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JP2005053186A - 液体噴射装置 - Google Patents

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隆之 富樫
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Abstract

【課題】 記録速度を低下させることなく着弾ドット間の副走査方向の隙間に起因する白筋の発生を抑制する。
【解決手段】 ノズル列の一端に位置するノズル開口40aから記録紙6の記録面までの距離X1が、ノズル列の他端に位置するノズル開口40bから記録紙6の記録面までの距離X2よりも長くなるように、ノズルプレート33を、プラテン5上に載置された記録紙6に対して傾斜させ、各ノズル開口40から吐出されたインク滴が記録紙6に対して斜めに着弾するように構成する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、液体噴射ヘッドから液体を吐出可能な液体噴射装置に関し、特に、着弾ドット間の隙間に起因する白筋の発生を抑制したものに関する。
液体噴射装置は液体を吐出可能な噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、例えば、吐出対象物(記録媒体)としての記録紙等に対して液体状のインクを吐出・着弾させて記録を行うインクジェット式プリンタ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、各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレー、或いはFED(面発光ディスプレー)等のディスプレー製造装置においては、色材や電極等の液体状の各種材料を、画素形成領域や電極形成領域等に対して吐出するためのものとして、液体噴射装置が用いられている。
ここで、上記インクジェット式プリンタ(以下、単にプリンタと略記する。)を例に挙げると、このプリンタは、インクを吐出する記録ヘッドと、この記録ヘッドを主走査方向に移動させるヘッド移動機構と、記録紙等の記録媒体を主走査方向とは直交する方向に送り出して副走査を行う記録媒体送り機構等を備え、記録ヘッドのノズル形成面(ノズルプレート)と記録媒体とを平行に対向させた状態で、記録ヘッドの主走査でのインク滴の吐出と記録媒体の送り出し(副走査)とを順次繰り返すことにより、記録媒体への画像等の記録を行うように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
この主のプリンタでは記録速度の高速化が求められていることから、上記の記録ヘッドは、通常、ヘッド移動機構による移動状態でインク滴を吐出するように構成されている。
特開2002−264307号公報
しかしながら、記録ヘッドが移動している状態でインク(液滴)を吐出すると、図10(a)に示すように、吐出されたインク滴は、主走査方向の力(慣性力)が働くので、記録紙に対して斜めに飛翔する。このため、このインク滴が記録紙の記録面に着弾すると、図10(b)に示すように、主走査方向に長く、副走査方向に短いドット形状となる。これにより、副走査方向に隣り合うドット間に隙間Gが空き、この隙間Gが、画像上で白筋として見え、記録品質の低下の原因となっていた。
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、記録速度を低下させることなく着弾ドット間の副走査方向の隙間に起因する白筋の発生を抑制し、記録品質を向上させることが可能な液体噴射装置を提供することにある。
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、複数のノズル開口を列設して構成されるノズル列が形成されたノズル形成面を有する液体噴射ヘッドと、該液体噴射ヘッドを移動するヘッド移動機構とを備え、
前記液体噴射ヘッドは、前記ヘッド移動機構による移動状態で前記ノズル開口から吐出対象物に向けて液滴を吐出可能に構成された液体噴射装置において、
前記ノズル列の一端に位置する一端ノズル開口から前記吐出対象物の着弾面までの一端側距離が、前記ノズル列の他端に位置する他端ノズル開口から前記吐出対象物の着弾面までの他端側距離よりも長くなるように、前記ノズル形成面を配置し、
