JP2010125723A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】複数の流路体に跨って液体流路が形成される場合に流路内に空気がたまりにくい。
【解決手段】インク供給部材４１内のインク流路７３から積層体３７に向かってインク流路が分岐している。この分岐流路は、インク供給部材４１と積層体３７の接続部に配置された一方のＯリング８１ａを通り、積層体３７内に配置されたフィルタ５１ａ及び５１ｂを通過し、他方のＯリング８１ｂを経て再びインク流路７３に合流する。フィルタ５１ａ、５１ｂ、Ｏリング８１ａ、８１ｂに付着した気泡等は、分岐流路及びインク流路７３を通り、排出口８０ａからヘッド１外へと排出される。
【選択図】図７

Description

本発明は、吐出口に液体を供給する液体供給流路が形成された液体吐出ヘッドに関する。

液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、ヘッド内に形成された気泡を除去する技術の一例として、特許文献１に記載のものがある。特許文献１は、ヘッド内のインク液室に接続された加圧管によってインク液室内を加圧すると共に、インク液室に接続された除去管から気泡を除去する。

特開２００７−３０１７９９号公報

特許文献１のような液体を吐出するヘッドにおいて、液体流路が２つの流路体に跨って形成される場合がある。このような場合、例えば、２つの流路体において流路が連結する位置に弾性材料からなるオーリング（Ｏリング）を配置することにより、流路体同士の密着性を確保することがある。しかし、この場合、弾性材料からなる部材は、ガスバリア性が低いことが多く、流路内に空気が入り込んでたまることが問題となる。

本発明の目的は、複数の流路体に跨って液体流路が形成される場合に流路内に空気がたまりにくい液体吐出ヘッドを提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に液体を供給する液体供給流路と、外部からの液体の供給口、及び、外部への排出口に連通した供給排出流路と、前記供給排出流路及び液体供給流路を互いに連通させる連通流路とが形成されるように配設された第１及び第２の流路体と、前記供給排出流路の一部を構成し、前記第１及び第２の流路体を互いに水密に接続する、弾性材料からなるシール部材とを備えており、前記連通流路は、前記第２の流路体の内部に配置されたフィルタを介して前記供給排出流路と連通している。

本発明の液体吐出ヘッドによると、シール部材を介して浸入した空気やフィルタにたまった空気等は、供給排出流路によって排出口を通じて外部へと容易に排出される。これにより、流路内に空気がたまりにくい液体吐出ヘッドが実現する。

また、本発明においては、前記供給排出流路が、前記供給口から前記排出口に至る部分流路と、前記部分流路から第１の位置において分岐し、前記フィルタに面した領域を経て、前記第１の位置より前記排出口に近い第２の位置において前記部分流路に合流する分岐流路とを含んでいる。これによると、供給口から排出口までを結ぶ部分流路とは別にフィルタに面した分岐流路が設けられているので、供給口から入り込んだ空気をフィルタの方向へと侵入させることなく、部分流路のみを通じて排出口から排出することができる。

また、本発明においては、前記分岐流路は、前記フィルタに面した部分において、前記フィルタをその面方向の一方側から他方側に向かって跨ぐように延びている。これによると、分岐流路内に液体を流すことにより、フィルタの表面に沿って液体を流すことができるので、フィルタにたまった空気をおし流しやすい。

また、本発明においては、前記部分流路が、前記第１の流路体の内部に形成されており、前記分岐流路が、前記第１の流路体から前記第２の流路体へと延びる部分を有しており、前記シール部材が、前記分岐流路において前記第１の流路体から前記第２の流路体へと延びる部分の一部を構成している。これによると、シール部材において分岐流路内へと侵入した空気を部分流路を通じて排出口から排出させやすい。

また、本発明においては、前記分岐流路において前記第１の流路体から前記第２の流路体へと延びる部分が直線経路に沿っている。これによると、直線経路に沿った部分が水平方向に交差するようにヘッドを配置することで、この直線経路に沿った部分を通じて空気を排出させやすくなる。

また、本発明においては、前記分岐流路が、前記第１の位置において前記部分流路から分岐して前記第２の流路体へと延びる部分と、前記第２の流路体から前記第１の流路体へと延び、前記第２の位置において前記部分流路へと合流する部分とを有しており、それぞれの部分に前記シール部材が配置されている。これによると、分岐流路において２つの流路体に跨って延びる部分のそれぞれにシール部材が配置されているので、液体がより漏れ出しにくい。

また、本発明においては、前記部分流路において前記第１の位置から前記第２の位置までの流路抵抗が、前記分岐流路の流路抵抗より小さい。これによると、分岐流路側の流路抵抗より部分流路側の流路抵抗が小さいので、供給口から入り込んだ空気を部分流路を通じて排出口から排出させやすい。

また、本発明においては、前記第１の流路体において前記シール部材と対向した部分が樹脂材料からなり、前記第２の流路体において前記シール部材と対向した部分が金属材料からなる。これによると、２つの流路体同士が異なる材料からなる場合には接着剤による接着に適さないことがあるため、本発明の前提となるシール部材を必須とする構成になりやすい。

また、本発明においては、前記連通流路が、別のフィルタを介して前記液体供給流路と連通している。これによると、液体供給流路へと異物が侵入するのをより効果的に抑制できる。

本発明の液体吐出ヘッドによると、シール部材を介して浸入した空気やフィルタにたまった空気等は、供給排出流路によって排出口を通じて外部へと容易に排出される。これにより、流路内に空気がたまりにくい液体吐出ヘッドが実現する。

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、本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの内部構成を示す縦断面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は直方体形状の筐体１０１ａを有している。筐体１０１ａ内には、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクをそれぞれ吐出する４つのインクジェットヘッド１、及び、搬送機構１６が配置されている。また、筐体１０１ａの天板内面には、インクジェットヘッド１及び搬送機構１６の動作を制御する制御部１００が取り付けられている。搬送機構１６の下方には、筐体１０１ａに対して着脱可能な給紙ユニット１０１ｂが配置されている。給紙ユニット１０１ｂの下方には、筐体１０１ａに対して着脱可能なインクタンクユニット１０１ｃが配置されている。

