JP2020168760A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】第１マニホールド流路と第２マニホールド流路とを接続するバイパス流路を備えた液体吐出ヘッドにおいて、バイパス流路の流路抵抗のばらつきを小さくすることを目的とする。【解決手段】液体吐出ヘッドは、複数のノズルが開口するノズル面を有し、前記複数のノズルとそれぞれ連通する複数の個別流路と、前記複数の個別流路に対して共通に接続された第１マニホールド流路及び第２マニホールド流路と、前記第１マニホールド流路及び前記第２マニホールド流路と接続されたバイパス流路とが形成された流路部材と、前記流路部材の前記ノズル面とは反対側の面に配置された圧電アクチュエータとを備える。前記流路部材は、前記ノズル面に平行に配置され、前記バイパス流路が形成されたバイパスプレートを含み、前記バイパス流路の深さは、前記バイパス流路の長さ及び幅よりも小さく、且つ、前記バイパスプレートの、前記ノズル面と直交する第１方向の厚みと同じである。【選択図】図４

Description

本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

複数のノズルと、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、複数の供給路を介して複数の圧力室と接続された供給側共通流路と、複数の循環路を介して複数の圧力室と接続された循環側共通流路と、供給側共通流路と循環側共通流路とを接続するバイパス用流路とを備える液体吐出ヘッドが知られている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２１４８４７号公報

上記構成を有する液体吐出ヘッドにおいて、供給側共通流路から複数の圧力室に液体を十分に供給するためには、バイパス用流路の流路抵抗をある程度高くし、バイパス用流路を流れる液体の流量を制限する必要がある。そして、バイパス用流路の流路抵抗を高くするためには、バイパス用流路の断面積を小さくする必要がある。しかし、断面積の小さいバイパス用流路を例えばエッチング等によって形成する場合、寸法のバラツキが生じ易いため、バイパス用流路の流路抵抗がばらつき易いという問題があった。

本発明は、供給マニホールドと帰還マニホールドとを接続するバイパス流路を備えた液体吐出ヘッドであって、バイパス流路の流路抵抗のバラツキが小さい液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の態様に従えば、液体吐出ヘッドであって、複数のノズルが開口するノズル面を有し、前記複数のノズルとそれぞれ連通する複数の個別流路と、前記複数の個別流路に対して共通に接続された第１マニホールド流路と、前記複数の個別流路に対して共通に接続された第２マニホールド流路と、前記第１マニホールド流路及び前記第２マニホールド流路と接続されたバイパス流路とが形成された流路部材と、前記流路部材の前記ノズル面とは反対側の面に配置され、前記複数の個別流路を流れる液体に吐出エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、前記流路部材は、前記ノズル面に平行に配置され、前記バイパス流路が形成されたバイパスプレートを含み、前記バイパス流路の深さは、前記バイパス流路の長さ及び幅よりも小さく、且つ、前記バイパスプレートの、前記ノズル面と直交する第１方向の厚みと同じである液体吐出ヘッドが提供される。

本発明の態様に従う液体吐出ヘッドにおいて、流路部材はバイパスプレートを含み、バイパスプレートには、第１マニホールド流路及び第２マニホールド流路と接続されたバイパス流路が形成されている。そして、バイパス流路の深さが、バイパス流路の長さ及び幅よりも小さく、且つ、バイパスプレートの厚みと同じである。このため、バイパス流路の流路抵抗のばらつきが小さい液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明によれば、第１マニホールド流路と第２マニホールド流路とを接続するバイパス流路を備えた液体吐出ヘッドであって、バイパス流路の流路抵抗のバラツキが小さい液体吐出ヘッドを提供することができる。

図１は第１実施形態に係るプリンタの概略構成図である。 図２は図１のインクジェットヘッドの平面図である。 図３は図２の太線で囲んだ部分Ａの拡大図である。 図４（ａ）は図３のＩＶＡ−ＩＶＡ線断面図であり、図４（ｂ）は図３のＩＶＢ−ＩＶＢ線断面図である。 図５（ａ）は図２のＶＡ−ＶＡ線断面図であり、図５（ｂ）は図２のＶＢ−ＶＢ線断面図である。 図６は第１実施形態の変形例に係る図４（ｂ）に相当する図である。 図７は第２実施形態に係るインクジェットヘッドの平面図である。 図８（ａ）は図７のＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ線断面図であり、図８（ｂ）は図７のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線断面図である。 図９（ａ）は図７のＩＸＡ−ＩＸＡ線断面図であり、図９（ｂ）は図７のＩＸＢ−ＩＸＢ線断面図である。 図１０は図７の太線で囲んだ部分Ｂの分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１において、記録用紙Ｐの搬送方向上流側をプリンタ１の後方、搬送方向下流側をプリンタ１の前方と定義する。また、記録用紙Ｐが搬送される面（図１の紙面と平行な面）と平行で、且つ、前記搬送方向と直交するシート幅方向を、プリンタ１の左右方向と定義する。尚、図の左側がプリンタ１の左方、図の右側がプリンタ１の右方である。さらに、記録用紙Ｐの記録面と直交する方向（図１の紙面に直交する方向）を、プリンタ１の上下方向と定義する。図１において、紙面表側が上方、紙面裏側が下方である。以下では、前後左右上下を適宜使用して説明する。

［第１実施形態］＜プリンタ１の概略構成＞
図１に示すように、第１実施形態に係るプリンタ１は、ヘッドバー２、インクジェットヘッド３、プラテン４、及び、搬送ローラ５、６を備えている。

４つのヘッドバー２は、プラテン４の上方において搬送方向に配置されている。４つのヘッドバー２は、それぞれ、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクに対応している。各ヘッドバー２には、複数のインクジェットヘッド３が、シート幅方向に沿って千鳥状に配置されている。各インクジェットヘッド３には、図示しないインクタンクから対応する色のインクが供給される。各インクジェットヘッド３の下面には、後述する複数のノズル４５が形成されている。

