JP2018001412A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、小型で高解像度化が可能であり、インクの射出安定性を維持しながら、インクとともにヘッド内の気泡や異物等を効果的に除去できるインクジェットヘッド等を提供することである。【解決手段】本発明のインクジェットヘッド１は、ノズルＮと、圧力室３１１と、圧電素子４２（圧力発生手段）と、圧力室３１１のインクを排出可能な個別連通流路１０２と、個別連通流路１０２が連結し個別連通流路１０２から排出されたインクが合流する共通流路７０３と、共通流路７０３に連通し、圧力室３１１を介さずに共通流路７０３に対してインクを供給可能なインク供給路２ａと、共通流路７０３内のインクを排出可能なインク排出路２ｂと、を備え、共通流路７０３のうち、複数のノズルＮの配列方向の一端部がインク供給路２ａに連結し、他端部がインク排出路２ｂに連結することを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、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、インクジェットヘッドに設けられた複数のノズルから、圧力室内に貯留するインクを射出して記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置が知られている。
このようなインクジェット記録装置では、インクジェットヘッド内に発生した気泡や混入した異物等によって、ノズルが詰まり、射出不良等の問題が生じる場合がある。また、インクの種類によっては、長時間使用しないままにしておくと、インク粒子の沈降等によってノズル付近のインク粘度が高まり、安定したインクの射出性能が得難い場合がある。

そこで、ヘッド内に圧力室のインクを循環可能な流路を備え、ヘッド内の気泡や異物等をインクとともにヘッドの外部に排出できるインクジェットヘッドが知られている。
例えば、特許文献１及び特許文献２には、ヘッド内部に、各圧力室にインクを共通に供給する供給口と、各圧力室からのインクを排出する個別連通流路が合流する共通流路と、当該共通流路からヘッドの外部にインクを排出する排出流路と、を備えるインクジェットヘッドが開示されている。

特許第５５６３３３２号公報 特開２０１５−１００９８９号公報

しかし、インクの射出時において、ヘッド内のインクを循環させる場合、特許文献１及び特許文献２に記載のインクジェットヘッドでは、共通流路に止水箇所があったり、流れの方向が一方向でないことにより、個別チャネル内から排出した気泡や異物等をヘッドの外部に排出しにくかった。そして、これらの気泡や異物等が流路内に留まることで詰まりが生じ、インクの循環を妨げることがあった。また、気泡が流路内に留まることにより圧力波の状態が変化し、近傍のチャネルにおけるインクの射出安定性が低下するなどの場合があった。

また、近年、インクジェットヘッドの小型化や画像の高解像度化のためノズルを高密度に配置することが求められている。そこで、小型化や高解像度化にも対応可能となるように、できるだけ簡易な構成で、かつヘッド内の気泡や異物等を効果的に除去できる方法が求められていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、簡易な構成で、インクの射出安定性を維持しながら、インクとともにヘッドチップ内の気泡や異物等を効果的に除去できるインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することである。

上記課題の解決のために、請求項１に記載の発明は、インクジェットヘッドであって、
インクを射出する複数のノズルと、
前記複数のノズルの各々に連通して設けられ、前記ノズルから射出するインクを貯留する複数の圧力室と、
前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
前記複数の圧力室の各々、又は前記圧力室と前記ノズルとの間の連通路の各々から分岐して設けられ、前記圧力室のインクを排出可能な複数の個別連通流路と、
前記複数の個別連通流路が連結し、前記複数の個別連通流路から排出されたインクが合流する共通流路と、
前記共通流路に連通し、前記圧力室を介さずに前記共通流路に対してインクを供給可能なインク供給路と、
前記共通流路内のインクを排出可能なインク排出路と、を備え、
前記共通流路のうち、前記複数のノズルの配列方向の一端部が前記インク供給路に連結し、他端部が前記インク排出路に連結することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記圧力室に供給するインクを貯留し、前記圧力室の各々へインクを供給するためのインク供給口のすべてが連結する共通供給液室を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路が、前記共通供給液室に連通することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路の流路抵抗をＲＳ、前記インク供給口から前記個別連通流路の出口までの個別チャネルの合成抵抗ＲＴとしたとき、ＲＴ≦ＲＳを満たすことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記インク排出路の流路抵抗をＲＤ、前記インク供給口から前記個別連通流路の出口までの個別チャネルの合成抵抗ＲＴとしたとき、ＲＤ≦ＲＴを満たすことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記共通流路の少なくとも一方に面して設けられ、圧力により弾性変形して流路の容積を変更可能なダンパーを備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記複数のノズルは、複数の列で配列して設けられており、
前記共通流路が、当該列ごとに設けられていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、
請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置である。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のインクジェット記録装置であって、前記圧力室から前記個別連通流路へのインクの循環流を発生させるためのインク供給手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で、インクの射出安定性を維持しながら、インクとともにヘッドチップ内の気泡や異物等を効果的に除去できる。

インクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図 インクジェットヘッドの上方からの斜視図 インクジェットヘッドの下方からの斜視図 図２ＡのIII-IIIの断面を示すインクジェットヘッドの断面図 図２ＡのIV-IVの断面を示すインクジェットヘッドの断面図 ヘッドチップの平面図 ヘッドチップの断面の拡大図 インク循環系の構成を説明する模式図 他の実施形態に係るヘッドチップ付近の構成を示す分解斜視図 他の実施形態に係るヘッドチップの断面図

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、発明の範囲は図示例に限定されない。また、以下の説明において、同一の機能及び構成を有するものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
なお、以下の説明では、ライン状にヘッドを並べたラインヘッドを用いた記録媒体の搬送のみで描画を行う１パス描画方式での実施形態を例にして説明するが、適宜の描画方式に適用可能であり、例えば、スキャン方式を用いた描画方式を採用しても良い。
また、以下の説明では、記録媒体Ｒの搬送方向を前後方向、記録媒体Ｒの搬送面において当該搬送方向に直交する幅方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に垂直な方向を上下方向として説明する。

［インクジェット記録装置の概略］
インクジェット記録装置１００は、プラテン１００１、搬送ローラー１００２、ラインヘッド１００３，１００４，１００５，１００６、及びインク供給手段としてのインク循環系８（図７参照）等を備える（図１）。
プラテン１００１は、上面に記録媒体Ｒを支持しており、搬送ローラー１００２が駆動されると、記録媒体Ｒを搬送方向（前後方向）に搬送する。
ラインヘッド１００３，１００４，１００５，１００６は、記録媒体Ｒの搬送方向（前後方向）の上流側から下流側にかけて、搬送方向に直交する幅方向（左右方向）に並列して設けられている。そして、ラインヘッド１００３，１００４，１００５，１００６の内部には、後述するインクジェットヘッド１が少なくとも一つ設けられており、例えば、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ），黒（Ｋ）のインクを記録媒体Ｒに向けて射出する。

［インクジェットヘッドの概略構成］
本実施形態のインクジェットヘッド１は、ヘッドチップ２、共通インク室３、接続部材４及び保持部９０等を備える（図２〜図６等参照）。なお、図４では、ヘッドチップ２内のインク供給路２ａ、共通流路７０３、及びインク排出路２ｂの位置関係を説明するために、便宜的にこれらの流路のみを示し、その他の流路は省略して記載している。また、図５では、図３の断面に対応する位置にIII-IIIを示している。

ヘッドチップ２は、上下方向に複数の基板が積層されて構成されており、最下層の基板には、インクを射出する多数のノズルＮが設けられている（図２Ｂ）。また、ヘッドチップ２の内部には、各ノズルＮに対応してインクが貯留される圧力室３１１及び圧力発生手段としての圧電素子４２が設けられている（図３）。また、これらの圧力室３１１に対応して、ヘッドチップ２の最上層に多数のインク供給口６０１が設けられており、共通インク室３の共通供給液室３ａから、インク供給口６０１を通して圧力室３１１にインクが供給される。そして、圧電素子４２の変位によって、圧力室３１１に貯留されたインクが加圧され、ノズルＮからインクの液滴が射出される。

共通インク室３は、共通供給液室３ａと、共通排出液室３ｂとを備えており（図２Ａ、図４）、それぞれの液室には、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及び黒（Ｋ）のうち１色が貯留されている。

共通供給液室３ａは、共通インク室３内の２部屋のうち左側の容積の大きな方の部屋であり、ヘッドチップ２に供給するインクが貯留されている。また、共通供給液室３ａの上部には、インク供給部３０１が設けられており、インク循環系８によってインク供給部３０１から、共通供給液室３ａの内部にインクが供給される。また、共通供給液室３ａの前後方向及び左右方向の外周壁の一部には、ダンパー３０３ａが形成されている。ダンパー３０３ａは、例えば、弾性力のあるポリイミドなどの樹脂やステンレスなどの金属部材によって形成されており、共通インク室３の内圧が急激に上昇又は低下することを防いでいる。