インクジェットプリンタ１０１の内部には、図１に示す太矢印に沿って用紙搬送経路が形成されており、用紙Ｐが給紙ユニット１０１ｂから排紙部１５に向けて搬送される。給紙ユニット１０１ｂは、給紙トレイ１１と、給紙ローラ１２とを有している。給紙トレイ１１は、上方に向かって開口した箱形状を有しており、複数枚の用紙Ｐが積層された状態で収納される。給紙ローラ１２は、給紙トレイ１１の最も上方にある用紙Ｐを送り出す。
送り出された用紙Ｐは、ガイド１３ａ、１３ｂによりガイドされ且つ送りローラ対１４によって挟持されつつ搬送機構１６へと送られる。

搬送機構１６は、２つのベルトローラ６、７と、搬送ベルト８と、テンションローラ１０と、プラテン１８とを有している。搬送ベルト８は、両ローラ６、７の間に架け渡されるように巻回されたエンドレスのベルトである。テンションローラ１０は、搬送ベルト８の下側ループにおいて、その内周面に接触しつつ下方に付勢されており、搬送ベルト８にテンションを付加している。プラテン１８は、搬送ベルト８によって囲まれた領域内に配置され、インクジェットヘッド１と対向する位置において、搬送ベルト８が下方に撓まないように搬送ベルト８を支持している。ベルトローラ７は、駆動ローラであって、その軸に搬送モータ１９から駆動力が与えられることで、図１中時計回りに回転する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、ベルトローラ７の回転により搬送ベルト８が走行することによって、図１中時計回りに回転する。なお、搬送モータ１９の駆動力は、複数のギアを介してベルトローラ７に伝達される。

搬送ベルト８の外周面８ａは、シリコーン処理が施されることによって粘着性を有している。ベルトローラ６と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙ユニット１０１ｂから送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付ける。外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐは、その粘着力によって外周面８ａ上に保持されながら用紙搬送方向（図１中右方であって副走査方向）へと搬送される。

ベルトローラ７と対向する位置には、剥離プレート５が設けられている。剥離プレート５は、用紙Ｐを外周面８ａから剥離する。剥離された用紙Ｐは、ガイド２９ａ、２９ｂによりガイドされ、且つ二組の送りローラ対２８によって挟持されつつ搬送される。そして用紙Ｐは、筐体１０１ａの上部に形成された排出口３０から、筐体１０１ａの上面に設けられた排紙凹部（排紙部）１５へと排出される。

４つのインクジェットヘッド１（以降、ヘッド１とする）は、互いに異なる色のインク（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）を吐出する。これら４つのヘッド１は、主走査方向に長尺な略直方体形状を有している。また、４つのヘッド１は、用紙Ｐの搬送方向Ａに沿って並べて固定されている。つまり、このプリンタ１０１はライン式のプリンタである。

ヘッド１の底面は、インクを吐出する複数の吐出口１０８（図９参照）が形成された吐出面２ａとなっている。搬送される用紙Ｐが４つのヘッド１のすぐ下方を通過する際に、用紙Ｐの上面に向けて吐出口１０８から各色のインクが順に吐出される。これにより、用紙Ｐの上面、すなわち、印刷面に所望のカラー画像が形成される。

各ヘッド１は、インクタンクユニット１０１ｃ内のインクタンク１７と接続されている。４つのインクタンク１７には互いに異なる色のインクが貯留されている。各インクタンク１７からは、チューブを介してヘッド１にインクが供給される。

図２は、ヘッド１の分解斜視図である。図２に示すように、ヘッド１は、基板３１と、リザーバユニット３２と、流路ユニット９を含むヘッド本体３３とが積層された積層構造体である。図３〜図５は、基板３１及び後述するＣＯＦ５１を除く、ヘッド１を構成する複数の板状部材の平面図である。図２〜図５に示すように、リザーバユニット３２は、７枚のプレート４２〜４８及び小プレート群４９が積層された積層体３７の上面に、インク供給部材４１がねじ８２によって固定されたものである。小プレート群４９は、８個の小プレート４９ａと、２個の小プレート４９ｂとからなる。

第１の流路体に対応するインク供給部材４１について、その断面図である図６（ａ）をさらに参照して説明する。インク供給部材４１は樹脂で一体成形されている。インク供給部材４１の上面からは、２つの筒状突起７０ａ、７０ｂが上に向かって突出している。筒状突起７０ａはインク供給部材４１の図６（ａ）中左端に、筒状突起７０ｂはインク供給部材４１の図６（ａ）中右端付近に配置されている。筒状突起７０ａの上端にはインクタンク１７からのインクが供給される供給口７１ａが開口している。筒状突起７０ａには、可撓性のチューブが取り付けられる。そして、インク供給源であるインクタンク１７からのインクが、チューブを介して供給口７１ａからインク供給部材４１内に導入される。一方、筒状突起７０ｂの上端にはインクに混入した空気を排出するための排出口８０ａが開口している。

インク供給部材４１内には、供給口７１ａから排出口８０ａに至るインク流路７３（部分流路）が形成されている。筒状突起７０ａ及び７０ｂの内部には、インク流路７３の一部である流入孔７１及び流出孔８０が形成されている。流入孔７１は供給口７１ａから鉛直下方に延びており、流出孔８０は排出口８０ａから鉛直下方に延びている。インク流路７３は、流入孔７１の下端から概略的にほぼ水平に流出孔８０の下端まで延びている。また、インク流路７３からは、図６（ａ）中の左右方向の中央付近において、２つの流出孔７２ａ及び７２ｂが分岐している。インク流路７３は、流入孔７１と流出孔８０との間に中間孔９３を有している。

