JP2006297897A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】インクの初期導入時において、支流路内に空気溜まりが形成されにくくする。
【解決手段】流路ユニットに複数のインク供給口を有するマニホールド流路及びこれに連通する多数の個別インク流路が形成されている。リザーバユニットにインク供給口を介してマニホールド流路にインクを供給するリザーバ流路９４及びこの中央にインクを落とし込む落込流路６３が形成されている。リザーバ流路９４は、一方向に延在している主流路７６ｂと主流路７６ｂの長手方向の両端近傍に形成されている支流連通口９４ａを介して主流路７６ｂに連通している６つの支流路７６ｃとを含んでいる。６つの支流連通口９４ａは、主流路７６ｂの長手方向に向いて開口していると共に、それぞれが実質的に同じ開口面積を有している。
【選択図】図４

Description

本発明は、被記録媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

印刷用紙等の被記録媒体にノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとして、共通インク室及びそれぞれが共通インク室に連通していると共に圧力室を介してノズルに至る複数の個別インク流路が形成された流路ユニットと、貯溜したインクを共通インク室に供給するためのリザーバが形成され且つ流路ユニットに接合されたリザーバユニットと、流路ユニット内のインクに噴射エネルギーを付与するアクチュエータユニットとを有するものが知られている（特許文献１参照）。このインクジェットヘッドにおいては、流路ユニットに複数のインク供給口が形成されており、各インク供給口を介して共通インク室と連通する複数の支流路がリザーバに形成されている。リザーバに貯溜されたインクは、各支流路及びこれに連通するインク供給口を通って共通インク室に供給される。

特開２００５−５９４３８号公報（図９）

特許文献１のインクジェットヘッドでは、インクジェットヘッドに対するインクの初期導入時に、一部の支流路に流れ込んだインクがインク供給口を介して共通インク室に流れ込み、共通インク室に流れ込んだインクが未だ支流路からのインクが到達していない他のインク供給口に到達することがある。このとき、このインク供給口が共通インク室内のインクにより封鎖されるため、このインク供給口に連通している支流路内に空気溜まりが形成される。支流路内に空気溜まりが形成されると支流路内のインクの流れが阻害される。支流路内から空気溜まりを排出するためにはリザーバに多量のインクを供給しなければならない。

本発明の目的は、インクの初期導入時において、支流路内に空気溜まりが形成されにくいインクジェット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及び発明の効果

本発明のインクジェットヘッドは、複数のインク供給口、前記複数のインク供給口から流入したインクが供給される共通インク室、及び、前記共通インク室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路が形成された流路ユニットと、インクを貯溜するものであって、貯溜されたインクが前記インク供給口を介して前記流路ユニット内の前記共通インク室に供給されるように前記流路ユニットに接合されたリザーバユニットとを備えている。そして、前記リザーバユニットには、インクが流入するインク流入口を有するインク流入路と、複数のインク流出口を有するリザーバ流路と、前記インク流入路と前記リザーバ流路との間に設けられたインク落込流路とが形成されている。前記リザーバ流路が、前記リザーバユニットの長手方向に細長く延在しており且つ前記長手方向の両端近傍に複数の支流連通口が形成された主流路、及び、前記支流連通口と前記インク流出口との間に形成された複数の支流路を含んでいる。前記インク落込流路が、前記インク流入路から流入したインクを平面視における前記主流路のほぼ中央に落とし込み、前記複数の支流連通口が、実質的に同じ開口面積を有している。

本発明によると、インクの初期導入時において、インク落込流路から主流路の中央に落とし込まれたインクが、主流路の中央から両端に向かって流れるインクの流れを形成し、さらに、主流路の両端近傍において各支流連通口を介して支流路に流れ込む。このとき、各支流連通口が同じ開口面積を有しているため、各支流連通口を介して全ての支流路にほぼ同量のインクがほぼ同じ速度で流れ込む。このため、全ての支流路間において、各支流路に流れ込んだインクがインク供給口を介して共通インク室に到達するまでの時間差が小さくなる。これにより、支流路内に空気溜まりが形成されにくくなる。

本発明においては、前記複数の支流連通口が、前記長手方向に向いて開口していることが好ましい。これによると、各支流連通口がインクの流れに向いて開口していることになるので、各支流連通口を介して全ての支流路により均一に同量のインクが同じ速度で流れ込む。

また、本発明においては、インクの流れる方向に直交する方向に沿った前記支流路の断面積が、前記支流連通口から前記インク流出口までに亘ってほぼ一定であり、前記複数の支流路の断面積が実質的に同じであることが好ましい。これによると、各インク流出口において同量のインクがほぼ同じ速度で流れ出るため、全ての支流路間において、各支流路に流れ込んだインクがインク供給口を介して共通インク室に到達するまでの時間差がより小さくなる。

また、本発明においては、前記複数の支流路の長さが実質的に同じであることが好ましい。これによると、全ての支流路間において、各支流路に流れ込んだインクがインク供給口を介して共通インク室に到達するまでの時間差がより小さくなる。

また、本発明においては、前記支流連通口の数と、前記インク供給口との数とが同じであり、前記複数の支流路が、１つの前記支流連通口と１つの前記インク供給口とをそれぞれ連通させることがより好ましい。これによると、全ての支流路間において、各支流路に流れ込んだインクがインク供給口を介して共通インク室に到達するまでの時間差がより一層小さくなる。

さらに、本発明においては、前記長手方向の一端近傍に形成された前記支流連通口の数と、前記長手方向の他端近傍に形成された前記支流連通口の数とが同じであることが好ましい。これによると、全ての支流路に支流連通口を介してほとんど同じ流速且つ同量のインクが流れ込む。このため、全ての支流路間において、各支流路に流れ込んだインクがインク供給口を介して共通インク室に到達するまでの時間差がより一層小さくなる。

