JP2007015343A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 回復動作の実行頻度を低下させる。
【解決手段】 インクジェットヘッド６は、共通インク室７ａ，７ｂと、共通インク室７ａ，７ｂの出口から圧力室３６を経てノズル３５に至る個別インク流路５９ａと、共通インク室７ａの出口から空隙５２を経て孔５１に至る個別インク流路５９ｂとを含んでいる。ノズル３５及び孔５１のそれぞれの開口４２，５１ａは、インク吐出面６ａに形成されており、孔５１の開口５１ａ径が、ノズル３５の開口４２径よりも大きく形成されている。
【選択図】 図７

Description

本発明は、記録媒体に対してノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

インクジェットプリンタにおいては、インクジェットヘッドに形成されたノズルからインクを吸引して、インクの吐出状態を回復させるパージ（回復動作）が行われる。かかるプリンタは、吸引ポンプに接続されたパージキャップと、各インクジェットヘッドのノズルを覆う複数の乾燥防止用キャップとを備えている。パージキャップ及び乾燥防止用キャップは略箱状に形成されている。このようなパージキャップによってノズルが覆われた状態でパージキャップ内が減圧されると、インクとともにヘッド内の気泡がノズルから排出される。これにより、インクジェットヘッドのインク吐出不良を回復することが可能になる。また、乾燥防止用キャップで各ヘッドのノズルを覆うことで、ノズルに形成されたインクメニスカスの乾燥を防止することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２９１３９４号公報

しかしながら、上述した特許文献１の記載の技術において、各ヘッドのノズルの開口は、乾燥防止用キャップで覆われたときに形成される、乾燥防止用キャップとインク吐出面とで囲まれた密閉空間に面している。この乾燥防止用キャップ内（密閉空間）の空気が、プリンタの周囲温度の影響で膨張すると、乾燥防止用キャップの内圧が上昇する。このとき、膨張した空気がノズルの開口付近に形成されたインクメニスカスを破壊してヘッド内部に侵入すると、インクジェットヘッドがインク吐出不良状態となる。そのような場合には、インクジェットヘッドのノズルをパージキャップで覆った後にパージと称される回復動作を行って、ヘッド内部に侵入した空気を排出しなければならない。かかるパージを頻繁に行わなければならなくなると、無駄に消費されるインク量が増加するだけでなく、印字装置の印字能力（単位時間当たりの印字可能枚数）が低下することにもなる。

そこで、本発明の目的は、回復動作の実行頻度を低下させることができる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、インク吐出面に開口をそれぞれ有する第１及び第２のノズルと、インクを貯溜する共通インク室と、前記共通インク室の出口から圧力室を経て前記第１のノズルの前記開口に至る第１の個別インク流路と、前記圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段と、前記共通インク室の出口から前記第２のノズルの前記開口に至る第２の個別インク流路とを備えている。そして、前記第２のノズルの開口径が、前記第１のノズルの開口径よりも大きい。

これによると、インク吐出面をキャップで密封した状態において、キャップの内圧が上昇しても第２のノズルに形成されたインクメニスカスが優先的にブレークし、第２の個別インク流路内に膨張した空気が流入する。そのため、第１のノズルに形成されたインクメニスカスがブレークするのを抑制することができる。したがって、第１のノズルから第１の個別インク流路内に膨張した空気が流入しにくくなり、回復動作の実行頻度を低下させることができる。つまり、キャップ内（密閉空間内）の空気の膨張に対して、第２のノズルで先にインクメニスカスが壊れる。このとき、流路内に空気の膨張分を引き込むことで、インク吐出に関与する第１のノズルではインクメニスカスが維持される。これにより、インクメニスカスを回復するための回復動作が不要になり、継続して第１のノズルによる印字が可能となるとともに、回復動作に伴うインク消費を抑えることができる。

本発明において、複数の前記第１のノズルが一方向に配列されることによって、前記第１のノズルの前記開口からなるノズル列が前記インク吐出面に形成されており、前記ノズル列中の端にある開口から前記一方向に沿ってさらに外側に、前記第２のノズルの前記開口が形成されていることが好ましい。これにより、インク吐出面において、第２のノズルが第１のノズル間に形成されないので、複数のノズルの規則的な配列が簡易になる。また、インクジェットヘッドやキャップをコンパクトに形成することができる。

また、本発明において、前記第２の個別インク流路は、インクの流れ方向に直交する方向に関する最小断面積が前記第２のノズルの開口面積以下である小径流路を備えていることが好ましい。これにより、第２のノズルにおいてインクメニスカスがブレークしても、小径流路で再度インクメニスカスが形成されるので、共通インク室に膨張した空気が侵入しにくくなる。

また、このとき、前記小径流路の最小断面積が、前記第１のノズルの開口面積以下であってもよい。これにより、小径流路で確実にインクメニスカスが形成されるので、膨張した空気が第２の個別インク流路を介して共通インク室に侵入しなくなる。

また、このとき、複数の前記圧力室が前記一方向に配列されることによって、複数の前記圧力室からなる圧力室列が形成されており、前記圧力室列中の端にある圧力室から前記一方向に沿ってさらに外側に、前記第２の個別インク流路の一部として前記圧力室と同じ形状の空隙が形成され、前記小径流路が前記共通インク室から前記空隙に至る流路中に配設されていてもよい。これにより、空隙が圧力室間に形成されないので、複数の圧力室の配列が簡易になる。しかも、圧力室を形成するときに、空隙も同時に形成することが可能になるので、インクジェットヘッドの製造が容易になる。また、圧力室と同形状の空隙を有している分、第２の個別インク流路の容積が大きくなるので、キャップの内圧が大きく上昇しても、その内圧上昇分を吸収することができる。また、小径流路が空隙と共通インク室との間の流路に形成されているので、膨張した空気の吸収効果を向上するとともに共通インク室に膨張した空気が侵入しにくくなる。