インク供給部材４１には、インクを濾過するためのフィルタ７９が取り付けられている。フィルタ７９は、中間孔９３を、流入孔７１に連通した第１空間７４と、流出孔７２に連通した第２空間７５とに隔てている。第２空間７５においてフィルタ７９と対向していない非対向領域７６は、第２空間７５においてフィルタ７９と対向する領域よりもわずかに高い位置を水平に延在している。非対向領域７６からは、２つの流出孔７２ａ、７２ｂが鉛直下方に延びて、インク供給部材４１の下面に開口している。

第１空間７４は、細長い矩形形状を有しており、インク供給部材４１の下面に開口している。この開口は、平面視において、第１空間７４とほぼ同形状を有するダンパフィルム７８によって封止されている。ダンパフィルム７８は、第１空間７４に沿って水平に延びている。これにより、ダンパフィルム７８は、インク供給部材４１と共にインク流路７３を画定している。

第２空間７５は、ダンパフィルム７８の中央よりもやや右側位置から右端までの部分と対向しており、インクの流れに沿った順方向及び逆方向のそれぞれに向かって先細りとなる形状を有している。フィルタ７９は、第２空間７５の平面形状とほぼ相似形状を有し、第２空間７５よりも一回り大きな平面形状を有している。フィルタ７９は、第２空間７５においてダンパフィルム７８に対向する領域を下方から覆うように、インク供給部材４１の内表面に固定されている。つまり、フィルタ７９は、第２空間７５及びダンパフィルム７８のいずれとも対向するようにインク供給部材４１に取り付けられている。

インク流路７３において非対向領域７６から流出孔８０までの領域には、第３空間８４が形成されている。第３空間８４は、非対向領域７６の右端から下方へと一旦折れ曲がり、そこから流出孔８０に向かって水平に延びている。第３空間８４において水平に延びた部分は、インク供給部材４１の下面に開口している。インク供給部材４１の下面には、第３空間８４の開口を封止するようにダンパフィルム８３が貼り付けられている。

インク供給部材４１の下面には、平面視において流出孔７２ａ及び７２ｂを共に取り囲むように、凹部４１ａが形成されている。図６（ｂ）は、インク供給部材４１の下面における凹部４１ａ付近の拡大図である。凹部４１ａは、流出孔７２ａ及び７２ｂが内部に形成された円筒部４１ｂ及び４１ｃを残すように形成されている。

そして、円筒部４１ｂ及び４１ｃの周囲には、ゴムなどの弾性材料からなるＯリング８１ａ及び８１ｂ（弾性部材）が嵌められている。Ｏリング８１ａ及び８１ｂの内径は円筒部４１ｂ及び４１ｃの外径より僅かに小さく形成されており、円筒部４１ｂ及び４１ｃに取り付けられると弾性により円筒部４１ｂ及び４１ｃを締め付ける。また、Ｏリング８１ａ及び８１ｂの厚みは凹部４１ａの深さよりも僅かに大きく、インク供給部材４１が積層体３７の上面にねじ８２によって固定（図２参照）されたときに、Ｏリング８１ａ及び８１ｂが凹部４１ａの内表面と積層体３７の上面との間に挟み込まれて押し潰されるように構成されている。

これらにより、インク供給部材４１を積層体３７に固定した際、押し潰されたＯリングが弾性によって元の形状に戻ろうとし、インク供給部材４１と積層体３７とのいずれにも密着してこれらの隙間を塞ぐ。このため、流出孔７２ａ及び７２ｂ内をインクが流れた際にインク供給部材４１と積層体３７との間からインクが漏れ出したりしないように、インク供給部材４１と積層体３７とが水密に接続される。

供給口７１ａからのインクは、図６（ａ）に示すように、第１空間７４内を左方から右方にほぼ水平に流れ、フィルタ７９と対向する領域からフィルタ７９に沿いつつ上方に流れる。そして、インクはフィルタ７９を介して第２空間７５に流入する。このとき、第１空間７４内のインク中に存在する異物はフィルタ７９によって捕捉され、異物が取り除かれたインクが第１空間７４から第２空間７５に流れる。そして、インクは第２空間７５の非対向領域７６を通った後、流出孔７２ａ、７２ｂを下方に向かって流れ、流出孔７２ａ、７２ｂからプレート４２へと流出する。

ダンパフィルム７８及び８３は、可撓性を有する樹脂フィルムから形成されている。ダンパフィルム７８及び８３とプレート４２の上面との間には、ダンパフィルム７８及び８３がインクの振動に応じて変位できるように、隙間が介在している。この構成により、インクの振動に応じてダンパフィルム７８及び８３が略鉛直方向に変位し、インクの振動を吸収して減衰させることができる。

インク供給部材４１の上面には、非対向領域７６と外部とを連通させる開口が形成されている。そして、この開口はフィルム７６ａによって封止されている。フィルム７６ａは、可撓性を有しており、インクの振動に応じて変位することでインクの振動を吸収し減衰させる。

プレート４２〜４８及び小プレート群４９からなる積層体３７は、第２の流路体の一部を構成している。この積層体３７内の各部材は金属製平板であり、各部材には、インク供給部材４１からインクが供給されるインク流路を構成する貫通孔が形成されている。

詳細には、プレート４２には、流出孔７２ａ、７２ｂに対向した２つの貫通孔４２ａ、４２ｂが、プレート４２を厚み方向に貫通するようにプレート４２の中央付近に形成されている。２つの貫通孔４２ａ、４２ｂは、Ｏリング８１ａ、８１ｂによって流出孔７２ａ、７２ｂにそれぞれ接続されている。プレート４２の上面は、インク供給部材４１の下面と対向している。

