JP2009179049A - 液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高画質記録と高速記録を両立できる液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の流路抵抗対イジェクタ２０の流路抵抗の比が１：１００であるとき、背圧ばらつきは０．２程度、循環量ばらつきは０．１程度である。画質の官能評価結果から、背圧差の許容範囲は０．２以下、循環量の許容範囲は０．０４以下であり、この範囲であればイジェクタごとの差は実用上問題ないレベルに抑えることができる。さらに好ましくは背圧差を０．０５以下、循環量を０．０２以下の範囲とすれば、目視で確認できるイジェクタごとの差をなくすことができるとわかった。これによりイジェクタ２０の液体循環量と背圧に高い均一性を得るためには、供給用共通流路１２および循環用共通流路１４の流路抵抗をイジェクタ２０の流路抵抗の１／１００以下、さらに望ましくは１／１０００以下に設定すればよい。
【選択図】図１０

Description

本発明は液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置に関する。

近年、インクジェットプリンタに代表される液滴吐出装置では高画質記録と高速記録の両立が求められている。特に、インクの滲みや裏写りが発生しやすい普通紙に対しても、高い画質で記録を実行できる液滴吐出装置が強く求められている。

普通紙に対して高画質記録を行うためには、高い記録解像度を確保すると共に、インクの滲み／浸透を防止するために、粘度の高い液体（例えば色材濃度や樹脂含有量の高いインク）を使用することが有効である。

また、高速記録を実現するためには１パスで高解像度記録を行う必要があり、これに適したインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）として、所謂マトリクス型ヘッドが提案されている。マトリクス型ヘッドはイジェクタが２次元に平面配列されているため、１パスで高解像度記録（例えば６００ｄｐｉ以上）を実行することができる。２次元に配列された各イジェクタ１２０は図１５に示すように共通流路１１４に連結されており、液体（インク）の供給が行われる。

しかし、上記のような高粘度液体とマトリクス型ヘッドを組み合わせた場合、共通流路の流路抵抗が過大となり、安定な液滴吐出を実行することが困難となるといった問題がある。すなわち、マトリクス型ヘッドでは共通流路１１４が各イジェクタ１２０の間に配置されるため、共通流路１１４に大きな断面積を確保することが難しく、流路抵抗が大きくなりやすい。

共通流路の断面積を増加するとヘッド全体のサイズが拡大してしまうため、ドットの高密度化／装置サイズの点で問題となる。加えて、断面積の小さい共通流路で高粘度液体を用いると共通流路の流路抵抗が非常に大きくなるため、各イジェクタに対して十分な液体供給を行うことができなくなり、高周波で安定な液滴吐出を実行することが困難となってしまう。

液体供給が不十分になることに対する対策の一つとして、共通流路内の液体を循環させることにより液体供給をアシストする方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平０８−２３８７７２号公報 特開２００５−２２５１８２号公報

本発明は吐出する液体の循環を行うマトリクス型液滴吐出ヘッドにおいて、各イジェクタに発生する背圧と循環量のばらつきが少ない液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の液滴吐出ヘッドは、液体を液滴として吐出するノズルを備えた複数のイジェクタと、前記複数のイジェクタに供給路で連通され液体を供給する供給用共通流路と、前記複数のイジェクタに循環路で連通され液体を回収する循環用共通流路と、を備え、前記供給用共通流路と前記循環用共通流路の流路抵抗は前記イジェクタの流路抵抗の１／１００以下であることを特徴とする。

上記構成の発明では、供給用共通流路と循環用共通流路の流路抵抗をイジェクタの流路抵抗の１／１００以下とすることで、イジェクタごとの吐出性能差を目視上問題ないレベルに抑えることができる。

請求項２に記載の液滴吐出ヘッドは、前記イジェクタを行と列に沿った２次元配置としたことを特徴とする。

上記構成の発明では、イジェクタが２次元に平面配列されているため、高密度にイジェクタを配置でき、１パスで高解像度記録を実行することができる。

請求項３に記載の液滴吐出ヘッドは、前記イジェクタの行および列に沿って前記供給用共通流路および前期循環用供給路が配置されていることを特徴とする。

上記構成の発明では、供給用共通流路および循環用供給路を、少ないスペースで配置することができる。

請求項４に記載の液滴吐出ヘッドは、複数の前記供給用共通流路を連通する供給用共通流路本流と、複数の前期循環用共通流路を連通する循環用共通流路本流と、が設けられたことを特徴とする。

