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公開番号2024158719
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023074139
出願日2023-04-28
発明の名称液滴吐出ヘッド
出願人ブラザー工業株式会社
代理人弁理士法人ATEN
主分類B41J 2/14 20060101AFI20241031BHJP(印刷;線画機;タイプライター;スタンプ)
要約【課題】高い駆動周波数で記録に十分な量の液滴を安定して吐出させる。
【解決手段】ヘッドは、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。ノズル12Nの直径D[μm]及び個別流路12Bの固有周波数Fr[kHz]が以下の式(1)(2)を満たす。
D≦-2.25×10^-8×Fr⁴+2.11×10^-5×Fr³-7.60×10^-3×Fr²+1.32×Fr-62.9 ・・・式(1)
D≧0.050×Fr+8.5 ・・・式(2)
【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、
前記流路部材上に配置され、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、
前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］及び前記流路の固有周波数Ｆｒ［ｋＨｚ］が以下の式（１）（２）を満たすことを特徴とする、液滴吐出ヘッド。
Ｄ≦－２．２５×１０
-8
×Ｆｒ
4
＋２．１１×１０
-5
×Ｆｒ
3
－７．６０×１０
-3
×Ｆｒ
2
＋１．３２×Ｆｒ－６２．９・・・式（１）
Ｄ≧０．０５０×Ｆｒ＋８．５・・・式（２）
続きを表示（約 670 文字）【請求項２】
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に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］及び前記流路の固有周波数Ｆｒ［ｋＨｚ］が以下の式（３）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
Ｄ≧０．０５５×Ｆｒ＋１１．５・・・式（３）
【請求項４】
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６００ｄｐｉ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記記録解像度が６００ｄｐｉ×６００ｄｐｉであることを特徴とする、請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
【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１．５μｍ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】
前記圧力室の幅が７０μｍ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９】
前記圧力室の長さが５５０μｍ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】
前記ノズルからの液滴の吐出初速度が７ｍ／ｓ以上であることを特徴とする、請求項１～９のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、インクチャンネルを有するインクジェットヘッドが開示されている。インクチャンネルは、ノズルと、ノズルに連通する圧力室と、圧電アクチュエータ（圧電素子）とを含む。特許文献１のインクジェットヘッドにおいては、圧電アクチュエータにより圧力室内に圧力を生成させることで、ノズルから液滴を吐出させる。
【０００３】
液滴吐出ヘッドにおいて、一般に、高速記録を実現するには、高い駆動周波数で、記録に十分な量の液滴を吐出させる必要がある。特許文献１には、圧力室内に生じる圧力共振の影響に着目し、駆動周波数を高める方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－１３０９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、駆動周波数が５０ｋＨｚ以上の高周波数の場合、先行の液滴のテールがノズルのメニスカスから分離する前に、後続の液滴が吐出される。その結果、先行の液滴のテールに、後続の液滴が繋がった状態となる。
【０００６】
上記のような液滴の繋がりが生じないようにするには、ピンチオフタイム（Pinch-Off-Time）を短くすることが好ましい。ピンチオフタイムとは、液滴吐出に係る駆動信号が圧電素子に印加された時点から、当該液滴のテールがノズルのメニスカスから分離される時点まで、の時間をいう。本願発明者は、ピンチオフタイムを短くする手段として、ノズルの直径を小さくすること、及び、流路の固有周波数を高めることが有効であることを見出した。
【０００７】
しかしながら、ノズルの直径を小さくすると、ノズルから吐出される液滴の量が減少し、記録に十分な量の液滴を吐出させることができない。
【０００８】
また、流路の固有周波数を高めるには、圧電素子の剛性を大きくする必要がある。圧電素子の剛性が大きいと、所望量の液滴を吐出するために、圧電素子の変形に大きなエネルギーが必要となる。圧電素子の耐久性を維持するためには、所定値を超えるような大きなエネルギーを圧電素子に付与することができない。そのため、圧電素子に付与するエネルギーの大きさが不十分になり、記録に十分な量の液滴を吐出させることができない。
【０００９】
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安定して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】
【００１０】
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、前記流路部材上に配置され、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、前記ノズルの直径Ｄ［μｍ］及び前記流路の固有周波数Ｆｒ［ｋＨｚ］が以下の式（１）（２）を満たすことを特徴とする。
Ｄ≦－２．２５×１０
-8
×Ｆｒ
4
＋２．１１×１０
-5
×Ｆｒ
3
－７．６０×１０
-3
×Ｆｒ
2
＋１．３２×Ｆｒ－６２．９・・・式（１）
Ｄ≧０．０５０×Ｆｒ＋８．５・・・式（２）
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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