プレート４３には、プレート４３の中央付近から両端付近までそれぞれ延在した２つの貫通孔４３ａ、４３ｂが形成されている。各貫通孔４３ａ、４３ｂは、プレート４３の中央に近づくにつれて細くなったテーパー領域を有している。各貫通孔４３ａ、４３ｂは、テーパー領域の先端付近において、対応する貫通孔４２ａ、４２ｂと対向している。プレート４４には、その両端付近にそれぞれスリット状の貫通孔４４ａ、４４ｂが形成されている。各貫通孔４４ａ、４４ｂは、プレート４４の幅方向に延び、対応する貫通孔４３ａ、４３ｂの外側端付近と対向している。

プレート４５には、プレート４５の一端付近から他端付近まで延在した矩形で細長い貫通孔４５ａが形成されている。貫通孔４５ａは、その両端付近において、貫通孔４４ａ、４４ｂと対向している。プレート４６には、その長手方向に関して中央を挟むほぼ対称な位置に貫通孔４６ａ及び４６ｂが形成されている。貫通孔４６ａ及び４６ｂは、プレート４６の長手方向に長尺な矩形の平面形状を有している。プレート４６の上面には、貫通孔４５ａ内のインクを異物を除去してから貫通孔４６ａ及び４６ｂへと流れ込ませるためのフィルタ５１ａ及び５１ｂが、貫通孔４６ａ及び４６ｂを覆うように貼り付けられている。

ここまでの構成で、インク供給部材４１（第１の流路体）に加え、プレート４２〜プレート４６が積層されると、インク供給部材４１内でインク流路７３の供給口７１ａ側に位置する流出孔７２ａで分岐し、流出孔７２ａよりも排出口８０ａ側に位置する流出孔７２ｂでインク流路７３に合流する分岐流路（後述）が構成される。分岐流路の大部分は、インク供給部材４１を除くリザーバユニット３２内に形成され、分岐流路の途中部では、２つのフィルタ５１ａ、５１ｂによって流路壁の一部が構成されている。分気流路の両端部は、インク供給部材４１内に存在し、一方が流出孔７２ａであり、他方が流出孔７２ｂである。

プレート４７には、プレート４７の一端付近から他端付近まで延在した細長い貫通孔４７ａが形成されている。貫通孔４７ａは貫通孔４６ａ及び４６ｂと対向している。貫通孔４７ａは、その短手方向の両側からプレート４７の端縁に向かって水平に突出した１８個の凸状部４７ｂを有している。これらの凸状部４７ｂは、プレート４７の長手方向に沿って９個ずつ２列に配列されている。各列を構成する９個の凸状部４７ｂは、最も外側にある１個を除いて、２つの対となるもの同士が近接するように配置されている。また、１８個の凸状部４７ｂは、プレート４７の中心に対して点対称に配置されている。

プレート４８には、凸状部４７ｂと対向する位置に、ほぼ環状の貫通孔４８ａが形成されている。貫通孔４８ａは１８個の凸状部４７ｂに対応して１８個設けられている。

小プレート群４９のうち８個の小プレート４９ａには、互いに近接した２個の貫通孔４８ａに対向する２個の貫通孔５０ａが形成されている。そして、８個の小プレート４９ａをヘッド１の長手方向に挟むように配置された２個の小プレート４９ｂには、各列において最も外側にある貫通孔４８ａに対向する１個の貫通孔５０ｂが形成されている。

プレート４２〜４７及び小プレート群４９に形成された貫通孔５０ａ、５０ｂは、互いに連通し、インク供給部材４１からのインクをヘッド本体３３へと供給するインク流路を形成している。つまり、インク供給部材４１（第１の流路体）に加え、プレート４２〜４９が積層されると、リザーバユニット３２内には、さらに連通流路が形成されて、連通流路の一方の端部が２つのフィルタ５１ａ、５１ｂを介して分岐流路と連通する。連通流路の他方の端部は、プレート４８の貫通孔４８ａおよびこれに対応した小プレート群４９の貫通孔５０ａ、５０ｂであり、マニホールド流路１０５（後述）に連通する流入流路となっている。

ヘッド本体３３は、流路ユニット９、並びに、流路ユニット９の上面に固定された１０個のフィルタ１０６及び８つのアクチュエータユニット２１を含んでいる。ヘッド本体３３は第２の流路体の一部を構成しており、積層体３７と合わせて第２の流路体の全体を構成している。フィルタ１０６は、１０個の小プレート４９ａ、４９ｂごとに設けられており、１つ又は２つのインク供給口１０５ｂを被覆している。

なお、ヘッド本体３３は下面に吐出面２ａを有し、その内部には、複数の吐出口１０８に連通する液体供給流路（後述のマニホールド流路１０５および副マニホールド流路１０５ａ）が形成されている。リザーバユニット３２とヘッド本体３３（流路ユニット９）とが積層されて、液体供給流路の一方の端部がフィルタ１０６を介して連通流路の他方の端部（流入流路）と連通する。このとき、リザーバユニット３２とヘッド本体３３（流路ユニット９）とは、流入流路からマニホールド流路１０５への流入方向に積層される。

アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０（図９参照）内のインクに吐出エネルギーを付与する複数の圧電アクチュエータを含んでいる。各アクチュエータユニット２１の上面には、平型柔軟基板であるＣＯＦ５１が接合されている。ＣＯＦ５１には、アクチュエータユニット２１に供給される駆動信号を生成するドライバＩＣ５２が実装されている。

基板３１には、複数の電子部品が配置されている。ＣＯＦ５１は、基板３１に取り付けられたコネクタ３１ａを介して、基板３１上の複数の電子部品に接続されている。基板３１上の複数の電子部品は、図示しない配線を介して制御部１００に接続されている。

