JP2023077729A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で気泡を除去することができる液体吐出ヘッドを提供すること。【解決手段】実施形態の液体吐出ヘッドは、共通液室と、共通圧力室と、アクチュエータと、基板と、ノズルプレートと、ダンパーと、バイパス流路と、を備える。共通液室は、開口を有する。共通圧力室は、前記共通液室と接続される。アクチュエータは、前記共通圧力室に接続される複数の圧力室を有する。基板は、前記アクチュエータが設けられ、前記共通圧力室を前記アクチュエータとともに形成する。ノズルプレートは、前記複数の圧力室にそれぞれ配置される複数のノズルを有する。ダンパーは、前記共通液室の前記開口を覆う。バイパス流路は、前記共通液室及び前記共通圧力室を接続する。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドの例として、インクを吐出するインクジェットヘッドが知られている。また、インク吐出時に、共通圧力室の負圧を一定にするためのダンパーを有するインクジェットヘッドも知られている。インクジェットヘッドはインク充填時に内部の気泡を除去する必要がある。しかし、このようなインクジェットヘッドは、ダンパー部分に気泡が多く残る問題がある。また、インクジェットヘッドとして、ダンパー室にリブを設け、気泡をインクの流れと同じ経路で押し流す技術も知られている。このようなインクジェットヘッドは、気泡排出用に外気と連通する経路を備える必要があり、インクジェットヘッドの大型化となる。

特開２００９－４００６４号公報 特開２０１１－５６６８９号公報 特開２０１７－２０９９６６号公報

本発明が解決しようとする課題は、簡単な構成で気泡を除去することができる液体吐出ヘッドを提供することである。

実施形態の液体吐出ヘッドは、共通液室と、共通圧力室と、アクチュエータと、基板と、ノズルプレートと、ダンパーと、バイパス流路と、を備える。共通液室は、開口を有する。共通圧力室は、前記共通液室と接続される。アクチュエータは、前記共通圧力室に接続される複数の圧力室を有する。基板は、前記アクチュエータが設けられ、前記共通圧力室を前記アクチュエータとともに形成する。ノズルプレートは、前記複数の圧力室にそれぞれ配置される複数のノズルを有する。ダンパーは、前記共通液室の前記開口を覆う。バイパス流路は、前記共通液室及び前記共通圧力室を接続する。

実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す斜視図。 実施形態に係る液体吐出ヘッドのヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を示す斜視図。 実施形態に係るヘッド本体の構成を示す平面図。 実施形態に係るマニフォールドユニットの構成を示す平面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を、図４中Ｖ－Ｖ線断面で示す断面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの構成を示す断面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの流路構成の一部を示す斜視図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの流路構成の一部を示す平面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの流路構成の一部を示す側面図。 実施形態に係るヘッド本体及びマニフォールドユニットの流路構成の一部を示す側面図。 共通圧力室の圧力の変化を示す説明図。 共通圧力室の圧力の変化を示す説明図。 共通圧力室の圧力の変化を示す説明図。 共通圧力室の圧力の変化を示す説明図。 共通圧力室の圧力の変化を示す説明図。 共通圧力室の圧力の変化を示す説明図。 ダンパーの幅と歪面積との関係を示す説明図。 ダンパーの幅と歪面積との関係を示す説明図。 実施形態に係る液体吐出装置の構成を示す説明図。

以下に、実施形態に係る液体吐出ヘッド１及び液体吐出ヘッド１を用いた液体吐出装置２について、図１乃至図１９を参照して説明する。図１は、実施形態に係る液体吐出ヘッド１の構成を示す斜視図である。図２は、液体吐出ヘッド１のヘッド本体１１及びマニフォールドユニット１２の構成を示す斜視図であり、図３は、ヘッド本体１１の構成を、ノズルプレート１１４を省略して示す平面図であり、図４は、マニフォールドユニット１２の構成を示す平面図である。

図５は、ヘッド本体１１及びマニフォールドユニット１２の構成を、図４中Ｖ－Ｖ線断面で示す断面図であり、図６は、ヘッド本体１１及びマニフォールドユニット１２の構成を示す断面図である。図７は、ヘッド本体１１及びマニフォールドユニット１２の流路構成の一部を示す斜視図であり、図８は、ヘッド本体１１及びマニフォールドユニット１２の流路構成の一部を示す平面図であり、図９及び図１０は、ヘッド本体１１及びマニフォールドユニット１２の流路構成の一部を示す側面図であり、図９及び図１０は、異なる方向から示す。図１１乃至図１６は、ダンパー１２７の形状の違いによる共通圧力室の圧力の変化を示す説明図であり、図１７及び図１８は、ダンパー１２７の形状と歪面積との関係を示す説明図である。図１９は、液体吐出装置２の構成を示す説明図である。なお、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。