２つの搬送ローラ５、６は、プラテン４に対して前側と後側にそれぞれ配置されている。２つの搬送ローラ５、６は、図示しないモータによってそれぞれ駆動され、プラテン４上の記録用紙Ｐを前方へ搬送する。つまり、プリンタ１の後側が搬送方向の上流側であり、前側が搬送方向の下流側である。

そして、プリンタ１では、各インクジェットヘッド３の複数のノズル４５から、２つの搬送ローラ５、６によって搬送される記録用紙Ｐにインク滴を吐出することにより、記録用紙Ｐに印刷を行う。

なお、インクジェットヘッド３は、本発明の液体吐出ヘッドの一例である。インクジェットヘッド３の下面と直交する上下方向は、本発明の第１方向の一例である。インクジェットヘッド３の下面に沿うシート幅方向は、本発明の第２方向の一例であり、シート幅方向の左側は、本発明の第２方向の一方側の一例である。インクジェットヘッド３の下面に沿い且つシート幅方向と交差する搬送方向は、本発明の第３方向の一例である。

＜インクジェットヘッド３＞
次に、インクジェットヘッド３について詳細に説明する。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、ノズル４５や後述する圧力室４０などのインク流路が形成された流路ユニット２１と、圧力室４０内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ２２とを備えている。

＜流路ユニット２１＞
流路ユニット２１は、８枚のプレート３１〜３８が上からこの順に積層されることによって形成されている。流路ユニット２１には、複数の圧力室４０と、複数の絞り流路４１と、複数のディセンダ流路４２と、複数の連結流路４３と、複数のノズル４５と、４つの供給マニホールド４６と、３つの帰還マニホールド４７と、６つのバイパス流路６０とが形成されている。流路ユニット２１は、本発明の流路部材の一例である。供給マニホールド４６は、本発明の第１マニホールド流路の一例であり、帰還マニホールド４７は、本発明の第２マニホールド流路の一例である。

複数の圧力室４０は、プレート３１に形成されている。各圧力室４０は、搬送方向を長手方向とする略矩形の平面形状を有している。複数の圧力室４０は、シート幅方向に配列されることによって圧力室列２９を形成している。プレート３１には、１２列の圧力室列２９が搬送方向に並んでいる。また、圧力室列２９間で、圧力室４０のシート幅方向の位置がずれている。

各絞り流路４１は、プレート３２、３３にまたがって形成されている。各絞り流路４１は１つの圧力室４０に対して設けられている。後側から奇数番目の圧力室列２９を構成する圧力室４０に対して設けられた絞り流路４１は、圧力室４０の後端部と接続され、圧力室４０との接続部分から後方に延びている。後側から偶数番目の圧力室列２９を構成する圧力室４０に対して設けられた絞り流路４１は、圧力室４０の前端部と接続され、圧力室４０との接続部分から前方に延びている。

各ディセンダ流路４２は、プレート３２〜３７に形成された貫通孔が上下方向に重なることによって形成されている。各ディセンダ流路４２は１つの圧力室４０に対して設けられている。後側から奇数番目の圧力室列２９を構成する圧力室４０に対して設けられたディセンダ流路４２は、圧力室４０の前端部と接続され、圧力室４０との接続部分から下方に延びている。後側から偶数番目の圧力室列２９を構成する圧力室４０に対して設けられたディセンダ流路４２は、圧力室４０の後端部と接続され、圧力室４０との接続部分から下方に延びている。

各連結流路４３は、プレート３７に形成されている。各連結流路４３は、搬送方向及びシート幅方向に対して傾いた方向に、水平に延びている。各連結流路４３は、隣接する２つの圧力室列２９のうち、一方の圧力室列２９を構成する圧力室４０に接続されたディセンダ流路４２の下端部と、他方の圧力室列２９を構成する圧力室４０に接続されたディセンダ流路４２の下端部とを接続する。より詳細に説明すると、プレート３７には、上記２つのディセンダ流路４２を形成する部分と、連結流路４３を形成する部分とが一体となった貫通孔が形成されている。

各ノズル４５は、プレート３８に形成されている。各ノズル４５は、１つの連結流路４３に対して設けられており、連結流路４３の中央部に接続されている。

そして、流路ユニット２１では、１つのノズル４５と、このノズル４５に接続された１つの連結流路４３と、この連結流路４３に接続された２つのディセンダ流路４２と、これら２つのディセンダ流路４２にそれぞれ接続された２つの圧力室４０と、これら２つの圧力室４０とそれぞれ接続された２つの絞り流路４１とによって、１つの個別流路２８が形成されている。また、複数の個別流路２８が、シート幅方向に配列されることによって個別流路列２７を形成している。また、流路ユニット２１では、６列の個別流路列２７が、搬送方向に沿って並んでいる。

各供給マニホールド４６は、プレート３４、３５に形成された貫通孔が上下に重なることによって形成されている。４つの供給マニホールド４６は、それぞれがシート幅方向に延び、搬送方向に間隔をあけて並んでいる。そして、４つの供給マニホールド４６は、それぞれ、後側から１、４、５、８、９、１２番目の圧力室列２９を構成する圧力室４０に接続された絞り流路４１の、圧力室４０と反対側の端部と接続されている。プレート３４、３５は、本発明のマニホールドプレートの一例である。

また、各供給マニホールド４６は、シート幅方向における右側の端部において、プレート３２〜３５にまたがって上下方向に延びており、その上端部に流入口４８が設けられている。また、これに対応して、プレート３１には、搬送方向に延びて流入口４８同士を接続する共通流入流路５１が形成されている。

各帰還マニホールド４７は、プレート３４、３５に形成された貫通孔が上下に重なることによって形成されている。３つの帰還マニホールド４７は、それぞれがシート幅方向に延び、搬送方向において、隣接する供給マニホールド４６の間に、それぞれ配置されている。そして、３つの帰還マニホールド４７は、それぞれ、後側から２、３、６、７、１０、１１番目の圧力室列２９を構成する圧力室４０に接続された絞り流路４１の、圧力室４０と反対側の端部と接続されている。

