JP2012143948A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の増粘や成分の沈降を確実に抑制して液体の噴射品質を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体を噴射するノズル開口２１が設けられたノズルプレート２０と、前記ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が設けられた流路形成基板１０と、前記圧力発生室１２内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段３００と、前記ノズルプレート２０と前記流路形成基板１０との間に設けられて、前記圧力発生室１２と前記ノズル開口２１とを連通する連通路１６が設けられた連通板１５と、を具備し、前記連通板１５には、前記連通路１６と複数の前記圧力発生室１２に共通して連通する共通液体室１００とを連通する循環流路１７が設けられている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられる圧電アクチュエーターを具備し、この圧電アクチュエーターの変位によって圧力発生室内に圧力を付与することで、ノズル開口からインク滴を噴射するものがある。

かかるインクジェット式記録ヘッドでは、ノズル開口からインクに含まれる成分が蒸発することで、インクが増粘し、インク滴の吐出特性が時間の経過と共にばらつきが生じ、液体の噴射品質を一定に保つことができない。また、インクに含まれる成分が沈降し、連続して吐出させた場合のインク滴の成分と、時間を開けて吐出させた場合のインク滴の成分とに差異が生じることでも液体の噴射品質にばらつきが生じてしまう。

このため、複数の圧力発生室が共通して連通する共通液体室にインクを供給すると共に、共通液体室からインクを回収して、供給と回収とを繰り返すことでインクを循環させて、インクの増粘及びインクに含まれる成分の沈降を抑制したインクジェット式記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特開２００９−２４７９３８号公報 特許第３１６１０９５号公報

しかしながら、特許文献１及び２のように、複数の圧力発生室に共通して連通する共通液体室のインクを循環させたとしても、インク滴として吐出される直前のノズル開口近傍のインクの増粘やインクの成分の沈降を抑制することができず、液体の噴射品質が低下してしまうという問題がある。

なお、このような問題はインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、液体の増粘や成分の沈降を確実に抑制して液体の噴射品質を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口が設けられたノズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、前記ノズルプレートと前記流路形成基板との間に設けられて、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通する連通路が設けられた連通板と、を具備し、前記連通板には、前記連通路と複数の前記圧力発生室に共通して連通する共通液体室とを連通する循環流路が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、連通路及び循環流路を有する連通板を設けることで、圧力発生室よりもノズル開口に近い流路によってノズル開口近傍の液体を循環させることができ、液滴として吐出される直前の液体の乾燥や含まれる成分の沈降を確実に抑制することができる。また、連通板に連通路及び循環流路といった様々な機能の流路を設けることで、ノズルプレートや流路形成基板の流路をシンプルにできる。そのため、ノズルプレートや流路形成基板の面積を小さくすることができ、ノズルプレートや流路形成基板の取り数を増大させてコストを低減することができる。

ここで、前記流路形成基板には、前記圧力発生室が並設された列が少なくとも２列設けられていると共に、前記循環流路は、２列の前記圧力発生室に連通する共通の液室として設けられていることが好ましい。これによれば、２列の圧力発生室の液体を１つの循環流路で循環することができ、構造を簡略化して、コストを低減することができる。

また、前記流路形成基板には、前記圧力発生室が並設された列が複数列設けられていると共に、前記循環流路は、前記圧力発生室の各列に連通して列毎に独立して設けられていることが好ましい。これによれば、各圧力発生室の列毎に異なる種類の液体を供給して、吐出させることができる。

また、前記流路形成基板には、前記循環流路と連通して、当該循環流路の断面積を広げる拡張部が設けられていることが好ましい。これによれば、循環流路の断面積を増大させて循環特性を向上することができる。

また、前記循環流路が、前記流路形成基板と前記連通板との積層方向において、前記圧力発生室と重なる位置に配置されていることが好ましい。これによれば、循環流路の断面積を増大させて循環特性を向上することができる。

