JP2019214166A - 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】より効果的に画質低下を抑制することが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。【解決手段】インクジェットヘッドは、インクを貯留するインク貯留部と、インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、を各々有する複数のインク吐出部と、複数のインク吐出部が有する複数のインク貯留部に連通し、当該複数のインク貯留部の各々からノズルに供給されずに排出されたインクを一時的に貯留して、当該貯留されたインクの圧力変動を減衰させる圧力変動減衰部と、接続部を介して圧力変動減衰部に接続され、圧力変動減衰部から接続部を介してインクが流入する共通排出流路と、を備える。【選択図】図６

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インクを吐出させて所望の位置に着弾させることで画像を形成するインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置のインクジェットヘッドには、複数のノズルの各々に対応して、インクを貯留するインク貯留部と、当該インク貯留部内のインクの圧力を変動させる圧力変動手段とが設けられており、インクジェットヘッドは、インク貯留部内のインクの圧力の変動に応じて、インク貯留部に連通するノズルからインクを吐出させる。

インクジェットヘッドでは、インク貯留部に気泡や異物が混入すると、インクに対して正常に圧力が印加されなくなるため、ノズルからのインクの吐出不良が生じて画質が低下する。このため、従来、複数のノズルに対応する複数のインク貯留部を共通排出流路に連通させて、各インク貯留部に供給されるインクの一部を気泡や異物とともに共通排出流路を介してインクジェットヘッドの外部に排出させる技術がある（例えば、特許文献１）。この技術では、共通排出流路におけるインクの圧力損失を低く抑えてインクの排出流量を増大させることで、より効率良く気泡や異物を除去して画質低下を効果的に抑制することができる。

共通排出流路を有するインクジェットヘッドでは、複数のインク貯留部内のインクの圧力変動に起因して、共通排出流路内に、当該共通排出流路の形状に応じた特性（波長、周期及び振幅）の定在波が生じる。この定在波による圧力波がインク貯留部に伝播すると、インク貯留部内のインクに対して印加される圧力が所望の圧力からずれて、ノズルからのインクの吐出特性が低下する。このインク吐出特性の低下が記録画像の画質に及ぼす影響の大きさは、共通排出流路に生じる定在波の特性に依存する。

国際公開第２０１７／００２７７８号

しかしながら、気泡や異物を排出しやすい共通排出流路の構造と、吐出特性を低下させない共通排出流路の構造とを両立させて画質低下を抑制するのは困難であるという課題がある。

この発明の目的は、より効果的に画質低下を抑制することが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にある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載のインクジェットヘッドの発明は、
インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
を各々有する複数のインク吐出部と、
前記複数のインク吐出部が有する複数の前記インク貯留部に連通し、当該複数のインク貯留部の各々から前記ノズルに供給されずに排出されたインクを一時的に貯留して、当該貯留されたインクの圧力変動を減衰させる圧力変動減衰部と、
接続部を介して前記圧力変動減衰部に接続され、前記圧力変動減衰部から前記接続部を介してインクが流入する共通排出流路と、
を備える。

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、
前記接続部は、前記圧力変動減衰部及び前記共通排出流路に各々接続された複数の接続流路からなる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記複数のインク吐出部の各々は、前記インク貯留部と前記圧力変動減衰部とを接続する個別排出流路を有し、
前記接続部は、当該接続部におけるインクの圧力損失が、前記複数のインク吐出部が有する複数の前記個別排出流路におけるインクの圧力損失より小さくなる形状を有する。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３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、
前記圧力変動減衰部は、当該圧力変動減衰部に貯留されたインクの圧力変動を吸収する圧力変動吸収部材を有する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記圧力変動吸収部材は、前記圧力変動減衰部の外壁の一部であり、前記圧力変動減衰部に貯留されたインクの圧力の変動に応じて変形することでインクの圧力変動を吸収する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記インク貯留部、前記圧力変動手段及び前記共通排出流路が設けられている流路基板と、
前記流路基板に接合され、前記ノズルが設けられているノズル基板と、
を備え、
前記圧力変動減衰部は、前記流路基板及び前記ノズル基板の接合面に沿って設けられて、外壁の一部が前記ノズル基板からなり、
前記圧力変動吸収部材は、前記ノズル基板のうち前記圧力変動減衰部の外壁をなす部分である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズル基板には、前記圧力変動減衰部の外壁をなす部分における前記流路基板側の面に凹部が設けられている。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７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、
前記圧力変動減衰部の内壁面は、当該圧力変動減衰部に貯留されるインクに対する濡れ性を増大させる親水処理がなされている。

請求項９に記載の発明は、請求項１から８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、
前記圧力変動減衰部の内壁面は、前記ノズルの開口部が設けられているノズル開口面よりもインクに対する濡れ性が大きい。

また、上記目的を達成するため、請求項１０に記載のインクジェット記録装置の発明は、
請求項１から９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。

本発明に従うと、より効果的に画質低下を抑制することができるという効果がある。

インクジェット記録装置の概略構成を示す図である。 ヘッドユニットの構成を示す模式図である。 インクジェットヘッドの斜視図である。 インクジェットヘッドの主要部の分解斜視図である。 圧力室基板の下面の拡大平面図である。 図４のＡ−Ａ線を通りＸ方向に垂直なヘッドチップの断面を示す図である。 図６のＢ−Ｂ線を通りＺ方向に垂直なヘッドチップの断面を示す図である。 インク循環機構の構成を示す模式図である。 実験に用いた各ヘッドチップの構成及び評価結果を示す図である。 変形例に係るヘッドチップの断面を示す図である。 変形例に係るヘッドチップの断面を示す図である。

以下、本発明のインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態であるインクジェット記録装置１の概略構成を示す図である。
インクジェット記録装置１は、搬送部２と、ヘッドユニット３などを備える。

