JP2013067178A

JP2013067178A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

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Publication number: JP2013067178A
Application number: JP2013008406A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Kichi; 保仁喜地; Ryutaro Kusunoki; 竜太郎楠
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: JP5657035B2

Abstract

【課題】さらなる高精細印字の実現が求められている。
【解決手段】インクジェットヘッド１は、その長手方向に沿って複数配列された圧力室３６を有する圧電部材２３と、圧電部材２３が接着される基板２０と、基板２０及びノズルプレート２２に接着され、圧電部材２３包囲する枠部材２１と、複数のノズル３３を有するノズルプレート２２と、インク供給路４１と、インク排出路４２と、圧電部材２３の両端部に隣接して基板に設けられた供給穴２９と、圧電部材２３の両端部に隣接して基板に設けられた排出穴３０と、共通液室２４内にインクを循環させるインク供給装置２と、を備え、インク供給路４１及びインク排出路４２は、その圧力損失抵抗が同等に形成され、ノズル３３からのインクの吐出時又は非吐出時において、複数のノズル３３の圧力が一定に形成される。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

従来、記号や画像等のデータを出力する装置として、インクジェット方式のプリンタであるインクジェット記録装置が知られている。このようなプリンタには、微小インク滴を紙葉類等のシート状記録媒体に吐出するインクジェットヘッドが用いられる。

このようなインクジェットヘッドは、ノズル数と同数の圧力室を有する圧電部材が基板上に設けられ、この圧力室とプリンタの制御部等の外部回路とが、配線回路を介して電気的に接続されている。インクジェットヘッドは、外部回路からの指示、即ちシート状記録媒体にインクを吐出するノズルに該当する圧力室に、配線回路を介して電気信号が供給されると、圧力室の体積が変化し、この体積の変化によりノズルからインクを吐出する。

特開２００９−１９６１２２号公報

上述したインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置は、さらなる高精細印字の実現が求められている。

実施形態のインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズルと、中央で前記ノズルに各々連通するとともに一端からインクが供給され他端からインクが排出され一方向に配列された複数の圧力室と、前記圧力室の各々にインクを強制的に供給するインク供給路と、前記圧力室の各々からインクを回収するインク排出路と、前記インク供給路にインクを供給する供給穴と、前記インク排出路のインクを排出する排出穴と、を有するインクジェットヘッドにおいて、前記インク供給路内のインク及び前記インク排出路内のインクに、前記圧力室の配列方向に平行、且つ、互いに反対方向の流れをそれぞれ発生させる。

第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す斜視図。同インクジェットヘッドの構成を模式的に示す説明図。同インクジェットヘッドの要部構成を一部切欠で示す平面図。同インクジェットヘッドの要部構成を示す断面図。同インクジェットヘッドの要部構成を示す断面図。同インクジェットヘッドの要部構成を模式的に示す説明図。同インクジェットヘッドの使用の一例を模式的に示す説明図。第２の実施形態に係るインクジェットヘッドの使用の一例を模式的に示す説明図。第３の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を模式的に示す平面図。第４の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を模式的に示す平面図。同インクジェットヘッドの要部構成を示す断面図。第５の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を模式的に示す平面図。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るインクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッド１を、図１乃至図７を用いて説明する。図１は実施形態に係るインクジェットヘッド１の構成を模式的に示す斜視図、図２はインクジェットヘッド１の要部構成、特に、インク供給装置２の構成を模式的に示す平面図、図３はインクジェットヘッド１の構成を一部断面にて示す平面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ断面におけるインクジェットヘッド１の構成を示す断面図、図５は図４のＶ−Ｖ断面におけるインクジェットヘッド１の構成を一部省略して示す断面図、図６はインクジェットヘッド１の共通液室２４における液の流れを模式的に示す平面図、図７はインクジェットヘッド１の使用の一例、具体的にはインクの各圧力の設定の一例を示すグラフである。なお、図２中Ｔはチューブを、図２，４，６，９〜１２中Ｆはインクの流れをそれぞれ示す。

本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、紙葉類等のシート状記録媒体に対して液滴を吐出して、記録媒体上に記号や画像を印刷するインクジェット記録装置に用いられる。

図１〜図３に示すように、インクジェットヘッド１は、マニホールド１７と、ヘッド基板３と、ドライバ回路基板４と、を備えていえる。また、インクジェットヘッド１は、インク供給装置２に接続されている。

図２に示すように、インク供給装置２は、供給側インクタンク１０と、排出側インクタンク１１と、供給側圧力調整ポンプ１２と、輸送ポンプ１３と、排出側圧力調整ポンプ１４と、供給管１５と、排出管１６と、を備え、チューブＴにより流体的に接続されている。また、インク供給装置２は、ヘッド基板３に、供給管１５及び排出管１６を収納したマニホールド１７を介して流体的に接続される。

供給側インクタンク１０は、供給管１５に接続され、供給管１５を介してヘッド基板３にインクを供給する。排出側インクタンク１１は、排出管１６に接続され、排出管１６を介してヘッド基板３から排出されたインクを一時的に貯蔵する。