共通排出液室３ｂは、共通インク室３の２部屋のうち右側の容積の小さい方の部屋であり、ヘッドチップ２から排出されたインクが貯留されている。また、共通排出液室３ｂの上部には、インク排出部３０２が設けられており、インク循環系８によって、共通排出液室３ｂ内のインクがインク排出部３０２からインクジェットヘッド１の外部に排出される。また、共通排出液室３ｂの前後方向及び左右方向の外周壁の一部には、共通供給液室３ａと同様に、ダンパー３０３ｂが形成されている。
なお、本実施態様においては、共通インク室３を２部屋とした構成としたが、この構成に限定されないことは言うまでもない。例えば、共通インク室３を１部屋とし、別途ヘッド内に設けたポンプなどにより流れを発生させて、ヘッドチップ２から排出されたインクを流入させるようにしてもよい。

接続部材４は、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）等からなる駆動部５に接続する配線部材であり、ヘッドチップ２の前後方向の端部で、配線基板５０の上面の個別配線５７に接続している。そして、駆動部５から、接続部材４と個別配線５７を通じて、圧電素子４２に電気が供給される。

保持部９０は、ヘッドチップ２の上面に接合されており、共通インク室３を支持している。保持部９０をヘッドチップ２の上面に位置合わせして設けた後に、保持部９０を目印として共通インク室３を設けることができるため、共通インク室３をヘッドチップ２の上面に高精度に形成することができる。また、高精度に位置合わせを行う観点から、ヘッドチップ２と保持部９０のそれぞれにアライメントマーク（図示省略）を設けて、接合することが望ましい。

［ヘッドチップ］
次に、ヘッドチップ２について、詳細に説明する。図５は、ヘッドチップ２の平面図であり、ヘッドチップ２の内部に形成される圧力室３１１、連通路７１、及び共通流路７０３の位置を破線で示している。また、図６は、ヘッドチップ２の断面図である。

ヘッドチップ２は、下側から順にノズル基板１０、共通流路基板７０、中間基板２０、圧力室基板３０，スペーサー基板４０，配線基板５０及び接着層６０が積層一体化されることによって構成されている（図６参照）。

ノズル基板１０には、ノズルＮと、ノズルＮと連通しノズルＮよりも径の大きな大径部１０１と、大径部１０１から分岐して設けられインクの循環に使用される個別連通流路１０２と、が形成されている。ノズルＮは、例えば、左右方向に沿って、複数列（例えば、４列）に並んで設けられている（図２Ｂ参照）。
また、ノズル基板１０は、ＳＯＩ基板によって製造されており、異方性エッチングにより高精度に加工されて形成されている。そのため、ノズルＮの上下方向の長さ及び個別連通流路１０２の下部の厚さは、例えば１０μｍ程度まで薄くすることができる。また、個別連通流路１０２は、ノズルＮの上部の大径部１０１に分岐して設けられているため、ノズルＮの近傍の気泡や異物をインクとともに個別連通流路１０２に流すことができる。

共通流路基板７０は、シリコン製の基板であり、共通流路基板７０には、大径部７０１と、絞り部７０２と、共通流路７０３とが形成されている。
大径部７０１は、共通流路基板７０を上下方向に貫通しており、ノズル基板１０の大径部１０１と同径でそれぞれが連通している。

共通流路７０３は、ノズルＮの配列方向（左右方向）に沿って設けられている（図５参照）。また、共通流路７０３には、ノズルＮの配列方向（左右方向）に並んだ一列分の個別連通流路１０２が連結しており、これらの個別連通流路１０２から流れてきたインクが合流する。
また、個別連通流路１０２と共通流路７０３の連結部分には、個別連通流路１０２の流路抵抗を適宜調整し射出特性を良好にするための絞り部７０２が設けられている。また、共通流路７０３のうち、ノズルＮの配列方向（左右方向）の一端部（左端部）がインク供給路２ａに連結し、他端部（右端部）がインク排出路２ｂに連結している（図４参照）。
なお、本実施例のようにノズルＮの配列方向（左右方向）に並んだ一列分の個別連通流路１０２が共通流路７０３に連結している構成であることが好ましいが、この態様に限定されないことは言うまでもない。

インク供給路２ａは、上部が共通供給液室３ａ、下部が共通流路７０３にそれぞれ連結しており、共通供給液室３ａに貯留されたインクを、圧力室３１１を介さずに直接共通流路７０３に流すことができる。
インク排出路２ｂは、上部が共通排出液室３ｂ、下部が共通流路７０３にそれぞれ連結しており、共通流路７０３のインクを共通排出液室３ｂに排出することができる。