また、各帰還マニホールド４７は、シート幅方向における右側の端部において、プレート３２〜３５にまたがって上下方向に延びており、その上端部に流出口４９が設けられている。また、これに対応して、プレート３１には、搬送方向に延びて流出口４９同士を接続する共通流出流路５２が形成されている。

各バイパス流路６０は、プレート３６に形成された貫通溝によって形成されている。６つのバイパス流路６０は、それぞれが搬送方向に延び、搬送方向に隣接する供給マニホールド４６と帰還マニホールド４７の、シート幅方向の左側の端部と接続されている。各バイパス流路６０の上下方向の寸法である深さは、プレート３６の上下方向の厚みと同じであり、例えば５０μｍ程度である。また、各バイパス流路６０の上下方向の深さは、搬送方向の長さ（例えば４００μｍ程度）及びシート幅方向の幅（例えば３００μｍ程度）よりも短い。なお、各バイパス流路６０のシート幅方向の幅は、搬送方向に沿って一定である。また、プレート３６の上下方向の厚みは、２枚のプレート３４，３５の上下方向の厚みよりも小さい。プレート３６は、本発明のバイパスプレートの一例である。

また、４つの供給マニホールド４６は、３つの帰還マニホールド４７よりも、シート幅方向の右側まで延びている。これにより、４つの流入口４８が、３つの流出口４９よりもシート幅方向の右側に位置している。すなわち、４つの流入口４８と３つの流出口４９とが、シート幅方向にずれて配置されている。一方、４つの供給マニホールド４６のシート幅方向の左側の端部と、３つの帰還マニホールド４７のシート幅方向の左側の端部の、シート幅方向の位置は同じである。

４つの供給マニホールド４６及び３つの帰還マニホールド４７がこのように配置されていることにより、供給マニホールド４６と帰還マニホールド４７とが搬送方向に交互に並んでいる。また、搬送方向に交互に並ぶ供給マニホールド４６及び帰還マニホールド４７のうち、搬送方向の両端に位置する２本のマニホールドが供給マニホールド４６となっている。

流路ユニット２１の上面には、共通流入流路５１と共通流出流路５２とにまたがって延びたフィルタ部材５０が配置されている。フィルタ部材５０が配置された流路ユニット２１の上面には、共通流入流路５１及び共通流出流路５２と重なる部分に、流路部材５３が配置されている。

流路部材５３には、流路５４〜５７が形成されている。流路５４、５５は、それぞれ、共通流入流路５１及び共通流出流路５２の全長にわたって搬送方向に延びている。流路５６、５７は、それぞれ、流路５４、５５の搬送方向の中央部に接続され、流路５４、５５との接続部分から上方に延びている。流路５６、５７の上端部は、それぞれ、図示しないチューブなどを介して、インクタンク７１と接続されている。

そして、インクタンク７１に貯留されたインクが、流路部材５３の流路５６、５４を介して、流路ユニット２１の共通流入流路５１に流れ込む。このとき、フィルタ部材５０によりインク中の異物などが捕捉され、流路ユニット２１への異物の流入が妨げられる。共通流入流路５１に流れ込んだインクは、流入口４８から各供給マニホールド４６に供給される。そして、各供給マニホールド４６においては、シート幅方向の右側から左側に向かってインクが流れ、個別流路２８（絞り流路４１）及びバイパス流路６０にインクを供給する。

また、帰還マニホールド４７においては、個別流路２８（絞り流路４１）及びバイパス流路６０からインクが流れ込み、シート幅方向の左側から右側に向かってインクが流れ、流出口４９からインクが流出する。流出口４９から流出したインクは、流路ユニット２１の共通流出流路５２、及び、流路部材５３の流路５５、５７を介して、インクタンク７１に戻される。

このように、第１実施形態では、インクジェットヘッド３とインクタンク７１との間でインクが循環する。また、流路５６とインクタンク７１との間の流路の途中にポンプ７３が設けられており、このポンプが駆動されることよって、インクジェットヘッド３とインクタンク７１との間を循環するインクの流れが生じる。なお、ポンプ７３は、流路５７とインクタンク７１との間の流路の途中に設けられていてもよい。

また、例えば、印刷中に多数のノズル４５から同時にインクが吐出されるときなど、インクジェットヘッド３におけるインクの消費量が多いときには、インクタンク７１に貯留されたインクが、流路部材５３の流路５５、５７を介して、流路ユニット２１の共通流出流路５２に流れ込む。このとき、フィルタ部材５０によりインク中の異物などが捕捉され、流路ユニット２１への異物の流入が妨げられる。共通流出流路５２に流れ込んだインクは、さらに流出口４９から帰還マニホールド４７に流れ込み、個別流路２８に供給される。これにより、インクジェットヘッド３では、インクの消費量が多いときに、供給マニホールド４６と帰還マニホールド４７の両方から個別流路２８にインクが供給され、個別流路２８へのインクの供給不足が生じてしまうのが防止される。

また、プレート３７には、各供給マニホールド４６と上下方向に重なり、各供給マニホールド４６と隔てられたダンパ室５９が形成されている。そして、プレート３６によって形成される、供給マニホールド４６とダンパ室５９とを隔てる隔壁が変形することにより、供給マニホールド４６内のインクの圧力変動が低減される。また、プレート３７には、各帰還マニホールド４７と上下方向に重なり、帰還マニホールド４７と隔てられたダンパ室５８が形成されている。そして、プレート３６によって形成される、帰還マニホールド４７とダンパ室５８とを隔てる隔壁が変形することにより、帰還マニホールド４７内のインクの圧力変動が低減される。なお、ダンパ室５８、及びダンパ室５９は、シート幅方向に延びており、図５（ａ）に示されるように、フィルタ部材５０の下方まで到達している。このため、供給マニホールド４６内、及び帰還マニホールド４７内のインクの圧力変動を、より効率よく低減することができる。