上記構成の発明では、複数の供給用共通流路および循環用共通流路が連通される共通流路本流をそれぞれ設けたことで、各共通流路への供給量および循環量を均一にすることができる。

請求項５に記載の液滴吐出ヘッドは、前記供給用共通流路本流および前記循環用共通流路本流は複数の前記イジェクタを挟んで対向する位置に設けられたことを特徴とする。

上記構成の発明では、イジェクタを挟んで対向する位置に供給用共通流路本流および循環用共通流路本流を設けたことで、イジェクタ間の液体循環量および背圧の不均一を抑えることができる。

請求項６に記載の液滴吐出ヘッドは、前記供給用共通流路本流に液体を供給する供給ポートの開口部が前記供給用共通流路本流の長さ方向中央を含む位置に設けられたことを特徴とする。

上記構成の発明では、供給ポートの開口部を供給用共通流路本流の長さ方向中央を含む位置に設けたことで、共通流路本流の流路抵抗の影響を抑えることができる。

請求項７に記載の液滴吐出ヘッドは、前記循環用共通流路本流より液体を排出する排出ポートの開口部が前記循環用共通流路本流の長さ方向中央を含む位置に設けられたことを特徴とする。

上記構成の発明では、排出ポートの開口部を循環用共通流路本流の長さ方向中央を含む位置に設けたことで、共通流路本流の流路抵抗の影響を抑えることができる。

請求項８に記載の液滴吐出ヘッドは、前記供給用共通流路の上流と前記循環用共通流路の下流に設けられた圧力調整手段で前記供給用共通流路と前記循環用共通流路の間の圧力差を調整し、前記イジェクタの液体循環量および背圧を調整することを特徴とする。

上記構成の発明では、圧力調整手段を供給用共通流路の上流と循環用共通流路の下流に設け、上流と下流の圧力を適切に設定することによって液体循環量と背圧の調整を行うことにより、十分な液体循環量を得ると同時に、各イジェクタに作用する背圧を適切な値に設定することが可能となる。

請求項９に記載の液滴吐出ヘッドは、前記供給用共通流路と前記循環用共通流路の流路抵抗が前記イジェクタの流路抵抗の１／１０００以下であることを特徴とする。

上記構成の発明では、供給用共通流路と循環用共通流路の流路抵抗をイジェクタの流路抵抗の１／１０００以下とすることで、イジェクタごとの吐出性能差を目視上存在しないレベルに抑えることができる。

請求項１０に記載の液滴吐出装置は、前記供給用共通流路と前記循環用共通流路の間の圧力差を調整する圧力調整手段と、請求項１〜請求項９の何れかに記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。

上記構成の発明では、イジェクタ間の背圧差を減少することができ、イジェクタ間の特性を均一なものとできるので、吐出量にむらのない液滴吐出装置とすることができる。

本発明は上記構成としたので、吐出する液体の循環を行うマトリクス型液滴吐出ヘッドにおいて、各イジェクタごとの液循環量を均一化し、各イジェクタに発生する背圧のばらつきを小さく抑えることができるため、各イジェクタ間に高い特性均一性を確保でき、高品質記録が可能な液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を実現することが可能となる。

＜第１実施形態＞
図１、２には本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドが示されている。

図１、２に示すように液滴吐出ヘッド１０にはイジェクタ２０が設けられている。イジェクタ２０は液滴を吐出するための圧力を発生させる圧力室１８、液滴を吐出するノズル１６、上流から液体供給を受けるための供給路２２、イジェクタ１６内の液体を下流に排出するための循環路２４、圧力室１８と循環路２４とを連通する連通路２６から構成されている。イジェクタ２０は供給路２２を介して供給用共通流路１２と連結されており、また、循環路２４を介して循環用共通流路１４と連結されている。