各ノズル開口から吐出された液滴が前記吐出対象物に対して斜めに着弾するように構成したことを特徴とする。
なお、「ノズル開口から吐出対象物の着弾面までの距離」とは、ノズル開口から吐出対象物の着弾面までの最短距離を示すものとする。
上記構成において、前記一端ノズル開口から吐出された液滴の着弾位置と前記他端ノズル開口から吐出された液滴の着弾位置とのヘッド移動方向の差分だけ前記ノズル列をヘッド移動方向と直交する方向に対して傾けた状態で前記ノズル形成面を配置する構成を採ることができる。そして、この構成において、前記一端ノズル開口が前記他端ノズル開口に対して前記差分を減ずる方向に位置するように前記ノズル列を傾ける構成が好ましい。
また、上記構成において、前記ノズル形成面を前記吐出対象物に対して傾斜させることにより、前記一端側距離が前記他端側距離よりも長くする構成を採用することができる。
さらに、前記吐出対象物を前記ノズル形成面に対して傾斜させることにより、前記一端側距離が前記他端側距離よりも長くなるように構成することもできる。
そして、上記各構成において、前記ノズル形成面におけるノズル開口の開設間隔を、前記吐出対象物の着弾面における液滴の着弾間隔がドット形成密度に対応した規定着弾間隔となるように、前記ノズル形成面と前記吐出対象物の着弾面とが成す平面角によって定まる前記規定着弾間隔との比に基づいて設定する構成を採るのが望ましい。
この発明によれば、吐出された液滴には着弾時にヘッド移動方向と直交する方向の力が加わるので、その着弾ドット形状はこの方向に伸びる。これにより、ヘッド移動方向に直交する方向における着弾ドット間の隙間を低減することができる。したがって、記録速度を低下させることなく、画像等における白筋の発生を可及的に抑制することが可能となる。
また、一端ノズル開口から吐出された液滴の着弾位置と他端ノズル開口から吐出された液滴の着弾位置とのヘッド移動方向の差分だけノズル列をヘッド移動方向と直交する方向に対して傾けるので、各ノズル開口から吐出された液滴のヘッド移動方向と直交する方向における着弾位置を揃えることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下においては、本発明の液体噴射装置の一例として図1に示すインクジェット式プリンタ(以下、プリンタと略記する)を挙げて説明する。
図1に例示したプリンタ1は、記録ヘッド2が取り付けられると共に、インクカートリッジ3が着脱可能に取り付けられるキャリッジ4と、記録ヘッド2の下方に配設されたプラテン5と、記録ヘッド2(キャリッジ4)を記録紙6(本発明における吐出対象物の一種に相当)の紙幅方向に移動させるヘッド移動機構と、ヘッド移動方向に直行する方向である紙送り方向に記録紙6を搬送する紙送り機構とを備えて概略構成されている。ここで、紙幅方向は、主走査方向であり、紙送り方向とは、副走査方向である。
キャリッジ4は、主走査方向に架設されたガイドロッド7に軸支された状態で取り付けられていると共に、駆動プーリ8と遊転プーリ9の間に掛け渡したタイミングベルト10が接続されている。駆動プーリ8はパルスモータ11の回転軸に接合されており、このパルスモータ11の作動により、キャリッジ4、即ち、記録ヘッド2が、ガイドロッド7に沿って主走査方向に移動するように構成されている。即ち、ガイドロッド7、プーリ8,9、タイミングベルト10、及びパルスモータ11によってヘッド移動機構が構成されている。
また、紙送り機構は、駆動源としての紙送りモータ12、この紙送りモータ12によって回転駆動される紙送りローラ13等により構成される。この紙送り機構は、副走査時において、紙送りモータ12を駆動して紙送りローラ13を回転させることにより、プラテン5上に載置された記録紙6を紙送り方向に搬送する。
キャリッジ4の移動範囲内におけるプラテン5の外側(図1において右側)の領域には、記録ヘッド2の走査の基点位置であるホームポジションが設定されている。このホームポジションには、記録ヘッド2のノズルプレート33(本発明におけるノズル形成面の一種/図2等参照)の表面をクリーニングするためのワイパー機構15と、このノズル形成面を封止可能なキャッピング機構16とが配設されている。
ワイパー機構15は、エラストマー等の弾性部材で作製されたワイパブレードを具備し、記録ヘッド2が上方を通過する際に、このワイパブレードをノズルプレート33に接触させて、このノズルプレート33に付着したインク等の汚れを払拭するように構成されている。