このとき、前記リザーバ流路が平面視において略点対称となっていることがより好ましい。これによると、全ての支流路間において、各支流路に流れ込んだインクがインク供給口を介して共通インク室に到達するまでの時間差がさらにより一層小さくなる。

また、本発明においては、前記複数の支流路のいずれをインクが経由した場合であっても、平面視における前記主流路のほぼ中央から前記共通インク室までの流路抵抗がほぼ同じであることが好ましい。これによると、各支流路からのインクがほぼ同時に共通インク室に流れ込む。このため、インクの初期導入時において、支流路内に空気溜まりが生じるのを確実に防止することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、インクジェットヘッド１の外観斜視図である。図２は、図１に示す矢印II−II線に沿った断面図である。

図１及び図２に示すように、インクジェットヘッド１は、主走査方向に長尺な形状であって、下から順に、ヘッド本体１ａ、リザーバユニット７０、及び、ヘッド本体１ａの駆動を制御する制御部８０を有する。これらインクジェットヘッド１の構成要素について、上側から順に説明する。

制御部８０は、メイン基板８２、メイン基板８２の両側にそれぞれ配置されたサブ基板８１、及び、各サブ基板８１におけるメイン基板８２に対向する側面に固定されたドライバＩＣ８３を有する。ドライバＩＣ８３は、ヘッド本体１ａに含まれるアクチュエータユニット２１を駆動するための信号を生成する。

メイン基板８２及びサブ基板８１は、共に主走査方向に長尺な矩形状の平面を有し、互いに平行に立設されている。メイン基板８２はリザーバユニット７０上面に固定されており、サブ基板８１はリザーバユニット７０から上方に離隔しつつメイン基板８２の両側に等距離離隔配置されている。メイン基板８２及び各サブ基板８１は互いに電気的に接続されている。各ドライバＩＣ８３におけるサブ基板８１に対向する面にはヒートシンク８４が固定されている。

給電部材であるＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）５０がヘッド下部から上方に引き出されている。ＦＰＣ５０は一端においてアクチュエータユニット２１と接続され、他端においてサブ基板８１と接続されている。ＦＰＣ５０はアクチュエータユニット２１からサブ基板８１に至る途中でドライバＩＣ８３とも接続されている。つまりＦＰＣ５０は、サブ基板８１及びドライバＩＣ８３と電気的に接続されており、サブ基板８１から出力された信号をドライバＩＣ８３に伝達し、ドライバＩＣ８３から出力された駆動信号をアクチュエータユニット２１に供給する。

インクジェットヘッド１にはさらに、制御部８０を覆う上カバー５１及びヘッド下部を覆う下カバー５２が設けられており、これらカバー５１，５２によって印刷時に飛翔したインクが制御部８０等に付着するのが防止される。なお、図１では制御部８０が見えるよう上カバー５１を省略している。

上カバー５１は、図２に示すように、アーチ形状の天井を有し、制御部８０を覆っている。下カバー５２は、上下に開口された略四角筒状で、メイン基板８２の下部を覆っている。下カバー５２の上部には側壁上端から内側に突出した上壁５２ｂが形成されており、この上壁５２ｂにおける側壁との接続部上に上カバー５１の下端が配置されている。下カバー５２及び上カバー５１は共にヘッド本体１ａと略同じ幅を有する。

下カバー５２の両側壁（図１には一方の側壁のみ示されている）の下端には、その長手方向に沿って２つずつ、下方に向けて突出する突出部５２ａが形成されている。突出部５２ａは、リザーバユニット７０の凹部５３内に収容されている。また突出部５２ａは、ＦＰＣ５０における凹部５３内に配置された部分を覆っている。つまり、突出部５２ａが凹部５３内に収容されたとき、両者間にはＦＰＣ５０を通すことができる隙間が形成されている。さらに、突出部５２ａ以外の側壁下端はリザーバユニット７０上面と接触し、突出部５２ａ先端は製造誤差吸収用の隙間を形成しつつヘッド本体１ａの流路ユニット４と対向している。

アクチュエータユニット２１に接続されたＦＰＣ５０の一端近傍は流路ユニット４の平面に沿って水平に延在している。そしてＦＰＣ５０はリザーバユニット７０の凹部５３内を通り、屈曲部を形成しつつ上方に引き出されている。

次に、図３及び図４をさらに参照しつつ、リザーバユニット７０について説明する。図３は、リザーバユニット７０及びヘッド本体１ａの主走査方向に沿った断面図である。図４は、リザーバユニットの分解平面図である。なお、図３では説明の都合上、鉛直方向の縮尺を拡大し、且つ、同一線に沿った断面では通常描かれないリザーバユニット７０内のインク流路をも適宜に示している。

リザーバユニット７０はインクを一時的に貯溜し且つヘッド本体１ａの流路ユニット４に供給するものである。リザーバユニット７０は、図４に示すように、主走査方向（図１参照）に長尺な矩形状の平面を有する７つのプレート７１、７３、７４、７５、７６、７７、７８と、１枚のダンパシート７２とが積層された積層構造を有している。これらのうち７つのプレート７１、７３〜７８は、ステンレス鋼等の金属プレートである。

最上層の第１プレート７１には、図３及び図４（ａ）に示すように、第１プレート７１の長手方向一端及び他端近傍に円孔７１ａ、７１ｂがそれぞれ形成されている。これら円孔７１ａ、７１ｂは、第１プレート７１の幅方向中央から一方及び他方の幅方向端に向けて偏心した位置にある。第１プレート７１の下方面（ダンパシート７２側の面）には、第１プレート７１の長手方向に延在した楕円凹部７１ｃが形成されている。楕円凹部７１ｃは、第１プレート７１における長手方向中心と円孔７１ｂとの間に位置している。さらに、楕円凹部７１ｃの底部中央に、円孔７１ｄが形成されている。この楕円凹部７１ｃは、次に説明するダンパシート７２と共にダンパ室を構成する。