また、前記循環流路には、前記圧力発生室から前記共通液体室に向かって液体が流れる流方向に対して傾斜して設けられて、当該循環流路の断面積を下流に向かって漸小させる第１壁面と、前記流方向に対して傾斜して設けられて前記第１壁面によって漸小した断面積を漸大させる第２壁面と、を具備する絞り部が設けられており、前記第１壁面の前記循環流路の当該第１壁面よりも上流側の内面に対する傾斜角度は、前記第２壁面の前記循環流路の当該第２壁面よりも下流側の内面に対する傾斜角度よりも大きいことが好ましい。これによれば、絞り部を設けることで、循環流路を通る液体の圧力発生室からマニホールドに向かう順方向と、その逆の方向である逆方向とで流路抵抗に差を生じさせることができる。このため、圧力発生手段による圧力発生室内の液体への圧力変動だけで、液体を循環させることができ、別途ポンプ等が不要となってコストを低減することができる。

また、前記絞り部が複数設けられていることが好ましい。これによれば、順方向と逆方向との流路抵抗の差（比率）を大きくすることができる。

また、前記第１壁面が、曲面で形成されていてもよい。

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、液体の噴射品質を向上した液体噴射装置を実現できる。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの流路を示す断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの断面図である。 実施形態３に係る記録ヘッドの流路を示す断面図である。 実施形態３に係る記録ヘッドの流路を示す要部を拡大した斜視図である。 実施形態３に係る流路を示す要部を拡大した平面図である。 実施形態３に係る流路の変形例を示す断面図である。 実施形態３に係る流路の変形例を示す要部を拡大した平面図である。 実施形態３に係る流路の変形例を示す要部を拡大した平面図である。 一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例を示すインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の短手方向の断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′線断面図及びその要部を拡大した断面図であり、図４は、流路構成を示す断面図である。

図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が略直線上に並設された列が２列形成されている。なお、圧力発生室１２が略直線上に並設された２列は、一方の圧力発生室１２の列に対して、他方の圧力発生室１２の列が、並設方向で圧力発生室１２の隣り合う間隔の半分だけずれた位置に配置されている。これにより、詳しくは後述するノズル開口２１も同様に、ノズル開口２１の２列が半分の間隔だけずれて配置されて、解像度を２倍にしている。

また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向の一端部側には、インク供給路１４が設けられており、複数の圧力発生室１２に共通する共通液体室であるマニホールドからのインクがインク供給路１４を介して圧力発生室１２に供給される。なお、インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、マニホールド１００から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。ちなみに、本実施形態では、共通流路であるマニホールドに連通する複数の個別流路を圧力発生室１２とインク供給路１４とが構成している。

また、流路形成基板１０の開口面側（弾性膜５０とは反対側）には、連通板１５が接着剤や熱溶着フィルム等を介して設けられている。連通板１５には、各圧力発生室１２に連通する厚さ方向に貫通した連通路１６が設けられている。連通路１６は、圧力発生室１２の長手方向において、インク供給路１４と連通する端部とは反対側の端部に連通して設けられている。また、連通路１６は、各圧力発生室１２毎に独立して設けられている。そのため、連通路１６も、圧力発生室１２が成す列と同様に略直線上に並設されている。このような連通路１６を介して圧力発生室１２は詳しくは後述するノズル開口２１と連通している。

また、連通板１５には、循環流路１７が設けられている。循環流路１７は、並設された圧力発生室１２が成す列と当該列に隣接されて略直線上に並設された圧力発生室１２のもう一つの列の間に、圧力発生室１２の並設方向に沿って、複数の圧力発生室１２に亘って設けられている。そして、この循環流路１７には、連通板１５の各連通路１６が、各連通路１６毎に設けられて、ノズルプレート２０側に開口する凹形状を有する循環連通路１６ａを介してそれぞれ連通されている。また、本実施形態では、循環流路１７には、並設された圧力発生室１２が成す列のそれぞれが各連通路１６を介して共通して連通されている。