＜圧電アクチュエータ２２＞
圧電アクチュエータ２２は、２つの圧電層６１、６２と、共通電極６３と、複数の個別電極６４とを有する。圧電層６１、６２は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料からなる。圧電層６１は、流路ユニット２１の上面に配置され、圧電層６２は、圧電層６１の上面に配置されている。なお、圧電層６１は、圧電層６２とは異なり、例えば合成樹脂材料等、圧電材料以外の絶縁性材料からなってもよい。

共通電極６３は、圧電層６１と圧電層６２との間に配置され、圧電層６１、６２のほぼ全域にわたって連続的に延びている。共通電極６３はグランド電位に保持されている。複数の個別電極６４は、複数の圧力室４０に対してそれぞれ設けられている。各個別電極６４は、搬送方向を長手方向とする略矩形の平面形状を有し、対応する圧力室４０の中央部と上下方向に重なるように配置されている。また、各個別電極６４の搬送方向におけるディセンダ流路４２と反対側の端部は、圧力室４０と重ならない位置まで延びている。各個別電極６４の先端部は、図示しない配線部材との接続を行うための接続端子６４ａとなっており、配線部材を介して図示しないドライバＩＣに接続されている。そして、各個別電極６４には、ドライバＩＣにより、グランド電位、及び、所定の駆動電位（例えば２０Ｖ程度）のうちいずれかの電位が選択的に付与される。また、共通電極６３と複数の個別電極６４とがこのように配置されるのに対応して、圧電層６２の各個別電極６４と共通電極６３とに挟まれた部分は、それぞれ、厚み方向に分極された活性部を形成する。

ここで、圧電アクチュエータ２２を駆動してノズル４５からインクを吐出させる方法について説明する。圧電アクチュエータ２２では、ノズル４５からインクを吐出させない待機状態において、全ての個別電極６４が共通電極６３と同じグランド電位に保持されている。あるノズル４５からインクを吐出させるときには、そのノズル４５に接続された２つの圧力室４０に対応する２つの個別電極６４の電位をグランド電位から駆動電位に切り換える。

すると、上記２つの個別電極６４に対応する２つの活性部に、分極方向と平行な電界が発生し、上記２つの活性部が分極方向と直交する水平方向に収縮する。これにより、圧電層６１、６２の上記２つの圧力室４０と上下方向に重なる部分が全体として圧力室４０側に凸となるように変形する。その結果、圧力室４０の容積が小さくなることで圧力室４０内のインクの圧力が上昇し、圧力室４０に連通するノズル４５からインクが吐出される。また、ノズル４５からインクが吐出された後には、上記２つの個別電極６４の電位をグランド電位に戻す。これにより、圧電層６１、６２が変形前の状態に戻る。

以上に説明した第１実施形態において、各バイパス流路６０の上下方向の深さは、搬送方向の長さ及びシート幅方向の幅よりも小さい。そして、各バイパス流路６０はプレート３６に形成された貫通溝によって形成されている。このため、各バイパス流路６０の深さは、プレート３６の厚みと等しい。つまり、各バイパス流路６０の長さ、幅、深さのうち、最も小さな値である深さは、プレート３６の厚みによって決定される。そして、プレート３６の厚みのバラツキは、各バイパス流路６０を形成する際のエッチングによる長さ及び幅のバラツキに比べて極めて小さい。このため、複数のバイパス流路６０をエッチングによって形成する際の流路抵抗のバラツキを小さくすることができる。

また、第１実施形態において、６つのバイパス流路６０が形成されているプレート３６は、供給マニホールド４６及び帰還マニホールド４７が形成されているプレート３４，３５とは異なるプレートであり、プレート３６の上下方向の厚みは、プレート３４，３５の厚みの合計よりも小さい。このため、各バイパス流路６０の流路抵抗を十分に大きくすることができる。

また、第１実施形態において、各バイパス流路６０のシート幅方向の幅は、搬送方向に沿って一定である。このため、複数のバイパス流路６０をエッチングによって形成する際の流路抵抗のバラツキを小さくすることができる。

また、第１実施形態において、６つのバイパス流路６０はプレート３６に形成されており、プレート３６は、供給マニホールド４６及び帰還マニホールド４７が形成されたプレート３４，３５の下方（プレート３５の下面）に配置されている。つまり、バイパス流路６０は、供給マニホールド４６及び帰還マニホールド４７よりも下方に形成されており、供給マニホールド４６を流れたインクは、さらに下方のバイパス流路６０に流れ込む。このため、供給マニホールド４６を流れるインクに含まれる成分（例えば顔料等）の沈降を防ぐことができる。

また、第１実施形態において、６つのバイパス流路６０が形成されたプレート３６は、供給マニホールド４６とダンパ室５９とを隔てる隔壁、及び帰還マニホールド４７とダンパ室５８とを隔てる隔壁を兼ねている。このため、流路ユニット２１を構成するプレートの枚数の増加を抑えることができる。

また、第１実施形態では、供給マニホールド４６及び帰還マニホールド４７の各々が、プレート３４，３５に形成されている。つまり、供給マニホールド４６と帰還マニホールド４７の上下方向の位置が同じである。このため、流路ユニット２１の上下方向の寸法の増加を抑えることができる。

なお、第１実施形態では、バイパス流路６０は、供給マニホールド４６及び帰還マニホールド４７よりも下方に形成されていたが、これには限られない。例えば、図６に示されるように、各バイパス流路６０´は、プレート３４，３５の上方（プレート３４の上面）に配置されたプレート３３の貫通溝によって形成されてもよい。バイパス流路６０´が供給マニホールド４６よりも上方に配置されているため、供給マニホールド４６を流れるインク中に混入した気泡を効率よく排出することができる。この場合、プレート３３は、本発明のバイパスプレートの一例である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図７〜図１０を参照しつつ説明する。

