JP2003326714A - 液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気泡の排出性、相互干渉、共通液室の容積確
保を併せて行うことができない。 【解決手段】 共通液室８のノズルの整列方向に沿った
連通部７と連通する面の大きさを共通液室の長さＬ、共
通液室８の連通部７と連通する面の長さＬと直交する方
向の大きさを共通液室の幅Ｗ、インク供給源から連結管
９を通って共通液室８に向かう方向の共通液室８の大き
さを共通液室の深さＤと定義し、深さ方向は鉛直方向で
あって、連通した面は共通液室８の鉛直下方面であると
き、共通液室８の幅方向の端部に、加圧液室６との連通
部７を形成し、共通液室の深さＤよりも幅Ｗを大きくし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッド及びイン
クジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いる
インクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズル
と、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力
室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このインク
流路内のインクを加圧する駆動手段とを備えた液滴吐出
ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したもので
ある。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジス
トを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料
を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以
下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。

【０００３】インクジェットヘッドとしては、インク流
路内のインクを加圧するエネルギーを発生する駆動手段
手段として、圧電素子を含む圧電型アクチュエータを用
いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてイ
ンク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわ
ゆるピエゾ型のもの（特開平２−５１７３４号公報参
照）、或いは、発熱抵抗体（電気熱変換体）を含むサー
マル型アクチュエータを用いてインク流路内でインクを
加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を
吐出させるいわゆるサーマル型のもの（特開昭６１−５
９９１１号公報参照）、インク流路の壁面を形成する振
動板を静電力によって変形させる静電型アクチュエータ
を用いて、振動板を変形させてインク流路内容積を変化
させてインク滴を吐出させる静電型のもの（特開平５−
５０６０１号公報参照）などが知られている。

【０００４】このようにインクジェットヘッドにあって
は、アクチュエータの種類を問わず、インク滴をノズル
から噴射させるためには加圧液室の内部圧力を増加させ
る必要がある。

【０００５】ところが、加圧液室の内部に気泡が存在す
る場合があり、除去できずに残留してしまうことがあ
る。加圧液室内に気泡が残留すると、アクチュエータを
駆動して加圧液室の容積を縮小させることで内部圧力を
上昇させようとしても、残留した気泡が圧縮されて加圧
液室の内部圧力が十分大きくならず、インク滴の吐出不
良を招いてしまう。あるいは、気泡が徐々に成長する
と、連通部やノズルを閉塞して、インクの供給を妨げた
り、噴射できなくなってしまうなどの不具合を生じてし
まうことになる。

【０００６】このような気泡は発生しないことが好まし
いが、インク噴射時のメニスカスの破断による複雑な振
動に伴う空気の巻き込み、印字を繰り返すことでインク
を消費し尽くした場合、サーマル方式ではヒータの発熱
によるインクからの空気の析出、インクジェットヘッド
の製造後初期状態、などの理由により、加圧液室や共通
液室、すなわち、インクの流路内を気泡がまったく存在
しない状態に保っておくことはできない。

【０００７】そこで、インク流路中に残留している気泡
を除去するために、ノズル側から負圧を与えて吸引する
ことで、（インク供給源→連結管→）共通液室→（連通
部→）加圧液室→ノズルの向きにインクの流れを発生さ
せて、ノズルからインクと共に気泡を除去することが一
般に行われている。

【０００８】この場合、効率の良い気泡の排出のために
は、インク流路内でインクの流れる向きに大きな圧力勾
配が発生するようにしたほうが良く、そのためには、イ
ンクが流れる流路（共通液室や加圧液室）の断面積は小
さいほうが有利である。

【０００９】ところが、流路の断面積を小さくすると、
流体抵抗が大きくなってしまい、印字に必要なインクの
流量を確保することができず、画像に欠陥を生じてしま
う。あるいは、それを回避するには、流量に合わせてゆ
っくりとした印字を行う必要があり、高速印字ができな
くなる。

【００１０】一方、流路の断面積を大きくすると、十分
な流量を確保できるものの、気泡排出時の吸引動作で流
れるインクの量が多くなり無駄を生じると共に、排出さ
れたインク（廃インク）を保持しておくためのタンクの
容量も大きなものが必要となり、装置全体の大型化を招
いてしまうことになる。