上から二番目のダンパシート７２は、可撓性薄膜材からなるものである。図３及び図４（ｂ）に示すように、ダンパシート７２には、第１プレート７１に形成された円孔７１ａ、７１ｂに対応する円孔７２ａ、７２ｂが形成されている。なお、可撓性薄膜材としては、インク中の圧力変動に対応して容易に撓むものであれば金属製、樹脂製等その材質を限定しない。本実施の形態では、もともとガスバリア性の良いＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂にさらにガスバリア膜を付与した樹脂製複合膜を用いている。これにより、可撓性薄膜材を介しての空気や水蒸気の透過が極めて抑制され、インク中の圧力変動に対する良好なダンパとしても機能する。

上から三番目の第３プレート７３には、図３及び図４（ｃ）に示すように、第１プレート７１に形成された円孔７１ａ、７１ｂに対応する円孔７３ａ、７３ｂと、第１プレート７１に形成された楕円凹部７１ｃに対応する楕円孔７３ｃとがそれぞれ貫通して形成されている。楕円凹部７１ｃと楕円孔７３ｃとは、平面視でほぼ同じ形状とサイズを有している。

上から四番目の第４プレート７４には、図３及び図４（ｄ）に示すように、第１プレート７１に形成された円孔７１ａ、７１ｂに対応する領域から、それぞれ第４プレート７４の短手方向の中央に向かって斜めに延在した細長凹部７４ａ、７４ｂが形成されている。また、第４プレート７４には、細長凹部７４ａと連通しつつ、第４プレート７４の中央まで延在している楕円孔７４ｃが形成されている。楕円孔７４ｃの周縁部には互いの高さが異なる２つの段差面７４ｄ、７４ｅが形成されている。段差面７４ｄよりも下にある段差面７４ｅ上には、インク内の塵埃等を除去するフィルタ７４ｇが配置されている。さらに、第４プレート７４には、細長凹部７４ｂと連通しつつ、第４プレート７４の中央まで延在している楕円凹部７４ｆが形成されている。この凹状に形成された楕円凹部７４ｆは、第３プレート７３の楕円孔７３ｃとほぼ同じ外形形状とサイズを有して第３プレート７３側に開口している。なお、細長凹部７４ａ、７４ｂの底面と段差面７４ｄと楕円凹部７４ｆの底面とが同一平面上に形成されている。また、第４プレート７４の中央付近の側壁にはダンパ連通口７４ｈが形成されている。そして、楕円孔７４ｃと楕円凹部７４ｆとが、ダンパ連通口７４ｈを介して互いに連通している。ここで、細長凹部７４ａと、楕円孔７４ｃの段差面７４ｅよりプレート７３側とが上流側インクリザーバ６１ａを形成している。また、楕円凹部７４ｆと、細長凹部７４ｂとがダンパ流路６２を形成している。

上から五番目にある第５プレート７５には、図３及び図４（ｅ）に示すように、その中央に円孔７５ａが形成されている。円孔７５ａが落込流路６３を形成している。なお、第５プレート７５は、第４プレート７４の貫通孔７４ｃに円孔７５ａが連通するように下から積層されている。また、円孔７５ａは、貫通孔７４ｃの第４プレート７４中央側鋭角部と対向している。

上から六番目にある第６プレート７６には、図３及び図４（ｆ）に示すように、貫通孔７６ａが形成されている。貫通孔７６ａは、主流路７６ｂ及び主流路７６ｂに連通する６つの支流路７６ｃを含むリザーバ流路９４を形成している。リザーバ流路９４の平面形状は、第６プレート７６の中央部（貫通孔７６ａの重心）に関して点対称となっている。主流路７６ｂは、第６プレート７６の長手方向に延在しており、中央から両端に向かってやや先細りになっている。主流路７６ｂの平面視における中央が、第５プレート７５の円孔７５ａに対応している。主流路７６ｂの延在方向の各端近傍には、３つの支流連通口９４ａがそれぞれ形成されている。支流路７６ｃは、各支流連通口９４ａを介して主流路７６ｂと連通している。

図５及び図６をさらに参照しつつ主流路７６ｂ及び支流路７６ｃについて詳細に説明する。図５は、リザーバ流路９４の一方端近傍の部分拡大図である。図６は、第６プレート７６の部分断面図である。なお、図６においては、断面が主流路７６ｂの長手方向に直交するように且つ一方端近傍に形成された３つの支流連通口９４ａが断面に表れるように第６プレート７６を切断した状態を示している。図５及び図６に示すように、全ての支流連通口９４ａが、主流路７６ｂの長手方向に向いて開口しており且つそれぞれが同じ開口面積Ｓ１を有している。各支流路７６ｃの端部にはインク流出口９４ｂが形成されている。そして、各支流路７６ｃにおいて、インクの流れる方向に直交する方向に沿った支流路７６ｃの断面積が支流連通口９４ａからインク流出口９４ｂまでに亘ってほぼ一定である。また、全ての支流路７６ｃにおいてインクが流れる方向に沿った長さ及び断面積が実質的に同じとなっている。これにより、各支流路７６ｃ間での流路抵抗がほぼ同じ値となるように構成されている。

ここで、第４プレート７４の楕円孔７４ｃにおける段差面７４ｅよりプレート７５に近い領域と、第５プレート７５の円孔７５ａと、貫通孔７６ａとで下流側インクリザーバ６１ｂを形成している。