また、このとき、前記第２の個別インク流路の前記空隙の出口から前記第２のノズルまでの流路における前記インク流れ方向と直交する方向に関する最小断面積が、前記第１の個別インク流路の前記圧力室の出口から前記第１のノズルまでの流路における前記インク流れ方向と直交する方向に関する最小断面積よりも大きくてもよい。これにより、第２のノズルにおいてブレークしたインクメニスカスが第２の個別インク流路の第２のノズル〜空隙の出口に至るまでの間において留まりにくくなるので、キャップ内の内圧が大きく上昇しても、その内圧上昇分を吸収することができる。したがって、第１のノズルのインクメニスカスのブレークを防止することができる。

また、このとき、前記空隙の出口から前記第２のノズルまでの流路における前記インク流れ方向と直交する方向に関する最小断面積が、前記圧力室の出口から前記第１のノズルまでの流路における前記インク流れ方向と直交する方向に関する最大断面積よりも大きくてもよい。これにより、第２の個別インク流路の第２のノズル〜空隙の出口に至るまで容積が第１の個別インク流路の第１のノズル〜圧力室の出口に至るまでの容積より大きくなる。そのため、キャップの内圧が大きく上昇しても、その内圧上昇分を余裕をもって吸収することができる。したがって、第１のノズルのインクメニスカスのブレークを確実に防止することができる。

また、このとき、前記空隙の出口から前記第２のノズルの前記開口までの流路の長さが、前記圧力室の出口から前記第１のノズルの前記開口までの流路の長さより長くてもよい。これにより、第２の個別インク流路長が長い分だけ容積が大きくなるので、キャップの内圧が大きく上昇しても、その内圧上昇分をより一層確実に吸収することができる。

また、本発明において、前記第１及び第２のノズル、前記共通インク室、前記圧力室、前記圧力室を含む前記第１の個別インク流路及び前記第２の個別インク流路が形成された流路ユニットと、前記圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するための駆動信号が供給される個別電極と接地電位が供給される共通電極とを有し、前記流路ユニットに設置された前記エネルギー付与手段とを備えている。このうち、前記流路ユニットは、前記第１及び第２のノズルが形成された第１のプレートと前記圧力室が形成された第２のプレートとを含む複数のプレートが積層して構成され、さらに、前記エネルギー付与手段は、前記個別電極及び前記共通電極が対応する前記圧力室にそれぞれ対向して前記第２のプレートに設置されていることが好ましい。これにより、第１のプレートを変更するだけで第２のノズルにおけるインクメニスカスの様々な壊れ易さを実現できる。また、第１のプレート以外のプレートの変更により、様々な容積を有する第２の個別インク流路を実現できる。そのため、キャップの内圧の変化に対して、所望の対応の仕方による内圧上昇分の吸収が容易に可能となる。

また、本発明において、前記共通インク室は、互いに連通する第１の共通インク室と第２の共通インク室とを有し、前記第１の個別インク流路が前記第１の共通インク室と連通し、前記第２の個別インク流路が前記第２の共通インク室と連通していることが好ましい。これにより、第１及び第２の個別インク流路が、第１及び第２の共通インク室のそれぞれに繋がっているので、第１及び第２の共通インク室が連通していても、第２の共通インク室に侵入した気泡が第１の共通インク室に到達しにくい。

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、本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドが採用されたカラーインクジェットプリンタの内部構成を描いた概略斜視図である。図１に示すように、カラーインクジェットプリンタ１内にはキャリッジ６４やヘッドユニット６３が配置されている。このうち、ヘッドユニット６３は、これを構成する本体フレーム６８によりキャリッジ６４に固定されている。

キャリッジ６４は、プラテンローラ６６の支軸と平行に配設されるガイド軸７１及びガイド板７２によって摺動自在に支持されている。ガイド軸７１の両端部の近傍には、プーリー７３，７４が支持され、これらのプーリー７３，７４の間に無端ベルト７５が架け渡されている。キャリッジ６４は、この無端ベルト７５の適宜の位置に固定されている。

このような駆動機構６５の構成により、一方のプーリー７３に連結したモータ７６が正逆回転すると、キャリッジ６４がガイド軸７１及びガイド板７２に沿って直線的に往復移動するため、これに伴ってヘッドユニット６３も往復移動する。ヘッドユニット６３の本体フレーム６８には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインクをそれぞれ吐出する４個の圧電式のインクジェットヘッド６が固着されている。さらに、本体フレーム６８には、カラーインクがそれぞれ充填される計４個のインクカートリッジ６１が脱着可能に取り付けられている。

さらに、用紙を送るためのプラテンローラ６６が、その軸線がキャリッジ６４の往復移動方向に沿うように配置されている。インクジェットヘッド６に対しては、インクが吐出されるインク吐出面６ａ（図２参照）と所定の間隔を介して対向している。用紙６２は、インクジェットプリンタ１の側方に設けられた給紙カセット（図示せず）から給紙され、４つのインクジェットヘッド６とプラテンローラ６６との間の空間に導かれて、インクジェットヘッド６から吐出されるインクにより印刷が施された後に排紙される。なお、図１においては、用紙６２の給紙機構及び排紙機構の図示を省略している。

また、インクジェットプリンタ１内には、図１中左下方に示すパージ機構６７が設けられている。パージ機構６７は、各インクジェットヘッド６の内部に溜まる気泡やゴミなどをインクとともに強制的に吸引して除去するためのものである。このパージ機構６７はプラテンローラ６６の側方に設けられている。パージ機構６７の位置は、駆動機構６５によってヘッドユニット６３がリセット位置に至ったときに４つのインクジェットヘッド６のいずれかに順次対向するように定められている。パージ機構６７は、インクジェットヘッド６のインク吐出面６ａを覆うパージキャップ８１と、パージキャップ８１内を負圧に吸引する吸引機構とから構成されている。パージキャップ８１は、底部と底部の外周縁から上方に突出した環状側壁９１とからなり、全体的に、上方が開放した略箱状の外形を有している。また、吸引機構は、図示しない駆動源と連結したカム８３とカム８３の変位により負圧を発生するポンプ８２とから構成されている。