液体吐出ヘッド１は、例えば、図１９に示すインクジェット記録装置などの液体吐出装置２に設けられるインクジェットヘッドである。液体吐出ヘッド１は、液体吐出装置２に設けられた液体収容部としての供給タンク２１３２を含むヘッドユニット２１３０に設けられる。

液体吐出ヘッド１は、供給タンク２１３２に貯留された液体としてのインクが供給される。なお、液体吐出ヘッド１は、インクを循環させない非循環型のヘッドであってもよく、また、インクを循環させる循環型のヘッドであってもよい。本実施形態において、液体吐出ヘッド１は、非循環型のヘッドの例を用いて説明する。また、液体吐出ヘッド１は、液体吐出装置２に設けられた温調装置２１１６に接続され、インクの温度制御を行う温調用液体（温調水）が供給される。

図１乃至図５に示すように、液体吐出ヘッド１は、ヘッド本体１１と、マニフォールドユニット１２と、回路基板１３と、カバー１４と、を備える。例えば、液体吐出ヘッド１は、アクチュエータ１１３を一対有するヘッド本体１１を二組有する、サイドシュータタイプの４列一体構造ヘッドである。

ヘッド本体１１は、液体を吐出する。図３、図５及び図６に示すように、ヘッド本体１１は、基板１１１と、枠体１１２と、アクチュエータ１１３と、ノズルプレート１１４と、を備える。また、ヘッド本体１１は、共通圧力室１１６を有する。本実施形態の例においては、一つのヘッド本体１１がアクチュエータ１１３を２つ有する例を用いて説明する。

基板１１１は、例えばセラミックス材料により矩形板状に形成される。基板１１１は、例えば、一方向に長い矩形状に形成される。基板１１１は、単数又は複数の供給口１１１１と、単数又は複数の排出口１１１２と、を有する。基板１１１には、一対のアクチュエータ１１３が設けられるとともに、アクチュエータ１１３を駆動するための配線パターンが形成される。供給口１１１１及び排出口１１１２は、基板１１１の両主面間を貫通する貫通孔である。

供給口１１１１は、例えば、共通圧力室１１６の後述する第１共通圧力室１１６１と対向する位置に単数設けられる。供給口１１１１は、例えば、第１共通圧力室１１６１の長手方向に沿って一方向に長い長孔である。

排出口１１１２は、例えば、共通圧力室１１６の後述する二つの第３共通圧力室１１６３のうち、一方の第３共通圧力室１１６３と対向する位置に二つ設けられる。また、例えば、排出口１１１２は、一対のアクチュエータ１１３の長手方向で一方の端部に隣接して基板１１１に設けられる。

枠体１１２は、基板１１１の一方の主面に接着剤等により固定される。枠体１１２は、基板１１１に設けられた供給口１１１１、複数の排出口１１１２、及び、アクチュエータ１１３を囲う。

例えば、枠体１１２は、矩形枠状に形成されることで、枠体１１２の長手方向に沿って一方向に長い開口を形成する。枠体１１２の開口には、一対のアクチュエータ１１３、供給口１１１１及び２つの排出口１１１２が配置される。

一対のアクチュエータ１１３は、基板１１１の実装面に接着される。一対のアクチュエータ１１３は供給口１１１１を挟んで二列に並んで基板１１１に設けられる。アクチュエータ１１３は、一方向に長い板状に形成される。アクチュエータ１１３は、枠体１１２の開口内に配置され、基板１１１の主面に接着される。具体例として、アクチュエータ１１３は、一方向に長い矩形板状の二枚の圧電材料を、互いの分極方向が逆向きとなるように対向して接着することで形成される。ここで、圧電材料は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である。アクチュエータ１１３は、例えば熱硬化性を有するエポキシ系接着剤によって基板１１１の実装面に接着される。

アクチュエータ１１３は、例えば、長手方向に等間隔に配置された複数の圧力室１１３１を有する。アクチュエータ１１３は、基板１１１側とは反対の主面側に、アクチュエータ１１３の長手方向に複数の溝が形成され、この溝により圧力室１１３１が形成される。換言すると、アクチュエータ１１３は、長手方向に等間隔に配置された、間に溝を形成する複数の壁を有する。複数の壁１１３３は、隣り合う壁の間に複数の圧力室１１３１を形成する。壁１１３３は、駆動電圧が印加することで、圧力室１１３１の容積を変化させる駆動素子としての圧電体である。

アクチュエータ１１３の基板１１１とは反対側の面は、ノズルプレート１１４に接着される。また、アクチュエータ１１３は、複数の圧力室１１３１を駆動するための配線パターンが形成される。