第２実施形態に係るインクジェットヘッド１００は、流路ユニット１０１と、圧電アクチュエータ１０２とを備えている。第２実施形態では、流路ユニット１０１における供給マニホールド流路及び帰還マニホールド流路の配置等が、第１実施形態と異なるが、圧電アクチュエータ１０２の構造及び動作は第１実施形態と同様である。このため、以下では、流路ユニット１０１について説明し、圧電アクチュエータ１０２についての説明は省略する。

＜流路ユニット１０１＞
流路ユニット１０１は、８枚のプレート１１１〜１１８が上からこの順に積層されることによって形成されている。流路ユニット１０１には、複数の圧力室１２０と、複数の絞り流路１２１と、複数のディセンダ流路１２２と、複数の循環用流路１２３と、複数のノズル１２５と、６つの供給マニホールド１２６と、６つの帰還マニホールド１２７と、６つのバイパス流路１６０とが形成されている。流路ユニット１０１は、本発明の流路部材の一例である。供給マニホールド１２６は、本発明の第１マニホールド流路の一例であり、帰還マニホールド１２７は、本発明の第２マニホールド流路の一例である。

複数の圧力室１２０は、プレート１１１に形成されている。圧力室１２０は、圧力室４０（図２参照）と同様の形状を有する。また、複数の圧力室１２０は、シート幅方向に配列されることによって圧力室列１１９を形成している。また、プレート１１１には、６列の圧力室列１１９が搬送方向に並んでいる。また、圧力室列１１９間で、圧力室１２０のシート幅方向の位置がずれている。

複数の絞り流路１２１は、プレート１１２、１１３にまたがって形成されている。絞り流路１２１は絞り流路４１（図２参照）と同様の形状を有しており、各圧力室１２０に対して個別に設けられている。絞り流路１２１は、圧力室４０の後端部と接続され、圧力室４０との接続部分から後方に延びている。

複数のディセンダ流路１２２は、プレート１１２〜１１７に形成された貫通孔が上下方向に重なることによって形成されている。ディセンダ流路１２２は、各圧力室１２０に対して個別に設けられている。ディセンダ流路１２２は、圧力室１２０の前端部と接続され、圧力室１２０との接続部分から下方に延びている。

複数の循環用流路１２３は、プレート１１７の下側の部分に形成されている。循環用流路１２３は、ディセンダ流路１２２に対して個別に設けられており、ディセンダ流路１２２の側壁面の下端部に接続され、ディセンダ流路１２２との接続部分から後方に延びている。複数のノズル１２５は、プレート１１８に形成されている。ノズル１２５は、ディセンダ流路１２２に対して個別に設けられており、ディセンダ流路１２２の下端に接続されている。

そして、以上に説明したインク流路のうち、ノズル１２５と、ノズル１２５に接続されたディセンダ流路１２２と、ディセンダ流路１２２に接続された循環用流路１２３及び圧力室１２０と、圧力室１２０と接続された絞り流路１２１とによって個別流路１０８が形成されている。また、複数の個別流路１０８がシート幅方向に配列されることによって、個別流路列１０７を形成している。また、流路ユニット１０１では、６列の個別流路列１０７が搬送方向に並んでいる。

６つの供給マニホールド１２６は、プレート１１４に形成されている。６つの供給マニホールド１２６は、それぞれがシート幅方向に延び、搬送方向に間隔をあけて並んでいる。６つの供給マニホールド１２６は、６列の個別流路列１０７に対応しており、各供給マニホールド１２６は、対応する個別流路列１０７を構成する複数の個別流路１０８の絞り流路１２１と接続されている。なお、プレート１１４は、本発明の第１マニホールドプレートの一例である。

また、各供給マニホールド１２６は、シート幅方向における右側の端部において、プレート１１２〜１１４にまたがって上下方向に延びており、その上端部に流入口１２８が設けられている。また、これに対応して、プレート１１１には、６つの供給マニホールド１２６の流入口１２８にまたがって搬送方向に延びて、流入口１２８同士を接続する共通流入流路１３１が形成されている。

６つの帰還マニホールド１２７は、プレート１１７に形成されている。６つの帰還マニホールド１２７は、それぞれがシート幅方向に延び、搬送方向に間隔をあけて並び、供給マニホールド１２６と上下方向に重なっている。これにより、供給マニホールド１２６が、帰還マニホールド１２７よりも上方に位置している。また、帰還マニホールド１２７は、供給マニホールド１２６よりもシート幅方向の右側まで延びている。なお、プレート１１７は、本発明の第２マニホールドプレートの一例である。

また、各帰還マニホールド１２７は、シート幅方向における右側の端部において、プレート１１２〜１１７にまたがって上下方向に延びており、その上端部に流出口１２９が設けられている。また、これに対応して、プレート１１１には、６つの帰還マニホールド１２７の流出口１２９にまたがって搬送方向に延びて、流出口１２９同士を接続する共通流出流路１３２が形成されている。

図７に示されるように、各供給マニホールド１２６のシート幅方向の左側の端部１２６ａは、搬送方向に隣接する１つの帰還マニホールド１２７のシート幅方向の左側の端部１２７ａと、１つのバイパス流路１６０を介して接続されている。つまり、図７において、搬送方向の後側から奇数列目の供給マニホールド１２６の端部１２６ａはそれぞれ、搬送方向の後側から偶数列目の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａに接続されている。そして、搬送方向の後側から偶数列目の供給マニホールド１２６の端部１２６ａはそれぞれ、搬送方向の後側から奇数列目の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａに接続されている。この様子について、左から５列目の供給マニホールド１２６及び帰還マニホールド１２７と、左から６列目の供給マニホールド１２６及び帰還マニホールド１２７とを例にとり、図１０を参照しつつ説明する。なお、図１０における搬送方向の後側の供給マニホールド１２６及び帰還マニホールド１２７が、図７における搬送方向の後側から５列目の供給マニホールド１２６及び帰還マニホールド１２７であり、図１０における搬送方向の前側の供給マニホールド１２６及び帰還マニホールド１２７が、図７における搬送方向の後側から６列目の供給マニホールド１２６及び帰還マニホールド１２７である。