圧力室１８には電極３２が接続されたピエゾ素子３４が設けられ、図示しない制御部からの駆動信号で駆動されるピエゾ素子３４が振動板３０を振動させることで圧力室１８内の液体を加圧し、連通路２６を通じてノズル１６より液滴として吐出させる。

図２（Ｂ）に示すように、イジェクタ２０は複数の金属プレートおよび樹脂フィルムを積層接合することによって流路を形成している。高密度なイジェクタ２０の配置を可能とするために、供給用共通流路１２と循環用共通流路１４は樹脂フィルム１３を隔壁として、２階建て構造として形成されている。

液滴吐出ヘッド１０には図１、２に示すようなイジェクタ２０が２次元状にマトリクス配列され、列間には供給用共通流路１２、循環用共通流路１４が配置されている。供給用共通流路１２からは所定の背圧を印加され、供給路２２を通じて圧力室１８へ液体が供給され、連通路２６を通ってノズル１６近傍を通過した液体は循環路２４を通って循環用共通流路１４へと回収される。

図３には５個のイジェクタ２０が供給用共通流路１２および循環用共通流路１４で連結された状態が等価回路で示されている。Ｖは液圧、ｍＡは液の流量を表す。

イジェクタ２０を挟んで液体が循環する場合には、供給用共通流路１２→各イジェクタ２０→循環用共通流路１４の経路で液体の流れが生じる。このとき、供給用共通流路１２および循環用共通流路１４は各イジェクタ２０における液体循環量、および各イジェクタ２０に印加される背圧を略同一とするように設計されている必要がある。

供給用共通流路１２及び循環用共通流路１４の流路抵抗を略ゼロに（＝無視できるほど小さく）できれば、各イジェクタ２０は上記等価回路にて完全な並列接続になるので、各イジェクタ２０における液体循環量、および各イジェクタ２０に印加される背圧を略同一とする条件を満足できる。しかし、実際には供給用共通流路１２／循環用共通流路１４にはある程度の流路抵抗が発生するため、イジェクタ２０間に循環量および背圧のばらつきが発生してしまう。

図４には２０個のイジェクタ２０を供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の間で連結し、供給用共通流路１２から循環用共通流路１４へ所定の圧力を印加された状態が等価回路で示されている。

図中、下から上へ向かう黒矢印は供給用共通流路１２／循環用共通流路１４を上流から下流へと向かう液体の流れ、右から左へと向かう黒矢印は供給用共通流路１２からイジェクタ２０を経由して循環用共通流路１４へと向かう液体の流れを示す。このとき、各イジェクタ２０の液体循環量と背圧を２０個のノズルについてシミュレーションした結果を図５に示す。

図５は上記の構造において液体循環を行った際の、各イジェクタ２０の液体循環量および背圧をＲｐ／Ｒｅ＝０．１、Ｒｐ＝Ｒｃの条件で算出した結果を示すグラフである。横軸にイジェクタ２０のノズル番号（イジェクタ２０の位置）、縦軸に液体循環量と供給側／循環側の液圧を示す。

図５に示されているように、供給用共通流路１２の供給側端（上流側）および循環用共通流路１４の排出側端（下流側）ではイジェクタ２０に印加される背圧、すなわち供給用共通流路１２から循環用共通流路１４へ掛かる液圧が高いため、液体循環量は十分あるが、供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の中央近傍では両者の間に掛かる液圧が低いので液体循環量が両端部に比較して不足している。

上記の結果が示すように、複数のイジェクタ２０を単純に供給用共通流路１２／循環用共通流路１４で連結すると、各イジェクタ２０の液体循環量および背圧に大きな不均一が発生してしまう。