【００１１】そこで、従来のヘッドとしては、次のよう
なものが知られている。 （１）特開平５−１３１６４５号公報に記載されている
ように、大きな気泡を攪拌手段で攪拌することで溶解
し、気泡を排出しやすくするもの、（２）特開平５−１
５５０３５号公報と特開平６−２１８９４５号公報に記
載されているように、気泡検出器を設けて気泡の有無を
検出し、気泡がある場合には加圧液室に流入しないよう
に記録動作を止めたり気泡排出動作を実施するものがあ
る。

【００１２】（３）特開平６−３１９１４号公報や特開
平１０−２０２８７７号公報に記載されているように、
流路内部の表面を滑らかにすることで気泡排出性を向上
させようとするもの、（４）特開平９−１３１８９０号
公報に記載されているように、気泡はインク内では重力
の関係から上方に移動する性質を応用し、気泡を上部に
抜けやすい（移動しやすい）流路形状に形成したものが
ある。

【００１３】（５）特開２００２−３６５５７号公報に
記載されているように、共通液室の連通する供給流路を
共通液室の断面積よりも大きくして、気泡の上昇に抗し
て必要なインク流量を確保するようにしたものがある。

【００１４】（６）特開平９−２７７５５２号公報に記
載されているように、インク流路中に穴径が異なる２種
類のフィルタを設けることで、気泡を排出しやすくする
ようにしたもの、（７）特開２０００−２９６６１３号
公報に記載されているように、フィルタを使って共通液
室を分断することで、気泡をフィルタ近傍に滞留させて
加圧液室に行かせないようにしたものがある。

【００１５】（８）特開２０００−３３４９４８号公報
に記載されているように、共通液室の流路の断面積の可
変機構を設けることで、吸引するときには断面積を小さ
くして流速を上げ、気泡排出効率を向上するようにした
ものがある。

【００１６】（９）特開平８−５８０８６号公報に記載
されているように、共通液室端部に複数のノズルを持つ
ダミー液室を設けるもの、（１０）特開２００１−５８
４０４号公報に記載されているように、共通液室内にリ
ブ状の突起を設けることで、流れを生じるようにしなが
ら、かつ共通液室の断面積を大きくして、必要な流量を
確保できるようにしたものがある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）のヘッドにあっては、攪拌手段を別途持たねばな
らず、装置が大型化してしまうし、気泡が完全に溶解す
る期待も十全ではない。（２）のヘッドにあっては、気
泡検出手段が必要であり、気泡の確実な排出が保証され
ているわけでもない。（３）のヘッドにあっては、液室
を形成する材料が限定されてしまうことになる。

【００１８】また、（４）、（５）のヘッドにあって
は、気泡を排出せずに溜めるだけなので、いずれは気泡
でインク流路容積を埋め尽くしてしまうおそれがあった
り、構成や構造に自由度がなく、装置が複雑、大型化す
る。（６）のヘッドにあっては、加圧機構が必要であっ
たり、ノズルの整列方向が鉛直方向に規定されたりして
しまうことになる。（７）のヘッドにあっては、フィル
タを通過してしまった気泡については効果がない。

【００１９】さらに、（８）のヘッドにあっては、流路
の断面積を変える手段が別途必要となり、全体として機
構が複雑になってしまう。（９）のヘッドにあっては、
ダミー液室を設ける部分が必要になり、不必要にヘッド
が大きくなる。（１０）のヘッドにあっては、リブを設
けることで共通液室の構造が複雑になっており、流路中
に突起物が多数存在することになり、かえって細かい気
泡が突起物に付着し、徐々に成長してしまって、気泡の
量が増えてしまうおそれがある。

【００２０】加えて、共通液室は、加圧液室に生じる圧
力波を伝播することによる相互干渉を緩和する機能も持
たせることが好ましい。すなわち、アクチュエータを駆
動してインクを噴射する際、加圧液室の内部圧力を上昇
させると、加圧液室内部に発生する圧力波は、連通部を
通って共通液室に伝播する。

【００２１】このとき、共通液室は複数の加圧液室の連
通部と連接して共通になっているので、アクチュエータ
を駆動した加圧液室の連通部からの圧力波が共通液室を
介して近傍の連通部に回り込み、近傍の加圧液室内部を
予期しない圧力値にしてしまい、制御性を悪化させてし
まうことがある。

