JP2011194857A

JP2011194857A - Liquid ejector

Info

Publication number: JP2011194857A
Application number: JP2010067343A
Authority: JP
Inventors: Kinya Ozawa; 欣也小澤; Hitoshi Saito; 均齋藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2011-10-06

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid ejector which can suppress trailing in the case of ejecting a high-viscosity liquid.SOLUTION: A nozzle 37 has a first straight part 37a which has one end opened on a surface of the ejection side in a nozzle plate 31 and has a constant inner diameter, a second straight part 37b which has another end opened on a surface of the pressure chamber side in the nozzle plate and has a constant inner diameter larger than that of the first straight part, and a tapering part 37c which is formed between the first straight part and the second straight part and has an inner diameter expanded from another end side of the first straight part to one end side of the second straight part. A channel resistance at the time of ejection of the nozzle is not larger than 3.0×10[Pa s/m] when a viscosity of the liquid is 10 mPa s.

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体噴射装置に関するものであり、特に、８ｍＰａ・ｓ以上粘度の液体を噴射する際の尾曳等を抑制することが可能な液体噴射装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid ejecting apparatus such as an ink jet printer, and more particularly to a liquid ejecting apparatus capable of suppressing tail fins and the like when ejecting a liquid having a viscosity of 8 mPa · s or more.

液体噴射装置は、液体を噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから液体を噴射して着弾対象に着弾させる装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種。以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを噴射させて、記録紙や光ディスクの印刷面等の印刷媒体（着弾対象物の一種）に着弾させることで画像やテキスト等の記録を行うインクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという。）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造装置や電極形成装置等、各種の製造装置にも液体噴射装置のインクジェット技術が応用されている。 The liquid ejecting apparatus is an apparatus that includes a liquid ejecting head capable of ejecting liquid and ejects liquid from the liquid ejecting head to land on a landing target. As a typical example of this liquid ejecting apparatus, for example, an ink jet recording head (a type of liquid ejecting head; hereinafter simply referred to as a recording head) is provided, and liquid ink is ejected from nozzles of the recording head to perform recording. An image recording apparatus such as an ink jet printer (hereinafter simply referred to as a printer) that records an image, text, or the like by landing on a printing medium (a type of landing target) such as a printing surface of paper or an optical disk. it can. In recent years, the ink jet technology of the liquid ejecting apparatus is applied not only to the image recording apparatus but also to various manufacturing apparatuses such as a manufacturing apparatus for a color filter such as a liquid crystal display and an electrode forming apparatus.

上記液体噴射装置は、噴射するときの粘度がいわゆる高粘度領域の液体、例えば、８ｍＰａ・ｓ以上の液体（以下、高粘度液体）を噴射する用途にも用いられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。このような高粘度の液体、たとえば、高粘度のインクは、たとえばフィルムなど被噴射媒体中に着弾した液体が浸透しにくいものに対して利用される。高粘度のインクは、粘度の低いインク（例えば、５ｍＰａ・ｓ）と比較して被噴射媒体上で滲みに難いため被噴射画像の濃度にムラが生じ難く乾燥も早いという利点がある。上記液体噴射装置では、記録媒体の所定の範囲をインクで埋める所謂ベタ印刷や文字等のテキスト印刷をより高速化するべく大きいインク滴も噴射することが望まれる一方で、記録画像等の高精細化の要請に応じるべくできるだけ小さいインク滴を噴射することも望まれる。 The liquid ejecting apparatus may be used for a purpose of ejecting a liquid in a so-called high viscosity region, for example, a liquid having a viscosity of 8 mPa · s or more (hereinafter, a high viscosity liquid) when ejected (for example, Patent Documents). 1). Such a high-viscosity liquid, for example, a high-viscosity ink, is used for a liquid that does not easily permeate into an ejected medium such as a film. High-viscosity inks have the advantage that they are less likely to bleed on the ejected medium compared to low-viscosity inks (for example, 5 mPa · s), so that the density of the ejected image is less likely to be uneven and drying is faster. In the above-described liquid ejecting apparatus, it is desired to eject large ink droplets so as to increase the speed of so-called solid printing or text printing of characters or the like that fills a predetermined range of a recording medium with ink. It is also desired to eject ink droplets as small as possible in response to the demands for making them.

特開２００９−２５５５１３号公報JP 2009-255513 A

ところで、液体噴射装置で上記の高粘度液体を噴射する場合、低粘度の液体を噴射する場合と比較して、噴射された液滴の進行方向後端部分が尾のように伸びる現象（以下、適宜、尾曳と言う。）が生じ易い傾向にある。特に、例えば数ｎｇ以下の微小液滴を噴射する場合に、上記の尾曳が生じやすい。即ち、上記特許文献１の構成のようにノズルの内径よりも微小な液滴を噴射しようとする場合、まず圧力室内の圧力を低下させてノズルにおけるメニスカスを圧力室側に一旦引き込んでから圧力室内の圧力を急激に増加させてメニスカスの中央部を噴射側に突出させることにより、中央部分だけをメニスカスから分断させる制御が行われる。高粘度液体で微小な液滴を噴射する場合においてはより強い力でメニスカスをノズル内で移動させる必要があるため、上記の尾曳が長くなりやすい。ノズル内でメニスカスが移動する際、ノズル内周面から離れたメニスカスの中央部は、圧力変化に追従して高速に移動する一方、ノズル内周面に近い部分（以下、この部分を境界層と呼ぶ）ほどその粘性が影響して圧力変化に追従し難いため移動速度が中央部よりも遅くなる。このメニスカスの中央部の移動する高速に移動する速度と境界層のメニスカスの移動する速度の差は、低粘度のインクよりも高粘度のインクの方が大きい。これにより、高粘度の液体（たとえば、インク）では、メニスカス中央部と境界層との間で剪断力が生じ、液体を噴射したときに尾曳が生じやすくなる。 By the way, when the above-described high-viscosity liquid is ejected by the liquid ejecting apparatus, compared to the case where the low-viscosity liquid is ejected, the phenomenon that the rear end portion of the ejected liquid droplet extends like a tail (hereinafter, If appropriate, it is called Owase). In particular, the above-mentioned tail fin is likely to occur when, for example, a small droplet of several ng or less is ejected. That is, in the case of ejecting droplets smaller than the inner diameter of the nozzle as in the configuration of Patent Document 1, first, the pressure in the pressure chamber is lowered and the meniscus in the nozzle is once drawn into the pressure chamber, and then the pressure chamber. By controlling the pressure of the abruptly to increase the central portion of the meniscus to the ejection side, only the central portion is separated from the meniscus. In the case where fine droplets are ejected with a high-viscosity liquid, it is necessary to move the meniscus within the nozzle with a stronger force, and thus the above-mentioned tail fin tends to be long. When the meniscus moves in the nozzle, the central part of the meniscus away from the nozzle inner peripheral surface moves at high speed following the pressure change, while the portion close to the nozzle inner peripheral surface (hereinafter, this part is referred to as the boundary layer). The movement speed becomes slower than the central portion because it is difficult to follow the pressure change due to its viscosity. The difference between the high-speed moving speed at which the center of the meniscus moves and the moving speed of the meniscus in the boundary layer is larger in the high-viscosity ink than in the low-viscosity ink. Thereby, in a high-viscosity liquid (for example, ink), a shearing force is generated between the center portion of the meniscus and the boundary layer, and a tail fin is easily generated when the liquid is ejected.

そして、このような尾曳が生じると、着弾対象物における着弾形状（ドット形状）が乱れる可能性がある。即ち、着弾形状は、画質上またはデバイスの性能上目標とする大きさの円形や楕円形であることが望ましいが、尾の部分が液滴本体の着弾部分に対して突出する状態で着弾すると、着弾形状が円形或いは楕円形ではなく歪になってしまう問題があった。また、尾の全体又は一部分が液滴本体から分離して飛翔した場合には、着弾対象物において液滴本体とは別の位置に着弾する可能性もある。このような着弾形状の乱れは、例えばプリンターで記録紙に画像を記録したときの画質の劣化の原因となる。なお、このような問題はインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置においても同様に存在する。さらに、この課題は、高粘度の液体（特に、噴射時の前記ノズルにおける液体の粘度が８ｍＰａｓ以上の液体）にて顕著になることが経験則上分かっている。 And when such a tail occurs, the landing shape (dot shape) in the landing target may be disturbed. That is, it is desirable that the landing shape is a circle or an ellipse with a target size in terms of image quality or device performance, but when landing in a state where the tail portion protrudes from the landing portion of the droplet body, There was a problem that the landing shape was not circular or elliptical but distorted. Further, when the entire tail or a part of the tail flies separately from the droplet main body, there is a possibility that the landing target will land at a position different from the droplet main body. Such disturbance of the landing shape causes deterioration of image quality when an image is recorded on recording paper by a printer, for example. Such a problem exists not only in the ink jet recording apparatus but also in a liquid ejecting apparatus that ejects liquid other than ink. Furthermore, as a rule of thumb, it has been found that this problem becomes conspicuous in a high-viscosity liquid (particularly, a liquid having a viscosity of 8 mPas or more at the nozzle during ejection).

