JP2014088034A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個の液体供給口を設けた場合における液体の合流領域での淀みを発生させることなくリザーバーにおける気泡排出性の向上を図り得る液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】圧力変動により各ノズル開口を介して内部の液体をそれぞれ吐出するように並設された圧力発生室と、各圧力発生室に対応して配設され、駆動信号の供給により変形して圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧電素子と、圧力発生室に連通するようその並設方向に亘って設けられたリザーバー２２とを有し、リザーバー２２は複数のインク導入口２１ａ，２１ｂに連通するとともに、各インク導入口２１ａ，２１ｂから供給された液体の合流領域において圧力発生室と反対側の壁を突出させてこの部分の幅が他の部分の幅よりも小さくなるように絞り部２２ａを形成した。
【選択図】図２

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適用して有用なものである。

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としては、例えば圧電素子及び圧力発生室が設けられたアクチュエーターユニットと、圧力発生室に連通してインクを吐出するノズル開口が設けられたノズルプレート及び前記圧力発生室の共通のインク室となるリザーバーが設けられた流路ユニットとを具備するものがある。

このようなインクジェット式記録ヘッドのリザーバーは、その幅を中央部に配設された液体導入口から離れるにしたがって狭くなるように構成したもの（特許文献１参照）や、リザーバーを分岐させて分岐口の方向を流れに合わせることで各分岐流路の流路抵抗を揃えるように構成したもの（特許文献２参照）が知られている。前者は、気泡の滞留しやすい領域の流速を速めて気泡の滞留を防止するように工夫したものであり、後者は各圧力発生室に対して同時にインクを充填することでリザーバー内の気泡の残りを抑制するように工夫したものである。

特開２００２−２９２８６８号公報 特開２００６−２９７８９７号公報

しかしながら、上述の如きリザーバーの構造では、インクジェット式記録ヘッドの長尺化には対処できない。すなわち、従来はリザーバーの中央部に配設した一個の液体導入口を介してインクをリザーバー内に導入していたが、例えば１inchを超えるような長尺のインクジェット式記録ヘッドでは、リザーバーも比例して長尺化する結果、リザーバーでの圧力損失が大きくなる。かかる圧力損失の増大の影響を除去してインクの供給性を確保するためには、液体導入口を２個以上設ける必要がある。ただ、この場合にはインクの合流領域では流れが淀んで気泡排出が困難になるという新たな問題を生起する。このように、液体供給口を複数個設けた場合のインクの淀みに起因する気泡排出性の悪化という新たな問題に対して特許文献１，２に開示する技術では対処できない。何れも一個のリザーバーに一個の液体導入口を設けた場合を前提とするものであるからである。

なお、このような問題は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、上記従来技術の問題点に鑑み、複数個の液体供給口を設けた場合における液体の合流領域での淀みを発生させることなくリザーバーにおける気泡排出性の向上を図り得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、圧力変動によりノズル開口を介して液体を吐出するように基板に並設された圧力発生室と、前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、前記圧力発生室に前記液体を供給するとともに前記圧力発生室の並設方向に亘って設けられた共通の液体室を構成するよう前記基板に設けられたリザーバーとを有し、前記リザーバーは複数の液体導入口から前記液体を供給されるとともに、前記各液体導入口から供給された液体の合流領域において前記リザーバーの断面積が、前記合流領域以外の所定領域における前記リザーバーの断面積よりも小さくなるように構成したことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

本態様によれば、複数の液体供給口から供給される液体の合流領域における淀みを合流領域の幅狭部分で除去し得るので、淀みに起因して滞留する気泡を良好に排出することができる。また、リザーバーを経て各圧力発生室に供給される液体の流れを各圧力発生室の長手方向に対してより平行に近い流れとすることができるので、この点でも良好な気泡の排出性を保証することができる。

ちなみに、長尺化のために複数のヘッドまたは、複数のリザーバーを単に並べた場合には、各ヘッドや複数のリザーバーの構造的な強度のバラツキやリザーバーの静圧のバラツキ、リザーバー間のコンプライアンスのバラツキ等に起因してクロストークが発生する。しかし、本態様であればヘッドを長尺化しても１つの共通したリザーバーを用いることが容易になるので、構造的な強度のバラツキやリザーバーの静圧のバランス、リザーバー中のコンプライアンスのバラツキを揃えることでクロストークを抑制しつつ、気泡の排出性能を十分良好なものとすることができる。