また、共通流路基板７０には、共通流路７０３の上面に面して、ダンパー７０４が形成されている。ダンパー７０４は、例えば、厚さ１〜５０μｍからなるＳｉ基板からなり、ダンパー７０４の上面には空気室２０３が形成されている。ダンパー７０４は、薄いＳｉ基板であるため、共通流路７０３と空気室２０３との圧力差によって弾性変形して、共通流路７０３の容積を変更可能である。例えば、共通流路７０３内の圧力が急激に下がった場合には、ダンパー７０４が下方向に向かって弾性変形することにより、インク流路の急激な圧力変動を防ぐことができる。また、空気室２０３を閉空間とすることで、ダンパー７０４が変形に伴う振動を起こした場合の減衰力が働き、さらに圧力変動を抑えることができる。

中間基板２０は、ガラス製の基板であり、中間基板２０には、上下方向に貫通する連通孔２０１と、ダンパー７０４の上面部分に対応する位置に空気室２０３が形成されている。
連通孔２０１は、大径部７０１に連通する。また、本明細書では、圧力室３１１とノズルＮの間の流路を連通路７１といい、図６に示した例では、連通路７１は、連通孔２０１、大径部７０１及び大径部１０１を合わせた流路のことである。

圧力室基板３０は、圧力室層３１と振動板３２からなる。
圧力室層３１は、シリコン製の基板であり、圧力室層３１には、ノズルＮから射出されるインクが貯留される圧力室３１１が形成されている。また、圧力室３１１は、例えば平面視で略円形状であり、ノズル列に対応して複数列（例えば、４列）で、左右方向に配列して設けられている（図５参照）。また、圧力室３１１は、前方向の下部において、インクが射出される際の流路となる連通路７１に連通している。また、圧力室層３１には、圧力室３１１と連通する連通孔３１２が、当該圧力室層３１を上下方向に貫通しつつ前後方向に延在するように形成されている。
振動板３２は、圧力室３１１の開口を覆うように圧力室層３１の上面に積層され、圧力室３１１の上壁部を構成している。振動板３２の表面には、酸化膜が形成されている。また、振動板３２には、連通孔３１２と連通して上方向に貫通する貫通孔３２１が形成されている。

スペーサー基板４０は、４２アロイにより構成された基板であり、振動板３２と配線基板５０との間に、圧電素子４２等を収容するための空間４１を形成する隔壁層である。
圧電素子４２は、圧力室３１１と略同一の平面視形状で形成され、振動板３２を挟んで圧力室３１１と対向する位置に設けられている。圧電素子４２は、振動板３２を変形させるためのＰＺＴ(lead zirconium titanate)からなるアクチュエーターである。また、圧電素子４２には、上面及び下面に２つの電極４２１，４２２が設けられており、このうち下面側の電極４２２が振動板３２に接続されている。
また、スペーサー基板４０には、振動板３２の貫通孔３２１と連通して上方向に貫通する貫通孔４０１が、空間４１とは独立して形成されている。

配線基板５０は、シリコン製の基板であるインターポーザ５１を備えている。インターポーザ５１の下面には、２層の酸化ケイ素の絶縁層５２，５３が被覆され、上面には、同じく酸化ケイ素の絶縁層５４が被覆されている。そして、絶縁層５２，５３のうち下方に位置する絶縁層５３が、スペーサー基板４０の上面に積層されている。
インターポーザ５１には、上方向に貫通するスルーホール５１１が形成されており、このスルーホール５１１には、貫通電極５５が挿通されている。貫通電極５５の下端には、水平方向に延在する配線５６の一端が接続されており、この配線５６の他端には、圧電素子４２上面の電極４２１上に設けられたスタッドバンプ４２３が、空間４１内に露出した半田５６１を介して接続されている。また、貫通電極５５の上端には、個別配線５７が接続されており、個別配線５７は水平方向に延在し、接続部材４に接続されている（図３参照）。
また、インターポーザ５１には、スペーサー基板４０の貫通孔４０１と連通して上方向に貫通するインレット５１２が形成されている。なお、絶縁層５２〜５４のうち、インレット５１２近傍を被覆する各部分は、インレット５１２よりも大きい開口径となるように形成されている。

接着層６０は、保持部９０と接着する層で感光性樹脂層であるとともに、個別配線５７を保護する保護層であり、配線基板５０の上面に配設された個別配線５７を覆いつつ、インターポーザ５１の絶縁層５４の上面に積層されている。また、接着層６０には、インレット５１２と連通して上方向に貫通するインク供給口６０１が形成されている。