このような循環流路１７は、連通板１５を厚さ方向に貫通して設けられている。また、本実施形態では、流路形成基板１０の循環流路１７の一部に面するように、凹形状を有する拡張部１８が設けられている。この拡張部１８は、循環流路１７と略同じ開口幅を有し、且つ循環流路１７と略同じ開口長さを有する凹形状で設けられており、循環流路１７の断面積（流路径方向の断面積）を広げている。すなわち、実際には、連通板１５に設けられた循環流路１７と、流路形成基板１０に設けられた拡張部１８とが本実施形態の循環流路を構成している。

なお、循環流路１７の拡張部１８が設けられたのとは反対側の面（ノズルプレート２０側の面）は、ノズルプレート２０によって封止されている。

このような連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積（流路形成基板１０との接合面）を有し、流路形成基板１０のインク供給路１４の外側で詳しくは後述するケース部材４０との間でマニホールド１００を画成する。このため、連通板１５は、液滴の吐出方向からの平面視において、ケース部材４０と略同じ面積を有する。

また、連通板１５の流路形成基板１０とは反対側には、ノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して設けられている。ノズルプレート２０は、各連通路１６を介して各圧力発生室１２と連通するノズル開口２１が設けられている。なお、ノズルプレート２０は、ステンレス鋼等の金属や、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板などからなる。

このようなノズルプレート２０は、本実施形態では、連通板１５よりも小さい。ノズルプレート２０は、少なくとも２列の連通路１６のノズルプレート２０側の開口を共通して覆う大きさを有する。また、ノズルプレート２０は、循環流路１７を封止する大きさを有する。すなわち、ノズルプレート２０は、連通板１５の一方面を全て覆うことなく、連通板１５に設けられた循環流路１７と連通路１６とを覆う大きさで設けられている。このように、ノズルプレート２０の吐出方向からの平面視の面積を連通板１５の吐出方向からの平面視の面積よりも小さくすることで、コストを低減することができる。ちなみに、図示していないが、ノズルプレート２０の液体噴射面（連通板１５とは反対側の面）には、撥水性（撥液性）を有する撥水膜が設けられている。このような撥水膜は高価であり、撥水膜を成膜する面積に応じてノズルプレート２０のコストは高くなる。本実施形態では、ノズルプレート２０の面積を小さくすることで、撥水膜を成膜する面積を狭めてノズルプレート２０のコストを低減することができる。もちろん、ノズルプレート２０の材料である金属板やセラミックス板の面積を単純に小さくすることでコストを低減することができる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とが、成膜及びリソグラフィ法によって順次積層されて圧電アクチュエーター３００を構成している。ここで、圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電アクチュエーター３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第１電極６０は圧電アクチュエーター３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電アクチュエーター３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

また、各圧電アクチュエーター３００の個別電極である第２電極８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０には、駆動ＩＣ等の駆動回路１２０が設けられたフレキシブル配線であるＣＯＦ等の配線基板１２１が接続されており、駆動回路１２０からの信号は、配線基板１２１及びリード電極９０を介して各圧電アクチュエーター３００に供給される。

また、流路形成基板１０上の圧電アクチュエーター３００側の面には、圧電アクチュエーター３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な保持部３１を有する保護基板３０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して接合されている。圧電アクチュエーター３００は、この保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。本実施形態では、圧力発生室１２が幅方向に並設された２列に対応して圧電アクチュエーター３００が幅方向に並設された列が２列設けられているため、保持部３１を圧電アクチュエーター３００の幅方向に並設された列に亘って共通して設けると共に、保持部３１を各圧電アクチュエーター３００の列毎に独立して設けた。

また、保護基板３０には、２つの保持部３１の間に、保護基板３０を厚さ方向に貫通して設けられた貫通孔３２が設けられている。流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００から引き出されたリード電極９０の端部は、貫通孔３２内に露出するように延設されており、リード電極９０と配線基板１２１とは貫通孔３２内で電気的に接続されている。

このような保護基板３０は、本実施形態では、流路形成基板１０と略同じ大きさ（接合面側の面積）で形成されている。また、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