圧力室１１３１は、液体吐出ヘッド１による印字等の動作時に、インクをノズル１１４１から噴射させるための圧力室である。なお、本実施形態においては、アクチュエータ１１３が複数の圧力室１１３１を有する例を説明したが、例えば、複数の圧力室１１３１と交互に配置される空気室を有する構成であってもよい。圧力室１１３１に隣接する空気室を有する場合、ノズルプレート１１４において、圧力室１１３１に対向する部分にはノズル１１４１を配し、空気室に対向する部分にはノズル１１４１を配さない。すなわち、空気室からは、インクを吐出しない。空気室は例えば、アクチュエータ１１３の溝の両端を感光性樹脂により形成された壁で塞がれる。空気室は、アクチュエータ１１３の溝を基板１１１、ノズルプレート１１４及び両端の壁により塞がれることで形成される。

ノズルプレート１１４は、板状に形成される。ノズルプレート１１４は、枠体１１２の基板１１１とは反対側の主面に接着剤等により固定される。ノズルプレート１１４は、複数の圧力室１１３１と対向する位置に形成された複数のノズル１１４１を有する。本実施形態において、ノズルプレート１１４は、複数のノズル１１４１が一方向に並ぶノズル列を二列有する。

複数の圧力室１１３１と対向する複数のノズル１１４１は、液体吐出ヘッド１による印字等の動作時に、インクを噴射する穴である。

共通圧力室１１６は、供給口１１１１と連通する。共通圧力室１１６は、一対のアクチュエータ１１３の周囲に設けられる。具体的には、共通圧力室１１６は、各アクチュエータ１１３の複数の圧力室１１３１の一次側及び二次側と連通する。また、共通圧力室１１６は、排出口１１１２と連通する。

具体例として、共通圧力室１１６は、一方向に長い第１共通圧力室１１６１と、一方向に長い２つの第２共通圧力室１１６２と、第１共通圧力室１１６１の両端と２つの第２共通圧力室１１６２の両端とを連続する第３共通圧力室１１６３と、を有する。また、共通圧力室１１６は、第１共通圧力室１１６１により供給口１１１１とアクチュエータ１１３の複数の圧力室１１３１の一次側とを連通し、第２共通圧力室１１６２により、第３共通圧力室１１６３と複数の圧力室１１３１の二次側とを連通する。

圧力室１１３１の一次側とは、液体の流れる方向における圧力室１１３１の上流側であり、本実施形態においては、圧力室１１３１の第１共通圧力室１１６１側である。圧力室１１３１の二次側とは、液体の流れる方向における圧力室１１３１の下流側であるが、本実施形態においては、圧力室１１３１の第２共通圧力室１１６２側である。

第１共通圧力室１１６１は、一対のアクチュエータ１１３の間に形成される。第１共通圧力室１１６１は、供給口１１１１から各アクチュエータ１１３の複数の圧力室１１３１の一次側の開口へのインクの流路を構成する。また、第１共通圧力室１１６１は、供給口１１１１から第１共通圧力室１１６１（アクチュエータ１１３）の長手方向の両端部側の２つの第３共通圧力室１１６３へのインクの流路を構成する。

第２共通圧力室１１６２は、各アクチュエータ１１３と枠体１１２との間にそれぞれ形成される。第２共通圧力室１１６２は、第３共通圧力室１１６３から複数の圧力室１１３１の二次側の開口へのインクの流路を形成する。

第３共通圧力室１１６３は、例えば、アクチュエータ１１３の長手方向の両端と隣接する。第３共通圧力室１１６３は、一対のアクチュエータ１１３の長手方向の両端側において、第１共通圧力室１１６１及び二つの第２共通圧力室１１１６２を連通する。第３共通圧力室１１６３は、第１共通圧力室１１６１から各アクチュエータ１１３の複数の圧力室１１３１を通過せずに、第２共通圧力室１１６２へ至る一部のインクの流路を形成する。また、第３共通圧力室１１６３は、第１共通圧力室１１６１及び二つの第２共通圧力室１１６２から排出口１１１２へのインクの流路を形成する。

図１、図２、図４乃至図６に示すように、マニフォールドユニット１２は、マニフォールド１２１と、天板１２２と、インク供給管１２３と、インク排出管１２４と、一対の温調用管である温調水供給管１２５及び温調水排出管と、ダンパー１２７と、バイパス流路１２８と、を備える。なお、インク供給管１２３、インク排出管１２４、温調水供給管１２５及び温調水排出管の数は適宜設定できる。

マニフォールド１２１は、板状又はブロック状に形成される。図６乃至図９に示すように、マニフォールド１２１は、基板１１１の供給口１１１１と連続し、液体供給流路を形成する共通液室１２１１と、基板１１１の排出口１１１２と連続し、液体排出流路を形成する排出流路１２１２と、温調用の流体の流路を形成する温調用流路１２１３と、を備える。なお、図７乃至図１０は、ヘッド本体１１及びマニフォールドユニット１２により形成される流路の構成を示す図である。