ここで、前記リザーバーは、前記基板の面に沿う方向に液体供給口を介して前記圧力発生室に前記液体を供給するように構成するとともに、前記合流領域において前記液体供給口に対向するリザーバー内壁が、前記液体供給口に向かって凸状になるように構成することができる。この場合には、基板の面方向に平行な方向から液体供給口を介して前記液体を前記圧力発生室に供給する形式の液体噴射ヘッドにおいて、上述の如き作用・効果を発揮させることができる。また、前記リザーバーは、前記基板の厚さ方向に液体供給口を介して前記圧力発生室に前記液体を供給するように構成するとともに、前記液体供給口を挟んで前記圧力発生室の並設方向に延びるリザーバー内壁のそれぞれは、前記合流領域において相対向するリザーバー内壁に向かって凸状になるように構成することができる。この場合には、前記基板の厚さ方向と平行な方向から液体供給口を介して前記液体を前記圧力発生室に供給する形式の液体噴射ヘッドにおいて、上述の如き作用・効果を発揮させることができる。また、前記所定領域において前記液体供給口を挟んで前記圧力発生室の並設方向に延びるリザーバー内壁はいずれも、前記液体供給口から自然消滅が可能な気泡の直径よりも大きい距離で離れていることが望ましい。前記距離が小さいほど有害な気泡が成長し易いからである。

前述の如く幅を小さくすることは、例えば前記合流領域に絞り部を形成することにより容易に実現し得る。また、前記絞り部は、前記圧力発生室の並設方向の前記液体導入口側から隣合う前記液体導入口の中間部に向けて前記幅が漸減するような形状とするのが好適である。液体の流れを絞り部に沿わせることで効果的に気泡の排出を行うことができるからである。ここで、前記絞り部の前記幅は、前記液体の流線に沿って漸減するような形状とするのが最適である。液体の流れが最も円滑になり、その分良好に気泡も排出されるからである。

また、前記絞り部はリザーバー内に複数設けられていても良い。この場合には流体の合流領域を複数個形成して各合流領域における流体の淀みを除去することができる。したがって、リザーバーの長手方向の寸法が長尺になった場合に特に有用なものとなる。

また、本発明の他の態様は、上述の如き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。

本態様によれば、長尺のヘッドで印字の高速化を実現できるだけでなく、印字品質の向上にも資することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る液体噴射ヘッドの断面図である。 図１のリザーバー部分を抽出して示す平面図である。 図２に示すリザーバーに対し絞り部を有しない場合を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る液体噴射ヘッドの断面図である。 図４のリザーバー部分を抽出して示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態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。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッド１０は、複数の圧力発生室１１を有する流路形成基板１２と、各圧力発生室１１に連通する複数のノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４と、流路形成基板１２のノズルプレート１４とは反対側の面に設けられる振動板１５とを具備する流路ユニット１６を有する。さらに、振動板１５上の各圧力発生室１１に対応する領域に設けられる圧電素子１７を有する圧電素子ユニット１８と、振動板１５上に固定されて圧電素子ユニット１８が収容される収容部１９を有するケースヘッド２０とを有する。

流路形成基板１２には、その一方面側の表層部分に、圧力発生室１１が隔壁によって区画されてその幅方向で複数並設されている。例えば、本形態では、流路形成基板１２には、複数の圧力発生室１１が並設されている。各圧力発生室１１の列の外側には、ケースヘッド２０外部のインク供給手段（図示せず）に連通するインク導入口２１を介してインクが供給されるリザーバー２２が、流路形成基板１２を厚さ方向に貫通して設けられている。そして、リザーバー２２と各圧力発生室１１とは、インク供給口２３を介して連通され、各圧力発生室１１には、インク供給手段からインク導入口２１及びリザーバー２２を介してインクが供給される。インク供給口２３は、圧力発生室１１よりも狭い幅で形成されており、リザーバー２２から圧力発生室１１に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしている。さらに、圧力発生室１１のリザーバー２２とは反対の端部側には、流路形成基板１２を貫通するノズル連通孔２４が形成されている。

このように、本形態では、リザーバー２２からインク供給口２３を介して流路形成基板１２の面方向にインクを流すことにより各圧力発生室１１にインクを充填するように構成してある。すなわち、流路形成基板１２には圧力発生室１１、リザーバー２２、インク供給口２３、ノズル連通孔２４が設けられている。このような流路形成基板１２は、シリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１２に設けられる上記圧力発生室１１等は、流路形成基板１２をエッチングすることによって形成されている。

流路形成基板１２の一方面側にはノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４が接着剤５０を介して接着され、各ノズル開口１３は、流路形成基板１２に設けられたノズル連通孔２４を介して各圧力発生室１１と連通している。一方、流路形成基板１２の他方面側、すなわち圧力発生室１１の開口面側には振動板１５が接合されている。各圧力発生室１１はこの振動板１５によって封止されている。ここで、振動板１５は、例えば樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜２５と、この弾性膜２５を支持する、例えば金属材料等からなる支持板２６との複合板で形成されており、弾性膜２５側が流路形成基板１２に接合されている。また、振動板１５の各圧力発生室１１に対向する領域内には、圧電素子１７の先端部が当接する島部２７が設けられている。この圧電素子１７の先端面は、接着剤２８によって島部２７に接合されている。また、振動板１５のリザーバー２２に対向する領域に支持板２６がエッチングにより除去されて実質的に弾性膜２５のみで構成されるコンプライアンス部２９が設けられている。なお、このコンプライアンス部２９は、リザーバー２２内の圧力変化が生じた時に、このコンプライアンス部２９の弾性膜２５が変形することによって圧力変化を吸収し、リザーバー２２内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。さらに、振動板１５にはインク導入口２１とリザーバー２２とが連通するように開口３０が設けられている。この振動板１５は流路形成基板１２に接着剤５１を介して接着されている。