供給側圧力調整ポンプ１２及び排出側圧力調整ポンプ１４は、各々供給側インクタンク１０の圧力及び排出側インクタンク１１の圧力を調整する。

供給側圧力調整ポンプ１２は、供給側インクタンク１０と排出側インクタンク１１の圧力を調整し、ヘッド基板３へ供給したインクの静水圧、具体的には、後述するノズル３３でのインクの圧力Ｐｎが概ね０〜―２０００Ｐａになるように、インクの圧力を増減させる。

輸送ポンプ１３は排出側インクタンク１１に貯蔵されたインクを供給側インクタンク１０に還流させる。排出側圧力調整ポンプ１４は、供給側インクタンク１０と排出側インクタンク１１の圧力を調整し、ヘッド基板３へ供給したインクの静水圧、具体的には、後述するノズル３３でのインクの圧力Ｐｎが概ね０〜―２０００Ｐａになるように、インクの圧力を増減させる。即ち、供給側圧力調整ポンプ１２及び排出側圧力調整ポンプ１４は、ノズル３３の圧力Ｐｎを調整する。

このようなインク供給装置２は、インクジェットヘッド１、供給側インクタンク１０、排出側インクタンク１１、及び、輸送ポンプ１３の経路（流路）で定常的にインクを循環させる。

ヘッド基板３は、ベース基板（基板）２０と、枠部材２１と、ノズルプレート２２と、一対の圧電部材２３と、共通液室２４と、配線回路２５と、を備えている。

基板２０は、誘電率が小さく、かつ圧電部材２３との熱膨張率の差が小さい材料、例えば、セラミックス材料により方形板状に形成されている。基板２０は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等により形成されている。本実施形態の基板２０は、低誘電率のＰＺＴが用いられる。

基板２０は、その主面間において貫通する複数の孔部２８が設けられている。なお、これら複数の孔部２８は、図６に示すように、圧電部材２３の両端部であって、且つ、圧電部材２３のその長手方向に直交する方向の両方側（一方側及び他方側）にそれぞれ隣接して設けられた２行３列の行列で配置される。換言すると、孔部２８は、基板２０の、一対の圧電部材２３の両端部の両側に位置して６つ配置される。なお、一対の圧電部材２３間には、一列の孔部２８が設けられる
３列の孔部２８のうち両端の２列の孔部２８は、それぞれ２つの供給穴２９を、中央の一列の孔部２８が２つの排出穴３０を形成する。供給穴２９及び排出穴３０は、マニホールド１７を介してそれぞれ供給管１５及び排出管１６に接続される。

枠部材２１は、基板２０の一方の主面に接着される。枠部材２１は、基板２０に設けられた複数の孔部２８を少なくとも包囲する形状に形成されている。

ノズルプレート２２は、枠部材２１及び圧電部材２３の上面に接着され、枠部材２１の開口する上面を覆う。ノズルプレート２２は、方形のポリイミド製のフィルムで形成されている。ノズルプレート２２は、一対（２列）のノズル列３２を有している。各ノズル列３２は、複数のノズル３３を有している。

複数のノズル３３は、隣り合うノズル３３と所定の間隔を開けて３周期毎にオフセットされて配置される。ノズル３３は、エキシマレーザ等により孔加工を施すことにより形成される。ノズル３３は、図５に示すように、基板２０側から吐出側に向けて先細りの形状、換言すると、円錐台形状に形成されている。

なお、ノズルプレート２２は、ステンレスなどの金属材料や、単結晶シリコンなどの無機材料を用いて形成してもよい。例えば、ステンレスを用いたノズルプレート２２の場合には、ノズル３３は例えばプレス加工で形成される。また、単結晶シリコンを用いたノズルプレート２２の場合には、ノズル３３はフォトリソグラフィーによるドライエッチングやウエットエッチングにより形成される。

図３乃至図５に示すように、圧電部材２３は、枠部材２１の内側であって、且つ、基板２０の主面に接着される。詳しく説明すると、圧電部材２３は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）により形成されている。なお、圧電部材２３は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）等により形成してもよい。圧電部材２３は、その側面に傾斜面３５を有し、その断面形状が台形状に形成された板状に形成されている。

圧電部材２３は、図３及び図５に示すように、その表面が溝状に切削形成された複数の圧力室３６と、圧力室３６の両側部に設けられる複数の側壁３７と、圧力室３６内、換言すると側壁３７の表側面及び圧力室３６内の底面に形成される複数の電極３８と、を備えている。

圧電部材２３は、一対（二列）設けられ、基板２０上であって、且つ、供給穴２９及び排出穴３０間に、ノズルプレート２２のノズル列３２に沿って延設される。圧電部材２３は、圧力室３６とノズル３３とが対向して配置される。圧電部材２３は、図５に示すように、断面が四角形の棒状の圧電板２３ａ、２３ｂを、互いの分極方向が逆向きとなるように対向させ、接着剤等の接着剤層２３ｃを介して張り合わせて形成されている。また、圧電部材２３は、このように張り合わされた圧電板２３ａ、２３ｂが、切削加工等により複数の溝が加工されることで、圧力室３６及び側壁３７が形成される。