【００２２】ここで、共通液室はインクで充満している
ため、このインクの流体としてのコンプライアンスを利
用して、連通部を通して共通液室に伝播してきた圧力波
を低減することができ、そのためには、共通液室の容積
は大きいほうが好ましい。しかしながら、共通液室の容
積が大きくなると断面積も大きくなり、上述した気泡の
問題が生じてしまうことになる。

【００２３】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、液室に存在する気泡の排出を効率よく行うことで
画像の欠陥や液体消費の無駄を抑えると共に、共通液室
の容積を適切にすることで相互干渉を低減させ、高品質
な画像を高速で印字できる液滴吐出ヘッド及びそれを用
いたインクジェット記録装置を提供することを目的とす
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、共通液室の長さを
複数のノズルが整列している方向の大きさ、深さを液体
供給源から加圧液室方向の大きさ、幅を加圧液室に連通
した面のノズル整列方向とは直交する方向の大きさ、と
し、深さ方向は鉛直方向であって、連通した面は共通液
室の鉛直下方面であるとき、共通液室の幅方向の端部
に、加圧液室との連通部を形成し、共通液室の深さより
も幅を大きくしたものである。

【００２５】ここで、共通液室の深さは略一定であるこ
と、共通液室の長さ方向の端部は幅が狭くなっているこ
とが好ましい。また、駆動手段としては、加圧液室の壁
面の一部を構成する振動板を静電力で変形させる静電型
アクチュエータ、加圧液室の壁面の一部を構成する振動
板を電気機械変換素子によって変形させる圧電型アクチ
ュエータ、加圧液室内の液体に対して熱によって状態変
化を生じせしめる電気熱変換体を含むサーマル型アクチ
ュエータであることが好ましい。

【００２６】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明
に係る液滴吐出ヘッドを搭載したものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。本発明の液滴吐出ヘッドの第
１実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１乃
至図５を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分
解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断
面説明図、図３は図２の要部拡大説明図、図４は同ヘッ
ドの液室短手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの
部分拡大斜視説明図である。

【００２８】このインクジェットヘッドは、単結晶シリ
コン基板で形成した流路形成基板（液室基板）１と、こ
の流路形成基板１の下面に接合した振動板２と、流路形
成基板１の上面に接合したノズル板３と、後述するフレ
ーム部材１７を有し、これらによってインク滴を吐出す
るノズル５が連通する流路である加圧液室６、加圧液室
６に流体抵抗部となるインク供給路（連通部）７を介し
てインクを供給する共通液室８を形成している。

【００２９】そして、振動板２の面外側（液室６と反対
面側）に各加圧液室６に対応して駆動手段としての積層
型圧電素子１２を接合し、この積層型圧電素子１２はベ
ース基板１３に接合して固定している。

【００３０】この圧電素子１２は、圧電材料層と内部電
極とを交互に積層したものである。この場合、圧電素子
１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液
室６内インクを加圧する構成とすることも、圧電素子１
２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室
６内インクを加圧する構成とすることもできる。

【００３１】また、流路形成基板１及び振動板２をエポ
キシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成
形により形成したヘッドフレーム１７に接着接合し、こ
のヘッドフレーム１７とベース基板１３とは図示しない
部分で接着剤などで相互に固定している。そして、この
フレーム部材１７には流路形成基板１と共に共通液室８
を形成する掘り込み部及びこの共通液室８に外部からイ
ンクを供給するためのインク供給口（連通管）９、９を
形成し、この連通管９は図示しないインクカートリッジ
などのインク供給源に接続される。

【００３２】さらに、圧電素子１２には駆動信号を与え
るために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若し
くはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル１８を接続
し、このＦＰＣケーブル１８には各圧電素子１２に選択
的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩ
Ｃ）１９を実装している。

【００３３】ここで、流路形成基板１は、結晶面方位
（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶
液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異
方性エッチングすることで、各加圧液室６となる貫通
穴、インク供給路（連通管）７を構成する溝部をそれぞ
れ形成している。この場合、各加圧液室６は隔壁２０に
よって区画している。