圧電素子１７は、一つの圧電素子ユニット１８において一体的に形成されている。すなわち、圧電材料３１と電極形成材料３２，３３とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層した圧電素子形成部材３４を形成し、この圧電素子形成部材３４を各圧力発生室１１に対応して櫛歯状に切り分けることによって各圧電素子１７が形成されている。そして、この圧電素子１７（圧電素子形成部材３４）の振動に寄与しない不活性領域、すなわち圧電素子１７の基端部側が固定基板３５に固着されている。本形態では、これら圧電素子１７（圧電素子形成部材３４）と固定基板３５とで圧電素子ユニット１８が構成されている。そして、圧電素子１７の基端部近傍には、固定基板３５とは反対側の面に、各圧電素子１７を駆動するための信号を供給する配線３６を有する回路基板３７が接続されている。

このような圧電素子ユニット１８は、圧電素子１７の先端部が上述したように振動板１５の島部２７に当接された状態で固定されている。例えば、本実施形態では、上述したように振動板１５上にケースヘッド２０が固定されており、圧電素子ユニット１８は、このケースヘッド２０の収容部１９内に収容されて、圧電素子１７が固定された固定基板３５が、圧電素子１７とは反対面側でケースヘッド２０に固定されている。具体的には、ケースヘッド２０の収容部１９内には、段差部３８が設けられており、固定基板３５は、このケースヘッド２０の段差部３８に接着剤３９によって接合されている。

さらにケースヘッド２０上には、回路基板３７の各配線３６がそれぞれ接続される複数の導電パッド４０が設けられた配線基板４１が固定されており、ケースヘッド２０の収容部１９は、この配線基板４１によって実質的に塞がれている。配線基板４１には、ケースヘッド２０の収容部１９に対向する領域にスリット状の開口部４２が形成されており、回路基板３７はこの配線基板４１の開口部４２から収容部１９の外側に引き出されている。

また、圧電素子ユニット１８を構成する回路基板３７は、例えば、本実施形態では、圧電素子１７を駆動するための駆動ＩＣ（図示なし）が搭載されたチップオンフィルム（ＣＯＦ）からなる。そして、回路基板３７の各配線３６は、その基端部側では、例えば、半田、異方性導電材等によって圧電素子１７を構成する電極形成材料３２，３３に接続されている。一方、先端部側では、各配線３６は配線基板４１の各導電パッド４０に接合されている。具体的には、配線基板４１の開口部４２から収容部１９の外側に引き出された回路基板３７の先端部が配線基板４１の表面に沿って折り曲げられた状態で、各配線３６は配線基板４１の各導電パッド４０に接合されている。

図２は本形態に係る各種のリザーバーの平面形状を示す説明図である。ここでは図２（ａ）乃至図２（ｄ）の４種類を示すが、勿論これらに限定するものではない。ただ、本形態における各リザーバー２２,７２,８２,９２は複数（図では２乃至３個）のインク導入口（２１ａ，２１ｂ）、（７１ａ〜７１ｃ）、（８１ａ〜８１ｃ）、（９１ａ，９１ｂ）に連通する点を共通の第１の特徴とする。同時に、各インク導入口（２１ａ，２１ｂ）、（７１ａ〜７１ｃ）、（８１ａ〜８１ｃ）、（９１ａ，９１ｂ）から供給されたインクの合流領域において圧力発生室１１（図１参照）と反対側（図の上方側）の壁を突出させてこの部分の長手方向（図の左右方向）と直交する方向（図の上下方向）の寸法である幅が他の部分の幅よりも小さくなるように絞り部２２ａ，（７２ａ，７２ｂ），（８２ａ，８２ｂ），９２ａを形成した点を共通の第２の特徴とする。すなわち、リザーバー２２の長尺化に伴うインクの圧力損失を抑制するという観点から、まずインク導入口（２１ａ，２１ｂ）、（７１ａ〜７１ｃ）、（８１ａ〜８１ｃ）、（９１ａ，９１ｂ）の数を決定し、それぞれの場合において、リザーバー２２内でのインクの淀みを除去するという観点から前記合流領域に絞り部２２ａ，（７２ａ，７２ｂ），（８２ａ，８２ｂ），９２ａを形成している。