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高粘度液体を噴射する場合に尾曳を抑えることが可能な液体噴射装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a liquid ejecting apparatus capable of suppressing caudal fins when ejecting a highly viscous liquid.

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルが開設されたノズル形成部材を有し、ノズルに連通する圧力室に圧力変動を付与することにより前記ノズルから液滴を噴射可能な液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置であって、
前記ノズルは、前記ノズル形成部材における噴射側の面に一端が開口し且つ内径が一定な第１のストレート部と、前記ノズル形成部材における圧力室側の面に他端が開口し且つ内径が前記第１のストレート部よりも大きく一定な第２のストレート部と、前記第１のストレート部及び前記第２のストレート部の間に形成され且つ内径が前記第１のストレート部の他端側から前記第２のストレート部の一端側に向けて拡大する拡径部と、を有し、
当該ノズルの液体噴射時の流路抵抗が、当該ノズルの液体噴射時の液体の粘度が１０ｍＰａ・ｓのとき、３．０×１０^１３〔Ｐａ・ｓ／ｍ^３〕以下であることを特徴とする。 The present invention has been proposed in order to achieve the above object, and has a nozzle forming member in which a nozzle is established, and by applying a pressure fluctuation to a pressure chamber communicating with the nozzle, droplets are discharged from the nozzle. A liquid ejecting apparatus including a liquid ejecting head capable of ejecting,
The nozzle includes a first straight portion having one end opened on the jet side surface of the nozzle forming member and a constant inner diameter, and the other end opened on the pressure chamber side surface of the nozzle forming member and the inner diameter of the nozzle forming member. A second straight portion that is larger than the first straight portion and is constant, and is formed between the first straight portion and the second straight portion, and has an inner diameter from the other end side of the first straight portion. An enlarged diameter portion that expands toward one end of the second straight portion,
The flow path resistance at the time of liquid ejection of the nozzle is 3.0 × 10 ¹³ [Pa · s / m ³ ] or less when the viscosity of the liquid at the time of liquid ejection of the nozzle is 10 mPa · s. To do.

この構成によれば、ノズルにおける流路抵抗が可及的に低減されてメニスカスが動きやすくなり、メニスカス中央部とノズル内壁側のメニスカス外周部（境界層）との間に生じる剪断力が抑制されるので、粘度が高粘度の液体をノズルから液滴として噴射する際に、噴射される液滴の量や飛翔速度が設計上の理想値から著しく低下することを抑制することができる。また、噴射された液滴の進行方向後端部分が尾のように伸びる尾曳を抑制することができる。その結果、着弾対象における液体の着弾形状をより理想的な状態に近づけることが可能となる。 According to this configuration, the flow path resistance in the nozzle is reduced as much as possible, the meniscus can move easily, and the shear force generated between the meniscus center and the meniscus outer periphery (boundary layer) on the nozzle inner wall side is suppressed. Therefore, when a liquid having a high viscosity is ejected as droplets from the nozzle, it is possible to prevent the amount of droplets to be ejected and the flying speed from significantly decreasing from the ideal values in design. Further, it is possible to suppress the tail fin in which the rear end portion in the traveling direction of the ejected droplet extends like a tail. As a result, the landing shape of the liquid on the landing target can be brought closer to an ideal state.

上記構成において、前記拡径部のノズル軸方向の寸法が、前記ノズル形成部材の厚みの１／３以上であることが望ましい。 The said structure WHEREIN: It is desirable for the dimension of the nozzle axial direction of the said enlarged diameter part to be 1/3 or more of the thickness of the said nozzle formation member.

また、複数の圧力室に対して共通の液室である共通液室と、当該共通液室と各圧力室との間を連通する液体供給口と、を有し、
前記ノズルの流体インピーダンスＺｎと前記液体供給口の流体インピーダンスＺｓとの関係が、Ｚｎ＜Ｚｓであることが望ましい。 A common liquid chamber that is a common liquid chamber for the plurality of pressure chambers; and a liquid supply port that communicates between the common liquid chamber and each pressure chamber.
It is desirable that the relationship between the fluid impedance Zn of the nozzle and the fluid impedance Zs of the liquid supply port is Zn <Zs.

また、上記構成において、前記拡径部においてノズル軸を間に挟んで対向する内壁同士の成す角度が、３０°以上１８０°以下であることが望ましい。 In the above-described configuration, it is desirable that an angle formed by inner walls facing each other with the nozzle shaft interposed therebetween is 30 ° or more and 180 ° or less.

プリンターの構成を説明する斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a printer. プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a printer. FIG. 記録ヘッドの構成を説明する要部断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part illustrating the configuration of a recording head. ノズルの構成を説明する要部断面図である。It is principal part sectional drawing explaining the structure of a nozzle. 噴射駆動パルスの構成を説明する波形図である。It is a wave form diagram explaining the structure of an ejection drive pulse. （ａ）〜（ｄ）は、インク滴を噴射する際のメニスカスの動きを示す模式図である。(A)-(d) is a schematic diagram which shows the motion of the meniscus at the time of ejecting an ink drop. ノズルの寸法・形状を変えてインクを噴射したときの合否を示す表である。It is a table | surface which shows the pass or fail when ink is ejected by changing the dimension and shape of a nozzle. ノズルの変形例の構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the modification of a nozzle.

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, various limitations are made as preferred specific examples of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following description unless otherwise specified. However, the present invention is not limited to these embodiments. In the following, an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a printer) will be described as an example of the liquid ejecting apparatus of the invention.

図１はプリンターの内部構成を説明する斜視図、図２はプリンターの電気的な構成を示すブロック図である。例示したプリンターは、キャリッジ１１に記録ヘッド１０（液体噴射ヘッドの一種）を搭載すると共に、このキャリッジ１１にインク（液体の一種）を貯留したインクカートリッジ１１′（液体供給源の一種）が着脱可能に装着され、当該インクカートリッジ１１′内のインクが記録ヘッド１０に供給される。そして、記録ヘッド１０の下方に送られてくる記録紙等の記録媒体２１に対して、記録ヘッド１０からインクを噴射して当該記録媒体２１の記録面に文字や画像等を記録するように構成されている。また、このプリンターは、プリンターコントローラー１及びプリントエンジン２を有している。プリンターコントローラー１は、ホストコンピューター等の外部装置との間でデータの授受を行う外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）３と、各種データ等を記憶するＲＡＭ４と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ５と、各部の制御を行う制御部６と、クロック信号を発生する発振回路７と、記録ヘッド１０へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路８と、ドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド１０に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）９と、を備えている。 FIG. 1 is a perspective view illustrating an internal configuration of the printer, and FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the printer. In the illustrated printer, a recording head 10 (a type of liquid ejecting head) is mounted on a carriage 11, and an ink cartridge 11 ′ (a type of liquid supply source) storing ink (a type of liquid) is detachably attached to the carriage 11. The ink in the ink cartridge 11 ′ is supplied to the recording head 10. The ink is ejected from the recording head 10 to the recording medium 21 such as recording paper sent below the recording head 10 to record characters, images, and the like on the recording surface of the recording medium 21. Has been. The printer has a printer controller 1 and a print engine 2. The printer controller 1 includes an external interface (external I / F) 3 that exchanges data with an external device such as a host computer, a RAM 4 that stores various data, a control routine for various data processing, and the like. ROM 5 stored, control unit 6 that controls each unit, oscillation circuit 7 that generates a clock signal, drive signal generation circuit 8 that generates a drive signal to be supplied to the recording head 10, dot pattern data, drive signals, and the like And an internal interface (internal I / F) 9 for outputting to the recording head 10.

制御部６は、各部の制御を行うほか、外部装置から外部Ｉ／Ｆ３を通じて受信した印刷データを、ドットパターンデータに変換し、このドットパターンデータを内部Ｉ／Ｆ９を通じて記録ヘッド１０側に出力する。このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成されている。また、制御部６は、発振回路７からのクロック信号に基づいて記録ヘッド１０に対してラッチ信号やチャンネル信号等を供給する。これらのラッチ信号やチャンネル信号に含まれるラッチパルスやチャンネルパルスは、駆動信号を構成する各パルスの供給タイミングを規定する。 The control unit 6 controls each unit, converts print data received from the external device through the external I / F 3 into dot pattern data, and outputs the dot pattern data to the recording head 10 side through the internal I / F 9. . This dot pattern data is constituted by print data obtained by decoding (translating) gradation data. The control unit 6 supplies a latch signal, a channel signal, and the like to the recording head 10 based on the clock signal from the oscillation circuit 7. The latch pulses and channel pulses included in these latch signals and channel signals define the supply timing of each pulse constituting the drive signal.