搬送部２は、図１のＸ方向に延びる回転軸を中心に回転する２本の搬送ローラー２ａ、２ｂにより内側が支持された輪状の搬送ベルト２ｃを備える。搬送部２は、搬送ベルト２ｃの搬送面上に記録媒体Ｍが載置された状態で搬送ローラー２ａが図示略の搬送モーターの動作に応じて回転して搬送ベルト２ｃが周回移動することで記録媒体Ｍを搬送ベルト２ｃの移動方向（搬送方向；図１のＹ方向）に搬送する。

記録媒体Ｍは、一定の寸法に裁断された枚葉紙とすることができる。記録媒体Ｍは、図示略の給紙装置により搬送ベルト２ｃ上に供給され、ヘッドユニット３からインクが吐出されて画像が記録された後に搬送ベルト２ｃから所定の排紙部に排出される。なお、記録媒体Ｍとしては、ロール紙が用いられてもよい。また、記録媒体Ｍとしては、普通紙や塗工紙といった紙のほか、布帛又はシート状の樹脂等、表面に着弾したインクを定着させることが可能な種々の媒体を用いることができる。

ヘッドユニット３は、搬送部２により搬送される記録媒体Ｍに対して画像データに基づいて適切なタイミングでインクを吐出して画像を記録する。本実施形態のインクジェット記録装置１では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクにそれぞれ対応する４つのヘッドユニット３が記録媒体Ｍの搬送方向上流側からＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの色の順に所定の間隔で並ぶように配列されている。なお、ヘッドユニット３の数は３つ以下又は５つ以上であってもよい。

図２は、ヘッドユニット３の構成を示す模式図であり、ヘッドユニット３を搬送ベルト２ｃの搬送面に相対する側から見た平面図である。ヘッドユニット３は、板状の基部３ａと、基部３ａに設けられた貫通孔に篏合した状態で基部３ａに固定された複数の（ここでは８つの）インクジェットヘッド１００とを有する。インクジェットヘッド１００は、ノズル１１１の開口部が設けられたノズル開口面１１ａが基部３ａの貫通孔から−Ｚ方向に向けて露出した状態で基部３ａに固定されている。

インクジェットヘッド１００では、複数のノズル１１１が記録媒体Ｍの搬送方向と交差する方向（本実施形態では搬送方向と直交する幅方向、すなわちＸ方向）に等間隔にそれぞれ配列されている。すなわち、各インクジェットヘッド１００は、Ｘ方向に等間隔に一次元配列されたノズル１１１の列（ノズル列）を有している。
なお、インクジェットヘッド１００は、ノズル列を複数有していても良い。この場合には、複数のノズル列は、ノズル１１１のＸ方向についての位置が重ならないようにＸ方向の位置が互いにずらされて配置される。

ヘッドユニット３における８つのインクジェットヘッド１００は、ノズル１１１のＸ方向についての配置範囲が連続するように千鳥格子状に配置されている。ヘッドユニット３に含まれるノズル１１１のＸ方向についての配置範囲は、搬送ベルト２ｃにより搬送される記録媒体Ｍのうち画像が記録可能な領域のＸ方向の幅をカバーしている。ヘッドユニット３は、画像の記録時には位置が固定されて用いられ、記録媒体Ｍの搬送に応じて搬送方向についての所定間隔（搬送方向間隔）の各位置に対してノズル１１１からインクを吐出することで、シングルパス方式で画像を記録する。

図３は、インクジェットヘッド１００の斜視図である。
インクジェットヘッド１００は、筐体１０１と、筐体１０１の下端で筐体１０１と篏合する外装部材１０２とを備え、筐体１０１及び外装部材１０２の内部に主要な構成要素が収容されている。このうち外装部材１０２には、外部からインクが供給されるインレット１０３ａ、及びインクが外部に排出されるアウトレット１０３ｂ、１０３ｃが設けられている。また、外装部材１０２には、インクジェットヘッド１００をヘッドユニット３の基部３ａに取り付けるための複数の取付穴１０４が設けられている。

図４は、インクジェットヘッド１００の主要部の分解斜視図である。
図４では、インクジェットヘッド１００の構成部材のうち、外装部材１０２の内部に収容されている主要な構成部材が示されている。具体的には、図４では、ノズル基板１１、流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３を有するヘッドチップ１０と、ヘッドチップ１０に固着された配線基板１５と、配線基板１５に電気的に接続されたＦＰＣ２０（Flexible Printed Circuit）とが示されている。
図４では、インクジェットヘッド１００のノズル開口面１１ａが上方となるように、すなわち図３とは上下が反転されるように各部材が描かれている。以下では、各基板の−Ｚ方向側の面を上面、＋Ｚ方向側の面を下面とも記す。

ヘッドチップ１０は、ノズル１１１が設けられたノズル基板１１と、ノズル１１１に連通する貫通流路１２１等が設けられた流路スペーサー基板１２と、貫通流路１２１を介してノズル１１１に連通する圧力室１３１等が設けられた圧力室基板１３と、が積層された構造を有している。以下では、このうち流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３からなる基板を流路基板１４と記す。
ノズル基板１１、流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３と、配線基板１５とは、いずれもＸ方向に長尺な略四角柱状の板状部材である。