マニフォールド１２１の一方の主面は、基板１１１の主面に固定される。また、マニフォールド１２１は、基板１１１が固定される主面とは反対の主面に、天板１２２が固定される。また、マニフォールド１２１は、インク供給管１２３、インク排出管１２４、温調水供給管１２５及び温調水排出管が例えば、天板１２２を介して固定される。

共通液室１２１１は、孔や溝によってマニフォールド１２１に形成される流路である。共通液室１２１１は、インク供給管１２３及び基板１１１の供給口１１１１を流体的に接続する。

例えば、図６乃至図９に示すように、共通液室１２１１は、アクチュエータ１１３の長手方向及び供給口１１１１の長手方向に沿って延びる方体状の流路である。共通液室１２１１の下方には、供給口１１１１が連続し、共通液室１２１１の上方である天井部１２１１１には、ダンパー１２７が設けられる。

例えば、共通液室１２１１は、基板１１１側の長手方向の幅が供給口１１１１の長手方向の幅よりも大きく、そして、天井部１２１１１の長手方向の幅が基板１１１側の長手方向の幅よりも小さい。また、例えば、共通液室１２１１は、共通液室１２１１の長手方向に直交する短手方向において、上方の天井部１２１１１の幅が、他の部位（基板１１１側の）の幅よりも大きい。例えば、マニフォールド１２１は、上下で分割される２部品が一体に組み立てられることで形成され、基板１１１側が下方の部品により形成され、天井部１２１１１が上方の部品により形成される。

排出流路１２１２は、孔や溝によってマニフォールド１２１に形成される流路である。排出流路１２１２は、例えば、インク排出管１２４及び基板１１１の２つの排出口１１１２を流体的に接続する。

温調用流路１２１３は、孔や溝によってマニフォールド１２１に形成される流路である。温調用流路１２１３は、温調水供給管１２５及び温調水排出管を流体的に接続する。

温調用流路１２１３の両端は、マニフォールド１２１の一方の主面に設けられた温調水供給管１２５及び温調水排出管と接続される開口である。また、温調用流路１２１３は、マニフォールド１２１に固定される基板１１１と熱交換が可能に形成される。

天板１２２は、マニフォールド１２１の基板１１１が設けられる面とは反対の面に設けられる。天板１２２は、マニフォールド１２１を覆うことで、共通液室１２１１、排出流路１２１２及び温調用流路１２１３を封止する。

また、天板１２２は、各管１２３、１２４、１２５を接続し、各管１２３、１２４、１２５及び各流路１２１１、１２１２、１２１３を連通させる開口を有する。

インク供給管１２３は、共通液室１２１１に接続される。インク排出管１２４は、排出流路１２１２に接続される。温調水供給管１２５及び温調水排出管は、温調用流路１２１３の一次側及び二次側に接続される。

本実施形態においては、マニフォールド１２１の長手方向で一端側に、インク供給管１２３が配置され、マニフォールド１２１の長手方向で他端側に、インク排出管１２４が配置される。また、マニフォールド１２１の長手方向で一端側に、温調水供給管１２５及び温調水排出管の一方が配置され、マニフォールド１２１の長手方向で他端側に、温調水供給管１２５及び温調水排出管の他方が配置される。

ダンパー１２７は、弾性変形可能な薄膜状又はシート状に形成される。ダンパー１２７は、共通液室１２１１の天井部１２１１１の開口１２１１２を覆う。ここで、天井部１２１１１の開口１２１１２とは、マニフォールド１２１の天板１２２が設けられる側の面に形成される開口である。ダンパー１２７は、共通液室１２１１の圧力変動に応じて弾性変形する。ダンパー１２７は、マニフォールド１２１の天井部１２１１１の開口１２１１２の周囲に固定される。また、例えば、ダンパー１２７は、マニフォールド１２１及び天板１２２に挟持される。ダンパー１２７は、下面が共通液室１２１１と対向し、上面が天板１２２の開口と対向する。

具体例として、ダンパー１２７は、ポリイミド製フィルムにより形成される。ダンパー１２７は、一方向に長い共通液室１２１１の天井部１２１１１の開口１２１１２の長手方向と同方向に長い、矩形状に形成される。