駆動信号発生回路８（駆動信号発生手段の一種）は、制御部６によって制御され、圧電振動子２０を駆動するための駆動信号を発生する。本実施形態における駆動信号発生回路８は、ノズル３７からインクをインク滴（液滴の一種）として噴射させて記録紙等の記録媒体２１（着弾対象の一種）上にドットを形成させるための噴射駆動パルスや、ノズル３７に露出したインクの自由表面、即ち、メニスカスを微振動させてインクを攪拌するための微振動パルス等を含む駆動信号ＣＯＭを発生するように構成されている。 The drive signal generation circuit 8 (a kind of drive signal generation means) is controlled by the control unit 6 and generates a drive signal for driving the piezoelectric vibrator 20. The drive signal generation circuit 8 in the present embodiment ejects ink from the nozzles 37 as ink droplets (a type of liquid droplets) to form dots on a recording medium 21 (a type of landing target) such as recording paper. A drive signal COM including a drive pulse and a fine vibration pulse for stirring the ink by slightly vibrating the free surface of the ink exposed to the nozzle 37, that is, the meniscus, is generated.

次に、プリントエンジン２側の構成について説明する。プリントエンジン２は、記録ヘッド１０と、キャリッジ用移動機構１２と、紙送り機構１３と、リニアエンコーダー１４と、から概略構成されている。
キャリッジ用移動機構１２は、駆動ベルトや駆動モーター等から成り、キャリッジ１１を、記録媒体２１の搬送方向に直交する方向に往復移動させるための機構である。紙送り機構１３は、駆動モーターや紙送りローラー等により構成され、印刷動作時に記録ヘッド１０とプラテンの間に記録媒体２１を通過させ、画像等が印刷された記録紙を排出トレイ側に排出する機構である。リニアエンコーダー１４は、キャリッジ１１の移動に伴ってエンコーダーパルスを出力する。このリニアエンコーダー１４から出力されたエンコーダーパルスは、制御部６に出力される。制御部６は、エンコーダーパルスに基づいてキャリッジ１１（記録ヘッド１０）の走査位置を認識できる。 Next, the configuration on the print engine 2 side will be described. The print engine 2 is roughly composed of a recording head 10, a carriage moving mechanism 12, a paper feed mechanism 13, and a linear encoder 14.
The carriage moving mechanism 12 includes a driving belt, a driving motor, and the like, and is a mechanism for reciprocating the carriage 11 in a direction orthogonal to the conveyance direction of the recording medium 21. The paper feed mechanism 13 includes a drive motor, a paper feed roller, and the like, and passes the recording medium 21 between the recording head 10 and the platen during a printing operation, and discharges the recording paper on which an image or the like is printed to the discharge tray side. Mechanism. The linear encoder 14 outputs encoder pulses as the carriage 11 moves. The encoder pulse output from the linear encoder 14 is output to the control unit 6. The controller 6 can recognize the scanning position of the carriage 11 (recording head 10) based on the encoder pulse.

記録ヘッド１０は、シフトレジスター（ＳＲ）１５、ラッチ１６、デコーダー１７、レベルシフター（ＬＳ）１８、スイッチ１９、及び圧電振動子２０を備えている。プリンターコントローラー１からのドットパターンデータＳＩは、発振回路７からのクロック信号ＣＫに同期して、シフトレジスター１５にシリアル伝送される。このドットパターンデータは、２ビットのデータであり、例えば、非記録（微振動）、小ドット、中ドット、大ドットからなる４階調の記録階調（噴射階調）を表す階調情報によって構成されている。具体的には、非記録は階調情報「００」、小ドットは階調情報「０１」、中ドットが階調情報「１０」、大ドットが階調情報「１１」と表される。 The recording head 10 includes a shift register (SR) 15, a latch 16, a decoder 17, a level shifter (LS) 18, a switch 19, and a piezoelectric vibrator 20. The dot pattern data SI from the printer controller 1 is serially transmitted to the shift register 15 in synchronization with the clock signal CK from the oscillation circuit 7. This dot pattern data is 2-bit data, for example, by gradation information representing four recording gradations (ejection gradations) composed of non-recording (microvibration), small dots, medium dots, and large dots. It is configured. Specifically, non-printing is represented by gradation information “00”, small dots are represented by gradation information “01”, medium dots are represented by gradation information “10”, and large dots are represented by gradation information “11”.

シフトレジスター１５には、ラッチ１６が電気的に接続されており、プリンターコントローラー１からのラッチ信号（ＬＡＴ）がラッチ１６に入力されると、シフトレジスター１５のドットパターンデータをラッチする。このラッチ１６にラッチされたドットパターンデータは、デコーダー１７に入力される。このデコーダー１７は、２ビットのドットパターンデータを翻訳してパルス選択データを生成する。このパルス選択データは、駆動信号ＣＯＭを構成する各パルスに各ビットを夫々対応させることで構成されている。そして、各ビットの内容、例えば、「０」，「１」に応じて圧電振動子２０に対する噴射駆動パルスの供給又は非供給が選択される。 A latch 16 is electrically connected to the shift register 15. When a latch signal (LAT) from the printer controller 1 is input to the latch 16, the dot pattern data in the shift register 15 is latched. The dot pattern data latched by the latch 16 is input to the decoder 17. The decoder 17 translates 2-bit dot pattern data to generate pulse selection data. This pulse selection data is constituted by associating each bit with each pulse constituting the drive signal COM. Then, supply or non-supply of the ejection drive pulse to the piezoelectric vibrator 20 is selected according to the contents of each bit, for example, “0” and “1”.

そして、デコーダー１７は、ラッチ信号（ＬＡＴ）又はチャンネル信号（ＣＨ）の受信を契機にパルス選択データをレベルシフター１８に出力する。この場合、パルス選択データは、上位ビットから順にレベルシフター１８に入力される。このレベルシフター１８は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データが「１」の場合、スイッチ１９を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。レベルシフター１８で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ１９に供給される。このスイッチ１９の入力側には、駆動信号発生回路８からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ１９の出力側には、圧電振動子２０が接続されている。 Then, the decoder 17 outputs pulse selection data to the level shifter 18 when receiving the latch signal (LAT) or the channel signal (CH). In this case, the pulse selection data is input to the level shifter 18 in order from the upper bit. The level shifter 18 functions as a voltage amplifier. When the pulse selection data is “1”, the level shifter 18 outputs an electric signal boosted to a voltage capable of driving the switch 19, for example, a voltage of about several tens of volts. The pulse selection data “1” boosted by the level shifter 18 is supplied to the switch 19. The drive signal COM from the drive signal generation circuit 8 is supplied to the input side of the switch 19, and the piezoelectric vibrator 20 is connected to the output side of the switch 19.

そして、パルス選択データは、スイッチ１９の作動、つまり、駆動信号中の駆動パルスの圧電振動子２０への供給を制御する。例えば、スイッチ１９に入力されるパルス選択データが「１」である期間中は、スイッチ１９が接続状態になって、対応する噴射駆動パルスが圧電振動子２０に供給され、この噴射駆動パルスの波形に倣って圧電振動子２０の電位レベルが変化する。一方、パルス選択データが「０」である期間中は、レベルシフター１８からはスイッチ１９を作動させるための電気信号が出力されない。このため、スイッチ１９は切断状態となり、圧電振動子２０へは噴射駆動パルスが供給されない。 The pulse selection data controls the operation of the switch 19, that is, the supply of the drive pulse in the drive signal to the piezoelectric vibrator 20. For example, during a period in which the pulse selection data input to the switch 19 is “1”, the switch 19 is in a connected state, and the corresponding ejection drive pulse is supplied to the piezoelectric vibrator 20, and the waveform of this ejection drive pulse Following this, the potential level of the piezoelectric vibrator 20 changes. On the other hand, during the period when the pulse selection data is “0”, the level shifter 18 does not output an electrical signal for operating the switch 19. For this reason, the switch 19 is in a disconnected state, and the ejection drive pulse is not supplied to the piezoelectric vibrator 20.