上から七番目にある第７プレート７７には、図３及び図４（ｇ）に示すように、第６プレート７６に形成された支流路７６ｃのインク流出口９４ｂに対応する位置に、楕円孔７７ａが計１０個形成されている。楕円孔７７ａは、第７プレート７７の幅方向両端近傍において長手方向に沿って５つずつ、詳細には、幅方向一端では長手方向一端側（図４（ｇ）左側）から順に１つ、２つ、２つ、幅方向他端では長手方向他端側（図４（ｇ）右側）から順に１つ、２つ、２つと、後述の切欠き５３ｆを避けるように離隔しつつ、千鳥状に配置されている。このように、千鳥状に配置された１つ又は２つの楕円孔７７ａが、各インク流出口９４ｂに対応している。また、これら楕円孔７７ａは、プレート中央に対して点対称となっている。

最下層の第８プレート７８には、図３及び図４（ｈ）に示すように、第７プレート７７に形成された楕円孔７７ａに対応する楕円孔７８ａが形成されている。第８プレート７８の下面においては、楕円孔７８ａの周縁部分（図中点線で囲んだ部分）が下方に突出するように形成されており、この突出部分のみが流路ユニット４上面に固定され、突出部分以外は流路ユニット４から離隔している（図２参照）。

これら７つのプレート７１、７３〜７８及び１枚のダンパシート７２が、図３に示すように位置合わせしつつ積層され且つ互いに固定されている。これにより、本実施の形態のリザーバユニット７０が構成されている。なお、図４から分かるように、４つのプレート７１〜７４は、残りのプレート７５〜７８に比べて長手方向に長く形成されており、これらのプレート７１〜７４の両端部を使ってインクジェットヘッド１をプリンタの固定部（図示せず）に固定可能となっている。

さらに、図４（ａ）〜（ｈ）に示すように、各プレート７１、７３〜７８の幅方向両端には、長手方向に沿って２つずつ計４つの矩形状の切欠き５３ａ〜５３ｇが千鳥状に形成されている。プレート７１、７３〜７８及びダンパシート７２が互いに上下に位置合わせされることにより、これら切欠き５３ａ〜５３ｇによって、リザーバユニット７０を積層方向に貫く凹部５３（図１参照）が形成される。リザーバユニット７０の幅は、凹部５３を除き、流路ユニット４の幅と略同じである。

次いで、インクが供給されたときにおけるリザーバユニット７０内でのインクの流れについて説明する。

図３に示すように、第１プレート７１上面における各円孔７１ａ、７１ｂの形成位置に、供給用ジョイント９１及び排出用ジョイント９２が固定されている。これらジョイント９１、９２は共に、外径が一回り大きな基端９１ｂ、９２ｂを有する円筒形部材であって、それぞれ基端９１ｂ、９２ｂの下面における円筒形空間９１ａ、９２ａの開口が第１プレート７１の各円孔７１ａ、７１ｂの開口と一致するように第１プレート７１上面に配置されている。ここでは供給用ジョイント９１を介して供給されたインクのリザーバユニット７０内での流れ（図３中黒塗り矢印で示す）について説明する。

図３中黒塗りの矢印で示すように、供給用ジョイント９１の円筒形空間９１ａを通って円孔７１ａに流入したインクは、円孔７２ａ及び円孔７３ａを介して上流側インクリザーバ６１ａに流入する。上流側インクリザーバ６１ａに流入したインクは、ダンパ連通口７４ｈを介してダンパ流路６２に流入すると共に、フィルタ７４ｇを通過し、下流側インクリザーバ６１ｂに流入する。下流側インクリザーバ６１ｂにおいては、流入したインクが第５プレート７５の落込流路６３により第６プレート７６におけるリザーバ流路９４の主流路７６ｂの中央に落とし込まれる。その後インクは、図４（ｆ）の矢印で示すように、主流路７６ｂの略中央からその長手方向両端に向かって流れるインクの流れを形成する。主流路７６ｂの長手方向各端近傍に到達したインクは、図５の矢印に示すように、支流連通口９４ａを介して各支流路７６ｃに流れ込む。このとき、全ての支流連通口９４ａがインクの流れに向いて開口していると共に同じ開口面積Ｓ１を有しているため、各支流連通口９４ａを介して全ての支流路７６ｃに均一に同量のインクが同じ速度で流れ込む。各支流連通口９４ａに流れ込んだインクが、インク流出口９４ｂ及び楕円孔７７ａ、７８ａを介して流路ユニット４上面に開口したインク供給口５ｂ（図７参照）に流入する。このとき、支流路７６ｃのいずれをインクが経由した場合であっても、平面視における主流路７６ｂのほぼ中央からマニホールド流路５までの流路抵抗がほぼ同じになっている。なお、流路ユニット４内に流入したインクは、後述するように、マニホールド流路５に連通する複数の個別インク流路３２に分配される。さらに、各個別インク流路３２の終端であるノズル８に至り外部へと排出される。つまり、供給用ジョイント９１からノズル８に至る流路がインクにより満たされる過程において、流路途中に空気溜まりが残留することがない。これには、主流路７６ｂのほぼ中央からマニホールド流路５までの流路抵抗が、ほぼ同じとなるように構成されていることが寄与している。

このように、上流側インクリザーバ６１ａ及び下流側インクリザーバ６１ｂにはインクが一時的に貯溜されることになる。また、第１プレート７１上面における円孔７１ａの開口が上流側インクリザーバ６１ａの"インク流入口"を形成し、円孔７１ａ、７２ａ、７３ａが"インク流入路"を形成している。

次いで、逆パージ時において、排出用ジョイント９２を介して排出されるインクの流れ（図３中白抜き矢印で示す）について説明する。逆パージとは、ノズル８からインク又は洗浄液が加圧注入され通常の印刷動作時のインク流路とは逆方向の流路に沿って供給された後インクジェットヘッド１から排出されることをいい、これによりインクジェットヘッド１内部の洗浄（即ち、インクジェットヘッド１内部に滞留している粉塵や気泡等の異物の除去）を行うことができる。