この構成で、パージ機構６７は、インクジェットヘッド６がリセット位置にあるときに、１つのインクジェットヘッド６のインク吐出面６ａに環状側壁９１の先端を当接させる。こうして、インク吐出面６ａとパージキャップ８１とで囲まれた密閉空間が形成される。ポンプ８２がカム８３により駆動されると、密閉空間内が負圧となり、インクジェットヘッド６内のインクが気泡やゴミなどと共に排出される。排出された不良インクは、ポンプ８２に隣接する廃インク溜め８４に収容される。こうして、インクジェットヘッド６の回復を行うようにしている。このような回復動作が４つのインクジェットヘッド６に対して順次行われる。これにより、インクジェットヘッド６に対するインクの初期導入時における気泡や空気を除去でき、さらに、印刷に伴う気泡の滞留や成長などによって陥っていた吐出不良状態からインクジェットヘッド６を正常状態へ回復させることができる。さらに、後述するように、インク吐出面側から侵入した空気もこのパージ動作によってインクとともに排出される。また、図１に示す４つのキャップ８５は、印刷が終了してリセット位置に戻された４つのインクジェットヘッド６の各インク吐出面６ａを覆って、インクの乾燥を防止するためのものである。キャップ８５もパージキャップ８１と同様に、底部の外周縁から上方に向かって突出した環状側壁８６を有しており、上方に向かって開口した略箱状に形成されている。この構成で、キャップ８５の環状側壁８６の先端をインク吐出面６ａに当接すると、キャップ８５とインク吐出面６ａとで囲まれた空間が密閉空間となる。これにより、インクジェットヘッド６のインクの乾燥が防止される。

図２に、ヘッドユニット６３を上下逆さまにした状態の斜視図を示す。ヘッドユニット６３の本体フレーム６８は、図２に示すように、その上面側（図２においては下方を向くように描かれている）が開放された略箱状に形成されることにより、その開放された側から４つのインクカートリッジ６１を着脱自在に装着できるような搭載部を形成している。

本体フレーム６８の搭載部の一側部位には、本体フレーム６８の底板５の下面（インクジェットヘッド６が固着される側の面：図２においては上方を向くように描かれている）側から上面側までを連通する４つのインク供給通路４が設けられている。底板５の下面には、各インク供給通路４に対応させて、各インクジェットヘッド６のインク供給口３９（図３参照）と密接できるようにしたゴム製などのジョイント部材４５が取り付けられている。つまり、底板５の下面側に固定されたインクジェットヘッド６は、インク供給口３９及びインク供給通路４を介して底板５の上面側に装着されたインクカートリッジ６１と連通している。これにより、インクカートリッジ６１から、対応するインクジェットヘッド６に対してインクが供給される。

図２に示すように、底板５の下面側には、４つのインクジェットヘッド６を並列に配置させるための４つの支持部８が段付き状の凹部として形成されている。インクジェットヘッド６は、インク吐出面６ａを外側に露出するようにして対応する支持部８に固定されている。なお、インクジェットヘッド６の固定には、紫外線硬化型接着剤が用いられる。

続いて、インクジェットヘッド６の構成について以下に説明する。なお、以下の説明において、４つのインクジェットヘッド６はどれも同じ構成を有しているので、１つのインクジェットヘッド６について説明する。図３は、本実施の形態によるインクジェットヘッド６の斜視図である。図３に示すように、インクジェットヘッド６は、インクを吐出するヘッド本体７０とヘッド本体７０に駆動信号を供給するフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuit）４０とを含んでいる。このうち、ヘッド本体７０は、内部に流路が形成された流路ユニット１０とこの流路ユニット１０内のインクに吐出エネルギーを付与する圧電型のアクチュエータユニット２０とで構成されている。ＦＰＣ４０は、一端部側がアクチュエータユニット（エネルギー付与手段）２０の上面２０ａに電気的に接続され、他方の端部側がインクジェットプリンタ１の制御部（図示せず）に接続されている。これにより、制御部から駆動信号（駆動電圧）が供給されると、ヘッド本体７０のインク吐出面６ａからインクが吐出されることになる。流路ユニット１０の下面、すなわちインク吐出面６ａには、ノズル（第１のノズル）３５が多数開口されており、各ノズル３５から下向きにインクが吐出される。さらに、流路ユニット１０の下面には、孔（第２のノズル）５１が１つだけ形成されている。この孔５１からは後述するようにインクは吐出されない。

図４は、流路ユニット１０の分解斜視図を、図５は流路ユニット１０の分解拡大斜視図（図４のV−V方向断面）を、それぞれ示している。図６は、図３に示すVI−VI線に沿った断面図である。流路ユニット１０は、図４に示すように、ノズルプレート（第１のプレート）１１、ダンパプレート１２、２枚のマニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙ、スペーサプレート１４、ベースプレート（第２のプレート）１５の計６枚の薄い金属板を、それぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構造とされている。

ノズルプレート１１には、図４及び図５に示すように、複数のノズル３５及び１つの孔５１が形成されている。複数のノズル３５は、インク吐出面６ａにそれぞれインク出口となる開口４２を有し、ノズルプレート１１の長手方向に沿って、印字の解像度に対応する間隔で並んでいる。ここでは、これらのノズル３５が、ノズルプレート１１のほぼ中央部を千鳥状の２列に配列されて、２つのノズル列３５ａ，３５ｂを構成している。このうち、ノズル列３５ａにおいて、最も外側に位置するノズル３５のさらに外側に、孔５１が形成されている。孔５１は、ノズル列３５ａに沿って配置されている。孔５１のインク吐出面６ａに有する開口５１ａは、ノズル３５の開口４２の径（面積）よりも大きな径を有している。なお、本実施の形態におけるノズル３５及び孔５１は、図６に示すように、ノズルプレート１１の厚み方向のいずれの位置においてもほぼ同径の断面を有するストレート孔である。