【００３４】振動板２はニッケルの金属プレートから形
成したもので、エレクトロフォーミング法で製造してい
る。この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を
容易にするための薄肉部２１及び圧電素子１２と接合す
るための中央厚肉部２２を形成するとともに、隔壁２０
に対応する部分にも周囲厚肉部２３を形成し、平坦面側
を流路形成基板１に接着剤接合し、周囲厚肉部２３をフ
レーム１７に接着剤接合している。

【００３５】この振動板２の液室間隔壁２０に対応する
周囲厚肉部２３とベース基板１３との間には支持部材２
５を介設している。これにより、振動板２とベース基板
１３は、圧電素子１２と支持部材２５の両方で連接さ
れ、上部の加圧液室６の剛性を保つとともに、圧電素子
１２の変形による振動板２の中央厚肉部２２の変位効率
を向上させている。なお、この支持部材２５は圧電素子
１２と同じ構成とすることができる。

【００３６】ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径
１０〜３０μｍのノズル５を形成し、流路形成基板１に
接着剤接合している。このノズル板３としては、ステン
レス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィ
ルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれら
の組み合わせからなるものを用いることができる。ま
た、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インク
との撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水
剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成してい
る。このノズル板３の周囲とヘッドフレーム１７との間
には封止剤２６を充填している。この封止剤２６は接着
の役割も兼ねている。

【００３７】このように構成したインクジェットヘッド
においては、圧電素子１２に対して選択的に２０〜５０
Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電
圧が印加された圧電素子１２が積層方向（ｄ３３方向を
用いる場合）に変位して振動板２をノズル５方向に変形
させ、加圧液室６の容積／体積変化によって加圧液室６
内のインクが加圧され、ノズル５からインク滴が吐出
（噴射）される。

【００３８】そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室
６内の液圧力が低下し、このときのインク流れの慣性に
よって加圧液室６内には若干の負圧が発生する。この状
態の下において、圧電素子１２への電圧の印加をオフ状
態にすることによって、振動板２が元の位置に戻って加
圧液室６が元の形状になるため、さらに負圧が発生す
る。このとき、インク供給口９から共通液室８、流体抵
抗部であるインク供給路（連通部）７を経て加圧液室６
内にインクが充填される。そこで、ノズル５のインクメ
ニスカス面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴
吐出のために圧電素子１２にパルス電圧を印加しインク
滴を吐出させる。

【００３９】なお、上記の説明ではノズルは上向きで図
示しているが、画像を形成する部材、例えば紙などに向
けてインクを噴射する場合は、インクを噴射する向きは
鉛直下向きである場合が多く、本発明においても、画像
形成時、即ちインク噴射時には水平に搬送される画像形
成部材（紙など）の鉛直方向上から、インク滴が画像形
成部材に向かって飛翔する。

【００４０】このようなインクジェットヘッドに、図示
しないインク供給源、例えばインクカートリッジからイ
ンクを供給するが、製作直後のインクジェットヘッドの
流路部分（連結管９や共通液室８や連通部７や加圧液室
６やノズル５など）にはインクはなく、一般的には空気
が存在している。初めて流路部分にインクを充填する際
には、インク供給源からノズルに向かってインクを流し
込むのだが、ノズル側から吸引することで、気体を流路
内から排除することが行われる。インクを流し込む直前
に、流路内を例えば二酸化炭素などインクへの溶解度の
大きな気体で満たしておくと、流路に残存する気体＝気
泡が少なくなる利点があるが、完全な除去（＝溶解）は
難しいので、ノズル側からの吸引が行われる。

【００４１】また、インクジェットヘッド製作直後でな
くても、インクカートリッジの製造工程で気泡が混入し
たり、インクカートリッジとヘッドとの接続時に気泡が
進入したりすることは、インクジェット記録装置として
は想定しておかなければならない。さらに、加圧液室に
は、ノズルからの気泡の侵入という場合もある。

【００４２】したがって、混入や侵入してきた気泡を除
去するためのノズル５からの吸引は、性能を維持するた
めに、インクジェット記録装置では一般的に行われてい
る方法である。ノズル５側から吸引を行うことでインク
は、流路全体をインク供給源→連結管９→共通液室８→
連通部７→個別液室６→ノズル５の順で流れていき、イ
ンクの流れが気泡を運び、流路から気泡を除去すること
ができる。