逆パージ時においては、洗浄液が流路ユニット４のインク供給口５ｂを介してリザーバユニット７０内に流入する。リザーバユニット７０内に流入した洗浄液は、楕円孔７８ａ、７７ａを介して下流側インクリザーバ６１ｂに至り、フィルタ７４ｇを通過して上流側インクリザーバ６１ａに流れ込む。上流側インクリザーバ６１ａに流れ込んだ洗浄液は、図中白抜きの矢印で示すように、ダンパ流路６２及び円孔７３ｂ、７２ｂ、７１ｂを通って排出用ジョイント９２から排出される。このとき流路ユニット４及びリザーバユニット７０内に存在していたインクは洗浄液に押されるようにして洗浄液と共に排出される。このとき、フィルタ７４ｇに捕獲されていた異物も排出されるので、流路の清浄化と共にフィルタ性能が回復される。

ここで、図３に示すように、第３プレート７３は、ダンパ流路６２を画定する流路壁となっており、その流路壁に形成された楕円孔７３ｃの開口がダンパシート７２により覆われている。また、ダンパシート７２の楕円孔７３ｃの開口を覆っている領域と第１プレート７１の楕円凹部７１ｃとが対向している。また、ダンパシート７２と楕円凹部７１ｃとで画定された空間がダンパ室を形成し、このダンパ室は円孔７１ｄにより大気と連通している。つまり、ダンパシート７２がダンパ流路６２内のインクと大気との間に介在している。このため、リザーバユニット７０内に満たされたインクに圧力変動が発生しても、ダンパシート７２が振動することにより圧力変動を減衰することができる。また、楕円凹部７１ｃの底部がダンパシート７２の楕円凹部７１ｃ側への過剰な変位を規制するため、ダンパシート７２の破損を防止することができる。さらに、楕円凹部７１ｃの底部により、外部からダンパシート７２を破損するような外力が加わることも防止される。

次に、図７〜図１１を参照しつつ、ヘッド本体１ａについて説明する。図７は、ヘッド本体１ａの平面図である。図８は、図７の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図８では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１０及びアパーチャ１２を実線で描いている。図９は、図８に示すIX-IX線に沿った部分断面図である。図１０は、ヘッド本体１ａの部分分解斜視図である。図１１（ａ）はアクチュエータユニット２１の拡大断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）においてアクチュエータユニット２１の表面に配置された個別電極を示す平面図である。

ヘッド本体１ａは、図７に示すように、流路ユニット４、及び、流路ユニット４上面に固定された４つのアクチュエータユニット２１を含む。アクチュエータユニット２１は、流路ユニット４に形成された圧力室１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。

流路ユニット４は、リザーバユニット７０と略同じ幅で、主走査方向に関する長さがリザーバユニット７０より若干短い、略直方体状の外形を有する。流路ユニット４の下面には、図８及び図９に示すように多数のノズル８がマトリクス状に配置されたインク吐出面が形成されている。圧力室１０も流路ユニット４とアクチュエータユニット２１との固定面においてノズル８と同様マトリクス状に多数配列されている。

流路ユニット４は、図１０に示すように、上から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９、及び、ノズルプレート３０、という９枚の金属プレートから構成されている。これらプレート２２〜３０は、主走査方向（図１参照）に長尺な矩形状の平面を有する。

キャビティプレート２２には、インク供給口５ｂ（図７参照）に対応する貫通孔、及び、圧力室１０に対応する略菱形の貫通孔が多数形成されている。ベースプレート２３には、各圧力室１０について圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔及び圧力室１０とノズル８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口５ｂとマニホールド流路５との連絡孔が形成されている。アパーチャプレート２４には、各圧力室１０についてアパーチャ１２に対応する貫通孔及び圧力室１０とノズル８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口５ｂとマニホールド流路５との連絡孔が形成されている。サプライプレート２５には、各圧力室１０についてアパーチャ１２と副マニホールド流路５ａとの連絡孔及び圧力室１０とノズル８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口５ｂとマニホールド流路５との連絡孔が形成されている。マニホールドプレート２６、２７、２８には、各圧力室１０について圧力室１０とノズル８との連絡孔、及び、積層時に互いに連結してマニホールド流路５及び副マニホールド流路５ａとなる貫通孔が形成されている。カバープレート２９には、各圧力室１０について圧力室１０とノズル８との連絡孔が形成されている。ノズルプレート３０には、各圧力室１０についてノズル８に対応する孔が形成されている。

９枚のプレート２２〜３０は、図９に示すような個別インク流路３２が流路ユニット４内に形成されるように位置合わせしつつ積層され且つ互いに固定されている。

図７に示すように、流路ユニット４の上面におけるリザーバユニット７０の楕円孔７８ａ（図４（ｈ）参照）に対応する位置には、計１０個のインク供給口５ｂが開口している。流路ユニット４の内部には、インク供給口５ｂに連通するマニホールド流路５及びマニホールド流路５から分岐した副マニホールド流路５ａが形成されている。各ノズル８に対しては、マニホールド流路５から副マニホールド流路５ａ、そして副マニホールド流路５ａの出口から圧力室１０を経てノズル８に至る、図８に示すような個別インク流路３２が形成されている。リザーバユニット７０からインク供給口５ｂを介して流路ユニット４内に供給されたインクは、マニホールド流路５から副マニホールド流路５ａに分岐され、絞りとして機能するアパーチャ１２及び圧力室１０を介してノズル８に至る。