ノズル基板１１は、厚さ方向（Ｚ方向）に貫通する孔であるノズル１１１がＸ方向に沿って列をなすように設けられているポリイミドの基板である。ノズル基板１１の上面は、インクジェットヘッド１００のノズル開口面１１ａをなす。ノズル基板１１の厚さ（したがって、ノズル１１１のインク吐出方向の長さ）は、例えば数十μｍから数百μｍ程度である。
なお、ノズル１１１の内壁面は、Ｚ方向に垂直な断面積が、インク吐出側の開口部に近いほど小さくなるようなテーパー形状を有していても良い。また、ノズル基板１１としては、ポリイミド以外の各種樹脂の基板や、シリコン基板、ＳＵＳなどの金属基板などを用いても良いが、後述するダンパー効果の観点から、ヤング率が１０ＧＰａ以下である部材（代表的な部材としては、樹脂等）を用いることが望ましい。

また、ノズル基板１１のノズル開口面１１ａには、フッ素樹脂粒子等の撥液性物質を含む撥液膜が設けられている。撥液膜を設けることで、ノズル開口面１１ａに対するインクや異物の付着を抑えることができ、当該インクや異物等の付着に起因するインク吐出不良の発生を抑制することができる。

流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３は、Ｚ方向から見た形状がノズル基板１１とほぼ同一である直方体形状の板状部材である。
本実施形態の流路スペーサー基板１２は、シリコン基板からなる。流路スペーサー基板１２の厚さは、特には限られないが、数百μｍ程度とされる。流路スペーサー基板１２の上面にはノズル基板１１が、また下面には圧力室基板１３が、それぞれ接着剤を介して接着（固着）されている。
圧力室基板１３の材質は、セラミックスの圧電体（電圧の印加に応じて変形する部材）である。このような圧電体の例としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などが挙げられる。本実施形態の圧力室基板１３では、ＰＺＴが用いられている。

流路スペーサー基板１２には、ノズル１１１に連通する貫通流路１２１と、貫通流路１２１から分岐する個別排出流路１２２と、個別排出流路１２２に連通するダンパー室１２３（圧力変動減衰部）と、ダンパー室１２３から分岐して流路スペーサー基板１２を貫通する複数の接続流路１２４とが設けられている。このうち貫通流路１２１及び個別排出流路１２２は、複数のノズル１１１の各々に対応して設けられている。また、接続流路１２４の数は、ノズル１１１の数の１／２とされている。
圧力室基板には、貫通流路１２１に連通する圧力室１３１と、接続流路１２４に連通する共通排出流路１３２と、共通排出流路１３２から分岐する垂直排出流路１３３と、が設けられている。このうち圧力室１３１は、複数のノズル１１１の各々に対応して設けられている。

流路スペーサー基板１２の貫通流路１２１は、流路スペーサー基板１２をＺ方向に貫通する貫通孔であり、Ｚ方向に垂直な断面がＹ方向に長い矩形をなしている。また、圧力室基板１３の圧力室１３１は、圧力室基板１３をＺ方向に貫通する貫通孔であり、Ｚ方向に垂直な断面の形状は、貫通流路１２１と同一である。流路スペーサー基板１２と圧力室基板１３とが接合された状態では、貫通流路１２１及び圧力室１３１が一繋がりとなって、チャネル１４１（インク貯留部）を構成する。チャネル１４１は、Ｚ方向から見てノズル１１１と重なる位置に設けられており、ノズル１１１に連通している。また、各チャネル１４１には、配線基板１５に設けられたインク供給口１５１を介してインクが供給されて貯留される。

図５は、圧力室基板１３の下面の拡大平面図である。
図５に示されるように、各圧力室１３１は、Ｘ方向に隣り合う圧力室１３１との間が圧電体の隔壁１３４により仕切られている。各圧力室１３１の隔壁１３４の内壁面には、金属の駆動電極１３６（圧力変動手段）が設けられている。また、圧力室基板１３の表面のうち圧力室１３１の開口部の＋Ｙ方向側の近傍領域には、駆動電極１３６に電気的に接続された金属の接続電極１３５が設けられている。接続電極１３５は、図４に示される配線基板１５の配線１５３、及びＦＰＣ２０の配線２１を介して外部の駆動回路に電気的に接続される。

圧力室基板１３では、接続電極１３５を介して駆動電極１３６に印加された駆動信号に応じて隔壁１３４がシアモード型の変位を繰り返すことで、圧力室１３１内の（したがって、チャネル１４１内の）インクの圧力が変動する。この圧力の変動に応じて、チャネル１４１内のインクがノズル１１１から吐出される。すなわち、本実施形態のヘッドチップ１０は、シアモード型のインク吐出を行うヘッドチップである。
なお、図４及び図５におけるＸ方向について一つ置きのチャネル１４１の形成位置に、チャネル１４１に代えて、インクの流入経路を有しない空気室を設けても良い。このような構成とすることで、チャネル１４１における圧力室１３１に隣接する隔壁１３４が変形した際に、他のチャネル１４１に当該変形の影響が及ばないようにすることができる。

図４に示されるように、流路スペーサー基板１２には、各貫通流路１２１（チャネル１４１）のノズル基板１１側の開口部から＋Ｙ方向に分岐して延びる個別排出流路１２２が設けられている。個別排出流路１２２は、流路スペーサー基板１２のノズル基板１１側の表面に設けられた溝状の流路であり、流路スペーサー基板１２とノズル基板１１とが接合された状態において、側壁の一部がノズル基板１１によって構成される。
本実施形態のインクジェットヘッド１００では、チャネル１４１、駆動電極１３６、ノズル１１１及び個別排出流路１２２により、インクを吐出するための機構であるインク吐出部１０ａ（図６参照）が構成される。したがって、ヘッドチップ１０には、ノズル１１１の数と同一の数のインク吐出部１０ａが設けられている。

また、流路スペーサー基板１２には、流路スペーサー基板１２とノズル基板１１との接合面（したがって、流路基板１４とノズル基板１１との接合面）に沿ってＸ方向に延びるダンパー室１２３が設けられている。このダンパー室１２３には、複数のチャネル１４１に対応する複数の個別排出流路１２２が接続されている。