【００４３】ここで、前述したように、共通液室は、複
数の加圧液室の連通部と連接する必要があるので、ヘッ
ド全体から見ると、加圧液室の整列方向、すなわちノズ
ルの整列方向に沿っており、最近の多ノズル化の傾向に
伴い、長尺化が必要である。また、共通液室の流路の断
面積は、流量を確保した上でできるだけ小さいほうが良
い。さらに、隣接した加圧液室の駆動によって連通部か
ら伝播してくる圧力波の低減のためには、共通液室の容
積は大きいほうが良い。

【００４４】これらは相反するように見える要求に応え
る本発明の共通液室の構成について図６以降をも参照し
て説明する。まず、図６は共通液室長手方向に沿う断面
説明図である。ここでは、図２の場合と上下を反転し
て、ノズル５から鉛直下向きにインク滴（図示しない）
が飛翔するように表示している。

【００４５】ここで、インクは、図示しないインク供給
源から連結管９を通って共通液室８へと進み、連通部７
を介して連接している加圧液室６を通ってノズル５へと
至る。なお、共通液室８の長手方向の端部に対応するノ
ズル５ａあるいは両端部のノズル５ａに対応する加圧液
室は画像形成には用いずに、気泡排出の吸引用として設
けたダミーノズルとすることもできる。

【００４６】この場合、図７に示す図６から共通液室８
と連通管９のみを抜き出した模式的斜視図を参照して、
共通液室８のノズルの整列方向に沿った連通部７と連通
する面の大きさを『共通液室の長さＬ』と定義する。ま
た、共通液室８の連通部７と連通する面の、前記『長
さ』と直交する方向の大きさを『共通液室の幅Ｗ』と定
義する。さらに、インク供給源から連結管９を通って共
通液室８に向かう方向の共通液室８の大きさを『共通液
室の深さＤ』と定義する。

【００４７】この共通液室の幅Ｗと共通液室の深さＤの
例を図８に示している。同図に示すように、共通液室８
の深さ方向は鉛直方向であって、連通した面は共通液室
８の鉛直下方面とする。なお、ここでは、加圧液室６や
連通部７のインクの流れの向きと、共通液室の幅Ｗ、深
さＤには関連はない。

【００４８】また、連通部７は、同図に示すように、共
通液室８が連通部７に連接する面の端部に形成してい
る。このことによって、共通液室８から連通部７に向か
うインクの流れが一方向になり、気泡の排出性が向上す
る。連通部７が共通液室８の連通部７に連接する面の端
部にない場合は、幅方向でのインクの流れが少なくとも
二方向になり、気泡を十分に排出することが難しくな
る。

【００４９】さらに、共通液室の幅Ｗは、共通液室の深
さＤよりも大きくしている。これによって、隣接する加
圧液室への不要な圧力波の伝播を少なくすることができ
る。

【００５０】すなわち、前述したように図示しない画像
情報信号に従って圧電素子１２を駆動して加圧液室６内
部の圧力を高めて、ノズル５からインク滴を噴射する
際、ノズル５に連通した加圧液室６の内部に発生した圧
力は、連通部７を介して共通液室８に伝播する。共通液
室８に伝播した圧力波は、ノズル５に連通した加圧液室
６に隣接した別の加圧液室６に連通する連通部７を介し
てその隣接加圧液室６へと伝わり、隣接加圧液室６の内
部の圧力を変化させる。

【００５１】この場合、所望の特性、例えば滴体積や滴
速度を有するインク滴を噴射するには適切な圧力特性を
発生させる必要があるが、共通液室８を介して予期しな
い圧力波が重畳してしまうと、その隣接加圧液室６に連
通したノズル５は、インク滴の特性を制御することが難
しくなってしまう。

【００５２】そこで、共通液室８に存在しているインク
（液体）のコンプライアンスを利用する。すなわち、非
常に小さな値ではあるが、インクは圧縮性を有している
ので、圧力が作用すると体積が小さくなる。その作用
で、加圧液室６から連通部７を介して共通液室８に伝播
してくる圧力波を「吸収」し、隣接する別の連通部７を
介して隣接加圧液室６へ伝わる圧力値を低減する。