４つのアクチュエータユニット２１は、図７に示すように、それぞれ台形の平面形状を有しており、流路ユニット４上面に開口したインク供給口５ｂを避けるよう千鳥状に配置されている。上述したインク吐出面は、アクチュエータユニット２１の接着領域に対応する流路ユニット４下面の領域に対応する。つまり、本実施の形態では、ノズル８がマトリックス状に開口するインク吐出面と圧力室１０がマトリックス状に配列する面とが、流路ユニット４の対向する一対の面を構成しており、この一対の面に挟まれるようにして複数の個別インク流路３２が流路ユニット４内に形成されている。さらに、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット４の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は流路ユニット４の幅方向に関して互いにオーバーラップしている。４つのアクチュエータユニット２１はまた、流路ユニット４の幅方向の中心から互いに相反する側に等距離離隔するような相対位置関係を有する。

アクチュエータユニット２１は流路ユニット４上面におけるリザーバユニット７０下面と離隔しつつ対向する部分に固定されている（図２参照）。アクチュエータユニット２１上にはＦＰＣ５０が固定されているが、このＦＰＣ５０はリザーバユニット７０の下面には接触していない。

アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる厚み略１５μｍの４枚の圧電シート４１、４２、４３、４４から構成されている（図１１（ａ）参照）。圧電シート４１〜４４は、１つのインク吐出面に対応して形成された多数の圧力室１０に跨って配置されている。

最上層の圧電シート４１上における圧力室１０に対応する位置には、個別電極３５が形成されている。最上層の圧電シート４１とその下側の圧電シート４２との間にはシート全面に形成された略２μｍの厚みの共通電極３４が介在している。個別電極３５及び共通電極３４は共に例えばＡｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなる。圧電シート４２、４３の間及び圧電シート４３、４４の間には電極が配置されていない。

個別電極３５は略１μｍの厚みを有し、図１１（ｂ）に示すように圧力室１０と相似な略菱形の平面形状を有する。略菱形の個別電極３５における鋭角部の一方は延出され、その先端には個別電極３５と電気的に接続された略１６０μｍの径を有する円形のランド３６が設けられている。ランド３６は、例えばガラスフリットを含む金からなる。ランド３６は、図１１（ａ）に示すように、個別電極３５の延出部上であって、圧電シート４１〜４４の厚み方向に関してキャビティプレート２２における圧力室１０を画定する壁に対向する位置、即ち圧力室１０に重ならない位置に形成され、ＦＰＣ５０（図２参照）に設けられた接点と電気的に接合されている。

共通電極３４は図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極３４は全ての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。一方、個別電極３５は、選択的に電位を制御することができるよう、個別電極３５（ランド３６）ごとに独立した別のリード線を含むＦＰＣ５０及びランド３６を介してドライバＩＣ８３に接続されている（図２参照）。

ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。

圧電シート４１はその厚み方向に分極されており、個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電シート４１に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シート４１における電界印加部分が圧電効果により歪む活性部として働く。即ち、圧電シート４１はその厚み方向に伸長又は収縮し、圧電横効果により平面方向に収縮又は伸長しようとする。一方、残り３枚の圧電シート４２〜４４は、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域をもたない非活性層であって、自発的に変形することができない。

つまりアクチュエータユニット２１は、圧力室１０から離れた上側１枚の圧電シート４１を活性部を含む層とし且つ圧力室１０に近い下側３枚の圧電シート４２〜４４を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプである。図１１（ａ）に示すように、圧電シート４１〜４４は圧力室１０を区画するキャビティプレート２２の上面に固定されているため、圧電シート４１における電界印加部分とその下方の圧電シート４２〜４４との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート４１〜４４全体が圧力室１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室１０の容積が低下することによって、圧力室１０内の圧力が上昇し、圧力室１０からノズル８へとインクが押し出され、ノズル８からインクが吐出される。

その後、個別電極３５を共通電極３４と同じ電位に戻すと、圧電シート４１〜４４は元の平坦な形状になって、圧力室１０の容積が元の容積に戻る。これに伴い、マニホールド流路５から圧力室１０へとインクが導入され、再び圧力室１０内にインクが貯溜される。

以上に述べたように、本実施形態に係るインクジェットヘッド１によると、インクの初期導入時において、落込流路６３から主流路７６ｂの中央に落とし込まれたインクが、主流路７６ｂの中央から両端に向かって流れるインクの流れを形成し、さらに、主流路７６ｂの両端近傍において各支流連通口９４ａを介して支流路７６ｃに流れ込む。このとき、各支流連通口９４ａが同じ開口面積Ｓ１を有しているため、各支流連通口９４ａを介して全ての支流路７６ｃにほぼ同量のインクがほぼ同じ速度で流れ込む。加えて、各支流連通口９４ａがインクの流れに向いて開口しているため、全ての支流路７６ｃにより均一にインクが流れ込む。このため、全ての支流路７６ｃ間において、各支流路７６ｃに流れ込んだインクがインク供給口５ｂを介してマニホールド流路５に到達するまでの時間差が小さくなる。これにより、支流路７６ｃ内に空気溜まりが形成されにくくなる。

また、インクの流れる方向に直交する方向に沿った支流路７６ｃの断面積が、支流連通口９４ａからインク流出口９４ｂまでに亘ってほぼ一定であり、且つ、全ての支流路７６ｃにおいて断面積が実質的に同じとなっているため、各インク流出口９４ｂにおいて同量のインクがほぼ同じ速度で流れ出る。これにより、全ての支流路７６ｃ間において、各支流路７６ｃに流れ込んだインクがインク供給口５ｂを介してマニホールド流路５に到達するまでの時間差がより小さくなる。