図３及び図４に示すように、これら圧力室３６は、圧電部材２３の長手方向に沿って複数配列される。また、圧力室３６は、共通液室２４中に位置する。圧力室３６は、その中央でノズル３３に連通する。圧力室３６は、その一端からインクが供給され他端からインクが排出される。

圧力室３６は、この共通液室２４内の液（インク）の圧力を増圧させることで、ノズル３３からインクを吐出可能に形成されている。なお、圧力室３６は、例えば深さ３００μｍであって、幅８０μｍの形状に形成されており、隣り合う圧力室３６と１６９μｍのピッチとなるように平行に配列されている。

側壁３７は、電極３８を介して電界が印加されると、接着剤層２３ｃを介して「く」の字状にせん断変形可能に形成される。このように、側壁３７は、電界により駆動するアクチュエータである。

電極３８は、隣り合う電極３８と絶縁し、それぞれが配線回路２５に接続される。電極３８は、配線回路２５を介してドライバ回路基板４に接続される。電極３８は、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の２層の金属層により形成されている。このような電極３８は、メッキ法によって、圧力室３６内に均一に成膜される。なお、電極３８は、その形成方法はメッキ法に限定されず、例えばスパッタ法又は蒸着法を用いてもよい。

このような圧力室３６は、ドライバ回路基板４から送信された駆動信号により電極３８にて電界が発生し、この電界により側壁３７が図５に実線で示すように側方に移動して変形（シェアモード変形）することで、その体積を拡張可能に形成されている。

また、圧力室３６は、その体積を拡張後、図５に二点鎖線で示すように側壁３７を初期位置（直立状態）とすることで、体積を縮小可能に形成されている。圧力室３６は、その体積を拡張後、縮小させることで、圧力室３６に位置する液を増圧し、ノズル３３からインクを液滴として吐出する。

共通液室２４は、基板２０、枠部材２１、ノズルプレート２２及び圧電部材２３により形成されたインクの流路を形成する室である。具体的には、共通液室２４は、２つのインク供給路４１と、１つのインク排出路４２とを備えている。

インク供給路４１は、基板２０、枠部材２１、ノズルプレート２２及び圧電部材２３で囲まれた空間であり、その両端部に供給穴２９が配置される。また、インク供給路４１は、圧電部材２３の長手方向（圧力室３６の配列方向）に沿って、圧電部材の一方側に形成される。このインク供給路４１は、圧力室３６の各々に、インクを強制的に供給する。

ここで、基板２０は、圧電部材２３が一対設けられ、これら圧電部材２３にそれぞれ隣接する２つの供給穴２９を有する構成であるため、インク供給路４１は、２つ形成される。

インク排出路４２は、基板２０、ノズルプレート２２及び一対の圧電部材２３で囲まれた空間であり、その両端部に排出穴３０が配置される。また、インク排出路４２は、圧電部材２３の長手方向（圧力室３６の配列方向）に沿って、圧電部材の他方側に前記圧電部材に形成される。インク排出路４２は、各圧力室３６からインクを回収する。

このようなインク供給路４１及びインク排出路４２は、複数の圧力室３６により連続する。また、インク供給路４１及びインク排出路４２には、圧力室３６の配列方向に平行、且つ、互いに反対方向の流れにより、インクが流れる。

インク供給路４１は、その圧力損失抵抗Ｒｉが、インク排出路４２の圧力損失抵抗Ｒｏに対して２倍と略同等、具体的には、２倍よりやや小さい値に形成されている。即ち、インク排出路４２のインク流量はインク供給路４１のインク流量の２倍となるため、インク供給路４１の圧力損失抵抗をインク排出路４２の圧力損失抵抗の２倍とすることで、インク供給路４１とインク排出路４２の圧力勾配が略同等になるように形成されている。

ここで、インク供給路４１及びインク排出路４２の圧力損失抵抗Ｒｉ，Ｒｏは、圧電部材２３の長手方向、換言すると、圧電部材２３の圧力室３６の配列方向に直交する断面でみた圧力損失抵抗であり、それら断面を単位流量のインクが流れる時に発生する断面に直交方向の圧力勾配のことを示す。

配線回路２５は、圧電部材２３の電極３８及びドライバ回路基板４を接続可能に形成されている。即ち、配線回路２５は、ドライバ回路基板４から各電極３８へと、それぞれ接続される複数の配線（パターン）の集合である。

例えば、配線回路２５は、レーザーパターニング法により、基板２０上に無電解めっき法により成膜したＮｉ膜及び電解めっき法により成膜したＡｕ膜の金属膜をパターニングすることで形成されている。

ドライバ回路基板４は、圧電部材２３を駆動するためのプリント回路板であり、プリンタの制御部等の外部機器に接続される外部回路基板である。例えば、ドライバ回路基板４は、テープ・キャリア・パッケージ（Tape Carrier package：ＴＣＰ）であり、異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film:ＡＣＦ）等により、基板２０に実装され、配線回路２５と電気的に接続される。