次に、インクジェットヘッド１内部のインクの流れについて説明する。
共通供給液室３ａに貯留されたインクは、各ノズルＮに対応して設けられたインク供給口６０１を通ってヘッドチップ２の内部に供給される。次に、インクは、インレット５１２，…、貫通孔４０１，…、連通孔３１２，…、圧力室３１１，…に順々に流れる。次に、インク射出時のインク流路となる連通路７１，…（連通孔２０１，…、大径部７０１，…、大径部１０１，…）に流れる。次に、インクは、連通路７１，…で分岐された個別連通流路１０２，…に流れ、複数の個別連通流路１０２，…からのインクが共通流路７０３で合流する。
また、本明細書では、インク供給口６０１から個別連通流路１０２の出口までを個別チャネル２ｃともいう。

また、上記の個別チャネル２ｃを通過する流路とは別に、共通供給液室３ａに貯留されたインクは、インク供給口６０２（図５参照）からインク供給路２ａを通過して、共通流路７０３に流れる。この流路では、共通供給液室３ａに貯留されたインクが、圧力室３１１等を介さずに、直接共通流路７０３に流れる。

これにより、共通流路７０３には、止水域のない単一方向の流れが生じ、共通流路７０３で合流したインクは、右方向のヘッドチップ２の端部に向かって流れ、インク排出路２ｂを通過し、ヘッドチップ２の上部のインク排出口６０３から共通排出液室３ｂに排出される（図４等参照）。

［ヘッドチップ内の流路設計］
ヘッドチップ２内の、インク供給路２ａ、インク排出路２ｂ、及び個別チャネル２ｃは、各流路抵抗が所定の関係を満たすように設計することが好ましい。具体的には、インク供給路２ａの流路抵抗をＲＳ、インク排出路２ｂの流路抵抗をＲＤ、個別チャネル２ｃの合成抵抗をＲＴとしたとき、ＲＤ≦ＲＴ≦ＲＳを満たすように、流路の形状や長さ等を構成することが好ましい。

個別チャネル２ｃの合成抵抗ＲＴとインク供給路２ａの流路抵抗ＲＳとが「ＲＴ≦ＲＳ」の関係満たすと、共通供給液室３ａから、インク供給路２ａよりも個別チャネル２ｃの方にインクが流れやすくなる。各個別チャネル２ｃ内を流れるインク量が少ないと、個別チャネル２ｃ内の気泡や異物を除去できなくなるため、「ＲＴ≦ＲＳ」を満たすように設計し、少なくともインク供給路２ａと同等以上のインクを個別チャネル２ｃ内に流し、個別チャネル２ｃ内に流れるインク量を確保することが好ましい。

また、インク排出路２ｂの流路抵抗をＲＤと個別チャネル２ｃの合成抵抗ＲＴとが「ＲＤ≦ＲＴ」の関係を満たすと、共通流路７０３からインク排出路２ｂを通過してヘッドチップ２の外部に流れやすくなる。つまり、共通流路７０３まで流れた気泡や異物等を、インクとともにヘッドチップ２の外部に除去しやすくする観点から、「ＲＤ≦ＲＴ」を満たすように設計することが好ましい。

ここで、各流路における流路抵抗Ｒの計算方法について説明する。
流路抵抗Ｒは、流路形状が直方体である場合には、流路の幅（前後方向）をｗ（ｍ）、流路の高さ（上下方向）をｈ（ｍ）、流路の長さ（左右方向）をｌ（ｍ）、インクの流体粘度をη（Ｐａ・ｓ）としたとき、流路抵抗Ｒ＝８ηｌ（ｈ＋ｗ）２／（ｈｗ）３と計算することができる。
また、流路形状が円柱形状である場合は、流路の直径をｄ（ｍ）、流路の高さ（上下方向）をｌ（ｍ）、インクの流体粘度をη（Ｐａ・ｓ）としたとき、流路抵抗Ｒ＝１２８ηｌ／πｄ４と計算することができる。
また、その他の形状の場合、例えば、テーパ形状の場合は、テーパ形状の長さ方向に直方体として細分化して積分することによって計算することができる。