このような動作を行うデコーダー１７、レベルシフター１８、スイッチ１９、制御部６、及び駆動信号発生回路８は、噴射制御手段として機能し、ドットパターンデータに基づき、駆動信号の中から噴射駆動パルスを選択して圧電振動子２０に印加（供給）する。その結果、噴射駆動パルスの電圧変化に応じて圧電振動子２０が伸張又は収縮し、この圧電振動子２０の伸縮に伴って圧力室３５（図３参照）が膨張又は収縮することにより、ドットパターンデータを構成する階調情報に応じた量のインク滴がノズル３７から噴射される。 The decoder 17, level shifter 18, switch 19, control unit 6, and drive signal generation circuit 8 that perform such operations function as an ejection control unit, and based on the dot pattern data, eject drive pulses from the drive signal. Select and apply (supply) to the piezoelectric vibrator 20. As a result, the piezoelectric vibrator 20 expands or contracts in accordance with the voltage change of the ejection drive pulse, and the pressure chamber 35 (see FIG. 3) expands or contracts as the piezoelectric vibrator 20 expands or contracts, thereby causing a dot pattern. An amount of ink droplets corresponding to the gradation information constituting the data is ejected from the nozzle 37.

図３は、上記記録ヘッド１０（液体噴射ヘッドの一種）の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド１０は、ケース２３、振動子ユニット２４、及び流路ユニット２５等を備えている。上記のケース２３の内部には振動子ユニット２４を収納するための収納空部２６が形成されている。振動子ユニット２４は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子２０と、この圧電振動子２０が接合される固定板２８と、圧電振動子２０に駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル２９とを備えている。この圧電振動子２０は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向（電界方向）に直交する方向に伸縮可能（電界横効果型）な縦振動モードの圧電振動子である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part for explaining the configuration of the recording head 10 (a kind of liquid ejecting head). The recording head 10 includes a case 23, a vibrator unit 24, a flow path unit 25, and the like. A housing empty portion 26 for housing the vibrator unit 24 is formed inside the case 23. The vibrator unit 24 includes a piezoelectric vibrator 20 that functions as a kind of pressure generating means, a fixed plate 28 to which the piezoelectric vibrator 20 is joined, a flexible cable 29 for supplying a drive signal to the piezoelectric vibrator 20, and It has. The piezoelectric vibrator 20 is a laminated type manufactured by cutting piezoelectric plates in which piezoelectric layers and electrode layers are alternately laminated into a comb-like shape, and expands and contracts in a direction perpendicular to the lamination direction (electric field direction). This is a piezoelectric vibrator in a longitudinal vibration mode that is possible (field lateral effect type).

流路ユニット２５は、流路形成基板３０の一方の面にノズルプレート３１を、流路形成基板３０の他方の面に振動板３２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２５には、リザーバー３３（共通液室の一種。マニホールドとも言う。）、インク供給口３４（液体供給口の一種）、圧力室３５、ノズル連通口３６、及びノズル３７が設けられている。そして、インク供給口３４から圧力室３５及びノズル連通口３６を経てノズル３７に至る一連のインク流路が、各ノズル３７に対応して形成されている。 The flow path unit 25 is configured by joining a nozzle plate 31 to one surface of the flow path forming substrate 30 and a diaphragm 32 to the other surface of the flow path forming substrate 30. The flow path unit 25 is provided with a reservoir 33 (a kind of common liquid chamber; also referred to as a manifold), an ink supply port 34 (a kind of liquid supply port), a pressure chamber 35, a nozzle communication port 36, and a nozzle 37. ing. A series of ink flow paths from the ink supply port 34 to the nozzle 37 through the pressure chamber 35 and the nozzle communication port 36 are formed corresponding to each nozzle 37.

上記ノズルプレート３１（本発明におけるノズル形成部材の一種）は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル３７が列状に開設された板状部材であり、本実施形態ではステンレス鋼により作製されている。このノズルプレート３１には、ノズル３７を列設してノズル列（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル３７によって構成される。本発明に係るプリンターは、ノズル３７の形状及び寸法に特徴を有している。この点については後述する。 The nozzle plate 31 (a kind of nozzle forming member in the present invention) is a plate-like member in which a plurality of nozzles 37 are opened in a row at a pitch (for example, 180 dpi) corresponding to the dot formation density. Made of steel. The nozzle plate 31 is provided with a plurality of nozzle rows (nozzle groups) by arranging nozzles 37, and one nozzle row is composed of, for example, 180 nozzles 37. The printer according to the present invention is characterized by the shape and dimensions of the nozzles 37. This point will be described later.

上記振動板３２は、支持板３８の表面に可撓性を有する弾性体膜３９を積層した二重構造である。本実施形態では、ステンレス板を支持板３８とし、この支持板３８の表面に樹脂フィルムが弾性体膜３９としてラミネートされた複合板材により振動板３２が作製されている。この振動板３２には、圧力室３５の容積を変化させるダイヤフラム部４０が設けられている。また、この振動板３２には、リザーバー３３の一部を封止するコンプライアンス部４１が設けられている。 The diaphragm 32 has a double structure in which a flexible elastic film 39 is laminated on the surface of a support plate 38. In the present embodiment, the vibration plate 32 is made of a composite plate material in which a stainless plate is used as a support plate 38 and a resin film is laminated on the surface of the support plate 38 as an elastic film 39. The diaphragm 32 is provided with a diaphragm portion 40 that changes the volume of the pressure chamber 35. The diaphragm 32 is provided with a compliance portion 41 that seals a part of the reservoir 33.

上記のダイヤフラム部４０は、エッチング加工等によって支持板３８を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部４０は、圧電振動子２０の自由端部の先端面が接合される島部４２と、この島部４２を囲う薄肉弾性部４３とから成る。上記のコンプライアンス部４１は、リザーバー３３の開口面に対向する領域の支持板３８がエッチング加工等によって除去されることにより作製される。このコンプライアンス部４１は、リザーバー３３に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。 The diaphragm 40 is produced by partially removing the support plate 38 by etching or the like. That is, the diaphragm portion 40 includes an island portion 42 to which the distal end surface of the piezoelectric vibrator 20 is joined, and a thin elastic portion 43 that surrounds the island portion 42. The compliance portion 41 is produced by removing the support plate 38 in a region facing the opening surface of the reservoir 33 by etching or the like. The compliance unit 41 functions as a damper that absorbs pressure fluctuations of the liquid stored in the reservoir 33.

そして、上記の島部４２には圧電振動子２０の先端面が接合されているので、この圧電振動子２０の自由端部が伸縮することで圧力室３５の容積が変動する。この容積変動に伴って圧力室３５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド１０は、この圧力変動を利用してノズル３７からインク滴を噴射させる。 Since the tip end surface of the piezoelectric vibrator 20 is joined to the island portion 42, the volume of the pressure chamber 35 varies as the free end of the piezoelectric vibrator 20 expands and contracts. A pressure fluctuation occurs in the ink in the pressure chamber 35 along with the volume fluctuation. The recording head 10 ejects ink droplets from the nozzles 37 using this pressure fluctuation.

次に、上記プリンターにおいて、光硬化型インク等の高粘度のインク（高粘度液体の一種）を噴射するための構成について説明する。
上記プリンターで高粘度の液体を噴射する場合、比較的低粘度（例えば、５ｍＰａ・ｓ）の液体を噴射する場合と比較して、噴射された液滴の後の部分が尾のように伸びる尾曳が生じ易い傾向にある。このような尾曳が生じると、記録紙等の着弾対象物における着弾形状（ドット形状）が乱れる可能性がある。このような着弾形状の乱れは、プリンターで記録紙に画像を記録したときには画質の劣化の原因となる。これに対し、本発明に係るプリンターでは、ノズル３７の形状を工夫することによりノズル３７における流路抵抗を低減し、これにより尾曳を抑制するようにしている。 Next, a configuration for ejecting high-viscosity ink (a kind of high-viscosity liquid) such as photocurable ink in the printer will be described.
When jetting high-viscosity liquid with the above printer, the tail of the jetted droplet extends like a tail compared to the case of jetting liquid with relatively low viscosity (for example, 5 mPa · s). Tends to occur. When such a tail occurs, the landing shape (dot shape) of the landing target such as recording paper may be disturbed. Such disturbance of the landing shape causes deterioration of image quality when an image is recorded on recording paper by a printer. On the other hand, in the printer according to the present invention, the flow path resistance in the nozzle 37 is reduced by devising the shape of the nozzle 37, thereby suppressing the tail fin.