このようなドライバ回路基板４は、テープ状の樹脂フィルム４４に、圧電部材２３のドライブＩＣであるＩＣチップ４５を備える構成である。また、ドライバ回路基板４は、ＩＣチップ４５と配線回路２５とを接続する配線回路（不図示）を備えている。また、ドライバ回路基板４は、さらに、図示しないプリンタの制御部等の外部機器に設けられたプリント基板等に接続される。

このように構成されたインクジェットヘッド１は、プリンタに搭載され、インク供給装置２と共通液室２４との間で液が循環されるとともに、循環されるインクの一部を用いて印刷処理がなされる。なお、図２及び図３中、矢印Ｆにより液の流れを示す。

具体的には、図２、３のインクの流れＦに示すように、インク供給装置２から供給管１５及び供給穴２９を介して、共通液室２４のインク供給路４１にインクが供給される。インク供給路４１に供給されたインクは、各圧力室３６を介してインク排出路４２に移動し、インク排出路４２から排出穴３０及び排出管１６を介してインク供給装置２に排出される。このように、インクは、インクジェットヘッド１内を循環する。

インクジェットヘッド１内にインクを循環させている状態で、ユーザがプリンタに対して記号や画像の印刷の指示を行うと、この印刷情報に基づいて、プリンタの制御部は、該当するノズル３３から液滴を吐出するための印刷信号をＩＣチップ４５に送信する。

この印刷信号を受信したＩＣチップ４５は、駆動信号（駆動パルス電圧）を、配線回路２５を介して、該当する圧力室３６の電極３８に送信する。当該電極３８に駆動パルス電圧が印加されると、電界が発生し、この電界により当該圧力室３６の左右一対の側壁３７は、シェアモード変形を行って、図３に実線で示すように湾曲して離反する。この側壁３７の離反により、圧力室３６の体積が拡張する。

その後、側壁３７は初期位置に復帰することで圧力室３６の体積が縮小し、結果、圧力室３６の液の圧力が増大し、ノズル３３から液が吐出される。

このように構成されたインクジェットヘッド１は、インクの循環及び吐出において、一対の圧電部材２３（２列の圧力室３６の配列）に対して、２つのインク供給路４１と１つのインク排出路４２を設ける構成である。

また、インク供給路４１及びインク排出路４２は、それぞれの圧力損失抵抗Ｒｉ、ＲｏがＲｉ≒Ｒｏに形成されている。

また、インクジェットヘッド１は、図２及び図７に示すように、インク供給装置２によるインクの循環時であって、ノズル３３からインクを吐出していないとき（非吐出時）において、ノズル３３の圧力Ｐｎが一定となるように、循環するインクの圧力が制御される。具体的には、供給側圧力調整ポンプ１２と排出側圧力調整ポンプ１４により、供給側インクタンク１０及び排出側インクタンク１１の圧力を調整、即ち、インク供給路４１及びインク排出路４２の圧力を調整する。

この調整された圧力が、圧力損失抵抗Ｒｉ，Ｒｏで形成されたインク供給路４１及びインク排出路４２を通過するため、図７に示すように、インク供給路４１及びインク排出路４２の圧力Ｐｉ，Ｐｏは、各位置において同様の圧力分布となる。

換言すると、インク供給路４１の圧力Ｐｉは、その両端側で圧力が高く、中央側に向って漸次圧力が低くなる。同様に、インク排出路４２の圧力Ｐｏは、その両端側で圧力が低く、中央側に向って漸次圧力が高くなる。この結果、ノズル３３の圧力Ｐｎは、各位置において略一定の圧力となる。

なお、図７中、横軸に記載の「位置」とは、供給穴２９間又は排出穴３０間であって圧電部材２３の長手方向（圧力室３６の配列方向）の各位置を示しており、縦軸に記載の「圧力」とは、当該長手方向の各位置における圧力Ｐｉ，Ｐｏ，Ｐｎを示す。

このように、２つのインク供給路４１の両端部にそれぞれ設けられた２つの供給穴２９及び１つのインク排出路４２の両端部に設けられた２つの排出穴３０によりインクを共通液室２４内で循環させても、各圧力室３６の中間に位置するノズル３３の圧力Ｐｎを一定にすることが可能となる。

このノズル３３の圧力Ｐｎは、大気圧より大きくなるとノズル３３からインクが漏れ、圧力が低すぎるとノズル３３のインクのメニスカスが保持できず、ノズル３３から気泡が圧力室３６内に侵入する。

本実施形態のインクジェットヘッド１は、２つのインク供給路４１の圧力損失抵抗Ｒｉとインク排出路４２の圧力損失抵抗Ｒｏとを２Ｒｉ≒Ｒｏの関係とし、且つ、供給側インクタンク１０と排出側インクタンク１１の圧力を、供給側圧力調整ポンプ１２と排出側圧力調整ポンプ１４により調整する構成とする。