また図６に示すように、供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の流路抵抗Ｒ１ｐ〜Ｒ４ｐ／Ｒ１ｃ〜Ｒ４ｃを、液体流量と反比例するように設定すれば、共通流路の流路抵抗が大きくても各イジェクタ２０の液体循環量（図中４．９７５ｍＡ）を均一化することは可能である。すなわち図６のようにＲ１ｐ＝Ｒ４ｃ、Ｒ２ｐ＝Ｒ３ｃ、Ｒ３ｐ＝Ｒ２ｃ、Ｒ４ｐ＝Ｒ１ｃ、かつＲ１ｐ＋Ｒ１ｃ＝Ｒ２ｐ＋Ｒ２ｃ＝Ｒ３ｐ＋Ｒ３ｃ＝Ｒ４ｐ＋Ｒ４ｃとすればイジェクタ２０Ａ〜２０Ｄの循環量を一定とすることができる。

しかし上記の場合では各イジェクタ２０の背圧Ｒｅに大きな差が発生してしまうという問題がある。すなわち上記の例では最も下流側のイジェクタ２０Ａにおいては、背圧Ｒ１ｅ＝２４．８８ｍｖであるのに対して、最も上流側のイジェクタ２０Ｄでは背圧Ｒ４ｅ＝９．９８ｖであり、背圧の差は約４００倍となる。

図７には、イジェクタを２次元的にマトリクス配列した液滴吐出ヘッドの場合の等価回路が示されている。

図７に示すように、供給用共通流路１２／循環用共通流路１４はそれぞれ供給用共通流路本流４２／循環用共通流路本流４４に連通し、供給用共通流路１２は供給用共通流路本流４２から液体の供給を受け、循環用共通流路１４を通って循環する液体は循環用共通流路本流４４に回収される構造となる。

上記の等価回路を用いて各イジェクタ２０の液体循環量および背圧を算出した結果、液体循環量には２次元的な分布が生じ、マトリクス中央のイジェクタＡで最小となることが明らかになった。

また、背圧にも同様に２次元的な分布が生じ、最下流端の供給用共通流路１２において最下流端に位置するイジェクタＣで最大の背圧、最上流端の供給用共通流路１２において最上流端に位置するイジェクタＢで最小の背圧となることがわかった。この結果が示すように、イジェクタ２０を２次元的に配置したマトリクス型ヘッドで液体循環を行う場合、液体循環量と背圧には大きな不均一が発生しやすく、そのため、各イジェクタ２０の吐出特性に大きな差が発生し、高品質な画像記録を実行することが困難となる。

例えば図８に示すように、供給用共通流路１２／循環用共通流路１４とイジェクタ２０との流路抵抗比を１０：１とした場合（Ｒ２＋Ｒ４＝１０、Ｒｐ＝１００＝Ｒｃ）は、イジェクタ２０ごとの液体循環量と背圧に大きな差が生じるため、イジェクタ２０ごとに吐出特性の差、すなわち滴径などの不均一が発生する。

図９には、供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の流路抵抗（Ｒｐ、Ｒｃ）とイジェクタ２０の流路抵抗(Ｒｅ)の比を変化させ、イジェクタ２０における液体循環量および背圧の均一性を示したグラフが示されている。

縦軸にマトリクス配置されたイジェクタ２０の循環量ばらつき（最大値と最小値の差を平均値で割った比率）及び背圧ばらつき、横軸に供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の流路抵抗対イジェクタ２０の流路抵抗の比をとり、横軸の数値が大きいほど供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の流路抵抗がイジェクタ２０の流路抵抗に対して大きいことを示す。

図９に示すように、供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の流路抵抗対イジェクタ２０の流路抵抗の比が１：１００であるとき、背圧ばらつきは０．２程度、循環量ばらつきは０．１程度であることがわかる。

図１０にはイジェクタごとの背圧差および循環量のばらつきが画質に与える影響が官能評価による目視評価結果で示されている。

背圧差、循環量はそれぞれ（最大値−最小値）／平均値で表し、画質の官能評価結果は目視で判別できるイジェクタ毎の差が存在しない（○）、存在するが実用上問題ない（△）、実用上問題となるイジェクタ毎の差が存在する（×）とする。

図１０（Ａ）に示されているように、背圧差が０．４以上ある場合は画質において実用上問題が生じる。背圧差が０．２以下であればイジェクタ２０ごとの吐出性能差は実用上問題ないレベルであり、さらに望ましくは背圧差が０．０２以下であればイジェクタ２０ごとの吐出性能差は目視上存在しないレベルとすることができる。