また、保護基板３０の流路形成基板１０とは反対面側には、マニホールド１００を構成するケース部材４０が接合されている。

ケース部材４０は、保護基板３０側に流路形成基板１０及び保護基板３０を内部に保持する凹部４１を有する。凹部４１は、保護基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い面積を有し、流路形成基板１０と保護基板３０とを接合して合わせた厚さと略同じ深さを有する。そして、凹部４１の開口面を連通板１５で封止することで、凹部４１内に保護基板３０及び流路形成基板１０を保持する。すなわち、凹部４１の内面に保護基板３０の流路形成基板１０とは反対側の面が接合されていると共に、ケース部材４０の凹部４１が開口する面（凹部４１の周囲の面）に連通板１５の流路形成基板１０側の面が接合されている。これにより、凹部４１内に流路形成基板１０及び保護基板３０が保持されると共に、流路形成基板１０及び保護基板３０のインク供給路１４側の外側（端面）に、ケース部材４０と連通板１５とによって画成された空間であるマニホールド１００が形成される。本実施形態では、ケース部材４０の凹部４１の中央部に保護基板３０及び流路形成基板１０を保持させて、凹部４１の中央部の両側に、各圧力発生室１２に共通して連通するマニホールド１００を形成するようにした。このようなマニホールド１００は、図４に示すように、ケース部材４０に設けられた導入路４２から流入したインクをそれぞれの圧力発生室１２の列に分配するように分岐した流路を有している。また、ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して当該マニホールド１００にインクを供給する導入路４２と、循環流路１７に連通して当該循環流路１７からのインクを排出する排出路４３と、が設けられている。

導入路４２は、流路形成基板１０及び保護基板３０の圧力発生室１２の短手方向の一方側の辺に設けられたマニホールド１００の上部（連通板１５とは反対側）の中央部に連通するように配置されている。

排出路４３は、圧力発生室１２の並設方向において、導入路４２とは反対側に配置されている。また、流路形成基板１０、保護基板３０及び後述する封止膜４５には、ケース部材４０の排出路４３と循環流路１７とを連通する連通排出路４４が設けられている。

このような導入路４２及び排出路４３には、図４に示すように、外部のインクが貯留された液体貯留手段５に接続されたチューブなどの管状部材である供給管８及び回収管９が接続される。具体的には、供給管８は、一端部が液体貯留手段５に接続されると共に、他端部が導入路４２に接続されて、液体貯留手段５のインクをケース部材４０に供給する。

また、回収管９は、一端部が液体貯留手段５に接続されると共に、他端部が排出路４３に接続される。また、回収管９の途中には、ポンプ９ａが設けられており、液体貯留手段５からのインクは、ポンプ９ａの圧力によってインクジェット式記録ヘッド１から液体貯留手段５に戻される。

また、ケース部材４０の凹部４１の保護基板３０が接合される底面には、封止膜４５が設けられている。封止膜４５は、剛性が低く可撓性を有する材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等からなり、この封止膜４５によってマニホールド１００の一部が封止されている。

また、ケース部材４０のマニホールド１００に相対向する領域は、凹形状を有する空間部４６となっているため、マニホールド１００のケース部材４０側（連通板１５とは反対側）の一部は、封止膜４５のみで封止された撓み変形可能な可撓部４７となっている。

さらに、ケース部材４０には、厚さ方向に貫通して、保護基板３０の貫通孔３２に連通する接続口４８が設けられている。この接続口４８に挿通された配線基板１２１が、保護基板３０の貫通孔３２を挿通されてリード電極９０と接続される。また、ケース部材４０の凹部４１が開口する面とは反対面の接続口４８の開口縁部には、壁部４９が設けられている。この壁部４９には、配線基板１２１と、配線基板１２１に接続される接続基板１２２と、が保持されている。接続基板１２２は、本実施形態では、外部配線が接続されるコネクター１２３が設けられたリジット基板からなり、リード電極９０に接続された配線基板１２１が電気的に接続される。そして、接続基板１２２のコネクター１２３に外部配線（図示なし）が接続されることで、外部配線からの印刷信号を配線基板１２１に供給する。