このような構成により、インク供給圧力Ｐｉとインク排出圧力Ｐｏの圧力を適切に調整することで、インクの供給及び排出を行う供給穴２９及び排出穴３０の数が少なくても、ノズル３３の圧力Ｐｎを一定とすることが可能となる。このため、基板２０に設ける孔部２８（供給穴２９及び排出穴３０）は、２つのインク供給路４１及びインク排出路４２の両端部にそれぞれ２つ設ける構成でよい。

このように構成されたインクジェットヘッド１によれば、図７に示すように、インク供給路４１及びインク排出路４２には、それら両端に供給穴２９及び排出穴３０を設けるため、各孔部２８から離れた位置、具体的にはインク供給路４１の長手方向の中央にて圧力が低くなる。また、インク排出路４２の長手方向の中央にて圧力が高くなる。しかし、インク供給路４１及びインク排出路４２の圧力分布が同様の圧力分布となるように圧力損失抵抗Ｒｉ，Ｒｏ及び孔部２８の配置を行ったため、ノズル３３での圧力Ｐｎは当該長手方向に沿って一定となる。

このように、インクジェットヘッド１は、各ノズル３３での圧力Ｐｎを一定とすることが可能となり、基板２０に設ける孔部２８の加工工程を低減することができる。また、孔部２８の数を低減することが可能となり、結果、基板２０の材質の制約を低減することが可能となる。このため、基板２０の製造コストを低減することが可能となる。

また、配線回路２５は、圧電部材２３の電極３８に接続されるため、その一部は、インク供給路４１に設けられることとなる。しかし、インク供給路４１に設けられる孔部２８（供給穴２９）は、インク供給路４１の両端部に設けられるため、配線回路２５が設けられる範囲に位置することを回避できる。

即ち、孔部２８が基板２０の配線回路２５の形成範囲上にあると、配線回路２５のパターンは、孔部２８を避けて形成されるため、隣接するパターンとの間隔が狭くなる。このため、パターン間を非導通とするためには、所定の間隔を有する必要があり、結果、配線回路２５のパターン及び圧電部材２３の圧力室３６の配列の間隔をさらに狭くすることができず、配線回路２５及び圧力室３６の配列が制限される。

しかし、配線回路２５が設けられる範囲に孔部２８を設けることを極力回避する（孔部２８の数を低減する）ことで、孔部２８による配線回路２５のパターン間が狭くなることが防止できる。このため、配線回路２５のパターン間は広く取ることができる、即ち、配線回路２５のパターン間をさらに狭くしても、非導通とすることが可能となり、結果、パターンの微細化が可能となる。

また、圧力室３６間をさらに狭くしても、隣り合う圧力室３６の電極３８と接続する配線回路２５のパターン間を非導通とすることができるため、圧力室３６の配列の高密度化が可能となる。結果、ノズル３３の間隔を狭小することができる。これにより、インクジェットヘッド１による印字の高精細とすることが可能となる。

上述したように、インクジェットヘッド１によれば、基板２０に設けられるインク供給装置２と接続される孔部２８を極力少なくし、且つ、インク供給装置２によりインク循環時のノズル３３（圧力室３６）の圧力を一定とすることで、配線回路２５のパターンの間隔を狭くすることができる。また、インクジェットヘッド１は、孔部２８の数を低減することが可能となり、孔部２８の形成の製造コストを低減することが可能となる。さらに、インクジェットヘッド１は、配線回路２５のパターンの微細化及び圧力室３６の配列の高密度化を可能とし、インクジェットヘッド１の印字の高精細とすることが可能となる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１について、図８を用いて説明する。図８は、第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１の使用の一例、具体的にはインクの各圧力の設定の一例を示すグラフである。

第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１は、上述した第１の実施形態に係るインクジェットヘッド１と同様の構成であり、インク供給路４１の圧力損失抵抗Ｒｉとインク排出路の圧力損失抵抗４２との関係が異なるだけである。このため、第２の実施の形態に係るインクジェットヘッド１は、上述した第１の実施形態に係るインクジェットヘッド１と同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図８に示すように、インクジェットヘッド１は、２つのインク供給路４１の圧力損失抵抗２Ｒｉを第１の実施形態のインク供給路４１の圧力損失抵抗２Ｒｉよりもやや小さく、又は、インク排出路４２の圧力損失抵抗Ｒｏを第１の実施形態のインク排出路４２の圧力損失抵抗Ｒｏよりもやや大きく形成している。

換言すると、本実施形態のインクジェットヘッド１は、インク供給路４１の圧力損失抵抗２Ｒｉをインク排出路４２の圧力損失抵抗Ｒｏよりもやや小さくし、２Ｒｉ＜Ｒｏの関係とする。このような関係とすることで、インク供給装置２によりインクを循環し、ノズル３３からインクを吐出していないとき（非吐出時）には、図８に実線で示すように、各圧力Ｐｉ，Ｐｏ，Ｐｎの関係となる。