次に、個別チャネル２ｃの合成抵抗ＲＴについて説明する。
まず、各個別チャネル２ｃの流路抵抗Ｒは、インク供給口６０１から個別連通流路１０２の出口までの各流路（インレット５１２、貫通孔４０１、連通孔３１２、圧力室３１１及び連通路７１、個別連通流路１０２、絞り部７０２）の流路抵抗の和によって算出することができる。
ここで、多数の個別チャネル２ｃが、共通流路７０３に並列して連結しているため、個別チャネルの合成抵抗ＲＴは、これらの各個別チャネル２ｃの流路抵抗の逆数の和を用いて求めることができる。
具体的には、例えば、ｎ個（ｎは２以上の整数）の個別チャネルが共通流路７０３に並列して連結されている場合、ｎ個の個別チャネルの流路抵抗をそれぞれＲｉ(１)、Ｒｉ（２）、…、Ｒｉ（ｎ）とすると、各個別チャネルの合成抵抗ＲＴは、下記式によって算出することができる。
１／ＲＴ＝（１／Ｒｉ（１））＋（１／Ｒｉ（２））＋・・・＋（１／Ｒｉ（ｎ））

［インク循環系］
インク供給手段としてのインク循環系８は、供給用サブタンク８１、循環用サブタンク８２及びメインタンク８３等によって構成されている（図７）。

供給用サブタンク８１は、共通インク室３の共通供給液室３ａに供給するためのインクが充填されており、インク流路８４によってインク供給部３０１に接続されている。
循環用サブタンク８２は、共通インク室３の共通排出液室３ｂから排出されたインクが充填されており、インク流路８５によってインク排出部３０２に接続されている。
また、供給用サブタンク８１と循環用サブタンク８２は、ヘッドチップ２のノズル面（以下、「位置基準面」ともいう。）に対して、上下方向（重力方向）に異なる位置に設けられている。これによって、当該位置基準面と供給用サブタンク８１の水頭差による圧力Ｐ１と、当該位置基準面と循環用サブタンク８２との水頭差による圧力Ｐ２が生じている。
また、供給用サブタンク８１と循環用サブタンク８２は、インク流路８６で接続されている。そして、ポンプ８８によって加えられた圧力によって、循環用サブタンク８２から供給用サブタンク８１にインクを戻すことができる。

メインタンク８３は、供給用サブタンク８１に供給するためのインクが充填されており、インク流路８７によって供給用サブタンク８１に接続されている。そして、ポンプ８９によって加えられた圧力によって、メインタンク８３から供給用サブタンク８１にインクを供給することができる。

また、各サブタンク内のインク充填量と、各サブタンクの上下方向（重力方向）の位置とを適宜変更することによって、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２を調整することができる。そして、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２の圧力差によって、適宜の循環流速で、ノズルＮの上部のインクを循環できる。これにより、ヘッドチップ２内に発生した気泡を除去し、ノズルＮの詰まりや、射出不良等を抑制することができる。

なお、インク循環系８の一例として、水頭差によってインクの循環を制御する方法を説明したが、インクの循環流を発生できる構成であれば、当然適宜変更可能である。例えば、供給用サブタンク８１とインク供給部３０１の間に別途ポンプを設け、当該ポンプによって加えられた圧力によって、インクの循環流を発生させてもよい。

［他の実施形態のインクジェットヘッド］
以下の説明では、他の実施形態のインクジェットヘッド１について述べる。
本実施形態のインクジェットヘッド１におけるヘッドチップ２は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用して、複数の層を並列に積み重ねて製造されたものであるが、他のタイプのヘッドチップ２にも本発明の技術を適用することができる。以下、その一例として、シェアーモードタイプのヘッドチップ２を備える他の実施形態のインクジェットヘッド１について説明する。
なお、以下の説明では他の実施形態のインクジェットヘッド１の主要部のみを説明し、本実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図８は、他の実施形態のインクジェットヘッド１について、ヘッドチップ２付近の構成を示す分解斜視図である。なお、図８では、インク供給路２ａ及びインク排出路２ｂの位置を、それぞれ破線で表している。図９は、ヘッドチップを前後方向に切断した断面図である。

ヘッドチップ２は、ノズル基板１０、圧力室基板３０、及び配線基板５０等を備えて構成されている。
圧力室基板３０には、本実施形態と同様に、共通流路７０３、インク供給路２ａ及びインク排出路２ｂが設けられている。
圧力室３１１は、圧電材料によって形成された隔壁により隔てられて形成されており、各圧力室３１１の内面には、隣接する圧力室３１１間の隔壁を駆動するための駆動電極３１１ａが設けられている。そして、接続部材４の配線４ａから、配線基板５０の電極部５０ａを通じて、駆動電極３１１ａに電圧が印加されると、隣接する圧力室３１１間の隔壁部分がシェアーモード型の変位を繰り返すことにより、圧力室３１１内のインクに圧力が加えられ、インクがノズルＮから射出する。