図４は、ノズル３７の構成を説明するノズル軸方向の断面図である。なお、同図において、上側がインクが噴射される側（記録ヘッド１０の外側）であり、下側が圧力室３５側である。このノズル３７は、第１のストレート部３７ａと、第２のストレート部３７ｂと、テーパー部３７ｃ（本発明における拡径部の一種）と、から構成されている。第１のストレート部３７ａは、一端（噴射側。以下、同様。）がノズルプレート３１における噴射側の面に開口し、他端（圧力室側。以下同様。）がテーパー部３７ｃと連通した、内径がＤａで一定な円筒状の空部である。第２のストレート部３７ｂは、一端がテーパー部３７ｃと連通し、他端がノズルプレート３１における圧力室側の面に開口した、内径Ｄｂが第１のストレート部３７ａの内径Ｄａよりも大きく一定な円筒状の空部である。テーパー部３７ｃは、第１のストレート部３７ａ及び第２のストレート部３７ｂの間に形成され、内径が第１のストレート部３７ａの他端側から第２のストレート部３７ｂの一端側に向けて拡大する空部である。即ち、ノズル３７は、噴射側と圧力室側にそれぞれストレート部を１つずつ合計２つのストレート部３７ａ，３７ｂを有し、これらをテーパー部３７ｃで連続させている。 FIG. 4 is a cross-sectional view in the nozzle axis direction illustrating the configuration of the nozzle 37. In the figure, the upper side is the ink ejection side (outside of the recording head 10), and the lower side is the pressure chamber 35 side. The nozzle 37 is composed of a first straight portion 37a, a second straight portion 37b, and a tapered portion 37c (a kind of enlarged diameter portion in the present invention). The first straight portion 37a has one end (injection side, hereinafter the same) opened on the injection side surface of the nozzle plate 31, and the other end (pressure chamber side, the same hereinafter) communicated with the tapered portion 37c. It is a cylindrical hollow portion whose inner diameter is Da and constant. The second straight portion 37b has one end communicating with the tapered portion 37c and the other end opened to the pressure chamber side surface of the nozzle plate 31, and the inner diameter Db is larger and constant than the inner diameter Da of the first straight portion 37a. Cylindrical void. The tapered portion 37c is formed between the first straight portion 37a and the second straight portion 37b, and the inner diameter increases from the other end side of the first straight portion 37a toward one end side of the second straight portion 37b. It is an empty part to do. That is, the nozzle 37 has a total of two straight portions 37a and 37b, one straight portion on each of the injection side and the pressure chamber side, and these are continuous by the tapered portion 37c.

第１のストレート部３７ａは、主に、ノズル３７から噴射されるインク滴の量や飛翔方向の安定性に関与する部分である。この第１のストレート部３７ａの直径Ｄａ及びノズル軸方向（ノズルプレート３１の厚み方向）の長さＬａは、プリンターの仕様、具体的には噴射するインク滴の量（重量・体積）に基づいて設計される。本実施形態において、直径Ｄａが３０μｍに設定され、長さＬａが２０μｍに設定されている。テーパー部３７ｃは、ノズル３７全体の流路抵抗を低下させて、圧力室３５内の圧力変動に応じたメニスカスの移動を円滑にするために重要な部分である。このテーパー部３７ｃの一端側の直径は、第１のストレート部３７ａの直径Ｄａに揃えられている一方、他端側の直径は、第２のストレート部３７ｂの直径Ｄｂに揃えられている。本実施形態におけるテーパー部３７ｃの内径は、上述したように第１のストレート部３７ａの他端側から第２のストレート部３７ｂの一端側に向けて一定の割合で拡径しているので、図４の断面において、ノズル軸を間に挟んで対向する内壁同士（テーパー内壁４５ａ，４５ｂ）は、所定の角度（以下、テーパー角θ）を成している。このテーパー角θは、３０°以上１８０°以下に設定される。また、このテーパー部３７ｃのノズル軸方向の寸法Ｌｃは、ノズルプレート３１の厚さの１／３以上に設定される。本実施形態においては、ノズルプレート３１の厚さ１００μｍに対して、４０μｍ〜５０μｍに設定される。なお、Ｌｃに関し、ノズル３７が少なくとも第１のストレート部３７ａ、テーパー部３７ｃ、及び第２のストレート部３７ｂを有することを前提として設定される。 The first straight portion 37a is a portion mainly related to the amount of ink droplets ejected from the nozzle 37 and the stability in the flight direction. The diameter Da of the first straight portion 37a and the length La in the nozzle axial direction (thickness direction of the nozzle plate 31) are based on the specifications of the printer, specifically, the amount (weight / volume) of ejected ink droplets. Designed. In the present embodiment, the diameter Da is set to 30 μm, and the length La is set to 20 μm. The tapered portion 37 c is an important portion for reducing the flow path resistance of the entire nozzle 37 and smoothing the movement of the meniscus according to the pressure fluctuation in the pressure chamber 35. The diameter of one end of the tapered portion 37c is aligned with the diameter Da of the first straight portion 37a, while the diameter of the other end is aligned with the diameter Db of the second straight portion 37b. Since the inner diameter of the tapered portion 37c in the present embodiment is increased at a certain rate from the other end side of the first straight portion 37a toward the one end side of the second straight portion 37b as described above, 4, the inner walls (tapered inner walls 45a and 45b) facing each other with the nozzle shaft in between form a predetermined angle (hereinafter referred to as a taper angle θ). The taper angle θ is set to 30 ° or more and 180 ° or less. The dimension Lc of the tapered portion 37c in the nozzle axis direction is set to 1/3 or more of the thickness of the nozzle plate 31. In the present embodiment, the thickness of the nozzle plate 31 is set to 40 μm to 50 μm with respect to the thickness of 100 μm. Note that Lc is set on the assumption that the nozzle 37 has at least a first straight portion 37a, a tapered portion 37c, and a second straight portion 37b.

第２のストレート部３７ｂは、圧力室３５側からノズル３７内にインクが流入する際に当該インクを整流することで、インク滴の飛翔曲がりを抑制する作用を奏する。即ち、第２のストレート部３７ｂを設けない構成（つまり、テーパー部３７ｃの他端側がノズルプレート３１の圧力室側の面に開口する構成）では、圧力室３５側からノズル３７内（テーパー部３７ｃ内）にインクが流入する際に、ノズルプレート３１の圧力室側の面とテーパー部３７ｃとの境界部でインクの流れに渦が生じ、この渦がテーパー部３７ｃにおけるインクの流れを乱す虞があり、これによりノズル３７から噴射されたインク滴の飛翔方向が安定しない可能性がある。これに対し、第２のストレート部３７ｂを設ける構成では、ノズルプレート３１の圧力室側の面と第２のストレート部３７ｂとの境界部でインクの流れに渦が生じるものの、テーパー部３７ｃに流入するまでの間にインクの流れが第２のストレート部３７ｂの内周面に沿って全体的にノズル軸方向に整流されるので、上記の渦に起因する飛翔方向の不安定さが抑制される。 The second straight portion 37b has an effect of suppressing the flying bend of the ink droplet by rectifying the ink when the ink flows into the nozzle 37 from the pressure chamber 35 side. That is, in a configuration in which the second straight portion 37b is not provided (that is, a configuration in which the other end side of the tapered portion 37c is open to the pressure chamber side surface of the nozzle plate 31), the pressure chamber 35 side to the inside of the nozzle 37 (tapered portion 37c). When ink flows into the inner portion, a vortex is generated in the ink flow at the boundary between the pressure chamber side surface of the nozzle plate 31 and the tapered portion 37c, and this vortex may disturb the ink flow in the tapered portion 37c. There is a possibility that the flying direction of the ink droplet ejected from the nozzle 37 is not stable. In contrast, in the configuration in which the second straight portion 37b is provided, a vortex is generated in the ink flow at the boundary between the pressure chamber side surface of the nozzle plate 31 and the second straight portion 37b, but the ink flows into the tapered portion 37c. In the meantime, the flow of ink is rectified in the nozzle axial direction as a whole along the inner peripheral surface of the second straight portion 37b, so that instability in the flying direction due to the vortex is suppressed. .

また、第２のストレート部３７ｂは、隣り合うノズル３７同士が干渉する（ノズルプレート３１の肉厚内で連通する）ことを抑制する。即ち、ノズル３７の流路抵抗を低減する上では上記テーパー部３７ｃのテーパー角θをできるだけ大きくすることが望ましいが、これを広げすぎると隣り合うノズル３７同士が干渉してしまう虞がある。そこで、第２のストレート部３７ｂを設けることで、ノズル３７同士が干渉せずにテーパー角θを広げることができる範囲をより広く確保することができる。したがって、第２のストレート部３７ｂの内径Ｄｂは、第１のストレート部の内径Ｄａよりも大きく且つ隣り合うノズル３７同士が干渉しない程度の範囲内に設定される。また、第２のストレート部３７ｂのノズル軸方向の寸法Ｌｂは、ノズルプレート３１の厚さに対し、第１のストレート部３７ａの寸法Ｌａとテーパー部３７ｃの寸法Ｌｃが定められた上での残りの部分の厚さに対応する。上記の整流効果を発揮させる観点では、寸法Ｌｂをできるだけ大きくすることが望ましい。 Further, the second straight portion 37b suppresses interference between adjacent nozzles 37 (communication within the thickness of the nozzle plate 31). That is, in order to reduce the flow path resistance of the nozzle 37, it is desirable to increase the taper angle θ of the tapered portion 37c as much as possible. However, if the taper angle θ is too wide, adjacent nozzles 37 may interfere with each other. Therefore, by providing the second straight portion 37b, it is possible to secure a wider range in which the taper angle θ can be expanded without the nozzles 37 interfering with each other. Therefore, the inner diameter Db of the second straight portion 37b is set within a range that is larger than the inner diameter Da of the first straight portion and that the adjacent nozzles 37 do not interfere with each other. The dimension Lb of the second straight part 37b in the nozzle axis direction is the remaining after the dimension La of the first straight part 37a and the dimension Lc of the tapered part 37c are determined with respect to the thickness of the nozzle plate 31. Corresponds to the thickness of the part. From the viewpoint of exerting the above rectifying effect, it is desirable to make the dimension Lb as large as possible.