また図１０（Ｂ）に示されているように、循環量差が０．０８以上ある場合は画質において実用上問題が生じる。循環量差が０．０４以下であればイジェクタ２０ごとの吐出性能差は実用上問題ないレベルであり、さらに望ましくは循環量差が０．００４以下であればイジェクタ２０ごとの吐出性能差は目視上存在しないレベルとすることができる。

以上のことから、画質の官能評価結果において、背圧差の許容範囲は０．２以下、循環量の許容範囲は０．０４以下であり、この範囲であればイジェクタ２０ごとの吐出性能差は実用上問題ないレベルに抑えることができる。さらに好ましくは背圧差を０．０５以下、循環量を０．０２以下の範囲とすれば、目視で確認できるイジェクタ２０ごとの吐出性能差をなくすことができるとわかった。

上記の結果から、イジェクタ２０の液体循環量と背圧に高い均一性を得るためには、供給用共通流路１２および循環用共通流路１４の流路抵抗をイジェクタ２０の流路抵抗の１／１００以下、さらに望ましくは１／１０００以下に設定すればよいことがわかる。

また、図７に示すように供給用共通流路本流４２には、長さ方向略中央近傍に供給ポート４３の開口部４３Ａが設けられ、供給用共通流路本流４２に液体を供給する。同様に循環用共通流路本流４４には、長さ方向略中央近傍に排出ポート４５の開口部４５Ａが設けられ、循環用共通流路本流４４より液体を排出する。

これにより、供給用共通流路本流４２および環用共通流路本流４４の流路抵抗自体が供給用共通流路１２および循環用共通流路１４での液流量および圧力分布に与える影響を抑え、供給用共通流路本流４２および環用共通流路本流４４の流路抵抗によるイジェクタ２０の吐出性能ばらつきへの影響を抑えることができる。

＜装置全体＞
インクジェット記録装置１０は、図１に示すように、記録媒体の一例としての記録用紙Ｐを送り出す用紙供給部１２と、記録用紙Ｐの姿勢を制御するレジ調整部１４と、インク滴を吐出して記録用紙Ｐに画像形成する記録ヘッド部１６と、記録ヘッド部１６のインクジェット記録ユニット３０のインクジェット記録ヘッド３２へ画像データに基づく駆動波形を供給する制御手段の一例としてのコントローラ３５と、記録ヘッド部１６のメンテナンスを行うメンテナンス部１８を備える記録部２０と、記録部２０で画像形成された記録用紙Ｐを排出する排出部２２とを備えている。

用紙供給部１２は、記録用紙Ｐが積層されて収容される用紙収容部２４と、用紙収容部２４から１枚ずつ取り出してレジ調整部１４に搬送する搬送装置２６とから構成されている。レジ調整部１４は、ループ形成部２８と、記録用紙Ｐを案内して記録用紙Ｐの姿勢を制御する案内部材２９とを有しており、記録用紙Ｐは、この部分を通過することによって、そのコシを利用して、記録用紙Ｐの用紙搬送方向に対する傾きが矯正されるとともに、搬送タイミングが制御されて記録部２０に供給される。そして、排出部２２は、記録部２０で画像が形成された記録用紙Ｐを、排紙ベルト２３を介して用紙収容部２５に収容する。

記録ヘッド部１６とメンテナンス部１８の間には、記録用紙Ｐが搬送される用紙搬送路２７が構成されている（用紙搬送方向を矢印ＰＦで示す）。用紙搬送路２７は、記録媒体搬送手段の一例としてのスターホイール１７と搬送ロール１９とを有し、このスターホイール１７と搬送ロール１９とで記録用紙Ｐを挟持しつつ連続的に搬送する。そして、この記録用紙Ｐに対して、記録ヘッド部１６からインク滴が吐出され、記録用紙Ｐに画像が形成される。

メンテナンス部１８は、インクジェット記録ユニット３０に対して対向配置されるメンテナンス装置２１を有しており、インクジェット記録ヘッド３２に対するキャッピングや、ノズル面の払拭、更には、インク滴の予備吐出やインクの吸引等の処理を行う。