具体的には、インク供給路４１の各位置でのインク供給圧力Ｐｉは、長手方向の中央で小さくなる。インク排出路４２の各位置でのインク排出圧力Ｐｏは、長手方向の中央で大となる。また、インク供給路４１の圧力損失抵抗Ｒｉはインク排出路４２の圧力損失抵抗Ｒｏよりもやや小さく形成されているため、インク供給路４１の長手方向の各位置での圧力の最大と最小の差は、インク排出路４２の長手方向の各位置での圧力の最大と最小の差よりも小さい圧力差となる。

このため、ノズル３３からインクを吐出していないとき（非吐出時）には、ノズル３３の各位置での圧力Ｐｎは、長手方向の中央側で最も高くなり、長手方向の端部側で低くなる圧力分布となる。なお、ノズル３３の各位置での圧力Ｐｎは、ノズル３３からのインクの吐出時において、低下したときの圧力が、長手方向で一定となるように、設定されている。

このように構成されたインクジェットヘッド１は、循環されるインクの一部を用いて印刷処理がなされる、即ち、ノズル３３からインクを吐出すると、図８の破線で示すように、インク供給圧力Ｐｉは低下し、インク排出圧力Ｐｏは上昇し、吐出時のノズル３３の圧力Ｐｎが長手方向の各位置で一定になる。

即ち、ノズル３３からインクが吐出されることで、ノズル３３より上流側（インク供給路４１）のインクの流量は増加し、ノズル３３より下流側（インク排出路４２）のインクの流量は減少する。このため、インクの吐出時において、インク供給路４１の圧力Ｐｉとインク排出路４２の圧力Ｐｏがそれぞれ変化する。

このような圧力変動により、インクの循環により圧力室３６の各々にインクを強制的に供給することに伴うノズル３３の各位置での圧力Ｐｎの分布と、ノズル３３からのインクの吐出に伴うインクの自然の補給によるノズル３３の各位置での圧力Ｐｎの分布とが互いに打ち消される。

このように、インク吐出時のインク供給路４１やインク排出路４２のインクの流量の変化量に適合させてインク供給路４１の圧力損失抵抗Ｒｉを小さく、及び／又は、インク排出路４２の圧力損失抵抗Ｒｏを大きくすることでインク吐出時のノズル圧力Ｐｎを均一とすることができる。また、インクジェットヘッド１のノズル３３からのインクの吐出量のばらつきを小さくすることができる。

なお、このようにインクの吐出時にノズル３３の圧力Ｐｎが一定になるようにした場合、インクが吐出していない時のノズル３３の圧力Ｐｎは図８の実線で示すように、長手方向の中央側で大となるので、ノズル３３の圧力Ｐｎが０、すなわち大気圧より大きくならないようにインク供給圧力Ｐｉとインク排出圧力Ｐｏを調整することが望ましい。

上述したように、インクジェットヘッド１は、各ノズル３３での圧力Ｐｎを一定とすることが可能となり、基板２０に設ける孔部２８を低減することができる。このため、上述した第１の実施形態のインクジェットヘッド１と同等の効果を得ることが可能となる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係るインクジェットヘッド１Ａについて、図９を用いて説明する。図９は、第３の実施形態に係るインクジェットヘッド１Ａの構成、及び、共通液室２４における液の流れを模式的に示す平面図である。

なお、第３の実施の形態に係るインクジェットヘッド１Ａの、上述した第１及び第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

インクジェットヘッド１Ａは、基板２０Ａを備えている。基板２０Ａは、その主面間において貫通する複数の孔部２８Ａが設けられている。これら複数の孔部２８Ａは、図９に示すように、圧電部材２３の両端部及び中央部にそれぞれ隣接して設けられた３行３列の行列で配置される。具体的には、孔部２８Ａは、９つ設けられ、基板２０Ａの、一対の圧電部材２３の両端部の両側及び中央部の両側に、圧電部材２３の長手方向に等間隔となるようにそれぞれ配置される。

なお、３列の孔部２８Ａのうち両端の２列の孔部２８Ａは、２つのインク供給路４１にそれぞれ設けられ、各インク供給路４１に配置されることで３つの供給穴２９を形成する。また、中央の一列の孔部２８Ａは、インク排出路４２に配置されることで３つの排出穴３０を形成する。供給穴２９及び排出穴３０は、マニホールド１７を介してそれぞれ供給管１５及び排出管１６に接続される。

なお、インク供給路４１及びインク排出路４２は、上述したインクジェットヘッド１のインク供給路４１及びインク排出路４２と同様の圧力損失抵抗Ｒｉ、Ｒｏに形成されている。

このように構成されたインクジェットヘッド１Ａは、上述した第１又は第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１と同様に、ノズル３３の圧力Ｐｎを一定とすることが可能となる。

なお、基板２０Ａには、３行３列の孔部２８Ａ、換言すると、インク供給路４１に３つの供給穴２９が、インク排出路４２に３つの排出穴３０がそれぞれ設けられている。このため、インクジェットヘッド１Ａのインク供給路４１の圧力Ｐｉ及びインク排出路４２の圧力Ｐｏの長手方向の各位置での圧力の差は、上述したインクジェットヘッド１の圧力Ｐｉ，Ｐｏの長手方向の各位置での圧力の差よりも小さくなる。