【００５３】そのため、本発明者は、数値シミュレーシ
ョンを行った結果、上述したように、共通液室の幅Ｗを
共通液室の深さＤよりも大きくすることで、幅Ｗ×深さ
Ｄ、つまり流れ方向における共通液室８の断面積が等し
い場合は、隣接する加圧液室への不要な圧力波の伝播は
少ないことを見出した。断面積および縦横比は流れやす
さの指標、すなわち流体抵抗との関連が大きいことか
ら、適切な値にすることが望まれているものである。

【００５４】なお、上記説明では共通液室８に連結して
いる連結管９のインク流れ方向の断面は矩形としたが、
図９に示すように、連結管９のインク流れ方向の断面は
円形（楕円形を含む）とすることもできる。

【００５５】また、インクのコンプライアンスを利用し
て共通液室８を介した隣接加圧液室への圧力伝搬を抑制
することもあって、各加圧液室６に連通している共通液
室８は、加圧液室６を形成するための液室形成基板１と
は異なる部材であるフレーム部材１７に形成している。

【００５６】また、上述した数値シミュレーションによ
って得られた、連結管９から共通液室８へと流れるイン
クの動きの例を図１０に示している。同図は、連結管９
を共通液室８の長手方向中央に設けたモデルを共通液室
８の幅方向から見たもので、連結管９の中心軸を通る対
称面で切断したハーフモデルであって、下向きに圧力を
加えた場合の流速をベクトル表示している。連通管のイ
ンク流れ方向の断面は円形で、３モデルとも同じ直径で
あり、共通液室の長さと幅も同じものである。同図
（ａ）→（ｂ）→（ｃ）の順に、共通液室の深さＤが大
きくなっている。また、（ａ）のみ共通液室の深さが均
一になっている。

【００５７】この結果から分かるように、ベクトル、す
なわち流速を示す矢印が多いのは同図（ｃ）のモデルで
あるが、図示しない連通部に連通する面で大きな流速を
有するは（ａ）である。特に、連結管９の接合近傍の共
通液室８は大きな流速となっており、気泡の排出性が良
いことが分かる。また、共通液室内の気泡は浮力を受け
るために、共通液室の上側の壁寄りに存在することにな
るが、共通液室の深さが全体として浅くなっているほ
ど、壁寄りに滞留している気泡の近傍をインクが良く流
れることが（ａ）の結果から分かる。前述したように、
共通液室のインク流れ方向の断面積は小さいほうが良い
ので、従って同図（ａ）のごとく、共通液室の深さは略
一定であるほうが好ましい。

【００５８】このように、共通液室の長さＬを複数のノ
ズルが整列している方向の大きさ、深さＤを液体供給源
から加圧液室方向の大きさ、幅Ｗを加圧液室に連通した
面のノズル整列方向とは直交する方向の大きさ、とし、
深さ方向は鉛直方向であって、連通した面は共通液室の
鉛直下方面であるとき、共通液室の幅方向の端部に、加
圧液室との連通部を形成し、共通液室の深さＤよりも幅
Ｗを大きくすることによって、液室に存在する気泡の排
出を効率よく行うことができて、画像の欠陥やインクの
無駄を抑えることができるとともに、相互干渉を低減で
き、高品質な画像を高速で記録することができる。

【００５９】次に、他の実施形態について図１１を参照
して説明する。この実施形態は、共通液室８の端部８ａ
では幅Ｗを狭く形成したものである。

【００６０】すなわち、共通液室８の長さ方向にインク
が流れていく場合を考えると、共通液室８の端部８ａに
近づくにつれて供給すべき加圧液室６の数も少なくな
り、必要とする流量も少なくなるので、長さ方向の端部
８ａでは、インクの流れに対する流体抵抗は大きくても
構わない。つまり、流れに対する断面積を小さくしても
良い。逆に、端部の流速はもともと小さいので、断面積
を小さくして流速を大きくしたほうが、共通液室内部に
滞留する気泡の排出性は向上する。