図２（ａ）は、リザーバー２２が、その長手方向に関する両端部の２個のインク導入口２１ａ，２１ｂに連通している場合である。この場合の流線を図中に矢印で示すが、この矢印の先端がぶつかる合流領域に絞り部２２ａが形成してある。これにより、合流部分でのインクの淀みを防止することができる。この結果、淀み部分に滞留する気泡を有効に排除して気泡の排出性を向上させることができる。また、この場合の流線は、図中下方側に形成されている圧力発生室１１の軸線（図中の上下方向）に対し、より平行に近いものとなる。したがって、このことによっても気泡を良好に排出できる。

図２（ｂ）は、リザーバー７２が、その長手方向に関する両端部の２個のインク導入口７１ａ，７１ｂに連通するとともに、中央部の１個のインク導入口７１ｃに連通する場合である。すなわち、３個のインク導入口７１ａ乃至７１ｃに連通する場合であるが、各インク導入口７１ａ乃至７１ｃから導入されたインクが合流する合流領域に絞り部７２ａ，７２ｂが形成してある。図２（ｃ）は、リザーバー８２を３ブロックに分割し、各ブロックの中央部をインク導入口８１ａ，８１ｂ，８１ｃに連通させたものである。この場合には、両端のブロックの左端部乃至右端部での流速の低下を抑制するため、インクが合流する合流領域に絞り部８２ａ，８２ｂを設けるだけでなく、リザーバー８２の両端部も絞って相対的な幅狭部８２ｃ、８２ｄを形成している。かくして、絞り部８２ａ，８２ｂと幅狭部８２ｃ，８２ｄとの気泡排出機能が相俟って良好に気泡を排出することができる。

図２（ｄ）はリザーバー９２が、その長手方向に関する両端部の２個のインク導入口９１ａ，９１ｂに連通している場合である。この点では、図２（ａ）に示す場合と同様であるが、図２（ｄ）に示す場合には、さらにリザーバー９２の形状自体も、各インク導入口９１ａ，９１ｂから合流領域に向けて長手方向に沿って幅（図中の上下方向の寸法）が漸減するように形成してある。したがって、この場合には、リザーバー９２自体の幅の変化により、インクの流れを円滑にすることができる。ただ、流路抵抗は増大するので、この流路抵抗による圧力損失との兼ね合いで幅の変化率を調整する必要がある。

なお、図２（ａ）乃至図２（ｄ）において、絞り部２２ａ等は何れも所定の合流領域において、リザーバー２２等の長手方向に沿う両側から中央部に向けて幅が漸減するような形状とし、しかも前記幅が曲線的に漸減するような形状としたが、これに限るものではない。絞り部２２等の幅は、直線的に漸減するような形状としても良い。ただ、絞り部２２等の幅をインクの流線に沿って漸減するような形状とした場合が最も円滑にインクを流すことができ、気泡の排出性能も最良なものとなる。

ちなみに、複数のインク導入口に連通させている長尺のリザーバーにおいて、図２に示すような、絞り部２２ａ等を有しない場合には、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すような問題を発生する。すなわち、リザーバー１０２においてインク導入口１０１ａ、１０１ｂから供給されたインクの合流領域に図３（ｂ）に示すような流れの淀み領域１０５が形成されてしまい、これが原因となって図３（ａ）に示すように、図３（ｂ）の淀み領域１０５に気泡１０４が滞留して排出されず印字性能を悪化させる。

上述の如き本形態によれば、圧電素子１７及び振動板１５の変形によって各圧力発生室１１の容積を変化させることでインク滴を吐出させることができる。具体的には、図示しないインクカートリッジから複数のインク導入口２１を介してリザーバー２２にインクが供給されると、インク供給口２３から各圧力発生室１１にインクが分配される。実際には、圧電素子１７に電圧を印加することにより圧電素子１７を収縮させる。これにより、振動板１５が圧電素子１７と共に変形されて圧力発生室１１の容積が広げられ、圧力発生室１１内にインクが引き込まれる。ノズル開口１３に至るまで内部にインクが満たされた後、配線基板を介して供給される記録信号に従い、圧電素子１７の電極形成材料３２，３３に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子１７が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板１５も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室１１の容積が収縮して圧力発生室１１内の圧力が高まりノズル開口１３からインク滴が吐出される。

かかるインク吐出の際にリザーバー２２内のインクは上述の如く合流領域の絞り部２２ａ（図２（ａ）参照）に案内されて良好に圧力発生室１１内に流入する。この結果、合流領域でのインクの淀みを防止でき良好な気泡排出性を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態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。同図に示すように、本形態に係るインクジェット式記録ヘッド１１０は、アクチュエーターユニット１２０と、このアクチュエーターユニット１２０が固定される流路ユニット１３０とで構成されている。

アクチュエーターユニット１２０は、圧電素子１４０を具備するアクチュエーター装置であり、圧力発生室１２１が形成された流路形成基板１２２と、流路形成基板１２２の一方面側に設けられた振動板１２３と、流路形成基板１２２の他方面側に設けられた圧力発生室底板１２４とを有する。