図５に示すように、ベースプレート１５は、上述のノズルプレート１１に対向して積層し、流路ユニット１０の一方の最外層を構成するプレートである。このベースプレート１５には、複数の圧力室３６がベースプレート１５の長手方向に沿って千鳥状配列で２列に穿設されており、圧力室列３６ａ，３６ｂを構成している。各圧力室３６は、細幅に形成され、その長手方向がベースプレート１５の長手方向に対して直交している。また、ベースプレート１５には、圧力室列３６ａの最も外側に位置する圧力室３６のさらに外側に、空隙５２が形成されている。空隙５２は、圧力室列３６ａ中の圧力室３６同士と等しい間隔を隔てて形成され、圧力室３６と同じサイズと形状を有している。また、空隙５２の配設状態も、圧力室３６と同様で、その長手方向がベースプレート１５の長手方向に対して直交している。また、ベースプレート１５のスペーサプレート１４に面する側には、各圧力室３６と接続された絞り部４６と、空隙５２と接続された絞り部５３と、絞り部４６と接続された連通孔４７と、絞り部５３と接続された連通孔５４とが凹設されている。絞り部４６は、インク流動方向（ここでは、圧力室３６の長手方向に平行な方向）と直交する断面積を圧力室３６よりも小さくする等して形成され、圧力室３６よりも大きな流路抵抗を有している。これにより、インク吐出時に圧力室３６から後述の共通インク室７側へ逆流しようとするインクの流れが制限される。また、絞り部５３は、インク流動方向（ここでは、空隙５２の長手方向に平行な方向）と直交する断面積がノズル３５の開口面積よりも小さくなっている。いずれの絞り部４６，５３も、流路ユニット１０に形成された流路の中で、その断面が他の部位に比べて小径の流路である。なお、ベースプレート１５のアクチュエータユニット２０と対向する面には、図４及び図５に示すように、長手方向に沿って４つの凹溝１６が形成されている。これらの凹溝１６は、アクチュエータユニット２０側に開放し、図６に示すように、圧力室３６及び空隙５２の形成領域外において、アクチュエータユニット２０の両側の縁部とそれぞれ対向して配設されている。

スペーサプレート１４には、連通孔４７，５４と対向する位置に連通孔３８が形成されている。また、スペーサプレート１４の各圧力室３６のインク出口（一端）４８と空隙５２の出口（一端）５５とに対向する位置には、図５に示すように、それぞれ貫通孔３７と貫通孔５６とが穿設されている。このうち、複数の貫通孔３７は、ノズル３５と同様に、スペーサプレート１４のほぼ中央部において、千鳥状配列で２列に並んでいる。各列は、スペーサプレート１４の長手方向に沿って延びている。このうち、一方の列には、その延長線上に貫通孔５６が配設されている。つまり、本実施形態では、各貫通孔３７，５６が全体として千鳥状配列している。貫通孔３７の開口面積は、ノズル３５や孔５１の開口面積よりも大きく形成されている。また、貫通孔５６の開口面積は、貫通孔３７の開口面積より大きく形成されている。なお、２枚のマニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙ、及びダンパプレート１２にも、上述の貫通孔３７や貫通孔５６が同じく千鳥状配列で穿設されている。この構成で、各圧力室３６のインク出口４８が、各プレート１２，１３Ｘ，１３Ｙ，１４に形成された貫通孔３７を介して、ノズルプレート１１のノズル３５に連通している。一方、空隙５２の出口５５が、各プレート１２，１３Ｘ，１３Ｙ，１４に形成された貫通孔５６を介して、ノズルプレート１１の孔５１に連通している。

図５に示すように、２枚のマニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙのうち、スペーサプレート１４に隣接したマニホールドプレート１３Ｘには、２つのインク室半部１３ａが貫通状に形成されている。そして、これらインク室半部１３ａの側壁には、連通孔４７に対応した副マニホールド流路（第１共通インク室）４４と、連通孔５４に対応した副マニホールド流路（第２共通インク室）５７とがマニホールドプレート１３Ｘの厚み方向に貫通状に形成されている。一方、ダンパプレート１２に隣接するマニホールドプレート１３Ｙには、２つのインク室半部１３ｂが、他側のマニホールドプレート１３Ｘに向けてのみ開放するように凹設されている。

この構成で、図６に示すように、２枚のマニホールドプレート１３Ｘ，１３Ｙとスペーサプレート１４の計３枚を積層することにより、対応する上下のインク室半部１３ａ，１３ｂが相互に接合されて、２つの主マニホールド流路５８が形成される。これら２つの主マニホールド流路５８は、貫通孔３７の列を挟んで両側に１つずつ配設されている。この主マニホールド流路５８、及び、主マニホールド流路５８から分岐した副マニホールド流路４４，５７によって２つの共通インク室７ａ，７ｂが構成される。つまり、共通インク室７ａは、主マニホールド流路５８と、１つの副マニホールド流路５７と、複数の副マニホールド流路４４とから構成されている。一方、共通インク室７ｂは、主マニホールド流路５８と、複数の副マニホールド流路４４とから構成されている。

なお、貫通孔３７の列の両側に２つの共通インク室７ａ，７ｂを設けたのは、２列に配置された圧力室３６に対応させるためである。すなわち、２列の圧力室列３６ａ，３６ｂのうち、圧力室列３６ａは一方の共通インク室７ａに、圧力室列３６ｂは他方の共通インク室７ｂにそれぞれ連通されている。さらに、空隙５２も共通インク室７ａに連通している。本実施の形態においては、双方の共通インク室７ａ，７ｂに同色のインクを供給し、２列のノズル３５で単色の高解像度の印字を行わせる印字形態を採っている。しかし、このような構成を有する、本実施形態におけるインクジェットヘッド６では、２つの共通インク室７ａ，７ｂに互いに異なる色のインクを供給してもよい。１つのインクジェットヘッド６から２色のインクを吐出することができる。このような使用形態が想定されるなら、予め色ごとに空隙５２やこれに連通する孔５１を設けておけばよく、部品の共通化が容易で高い汎用性が図られている。