【００６１】ここで、断面積を小さくするには、幅Ｗま
たは深さＤを小さくすれば良いが、上述したように深さ
Ｄは幅Ｗよりも小さいので、深さＤをより小さくしよう
とすると小さくなりすぎてしまい、ほとんど流れを生じ
ないようになってしまうおそれがある。これに対して長
さ方向の端部に向かうにつれて幅Ｗを徐々に狭くしてい
くことで、スムーズな流れを形成することができる。

【００６２】なお、上記実施形態においては、加圧液室
の内部圧力を変化させるアクチュエータ（駆動手段）と
して、圧電素子を用いる例で説明したが、例えば、加圧
液室の壁面の一部を形成する振動板を電極とし、この振
動板に対向してさらに電極を設け、これらの振動板と電
極との間に電圧を加えて、生じる静電気力で振動板を変
形させる静電型アクチュエータを用いることもできる。

【００６３】静電型アクチュエータを用いることで、構
造が簡素で低消費電力なインクジェットヘッドを提供で
きるものの、電圧除去後に振動板の自身のバネ性で復帰
しようとする復元力を、加圧液室内部の圧力上昇の利用
するため、圧電素子を用いたアクチュエータに比較し
て、発生する圧力は小さい。

【００６４】ここで、流体内に存在する気泡は流体の圧
力増加に伴って容易にその体積を小さくしてしまい、流
体の圧力はなかなか上昇しないことになる。したがっ
て、発生力のもともと小さな静電型アクチュエータを用
いるインクジェットヘッドの場合、インク流路内に存在
する気泡の影響をより大きく受けることになるので、本
発明の構成を用いることで、従来よりも性能を長期間維
持することができるインクジェットヘッドを実現でき
る。

【００６５】また、加圧液室内部にヒータなどの発熱抵
抗体（電気熱変換体）を設け、インクを状態変化（膜沸
騰）させて圧力変化を生み出すサーマル方式のインクジ
ェットヘッドは、加圧の原理そのものがインク中に気泡
の元を発生させてしまうことから、徐々にではあるが流
路内部に気泡が滞留してしまうことが考えられる。した
がって、本発明の構成を用いることで、従来よりも性能
を長期間維持し、噴射効率を向上することができるイン
クジェットヘッドを実現できる。

【００６６】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドである
インクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装
置の一例について図１２及び図１３を参照して説明す
る。なお、図１２は同記録装置の斜視説明図、図１３は
同記録装置の機構部の側面説明図である。

【００６７】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッ
ジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェット
ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給
するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１
２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から
多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは
給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着す
ることができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するた
めの手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カ
セット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される
用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要
の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１
１６に排紙する。

【００６８】印字機構部１１２は、図示しない左右の側
板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２と従
ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向
（図１５で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキ
ャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マ
ゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐
出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェッ
トヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を
主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向
を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３に
はヘッド１２４に各色のインクを供給するための各イン
クカートリッジ１２５を交換可能に装着している。

【００６９】インクカートリッジ１２５は上方に大気と
連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへイン
クを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多
孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジ
ェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持
している。

【００７０】また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘ
ッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出する
ノズルを有する１個のヘッドでもよい。

【００７１】ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙
搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に
嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッ
ド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャ
リッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査
モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動
プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装
し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に
固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転により
キャリッジ１２３が往復駆動される。

【００７２】一方、給紙カセット１１４にセットした用
紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給
紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ロ
ーラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１
３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１
３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送
ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及
び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を
規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１
３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転
駆動される。

【００７３】そして、キャリッジ１２３の主走査方向の
移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された
用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙
ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。こ
の印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙
１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送
コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排
紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１
４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６
とを配設している。

【００７４】記録時には、キャリッジ１２３を移動させ
ながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動するこ
とにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して
１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記
録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記
録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を
終了させ用紙１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２
４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドは気泡
排出性が高く、加圧液室への十分な流量を確保でき、共
通液室を伝搬する圧力波を低減できるので、高効率の噴
射特性を長期間安定して得ることができる。

【００７５】また、キャリッジ１２３の移動方向右端側
の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良
を回復するための回復装置１４７を配置している。回復
装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手
段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこ
の回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘ
ッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に
保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。
また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出す
ることにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、
安定した吐出性能を維持する。

【００７６】吐出不良が発生した場合等には、キャッピ
ング手段でヘッド１２４の吐出口を密封し、チューブを
通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸
い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニ
ング手段により除去され吐出不良が回復される。また、
吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜
（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体
に吸収保持される。