流路形成基板１２２は、例えば、１５０μｍ程度の厚みを有するアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や、ジルコニア（ＺｒＯ_２）などのセラミックス板からなり、本形態では、複数の圧力発生室１２１がその幅方向に沿って並設されている。そして、この流路形成基板１２２の一方面に、例えば、厚さ１０〜１２μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）の薄板からなる振動板１２３が固定され、圧力発生室１２１の一方面はこの振動板１２３により封止されている。

圧力発生室底板１２４は、流路形成基板１２２の他方面側に固定されて圧力発生室１２１の他方面を封止すると共に、圧力発生室１２１の長手方向一方の端部近傍に設けられて圧力発生室１２１と後述するリザーバーとを連通する供給連通孔１２５と、圧力発生室１２１の長手方向他方の端部近傍に設けられて後述するノズル開口１３４に連通するノズル連通孔１２６とを有する。

そして、圧電素子１４０は、振動板１２３上の各圧力発生室１２１に対向する領域のそれぞれに設けられている。

ここで、各圧電素子１４０は、振動板１２３上に設けられた下電極膜１４１と、各圧力発生室１２１毎に独立して設けられた圧電体層１４２と、各圧電体層１４２上に設けられた上電極膜１４３とで構成されている。圧電体層１４２は、圧電材料からなるグリーンシートを貼付することや、印刷することで形成されている。また、下電極膜１４１は、並設された圧電体層１４２に亘って設けられて各圧電素子１４０の共通電極となっており、振動板の一部として機能する。勿論、下電極膜１４１を各圧電体層１４２毎に設けるようにしてもよい。

なお、アクチュエーターユニット１２０の各層である流路形成基板１２２、振動板１２３及び圧力発生室底板１２４は、粘土状のセラミックス材料、いわゆるグリーンシートを所定の厚さに成形して、例えば、圧力発生室１２１等を穿設後、積層して焼成することにより接着剤を必要とすることなく一体化される。そして、その後、振動板１２３上に圧電素子１４０が形成される。

一方、流路ユニット１３０は、アクチュエーターユニット１２０の圧力発生室底板１２４に接合された液体供給口形成基板１３１と、複数の圧力発生室１２１の共通インク室となるリザーバー１３２が形成されるリザーバー形成基板１３３と、リザーバー形成基板１３３の液体供給口形成基板１３１とは反対側に設けられたコンプライアンス基板１５０と、ノズル開口１３４が形成されたノズルプレート１３５とからなる。

液体供給口形成基板１３１は、厚さ６０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）の薄板からなり、ノズル開口１３４と圧力発生室１２１とを接続するノズル連通孔１３６と、前述の供給連通孔１２５と共にリザーバー１３２と圧力発生室１２１とを接続するインク供給口１３７を穿設して構成され、また、各リザーバー１３２と連通し、外部のインクタンクからのインクを供給するインク導入口１３８が設けられている。ここで、インク供給口１３７は各圧力発生室１２１に対応させて同一の配列ピッチで圧力発生室１２１と同数設けてある。また、インク導入口１３８はリザーバー１３２の長手方向の寸法に応じて複数個設けてある。したがって、複数箇所からリザーバー１３２内に流入するインクは隣接するインク導入口１３８の中間領域で合流する。すなわち、リザーバー１３２内おいては、隣接するインク導入口１３８の中間領域でインクの合流領域が形成される。

リザーバー形成基板１３３は、インク流路を構成するに適した、例えば、１５０μｍのステンレス鋼などの耐食性を備えた板材に、外部のインクタンク（図示なし）からインクの供給を受けて圧力発生室１２１にインクを供給するリザーバー１３２と、圧力発生室１２１とノズル開口１３４とを連通するノズル連通孔１３９とを有する。

リザーバー１３２は、複数の圧力発生室１２１に亘って、すなわち、圧力発生室１２１の並設方向である一方向に亘って設けられている。さらに、リザーバー１３２はインク供給口１３７を挟んで相対向するリザーバー内壁間の幅が、前述の如きインクの合流領域において、それ以外の領域における幅よりも小さくなるように構成してある。本形態においては、インクの合流領域において相対向するリザーバー１３２の内壁に絞り部１３２ａ，１３２ｂを形成してインクの合流領域でのリザーバー１３２の幅を小さくしている。この点に関しては図５を追加して後に詳述する。

コンプライアンス基板１５０は、リザーバー形成基板１３３の液体供給口形成基板１３１とは反対側の面に接合されてリザーバー１３２の底面を封止している。ここで、コンプライアンス基板１５０のリザーバー１３２に相対向する領域は、他の領域に比べて厚さが薄く形成されることで、リザーバー１３２の圧力変化によって変形するコンプライアンス部１５１となっている。コンプライアンス基板１５０の材料としては、例えば、ステンレス鋼等の金属やセラミックを用いることができる。もちろん、コンプライアンス基板１５０は、特にこれに限定されず、例えば、コンプライアンス部１５１を構成するフィルム状の弾性膜と、厚さ方向の一部が貫通して設けられた支持基板とで構成するようにしてもよい。