図５に示すように、ダンパプレート１２には、２列のダンパ溝１２ｃが凹設されている。このダンパ溝１２ｃは、対応する主マニホールド流路５８に対向して開放するように形成され、主マニホールド流路５８とほぼ同形状及び同サイズを有している。図６に示すように、マニホールドプレート１３Ｙ及びダンパプレート１２を接合すると、マニホールドプレート１３Ｙのインク室半部１３ｂが凹設された部分（ダンパ部４９）には、ダンパ溝１２ｃが位置する。ここで、マニホールドプレート１３Ｙのダンパ部４９は、適宜弾性変形可能に構成され、主マニホールド流路５８側にもダンパ溝１２ｃ側にも、自由に変位することができる。このような構成により、インク吐出時に圧力室３６で発生した圧力変動が共通インク室７ａ，７ｂに伝搬しても、ダンパ部４９が弾性変形して振動することによってその圧力変動を吸収減衰させることができる。

なお、図４に示すように、ベースプレート１５及びスペーサプレート１４には、それぞれ２つのインク供給孔３９ａ，３９ｂが穿設されている。ベースプレート１５とスペーサプレート１４とを接合することで、対応するインク供給孔３９ａ，３９ｂが互いに接続され、２つの共通インク室７ａ，７ｂにそれぞれに対応するインク供給口３９が形成されている。２つのインク供給口３９は、インクジェットヘッド６の小型化の要請から、圧力室列３６ａ，３６ｂの端部に近い位置に互いに接近して穿設されている。

図６に示すように、各プレートを積層することで流路ユニット１０が構成されている。流路ユニット１０の内部には、インク供給口３９から共通インク室７に至るインク流路と、共通インク室７の各副マニホールド流路４４の出口から連通孔３８，４７、絞り部４６、圧力室３６及び貫通孔３７を通ってノズル３５に至る複数の個別インク流路（第１の個別インク流路）５９ａと、共通インク室７の副マニホールド流路５７の出口から連通孔３８，５４、絞り部５３、空隙５２及び貫通孔５６を通って孔５１に至る１つの個別インク流路（第２の個別インク流路）５９ｂとが構成されている。個別インク流路５９ａにおいて、圧力室３６のインク出口４８からノズル３５に至る流路は圧力室３６の一端からほぼ鉛直下方に向かって延在している。一方、個別インク流路５９ｂにおいて、空隙５２の出口５５から孔５１に至る流路は空隙５２の一端から斜め下方に向かって延在している。圧力室３６も空隙５２も同じプレート内にあることから、個別インク流路５９ｂの空隙５２の出口５５から孔５１に至る流路が、個別インク流路５９ａの圧力室３６のインク出口４８からノズル３５に至る流路よりも長くなる。そのため、個別インク流路５９ａに比べて、個別インク流路５９ｂの容積の方が大きくなっている。さらに、空隙５２の出口５５から孔５１の入り口（すわなち、ダンパプレート１２に形成された貫通孔５６の開口端）１２ａに至る流路を構成する貫通孔５６の開口面積が、圧力室３６のインク出口４８からノズル３５の入り口（すわなち、ダンパプレート１２に形成された貫通孔３７の開口端）１２ｂに至る流路を構成する貫通孔３７の開口面積より大きく形成されている。そのため、個別インク流路５９ａに比べて、個別インク流路５９ｂの容積がさらに大きくなる。

図７は、アクチュエータユニット２０の分解拡大斜視図である。図６及び図７に示すように、アクチュエータユニット２０は、２枚の圧電シート２１，２２と、１枚の絶縁シート２３とを積層した構造である。圧電シート２１の上面には、圧力室３６毎に対応した細幅の複数の駆動電極２４が、千鳥状配列で設けられている。各駆動電極２４の一端部２４ａは、アクチュエータユニット２０の左右側面に露出するように形成されている。

圧電シート２２の上面には、複数の圧力室３６に跨って共通のコモン電極２５が設けられている。コモン電極２５の一端部２５ａも、各駆動電極２４の一端部２４ａと同様、左右側面に露出するように形成されている。本実施形態では、図６に示したように、駆動電極２４がすべての圧力室３６に対応して設けられている。空隙５２に対しては、孔５１からのインク吐出を行わないことから、駆動電極２４は設けられていない。一方、図７に示すように、コモン電極２５は、駆動電極２４の並びの外側において、アクチュエータユニット２０の側面に引き出してある。そのため、コモン電極２５は、すべての駆動電極２４にも空隙５２にも跨るように設けられている。圧電シート２１，２２は図示のように１枚ずつ交互に積層するだけでなく、交互に複数枚積層することもできる。各駆動電極２４とコモン電極２５とに挟まれる圧電シート２１，２２におけるそれぞれの領域は、圧力室３６毎に対応した活性層となる。この活性層は、駆動電極２４とコモン電極２５との間に電圧が加えられると、圧電シートの有する電歪効果に基づいて変位する。ここでは、電界の強度に応じて、活性層が主に積層方向に伸縮する。

最上段の絶縁シート２３の上面（すなわち、アクチュエータユニット２０の上面２０ａ）には、各駆動電極２４の各々に対する表面電極２６と、コモン電極２５に対する表面電極２７とが上面２０ａの短手方向の両端部において上面２０ａの長手方向に沿って並ぶように設けられている。

また、アクチュエータユニット２０の長手方向に沿う両側面には、各駆動電極２４の一端部２４ａに凹部３０が、コモン電極２５の一端部２５ａに凹部３１が、それぞれ積層方向に延出されるように設けられている。各凹部３０内には、各駆動電極２４と各表面電極２６とを電気的に接続する側面電極２６ａが形成され、凹部３１内には、コモン電極２５と表面電極２７とを電気的に接続する側面電極２７ａが形成されている。なお、符号２８及び２９の電極は、捨てパターンの電極である。