ところで、インクジェットプリンタ１０１には、ヘッド１のインク流路内に浸入した空気を除去するため、ヘッド１の内外でインクを循環させる循環機構が設けられている。以下、かかるインク循環機構について説明する。図７は、基板３１を除く、ヘッド１の長手方向に沿った模式的な断面図と、ヘッド１に接続されたインク循環機構とを示す模式図である。図７のヘッド１においては、流路が見やすくなるように、各部材の縦横比が大幅に変更されている。

インク循環機構は、インクタンク１７からインクを吸引し、ヘッド１にインクを供給するポンプ２５とインクから空気を分離するサブタンク（気液分離部）２６を含む。さらに、インク循環機構は、ポンプ２５とインク供給部材４１の供給口７１ａとを接続するインクチューブ２７ａ、排出口８０ａとサブタンク２６の流入口とを接続するインクチューブ２７ｂ、サブタンク２６の流出口とポンプ２５を接続するインクチューブ２７ｃを含んでいる。インクチューブ２７ｃには、開閉弁２４ａが介挿されており、循環を開始したり停止したりできる。また、サブタンク２６の上部には、開閉弁２４ｂが介挿された排気チューブ２７ｄが接続されており、サブタンク２６内の空気を大気に放出可能となっている。インクタンク１７とポンプ２５の間にも開閉弁２４ｃが介在している。

ヘッド１内の空気を排出する場合には、開閉弁２４ａを閉じた状態にし、開閉弁２４ｂを開いた状態にすると共に、開閉弁２４ｃを開けた状態にして、ポンプ２５を制御部１００による制御で駆動する。これによって、新鮮なインクがヘッド１に供給されると共に、ヘッド１内の空気がインクと共にサブタンク２６に流れ込む。サブタンク２６内では、空気がインクから分離して上方に移動し、排気チューブ２７ｄを介して大気に放出される。

この間、ヘッド１内では、インクがインク流路（部分流路）７３を供給口７１ａから排出口８０ａに向かって流れる。さらに、インクは、インク流路７３の途中部において、流出孔７２ａが接続する第１の位置７３ａで分岐して分岐流路にも流れ込む。また、流出孔７２ｂが接続する第２の位置７３ｂにおいて、分岐流路内のインクがインク流路７３を流れるインクと合流する。

ここで、第１の位置７３ａと第２の位置７３ｂとの間において、分岐流路の流路抵抗は、インク流路７３の流路抵抗の１０倍から２０倍に調整されている。これによって、気泡を排出できるインク流を分岐流路内に作れると共に、吐出口１０８の形成されたインクのメニスカスを破壊することがない。

分岐流路内では、図７に示すように、流出孔７２ａから流出孔７２ｂに向かう流れが生じており、インクはフィルタ５１ａ、５１ｂの分岐流路側の表面に沿って流れる。ここで、Ｏリング８１ａ、８１ｂを介して流路内に空気が浸入している場合には、分岐流路内のインクの流れに乗って流出孔７２ｂへと移動する。フィルタ５１ａ、５１ｂの表面にも気泡が付着することがあるが、この気泡も同様に移動する。第２の位置７３ｂで合流したインクは、サブタンク２６で空気との分離が行われる。

所定の時間、この状態を持続すると、部分流路と分岐流路とからなる供給排出流路内が新鮮なインクで充填されることになる。このとき、フィルタ５１ａ、５１ｂの高い流路抵抗を利用して、フィルタ５１ａ、５１ｂを介して連通流路へのインクの流れ込みが生じない程度にポンプ２５を駆動することが好ましい。これによって、供給排出流路内の気泡を確実に排出することができる。

なお、インクの初期導入時には、供給排出流路内がインクで充填された後、制御部１００によってポンプ２５を強めに駆動することで、フィルタ５１ａ、５１ｂを介して、インクを連通流路側に流れ込ませる。さらに、インクは、フィルタ１０６を介して液体供給流路に流れ込み、最終的に吐出口１０８に至る。これによって、ヘッド１内は新鮮なインクで充填されることになる。

一方、インクを循環させる場合には、開閉弁２４ａを開いた状態にし、開閉弁２４ｂを閉じた状態にすると共に、開閉弁２４ｃを閉じた状態にして、ポンプ２５を制御部１００による制御で駆動する。これによって、ポンプ２５から、ヘッド１、サブタンク２６、そして再びポンプ２５へと、インクが巡ることになる。

なお、本実施形態において、供給口７１ａからインク流路７３、流出孔７２ａ、貫通孔４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａ、４４ｂ、４５ａ、４３ｂ、４２ｂ、流出孔７２ｂ、及び、インク流路７３を順に経て、排出口８０ａに到達するまでの流路が、本発明の供給排出流路に対応する。また、この供給排出流路にフィルタ５１ａ及び５１ｂを介して連通し、貫通孔４６ａ、４６ｂ、４７ａ、５０ａ、及び５０ｂを経て、ヘッド本体３３へとインクを流入させる流路が、本発明の連通流路に対応する。

次に、ヘッド本体３３について図８、図９、図１０（ａ）、図１０（ｂ）をさらに参照しつつ説明する。図８は、隣り合う２つのアクチュエータユニット２１に跨る部分の平面図である。図９は、図８に示すIX−IX線に沿った流路ユニット９の部分断面図である。また、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、図９中に一点鎖線で示した領域の拡大断面図及び個別電極の平面図である。なお、図８において、図面を分かりやすくするために、破線で描くべきアパーチャ１１２を実線で描いている。