また、ノズル基板１０には、ノズルＮと、個別連通流路１０２が形成されている。個別連通流路１０２は、圧力室３１１と共通流路７０３を連通させる流路であり、圧力室３１１内のインクを共通流路７０３に流すことができる（図９）。

共通流路７０３は、共通流路７０３の一端部（左端部）がインク供給路２ａに連結し、他端部（右端部）がインク排出路２ｂに連結している（図８参照）。インク供給路２ａは、本実施形態のインクジェットヘッド１と同様に、ヘッドチップ２上部に備えられた供給液室（図示省略）から、圧力室３１１を介さずに、直接共通流路７０３にインクを供給することができる。

［本発明における技術的効果］
以上、説明した通り、本発明のインクジェットヘッド１は、圧力室３１１、又は圧力室３１１とノズルＮとの間の連通路７１から分岐して設けられ、圧力室３１１のインクを排出可能な個別連通流路１０２と、個別連通流路１０２が連結し個別連通流路１０２から排出されたインクが合流する共通流路７０３と、共通流路７０３に連通し、圧力室３１１を介さずに共通流路７０３に対してインクを供給可能なインク供給路２ａと、共通流路７０３内のインクを排出可能なインク排出路２ｂと、を備える。
また、本発明のインクジェットヘッド１は、共通流路７０３のうち、ノズルＮの配列方向の一端部がインク供給路２ａに連結し、他端部がインク排出路２ｂに連結する。これにより、共通流路７０３内において、インク供給路２ａ側からインク排出路２ｂ側に向かって一方向にインクが流れる。つまり、止水域のない単一方向の流れを発生させることができる。したがって、インクの射出安定性を維持させながら、気泡や異物等を効果的に排出することができる。また、本発明の構成では、簡易な構成で上記な効果が得られるため、高密度にノズルが形成された小型のヘッドにも好適に適用可能である。

また、本発明のインクジェットヘッド１は、圧力室３１１に供給するインクを貯留し、圧力室３１１の各々へインクを供給するためのインク供給口６０１のすべてが連結する共通供給液室３ａを備えることが好ましい。これにより、より簡易な構成で本発明の効果発現が可能となり、インクジェットヘッド１を小型化することができる。

また、本発明のインクジェットヘッド１は、インク供給路２ａが、共通供給液室３ａに連通することが好ましい。これにより、より簡易な構成で本発明の効果発現が可能となり、インクジェットヘッド１をより小型化することができる。

また、本発明のインクジェットヘッド１は、インク供給路２ａの流路抵抗をＲＳ、インク供給口６０１から個別連通流路１０２の出口までの個別チャネル２ｃの合成抵抗ＲＴとしたとき、ＲＴ≦ＲＳを満たすことが好ましい。これにより、個別チャネル２ｃ内に流すインク量を確保でき、個別チャネル２ｃ内の気泡や異物等を効果的に除去できる。

また、本発明のインクジェットヘッド１は、インク排出路２ｂの流路抵抗をＲＤ、インク供給口６０１から個別連通流路１０２の出口までの個別チャネル２ｃの合成抵抗ＲＴとしたとき、ＲＤ≦ＲＴを満たすことが好ましい。これにより、共通流路７０３からインク排出路２ｂを通過してヘッドチップ２の外部にインクが流れやすくなるため、共通流路７０３まで流れた気泡や異物等を、インクとともにヘッドチップ２の外部に排出しやすくできる。

また、本発明のインクジェットヘッド１では、共通流路７０３の少なくとも一方に面して設けられ、圧力により弾性変形して流路の容積を変更可能なダンパー７０４を備えることが好ましい。これにより、共通流路７０３の容積を小さくしても、流路内の急激な圧力変動を防ぎやすくできるため、インクジェットヘッド１をより小型化することができる。

また、本発明のインクジェットヘッド１では、複数のノズルＮは、複数の列で配列して設けられており、共通流路７０３が、当該列ごとに設けられていることが好ましい。これにより、ノズルＮの配列方向に向かって当該列毎にインクが流れるため、より効果的に気泡や異物等をインクとともに排出することができる。