＜第２実施形態＞
図１１には、本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドの等価回路が示されている。

図１１に示すように、本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッド４０においては、イジェクタ２０を長方形ではなく台形に配置している。イジェクタ２０を台形状に配置したイジェクタ配置の場合、液体循環量はイジェクタ２０Ａで最少となり、背圧はイジェクタ２０Ｂで最小、イジェクタ２０Ｃで最大となる。

このように、イジェクタ２０の配列方法によって液体循環量および背圧の分布は変化するが、いずれの場合においても、供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の流路抵抗を適切に設定する必要がある点は同様である。

すなわち、図７に示すようにイジェクタ２０を全体として長方形にマトリクス配置した場合でも、図１１に示すようにイジェクタ２０を全体として台形に配置した場合であっても、供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の流路抵抗をイジェクタ２０の流路抵抗の１／１００以下、さらに望ましくは１／１０００以下に設定することにより、イジェクタ２０の配置形状に拘わらず各イジェクタ２０ごとの背圧ばらつき、循環量ばらつきを抑え、各イジェクタ２０ごとの吐出特性の差を画質に問題ないレベルまで低減することができる。

図１２は、図１１で示すイジェクタを台形状に配置したブロック１１を２つ組合わせた液滴吐出ヘッドの構造が示されている。

各ブロック１１の両側には供給用共通流路本流４２／循環用共通流路本流４４が配置されており、各々の流路抵抗はイジェクタ２０の流路抵抗の１／１００以下、より望ましくは１／１０００以下となるように設定されている。このため、各イジェクタ２０に液体の循環を実行した場合においても、ブロック１１および液滴吐出ヘッド４０内における全てのイジェクタ２０において、背圧ばらつき、循環量ばらつきを抑え、各イジェクタ２０ごとの吐出特性の差を画質に問題ないレベルまで低減することができる。

なお、図１２に示す液滴吐出ヘッド４０は、複数の液滴吐出ヘッド４０を並べることによって任意の長さをもつ長尺ヘッドを形成することができる構造となっている。すなわち、長尺ヘッドで液体循環を行う場合においても、供給用共通流路本流４２／循環用共通流路本流４４より分岐する供給用共通流路１２／循環用共通流路１４各々の流路抵抗がイジェクタ２０の流路抵抗の１／１００以下、より望ましくは１／１０００以下となるように設定することにより、各イジェクタ２０ごとの液体循環量および背圧の均一化を実現し、各イジェクタ２０ごとの吐出特性の差を画質に問題ないレベルまで低減することができる。

＜第３実施形態＞
本発明の構成によれば供給用共通流路１２／循環用共通流路１４の流路抵抗を適切に設定することによって、各イジェクタ２０の液体循環量および背圧を均一化することができる。しかし、実際の液滴吐出装置においては、各イジェクタ２０の背圧を均一化すると同時に、適度な負圧を印加する必要がある。そこで本実施形態では、液滴吐出ヘッドの上流側および下流側に圧力調整機構を設けることにより、各イジェクタ２０の背圧を適切に設定することを可能とした。

図１３には本発明の第３実施形態に係る液滴吐出ヘッド５０に対応した液体供給系の構造が等価回路で示されている。

図１３に示すように、液滴吐出ヘッド５０の上流側には正圧を印加する第１圧力調整機構５２、下流側には負圧を印加する第２圧力調整機構５４が設けられ、液滴吐出ヘッド５０に設けられた各イジェクタ２０に液体を供給／循環させている。またＲＨは液滴吐出ヘッド５０全体としての流路抵抗、Ｒｐ０は液滴吐出ヘッド５０上流に接続された供給用共通流路本流４２など液体供給系の流路抵抗、Ｒｃ０は液滴吐出ヘッド５０下流に接続された循環用共通流路本流４４など液体循環系の流路抵抗を示す。