このようなケース部材４０を用いてマニホールド１００を形成することで、流路形成基板１０及び保護基板３０を小型化することができる。ここで例えば、流路形成基板や保護基板にマニホールドを設ける場合、流路形成基板及び保護基板がマニホールドの周壁を画成させることになり、流路形成基板と保護基板とが圧力発生室の長手方向に大きくなってしまう。これに対して、本実施形態では、流路形成基板１０及び保護基板３０の端面がマニホールド１００の一方面（圧力発生室１２の長手方向）を画成し、マニホールド１００の他方の面をケース部材４０が画成するようにしたため、流路形成基板１０及び保護基板３０を小型化することができる。これにより、シリコンウェハー等の大判の基板に、複数の流路形成基板１０や保護基板３０を一体的に形成する際に、流路形成基板１０及び保護基板３０を小型化することで、大判の基板からの取り数を増やすことができ、コストを低減することができる。なお、シリコンウェハー等の大判の基板に複数の流路形成基板１０や保護基板３０を一体的に形成することで、複数の流路形成基板１０や保護基板３０を同時に形成することが可能となり、コストを低減することができる。

また、本実施形態では、マニホールド１００のノズルプレート２０側の面を連通板１５で画成するようにしたため、ノズルプレート２０が積層方向（厚さ方向）でマニホールド１００に重なる大きさは不要になる。これにより、ノズルプレート２０の面積を狭くすることができ、ノズルプレート２０のコストを低減することができる。

このようなインクジェット式記録ヘッド１では、液体貯留手段５からのインクが供給管８を介して導入路４２に供給される。導入路４２に供給されたインクはマニホールド１００から各圧力発生室１２に供給される。そして、駆動回路１２０からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する圧電アクチュエーター３００を駆動させてたわみ変形させることで、圧力発生室１２の容積を変化させて、ノズル開口２１からインク滴が吐出される。

また、圧力発生室１２に供給されたインクは、ポンプ９ａの圧力によって連通路１６、循環流路１７及び排出路４３を介して回収管９に排出され、回収管９を介して液体貯留手段５に回収される。このとき、圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通する連通路１６を設け、連通路１６を循環流路１７と接続することにより、ノズル開口２１近傍の吐出直前のインクを液体貯留手段５に回収する、所謂、循環を行わせることができる。したがって、吐出直前のインクの乾燥による増粘や、インクに含まれる成分の沈降を抑制して、一定時間が経過した後であっても、インク吐出特性を略一定に揃えることができる。これにより、吐出特性のばらつきを抑制して液体の噴射品質を向上することができる。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図５に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１Ａは、圧電アクチュエーター３００等が設けられた流路形成基板１０と、ノズル開口２１が設けられたノズルプレート２０と、流路形成基板１０とノズルプレート２０との間に設けられた連通板１５Ａと、保護基板３０と、ケース部材４０と、を具備する。

連通板１５Ａは、流路形成基板１０とノズルプレート２０との間に設けられたものであり、流路形成基板１０側に設けられた第１連通板１５１と、ノズルプレート２０側に設けられた第２連通板１５２と、が積層されて形成されている。

連通板１５Ａには、連通路１６Ａと、循環流路１７Ａと、連通路１６Ａと循環流路１７Ａとを連通する循環連通路１６ａと、が設けられている。

連通路１６Ａは、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部で圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通する。

循環流路１７Ａは、第１連通板１５１の第２連通板１５２側に開口する凹形状を有し、循環流路１７Ａのノズルプレート２０側の開口は、第２連通板１５２によって封止されている。このような循環流路１７Ａは、連通板１５Ａと流路形成基板１０の積層方向において、幅方向に並設された圧力発生室１２の列と、この圧力発生室１２の１列に共通するマニホールド１００と、に重なる位置に配置されている。また、循環流路１７Ａは、圧力発生室１２の幅方向に並設された列毎に設けられている。