加えて、主流路７６ｂにおける長手方向の一端近傍に形成された支流連通口９４ａの数と、他端近傍に形成された支流連通口９４ａの数とが同じであり、全ての支流路７６ｃの長さが実質的に同じであり、さらに、リザーバ流路９４が平面視において点対称となっているため、全ての支流路７６ｃに支流連通口９４ａを介してほとんど同じ流速且つ同量のインクが流れ込むと共に、全ての支流路７６ｃ間において、各支流路７６ｃに流れ込んだインクがインク供給口５ｂを介してマニホールド流路５に到達するまでの時間差がほとんど無くなる。

また、支流路７６ｃのいずれをインクが経由した場合であっても、平面視における主流路７６ｂのほぼ中央からマニホールド流路５までの流路抵抗がほぼ同じになっているため、インクの初期導入時において、各支流路７６ｃからのインクが、ほぼ同時にマニホールド流路５に流れ込む。これにより、支流路７６ｃ内に空気溜まりが生じるのを確実に防止することができる。

続いて、他の実施の形態によるインクジェットヘッドついて図１２〜図１４を参照しつつ以下に説明する。図１２は、本発明の他の実施の形態によるインクジェットヘッドの一部を構成する第６プレートの平面図である。本実施形態によるインクジェットヘッドは、上述した第６プレート７６が、図１２に示す第６プレート１７６に変更されたものであり、それ以外は上述したものと同様である。したがって、上述した実施形態と同様なものは同符号で示し説明を省略する。

リザーバユニットを構成する複数のプレートのうち、上から六番目にある第６プレート１７６は、図１２に示すように、貫通孔１７６ａが形成されている。貫通孔１７６ａは、主流路１７６ｂ及び主流路１７６ｂに連通する１０個の支流路１７６ｃを含むリザーバ流路１９４を形成している。リザーバ流路１９４の平面形状は、第６プレート１７６の中央部（貫通孔１７６ａの重心）に関して点対称となっている。主流路１７６ｂは、第６プレート１７６の長手方向に沿って延在している。主流路１７６ｂの平面視における中央が、上述の主流路７６ｂと同様に、第５プレート７５の円孔７５ａに対応している。主流路１７６ｂの延在方向の各端近傍には、５つの支流連通口１９４ａがそれぞれ形成されている。支流路１７６ｃは、各支流連通口１９４ａを介して主流路１７６ｂと連通している。

図１３及び図１４をさらに参照しつつ主流路１７６ｂ及び支流路１７６ｃについて詳細に説明する。図１３は、図１２に示す第６プレートの拡大平面図である。図１４は、図１２に示す第６プレートの部分断面図である。なお、図１４においては、一方端近傍に形成された５つの支流連通口１９４ａが表れるように第６プレート１７６を切断した状態を示している。図１３及び図１４に示すように、全ての支流連通口１９４ａが、同じ開口面積Ｓ１´を有しており、支流連通口１９４ａにそれぞれ繋がった支流路１７６ｃの他方端部にはインク流出口１９４ｂがそれぞれ形成されている。つまり、第６プレート１７６には、１０個の支流連通口１９４ａと同じ数だけの１０個のインク流出口１９４ｂが形成されている。これらインク流出口１９４ｂは、上述した第７プレート７７に形成された１０個の楕円孔７７ａとそれぞれ連通する位置に対応して形成されている。そして、各支流路１７６ｃにおいて、インクの流れる方向に直交する方向に沿った支流路１７６ｃの断面積が支流連通口１９４ａからインク流出口１９４ｂまでに亘ってほぼ一定である。また、すべての支流路１７６ｃにおいてインクが流れる方向に沿って長さも実質的に同じとなっている。これにより、各支流路７６ｃ間での流路抵抗がほぼ同じ値となるように構成されている。

次に、第６プレート１７６に流入したインクの流れについて説明する。第６プレート１７６のリザーバ流路１９４の主流路１７６ｂの中央に、第５プレート７５に形成された落込流路６３からインクが流入する。流入したインクは、図１２の矢印で示すように、主流路１７６ｂの略中央からその長手方向両端に向かって流れるインクの流れを形成する。主流路１７６ｂの長手方向各端部近傍に到達したインクは、図１３に示すように、支流連通口１９４ａを介して各支流路１７６ｃに流れ込む。このとき、全ての支流連通口１９４ａが同じ開口面積Ｓ１´を有しているため、各支流連通口１９４ａを介して全ての支流路１７６ｃにほぼ同量のインクがほぼ同じ速度で流れ込む。各支流連通口１９４ａに流れ込んだインクが、インク流出口１９４ｂ及び上述の楕円口７７ａ，７８ａを介して流路ユニット４の上面に開口したインク供給口５ｂに流入する。

以上のように、本実施形態におけるインクジェットヘッドによると、リザーバユニットの一部を構成する第６プレート１７６には、インク供給口５ｂの数と同じ数の支流連通口１９４ａが形成されており、支流連通口１９４ａを通過したインクが対応するインク供給口５ｂに流れ込んでいる。そのため、１つの支流連通口１９４ａに流れ込んだインクは１つのインク供給口５ｂにしか流れ込まない。また、各支流連通口１９４ａは、主流路１７６ｂの長手方向両側の末端部に集中して配置され、且つ、いずれも主流路１７６ｂの末端部に向いている。そのため、貫通孔１７６ａの重心、主流路１７６ｂの末端部、支流連通口１９４ａ及びインク流出口１９４ｂと辿るインクの動線の長さがいずれの支流路１７６ｃを通るものでも、ほぼ同じ長さとなっている。さらに、各支流路１７６ｃの流路抵抗もそろっている。したがって、すべての支流路１７６ｃ間において、各支流路１７６ｃに流れ込んだインクがインク供給口５ｂを介してマニホールド流路５に達するまでの時間差がほとんどなくなる。