具体例として図１３に示すような液滴吐出ヘッド５０内に十分な液体循環を行わせるためには、約１１．７kPaの圧力印加が必要となる。このとき液体の循環を上流側からの加圧、または下流側からの吸引によって単純に行うと、各イジェクタ２０には約±６kPa（±６１０ｍｍＨ２Ｏ）の背圧が印加されてしまい、背圧が低ければノズル１６からの気泡巻き込み、高ければ液体溢れが発生してしまう。

従って、液体供給系に望ましい液体循環流を形成するためには上流−下流間に圧力差ΔＰ（＝１１．７kPa）を形成すると同時に、各イジェクタ２０の背圧が約−５０ｍｍＨ２Ｏとなるように、系全体の圧力を調整する必要がある。

具体的には、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝１１．７kPaとし、Ｐ１とＰ２の中間値((Ｐ１＋Ｐ２)／２)が約−４９０Pa（約−５０ｍｍＨ２Ｏ）となるように、Ｐ１とＰ２を設定すればよい。つまり、Ｐ１＝＋５．４６kPa、Ｐ２＝−６．３７kPaと設定することにより、各イジェクタ２０の背圧を約−５０ｍｍＨ２Ｏに設定することが可能となる。

図１４には本発明の第３実施形態に係る液体供給系の、他の接続例を示す。

ヘッドユニットを複数連結し、１個の長尺ヘッドとする場合には、図１４に示すような流路で各ヘッドユニットを連結することで、上記のような背圧制御が可能となる。

すなわち図１４（Ａ）に示すように、液滴吐出ヘッド５０の上流側で正圧を印加する第１圧力調整機構５２と、下流側で負圧を印加する第２圧力調整機構５４とを設けることにより、各イジェクタ２０（各液滴吐出ヘッド５０）ごとに適切な背圧を設定することができる。これによりヘッドユニットを複数連結した長尺ヘッドであっても、画質を維持しながらノズル１６からの気泡巻き込み、液体溢れなどを防止することができる。

第１圧力調整機構５２と、下流側で負圧を印加する第２圧力調整機構５４の具体的な例としては、たとえばポンプ等で正圧・負圧を印加する以外にも、液体タンクの高さをイジェクタ２０よりも高くすることで正圧を印加する、また低くすることで負圧とするなどが考えられる。

上記の構成を用いた液滴吐出装置の例を図１５に示す。すなわち、イジェクタ２０よりも高い位置に配置された液体タンク１３より供給される液は、供給用共通流路１２を通じて供給され、供給用共通流路１２から分岐した供給路２２を経由して各イジェクタ２０へと送られる。イジェクタ２０を経由して循環路２４を通じ、循環用共通流路１４へ戻った液は第２圧力調整機構５４により負圧を印加されるので、各イジェクタ２０ごとに適切な背圧を維持することができる。

また図１４（Ｂ）に示すように、液滴吐出ヘッド５０の上流側で正圧を印加する第１圧力調整機構５２と、下流側には第２圧力調整機構５４に代えて流量を調整する流量調整機構５６とを設けることにより、各イジェクタ２０（各液滴吐出ヘッド５０）ごとに適切な背圧を設定する構成としてもよい。

これによりヘッドユニットを複数連結した長尺ヘッドであっても、画質を維持しながらノズル１６からの気泡巻き込み、液体溢れなどを防止することができる。流量調整機構５６の具体的な例としては、各種ポンプ（特にローラーポンプなど）の回転数を制御することで流量を調整する構成としてもよい。

＜まとめ＞
以上のように、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、供給用共通流路および循環用共通流路の流路抵抗を各イジェクタの流路抵抗の１／１００以下、より望ましくは１／１０００以下とする構成としたことで、各イジェクタの背圧および循環量のばらつき発生を防止し、画像品質の悪化を防ぐことができる。

以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

また本発明は電気機械変換器（具体的にはピエゾアクチュエータや静電アクチュエータ）を用いた液滴吐出ヘッドだけでなく、サーマル方式など他の吐出原理を用いた液滴吐出ヘッドにも適用可能である。

さらに、本発明の適用分野はインクジェットプリンタに限定されず、カラーフィルタ製造、半導体製造、各種成膜装置等の工業用液滴吐出装置を含め、あらゆる液滴吐出装置に適用することが可能である。特に工業用途では高粘度の液体を吐出するニーズが多いため、本発明を有効に利用することが可能である。

