施形態では、内径の異なる２つのノズル孔がＺ方向に連なる構成について説明したが、この構成のみに限らず、インクの流通方向の下流側に向かうにつれて大径に形成された３つ以上の複数のノズル孔がＺ方向に連なる構成であっても構わない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせても構わない。

１…インクジェットプリンタ（液体噴射装置）
５…インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）
５１，１５１…ノズルプレート（噴射孔プレート、プレート本体）
７６…第１プレート
７６ａ…接続面
７７…第２プレート
８１…小径ノズル孔（第１噴射孔）
８２…大径ノズル孔（第２噴射孔）
１００…中間プレート
１０１…連通孔

Claims (8)

1. 液体を噴射する第１噴射孔及び第２噴射孔が形成されたプレート本体を有し、
   前記第２噴射孔は、前記第１噴射孔よりも大径に形成されるとともに、前記第１噴射孔に対して液体の流通方向の下流側で前記第１噴射孔に連通していることを特徴とする噴射孔プレート。
2. 前記プレート本体のうち、前記第１噴射孔における前記流通方向の下流端縁と、前記第２噴射孔における前記流通方向の上流端縁と、を接続する接続面は、親水性を有していることを特徴とする請求項１に記載の噴射孔プレート。
3. 前記プレート本体のうち、前記第２噴射孔における前記流通方向の下流開口が開口する開口面は、撥水性を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の噴射孔プレート。
4. 前記プレート本体は、
   前記第１噴射孔が形成された第１プレートと、
   前記第１プレートに対して前記流通方向の下流側に積層され、前記第２噴射孔が形成された第２プレートと、を有していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の噴射孔プレート。
5. 前記プレート本体は、前記第１プレートと前記第２プレートとの間に配置された中間プレートを有し、
   前記中間プレートには、前記第１噴射孔における前記流通方向の下流開口と、前記第２噴射孔における前記流通方向の上流開口と、を連通させる連通孔が形成され、
   前記連通孔の内径は、前記第２噴射孔の内径以上に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の噴射孔プレート。
6. 前記第２噴射孔における前記流通方向の長さは、前記第１噴射孔における前記流通方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の噴射孔プレート。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の噴射孔プレートと、
   前記噴射孔プレートに対して前記流通方向の上流側に配置され、前記第１噴射孔を通じて前記第２噴射孔に連通するチャネルを有するアクチュエータプレートと、を有していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項７に記載の液体噴射ヘッドを備えていることを特徴とする液体噴射装置。

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