好適な例として、ダンパー１２７の短手方向の幅は、４ｍｍ以上である。ダンパー１２７の短手方向の幅は、ヘッド本体１１に用いたときに確保できる幅である。ここで、ダンパー１２７の短手方向の幅とは、共通液室１２１１の天井部１２１１１の開口１２１１２の短手方向の幅である。また、ダンパー１２７の厚さは２５μｍ以下である。ダンパー１２７の厚さの下限値は、共通液室１２１１の圧力によって、ダンパー１２７の変形が塑性変形とならない厚みであり、ダンパー１２７の特性により設定される。また、例えば、ダンパー１２７は、例えば、ヤング率が３．４ＧＰａとなるポリイミド製フィルムを用いて形成される。

以下、ダンパー１２７の短手方向の幅、厚み及びヤング率と、ダンパー１２７の機能との関係について図１１乃至図１８に基づいて説明する。

図１１乃至図１４は、ダンパー１２７の短手方向の幅を変えたときの圧力の変動を示している。図１１乃至図１４は、共通圧力室１１６の長手方向の端部、共通圧力室１１６の長手方向の中央部、及び、インク供給路の入口として、共通液室１２１１の入口において、圧力を検出してグラフ化した。また、図１１は、ダンパー１２７の短手方向の幅（共通液室１２１１の天井部１２１１１の開口１２１１２の短手方向の幅）Ｗを１．２ｍｍとした例であり、図１２は、ダンパー１２７の短手方向の幅（共通液室１２１１の天井部１２１１１の開口１２１１２の短手方向の幅）Ｗを２．０ｍｍとした例であり、図１５は、ダンパー１２７の短手方向の幅（共通液室１２１１の天井部１２１１１の開口１２１１２の短手方向の幅）Ｗを３．０ｍｍとした例であり、図１６は、ダンパー１２７の短手方向の幅（共通液室１２１１の天井部１２１１１の開口１２１１２の短手方向の幅）をＷ４．０ｍｍとした例である。

なお、図１１乃至図１４に示すいずれの例においても、同条件で液体吐出ヘッド１を駆動し、そして、ダンパー１２７は、厚さｔを２５μｍとし、ヤング率Ｅが３．４ＧＰａのポリイミド製フィルムを用いて形成した。

図１１に示すように、ダンパー１２７の短手方向の幅Ｗが１．２ｍｍであると、各位置における圧力の変動が大きい結果となった。図１１乃至図１４に示すように、ダンパー１２７の短手方向の幅が大きくなるにつれて、各位置における圧力の変動が小さくなり、そして、ダンパー１２７の短手方向の幅Ｗが４ｍｍとなると、各位置における圧力の変動が殆ど生じなかった。これらの圧力の変動の結果から明らかなように、ダンパー１２７の短手方向の幅Ｗが増えると、圧力のピーク値、及び、時間当たりの変動数ともに低減した。このような結果からも明らかなように、ダンパー１２７を設けると、圧力変動を抑制する効果を得られる。また、ダンパー１２７の短手方向の幅Ｗを４ｍｍ以上とすることで、圧力変動を好適に抑制することができる。

図１５及び図１６は、ダンパー１２７の厚さｔを５０μｍ及び２５μｍとしたときの、圧力変動の関係である。なお、図１５及び図１６に示す例において、ダンパー１２７は、ダンパー１２７の短手方向の幅Ｗが４．０ｍｍであり、ヤング率が３．４ＧＰａのポリイミド製フィルムにより形成される。また、図１５及び図１６は、共通圧力室１１６の端部、共通圧力室１１６の中央部、及び、インク供給路の入口としての共通液室１２１１の入口における圧力をグラフ化した。

図１５及び図１６に示すように、厚さが５０μｍのダンパー１２７を用いたときの圧力変動は、厚さが２５μｍのダンパー１２７を用いたときの圧力変動よりも大きい結果となった。特に、ダンパー１２７の厚さｔを２５μｍとしたときには、圧力変動は殆ど見られなかった。このような結果からも明らかなように、ダンパー１２７を設けると、圧力変動を抑制する効果を得られる。また、ダンパー１２７の厚さｔを２５μｍ以下とすることで、圧力変動を好適に抑制することができる。

図１７及び図１８は、ダンパー１２７を成形するポリイミド製フィルムのヤング率Ｅを９．１ＧＰａ及び３．４ＧＰａとしたときの、ダンパー１２７の短手方向の幅に対する歪面積ｄｓの関係を、ダンパー１２７の厚さｔが１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍのそれぞれで求めたグラフである。

ここで、歪面積ｄｓとは、ダンパー１２７の厚さｔ（ｍ）及びダンパー１２７の短手方向（短辺）の幅Ｗ（ｍ）に基づく以下の数式から算出される。

ここで、係数ｋは、ダンパー１２７のヤング率Ｅにより変動する。例えば、ダンパー１２７のヤング率Ｅが９．１ＧＰａのとき、係数ｋは２．０６６×１０^－１２であり、ダンパー１２７のヤング率Ｅが３．４ＧＰａのとき、係数ｋは５．５３０×１０^－１２である。