前側の供給マニホールド１２６の端部１２６ａは、後側の供給マニホールド１２６の端部１２６ａよりも、シート幅方向の左側に位置する。つまり、前側の供給マニホールド１２６は、後側の供給マニホールド１２６よりも、シート幅方向の左方に延びている。２つの供給マニホールド１２６のシート幅方向左側の端部１２６ａは、平面視で略扇形状である。一方、後側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａは、前側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａよりも、シート幅方向の左側に位置する。つまり、後側の帰還マニホールド１２７は、前側の帰還マニホールド１２７よりも、シート幅方向の左方に延びている。後側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａは、前側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａよりもシート幅方向左側において、前方に湾曲しつつ突出している。前側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａは、後側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａよりもシート幅方向右側において、後方に湾曲しつつ突出している。後側の帰還マニホールド１２７における、前側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａと搬送方向に並ぶ部分は、後方に凹むように湾曲している。これにより、前側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａの桁を確保することができる。前側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａは、本発明の第１端部の一例である。

プレート１１５には、平面視で略扇形状の貫通孔１１５ａ，１１５ｂが形成されている。貫通孔１１５ａは、後側の供給マニホールド１２６の端部１２６ａと上下に部分的に重なる位置に形成されている。つまり、貫通孔１１５ａは、上方から見たとき、後側の供給マニホールド１２６と重なる部分と、後側の供給マニホールド１２６とは重ならずに前方に突出した部分とを有する。上方から見たとき、後側の供給マニホールド１２６の端部１２６ａの弧状に湾曲した部分は、貫通孔１１５ａの弧状に湾曲した部分と重なっている。貫通孔１１５ｂは、前側の供給マニホールド１２６の端部１２６ａと上下に部分的に重なる位置に形成されている。つまり、貫通孔１１５ｂは、上方から見たとき、前側の供給マニホールド１２６と重なる部分と、前側の供給マニホールド１２６とは重ならずに後方に突出した部分とを有する。上方から見たとき、前側の供給マニホールド１２６の端部１２６ａの弧状に湾曲した部分は、貫通孔１１５ｂの弧状に湾曲した部分と重なっている。そして、貫通孔１１５ａ，１１５ｂにより、バイパス流路１６０ａ，１６０ｂが形成されている。

バイパス流路１６０ａ，１６０ｂの各々の上下方向の寸法である深さは、プレート１１５の上下方向の厚み（例えば５０〜１００μｍ程度）と同じである。また、バイパス流路１６０ａ，１６０ｂの各々において、供給マニホールド１２６と端部１２６ａと上下に重ならない部分の、インクが流れる方向の距離ｌ（例えば４００〜５００μｍ程度）を長さと定義し、インクが流れる方向と直交する方向の距離の最小値ｗ（例えば３００〜４００μｍ程度）を幅と定義したとき、上下方向の深さは、長さ及び幅よりも小さい。また、プレート１１５の上下方向の厚みは、供給マニホールド１２６が形成されたプレート１１４の上下方向の厚み、及び帰還マニホールド１２７が形成されたプレート１１７の上下方向の厚みよりも小さい。プレート１１５は、本発明のバイパスプレートの一例である。

プレート１１６には、平面視で略円形の貫通孔１１６ａ，１１６ｂが形成されている。貫通孔１１６ａは、その全体が、貫通孔１１５ａの前方に突出した部分及び前側の帰還マニホールド１２７と、上下に重なるように形成されている。貫通孔１１６ｂは、その全体が、貫通孔１１５ｂの後方に突出した部分及び後側の帰還マニホールド１２７と、上下に重なるように形成されている。そして、後側の供給マニホールド１２６の端部１２６ａは、バイパス流路１６０ａ及び貫通孔１１６ａを介して、前側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａと接続されている。同様に、前側の供給マニホールド１２６の端部１２６ａは、バイパス流路１６０ｂ及び貫通孔１１６ｂを介して、後側の帰還マニホールド１２７の端部１２７ａと接続されている。プレート１１６は、本発明の連通プレートの一例である。

上述したように、帰還マニホールド１２７は、供給マニホールド１２６よりもシート幅方向の右側まで延びている。これにより、流出口１２９が、流入口１２８よりもシート幅方向の右側に配置される。すなわち、流入口１２８と流出口１２９とがシート幅方向にずれて配置されている。

また、流路ユニット１０１の上面には、共通流入流路１３１と共通流出流路１３２とにまたがって延びたフィルタ部材１３０が配置されている。フィルタ部材１３０が配置された流路ユニット１０１の上面には、共通流入流路１３１及び共通流出流路１３２と重なる部分に、流路部材１３３が配置されている。

流路部材１３３には、流路１３４〜１３７が形成されている。流路１３４、１３５は、それぞれ、共通流入流路１３１及び共通流出流路１３２の全長にわたって搬送方向に延びている。流路１３６、１３７は、それぞれ、流路１３４、１３５の搬送方向の中央部に接続され、流路１３４、１３５との接続部分から上方に延びている。流路１３６、１３７の上端部は、図示しないチューブなどを介して、インクタンク１４０と接続されている。

そして、インクタンク１４０に貯留されたインクが、流路部材１３３の流路１３４、１３６を介して、流路ユニット１０１の共通流入流路１３１に流れ込む。このとき、フィルタ部材１３０によりインク中の異物などが捕捉され、流路ユニット１０１への異物の流入が妨げられる。共通流入流路１３１に流れ込んだインクは、流入口１２８から供給マニホールド１２６に供給される。そして、供給マニホールド１２６においては、シート幅方向の右側から左側に向かってインクが流れ、個別流路１０８（絞り流路１２１）及びバイパス流路１６０にインクを供給する。