さらに、コンプライアンス基板１５０には、厚さ方向に貫通してリザーバー形成基板１３３に設けられたノズル連通孔１３９とノズル開口１３４とを連通するノズル連通孔１５２が設けられている。すなわち、圧力発生室１２１からのインクは、液体供給口形成基板１３１、リザーバー形成基板１３３及びコンプライアンス基板１５０に設けられたノズル連通孔１３６、１３９及び１５２を介してノズル開口１３４から吐出される。

ノズルプレート１３５は、例えば、ステンレス鋼からなる薄板に、圧力発生室１２１と同一の配列ピッチでノズル開口１３４が穿設されて形成されている。

このような流路ユニット１３０は、液体供給口形成基板１３１、リザーバー形成基板１３３、コンプライアンス基板１５０及びノズルプレート１３５を接着剤や熱溶着フィルム等によって固定することで形成される。そして、このような流路ユニット１３０とアクチュエーターユニット１２０とは、接着剤や熱溶着フィルムを介して接合されて固定されている。

図５は本形態に係る各種のリザーバーの平面形状を示す説明図である。同図を追加してリザーバー１３２、特にその絞り部１３２ａ，１３２ｂ等について詳説する。

図５（ａ）は、リザーバー１３２が、その長手方向に関する両端部の２個のインク導入口１３８ａ，１３８ｂに連通している場合であり、第１の実施の形態における図２（ａ）に示す場合に対応している。図１及び図２（ａ）に示す第１の実施の形態の場合、リザーバー２２は、流路形成基板１２の面方向に平行な方向からインク供給口２３を介してインクを圧力発生室１１に供給するように構成してあるので、絞り部２２ａはインク供給口２３が相対向するリザーバー２２の内壁面のみを突出させれば良い。

これに対し、本形態では、インク供給口１３７がリザーバー１３２の相対向する内壁１３２ｃ，１３２ｄの間に形成されているため、インク導入口１３８ａ，１３８ｂ側の内壁１３２ｃ側に絞り部１３２ａを設けるだけでは不十分である。インク導入口１３８ａ，１３８ｂを介してリザーバー１３２内に流入したインクの内壁１３２ｄ側における合流領域で淀みが発生し、この淀みに起因する気泡が成長し、インク供給口１３７を介して圧力発生室１２１内に流入する可能性があるからである。特に、内壁１３２ｄからインク供給口１３７までの距離ｄが、自然消滅する可能性が高い小径の気泡や排出したい気泡のサイズよりも大きい場合には、成長した気泡がインク供給口１３７を介して圧力発生室１２１内に流入する可能性が高くなる。

そこで、本形態では、内壁１３２ｄ側にも絞り部１３２ｂを設けている。すなわち、インクの合流領域において相対向するリザーバー１３２の内壁１３２ｃ、１３２ｄに絞り部１３２ａ，１３２ｂを形成してインクの合流領域でのリザーバー１３２の幅を小さくしている。

図５（ａ）にこの場合の流線を矢印で示す。この矢印の先端がぶつかる合流領域に絞り部１３２ａ、１３２ｂが形成してある。これにより、合流部分でのインクの淀みを防止することができる。この結果、淀み部分に滞留する気泡を有効に排除して気泡の排出性を向上させることができる。

図５（ｂ）は、リザーバー１７２が、その長手方向に関する両端部の２個のインク導入口１７１ａ，１７１ｂに連通するとともに、中央部の１個のインク導入口１７１ｃに連通している場合であり、第１の実施の形態における図２（ｂ）に示す場合に対応している。すなわち、３個のインク導入口１７１ａ乃至１７１ｃに連通する場合であるが、各インク導入口１７１ａ乃至１７１ｃから導入されたインクが合流する合流領域に絞り部１７２ａ，１７２ｂが形成してあるだけでなく、これらに相対向する位置に絞り部１７２ｃ，１７２ｄが形成してある。

図５（ｃ）は、リザーバー１８２を３ブロックに分割し、各ブロックの中央部をインク導入口１８１ａ，１８１ｂ，１８１ｃに連通させたものである。これは、第１の実施の形態における図２（ｃ）に示す場合に対応している。この場合には、両端のブロックの左端部乃至右端部での流速の低下を抑制するため、インクが合流する合流領域に絞り部１８２ａ，１８２ｂを設けるだけでなく、リザーバー１８２の両端部も絞って相対的な幅狭部１８２ｃ、１８２ｄを形成している。同時に、絞り部１８２ａ，１８２ｂに相対向する位置には絞り部１８２ｅ，１８２ｆが、また幅狭部１８２ｃ、１８２ｄに相対向する位置には幅狭部１８２ｇ，１８２ｈがそれぞれ設けられている。