図１７及び図１８に示すように、各厚さｔにおいて、ヤング率Ｅが３．４ＧＰａのポリイミド製フィルムで作成したダンパー１２７のほうが、ヤング率Ｅが９．１ＧＰａのポリイミド製フィルムで作成したダンパー１２７よりも歪面積ｄｓが大きい。

例えば、歪面積ｄｓを大きくするために、ダンパー１２７は、ヤング率Ｅが３．４ＧＰａのポリイミド性フィルムで形成されることが好ましい。このため、例えば、ダンパー１２７の短手方向の幅Ｗを４ｍｍ以上、ダンパー１２７の厚さｔを２５μｍ以下、ダンパー１２７を形成するポリイミド製フィルムのヤング率Ｅを３．４ＧＰａとすることが、ダンパー１２７の好適な例である。

また、歪面積ｄｓは、例えば、３．１８×１０^－１０以上であることが望ましい。但し、歪面積ｄｓを所望の値とできるのであれば、ダンパー１２７の厚さｔ、短手方向の幅Ｗ、ヤング率Ｅは、適宜設定できる。

図２、図４、図６乃至図９に示すように、バイパス流路１２８は、共通液室１２１１の天井部１２１１１と、共通圧力室１１６又は共通圧力室１１６の二次側とを接続する。バイパス流路１２８は、例えば、共通液室１２１１の天井部１２１１１の、ダンパー１２７と隣接する位置に接続される。なお、バイパス流路１２８が接続する共通圧力室１１６又は共通圧力室１１６の二次側とは、例えば、共通圧力室１１６の第２共通圧力室１１６２若しくは第３共通圧力室１１６３、排出流路１２１２又はインク排出管１２４である。バイパス流路１２８の流体抵抗は、共通液室１２１１の流体抵抗及び共通圧力室１１６の流体抵抗よりも大きい。

バイパス流路１２８は、共通液室１２１１と共通圧力室１１６をバイパスすることで、メンテナンスやインクの充填時に、共通液室１２１１内の気泡を排出する。バイパス流路１２８は、流路断面の形状が矩形状や円形状に形成される。バイパス流路１２８の形状は、例えば、直線状や一部が曲折するベント状等に形成される。

即ち、バイパス流路１２８は、流路断面積、長さ及び形状が、必要以上にインクが流れることを防止できる面積、長さ及び形状に設定される。ここで、必要以上にインクが流れるとは、メンテナンス又はインクの充填時に、気泡が流れるとともにメンテナンス又はインクの充填を阻害しないインクの流れ、及び／又は、液体吐出ヘッド１の機能を阻害することが無いインクの流れである。

本実施形態のバイパス流路１２８の具体例を説明する。図７乃至図９に示す流体構成のように、バイパス流路１２８の一端は、共通液室１２１１の天井部１２１１１、且つ、ダンパー１２７の直下であって、共通液室１２１１の長手方向でインク供給管１２３が接続される側とは反対側に接続される。換言すると、バイパス流路１２８の一端は、共通液室１２１１の天井部１２１１１の二次側であって、且つ、ダンパー１２７の直下に接続される。

また、バイパス流路１２８の他端は、排出流路１２１２に接続されるインク排出管１２４に接続される。また、バイパス流路１２８は、例えば、流路断面の形状が矩形状に形成される。バイパス流路１２８の流路断面は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍである。また、バイパス流路１２８の長さは、１０ｍｍである。また、バイパス流路１２８は、例えば、三箇所で９０°曲折する形状に形成される。

回路基板１３は、一端が基板１１１の配線パターンを介してアクチュエータ１１３の配線パターンに連結される。回路基板１３は、例えば、配線フィルムと、配線フィルムに搭載されたドライバＩＣと、配線フィルムに実装されたプリント配線基板と、を備える。

回路基板１３は、ドライバＩＣにより駆動電圧をアクチュエータの配線パターンに印加することでアクチュエータを駆動し、圧力室１１３１の容積を増減させて、ノズル１１４１から液滴を吐出させる。

配線フィルムは、例えば、複数設けられる。配線フィルムは、例えば、ドライバＩＣが実装されたＣＯＦ（Chip on Film）である。ドライバＩＣは、配線フィルムを介して圧力室１１３１に形成された配線パターンに電気的に接続される。プリント配線基板は、各種電子部品やコネクタが搭載されたＰＷＡ（Printing Wiring Assembly）である。