また、帰還マニホールド１２７においては、個別流路１０８（循環用流路１２３）及びバイパス流路１６０からインクが流れ込み、シート幅方向の左側から右側に向かってインクが流れ、流出口１２９からインクが流出する。流出口１２９から流出したインクは、流路ユニット１０１の共通流出流路１３２、及び、流路部材１３３の流路１３５、１３７を介して、インクタンク１４０に戻される。

このように、第２実施形態では、インクジェットヘッド１００とインクタンク１４０との間でインクが循環する。また、流路１３６とインクタンク１４０との間の流路の途中にポンプ１４５が設けられており、ポンプが駆動されることによって、インクジェットヘッド３とインクタンク１４０との間を循環するインクの流れが生じる。なお、ポンプ１４５は、流路１３７とインクタンク１４０との間の流路の途中に設けられていてもよい。

また、例えば、印刷時に多数のノズル１２５から同時にインクが吐出されるときなど、インクジェットヘッド１００でのインクの消費量が多いときには、インクタンク１４０に貯留されたインクが、流路部材１３３の流路１３５、１３７を介して、流路ユニット１０１の共通流出流路１３２に流れ込む。このとき、フィルタ部材１３０によりインク中の異物などが捕捉され、流路ユニット１０１への異物の流入が妨げられる。共通流出流路１３２に流れ込んだインクは、さらに流出口１２９から帰還マニホールド１２７に流れ込み、個別流路１０８に供給される。これにより、インクジェットヘッド３では、インクの消費量が多いときに、供給マニホールド１２６と帰還マニホールド１２７の両方から個別流路１０８にインクが供給され、インクの供給不足が生じてしまうのが防止される。

また、図８（ａ）〜９（ｂ）に示されるように、流路ユニット１０１には、プレート１１５の下側の部分とプレート１１６の上側の部分にまたがってシート幅方向及び搬送方向に延び、供給マニホールド１２６及び帰還マニホールド１２７と上下に重なるダンパ室１３９が形成されている。そして、プレート１１５の上端部によって形成される、供給マニホールド１２６とダンパ室１３９とを隔てる隔壁が変形することにより、供給マニホールド１２６内のインクの圧力変動が抑制される。また、プレート１１６の下端部によって形成される、帰還マニホールド１２７とダンパ室１３９とを隔てる隔壁が変形することにより、帰還マニホールド１２７内のインクの圧力変動が抑制される。

以上に説明した第２実施形態においても、各バイパス流路１６０の上下方向の深さは、長さ及び幅よりも小さい。そして、各バイパス流路１６０はプレート１１５に形成された貫通孔１１５ａ，１１５ｂによって形成されている。このため、各バイパス流路１６０の深さは、プレート１１５の厚みと等しい。つまり、各バイパス流路１６０の長さ、幅、深さのうち、最も小さな値である深さは、プレート１１５の厚みによって決定される。そして、プレート１１５の厚みのバラツキは、各バイパス流路１６０を形成する際のエッチングによる長さ及び幅のバラツキに比べて極めて小さい。このため、複数のバイパス流路１６０をエッチングによって形成する際の流路抵抗のバラツキを小さくすることができる。

また、第２実施形態において、供給マニホールド１２６の端部１２６ａの弧状に湾曲した部分は、上方から見たとき、上下に部分的に重なるバイパス流路１６０の弧状に湾曲した部分と重なっている。つまり、上方から見たとき、バイパス流路１６０の輪郭は、供給マニホールド１２６の端部１２６ａの輪郭と、部分的に重なっている。このため、供給マニホールド１２６とバイパス流路１６０との接続部分において、流路面積が急縮小することによる圧力損失を抑えることができる。

また、第２実施形態においては、バイパス流路１６０が形成されたプレート１５と、帰還マニホールド１２７が形成されたプレート１１７との間に、貫通孔１１６ａ，１１６ｂが形成されたプレート１１６が配置されている。このため、帰還マニホールド１２７と干渉することなくバイパス流路１６０を形成することができる。さらに、バイパス流路１６０と貫通孔１１６ａ，１１６ｂとが上下に重なることにより、流路を立体的に構成することができるので、流路ユニット１０１の搬送方向の寸法の増加を抑えることができる。

また、第２実施形態において、バイパス流路１６０が形成されたプレート１１５は、供給マニホールド１２６とダンパ室１３９とを隔てる隔壁を兼ねており、貫通孔１１６ａ，１１６ｂが形成されたプレート１１６は、帰還マニホールド１２７とダンパ室１３９とを隔てる隔壁を兼ねている。このため、流路ユニット１０１を構成するプレートの枚数の増加を抑えることができる。

また、第２実施形態では、６つの供給マニホールド１２６がプレート１１４に形成されており、６つの帰還マニホールド１２７がプレート１１７に形成されている。つまり、６つの供給マニホールド１２６と６つの帰還マニホールド１２７の上下方向の位置が異なる。そして、６つの供給マニホールド１２６と６つの帰還マニホールド１２７とは、上下に重なっている。このため、流路ユニット１０１の搬送方向の寸法の増加を抑えることができる。

なお、第２実施形態において、各バイパス流路１６０は１枚のプレート１１５に形成されていたが、例えば、２枚のプレートを貫通する貫通孔によって形成されてもよい。この場合、２枚のプレートを貼り合わせる際の位置ずれを許容するため、上下に重なる２つの貫通孔のうち、いずれか一方の幅が所定の幅よりも広くなっていてもよい。

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明はこれらに限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能である。

上記の実施形態及び変形例において、プリンタ１は、プリンタ１に対して固定されたシート幅方向に長いヘッドバー２からインクを吐出する所謂ラインヘッド方式で、記録用紙Ｐへの印刷を行う。しかし、プリンタ１は、キャリッジによってインクジェットヘッドをシート幅方向に移動させる所謂シリアルヘッド方式で、記録用紙Ｐへの印刷を行ってもよい。