ここで、ノズル３７における流体インピーダンスＺｎと、インク供給口３４における流体インピーダンスＺｓとの関係が、Ｚｎ＜Ｚｓとなるように、それぞれの寸法形状を定めることが望ましい。ここで、Ｚｎ及びＺｓは、それぞれ以下の式（１），（２）で表される。
Ｚｎ＝√｛Ｒｎ^２＋（ωＭｎ−１／ωＣｎ）^２｝ …（１）
Ｚｓ＝√｛Ｒｓ^２＋（ωＭｓ−１／ωＣｓ）^２｝ …（２）
なお、Ｍｎ〔ｋｇ/ｍ^４〕はノズル３７におけるイナータンス、Ｃｎ〔ｍ^５／Ｎ〕はノズル３７における音響容量（コンプライアンス）、Ｒｎ〔Ｎｓ／ｍ^５〕はノズル３７の流路抵抗である。同様に、Ｍｓ〔ｋｇ/ｍ^４〕はインク供給口３４におけるイナータンス、Ｃｓ〔ｍ^５／Ｎ〕はインク供給口３４における音響容量（コンプライアンス）、Ｒｓ〔Ｎｓ／ｍ^５〕はインク供給口３４の流路抵抗である。このようにノズル３７における流体インピーダンスＺｎと、インク供給口３４における流体インピーダンスＺｓとの関係が設定されることで、圧力室３５に圧力変動を付与したときに、インクがノズル３７側に流れやすくなる。 Here, it is desirable to determine the respective dimensional shapes so that the relationship between the fluid impedance Zn at the nozzle 37 and the fluid impedance Zs at the ink supply port 34 is Zn <Zs. Here, Zn and Zs are represented by the following formulas (1) and (2), respectively.
Zn = √ {Rn ² + (ωMn−1 / ωCn) ² } (1)
Zs = √ {Rs ² + (ωMs−1 / ωCs) ² } (2)
Mn [kg / m ⁴ ] is an inertance in the nozzle 37, Cn [m ⁵ / N] is an acoustic capacity (compliance) in the nozzle 37, and Rn [Ns / m ⁵ ] is a flow path resistance of the nozzle 37. Similarly, Ms [kg / m ⁴ ] is an inertance at the ink supply port 34, Cs [m ⁵ / N] is an acoustic capacity (compliance) at the ink supply port 34, and Rs [Ns / m ⁵ ] is at the ink supply port 34. It is channel resistance. Thus, by setting the relationship between the fluid impedance Zn in the nozzle 37 and the fluid impedance Zs in the ink supply port 34, when pressure fluctuation is applied to the pressure chamber 35, the ink easily flows to the nozzle 37 side. .

以上のようにノズル３７の形状及び寸法が定められることで、噴射する時点でのインクの粘度が１０ｍＰａ・ｓ、当該表面張力が２５ｍＮ／ｍである場合にノズル３７における流路抵抗が３．０×１０^１３〔Ｐａ・ｓ／ｍ^３〕以下に抑えられる。なお、この流路抵抗は、噴射する時点におけるインクの粘度の値に比して変化する。
記録ヘッド１０の流路の中では最も流路抵抗の大きい部分であるノズル３７における流路抵抗が低減されることで、圧力室３５内部の圧力変動に応じてメニスカスが動きやすくなり、メニスカス中央部とノズル内壁側のメニスカス外周部の境界層との間に生じる剪断力が抑制される。これにより、粘度が８ｍＰａｓ以上の高粘度のインクをノズル３７からインク滴として噴射する際に、噴射されるインク滴の量や飛翔速度が設計・仕様上の理想値から著しく低下することが抑制される。また、ノズル３７から噴射されたインク滴の進行方向後端部分が尾のように伸びる尾曳を抑制することができる。その結果、記録媒体（着弾対象）におけるインクの着弾形状をより理想的な状態に近づけることが可能となる。 By determining the shape and dimensions of the nozzle 37 as described above, when the viscosity of the ink at the time of ejection is 10 mPa · s and the surface tension is 25 mN / m, the flow path resistance at the nozzle 37 is 3.0. × 10 ¹³ [Pa · s / m ³ ] or less. The flow path resistance changes as compared to the value of ink viscosity at the time of ejection.
In the flow path of the recording head 10, the flow path resistance in the nozzle 37, which is the portion with the largest flow path resistance, is reduced, so that the meniscus can move easily according to the pressure fluctuation in the pressure chamber 35, and the center portion of the meniscus And the shearing force generated between the nozzle inner wall side and the boundary layer on the outer peripheral portion of the meniscus is suppressed. As a result, when high-viscosity ink having a viscosity of 8 mPas or more is ejected from the nozzle 37 as ink droplets, the amount of ejected ink droplets and the flying speed are suppressed from being significantly reduced from ideal values in terms of design and specifications. The Further, it is possible to suppress the tail fin in which the rear end portion in the traveling direction of the ink droplet ejected from the nozzle 37 extends like a tail. As a result, the ink landing shape on the recording medium (landing target) can be brought closer to an ideal state.

次に、上記構成のプリンターにおいて、ノズル３７からインクを噴射する制御について説明する。
図５は、駆動信号発生回路８が発生する駆動信号ＣＯＭに含まれる噴射駆動パルスＤＰの構成を説明する波形図である。例示した噴射駆動パルスＤＰは、圧力室３５の膨張又は収縮の基準となる容積（基準容積）に対応する基準電位ＶＢから最高電位ＶＨまで比較的穏やかな勾配で電位を上昇させる第１充電要素ＰＥ１（膨張要素）と、最高電位ＶＨを一定の時間維持する第１ホールド要素ＰＥ２（膨張維持要素）と、最高電位ＶＨから最低電位ＶＬまで、第１充電要素ＰＥ１の勾配よりも急峻な勾配で電位を降下させる放電要素ＰＥ３（収縮要素）と、最低電位ＶＬを短い時間維持する第２ホールド要素ＰＥ４（収縮維持要素）と、最低電位ＶＬから基準電位ＶＢまで電位を復帰させる第２充電要素ＰＥ５（復帰要素）と、を順に接続して構成された電圧波形である。 Next, control for ejecting ink from the nozzle 37 in the printer having the above-described configuration will be described.
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the configuration of the ejection drive pulse DP included in the drive signal COM generated by the drive signal generation circuit 8. The illustrated injection driving pulse DP is a first charging element PE1 that raises the potential with a relatively gentle gradient from the reference potential VB corresponding to the reference volume (reference volume) of expansion or contraction of the pressure chamber 35 to the highest potential VH. (Expansion element), a first hold element PE2 (expansion maintenance element) that maintains the maximum potential VH for a certain period of time, and a potential that is steeper than the gradient of the first charging element PE1 from the maximum potential VH to the minimum potential VL. Discharge element PE3 (shrinkage element) that lowers the minimum potential VL, second hold element PE4 (shrinkage maintenance element) that maintains the minimum potential VL for a short time, and second charge element PE5 (restores the potential from the minimum potential VL to the reference potential VB) The voltage waveform is formed by connecting the return element) in order.