カバー１４は、ヘッド本体１１の一部、マニフォールドユニット１２の一部及び回路基板１３を覆うか、又は収容する。

このように構成された液体吐出ヘッド１は、例えば、図１９に示される液体吐出装置２の例であるインクジェット記録装置に設けられる。以下、液体吐出装置２をインクジェット記録装置２として説明する。液体吐出ヘッド１は、インクジェット記録装置２に設けられた液体収容部としての供給タンク２１３２に接続される。液体吐出ヘッド１は、供給タンク２１３２との間でインクを循環させる循環型のヘッドか、又は、供給タンク２１３２からインクが供給され、そして、メンテナンス時にメンテナンス装置２１１７にインクを排出する非循環型のヘッドである。液体吐出ヘッド１は、ヘッド本体１１のノズルプレート１１４のノズル１１４１が下方に向く姿勢で配置される。

以下、液体吐出ヘッド１を有するインクジェット記録装置２について、図１９を参照して説明する。インクジェット記録装置２は、筐体２１１１と、媒体供給部２１１２と、画像形成部２１１３と、媒体排出部２１１４と、支持装置である搬送装置２１１５と、温調装置２１１６と、メンテナンス装置２１１７と、制御部２１１８と、を備える。

インクジェット記録装置２は、媒体供給部２１１２から画像形成部２１１３を通って媒体排出部２１１４に至る所定の搬送路２００１に沿って、吐出対象物である記録媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行うインクジェットプリンタである。

媒体供給部２１１２は複数の給紙カセット２１１２１を備える。画像形成部２１１３は、用紙を支持する支持部２１２０と、支持部２１２０の上方に対向配置された複数のヘッドユニット２１３０と、を備える。媒体排出部２１１４は、排紙トレイ２１１４１を備える。

支持部２１２０は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト２１２０１と、搬送ベルト２１２０１を裏側から支持する支持プレート２１２０２と、搬送ベルト２１２０１の裏側に備えられた複数のベルトローラ２１２０３と、を備える。

ヘッドユニット２１３０は、複数のインクジェットヘッドである液体吐出ヘッド１と、各液体吐出ヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしての複数の供給タンク２１３２と、インクを供給するポンプ２１３４と、液体吐出ヘッド１と供給タンク２１３２とを接続する接続流路２１３５と、を備える。

本実施形態において、液体吐出ヘッド１としてシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色の液体吐出ヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容する４色の供給タンク２１３２を備える。供給タンク２１３２は接続流路２１３５によって液体吐出ヘッド１に接続される。

ポンプ２１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。ポンプ２１３４は、制御部２１１８に接続され、制御部２１１８により駆動制御される。

接続流路２１３５は、液体吐出ヘッド１のインク供給管１２３に接続される供給流路を備える。また、接続流路２１３５は、液体吐出ヘッド１のインク排出管１２４に接続される回収流路を備える。例えば、液体吐出ヘッド１が非循環式であることから、回収回路は、メンテナンス装置２１１７に接続される。なお、例えば、液体吐出ヘッド１が循環式の場合には、回収流路は、供給タンク２１３２に接続される。

搬送装置２１１５は、媒体供給部２１１２の給紙カセット２１１２１から画像形成部２１１３を通って媒体排出部２１１４の排紙トレイ２１１４１に至る搬送路２００１に沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置２１１５は、搬送路２００１に沿って配置される複数のガイドプレート対２１２１１～２１２１８と、複数の搬送用ローラ２１２２１～２１２２８と、を備えている。搬送装置２１１５は、用紙Ｐを液体吐出ヘッド１に相対移動可能に支持する。

温調装置２１１６は、温調水タンク２１１６１、温調水を供給する配管やチューブ等の温調用回路２１１６２、温調水を供給するポンプ及び温調水の温度を調整する温調器等を有する。温調装置２１１６は、温調器で所定の温度に調整した温調水タンク２１１６１の温調水を、ポンプの送水によって温調用回路２１１６２を介して温調水供給管１２５に供給する。また、温調装置２１１６は、マニフォールド１２１を通って温調水排出管から排出された水を、温調用回路２１１６２を介して温調水タンク２１１６１に回収する。なお、温調器は、例えば、ヒーターやクーラーである。

メンテナンス装置２１１７は、例えば、メンテナンス時にノズルプレート１１４の外面に残存するインクを吸引し、回収する。また、液体吐出ヘッド１が非循環式である場合には、メンテナンス装置２１１７は、メンテナンス時に、ノズル１１４１からヘッド本体１１内のインクを回収する。このようなメンテナンス装置２１１７は、回収したインクを貯留するトレイやタンク等を有する。

制御部２１１８は、プロセッサの一例としてのＣＰＵ２１１８１と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリと、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

次に、このように構成された液体吐出ヘッド１の液体としてのインクの流れについて説明する。先ず、液体としてのインクが、インク供給管１２３に供給されると、インクは、マニフォールド１２１の共通液室１２１１を流れる。そして、インクは、共通液室１２１１に対向する基板１１１の供給口１１１１から、第１共通圧力室１１６１に移動する。