このような構成の流路ユニット１０とアクチュエータユニット２０とは、各圧力室３６と、対応する駆動電極２４とがそれぞれ対向するように積層して固定されている。このとき、アクチュエータユニット２０は、図６に示すように、側面電極２６ａ，２７ａの下端部がベースプレート１５の凹溝１６と対向する位置に配置され、流路ユニット１０と離隔されている。さらに、アクチュエータユニット２０の上面２０ａには、ＦＰＣ４０が積層されており、その配線パターン（図示せず）が対応する各表面電極２６，２７に電気的に接合されている。これにより、ＦＰＣ４０を介して、駆動電極２４は制御部からの駆動信号を選択的に供給可能となり、コモン電極２５は接地電位が供給されることになる。

そして、任意の駆動電極２４とコモン電極２５との間に駆動電圧（駆動信号）が印加されると、この駆動電極２４の部分（即ち圧力発生部）に積層方向の歪みが発生し、この駆動電極２４に対応する圧力室３６内のインクに吐出エネルギーが与えられる。流路ユニット１０においては、インク供給口３９から共通インク室７内に流入したインクが、副マニホールド流路４４，５７を経由して、各圧力室３６及び空隙５２に供給されている。そして、各圧力室３６のインクは吐出エネルギーにより、圧力室３６のインク出口４８から各貫通孔３７を経由して対応するノズル３５から吐出される。これにより、用紙６２への所定の印字が行われる。なお、空隙５２内のインクには、アクチュエータユニット２０から吐出エネルギーが付与されないので、孔５１からインクが吐出することはない。

続いて、インクジェットヘッド６（インク吐出面６ａ）をキャップ８５で覆ったとき、キャップ８５内の圧力変化とノズル３５及び孔５１のインクメニスカスとの関係について、以下に説明する。図８は、キャップ８５内の圧力変化に伴うノズル３５及び孔５１のインクメニスカスの形成状況を示す図である。このうち、図８（ａ）は、インク吐出面６ａに対するキャッピング当初の状態を示す図である。図８（ｂ）、（ｃ）は共にキャップ８５内の温度が上昇したときの状態を示す図であるが、図８（ｂ）の場合より図８（ｃ）の方が高温状態を想定した図である。インクジェットヘッド６は、印刷が終了してリセット位置に戻されると、図８（ａ）に示すように、ノズル３５の乾燥防止を目的として、インク吐出面６ａがキャップ８５により覆われる。このとき、キャップ８５の環状側壁８６がインク吐出面６ａに当接され、キャップ８５内に密閉空間が形成される。キャッピング時には、このような密閉空間を形成しても、その内圧が大気圧から変化しないように操作されている。そのため、ノズル３５及び孔５１に形成されるインクメニスカス４２ａ，５１ｂは、インク吐出面６ａ側のそれぞれの開口端に位置している。なお、廃インク流路８４の途中には、弁が存在しているが、図８（ａ）に示すように、廃インク溜め８４に廃棄しきれなかったインクも複数箇所に存在しているため、このインクが栓となってキャップ８５の密閉空間を実現している。

一方、キャップ８５内の温度が当初より上昇すると、キャップ８５が作る密閉空間内の空気が膨張してその体積を増す。このときの体積増加量によっては、廃インク流路８７中に残存するインク滴を廃インク溜め８４側に移動させるだけでは、増加分を吸収しきれないことがある。そのため、密閉空間内の圧力は上昇し、これがノズル３５及び孔５１に形成されているインクメニスカス４２ａ，５１ｂを壊すように働く。ここで、上述したように、孔５１の開口５１ａはノズル３５の開口４２よりも大きな開口径を有しているので、孔５１のインクメニスカス５１ｂの方が優先的に壊れることになる。本実施形態では、個別インク流路５９ｂが、空隙５２の出口５５から孔５１までほぼ同じ開口径で構成されている。そのため、インクメニスカスは、この間を空隙５２に向かって後退する。しかし、空隙５２の出口５５では、開口径が大きく変化しているので、ここでインクメニスカスは後退をやめて止まる。このように、キャップ８５内で膨張した空気を廃インク流路８７及び個別インク流路５９ｂが連動して取り込み吸収し終えると、図８（ｂ）に示すように、空隙５２の出口５５でインクメニスカス５１ｂ´が形成される。一方、ノズル３５のインクメニスカス４２ａは、壊れることなく当初の位置に保持されている。

また、キャップ８５内の温度が当初よりさらに上昇したときには、その膨張した空気を空隙５２内に達するまで取り込んで吸収する。本実施の形態では、空隙５２の入り口側に接続する絞り部５３が、ノズル３５よりも断面が小径に形成してある。そのため、空隙５２内を後退するインクメニスカスも、図８（ｃ）に示すように、絞り部５３に確実に止まって再度インクメニスカス５１ｂ´´が形成される。こうして、キャップ８５内の膨張した空気を廃インク流路８７及びインク吐出に寄与しない個別インク流路５９ｂ内に取り込むことで、ノズル３５の開口４２付近に形成されたインクメニスカス４２ａのブレークを防止しつつ、個別インク流路５９ａ内に膨張した空気が侵入するのを抑制する。なお、インクジェットヘッド６の回復動作後に、そのままインクジェットヘッド６をパージキャップ８１で長時間覆っていたときに、パージキャップ８１内の空気が膨張しても、上述と同様に、ノズル３５の開口４２付近に形成されたインクメニスカス４２ａのブレークを防止しつつ、個別インク流路５９ａ内に膨張した空気が侵入するのを抑制することができる。また、孔５１から個別インク流路５９ｂ中に取り込んだ空気は、上述のようなパージ動作によって、インクとともに孔５１から排出される。これより、インクメニスカスが、図８（ａ）に示すように、孔５１の開口５１ａ付近に形成される。