この噴射駆動パルスＤＰが圧電振動子２０に印加されると、次のようにしてノズル３７からインク滴が噴射される。即ち、第１充電要素ＰＥ１が供給されると、圧電振動子２０が収縮して、基準電位ＶＢに対応する基準容積から最高電位ＶＨに対応する膨張容積まで圧力室３５が膨張する（膨張工程）。これに伴って、図６（ａ）に示すように、ノズル３７におけるメニスカスが圧力室３５側に引き込まれる。なお、同図における矢印はメニスカスの移動方向を示し、その大きさ（長さ）は移動速度の大きさを概ね示している。ここで、ノズル内周面から比較的遠いメニスカスの中央部は、圧力変動に追従し易く比較的速い速度で圧力室３５側に移動する一方、ノズル内周面に近い部分（境界層）はその粘性が影響して圧力変化に追従し難いため移動速度が中央部よりも遅くなる。しかしながら、図６（ｂ）に示すように、メニスカス全体がテーパー部３７ｃまで移動すると、テーパー部３７ｃの流路抵抗が第１のストレート部３７ａにおける流路抵抗よりも低くなっているので、メニスカスの中央部と境界層との速度差が低減される。これにより、境界層を追従させながらメニスカス全体を大きく引き込むことができる。 When this ejection drive pulse DP is applied to the piezoelectric vibrator 20, an ink droplet is ejected from the nozzle 37 as follows. That is, when the first charging element PE1 is supplied, the piezoelectric vibrator 20 contracts and the pressure chamber 35 expands from the reference volume corresponding to the reference potential VB to the expansion volume corresponding to the maximum potential VH (expansion process). . Along with this, as shown in FIG. 6A, the meniscus in the nozzle 37 is drawn to the pressure chamber 35 side. In addition, the arrow in the same figure shows the moving direction of the meniscus, and the magnitude | size (length) has shown the magnitude | size of the moving speed in general. Here, the central portion of the meniscus that is relatively far from the inner peripheral surface of the nozzle is easy to follow pressure fluctuations and moves to the pressure chamber 35 side at a relatively high speed, while the portion close to the inner peripheral surface of the nozzle (boundary layer) is Since it is difficult to follow the pressure change due to the influence of the viscosity, the moving speed becomes slower than the central portion. However, as shown in FIG. 6B, when the entire meniscus moves to the taper portion 37c, the flow passage resistance of the taper portion 37c is lower than the flow passage resistance of the first straight portion 37a. The speed difference between the central part and the boundary layer is reduced. As a result, the entire meniscus can be pulled in largely while following the boundary layer.

この圧力室３５の膨張状態は、第１ホールド要素ＰＥ２が圧電振動子２０に印加されることによって、ごく短い間（例えば、数μｓ）維持される（膨張維持工程）。その後、メニスカスが圧力室３５側から噴射側に移動方向が変換されたタイミングで放電要素ＰＥ３が印加されて圧電振動子２０が急激に伸長する。これに伴って、圧力室３５の容積が、最低電位ＶＬに対応する収縮容積まで収縮し、図６（ｃ）に示すように、メニスカスが圧力室３５とは反対側に向けて急激に加圧される（収縮工程）。これにより、図６（ｄ）に示すように、ノズル３７からは、数ｎｇ程度の液量のインク滴が噴射される。その後、第２ホールド要素ＰＥ４、及び、第２充電要素ＰＥ５が圧電振動子２０に順次印加され、インク滴の吐出に伴うメニスカスの振動を短時間で収束させるべく、圧力室３５が基準容積に復帰する（復帰工程）。ここで、テーパー部３７ｃでは、メニスカスの中央部と境界層との速度差が低減されるので、ノズル３７からインクが噴射される際のメニスカス中央部と境界層との間で生じる剪断力が抑制される。これにより、噴射されたインク滴の後端部の尾のように伸びる尾曳が抑制される。その結果、記録媒体におけるインク滴の着弾形状をより理想的な状態（設計・仕様上理想的なドット形状）に近づけることが可能となる。これにより、本発明に係るプリンターでは、記録媒体に記録された画像の低下を防止することができる。なお、膨張工程および収縮工程は、間に電位が一定な区間を入れて複数回に分けて行うようにしても良い。或いは、膨張工程および収縮工程の途中において変化速度を変えるようにすることも可能である。 The expansion state of the pressure chamber 35 is maintained for a very short time (for example, several μs) by applying the first hold element PE2 to the piezoelectric vibrator 20 (expansion maintaining step). Thereafter, the discharge element PE3 is applied at a timing when the moving direction of the meniscus is changed from the pressure chamber 35 side to the ejection side, and the piezoelectric vibrator 20 is rapidly expanded. Along with this, the volume of the pressure chamber 35 contracts to the contraction volume corresponding to the lowest potential VL, and the meniscus is rapidly pressurized toward the side opposite to the pressure chamber 35 as shown in FIG. (Shrinking step). As a result, as shown in FIG. 6D, an ink droplet having a liquid amount of about several ng is ejected from the nozzle 37. Thereafter, the second hold element PE4 and the second charging element PE5 are sequentially applied to the piezoelectric vibrator 20, and the pressure chamber 35 is returned to the reference volume so as to converge the meniscus vibration accompanying the ejection of the ink droplets in a short time. (Return process). Here, since the speed difference between the central portion of the meniscus and the boundary layer is reduced in the tapered portion 37c, the shearing force generated between the central portion of the meniscus and the boundary layer when ink is ejected from the nozzle 37 is suppressed. Is done. As a result, the tail fin extending like the tail at the rear end of the ejected ink droplet is suppressed. As a result, the ink droplet landing shape on the recording medium can be brought closer to an ideal state (ideal dot shape in terms of design and specifications). Thereby, in the printer according to the present invention, it is possible to prevent the image recorded on the recording medium from being lowered. Note that the expansion process and the contraction process may be performed in a plurality of times with a section having a constant potential in between. Alternatively, it is possible to change the change rate during the expansion process and the contraction process.

図７は、噴射時のノズル３７におけるインクの表面張力が２５ｍＮ／ｍ、その粘度が１０ｍＰａ・ｓを噴射することを前提として、ノズル３７の寸法・形状（ノズルプレート３１の厚さを含む。）を変えつつインクの噴射を行い、各場合でインクが良好に噴射されているか否かを示す表である。噴射性については、尾曳の有無或いはその長さ、及び記録媒体のインク着弾面における着弾形状（着弾面に対して垂直な方向から観たときのドットの形状）で判断される。この例では、ノズル３７の寸法・形状を変更してそれに伴って流路抵抗をそれぞれ異ならせたＡ〜Ｆの６通りを検証した結果を示している。なお、第１のストレート部３７ａの内径Ｄａ（表におけるノズル内径）は３０μｍで一定である。また、表の下には、噴射良好性の可否を表す記号が表記されている。「◎」はインクを噴射したときの尾曳が殆ど生じず、着弾形状も真円に近く最も理想な形状であることを示す。したがって、記録画像の画質がこの中で最も高い状態である。「○」は尾曳が生じ、この尾曳により着弾形状も「◎」の場合よりも多少いびつになるが、記録画像の画質上問題無い形状であることを示す。「△」は「○」の場合よりも尾曳が長くなり、これにより着弾形状が画質に悪影響を及ぼす程度にいびつであることを示す。「×」は「△」の場合よりもさらに尾曳が長くなり、これにより記録画像の画質に著しく悪影響を及ぼすことを示す。これらの記号のうち、「◎」及び「○」の場合は合格とされ、「△」及び「×」の場合は不合格とされる。 FIG. 7 shows the dimensions and shape of the nozzle 37 (including the thickness of the nozzle plate 31) on the assumption that the surface tension of the ink at the nozzle 37 during ejection is 25 mN / m and the viscosity is 10 mPa · s. 5 is a table showing whether ink is ejected satisfactorily in each case when ink is ejected. The jetting property is determined by the presence or absence of the tail fin or the length thereof and the landing shape on the ink landing surface of the recording medium (dot shape when viewed from the direction perpendicular to the landing surface). In this example, six types of A to F in which the size and shape of the nozzle 37 are changed and the flow path resistances are changed accordingly are shown. The inner diameter Da (nozzle inner diameter in the table) of the first straight portion 37a is constant at 30 μm. Further, below the table, a symbol indicating whether or not injection goodness is possible is written. “◎” indicates that there is almost no tail fin when ink is ejected, and the landing shape is almost the perfect circle and is the most ideal shape. Therefore, the recorded image has the highest image quality. “O” indicates that a tail fin is generated, and the landing shape is slightly distorted due to this tail fin, but it indicates that there is no problem in the image quality of the recorded image. “Δ” indicates that the tail is longer than the case of “◯”, and thus the landing shape is distorted to the extent that the image quality is adversely affected. “X” indicates that the tail is longer than in the case of “Δ”, which significantly affects the image quality of the recorded image. Among these symbols, “◎” and “◯” are acceptable, and “Δ” and “×” are unacceptable.