具体的には、インク供給路４１の圧力Ｐｉは、インク供給路４１の長手方向であって、孔部２８Ａ（供給穴２９）間の中央において圧力が低くなる。また、インク排出路４２の圧力Ｐｏは、インク排出路４２の長手方向であって、孔部２８Ａ（排出穴３０）間の中央において圧力が高くなる。

このように、インクジェットヘッド１Ａにおいては、孔部２８Ａを３行３列とすることで、上述した第１及び第２の実施形態のインクジェットヘッド１よりも、孔部２８Ａ間が狭くなるため、圧力の差が小さくなる。このため、より高い精度でノズル３３の圧力Ｐｎを一定とすることができる。

なお、インクジェットヘッド１Ａは、インクジェットヘッド１に対して孔部２８Ａを列ごとに一つ増やすため、インクジェットヘッド１よりも印字の高精細の効果が低減するが、従来のインクジェットヘッドに比べ、孔部２８Ａは少ないため、インクジェットヘッド１と同様の効果を得ることが可能となる。

なお、インクジェットヘッド１Ａは、非吐出時及び吐出時のどちらか一方でノズル３３の圧力Ｐｎが一定とすることができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係るインクジェットヘッド１Ｂについて、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、第４の実施形態に係るインクジェットヘッド１Ｂの構成、及び、共通液室２４における液の流れを模式的に示す平面図、図１１はインクジェットヘッド１Ｂの図１０中のＸＩ−ＸＩ断面による構成を示す断面図である。

なお、第４の実施の形態に係るインクジェットヘッド１Ｂの、上述した第１乃至第３の実施形態に係るインクジェットヘッド１，１Ａと同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

インクジェットヘッド１Ｂは、基板２０Ｂと、一つの圧電部材２３と、を備えている。基板２０Ｂは、その主面間において貫通する複数の孔部２８Ｂが設けられている。なお、これら複数の孔部２８Ｂは、図１０に示すように、圧電部材２３の両端部にそれぞれ隣接して設けられる。換言すると、孔部２８Ｂは、２行２列の行列で配置される。

また、インク供給路４１及びインク排出路４２は、それぞれの圧力損失抵抗Ｒｉ、ＲｏがＲｏ≒Ｒｉに形成されている。なお、インクジェットヘッド１Ｂは、圧電部材２３が一つのみ設けられる構成であるため、ノズル列３２も一列のみ設けられる。また、インク供給路４１も一つのみ形成される。

このように構成されたインクジェットヘッド１Ｂは、圧力損失抵抗Ｒｉ及びＲｏを、Ｒｏ≒Ｒｉとすることで、上述した第１及び第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１と同様に、図７又は図８の圧力分布とすることが可能となる。

このような構成とすることで、インクジェットヘッド１Ｂは、上述した第１及び第２の実施形態に係るインクジェットヘッド１と同様の効果を得ることが可能となる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係るインクジェットヘッド１Ｃについて、図１２を用いて説明する。図１２は、第５の実施形態に係るインクジェットヘッド１Ｃの構成、及び、共通液室２４における液の流れを模式的に示す平面図である。

なお、第５の実施の形態に係るインクジェットヘッド１Ｃの、上述した第１乃至第４の実施形態に係るインクジェットヘッド１，１Ａ，１Ｂと同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

インクジェットヘッド１Ｃは、基板２０Ｃと、一つの圧電部材２３と、を備えている。基板２０Ｃは、その主面間において貫通する複数の孔部２８Ｃが設けられている。なお、これら複数の孔部２８Ｃは、図１２に示すように、圧電部材２３の両端部及び中央部にそれぞれ隣接して設けられる。換言すると、孔部２８Ｃは、３行２列の行列で配置される。

具体的には、孔部２８Ｃは、６つ設けられ、基板２０Ｃの、一つの圧電部材２３の両端部の両側及び中央部の両側に、圧電部材２３の長手方向に等間隔にそれぞれ配置される。なお、２列の孔部２８Ｃのうち、一方がインク供給路４１に設けられ、他方がインク排出路４２に設けられ、それぞれ３つの供給穴２９及び排出穴３０を形成する。

また、インク供給路４１及びインク排出路４２は、インクジェットヘッド１Ｂと同様に、それぞれの圧力損失抵抗Ｒｉ、ＲｏがＲｏ≒Ｒｉに形成されている。なお、インクジェットヘッド１Ｃは、圧電部材２３が一つのみ設けられる構成であるため、ノズル列３２は一列のみ設けられる。

このように構成されたインクジェットヘッド１Ｃは、圧力損失抵抗Ｒｉ及びＲｏを、Ｒｏ≒Ｒｉとすることで、上述した第３の実施形態に係るインクジェットヘッド１Ａと同様の圧力分布となる。これにより、インクジェットヘッド１Ｃは、上述した第１乃至第４の実施形態に係るインクジェットヘッド１，１Ａ，１Ｂと同様に、ノズル３３の圧力Ｐｎが、インクの吐出時又はインクの非吐出時の一方で、圧電部材２３の長手方向で一定とすることが可能となる。