キャッピング機構16は、上方が開口したトレイ状のキャップ部材によってノズルプレート33を封止し、ノズル開口40(図2参照)からのインク溶媒の蒸発を防止するものである。
プラテン5は、記録紙6を載置・案内する部材である。このプラテン5の上面には、複数の当接突起20が上方に向けて突設されている。この当接突起20は、記録紙6の背面に当接してこの記録紙6を支持する部材である。この当接突起20の周囲は、プラテン5の周縁部よりも一段低く形成された溝部21となっており、この溝部21内にスポンジ等の吸液部材22が配設されている。この吸液部材22は、記録紙6の範囲外に吐出されたインク滴を吸収して装置内の汚染を防止する部材である。
次に、図2を参照して、上記記録ヘッド2について説明する。図2に例示した記録ヘッド2は、本発明の液体噴射ヘッドの一種であり、ヘッド移動機構による移動状態で液体状のインク(本発明における液体の一種)をインク滴(本発明における液滴の一種)としてノズル開口40から吐出可能に構成されている。
この記録ヘッド2は、ケース25と、このケース25内に収納される振動子ユニット26と、ケース25の底面(先端面)に接合される流路ユニット27等を備えている。上記のケース25は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット26を収納するための収納空部28が形成されている。振動子ユニット26は、圧力発生素子として機能する圧電振動子29と、この圧電振動子29が接合される固定板30と、圧電振動子29に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル31とを備えている。圧電振動子29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、積層方向に直交する方向に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。
流路ユニット27は、流路形成基板32の一方の面にノズルプレート33を、流路形成基板32の他方の面に弾性板34をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット27には、リザーバ36と、インク供給口37と、圧力室38と、ノズル連通口39と、ノズル開口40とを設けている。そして、インク供給口37から圧力室38及びノズル連通口39を経てノズル開口40に至る一連のインク流路が、ノズル開口40毎に対応して形成されている。
上記ノズルプレート33は、ノズル開口40が複数開設された板状部材である。そして、本実施形態においては、副走査方向(紙送り方向)に並設された90個のノズル開口40により1条のノズル列が構成されている。なお、各ノズル列において、副走査方向の上流側の一端に位置するノズル開口をノズル開口40a(本発明における一端ノズル開口の一種に相当)とし、紙送り方向の下流側の他端に位置するノズル開口をノズル開口40b(本発明における他端ノズル開口の一種に相当)とする(図3参照)。
上記の弾性板34は、支持板44の表面に弾性体膜45を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板44とし、この支持板44の表面に樹脂フィルムを弾性体膜45としてラミネートした複合板材を用いて弾性板34を作製している。この弾性板34には、圧力室38の容積を変化させるダイヤフラム部46が設けられている。また、この弾性板34には、リザーバ36の一部を封止するコンプライアンス部47が設けられている。
上記のダイヤフラム部46は、エッチング加工等によって支持板44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46は、圧電振動子29の先端面が接合される島部48と、この島部48を囲う薄肉弾性部49とからなる。上記のコンプライアンス部47は、リザーバ36の開口面に対向する領域の支持板44を、ダイヤフラム部46と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバ36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。
そして、上記の島部48には圧電振動子29の先端面が接合されているので、自由端部を伸縮させることで圧力室38の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室38内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド2は、この圧力変動を利用してノズル開口40からインク滴を吐出させるようになっている。