図７に示すＡ〜Ｆのうち、本発明における主たる条件である「ノズル３７の流路抵抗が３．０×１０^１３〔Ｐａ・ｓ／ｍ^３〕以下」を満たしているのは、Ｃ〜Ｅの３つの場合である。これらのＣ〜Ｅについては、いずれも噴射良好性が「◎」若しくは「○」で合格となっている。これに対し、条件外となっているＡ，Ｂ，及びＦの場合は、噴射良好性が「△」若しくは「×」で不合格となっている。即ち、これらのＡ，Ｂ，及びＦの場合、本発明の他の条件である「ノズルプレート３１の板厚に対するテーパー部３７ｃの割合が１／３以上」及び「テーパー角θが３０°以上１８０°以下」を満たしていないため、ノズル３７全体の流路抵抗が３．０×１０^１３〔Ｐａ・ｓ／ｍ^３〕よりも高まってしまい、噴射安定性が確保できない結果となっている。 Among A to F shown in FIG. 7, the main conditions in the present invention satisfying “the flow path resistance of the nozzle 37 is 3.0 × 10 ¹³ [Pa · s / m ³ ] or less” are C to E is the three cases. For these C to E, the injection goodness is “◎” or “◯”, which is acceptable. On the other hand, in the case of A, B, and F which are out of the condition, the injection goodness is “Δ” or “×”, which is rejected. That is, in the case of these A, B, and F, other conditions of the present invention are “the ratio of the tapered portion 37c to the plate thickness of the nozzle plate 31 is 1/3 or more” and “the taper angle θ is 30 ° or more 180”. Since “° C. or less” is not satisfied, the flow path resistance of the entire nozzle 37 is higher than 3.0 × 10 ¹³ [Pa · s / m ³ ], and the injection stability cannot be ensured.

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
例えば、本発明は、上記実施形態で例示した高粘度インクには限らず、液晶や電極材などの高粘度液体を噴射する場合にも好適である。 By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the description of the scope of claims.
For example, the present invention is not limited to the high-viscosity ink exemplified in the above embodiment, and is also suitable for ejecting high-viscosity liquids such as liquid crystals and electrode materials.

上記実施形態では、本発明における駆動信号の一例として、図５に示す噴射駆動パルスＤＰを含む駆動信号を挙げて説明したが、これには限られない。要は、少なくとも、圧力室を膨張させてノズルにおけるメニスカスを圧力室側に引き込む膨張要素と、当該膨張要素によって膨張された圧力室を収縮させてメニスカスを噴射側に押し出す収縮要素と、を含む構成の駆動パルスであれば、任意の波形のものを用いることができる。 In the above embodiment, the drive signal including the ejection drive pulse DP shown in FIG. 5 has been described as an example of the drive signal in the present invention, but the present invention is not limited to this. In short, the structure includes at least an expansion element that expands the pressure chamber and draws the meniscus in the nozzle to the pressure chamber side, and a contraction element that contracts the pressure chamber expanded by the expansion element and pushes the meniscus to the injection side. As long as the driving pulse is, an arbitrary waveform can be used.

また、上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電振動子２０を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電振動子を採用することも可能である。この場合、例示した駆動信号に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。 In the above-described embodiment, the so-called longitudinal vibration type piezoelectric vibrator 20 is exemplified as the pressure generating means. However, the pressure generation means is not limited thereto, and for example, a so-called flexural vibration type piezoelectric vibrator can be employed. . In this case, with respect to the exemplified drive signal, the waveform changes in the direction of potential change, that is, upside down.

さらに、ノズルプレート３１の材料に関し、上記実施形態では、ステンレス鋼を用いる構成を例示したが、これには限られない。例えば、シリコン単結晶基板を採用することも可能である。なお、ノズルにおける流路抵抗は、噴射する液体の粘度とノズルの寸法及び形状に主に影響されるものであり、ノズルプレート３１の材料の違いによる表面粗さの違い等の影響は少ない。したがって、ノズルプレート３１の材料が変更された場合においても、上記実施形態で例示した条件に従えば、高粘度液体を噴射する際の尾曳等を抑制することができる。 Furthermore, regarding the material of the nozzle plate 31, in the said embodiment, although the structure which uses stainless steel was illustrated, it is not restricted to this. For example, a silicon single crystal substrate can be used. The flow path resistance in the nozzle is mainly affected by the viscosity of the liquid to be ejected and the size and shape of the nozzle, and is less affected by the difference in surface roughness due to the difference in the material of the nozzle plate 31. Therefore, even when the material of the nozzle plate 31 is changed, if the conditions exemplified in the above embodiment are followed, it is possible to suppress tails and the like when injecting the high viscosity liquid.

また、ノズル３７におけるテーパー部３７ｃに関し、上記実施形態では、第１のストレート部３７ａの他端側から第２のストレート部３７ｂの一端側に向けて一定の割合で拡径する構成を例示したが、これには限られない。例えば、図８に示す変形例のノズル３７′のように、内径が変化する割合が一定でなくても良い。即ち、このノズル３７′の場合、テーパー部３７ｃ′の内径が、第１のストレート部３７ａの他端側から第２のストレート部３７ｂの一端側に向けて二次曲線的に変化することで、テーパー部３７ｃの内壁が彎曲した構成となっている。この構成では、同断面図に示すように、ノズル軸を挟んで対向する、第１のストレート部３７ａの他端開口との境界点および第２のストレート部３７ｂの一端開口との境界点とを結ぶ仮想線同士が、３０°以上１８０°以下で交差するように設定されれば良い。なお、テーパー部３７ｃ以外の構成は、上記実施形態と同様である。 Moreover, regarding the taper part 37c in the nozzle 37, in the said embodiment, although the structure which expands by a fixed ratio toward the one end side of the 2nd straight part 37b from the other end side of the 1st straight part 37a was illustrated. This is not a limitation. For example, like the modified nozzle 37 ′ shown in FIG. 8, the rate at which the inner diameter changes may not be constant. That is, in the case of this nozzle 37 ′, the inner diameter of the tapered portion 37c ′ changes in a quadratic curve from the other end side of the first straight portion 37a toward the one end side of the second straight portion 37b. The inner wall of the tapered portion 37c is bent. In this configuration, as shown in the cross-sectional view, the boundary point with the other end opening of the first straight portion 37a and the boundary point with the one end opening of the second straight portion 37b, which are opposed to each other across the nozzle shaft, are What is necessary is just to set so that the virtual lines to connect may cross | intersect 30 degrees or more and 180 degrees or less. The configuration other than the tapered portion 37c is the same as that in the above embodiment.

そして、本発明は、液体噴射装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等の他の機器にも適用することができる。 The present invention is not limited to a printer as long as it is a liquid ejecting apparatus. Various ink jet recording apparatuses such as a plotter, a facsimile machine, and a copying machine, and liquid ejecting apparatuses other than a recording apparatus, such as a display manufacturing apparatus and electrodes The present invention can also be applied to other devices such as a manufacturing apparatus and a chip manufacturing apparatus.

１…プリンターコントローラー，２…プリントエンジン，６…制御部，８…駆動信号発生回路，１０…記録ヘッド，２０…圧電振動子，３３…リザーバー，３４…インク供給口，３５…圧力室，３７…ノズル，３７ａ…第１のストレート部，３７ｂ…第２のストレート部，３７ｃ…テーパー部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Printer controller, 2 ... Print engine, 6 ... Control part, 8 ... Drive signal generation circuit, 10 ... Recording head, 20 ... Piezoelectric vibrator, 33 ... Reservoir, 34 ... Ink supply port, 35 ... Pressure chamber, 37 ... Nozzle, 37a ... first straight portion, 37b ... second straight portion, 37c ... tapered portion

Claims

A liquid ejecting apparatus including a liquid ejecting head having a nozzle forming member in which a nozzle is established and capable of ejecting liquid droplets from the nozzle by applying a pressure fluctuation to a pressure chamber communicating with the nozzle,
The nozzle includes a first straight portion having one end opened on the jet side surface of the nozzle forming member and a constant inner diameter, and the other end opened on the pressure chamber side surface of the nozzle forming member and the inner diameter of the nozzle forming member. A second straight portion that is larger than the first straight portion and is constant, and is formed between the first straight portion and the second straight portion, and has an inner diameter from the other end side of the first straight portion. An enlarged diameter portion that expands toward one end of the second straight portion,
The flow path resistance at the time of liquid ejection of the nozzle is 3.0 × 10 ¹³ [Pa · s / m ³ ] or less when the viscosity of the liquid at the time of liquid ejection of the nozzle is 10 mPa · s. Liquid ejecting device.

2. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein a dimension of the enlarged diameter portion in a nozzle axial direction is equal to or more than 1/3 of a thickness of the nozzle forming member.

A common liquid chamber that is a common liquid chamber for the plurality of pressure chambers, and a liquid supply port that communicates between the common liquid chamber and each pressure chamber,
3. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein a relationship between a fluid impedance Zn of the nozzle and a fluid impedance Zs of the liquid supply port is Zn <Zs.

4. The liquid according to claim 1, wherein an angle formed between inner walls facing each other with the nozzle shaft interposed therebetween in the enlarged diameter portion is 30 ° or more and 180 ° or less. 5. Injection device.