ヘッド本体３３には、インクを吐出する吐出口１０８と、この吐出口１０８にインクを供給する液体供給流路とが以下のように形成されている。図８に示すように、流路ユニット９の上面には、平面形状がほぼ菱形の複数の圧力室１１０がマトリクス状に規則的に配列されている。アクチュエータユニット２１は、流路ユニット９に形成された複数の圧力室１１０に対向して設けられた複数の個別電極１３５（図１０（ａ）参照）を含んでおり、圧力室１１０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９の上面には、リザーバユニット３２の１８個の流入流路に対応して、計１８個のインク供給口１０５ｂが開口している。インク供給口１０５ｂはフィルタ５１ａ及び５１ｂよりも目の細かいフィルタ１０６によって被覆されている。流路ユニット９の内部には、インク供給口１０５ｂを一端とする複数のマニホールド流路１０５、及び、マニホールド流路１０５から分岐した共通液体流路である複数の副マニホールド流路１０５ａが形成されている。流路ユニット９の下面は、ノズルの開口である複数の吐出口１０８がマトリクス状に規則的に配列された吐出面２ａとなっている。

流路ユニット９は、図９に示すように、上から順に、キャビティプレート１２２、ベースプレート１２３、アパーチャプレート１２４、サプライプレート１２５、３枚のマニホールドプレート１２６、１２７、１２８、カバープレート１２９、及び、ノズルプレート１３０、という９枚の金属プレートから構成されている。これら９枚のプレート１２２〜１３０は、主走査方向に長尺な矩形平面形状を有する。

これら９枚のプレート１２２〜１３０が互いに位置合わせして積層されることによって、流路ユニット９内には、副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を介して吐出口１０８に至る複数の個別インク流路１３２が形成されている。リザーバユニット３２からインク供給口１０５ｂを介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａに入り込む。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズルの吐出口１０８に至る。なお、本実施形態において、一端側がフィルタ１０６を介して流入流路（連通流路）に連通し、他端側が複数の吐出口１０８に至る流路が、液体供給流路に相当する。

アクチュエータユニット２１について説明する。図５に示すように、８つのアクチュエータユニット２１は、それぞれ台形の平面形状を有しており、インク供給口１０５ｂを避けるよう流路ユニット９の長手方向についてジグザグに配置されている。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９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９の長手方向つまり主走査方向に関して互いにオーバーラップしている（図８参照）。

図１０（ａ）に示すように、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３枚の圧電層１４１〜１４３を含んでいる。最上層の圧電層１４１上における圧力室１１０に対向する領域には、個別電極１３５が形成されている。最上層の圧電層１４１とその下側の圧電層１４２との間にはその全面に共通電極１３４が介在している。個別電極１３５は、図１０（ｂ）に示すように、圧力室１１０と相似な略菱形の平面形状を有する。個別電極１３５における鋭角部の一方は圧力室１１０外にまで延出され、その先端には個別電極１３５と電気的に接続された円形のランド１３６が設けられている。なお、圧電層１４１の上面には、個別電極用のランド１３６のほかに、共通電極用のランドも形成されている。共通電極用のランドは、スルーホール内の導電体を介して共通電極と接続されている。

共通電極１３４には、ＣＯＦ５１によって、基準電位であるグランド電位が付与されている。一方、個別電極１３５は、各ランド１３６及びＣＯＦ５１の内部配線を介して、ドライバＩＣ５２に設けられた端子と電気的に接続されている。各個別電極１３５には、ドライバＩＣ５２から、それぞれ独立に、アクチュエータユニット２１を駆動する駆動信号が供給される。したがって、アクチュエータユニット２１において、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分が、それぞれ独立した個別のアクチュエータとして働くことになる。つまり、アクチュエータユニット２１には、圧力室１１０と同数のエネルギー付与部材である複数のアクチュエータが構築されていることになる。

ノズルからインク滴を吐出させるためのアクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。圧電層１４１はその厚み方向に分極されており、個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電層１４１に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電層１４１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。この活性部は、電界と分極の方向とが同じときには、厚み方向に伸長し面方向に収縮する。このときの伸長及び収縮に伴う変位量は、厚み方向より面方向の方が大きい。アクチュエータユニット２１においては、圧力室１１０から最も離れた圧電層１４１が活性部を含む層であり、圧力室１１０に近い下側２枚の圧電層１４２、１４３が非活性層である。図１０（ａ）に示すように、圧電層１４３が圧力室１１０を区画するキャビティプレート１２２の上面に固定されているため、圧電層１４１における電界印加部分とその下方の圧電層１４２、１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電層１４１〜１４３全体が圧力室１１０に向かって凸になるようにユニモルフ変形する。これにより圧力室１１０内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与され、圧力室１１０内に圧力波が発生する。そして、発生した圧力波が圧力室１１０からノズルの吐出口１０８まで伝播することによって吐出口１０８からインク滴が吐出される。

なお、上述のように、アクチュエータユニット２１を駆動して用紙Ｐに画像を形成する場合、ポンプ２５によるインクの循環を行ってもよいし、行っていなくてもよい。しかし、循環を行うことで、流路内に発生する気泡がサブタンク２６によって常にインクと分離されるので、吐出口１０８が詰まって吐出不能になったり、吐出特性が変化したりすることがない。

以上のように本実施形態は、樹脂製の第１流路体及び吐出口が形成された金属製の第２流路体が積層した積層構造体であって、前記第１流路体は、前記第２流路体と連結する連結部を含み、外部からインクが供給される供給口及び外部にインクが排出される排出口と、前記供給口と前記排出口とを連通する部分流路とを有し、前記第２流路体は、前記部分流路の前記供給口側に位置する第１分岐位置から分岐し、前記第１分岐位置よりも前記排出口に近い第２分岐位置で前記部分流路に合流する分岐流路と、前記部分流路の流路壁の一部を構成するフィルタと、前記フィルタを介して分岐すると共に前記分岐流路と前記吐出口とを連通する連通流路に加えて、複数の前記吐出口が形成された吐出面と、一方端で前記連通流路と連通し他方側で分岐して前記複数の吐出口にそれぞれ連通する液体供給流路とを有し、前記第１流路体の連結部において、前記第１流路体と前記第２流路体とを水密に連結する２つの環状弾性体が配置され、一方の環状弾性体によって前記第１分岐位置から前記フィルタに至る前記分岐流路の供給口側部分が形成され、他方の環状弾性体によって前記フィルタから前記第２分岐位置に至る前記分岐流路の排出口側部分が形成されていることを特徴としている。