ここで、上記プリンタ1は、図3に示すように、ノズル開口40aからプラテン5上に載置された記録紙6の記録面までの距離X1(本発明における一端側距離の一種)が、ノズル開口40bから記録紙6の記録面までの距離X2(本発明における他端側距離の一種)よりも長くなるように、ノズルプレート33を記録紙6に対して傾斜させた状態で配置し、各ノズル開口40から吐出された液滴(インク滴)が、記録紙6の記録面(即ち、着弾面)に対して斜めに着弾するように構成していることに特徴を有する。即ち、ノズルプレート33と、記録紙6に平行な仮想平面Sとが(或いは、ノズルプレート33に平行な仮想平面と記録紙6とが)、紙送り方向の下流側で交差するように、キャリッジ4(記録ヘッド2)を記録紙6に対して傾斜させた状態でプリンタ1に取り付けてある。そして、本実施形態においては、ノズルプレート33と記録紙6とが成す平面角θを約10°に設定してある。また、プラテン5上に載置された記録紙6が、略水平、即ち、プリンタ1の底面と平行となるように、当接突起20と紙送りローラ13の位置を設定してある。
ところで、図4(a)の模式図に示すように、ノズル開口40aから記録紙6の記録面までの距離X1は、ノズル開口40bから記録紙6の記録面までの距離X2よりも長いため、ノズル開口40aから吐出されたインク滴に関し、吐出されてから記録紙6の記録面に着弾するまでの飛翔時間は、ノズル開口40bから吐出されたインク滴の飛翔時間よりも長くなる。したがって、例えば、主走査方向、即ち、ヘッド移動方向におけるインク滴の水平速度をVtとし、ノズル開口40aから吐出されたインク滴とノズル開口40bから吐出されたインク滴との飛翔時間の差分をΔTとすると、同時に吐出した場合、ノズル開口40aから吐出されたインク滴の主走査方向の着弾位置は、ノズル開口40bから吐出されたインク滴の主走査方向の着弾位置に対し、ヘッド移動方向(図4において左方向)の先方に距離D=Vt×ΔTだけずれる。この結果、図4(b)に示すように、各ノズル開口40から吐出されたインク滴が記録紙6に着弾することにより形成される着弾ドット列が副走査方向に対して角度αだけ傾斜してしまう。
そのため、本実施形態においては、図5(ノズルプレート33を記録紙6側から見た図である。)に示すように、ノズル開口40aから吐出されたインク滴の着弾位置と、ノズル開口40bから吐出されたインク滴の着弾位置との主走査方向の差分、即ち、上記距離Dだけ、ノズル列を副走査方向(即ち、紙送り方向)に対して傾けた状態でノズルプレート33を配置してある。具体的には、ノズルプレート33を、記録紙6との平面角θを保った状態でノズル開口40bを中心に回転して、ノズル開口40aの主走査方向の位置を、ノズル開口40bの主走査方向の位置に対して上記距離Dだけ、この差分(ずれ量)を減ずる方向、つまり、ヘッド進行方向の後方にずらしている。
これにより、ノズル開口40aから吐出されたインク滴と、ノズル開口40bから吐出されたインク滴との主走査方向における着弾位置を揃えることができる。即ち、各ノズル開口40から吐出された各インク滴の着弾位置を、記録紙6の記録面においてノズル開口40bの投影点を通り且つ副走査方向に沿った仮想線上に揃えることができる。したがって、着弾ドット列が副走査方向に対して傾斜してしまうという不具合を防止することができる。
また、本実施形態においては、記録紙6の記録面における着弾ドットの間隔が所定のドット形成密度に応じた規定着弾間隔となるように、ノズルプレート33におけるノズル開口40の開設間隔を設定している。
図6は、ノズルプレート33に開設されたノズル開口40の開設間隔と、記録紙6の記録面における着弾ドットの間隔との関係を示した模式図であり、図7は、ノズルプレート33におけるノズル開口40の一部を拡大して示した平面図である。記録面における着弾ドットの間隔を規定着弾間隔Mとするには、ノズル列を構成する各ノズル開口40の開設間隔Nを、ノズルプレート33と記録紙6との成す平面角θによって定まる規定着弾間隔Mとの比により求める。即ち、ノズル開口40の開設間隔Nは、次式(1)で表すことができる。
N=M×cosθ …(1)