ダンパー室１２３は、流路スペーサー基板１２のノズル基板１１側の表面に設けられた溝状のインク室であり、流路スペーサー基板１２とノズル基板１１とが接合された状態において、外壁の一部がノズル基板１１によって構成される。ここで、ノズル基板１１のうちダンパー室１２３の外壁を構成する部分は、可撓性を有するダンパー板１１Ｄ（振動板）（図６参照）となっている。ダンパー室１２３は、複数の個別排出流路１２２から流入したインクを一時的に貯留し、当該貯留されたインクの圧力変動に応じてダンパー板１１Ｄが変形することで、当該インクの圧力変動を減衰させる（吸収する）。ここで、ダンパー板１１Ｄのダンパー室１２３側とは反対側は、開放された空気であり、空気がその弾性力によってダンパー板１１Ｄの変形を阻害することがないため、ダンパー室１２３内のインクの圧力変動を効果的に減衰させることができる。

また、ダンパー室１２３のノズル基板１１とは反対側には、Ｚ方向に延びて流路スペーサー基板１２を貫通する複数の接続流路１２４が接続されている。また、複数の接続流路１２４は、Ｘ方向に沿って一列に等間隔で配列されている。以下では、ダンパー室１２３に接続されている複数の接続流路１２４からなる流路群を、まとめて接続部１２５（図７参照）とも記す。

圧力室基板１３の流路スペーサー基板１２との接合面には、Ｚ方向から見てダンパー室１２３の形成範囲を包含する範囲に、Ｘ方向に延びる共通排出流路１３２が設けられている。共通排出流路１３２は、圧力室基板１３の流路スペーサー基板１２側の表面に設けられた溝状の流路であり、圧力室基板１３と流路スペーサー基板１２とが接合された状態において、側壁の一部が流路スペーサー基板１２によって構成されるとともに、複数の接続流路１２４に接続される。 また、共通排出流路１３２の＋Ｘ方向側の端部には、圧力室基板１３をＺ方向に貫通する垂直排出流路１３３が接続されている。

このような構成の流路スペーサー基板１２及び圧力室基板１３からなる流路基板１４では、チャネル１４１に供給されたインクのうちノズル１１１から吐出されなかったインクの一部が、個別排出流路１２２、ダンパー室１２３、接続流路１２４及び共通排出流路１３２を介して外部に排出される。すなわち、チャネル１４１から上記経路で共通排出流路１３２に導かれたインクは、垂直排出流路１３３、及び配線基板１５に設けられた排出孔１５２を通ってアウトレット１０３ｂ（又はアウトレット１０３ｃ）からインクジェットヘッド１００の外部に排出される。これにより、チャネル１４１に混入した気泡や異物が、インクとともに共通排出流路１３２を介して外部に排出されるようになっている。
インク供給口１５１からチャネル１４１に供給されるインクの流れや、チャネル１４１から個別排出流路１２２及び共通排出流路１４２を通って排出されるインクの流れは、インクジェット記録装置１が有するインク循環機構９（図８参照）により発生させることができる。インク循環機構９の構成については、後述する。

配線基板１５は、圧力室基板１３との接合領域を確保する観点から圧力室基板１３の面積よりも大きな面積を有する平板状の基板であることが好ましく、接着剤を介して圧力室基板１３の下面に接着されている。配線基板１５としては、例えばガラス、セラミックス、シリコン、プラスチックなどの基板を用いることができる。

配線基板１５には、Ｚ方向から見てチャネル１４１と重なる位置に複数のインク供給口１５１が設けられており、また、垂直排出流路１３３と重なる位置に排出孔１５２が設けられている。また、配線基板１５の圧力室基板１３との接着面には、複数のインク供給口１５１の各々の端部から配線基板１５の端部に向かって延びる複数の配線１５３が設けられている。
配線基板１５の下面には、図示しないインクマニホールド（共通インク室）が接続されており、当該インクマニホールドからインク供給口１５１にインクが供給される。

圧力室基板１３と配線基板１５とは、導電性粒子を含有させた導電性接着剤を介して接着される。これにより、圧力室基板１３の表面の接続電極１３５と、配線基板１５上の配線１５３とが、導電性粒子を介して電気的に接続される。

また、配線基板１５のうち配線１５３が設けられている端部には、ＦＰＣ２０が、例えばＡＣＦ（異方性導電フィルム）を介して接続される。この接続により、配線基板１５の複数の配線１５３と、ＦＰＣ２０上の複数の配線２１とが、一対一で対応するようにそれぞれ電気的に接続される。

次に、ダンパー室１２３の詳細な構成、及びその作用効果について説明する。
図６は、図４のＡ−Ａ線を通りＸ方向に垂直なヘッドチップ１０の断面を示す図である。
また、図７は、図６のＢ−Ｂ線を通りＺ方向に垂直なヘッドチップ１０の断面を示す図である。

図６に示されるように、ヘッドチップ１０では、複数のチャネル１４１と共通排出流路１３２とを繋ぐインク流路の途中にダンパー室１２３が設けられている。このような構成により、チャネル１４１内のインクの圧力変動に起因する圧力波が個別排出流路１２２を通ってダンパー室１２３に進入した場合に、ダンパー板１１Ｄが変形することで当該圧力波によるインクの圧力変動を減衰させることができるようになっている。これにより、圧力波がダンパー室１２３を介して他のチャネル１４１に伝播する（反射する）不具合の発生が抑制される。異なるチャネル１４１から進入した圧力波同士がダンパー室１２３内で打ち消し合うことによっても圧力変動が減衰する。さらに、ダンパー板１１Ｄの変形等により吸収しきれなかった圧力波の一部は、接続流路１２４を通って共通排出流路１３２に逃げるため、これによっても、各チャネル１４１への圧力波の伝播が抑制される。
この結果、各チャネル１４１への圧力波の伝播に起因するインクの吐出特性の変動（クロストーク）、及び当該変動による画質の低下が抑制される。ここで、圧力波の反射に起因して変動する吐出特性は、例えば吐出されるインクの飛翔速度である。したがって、インクの飛翔速度の変化率によって表されるクロストークの大きさに基づいて、ダンパー板１１Ｄによるダンパー効果を評価することができる。