そして、循環流路１７Ａと、連通路１６Ａとは、第１連通板１５１の第２連通板１５２側の面に開口する凹形状を有し、各連通路１６Ａ毎に設けられた循環連通路１６ａを介して連通されている。

このような循環流路１７Ａを有するインクジェット式記録ヘッド１Ａでは、圧力発生室１２の列毎に循環流路１７Ａが設けられているため、２つのマニホールド１００に供給するインクの種類を異ならせることができる。すなわち、ノズル開口２１の２列から異なるインクを吐出させることが可能となる。

（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３に係る流路構成を示す断面図であり、図７は、循環流路の要部を拡大した斜視図であり、図８は、循環流路の要部を拡大した平面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１Ｂは、循環流路１７Ａの途中に絞り部２００を有する以外は、上述した実施形態１と同様の構成となっている。

具体的には、絞り部２００は、循環流路１７Ａの各循環連通路１６ａに接続された領域よりも下流側（排出路４３側）に複数、本実施形態では２つ設けられている。

この絞り部２００は、循環流路１７Ａの内面から流路の径方向に突出して設けられている。すなわち、絞り部２００は、循環流路１７Ａを圧力発生室１２側からマニホールド１００（排出路４３）側に向かって流れるインクの流れ（以下、順方向ｄという）に対して交差する方向に突出して、循環流路１７Ａの流路径方向の断面積を狭く絞るように設けられている。なお、以下、循環流路１７Ａの断面積とは、流路径方向の断面積のことであり、順方向ｄを横断する断面積のことである。

また、絞り部２００は、順方向ｄに対して傾斜して設けられて循環流路１７Ａの断面積を下流側（排出路４３側）に向かって漸小させる第１壁面２０１と、順方向ｄに対して傾斜して設けられて第１壁面２０１によって漸小した循環流路１７Ａの断面積を漸大させて、第１壁面２０１の上流側と同じ断面積に戻す第２壁面２０２と、を具備する。

すなわち、絞り部２００は、順方向ｄにおいて上流側に相対向する第１壁面２０１と、下流側に相対向する第２壁面２０２と、を有する。

また、絞り部２００は、第１壁面２０１及び第２壁面２０２が、平坦面で形成されており、その先端面で連続した形状、すなわち、絞り部２００を流路形成基板１０側から上面視した際に三角形状を有する。

そして、絞り部２００の第１壁面２０１は、当該第１壁面２０１よりも順方向ｄで上流側の循環流路１７Ａの内面に対する傾斜角度θ_１が、第２壁面２０２の当該第２壁面２０２よりも順方向ｄで下流側の循環流路１７Ａの内面に対する傾斜角度θ_２よりも大きくなっている（θ_１＞θ_２）。

すなわち、絞り部２００の第１壁面２０１は、順方向ｄの単位距離当たりの循環流路１７Ａの断面積を減少させる割合（減少率：傾き）が、第２壁面２０２の順方向ｄとは反対向きの逆方向の単位距離当たりの循環流路１７Ａの断面積を減少させる割合（減少率：傾き）よりも小さくなっている。

このように第１壁面２０１及び第２壁面２０２を有する絞り部２００を設けると、循環流路１７Ａを流れるインクの順方向ｄの流路抵抗は、逆方向の流路抵抗よりも小さくすることができる。具体的には、絞り部２００によって絞った循環流路１７Ａの幅（圧力発生室１２の長手方向の幅）を５．０μｍにすると、順方向ｄの流路抵抗と、逆方向の流路抵抗との比率は、０．８４％となる。また、絞り部２００によって循環流路１７Ａの幅を１０μｍにすると、流路抵抗の比率は０．６５％となる。