なお、これまでは、密閉空間内の温度が上昇する場合について説明したが、逆に、温度が下がる場合について以下に説明する。温度が下がると、空気は収縮し、密閉空間内は負圧となる。このとき、以上の説明から容易に理解できることであるが、孔５１に形成されているインクメニスカス５１ｂの強度の方が低いので、インクメニスカス４２ａよりも先に壊れることになる。この場合は、空気の収縮量に対応したインクが、孔５１から排出されることになる。インクの排出は、キャップ８５内の圧力とインクメニスカス５１ｂの強度とで釣り合いがとれるまで続く。排出されたインクは、キャップ８５の底部に形成された廃インク流路８７を介して廃インク溜め８４に廃棄される。しかし、この間、ノズル３５に形成されたインクメニスカス４２ａは、そのまま維持されている。このように、圧力低下に伴うインクの排出は、孔５１で生じるだけであるので、インク吐出面６ａをほとんど汚すこともなく、インク吐出面６ａのクリーニングも容易である。

以上のように、本実施形態によるインクジェットヘッド６によると、インク吐出面６ａをキャップ８５で密封した状態において、キャップ８５内の内圧が上昇しても（すなわち、キャップ８５内の空気が膨張しても）孔５１の開口５１ａ付近に形成されたインクメニスカス５１ｂが優先的にブレークし、個別インク流路５９ｂ内に膨張した空気が流入する。そのため、ノズル３５に形成されたインクメニスカス４２ａがブレークするのを抑制することができる。したがって、ノズル３５から個別インク流路５９ａ内に膨張した空気が流入しにくくなる。このように、個別インク流路５９ａに膨張した空気が流入しにくくなると、印字動作にすみやかに移れるばかりか、インク吐出に寄与する個別インク流路５９ａの回復動作、すなわちパージ動作を行う実行頻度を減少させることができる。そのため、無駄に消費されるインク量を低下させることができるとともに、回復動作に使用される時間が短くなるので、単位時間当たりの印字可能枚数の低下を抑制することができる。

また、孔５１がノズル列３５ａに沿った外側に配置されているので、複数のノズル３５の配列が簡易になる。つまり、孔５１がノズル列３５ａ，３５ｂに属する複数のノズル３５間に形成されていると、複数のノズル３５を規則的に配列することが困難になる。また、インク流動方向に直交する方向の断面積が孔５１の開口面積よりも小さい絞り部５３を個別インク流路５９ｂが有しているので、個別インク流路５９ｂに膨張した空気が侵入しても絞り部５３で再度、インクメニスカス５１ｂ´´が形成されやすくなる。そのため、個別インク流路５９ｂから共通インク室７に膨張した空気が侵入しにくくなる。また、絞り部５３の断面積がノズル３５の開口面積よりも小さいので、膨張した空気が共通インク室７に侵入しなくなる。加えて、絞り部５３が空隙５２と共通インク室７との間の流路に形成されているので、膨張した空気を空隙５２まで取り込むことができ、膨張した空気の吸収効果が向上する。そのため、共通インク室７ａに膨張した空気が侵入しにくくなる。

また、圧力室３６と同形状の空隙５２が、圧力室列３６ａに沿った外側に配置されているので、複数の圧力室３６の配列が簡易になる。つまり、空隙５２が圧力室列３６ａ，３６ｂに属する複数の圧力室３６間に形成されていると、複数の圧力室３６を規則的に配列することが困難になる。さらに、圧力室３６をエッチングなどで形成するときに、空隙５２も同時に形成することが可能になるので、インクジェットヘッド６の製造が容易になる。また、圧力室３６と同形状の空隙を有している分、個別インク流路５９ｂの容積が大きくなるので、キャップ８５内の内圧が大きく上昇しても、その内圧上昇分を吸収することができる。

また、個別インク流路５９ｂの空隙５２の出口５５から孔５１までの流路において、貫通孔５６がインク流動方向と直交する方向に関する最小断面積となっており、個別インク流路５９ａの圧力室３６のインク出口４８からノズル３５までの流路において、貫通孔３７がインク流動方向と直交する方向に関する最小断面積となっている。開口５１ａは、開口４２よりも大きな開口径（開口面積）を有しているので、孔５１においてブレークしたインクメニスカス５１ｂが個別インク流路５９ｂの孔５１から空隙５２までの流路において再度形成されにくくなる。そのため、キャップ８５の内圧が大きく上昇しても、その内圧上昇分を効果的に吸収することができる。したがって、ノズル３５のインクメニスカス４２ａのブレークをより防止することができる。

共通インク室７が主マニホールド流路５８と副マニホールド流路４４，５７とにより構成されており、副マニホールド流路４４，５７がそれぞれ独立して圧力室３６及び空隙５２に繋がっているので、仮に個別インク流路５９ｂから副マニホールド流路５７に膨張した空気が侵入しても、副マニホールド流路５７は直接副マニホールド流路４４に繋がっておらず主マニホールド流路５８を介して繋がっているので、侵入した空気は副マニホールド流路４４へほとんど侵入することがない。そのため、圧力室３６に空気が侵入することで生じるノズル３５からのインク吐出不良が発生しない。