また、ダンパー室１２３に接続された複数の接続流路１２４からなる接続部１２５（図７）は、当該接続部１２５におけるインクの圧力損失（流路抵抗）が、ダンパー室１２３に接続された複数の個別排出流路１２２におけるインクの圧力損失より小さくなる形状で設けられている。このように接続部１２５の流路抵抗を相対的に小さくすることで、ダンパー室１２３において吸収しきれなかった圧力波を共通排出流路１３２へ効率良く逃がすことができるため、各チャネル１４１への圧力波の伝播が効果的に抑制される。
なお、この場合における圧力損失は、複数の接続流路１２４や、複数の個別排出流路１２２における合成の圧力損失（合成の流路抵抗）である。

また、図４、図７に示されるように、ダンパー室１２３と共通排出流路１３２とを複数の独立した接続流路１２４を介して接続することによっても、圧力波をダンパー室１２３から共通排出流路１３２へ効率良く逃がす効果が得られる。

また、図６に示されるように、ノズル基板１１には、ダンパー板１１Ｄをなす部分における流路基板１４側の面に凹部１１２が設けられている。凹部１１２を設けることで、ダンパー板１１Ｄを薄くかつ撓みやすくすることができ、これによりダンパー室１２３における圧力変動の減衰効果が高められている。

また、ダンパー室１２３の内壁面は、当該ダンパー室１２３に貯留されるインクに対する濡れ性を増大させる親水処理がなされている。これにより、ダンパー室１２３の内壁面は、ノズル開口面１１ａよりインクに対する濡れ性が大きくなっている。ここで、濡れ性が大きいとは、基板表面におけるインクの液滴の当該基板表面に対する接触角が小さいことをいう。インクに対する濡れ性を増大させる親水処理としては、特には限られないが、例えば基板表面に対して所定条件下で行うプラズマ処理が挙げられる。あるいは、ダンパー室１２３の内壁面に親水膜を形成する処理としても良い。ダンパー室１２３の内壁面における濡れ性を大きくすることで、当該内壁面にインクが濡れ広がりやすくなり、気泡がトラップされる不具合を生じにくくすることができる。

このように、ダンパー室１２３は、インクの圧力変動を減衰させる機能を有するが、当該減衰によって複数のチャネル１４１から進入する複数の圧力波の全てを吸収する（消滅させる）ことは困難であり、ダンパー室１２３内には、当該複数の圧力波に起因する定在波が生じる。この定在波は、ダンパー室１２３内で複数の圧力波が干渉して生じるものであり、その特性（波長、周期及び振幅）は、ダンパー室１２３の形状に大きく影響される。

この定在波による圧力波が各チャネル１４１に伝播すると、上述のようにインクの吐出特性が変動してクロストークが生じる。ただし、このインク吐出特性の変動が記録画像の画質に及ぼす影響の大きさは、ダンパー室１２３に生じる定在波の特性に依存することが知られている。例えば、定在波の波長が極端に長かったり短かったりする場合には、当該定在波の伝播に起因するクロストークは、画質への影響が軽微なものとなる。
このため、ダンパー室１２３は、当該ダンパー室１２３に生じる定在波が、許容範囲を超えた画質低下を生じさせない特性となるような所定条件を満たす形状で設けられる。

一方で、共通排出流路１３２は、接続流路１２４を挟んでダンパー室１２３と離間しているため、その形状が、ダンパー室１２３内に生じる定在波の特性に影響を与えことはほとんどない。このため、共通排出流路１３２は、インクの圧力損失を低く抑えることを優先した形状で（すなわち、大きな断面積を有する形状で）設けられる。具体的には、図７に示されるように、Ｚ方向から見てダンパー室１２３を包含する範囲でダンパー室１２３より大きな面積で設けられ、図６に示されるように、Ｚ方向の深さもダンパー室１２３より大きくなっている。このように圧力損失を低く抑えることで、内部を流動するインクの流量をより大きくすることができるため、効果的に気泡や異物を排出することが可能となる。

このように、複数のチャネル１４１と共通排出流路１３２との間にダンパー室１２３が設けられた本実施形態のインクジェットヘッド１００では、共通排出流路１３２を圧力損失の低い形状で設けることで、排出インクの流量が確保されるとともに、ダンパー室１２３を上記の所定条件を満たす形状で設けることで、ダンパー室１２３内の定在波に起因する画質低下が抑制されるようになっている。

次に、インクジェットヘッド１００内においてインクを還流させて排出させるためのインク循環機構９の構成について説明する。

図８は、インク循環機構９の構成を示す模式図である。
インク循環機構９は、供給用サブタンク９１、還流用サブタンク９２及びメインタンク９３などを備える。
供給用サブタンク９１は、インクジェットヘッド１００に設けられたインクマニホールドに供給されるインクを貯留する。供給用サブタンク９１は、インク流路９４によってインレット１０３ａに接続されている。
還流用サブタンク９２は、インク流路９５によってアウトレット１０３ｂ、１０３ｃに接続されており、個別排出流路１２２及び共通排出流路１４２を含む上述のインク排出流路を通ってアウトレット１０３ｂ又はアウトレット１０３ｃから排出されたインクを貯留する。
供給用サブタンク９１及び還流用サブタンク９２は、インク流路９６で接続されている。そして、インク流路９６に設けられたポンプ９８により、還流用サブタンク９２から供給用サブタンク９１にインクを戻すことができるようになっている。
メインタンク９３は、供給用サブタンク９１に供給されるインクを貯留する。メインタンク９３は、インク流路９７によって供給用サブタンク９１に接続されている。また、インク流路９７に設けられたポンプ９９により、メインタンク９３から供給用サブタンク９１にインクが供給される。