例えば、記録紙6の記録面におけるドット形成密度を120dpiとすると、着弾間隔Mは約0.212mmであり、ノズルプレート33と記録紙6との成す平面角θは10度であることから、ノズル開口40の開設間隔Nとして約0.207mmが得られる。なお、本実施形態においては、ノズル列を副走査方向に対して傾斜させているため、図7に示すように、各ノズル開口40の副走査方向の間隔がNとなる。
以上のように構成されたプリンタ1において、ヘッド移動機構による移動状態、即ち、主走査方向への移動状態で記録ヘッド2がインク滴を吐出すると、各ノズル開口40から吐出されたインク滴は、記録紙6の記録面に対して斜めに着弾する。即ち、吐出されたインク滴には副走査方向の力が加わるので、図8に示すように、従来と比較して着弾ドット形状を副走査方向に伸ばすことができる。これにより、副走査方向における着弾ドット間の隙間を低減することができるので、記録速度を低下させることなく画像における白筋の発生を可及的に抑制することができる。
ところで、本発明は、上記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、上記実施形態においては、ノズル開口40aから記録面までの距離X1が、ノズル開口40bから記録面までの距離X2よりも長くなるように、即ち、距離X1と距離X2との関係がX1>X2となるように、ノズルプレート33を記録紙6の記録面に対して傾斜させた例を示したが、距離X1と距離X2との関係がX1<X2となるように、ノズルプレート33を記録紙6に対して傾斜させるようにすることもできる。即ち、ノズルプレート33と、記録紙6に平行な仮想平面Sとが、紙送り方向の上流側で交差することになる。
また、上記実施形態においては、プラテン5上に載置された記録紙6に対してノズルプレート33を傾斜させた例を示したが、図9に示すように、ノズルプレート33に対して、記録紙6を傾斜させる構成とすることもできる。即ち、例えば、記録ヘッド2のノズルプレート33を、略水平、即ち、プリンタ1の底面と平行に設定する一方、プラテン5及び紙送りローラ13の位置や傾きを調整することにより、ノズル開口40aから記録面までの距離X1とノズル開口40bから記録面までの距離X2とが、X1>X2又はX1<X2の関係(図9の例では、X1>X2)を満たすように、記録紙6をノズルプレート33に対して傾斜させる。この構成によっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、図9に例示した構成は、記録紙6をノズルプレート33に対して傾斜させる点以外は、図3に示した構成と同一なので、その詳細な説明は省略する。
また、上記実施形態においては、ノズルプレート33と記録紙6との成す平面角θを常に一定にした状態で記録動作を行う例を示したが、これに限らず、記録ヘッド2の移動速度や、インクの種類、又は記録紙6等の吐出対象物の種類に応じて、ノズルプレート33と記録紙6との成す平面角θを変更可能な構成とすることもできる。即ち、着弾ドット形状の主走査方向の変形が殆ど発生しない場合には、ノズルプレート33と記録紙6とを平行に設定する一方、着弾ドット形状が主走査方向に変形し易い場合においては、その着弾ドット形状の変形度合いに応じてノズルプレート33と記録紙6との成す平面角θを設定する。これにより、状況に応じて着弾ドット形状をより最適な形状に調整することができる。
上記実施形態においては、単方向での記録動作、即ち、往路走査時のみでの記録動作を想定した構成を例示したが、双方向での記録動作、即ち、往路走査時及び復路走査時の両方で記録動作を行う場合にも、本発明を適用することができる。この場合、往路走査時と復路走査時とでインク滴の飛翔方向が主走査方向で異なるので、図5で示したノズル列の傾き方向を、往路走査時と復路走査時で逆にする、即ち、主走査方向で対称にすることにより実現することが可能である。
また、上記では、各ノズル開口40から吐出された各インク滴の着弾位置を副走査方向に揃えるべく、ノズルプレート33(記録ヘッド2)を回転させることによりノズル列を副走査方向に対して傾斜させる例を示したが、これに限らない。例えば、ノズル列を、副走査方向に対して傾斜させた状態でノズルプレート33に開設し、ノズルプレート33は回転させない構成とすることもできる。
また、本発明は、上記プリンタ以外の液体噴射装置にも適用できる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタを製造するディスプレー製造装置,有機EL(Electro Luminescence)ディスプレーやFED(面発光ディスプレー)等の電極を形成する電極製造装置,バイオチップ(生物化学素子)を製造するチップ製造装置,極少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペット等の液体噴射装置にも適用できる。