なお、開口部に形成されるインクメニスカスの強度は、インクの組成にも関係し、この開口部の開口径にも関係する。そのため、複数のプレートの積層体であるインクジェットヘッド６によると、ノズルプレート１１に形成するノズル３５に対する孔５１の開口径を適宜変更することで、インクジェットヘッド６の使用環境やインクの性質に関し、広い範囲で適応することができる。このような適応は、単にノズルプレート１１を変更するだけで実現できる。また、空気の吸収量に関しては、ノズルプレート１１以外のプレートに形成されている貫通孔５６の形状やサイズを適宜変更すれば、広い範囲の適応能力を容易に実現できる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の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変更が可能なものである。例えば、上述した実施形態におけるインクジェットヘッド６のノズル３５及び孔５１は、ストレート孔であるが、先細りのテーパ孔や部分的にテーパ部を備えた形態であってもよい。さらに、孔５１が、開口５１ａが拡径した拡径部を有していてもよい。これらの場合、インク吐出面における孔の開口が、ノズルの開口よりもその開口径及び開口面積が大きければよい。また、キャップが作る密閉空間の容積に対応して貫通孔３７の開口面積が貫通孔５６の開口面積より大きくてもよい。つまり、圧力室３６のインク出口４８からノズル３５の開口４２に至るまでの流路が、空隙５２の出口５５から孔５１の開口５１ａに至るまでの流路よりも容積が大きくてもよい。これにより、流路ユニット内でのインク流路の配設が規制されることがなくなる。また、絞り部５３は、個別インク流路５９ｂにおいて、孔５１よりも上流に配置されておれば、どの位置に形成されていてもよい。また、絞り部５３は、個別インク流路５９ｂ中で複数の部位に形成されていてもよい。また、孔５１は、キャップ８５及びパージキャップ８１がインク吐出面６ａに当接したときに、これらキャップの環状側壁８６，９１により囲まれるインク吐出面６ａの領域内に形成されておればよい。また、空隙５２は、圧力室３６と同形状に形成されていなくてもよいし、圧力室列３６ａ，３６ｂの列に沿わない位置に形成されていてもよい。また、共通インク室７ａ，７ｂを構成する副マニホールド流路４４，５７が設けられていなくてもよい。この場合、圧力室３６及び空隙５２は、直接主マニホールド流路５８に連通しておればよい。また、流路ユニット１０に空隙５２が形成されていなくてもよい。さらに、本発明のインクジェットヘッドは、圧力室３６内のインクに対して吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段として、圧電方式のアクチュエータユニット２０を備えているが、このエネルギー付与手段は、サーマル式、静電式などであってもよい。

本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドが採用されたカラーインクジェットプリンタの内部構成を描いた概略斜視図である。 ヘッドユニットの斜視図である。 本実施の形態によるインクジェットヘッドの斜視図である。 流路ユニットの分解斜視図である。 図４に示すV−V線における分解拡大斜視図である。 図３に示すVI−VI線に沿った断面図である。 アクチュエータユニットの分解拡大斜視図である。 本発明の一実施形態によるインクジェットヘッドをキャップで覆ったときのキャップ内の圧力変化に伴うノズル及び孔のインクメニスカスの形成状況を示す図である。

符号の説明

６ インクジェットヘッド
６ａ インク吐出面
７ａ，７ｂ 共通インク室
１１ ノズルプレート
１２ ダンパプレート
１２ａ 入り口（第２の開口端）
１２ｂ 入り口（第１の開口端）
２０ アクチュエータユニット（エネルギー付与手段）
３５ ノズル（第１のノズル）
３７ 貫通孔
４２，５１ａ 開口
４４ 副マニホールド流路（第１の共通インク室）
４８ インク出口
５１ 孔（第２のノズル）
５３ 絞り部（小径流路）
５５ 出口
５６ 貫通孔
５７ 副マニホールド流路（第２の共通インク室）
５８ 主マニホールド流路
５９ａ 個別インク流路（第１の個別インク流路）
５９ｂ 個別インク流路（第２の個別インク流路）

Claims (10)

1. インク吐出面に開口をそれぞれ有する第１及び第２のノズルと、
   インクを貯溜する共通インク室と、
   前記共通インク室の出口から圧力室を経て前記第１のノズルの前記開口に至る第１の個別インク流路と、
   前記圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するエネルギー付与手段と、
   前記共通インク室の出口から前記第２のノズルの前記開口に至る第２の個別インク流路とを備えており、
   前記第２のノズルの開口径が、前記第１のノズルの開口径よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 複数の前記第１のノズルが一方向に配列されることによって、前記第１のノズルの前記開口からなるノズル列が前記インク吐出面に形成されており、
   前記ノズル列中の端にある開口から前記一方向に沿ってさらに外側に、前記第２のノズルの前記開口が形成され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. 前記第２の個別インク流路は、インクの流れ方向に直交する方向に関する最小断面積が前記第２のノズルの開口面積以下である小径流路を備えてい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. 前記小径流路の最小断面積が、前記第１のノズルの開口面積以下であることを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 複数の前記圧力室が前記一方向に配列されることによって、複数の前記圧力室からなる圧力室列が形成されており、
   前記圧力室列中の端にある圧力室から前記一方向に沿ってさらに外側に、前記第２の個別インク流路の一部として前記圧力室と同じ形状の空隙が形成され、
   前記小径流路が前記共通インク室から前記空隙に至る流路中に配設されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記第２の個別インク流路の前記空隙の出口から前記第２のノズルまでの流路における前記インク流れ方向と直交する方向に関する最小断面積が、前記第１の個別インク流路の前記圧力室の出口から前記第１のノズルまでの流路における前記インク流れ方向と直交する方向に関する最小断面積よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記空隙の出口から前記第２のノズルまでの流路における前記インク流れ方向と直交する方向に関する最小断面積が、前記圧力室の出口から前記第１のノズルまでの流路における前記インク流れ方向と直交する方向に関する最大断面積よりも大きい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. 前記空隙の出口から前記第２のノズルの前記開口までの流路の長さが、前記圧力室の出口から前記第１のノズルの前記開口までの流路の長さより長いことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
9. 前記第１及び第２のノズル、前記共通インク室、前記圧力室、前記圧力室を含む前記第１の個別インク流路及び前記第２の個別インク流路が形成された流路ユニットと、
   前記圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与するための駆動信号が供給される個別電極と接地電位が供給される共通電極とを有し、前記流路ユニットに設置された前記エネルギー付与手段とを備え、
   前記流路ユニットは、
   前記第１及び第２のノズルが形成された第１のプレートと前記圧力室が形成された第２のプレートとを含む複数のプレートが積層して構成され、
   前記エネルギー付与手段は、
   前記個別電極及び前記共通電極が対応する前記圧力室にそれぞれ対向して前記第２のプレートに設置されていることを特徴する請求項１〜８のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
10. 前記共通インク室は、互いに連通する第１の共通インク室と第２の共通インク室とを有し、
    前記第１の個別インク流路が前記第１の共通インク室と連通し、前記第２の個別インク流路が前記第２の共通インク室と連通していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。

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