このように、インクジェットヘッド１Ｃは、第１乃至第４の実施形態に係るインクジェットヘッド１，１Ａ，１Ｂと同様の効果を得ることが可能となる。

なお、本実施の形態は、上述した構成に限定されない。例えば、上述した実施形態では、インクジェットヘッド１、１Ａの構成において、インク供給路４１を２つ、インク排出路４２を１つ設ける構成を説明したが、これに限定されない。例えば、インク供給路４１を一つ、インク排出路４２を２つ設ける構成であってもよい。なお、この場合、インク供給路４１とインク排出路４２の圧力勾配が同等となるように、インク供給路４１の圧力損失抵抗Ｒｉに対してインク排出路４２の圧力損失抵抗Ｒｏを２倍と同等とすればよい。即ち、ノズル３３からのインクの吐出時又は非吐出時において、ノズル３３の圧力Ｐｎが、各ノズル３３において一定となるように、圧力損失抵抗Ｒｉ，Ｒｏが設定されていれば良い。この他適宜設定可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１〜１Ｃ…インクジェットヘッド、２…インク供給装置、３…ヘッド基板、４…ドライバ回路基板、８…インク供給装置、９…供給側インクタンク、１０…供給側インクタンク、１１…排出側インクタンク、１２…供給側圧力調整ポンプ、１３…輸送ポンプ、１４…排出側圧力調整ポンプ、１５…供給管、１６…排出管、１７…マニホールド、２０〜２０Ｃ…基板、２１…枠部材、２２…ノズルプレート、２３…圧電部材、２３ａ．２３ｂ…圧電板、２３ｃ…接着剤層、２４…共通液室、２５…配線回路、２８〜２８Ｃ…孔部、２９…供給穴、３０…排出穴、３２…ノズル列、３３…ノズル、３５…傾斜面、３６…圧力室、３７…側壁、３８…電極、４１…インク供給路、４２…インク排出路、４４…樹脂フィルム、４５…ＩＣチップ、Ｆ…インクの流れ、Ｔ…チューブ。

Claims

インクを吐出する複数のノズルと、中央で前記ノズルに各々連通するとともに一端からインクが供給され他端からインクが排出され一方向に配列された複数の圧力室と、前記圧力室の各々にインクを強制的に供給するインク供給路と、前記圧力室の各々からインクを回収するインク排出路と、前記インク供給路にインクを供給する供給穴と、前記インク排出路のインクを排出する排出穴と、を有するインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路内のインク及び前記インク排出路内のインクに、前記圧力室の配列方向に平行、且つ、互いに反対方向の流れをそれぞれ発生させることを特徴とするインクジェットヘッド。
１つの前記圧力室の配列に対して１つの前記インク供給路と１つの前記インク排出路を具備し、前記インク供給路と前記インク排出路の圧力損失抵抗を略同一としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
２つの前記圧力室の配列に対して２つの前記インク供給路と１つの前記インク排出路を具備し、前記インク排出路の圧力損失抵抗を前記インク供給路の圧力損失抵抗に対して略１／２としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
２つの前記圧力室の配列に対して１つの前記インク供給路と２つの前記インク排出路を具備し、前記インク供給路の圧力損失抵抗を前記インク排出路の圧力損失抵抗に対して略１／２としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
１つの前記圧力室の配列に対して１つの前記インク供給路と１つの前記インク排出路を具備し、前記インク排出路の圧力損失抵抗を前記インク供給路の圧力損失抵抗より大きくし、前記圧力室の各々に前記インクを供給することに伴う前記ノズルのノズル間圧力分布と、前記ノズルからの前記インクの吐出に伴う前記インクの補給によるノズル間圧力分布とが互いに打ち消すことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドを搭載するインクジェット記録装置。
２つの前記圧力室の配列に対して２つの前記インク供給路と１つの前記インク排出路を具備し、前記インク排出路の圧力損失抵抗を前記インク供給路の圧力損失抵抗の１／２より大きくすることにより、前記圧力室の各々に前記インクを供給することに伴う前記ノズルのノズル間圧力分布と、前記ノズルからのインクの吐出に伴う前記インクの補給によるノズル間圧力分布とが互いに打ち消すようにしたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドを搭載するインクジェット記録装置。
２つの前記圧力室の配列に対して１つの前記インク供給路と２つの前記インク排出路を具備し、前記インク排出路の圧力損失抵抗を前記インク供給路の圧力損失抵抗の２倍より大きくすることにより、前記圧力室の各々に前記インクを供給することに伴う前記ノズルのノズル間圧力分布と、前記ノズルからの前記インクの吐出に伴う前記インクの補給によるノズル間圧力分布とが互いに打ち消すようにしたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドを搭載するインクジェット記録装置。