プリンタの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構造を説明する断面図である。 ノズルプレートと記録紙の配置関係を説明する図である。 (a)は、インク滴の主走査方向における着弾位置のずれを説明する模式図であり、(b)は、記録面における着弾ドットの例を説明する図である。 ノズル列を副走査方向に対して傾ける構成を説明する図である。 ノズル開口の開設間隔と記録紙の記録面における着弾ドットの間隔との関係を示した模式図である。 ノズル開口の一部を拡大して示した図である。 記録紙の記録面における着弾ドット形状を示す図である。 本発明の他の構成例を示す図である。 (a)は、従来におけるインク滴の飛翔方向を説明する模式図であり、(b)は、従来における着弾ドット形状を説明する図である。
符号の説明
1…プリンタ,2…記録ヘッド,3…インクカートリッジ,4…キャリッジ,5…プラテン,6…記録紙,7…ガイドロッド,8…駆動プーリ,9…遊転プーリ,10…タイミングベルト,11…パルスモータ,12…紙送りモータ,13…紙送りローラ,15…ワイパー機構,16…キャッピング機構,20…当接突起,21…溝部,22…吸液部材,25…ケース,26…振動子ユニット,27…流路ユニット,28…収納空部,29…圧電振動子,30…固定板,31…フレキシブルケーブル,32…流路形成基板,33…ノズルプレート,34…弾性板,36…リザーバ,37…インク供給口,38…圧力室,39…ノズル連通口,40…ノズル開口,42…島部,43…薄肉部

Claims (6)

  1. 複数のノズル開口を列設して構成されるノズル列が形成されたノズル形成面を有する液体噴射ヘッドと、該液体噴射ヘッドを移動させるヘッド移動機構とを備え、
    前記液体噴射ヘッドは、前記ヘッド移動機構による移動状態で前記ノズル開口から吐出対象物に向けて液滴を吐出可能に構成された液体噴射装置において、
    前記ノズル列の一端に位置する一端ノズル開口から前記吐出対象物の着弾面までの一端側距離が、前記ノズル列の他端に位置する他端ノズル開口から前記吐出対象物の着弾面までの他端側距離よりも長くなるように、前記ノズル形成面を配置し、
    各ノズル開口から吐出された液滴が前記吐出対象物に対して斜めに着弾するように構成したことを特徴とする液体噴射装置。
  2. 前記一端ノズル開口から吐出された液滴の着弾位置と前記他端ノズル開口から吐出された液滴の着弾位置とのヘッド移動方向の差分だけ前記ノズル列をヘッド移動方向と直交する方向に対して傾けた状態で前記ノズル形成面を配置し、
    各ノズル開口から吐出された液滴のヘッド移動方向における着弾位置を揃えるように構成したことを特徴とする請求項1に記載の液体噴射装置。
  3. 前記一端ノズル開口が前記他端ノズル開口に対して前記差分を減ずる方向に位置するように前記ノズル列を傾けたことを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッド。
  4. 前記ノズル形成面を前記吐出対象物に対して傾斜させることにより、前記一端側距離が前記他端側距離よりも長くなるように構成したことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の液体噴射装置。
  5. 前記吐出対象物を前記ノズル形成面に対して傾斜させることにより、前記一端側距離が前記他端側距離よりも長くなるように構成したことを特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の液体噴射装置。
  6. 前記ノズル形成面におけるノズル開口の開設間隔を、前記吐出対象物の着弾面における液滴の着弾間隔がドット形成密度に対応した規定着弾間隔となるように、前記ノズル形成面と前記吐出対象物の着弾面とが成す平面角によって定まる前記規定着弾間隔との比に基づいて設定したことを特徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載の液体噴射装置。
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