かくして、絞り部１８２ａ，１８２ｂ、１８２ｅ，１８２ｆと幅狭部１８２ｃ，１８２ｄ、１８２ｇ，１８２ｈとの気泡排出機能が相俟って良好に気泡を排出することができる。

図５（ｄ）はリザーバー１９２が、その長手方向に関する両端部の２個のインク導入口１９１ａ，１９１ｂに連通している場合である。この点では、図５（ａ）に示す場合と同様であるが、図５（ｄ）に示す場合には、さらにリザーバー１９２の形状自体も、各インク導入口１９１ａ，１９１ｂから合流領域に向けて長手方向に沿って幅（図中の上下方向の寸法）が漸減するように内壁１９２ｃを形成してあり、さらにこれに相対向する内壁１９２ｄも対称な形状に形成してある。かくして、インクの合流領域に絞り部１９２ａ、１９２ｂが形成されている。

したがって、この場合には、リザーバー１９２自体の幅の変化により、インクの流れを円滑にすることができる。ただ、流路抵抗は増大するので、この流路抵抗による圧力損失との兼ね合いで幅の変化率を調整する必要がある。

なお、図５（ａ）乃至図５（ｄ）において、絞り部１３２ａ等は何れも所定の合流領域において、リザーバー１３２等の長手方向に沿う両側から中央部に向けて幅が漸減するような形状とし、しかも前記幅が曲線的に漸減するような形状としたが、これに限るものではない。絞り部１３２ａ等の幅は、直線的に漸減するような形状としても良い。ただ、絞り部１３２ａ等の幅をインクの流線に沿って漸減するような形状とした場合が最も円滑にインクを流すことができ、気泡の排出性能も最良なものとなる。

上述の如き本形態によればインクカートリッジ（貯留手段）から複数のインク導入口１３８を介してリザーバー１３２内にインクを取り込み、リザーバー１３２からノズル開口１３４に至るまでのインク流路内をインクで満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、各圧力発生室１２１に対応する各圧電素子１４０に電圧を印加して圧電素子１４０と共に振動板１２３をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２１内の圧力が高まり各ノズル開口１３４からインク滴が吐出される。

かかるインク吐出の際にリザーバー１３２内のインクは上述の如く合流領域の絞り部１３２ａ，１３２ｂに案内されて良好に圧力発生室１２１内に流入する。この結果、合流領域でのインクの淀みを防止でき良好な気泡排出性を得ることができる。

（他の実施形態）
上記実施の形態では、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素子を有する、インクジェット式記録ヘッド等について説明したが、リザーバーを有するものであればインクジェット式記録ヘッドの種類には限定されない。例えば、厚膜型の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッド、例えばゾル−ゲル法、ＭＯＤ法、スパッタリング法等により形成される圧電材料を有する薄膜型の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッド、振動板と電極を所定の隙間を開けて配置し、静電気力で振動板の振動を制御する、いわゆる静電アクチュエーターを有するインクジェット式記録ヘッド、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インクジェット式記録ヘッドであっても同様の効果を奏する。

また、上記実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク導入口を具備する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６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。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

なお、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド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の検査方法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、液晶ディスプレー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ディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。

１０，１１０ インクジェット式記録ヘッド、 １１，１２１ 圧力発生室、 １２，１２２ 流路形成基板、 １３，１３４ ノズル開口、 １４，１３５ ノズルプレート、 １５，１２３ 振動板、 １６，１３０ 流路ユニット、 １７，１４０ 圧電素子、 １８ 圧電素子ユニット、 １９ 収容部、 ２０ ケースヘッド、 ２１，１３８ インク導入口、 ２２，１３２ リザーバー、 ２２ａ，１３２ａ 絞り部