以上説明した本実施形態によると、ヘッド１のインク流路内に浸入した空気は、ヘッド１の内外に形成されるインク循環流路によってヘッド１外へと排出されるため、ヘッド１内に空気がたまりにくい。このとき、供給口７１ａやダンパフィルム７８等から直接インク流路７３に浸入した空気は、インク流路７３に沿って排出口８０ａに向かうインク流によって排出口８０ａからヘッド１外へと排出される。

また、インク流路７３から分岐し、積層体３７内のフィルタ５１ａ及び５１ｂをその上面に沿って跨ぐようにインクが通過する分岐流路が形成されている。したがって、フィルタ５１ａやフィルタ５１ｂに付着した気泡が分岐流路内のインク流によって押し流され、排出口８０ａからヘッド１の外部へと排出される。このように、本実施形態において、分岐流路を構成する貫通孔４４ａ、４４ｂ及び４５ａは、フィルタ５１ａやフィルタ５１ｂに付着した気泡等を排出しやすくする観点から、フィルタ５１ａやフィルタ５１ｂを跨ぐように形成されている。さらに、積層体３７内に多くのインクを貯留するという観点から、貫通孔４４ａ、４４ｂ及び４５ａがプレート４４やプレート４５の幅一杯に長尺に形成されている。

また、ゴムなどの弾性材料はガスバリア性が低いことが多いため、Ｏリング８１ａや８１ｂのようにインク流路の一部が弾性材料からなる部分においては、インク流路内に空気が浸入しやすい。本実施形態においては、上記の分岐流路がＯリング８１ａや８１ｂを通るため、Ｏリング８１ａや８１ｂを通じてインク流路内に混入した気泡がインク流によって押し流され、排出口８０ａから排出される。

また、分岐流路の一部である流出孔７２ａ、７２ｂ及び貫通孔４２ａ、４２ｂが直線経路に沿っている。そして、流出孔７２ａ、７２ｂ及び貫通孔４２ａ、４２ｂが鉛直方向に沿うようにインクジェットプリンタ１０１内にヘッド１が配置されている。これにより、積層体３７側からインク流路７３へと空気を逃がしやすくなっている。なお、流出孔７２ａ、７２ｂ及び貫通孔４２ａ、４２ｂが必ずしも鉛直方向に沿っていなくてもよく、少なくとも水平方向に交差していればよい。

また、本実施形態においては、第１の位置７３ａにおいてインク流路７３から分岐し第２の位置７３ｂにおいてインク流路７３に合流する分岐流路全体の流路抵抗は、第１の位置７３ａからインク流路７３に沿って第２の位置７３ｂに向かう最短経路の流路抵抗の１０倍から２０倍程度の大きさに調整されている。つまり、第１の位置７３ａから第２の位置７３ｂまでは、インク流路７３に沿った経路の方が、積層体３７へと向かう分岐流路に沿った経路より、１０〜２０倍程度インクが流れやすい。したがって、供給口７１ａやダンパフィルム７８等を介して直接インク流路７３に浸入した空気は分岐流路側へと流入しにくく、インク流路７３に沿って排出口８０ａへと向かう。

また、本実施形態においては、フィルタ５１ａ及び５１ｂが積層体３７内に配置されている。これにより、インク流路においてＯリング８１ａ及び８１ｂが配置された箇所が、フィルタ５１ａやフィルタ５１ｂが配置された箇所より排出口８０ａに近い位置に配置されている。

一方、図１１（ａ）のように、フィルタ２５１が積層体２３７内ではなく、インク供給部材２４１内に配置されている場合には、Ｏリング２８１がフィルタ２５１より排出口２７１ｂから遠い位置に配置される。つまり、Ｏリング２８１が流路抵抗が非常に高いフィルタ２５１によって、供給口２７１ａから排出口２７１ｂに至るインク流路２７３から隔離されている。この場合、Ｏリング２８１から浸入した空気がフィルタ２５１にたまりやすく、インク流路２７３内にインク流を形成しても空気を排出しにくい。

これに対して本実施形態では、Ｏリング８１ａ及び８１ｂがフィルタ５１ａや５１ｂより排出口８０ａ側に配置されている。このため、Ｏリング８１ａ及び８１ｂを通って排出口８０ａへと向かうインク流をフィルタを介さずに形成することができる。したがって、Ｏリング８１ａ及び８１ｂから浸入した空気を排出口８０ａからヘッド１外へと容易に排出しやすい。

なお、図１１（ｂ）に示すように、フィルタ３５１をインク供給部材３４１と積層体３３７との接続部に配置することも考えられる。この場合、積層体３３７側からの空気を逃がすことを考えると、フィルタ３５１は図１１（ｂ）に示すようにある程度幅を持たせた構成とする必要がある。このため、フィルタ３５１をインク供給部材３４１と積層体３３７との接続部に配置すると、フィルタ３５１のサイズにもよるが、接続部の界面も大きくする必要が生じる。接続部の界面において発生するインク圧に抗するため、インク供給部材３４１と積層体３３７とをより大きな力で固定しなければならず、Ｏリング３８１の耐圧性能を高くしなければならなくなるという問題が生じる。しかし、このようなインク供給部材３４１と積層体３３７との固定力の増加が許容できる場合には、流路構成が簡単になり、部品点数の削減とヘッドの小型化に寄与する。

また、本実施形態においては、インク供給部材４１が樹脂製であるのに対して積層体３７が金属製である。このように、２つの流路体同士が異なる材料からなる場合には接着剤による接着に適さないことがある。例えば、樹脂材料であって耐薬品性（耐インク性）の高い材料としてポリプロピレン等が考えられるが、このような材料を使用すると、金属に対する接着剤による接着性が低くなる。そこで、本実施形態にようにねじ８２を用いてインク供給部材４１を積層体３７に固定する必要が生じ、ガスバリア性の低い弾性材料からなるＯリング８１ａ等を用いる必要が生じる。したがって、インク流路から空気を排出しやすい本発明を採用することが好適となる。