したがって、このようなインクジェット式記録ヘッド１Ｂでは、圧電アクチュエーター３００の駆動によって圧力発生室１２の容積を拡大・縮小して、圧力発生室１２内のインクに正圧及び負圧を発生させると、循環流路１７Ａ内をインクが順方向ｄ及び逆方向に往復する。このとき、絞り部２００を設けることによって、循環流路１７Ａ内を流れるインクの流路抵抗は順方向ｄと逆方向とで差があるため、順方向ｄにはインクが流れやすく、逆方向にはインクが流れ難くなる。これにより、圧電アクチュエーター３００の駆動によって、圧力発生室１２内のインクを循環流路１７Ａを順方向ｄに送ることができる。

また、上述した実施形態１又は２のように、ポンプ９ａを設けることなく、圧電アクチュエーター３００の駆動だけで、インクを循環させることができる。このため、循環流路１７Ａを、直接、マニホールド１００に接続するようにしてもよい。このような例を図９に示す。図９に示すインクジェット式記録ヘッドでは、排出路４３及び連通排出路４４が設けられておらず、流路形成基板１０及び保護基板３０の外周に亘ってマニホールド１００Ａが設けられている。そして、循環流路１７Ａの一端部（第２壁面２０２側）がマニホールド１００Ａに接続されている。このような構成としても、ポンプ９ａ等を設けることなく、圧電アクチュエーター３００の駆動だけで、インクを循環させることができる。

なお、上述した例では、２つの絞り部２００を循環流路１７Ａの相対向する壁面にそれぞれ設けるようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、２つの絞り部２００を循環流路１７Ａの同一壁面から同じ方向に突出させて設けてもよい。また、絞り部２００の第１壁面２０１及び第２壁面２０２は、循環流路１７Ａの断面積を順方向ｄに漸小又は漸大させればよいため、平坦面に限定されるものではない。すなわち、例えば、図１１に示すように、絞り部２００Ａに、平坦面ではなく、曲面状（断面が円弧状）となる第１壁面２０１Ａを設けるようにしてもよい。

もちろん、絞り部２００、２００Ａの数やその配置は上述したものに限定されず、例えば、絞り部２００、２００Ａを１個又は３個以上設けるようにしてもよく、また、絞り部２００、２００Ａを循環連通路１６ａ等に設けるようにしてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した各実施形態では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス、金属等の材料を用いるようにしてもよい。

また、上述した各実施形態では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。

また、これら上述したインクジェット式記録ヘッド１は、インクジェット式記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１２は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

本実施形態のインクジェット式記録装置は、装置本体にインクジェット式記録ヘッド１を固定し、ノズル開口２１の並設方向に対して直交する方向に記録用紙等の被噴射媒体を搬送することで被噴射媒体への印刷を行う、いわゆるライン式のインクジェット式記録装置である。

具体的には、図１２に示すように、インクジェット式記録装置Ｉは、インクジェット式記録ヘッド１を具備するインクジェット式記録ヘッドユニット２と、装置本体３と、被記録媒体である記録シートＳを給紙するローラー４と、液体貯留手段５とを備えている。

インクジェット式記録ヘッドユニット２（以下、ヘッドユニット２とも言う）は、複数のインクジェット式記録ヘッド１と、複数のインクジェット式記録ヘッド１を保持する板状のベースプレート６と、を具備する。このヘッドユニット２は、ベースプレート６に取り付けられたフレーム部材７を介して装置本体３に固定されている。

また、装置本体３にはローラー４が設けられている。ローラー４は、装置本体３に給紙された被噴射媒体である紙等の記録シートＳを搬送し、記録シートＳをインクジェット式記録ヘッド１のインクの吐出面側を通過させる。

また、上述したように、各インクジェット式記録ヘッド１には、装置本体３に固定されてインクを貯留する液体貯留手段５がフレキシブルチューブ等の供給管８及び回収管９を介して接続されている。液体貯留手段５からのインクは、供給管８を介して各インクジェット式記録ヘッド１に供給され、インクジェット式記録ヘッド１で吐出されなかったインクは回収管９を介して液体貯留手段５に回収される。また、回収管９の途中にはポンプ９ａが設けられており、液体貯留手段５からのインクは、ポンプ９ａの圧力によってインクジェット式記録ヘッド１内の液体流路（マニホールド１００、循環流路１７等）を通過して循環する。