上記課題を解決する本発明の態様は、圧力変動によりノズル開口を介して液体を吐出するように基板に並設された圧力発生室と、前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、複数の導入口を介して前記液体を供給され、前記圧力発生室に対して前記基板の厚さ方向の複数の供給口を介して、並設された前記圧力発生室のそれぞれに前記液体を供給するリザーバーと、を有し、複数の前記導入口は、第１の導入口と第２の導入口とを含み、前記リザーバーは、前記第１の導入口と前記第２の導入口との間に、凸状の絞り部を有し、前記圧力発生室の並設方向と直交する平面における前記リザーバーの断面積は、前記併設方向における前記リザーバーの端部よりも、前記絞り部がある部分の方が小さいことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
また、圧力変動によりノズル開口を介して液体を吐出するように基板に並設された圧力発生室と、前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、複数の導入口を介して前記液体を供給され、前記圧力発生室に対して前記基板の厚さ方向の複数の供給口を介して、並設された前記圧力発生室のそれぞれに前記液体を供給するリザーバーと、を有し、複数の前記導入口は、第１の導入口と第２の導入口とを含み、前記リザーバーは、前記第１の導入口と前記第２の導入口との間に、凸状の絞り部を有し、前記圧力発生室の並設方向と直交する平面における前記リザーバーの断面積は、前記絞り部がない部分よりも、前記絞り部がある分の方が小さいことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
さらに、圧力変動によりノズル開口を介して液体を吐出するように基板に並設された圧力発生室と、前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、複数の導入口を介して前記液体を供給され、前記圧力発生室に対して前記基板の厚さ方向の複数の供給口を介して、並設された前記圧力発生室のそれぞれに前記液体を供給するリザーバーと、を有し、複数の前記導入口は、第１の導入口と第２の導入口とを含み、前記リザーバーは、前記第１の導入口と前記第２の導入口との間に、凸状の絞り部を有し、前記基板の面と平行な直線であって前記圧力発生室の並設方向と直交する直線の方向における前記リザーバーの幅は、前記併設方向における前記リザーバーの端部よりも、前記絞り部がある部分の方が小さいことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
また、圧力変動によりノズル開口を介して液体を吐出するように基板に並設された圧力発生室と、前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、複数の導入口を介して前記液体を供給され、前記圧力発生室に対して前記基板の厚さ方向の複数の供給口を介して、並設された前記圧力発生室のそれぞれに前記液体を供給するリザーバーと、を有し、複数の前記導入口は、第１の導入口と第２の導入口とを含み、前記リザーバーは、前記第１の導入口と前記第２の導入口との間に、凸状の絞り部を有し、前記基板の面と平行な直線であって前記圧力発生室の並設方向と直交する直線の方向における前記リザーバーの幅は、前記絞り部がない部分よりも、前記絞り部がある部分の方が小さいことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
本態様によれば、基板の厚さ方向の複数の液体の供給口を有する場合でも、複数の供給口から供給される液体の合流領域における淀みを合流領域の幅狭部分で除去し得るので、淀みに起因して滞留する気泡を良好に排出することができる。また、リザーバーを経て各圧力発生室に供給される液体の流れを各圧力発生室の長手方向に対してより平行に近い流れとすることができるので、この点でも良好な気泡の排出性を保証することができる。
さらに、絞り部を複数設けているので、流体の合流領域を複数個形成することができ、リザーバーの長手方向の寸法が長尺になった場合でも、各合流領域における流体の淀みを除去するとともに、気泡の排出も良好に行うことができる。
また、本発明の他の態様は、圧力変動によりノズル開口を介して液体を吐出するように基板に並設された圧力発生室と、前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、前記圧力発生室に前記液体を供給するとともに前記圧力発生室の並設方向に亘って設けられた共通の液体室を構成するよう前記基板に設けられたリザーバーとを有し、前記リザーバーは複数の液体導入口から前記液体を供給されるとともに、前記各液体導入口から供給された液体の合流領域において前記リザーバーの断面積が、前記合流領域以外の所定領域における前記リザーバーの断面積よりも小さくなるように構成したことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

Claims (9)

1. 圧力変動によりノズル開口を介して液体を吐出するように基板に並設された圧力発生室と、
   前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
   前記圧力発生室に前記液体を供給するとともに前記圧力発生室の並設方向に亘って設けられた共通の液体室を構成するよう前記基板に設けられたリザーバーとを有し、
   前記リザーバーは複数の液体導入口から前記液体を供給されるとともに、前記各液体導入口から供給された液体の合流領域において前記リザーバーの断面積が、前記合流領域以外の所定領域における前記リザーバーの断面積よりも小さくなるように構成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記リザーバーは、前記基板の面に沿う方向に液体供給口を介して前記圧力発生室に前記液体を供給するように構成するとともに、前記合流領域において前記液体供給口に対向するリザーバー内壁が、前記液体供給口に向かって凸状になるように構成したこと特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記リザーバーは、前記基板の厚さ方向に液体供給口を介して前記圧力発生室に前記液体を供給するように構成するとともに、前記液体供給口を挟んで前記圧力発生室の並設方向に延びるリザーバー内壁のそれぞれは、前記合流領域において相対向するリザーバー内壁に向かって凸状になるように構成したこと特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項３に記載する液体噴射ヘッドであって、
   前記所定領域において前記液体供給口を挟んで前記圧力発生室の並設方向に延びるリザーバー内壁はいずれも、前記液体供給口から自然消滅が可能な気泡の直径よりも大きい距離で離れていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記合流領域において絞り部を形成していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項５に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記絞り部は、前記圧力発生室の並設方向の前記液体導入口側から隣合う前記液体導入口の中間部に向けて前記幅が漸減するような形状としたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項５又は請求項６に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記絞り部の前記幅は、前記液体の流線に沿って漸減するような形状としたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項５乃至請求項７の何れか一つに記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記絞り部はリザーバー内に複数設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載する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。

Images