供給用サブタンク９１は、その液面が、ヘッドチップ１０のインク吐出面（以下、「位置基準面」とも記す）より高くなる位置に設けられ、還流用サブタンク９２の液面は、その液面が位置基準面より低くなる位置に設けられている。よって、位置基準面と供給用サブタンク９１との水頭差による圧力Ｐ１と、位置基準面と還流用サブタンク９２との水頭差による圧力Ｐ２が生じている。この結果、インレット１０３ａにおけるインクの圧力がアウトレット１０３ｂ、１０３ｃにおけるインクの圧力よりも高くなっている。この圧力差により、インレット１０３ａからインクマニホールド、インク供給口１５１、チャネル１４１、貫通流路１２１、個別排出流路１２２、共通排出流路１４２、垂直排出流路１３３、排出孔１５２を経てアウトレット１０３ｂ、１０３ｃに向かうインクの流れが生じ、インク吐出部１０ａへのインク供給、及びインク吐出部１０ａからのインクの排出（還流）がなされるようになっている。また、各サブタンク内のインク量や、各サブタンクの鉛直方向の位置を変更することで、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２を調整することができ、これによりインクの流速を調整することができる。

次に、上記実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
この実験では、接続流路１２４におけるインクの圧力損失を異ならせた複数のヘッドチップ１０を用意し、各ヘッドチップ１０におけるダンパー室１２３のダンパー効果を評価した

図９は、実験に用いた各ヘッドチップ１０の構成及び評価結果を示す図である。
実験では、５１２個のノズル１１１を有し、各ノズル１１１に対して１つの個別排出流路１２２が連通し、これら５１２本の個別排出流路１２２が１つのダンパー室１２３を介して１つの共通排出流路１３２に接続されている構成のヘッドチップ１０を用いた。また、接続流路１２４の数は２５６本とし、個別排出流路１２２における（合成の）圧力損失に対する、接続流路１２４における（合成の）圧力損失の比率を異ならせた５つのサンプルを、それぞれ実施例１〜５とした。具体的には、上記圧力損失の比率が２、１、０．５、０．１、０．０１となるような断面積で接続流路１２４を設けたサンプルを、それぞれ実施例１〜５とした。
また、ダンパー室１２３を設けず、個別排出流路１２２を直接共通排出流路１３２に接続した構成のサンプルを比較例とした。

ダンパー効果の評価結果は、複数のインク吐出部１０ａにおいて生じるクロストークの程度に応じて「◎」、「○」、「△」、「×」の４水準で評価した。
具体的には、５１２個のインク吐出部１０ａを、駆動周波数１０Ｈｚと１０ｋＨｚの２種類の駆動パターンで駆動し、５１２個のインク吐出部１０ａのうち吐出されたインクの飛翔速度のクロストークによる変化率が最大となったインク吐出部１０ａにおける当該変化率（最大変化率）で評価した。すなわち、この飛翔速度の最大変化率が２％未満であった場合を「◎」、２％以上４％未満であった場合を「○」、４％以上１０％未満であった場合を「△」、１０％以上であった場合を「×」とした。このうち「◎」、「○」、「△」は、実使用上問題のない画質が得られる正常範囲のクロストークレベルであり、「×」は、画質の低下が許容範囲を超えて問題となるクロストークレベルである。

図９に示されるように、ダンパー室１２３を有しない比較例では、ダンパー効果が「×」となり、クロストークに起因して許容範囲を超える画質低下が生じた。
一方、ダンパー室１２３を設けた実施例１〜５は、ダンパー効果がいずれも「△」以上となり、クロストークレベルが、実使用上問題のない画質が得られる正常範囲に抑えられることが確認された。
中でも、接続流路１２４における圧力損失が個別排出流路１２２における圧力損失より小さい実施例２〜５では、ダンパー効果が「○」又は「◎」となり、より効果的にクロストークが抑えられることが確認された。

なお、この実験では評価していないが、個別排出流路１２２における圧力損失に対する接続流路１２４における圧力損失の比率が小さ過ぎると、ダンパー室１２３内の圧力波が必要以上に共通排出流路１３２に伝わりやすくなるため、共通排出流路１３２の形状が、ダンパー室１２３内の定在波の特性に影響を与えるようになる。この場合には、共通排出流路１３２及びダンパー室１２３の形状を、互いに独立して調整することができなくなってしまう。このため、上記圧力損失の比率は、共通排出流路１３２の形状がダンパー室１２３内の定在波の特性に影響を受けないか、又は影響が軽微である範囲内で調整することが望ましい。

（変形例）
続いて上記実施形態の変形例について説明する。本変形例は、接続流路１２４の形状が上記実施形態と異なる。以下では、上記実施形態との相違点について説明する。

図１０及び図１１は、変形例の一態様に係るヘッドチップ１０の断面を示す図である。
図１０に示されるヘッドチップ１０では、接続部１２５において、接続流路１２４が、複数のノズル１１１の各々に対応してノズル１１１と同一の数だけ設けられている。
また、図１１に示されるヘッドチップ１０では、Ｘ方向に延びるスリット状の単一の接続流路１２４が設けられている。すなわち、接続部１２５が、単一の接続流路１２４から構成されている。
これらの変形例のように、接続流路１２４は、ダンパー室１２３から共通排出流路１３２へ所望の態様で圧力波が伝播する範囲内で、その形状や数を任意に変更することができる。