また、各支流連通口１９４ａが、どちらかの末端部に集中していることから、インクの初期導入時において、支流路１７６ｃ間でインクが流れ込むタイミングに差が生じにくく、短時間でインクジェットヘッドからの気泡の排出が可能となる。

以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述の実施の形態では、主流路７６ｂにおいてインクの流れる方向に直交する方向に沿った支流路７６ｃの断面積が、支流連通口９４ａからインク流出口９４ｂまでに亘ってほぼ一定であり、且つ、全ての支流路７６ｃの断面積が実質的に同じとなっているが、インクの初期導入時に、いずれの支流路を経由した場合でも、流路中に空気溜まりが残留しない範囲で支流路の断面積が途中で変化していてもよいし、支流路同士で断面積が異なっていても良い。

また、上述の実施の形態では、同様の観点から、全ての支流路７６ｃの長さが実質的に同じであるが、支流路同士で長さが異なっていても良い。

さらに、上述の実施の形態では、主流路７６ｂにおける長手方向の各端近傍において、３つずつ支流連通口９４ａが形成されているが、各端近傍において形成されている支流連通口の数は３つ以外であってもよいし、主流路７６ｂにおける長手方向の一端近傍に形成された支流連通口９４ａの数と、他端近傍に形成された支流連通口９４ａの数とが異なっていても良い。また、リザーバ流路９４が平面視において点対称となっているが、点対称になっていなくてもよい。

加えて、上述の実施の形態では、支流路７６ｃのいずれをインクが経由した場合であっても、平面視における主流路７６ｂのほぼ中央から流路ユニット４までの流路抵抗がほぼ同じなっているが、インクの初期導入時に、いずれの支流路を経由した場合でも、流路中に空気溜まりが残留しない範囲で、異なる支流路を経由したときの平面視における主流路７６ｂのほぼ中央から流路ユニット４までの流路抵抗が異なっていても良い。

本発明に係るインクジェットヘッドは、アクチュエータユニット２１を有するピエゾ式のインクジェットヘッドであるが、サーマル式のインクジェットヘッドであってもよいし、静電式のインクジェットヘッドであってもよい。

また、本発明に係るインクジェットヘッドは、プリンタに限定されず、インクジェット式のファクシミリやコピー機にも適用可能である。

本発明の好適な一実施の形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図である。 図１のIII−III線に沿ったインクジェットヘッドの断面図である。 図１に示すリザーバユニット及びヘッド本体の主走査方向に沿った断面図である。 図３に示すリザーバユニットの分解平面図である。 図４（ｆ）に示すリザーバ流路の一方端近傍の部分拡大図である。 図４（ｆ）に示すプレートの部分断面図である。 図１に示すヘッド本体の平面図である。 図７の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図６のIX−IX線に沿った部分断面図である。 図１に示すヘッド本体の部分分解斜視図である。 （ａ）は図９に示すアクチュエータユニットの拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）においてアクチュエータユニットの表面に配置された個別電極を示す平面図である。 本発明の他の実施の形態によるインクジェットヘッドの一部を構成する第６プレートの平面図である。 図１２に示す第６プレートの拡大平面図である。 図１２に示す第６プレートの部分断面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
１ａ ヘッド本体
４ 流路ユニット
５ｂ インク供給口
５ マニホールド流路
５ａ 副マニホールド流路
８ ノズル
１０ 圧力室
２１ アクチュエータユニット
３２ 個別インク流路
６１ａ 上流側インクリザーバ
６１ｂ 下流側インクリザーバ
６３ 落込流路
７０ リザーバユニット
７６ａ，１７６ａ 貫通孔
７６ｂ，１７６ｂ 主流路
７６ｃ，１７６ｃ 支流路
９４，１９４ リザーバ流路
９４ａ，１９４ａ 支流連通口
９４ｂ，１９４ｂ インク流出口

Claims (8)

1. 複数のインク供給口、前記複数のインク供給口から流入したインクが供給される共通インク室、及び、前記共通インク室の出口から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路が形成された流路ユニットと、
   インクを貯溜するものであって、貯溜されたインクが前記インク供給口を介して前記流路ユニット内の前記共通インク室に供給されるように前記流路ユニットに接合されたリザーバユニットとを備えており、
   前記リザーバユニットには、
   インクが流入するインク流入口を有するインク流入路と、
   複数のインク流出口を有するリザーバ流路と、
   前記インク流入路と前記リザーバ流路との間に設けられたインク落込流路とが形成されており、
   前記リザーバ流路が、前記リザーバユニットの長手方向に細長く延在しており且つ前記長手方向の両端近傍に複数の支流連通口が形成された主流路、及び、前記支流連通口と前記インク流出口との間に形成された複数の支流路を含んでおり、
   前記インク落込流路が、前記インク流入路から流入したインクを平面視における前記主流路のほぼ中央に落とし込み、
   前記複数の支流連通口が、実質的に同じ開口面積を有していることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記複数の支流連通口が、前記長手方向に向いて開口していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. インクの流れる方向に直交する方向に沿った前記支流路の断面積が、前記支流連通口から前記インク流出口までに亘ってほぼ一定であり、
   前記複数の支流路の断面積が実質的に同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記複数の支流路の長さが実質的に同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記支流連通口の数と、前記インク供給口との数とが同じであり、
   前記複数の支流路が、１つの前記支流連通口と１つの前記インク供給口とをそれぞれ連通させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記長手方向の一端近傍に形成された前記支流連通口の数と、前記長手方向の他端近傍に形成された前記支流連通口の数とが同じであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記リザーバ流路が平面視において略点対称となっていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記複数の支流路のいずれをインクが経由した場合であっても、平面視における前記主流路のほぼ中央から前記共通インク室までの流路抵抗がほぼ同じであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。

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