＜その他の変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、供給口７１ａから排出口８０ａを結ぶインク流路７３から分岐流路が積層体３７に向かって分岐しており、これによって空気を排出するためのインク循環流路が２本形成されている。しかし、インク循環流路が１本だけ形成されていてもよい。例えば、インク流路７３において第１の位置７３ａと第２の位置７３ｂとの間の部分が形成されておらず、分岐流路のみが第１の位置７３ａと第２の位置７３ｂとを結んでいてもよい。この場合にも、分岐流路内にインクを流すことにより、フィルタ５１ａ、５１ｂ、Ｏリング８１ａ、８１ｂ付近の空気を排出口８０ａへと押し流すことができる。

また、上述の実施形態においては、インク循環流路の分岐流路がインク供給部材４１と積層体３７との接続部を２回跨ぐように形成されている。しかし、積層体３７側に排出口８０ａが設けられているなどの場合においては、インク循環流路がインク供給部材４１と積層体３７との接続部を１回だけ跨ぐように形成されていてもよい。あるいは、３回以上跨ぐように形成されていてもよい。これらの場合には、インク循環流路がインク供給部材４１と積層体３７との接続部を跨ぐ箇所ごとにＯリングが配置されていることが好ましい。

また、上述の実施形態のようにインク供給部材４１と積層体３７とが異なる材質からなり、互いを接着しにくい場合に、本発明を採用するのが好適である。しかし、２つの流路体が互いに同じ材質からなる場合であっても、それらの接続部にＯリングのような弾性材料からなるシール部材を用いる場合には本発明を採用することが適している。

また、上述の実施形態のようにインク循環流路がフィルタ５１ａ等の表面に沿ってインクが流れるように形成されていることが好ましいが、本発明はこれに限られない。例えば、フィルタ５１ａや５１ｂがプレート４６の上面に貼り付けられているのではなく、プレート４７とプレート４８との間のインク流路の接続部に設けられていてもよい。

また、上述の実施形態は、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、本発明を適用可能な対象はこのようなインクジェットヘッドに限られない。例えば、導電ペーストを吐出して基板上に微細な配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に吐出して高精細ディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に吐出して光導波路等の微小電子デバイスを形成するための、液滴吐出ヘッドに適用することができる。

本発明の一実施の形態に係るインクジェットヘッドを含むインクジェットプリンタの内部構成を示す縦断面図である。 図１に描かれたインクジェットヘッドの分解斜視図である。 図１に描かれたインクジェットヘッドを構成する複数の部材の平面図である。 図１に描かれたインクジェットヘッドを構成する複数の部材の平面図である。 図１に描かれたインクジェットヘッドを構成する複数の部材の平面図である。 インクジェットヘッドに含まれるインク供給部材の断面図である。 インクジェットヘッドの長手方向に沿った模式的な断面図と、ヘッドに接続されたインク循環機構とを示す模式図である。 インクジェットヘッドに含まれる流路ユニットの部分拡大平面図である。 図８に示すIX−IX線に沿った断面図である。 アクチュエータユニットの拡大断面図及び個別電極の平面図である。 参考例に係るインクジェットヘッドの長手方向に沿った模式的な断面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
３３ ヘッド本体
３７ 積層体
４２〜４８ プレート
４９ プレート群
５１ａ フィルタ
５１ｂ フィルタ
７１ａ 供給口
７３ インク流路
７３ａ 第１の位置
７３ｂ 第２の位置
８０ａ 排出口
８１ａ，８２ｂ Ｏリング
１０１ インクジェットプリンタ
１０６ フィルタ
１０８ 吐出口

Claims (9)

1. 液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に液体を供給する液体供給流路と、外部からの液体の供給口、及び、外部への排出口に連通した供給排出流路と、前記供給排出流路及び液体供給流路を互いに連通させる連通流路とが形成されるように配設された第１及び第２の流路体と、
   前記供給排出流路の一部を構成し、前記第１及び第２の流路体を互いに水密に接続する、弾性材料からなるシール部材とを備えており、
   前記連通流路は、前記第２の流路体の内部に配置されたフィルタを介して前記供給排出流路と連通していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記供給排出流路が、前記供給口から前記排出口に至る部分流路と、前記部分流路から第１の位置において分岐し、前記フィルタに面した領域を経て、前記第１の位置より前記排出口に近い第２の位置において前記部分流路に合流する分岐流路とを含んでいることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記分岐流路は、前記フィルタに面した部分において、前記フィルタをその面方向の一方側から他方側に向かって跨ぐように延びていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記部分流路が、前記第１の流路体の内部に形成されており、
   前記分岐流路が、前記第１の流路体から前記第２の流路体へと延びる部分を有しており、
   前記シール部材が、前記分岐流路において前記第１の流路体から前記第２の流路体へと延びる部分の一部を構成していることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記分岐流路において前記第１の流路体から前記第２の流路体へと延びる部分が直線経路に沿っていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記分岐流路が、前記第１の位置において前記部分流路から分岐して前記第２の流路体へと延びる部分と、前記第２の流路体から前記第１の流路体へと延び、前記第２の位置において前記部分流路へと合流する部分とを有しており、それぞれの部分に前記シール部材が配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記部分流路において前記第１の位置から前記第２の位置までの流路抵抗が、前記分岐流路の流路抵抗より小さいことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第１の流路体において前記シール部材と対向した部分が樹脂材料からなり、前記第２の流路体において前記シール部材と対向した部分が金属材料からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記連通流路が、別のフィルタを介して前記液体供給流路と連通していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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