以上のように、本実施形態のインクジェットヘッド１００は、インクを貯留するインク貯留部としてのチャネル１４１と、チャネル１４１に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段としての駆動電極１３６と、チャネル１４１に連通し、当該チャネル１４１内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズル１１１と、を各々有する複数のインク吐出部１０ａと、複数のインク吐出部１０ａが有する複数のチャネル１４１に連通し、当該複数のチャネル１４１の各々からノズル１１１に供給されずに排出されたインクを一時的に貯留して、当該貯留されたインクの圧力変動を減衰させる圧力変動減衰部としてのダンパー室１２３と、接続部１２５を介してダンパー室１２３に接続され、ダンパー室１２３から接続部１２５を介してインクが流入する共通排出流路１３２と、を備える。
このように、複数のチャネル１４１と共通排出流路１３２との間にダンパー室１２３が設けられた構成によれば、ダンパー室１２３の形状を調整することで、チャネル１４１への圧力波の伝播に起因する画質低下を抑制しつつ、インクの圧力損失が小さくなる形状で共通排出流路１３２を設けることで、気泡や異物とともに排出されるインクの流量を増大させて、気泡や異物に起因する画質低下を抑制することができる。
より詳しくは、ダンパー室１２３の形状を、当該ダンパー室１２３に生じる定在波が、許容範囲を超えた画質低下を生じさせない特性となるような所定条件を満たす形状とすることが可能となるため、定在波による圧力波の伝播に起因する画質低下を効果的に抑制することができる。また、共通排出流路１３２の形状を、ダンパー室１２３の形状とは独立に調整することができるため、共通排出流路１３２におけるインクの圧力損失を効果的に低減させることができる。
また、ダンパー室１２３では、チャネル１４１から進入した圧力波による圧力変動を減衰させて圧力波を吸収することができるため、ダンパー室１２３において定在波を生じにくくすることができ、各チャネル１４１への圧力波の伝播を抑制することができる。また、ダンパー室１２３において吸収しきれなかった圧力波の一部は、接続流路１２４を通って共通排出流路１３２に逃げるため、これによっても、各チャネル１４１への圧力波の伝播を抑制することができる。

また、接続部１２５は、ダンパー室１２３及び共通排出流路１３２に各々接続された複数の接続流路１２４からなる。このような構成では、接続流路１２４の数や形状を調整することで、ダンパー室１２３から共通排出流路１３２へ、より容易に所望の態様で圧力波を逃がすことができる。

また、複数のインク吐出部１０ａの各々は、チャネル１４１とダンパー室１２３とを接続する個別排出流路１２２を有し、接続部１２５は、当該接続部１２５におけるインクの圧力損失が、複数のインク吐出部１０ａが有する複数の個別排出流路１２２におけるインクの圧力損失より小さくなる形状を有する。これにより、ダンパー室１２３において吸収しきれなかった圧力波を共通排出流路１３２へ効率良く逃がすことができるため、各チャネル１４１への圧力波の伝播を効果的に抑制することができる。

また、ダンパー室１２３は、当該ダンパー室１２３に貯留されたインクの圧力変動を吸収する圧力変動吸収部材としてのダンパー板１１Ｄを有する。また、このダンパー板１１Ｄは、ダンパー室１２３に貯留されたインクの圧力の変動に応じて変形することでインクの圧力変動を吸収する。これにより、ダンパー室１２３内のインクの圧力変動をより効果的に減衰させて、ダンパー室１２３に進入した圧力波をより効率良く吸収することができる。

また、インクジェットヘッド１００は、チャネル１４１、駆動電極１３６及び共通排出流路１３２が設けられている流路基板１４と、流路基板１４に接合され、ノズル１１１が設けられているノズル基板１１と、を備え、ダンパー室１２３は、流路基板１４及びノズル基板１１の接合面に沿って設けられて、外壁の一部がノズル基板１１からなり、ダンパー板１１Ｄは、ノズル基板１１のうちダンパー室１２３の外壁をなす部分である。このような構成では、ダンパー板１１Ｄの一方の面が開放された空気に接しており、この空気はその弾性力によってダンパー板１１Ｄの変形を阻害することがないため、ダンパー室１２３内のインクの圧力変動を効果的に減衰させることができる。

また、ノズル基板１１には、ダンパー室１２３の外壁（ダンパー板１１Ｄ）をなす部分における流路基板１４側の面に凹部１１２が設けられている。これにより、ダンパー板１１Ｄを薄く、かつ撓みやすくすることができ、ダンパー室１２３においてより効果的に圧力変動を減衰させることができる。

また、ダンパー室１２３の内壁面は、当該ダンパー室１２３に貯留されるインクに対する濡れ性を増大させる親水処理がなされている。また、ダンパー室１２３の内壁面は、ノズル１１１の開口部が設けられているノズル開口面１１ａよりもインクの濡れ性が大きい。このような構成によれば、ダンパー室１２３の内壁面にインクが濡れ広がりやすくなり、ダンパー室１２３内に気泡がトラップされる不具合の発生を抑制することができる。

また、本実施形態のインクジェット記録装置１は、上記のインクジェットヘッド１００を備えるので、効果的に画質低下を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態及び変形例に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、ダンパー室１２３の形状は、上記実施形態に記載した直方体形状に限られず、定在波を所望の特性とすることが可能な任意の形状とすることができる。