【００７７】なお、上記実施形態においては、液滴吐出
ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明
したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドと
して、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴
吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐
出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。

【００７８】また、上記実施形態においては、本発明を
振動板変位方向と液滴吐出方向が同じになるサイドシュ
ータ方式のヘッドに適用したが、振動板変位方向とイン
ク滴吐出方向とが直交するエッジシュータ方式のヘッド
にも同様に適用することができる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドによれば、共通液室の長さを複数のノズルが
整列している方向の大きさ、深さを液体供給源から加圧
液室方向の大きさ、幅を加圧液室に連通した面のノズル
整列方向とは直交する方向の大きさ、とし、深さ方向は
鉛直方向であって、連通した面は共通液室の鉛直下方面
であるとき、共通液室の幅方向の端部に、加圧液室との
連通部を形成し、共通液室の深さよりも幅を大きくした
ので、共通液室の気泡排除性が向上すると共に、共通液
室に連通する加圧液室への流量を確保しつつ、共通液室
を伝播する圧力波を低減できるので、高品質画像を高速
で記録できるようになる。

【００８０】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして
本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したので、安定して
長期間高品質の画像を記録することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの分解斜視説明図

【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図

【図３】図２の要部拡大説明図

【図４】同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図

【図５】同ヘッドの要部拡大斜視説明図

【図６】同ヘッドの共通液室の長手方向に沿う断面説明
図

【図７】同ヘッドの共通液室のディメンジョンの定義の
説明に供する模式的斜視説明図

【図８】共通液室の幅と深さの説明に供する説明図

【図９】共通液室につながる連結管の他の形状を説明す
る視説明図

【図１０】数値シュミレーションの結果を示す説明図

【図１１】他の実施形態の説明に供する模式的斜視説明
図

【図１２】本発明に係るインクジェット記録装置の一例
を示す斜視説明図

【図１３】同記録装置の機構部を示す側面説明図

【符号の説明】

１…流路形成基板、２…振動板、３…ノズル板、５…ノ
ズル、６…加圧液室、７…インク供給路（連通部）、８
…共通液室、９…インク供給口（連結管）、１２、３２
…圧電素子、１３…ベース基板、１７…ヘッドフレー
ム。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液滴を吐出する複数のノズルと、ノズル
   に連通した複数の加圧液室と、各加圧液室に連通し、液
   体供給源からの液体が供給される共通液室と、前記加圧
   液室内の液体を加圧する駆動手段とを備えた液滴吐出ヘ
   ッドにおいて、前記共通液室の長さを前記複数のノズル
   が整列している方向の大きさ、深さを前記液体供給源か
   ら前記加圧液室方向の大きさ、幅を前記加圧液室に連通
   した面の前記ノズル整列方向とは直交する方向の大き
   さ、とし、深さ方向は鉛直方向であって、前記連通した
   面は前記共通液室の鉛直下方面であるとき、前記共通液
   室の幅方向の端部に、前記加圧液室との連通部を形成
   し、前記共通液室の深さよりも幅を大きくしたことを特
   徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、前記共通液室の深さは、略一定であることを特徴と
   する液滴吐出ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド
   において、前記共通液室の長さ方向の端部は、幅が狭く
   なっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の液
   滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動手段は、前記加圧液室
   の壁面の一部を構成する振動板を静電力で変形させる静
   電型アクチュエータであることを特徴とする液滴吐出ヘ
   ッド。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３のいずれかに記載の液
   滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動手段は、前記加圧液室
   の壁面の一部を構成する振動板を電気機械変換素子によ
   って変形させる圧電型アクチュエータであることを特徴
   とする液滴吐出ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１ないし３のいずれかに記載の液
   滴吐出ヘッドにおいて、前記駆動手段は、前記加圧液室
   内の液体に対して熱によって状態変化を生じせしめる電
   気熱変換体を含むサーマル型アクチュエータであること
   を特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 インク滴を吐出するインクジェットヘッ
   ドを備えたインクジェット記録装置において、前記イン
   クジェットヘッドが前記請求項１ないし６のいずれかに
   記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジ
   ェット記録装置。