上記の実施形態及び変形例では、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。ノズルからインク以外の液体を吐出する、インクジェットヘッド以外の液体吐出装置に本発明を適用することも可能である。

１ プリンタ
３，１００ インクジェットヘッド
２１，１０１ 流路ユニット
２２，１０２ 圧電アクチュエータ
２８，１０８ 個別流路
４６，１２６ 供給マニホールド
４７，１２７ 帰還マニホールド
６０，１６０ バイパス流路

Claims (15)

1. 液体吐出ヘッドであって、
   複数のノズルが開口するノズル面を有し、前記複数のノズルとそれぞれ連通する複数の個別流路と、前記複数の個別流路に対して共通に接続された第１マニホールド流路と、前記複数の個別流路に対して共通に接続された第２マニホールド流路と、前記第１マニホールド流路及び前記第２マニホールド流路と接続されたバイパス流路とが形成された流路部材と、
   前記流路部材の前記ノズル面とは反対側の面に配置され、前記複数の個別流路を流れる液体に吐出エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、
   前記流路部材は、前記ノズル面に平行に配置され、前記バイパス流路が形成されたバイパスプレートを含み、
   前記バイパス流路の深さは、前記バイパス流路の長さ及び幅よりも小さく、且つ、前記バイパスプレートの、前記ノズル面と直交する第１方向の厚みと同じである液体吐出ヘッド。
2. 前記流路部材は、前記ノズル面に平行に配置され、前記第１マニホールド流路及び前記第２マニホールド流路が形成されたマニホールドプレートをさらに備える請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記バイパスプレートの前記第１方向の厚みは、前記マニホールドプレートの前記第１方向の厚みよりも小さい請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記バイパス流路の幅は、前記バイパス流路の長さ方向に沿って一定である請求項２又は３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記複数の個別流路は、前記ノズル面に沿う第２方向に並べられており、
   前記第１マニホールド流路及び前記第２マニホールド流路の各々は、前記第２方向に延びており、
   前記第１マニホールド流路及び前記第２マニホールド流路は、前記ノズル面に沿い且つ前記第２方向と交差する第３方向に並べられており、
   前記バイパス流路は、前記第１マニホールド流路の前記第２方向の一方側の端部と、前記第２マニホールド流路の前記第２方向の前記一方側の端部とを接続する請求項２〜４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記マニホールドプレートは、前記ノズル面と対向する第１面と、前記第１面とは前記第１方向の反対側の第２面とを有し、
   前記バイパスプレートは、前記マニホールドプレートの前記第１面に接合されている請求項２〜５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記マニホールドプレートは、前記ノズル面と対向する第１面と、前記第１面とは前記第１方向の反対側の第２面とを有し、
   前記バイパスプレートは、前記マニホールドプレートの前記第２面に接合されている請求項２〜５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記流路部材の、前記第１マニホールド流路及び前記第２マニホールド流路と第１方向に対向する位置にはそれぞれ、前記バイパスプレートによって画定されたダンパ室が形成されている請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記流路部材は、前記ノズル面に平行に配置され、複数の圧力室が形成された圧力室プレートをさらに備え、
   前記複数の圧力室の各々は、前記複数の個別流路のいずれか一つに含まれる請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記流路部材は、
    前記ノズル面に平行に配置され、前記第１マニホールド流路が形成された第１マニホールドプレートと、
    前記ノズル面に平行に配置され、前記第２マニホールド流路が形成された第２マニホールドプレートと、をさらに備え、
    前記バイパスプレートは、前記第１方向において、前記第１マニホールドプレートと前記第２マニホールドプレートとの間に配置されている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記バイパスプレートの前記第１方向の厚みは、前記第１マニホールドプレートの前記第１方向の厚み、及び前記第２マニホールドプレートの前記第１方向の厚みよりも小さい請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記複数の個別流路は、前記ノズル面に沿う第２方向に並べられており、
    前記第１マニホールド流路及び前記第２マニホールド流路の各々は、前記第２方向に延びており、
    前記バイパス流路は、前記第１マニホールド流路の前記第２方向の一方側の端部と、前記第２マニホールド流路の前記第２方向の前記一方側の端部とを接続する請求項１０又は１１に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記流路部材は、前記ノズル面に平行に配置された連通プレートをさらに備え、
    前記第２マニホールドプレート、前記連通プレート、前記バイパスプレート、及び前記第１マニホールドプレートは、前記ノズル面に近い方からこの順序で前記第１方向に積層されており、
    前記連通プレートには、前記連通プレートを前記第１方向に貫通する貫通孔が形成されており、
    前記貫通孔の全体が、前記バイパス流路及び前記第２マニホールド流路と、前記第１方向に重なっている請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記第１方向から見たとき、前記バイパス流路の輪郭は、前記第１マニホールド流路の前記第２方向の前記一方側の端部の輪郭と、部分的に重なっている請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記第１マニホールドプレートには、前記第１マニホールド流路を含む複数の第１マニホールド流路が形成されており、
    前記複数の第１マニホールド流路は、前記ノズル面に沿い且つ前記第２方向と交差する第３方向に並べられており
    前記第２マニホールドプレートには、前記第２マニホールド流路を含む複数の第２マニホールド流路が形成されており、
    前記複数の第２マニホールド流路はそれぞれ、前記複数の第１マニホールドと前記第１方向に重なるように、前記第３方向に並べられており、
    前記第３方向に隣接する２つの第２マニホールド流路において、一方の第２マニホールド流路は他方の第２マニホールド流路よりも前記第２方向の前記一方側に長く、
    前記他方の第２マニホールド流路の前記第２方向の前記一方側の第１端部は、前記一方の第２マニホールド流路に向かって湾曲しつつ突出しており、
    前記一方の第２マニホールド流路の、前記他方の第２マニホールド流路の前記第１端部と前記第３方向に隣接する部分は、前記他方の第２マニホールドから前記一方の第２マニホールドの向かう方向に凹むように湾曲している請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
    

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