また、上記実施形態では、ノズル基板１１のうちダンパー板１１Ｄを構成する部分の全体に単一の凹部１１２を設ける例を挙げて説明したが、凹部１１２の形状はこれに限られず、ダンパー板１１Ｄの厚さの少なくとも一部を薄くすることが可能な任意の形状とすることができる。例えば、ダンパー室１２３の延在方向（Ｘ方向）に延びる複数の線状の凹部１１２（スリット）を設けも良いし、Ｘ方向及びＹ方向に延びる線状の凹部１１２が組み合わされた格子状の凹部１１２を設けても良い。あるいは、凹部１１２は、ブラスト加工などによりランダムな形状で設けられたものであっても良い。
また、ノズル基板１１が十分な可撓性を有している場合には、凹部１１２を設けないこととしても良い。

また、圧力波をより効果的に吸収する目的で、ダンパー室１２３の内壁面の全体に凹凸を設けても良い。

また、上記実施形態では、複数のチャネル１４１の各々とダンパー室１２３とを、個別排出流路１２２を介して接続する構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、各チャネル１４１を、個別排出流路１２２を介さずに直接ダンパー室１２３に接続した構成としても良い。

また、ダンパー室１２３として、ダンパー板１１Ｄの変形によりインクの圧力変動を減衰させる構成のものを例に挙げて説明したが、これに限定する趣旨ではない。例えば、ダンパー室１２３は、内部に取り込まれた（又は、内部で発生させた）気泡の弾性力によりインクの圧力変動を減衰させるものとしても良い。

また、上記実施形態では、シアモードのインクジェットヘッド１００を例に挙げて説明したが、これに限られず、インク貯留部としての圧力室の壁面に固着された圧電素子（圧力変動手段）を変形させることで圧力室内のインクの圧力を変動させてインクを吐出させる、ベントモードのインクジェットヘッドに対して本発明を適用しても良い。

また、上記各実施形態及び各変形例では、搬送ベルト２ｃを備える搬送部２により記録媒体Ｍを搬送する例を用いて説明したが、これに限定する趣旨ではなく、搬送部２は、例えば回転する搬送ドラムの外周面上で記録媒体Ｍを保持して搬送するものであっても良い。

また、上記各実施形態及び各変形例では、シングルパス形式のインクジェット記録装置１を例に挙げて説明したが、インクジェットヘッド１００を走査させながら画像の記録を行うインクジェット記録装置に本発明を適用しても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。

１ インクジェット記録装置
２ 搬送部
２ａ 搬送ローラー
２ｃ 搬送ベルト
３ ヘッドユニット
９ インク循環機構
１０ ヘッドチップ
１０ａ インク吐出部
１１ ノズル基板
１１ａ ノズル開口面
１１Ｄ ダンパー板
１１１ ノズル
１１２ 凹部
１２ 流路スペーサー基板
１２１ 貫通流路
１２２ 個別排出流路
１２３ ダンパー室
１２４ 接続流路
１２５ 接続部
１３ 圧力室基板
１３１ 圧力室
１３２ 共通排出流路
１３３ 垂直排出流路
１３４ 隔壁
１３５ 接続電極
１３６ 駆動電極
１４ 流路基板
１４１ チャネル
１４２ 共通排出流路
１５ 配線基板
１５１ インク供給口
１５２ 排出孔
２０ ＦＰＣ
１００ インクジェットヘッド
Ｍ 記録媒体

Claims (10)

1. インクを貯留するインク貯留部と、
   前記インク貯留部に貯留されたインクの圧力を変動させる圧力変動手段と、
   前記インク貯留部に連通し、当該インク貯留部内におけるインクの圧力の変動に応じてインクを吐出するノズルと、
   を各々有する複数のインク吐出部と、
   前記複数のインク吐出部が有する複数の前記インク貯留部に連通し、当該複数のインク貯留部の各々から前記ノズルに供給されずに排出されたインクを一時的に貯留して、当該貯留されたインクの圧力変動を減衰させる圧力変動減衰部と、
   接続部を介して前記圧力変動減衰部に接続され、前記圧力変動減衰部から前記接続部を介してインクが流入する共通排出流路と、
   を備えるインクジェットヘッド。
2. 前記接続部は、前記圧力変動減衰部及び前記共通排出流路に各々接続された複数の接続流路からなる請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記複数のインク吐出部の各々は、前記インク貯留部と前記圧力変動減衰部とを接続する個別排出流路を有し、
   前記接続部は、当該接続部におけるインクの圧力損失が、前記複数のインク吐出部が有する複数の前記個別排出流路におけるインクの圧力損失より小さくなる形状を有する請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記圧力変動減衰部は、当該圧力変動減衰部に貯留されたインクの圧力変動を吸収する圧力変動吸収部材を有する請求項１から３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記圧力変動吸収部材は、前記圧力変動減衰部の外壁の一部であり、前記圧力変動減衰部に貯留されたインクの圧力の変動に応じて変形することでインクの圧力変動を吸収する請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記インク貯留部、前記圧力変動手段及び前記共通排出流路が設けられている流路基板と、
   前記流路基板に接合され、前記ノズルが設けられているノズル基板と、
   を備え、
   前記圧力変動減衰部は、前記流路基板及び前記ノズル基板の接合面に沿って設けられて、外壁の一部が前記ノズル基板からなり、
   前記圧力変動吸収部材は、前記ノズル基板のうち前記圧力変動減衰部の外壁をなす部分である請求項５に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記ノズル基板には、前記圧力変動減衰部の外壁をなす部分における前記流路基板側の面に凹部が設けられている請求項６に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記圧力変動減衰部の内壁面は、当該圧力変動減衰部に貯留されるインクに対する濡れ性を増大させる親水処理がなされている請求項１から７のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
9. 前記圧力変動減衰部の内壁面は、前記ノズルの開口部が設けられているノズル開口面よりもインクに対する濡れ性が大きい請求項１から８のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
10. 請求項１から９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インクジェット記録装置。

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