このようなインクジェット式記録装置Ｉでは、ローラー４により搬送方向に記録シートＳが搬送されると共に、ヘッドユニット２のインクジェット式記録ヘッド１によってインクが吐出されて記録シートＳに画像等が印刷される。

なお、上述した例では、複数のインクジェット式記録ヘッド１を具備するヘッドユニット２をインクジェット式記録装置Ｉに１つだけ設けるようにしたが、インクジェット式記録装置Ｉに搭載するヘッドユニット２を２つ以上設けてもよい。また、インクジェット式記録装置Ｉに直接インクジェット式記録ヘッド１を搭載するようにしてもよい。

また、上述した例では、インクジェット式記録ヘッド１が固定されて記録シートＳを搬送するだけで印刷を行う、いわゆるライン式のインクジェット式記録装置Ｉを例示したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、記録シートＳの搬送方向と交差する方向（主走査方向）に移動するキャリッジにインクジェット式記録ヘッド１を搭載し、インクジェット式記録ヘッド１を主走査方向に移動させながら印刷を行う、いわゆるシリアル型のインクジェット式記録装置にも本発明を適用することができる。

また、本実施形態では、液体貯留手段５が装置本体３に固定されたタイプのインクジェット式記録装置Ｉを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクカートリッジ等の液体貯留手段を各インクジェット式記録ヘッド１、インクジェット式記録ヘッドユニット２又はキャリッジ等に固定するタイプのインクジェット式記録装置にも本発明を適用することができる。

さらに本実施形態では、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

Ｉ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １、１Ａ、１Ｂ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ２ インクジェット式記録ヘッドユニット（液体噴射ヘッドユニット）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １４ インク供給路、 １５、１５Ａ 連通板、 １６、１６Ａ 連通路、 １７、１７Ａ 循環流路、 １８ 拡張部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ 保持部、 ４０ ケース部材、 ４１ 凹部、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００、１００Ａ マニホールド（共通液体室）、 １２０ 駆動回路、 １２１ 配線基板、 １２２ 接続基板、 １２３ コネクター、 ３００ 圧電アクチュエーター（圧力発生手段）

Claims (9)

1. 液体を噴射するノズル開口が設けられたノズルプレートと、
   前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、
   前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、
   前記ノズルプレートと前記流路形成基板との間に設けられて、前記圧力発生室と前記ノズル開口とを連通する連通路が設けられた連通板と、を具備し、
   前記連通板には、前記連通路と複数の前記圧力発生室に共通して連通する共通液体室とを連通する循環流路が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記流路形成基板には、前記圧力発生室が並設された列が少なくとも２列設けられていると共に、前記循環流路は、２列の前記圧力発生室に連通する共通の液室として設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記流路形成基板には、前記圧力発生室が並設された列が複数列設けられていると共に、前記循環流路は、前記圧力発生室の各列に連通して列毎に独立して設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記流路形成基板には、前記循環流路と連通して、当該循環流路の断面積を広げる拡張部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記循環流路が、前記流路形成基板と前記連通板との積層方向において、前記圧力発生室と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記循環流路には、前記圧力発生室から前記共通液体室に向かって液体が流れる流方向に対して傾斜して設けられて、当該循環流路の断面積を下流に向かって漸小させる第１壁面と、前記流方向に対して傾斜して設けられて前記第１壁面によって漸小した断面積を漸大させる第２壁面と、を具備する絞り部が設けられており、
   前記第１壁面の前記循環流路の当該第１壁面よりも上流側の内面に対する傾斜角度は、前記第２壁面の前記循環流路の当該第２壁面よりも下流側の内面に対する傾斜角度よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記絞り部が複数設けられていることを特徴とする請求項６記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記第１壁面が、曲面で形成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の液体噴射ヘッド。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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