また、本発明のインクジェットヘッド１は、当該インクジェットヘッド１と、インク循環系８を備えたインクジェット記録装置１００に好適に適用可能である。

［その他］
本発明の今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した詳細な説明に限定されるものではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、共通供給液室３ａから、インク供給路２ａにインクが供給される構成となっているが、インク供給路２ａに対して直接インクを供給できるインク供給手段を別途設けてもよい。この場合、例えば、共通供給液室３ａとは別に第２の供給液室を設け、当該第２の供給液室にインク供給路２ａを連通させる構成とすればよい。

また、インク供給路２ａは、圧力室３１１を介さずに共通流路７０３に直接インクを供給可能であればよく、流路構成は適宜変更可能である。例えば、個別チャネル２ｃに入ったインクが、圧力室３１１の手前で分岐して、共通流路７０３に連結するような流路構成としてもよい。

また、共通流路７０３には、ノズルＮの配列方向（左右方向）に並んだ一列分の個別連通流路１０２が連結することとしたが、適宜変更可能であり、二列以上の個別連通流路１０２が連通してもよい。また、共通流路７０３は、ノズルＮの配列（左右方向）に沿って設けているが、途中で分岐して合流する構成としてもよい。ただし、気泡や異物等を効率よく排出する観点からは、このような分岐させずに、図５に示すように、ノズルＮの配列（左右方向）に１列ずつ設けることが好ましい。

また、本実施形態では、ヘッドチップ２内部のインクを、インク循環系８によって、インクを循環させることしたが、インク排出路２ｂのインクを循環させずに吐き捨てる構成としてもよく、循環又は吐き捨てかを選択できる構成としてもよい。

また、ヘッドチップ内に設けたダンパー７０４や、共通インク室に設けたダンパー３０３ａ，３０３ｂは、弾性変形することができれば、用いる材料や大きさは適宜変更可能である。
なお、ヘッドチップ内のダンパー７０４は、共通流路７０３の上面に面して設けられているとしたが、共通流路７０３に面するように設けられていれば、設ける面は適宜変更可能である。

また、インクジェットヘッド１は、圧電素子を使用してインク等の液滴を吐出する構成としたが、液滴を吐出できる機構を備えていれば良く、例えば、サーマル（電気熱変換素子）を使用することとしても良い。

１ インクジェットヘッド
１０２ 個別連通流路
２ａ インク供給路
２ｂ インク排出路
２ｃ 個別チャネル
３ａ 共通供給液室
３１１ 圧力室
４２ 圧電素子（圧力発生手段）
６０１ インク供給口
７１ 連通路
７０３ 共通流路
７０４ ダンパー
８ インク循環系（インク供給手段）
１００ インクジェット記録装置
Ｎ ノズル

Claims (9)

1. インクを射出する複数のノズルと、
   前記複数のノズルの各々に連通して設けられ、前記ノズルから射出するインクを貯留する複数の圧力室と、
   前記複数の圧力室の各々に対応して設けられ、前記圧力室内のインクに圧力を加える複数の圧力発生手段と、
   前記複数の圧力室の各々、又は前記圧力室と前記ノズルとの間の連通路の各々から分岐して設けられ、前記圧力室のインクを排出可能な複数の個別連通流路と、
   前記複数の個別連通流路が連結し、前記複数の個別連通流路から排出されたインクが合流する共通流路と、
   前記共通流路に連通し、前記圧力室を介さずに前記共通流路に対してインクを供給可能なインク供給路と、
   前記共通流路内のインクを排出可能なインク排出路と、を備え、
   前記共通流路のうち、前記複数のノズルの配列方向の一端部が前記インク供給路に連結し、他端部が前記インク排出路に連結することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記圧力室に供給するインクを貯留し、前記圧力室の各々へインクを供給するためのインク供給口のすべてが連結する共通供給液室を備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記インク供給路が、前記共通供給液室に連通することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記インク供給路の流路抵抗をＲＳ、前記インク供給口から前記個別連通流路の出口までの個別チャネルの合成抵抗ＲＴとしたとき、ＲＴ≦ＲＳを満たすことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記インク排出路の流路抵抗をＲＤ、前記インク供給口から前記個別連通流路の出口までの個別チャネルの合成抵抗ＲＴとしたとき、ＲＤ≦ＲＴを満たすことを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記共通流路の少なくとも一方に面して設けられ、圧力により弾性変形して流路の容積を変更可能なダンパーを備えることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記複数のノズルは、複数の列で配列して設けられており、
   前記共通流路が、当該列ごとに設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
9. 前記圧力室から前記個別連通流路へのインクの循環流を発生させるためのインク供給手段を備えることを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録装置。

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