本発明の第１形態に係る液滴吐出ヘッドを示す斜視図である。 本発明の第１形態に係る液滴吐出ヘッドを示す断面図である。 本発明の第１形態に係る液滴吐出ヘッドの流路抵抗と背圧、および液体循環量の関係を示す等価回路図である。 本発明の第１形態に係る液滴吐出ヘッドの流路抵抗と背圧、および液体循環量の関係を示す等価回路図である。 従来の液滴吐出ヘッドの流路抵抗と背圧、および液体循環量の関係を示すグラフである。 従来の液滴吐出ヘッドの流路抵抗と背圧、および液体循環量の関係を示す等価回路図である。 本発明の第１形態に係る液滴吐出ヘッドの供給路と循環路、およびイジェクタの配置を示す等価回路図である。 従来の液滴吐出ヘッドの流路抵抗と背圧、および液体循環量の関係を示す等価回路図である。 本発明の第１形態に係る液滴吐出ヘッドの流路抵抗比と背圧、および液体循環量の関係を示すグラフである。 本発明の第１形態に係る液滴吐出ヘッドの背圧ばらつきと画質、および液体循環量ばらつきと画質の関係を示すグラフである。 本発明の第２形態に係る液滴吐出ヘッドの供給路と循環路、およびイジェクタの配置を示す等価回路図である。 本発明の第２形態に係る液滴吐出ヘッドの供給路と循環路の配置を示す平面図である。 本発明の第３形態に係る液滴吐出ヘッドの供給路と循環路、圧力調整機構およびイジェクタの配置を示す等価回路図である。 本発明の第３形態に係る液滴吐出ヘッドの供給路と循環路、圧力調整機構、流量調整機構およびイジェクタの配置を示す概念図である。 本発明の第３形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を示す概念図である。 従来の液滴吐出ヘッドを示す図である。

符号の説明

１０ 液滴吐出ヘッド
１２ 供給用共通流路
１４ 循環用共通流路
１６ ノズル
１８ 圧力室
２０ イジェクタ
２２ 供給路
２４ 循環路
２６ 連通路
３０ 振動板
３２ 電極
３４ ピエゾ素子
４０ 液滴吐出ヘッド
４２ 供給用共通流路本流
４４ 循環用共通流路本流
５０ 液滴吐出ヘッド
５２ 第１圧力調整機構
５４ 第２圧力調整機構
５６ 流量調整機構

Claims (10)

1. 液体を液滴として吐出するノズルを備えた複数のイジェクタと、
   前記複数のイジェクタに供給路で連通され液体を供給する供給用共通流路と、
   前記複数のイジェクタに循環路で連通され液体を回収する循環用共通流路と、
   を備え、
   前記供給用共通流路と前記循環用共通流路の流路抵抗は前記イジェクタの流路抵抗の１／１００以下であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記イジェクタを行と列に沿った２次元配置としたことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記イジェクタの行および列に沿って前記供給用共通流路および前期循環用供給路が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 複数の前記供給用共通流路を連通する供給用共通流路本流と、複数の前期循環用共通流路を連通する循環用共通流路本流と、が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記供給用共通流路本流および前記循環用共通流路本流は複数の前記イジェクタを挟んで対向する位置に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記供給用共通流路本流に液体を供給する供給ポートの開口部が前記供給用共通流路本流の長さ方向中央を含む位置に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
7. 前記循環用共通流路本流より液体を排出する排出ポートの開口部が前記循環用共通流路本流の長さ方向中央を含む位置に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記供給用共通流路の上流と前記循環用共通流路の下流に設けられた圧力調整手段で前記供給用共通流路と前記循環用共通流路の間の圧力差を調整し、前記イジェクタの液体循環量および背圧を調整することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
9. 前記供給用共通流路と前記循環用共通流路の流路抵抗が前記イジェクタの流路抵抗の１／１０００以下であることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
10. 前記供給用共通流路と前記循環用共通流路の間の圧力差を調整する圧力調整手段と、請求項１〜請求項９の何れかに記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。