第１共通圧力室１１６１に移動したインクの一部は、図３に矢印で示すように、複数の圧力室１１３１に移動する。また、第１共通圧力室１１６１に移動したインクの一部は、図３に矢印で示すように、第３共通圧力室１１６３に移動する。第３共通圧力室１１６３に移動したインクは、第２共通圧力室１１６２に移動する。第２共通圧力室１１６２に移動したインクは、複数の圧力室１１３１に移動する。即ち、本実施形態の例において、インクは、第１共通圧力室１１６１及び第２共通圧力室１１６２の双方から、複数の圧力室１１３１に供給される。なお、圧力室１１３１が駆動することで、駆動した圧力室１１３１内のインクは、ノズル１１４１から吐出される。

本実施形態において、液体吐出ヘッド１は非循環式であるため、第２共通圧力室１１６２のインクは、複数の圧力室１１３１に移動する。そして、メンテナンスやインクの充填時等において、インク排出管１２４の二次側が開放されたときに、第２共通圧力室１１６２のインクは、第３共通圧力室１１６３、基板１１１の排出口１１１２及びマニフォールド１２１の排出流路１２１２を通って、インク排出管１２４に移動する。

また、メンテナンス又はインク充填時等において、圧力室１１３１が駆動することで、圧力室１１３１のインクは、例えば、第１共通圧力室１１６１、第２共通圧力室１１６２及び第３共通圧力室１１６３に溜まった気泡と一緒にノズル１１４１から吐出される。

また、液体吐出ヘッド１は、重力方向でヘッド本体１１が下方に、マニフォールドユニット１２が上方に位置する姿勢となることから、共通液室１２１１内に気泡が存する場合には、共通液室１２１１内の気泡は、ダンパー１２７の直下に存することになる。このため、メンテナンス又はインク充填時等において、共通液室１２１１内のインク及び気泡は、バイパス流路１２８を通って共通圧力室１１６又は共通圧力室１１６の二次側へと移動して共通液室１２１１内から排出される。共通液室１２１１からバイパス流路１２８を通った気泡は、ノズル１１４１から排出される。なお、共通液室１２１１からバイパス流路１２８を通った気泡は、インク排出管１２４からメンテナンス装置２１１７に排出してもよい。

このように構成された液体吐出ヘッド１及び液体吐出ヘッド１を用いた液体吐出装置２によれば、共通圧力室１１６に接続される共通液室１２１１の天井部１２１１１にダンパー１２７が設けられる。ダンパー１２７は、共通液室１２１１のインクと接液しており、インクの圧力変動によって変形する。これにより、ダンパー１２７は、圧力変動を抑制し、共通液室１２１１と連結している共通圧力室１１６の負圧を一定にするか、または、共通圧力室１１６の負圧を略一定にすることが可能となる。

よって、液体吐出ヘッド１は、共通液室１２１１及び共通液室１２１１の二次側である共通圧力室１１６及びアクチュエータ１１３等の液体吐出ヘッド１の流路における圧力変動を抑制することができる。液体吐出ヘッド１は、圧力変動を抑制することで、高い吐出安定性を得ることができる。

また、液体吐出ヘッド１は、ダンパー１２７を好適な形状や材質とすることで、圧力変動をより抑制することができる。具体例として、ダンパー１２７の短手方向の幅Ｗを４ｍｍ以上とすることで、図１４に示すように、液体吐出ヘッド１は、圧力変動をより抑制できる。ダンパー１２７の厚さを２５μｍ以下とすることで、図１６に示すように、液体吐出ヘッド１は、圧力変動をより抑制できる。また、図１８に示すように、ダンパー１２７を形成するポリイミド製フィルムのヤング率Ｅを３．４ＧＰａとすることで、歪面積ｄｓをより大きくすることができるため、圧力変動をより抑制できる。

また、液体吐出ヘッド１は、共通圧力室１１６と連続する基板１１１の供給口１１１１と対向する共通液室１２１１の天井部１２１１１に、ダンパー１２７を設ける構成である。即ち、液体吐出ヘッド１は、マニフォールド１２１に共通液室１２１１を形成する開口を設け、この開口を覆うようにダンパー１２７をマニフォールド１２１に固定する簡単な構成である。よって、液体吐出ヘッド１は、容易に製造することができる。また、マニフォールド１２１により形成される共通液室１２１１にダンパー１２７を形成する構成であるため、ダンパー１２７は、共通液室１２１１に接液する十分な大きさの領域を確保することができる。これらのように、ダンパー１２７を有する液体吐出ヘッド１は、十分な性能のダンパーを安価に得ることができ、製造も容易となる。

また、液体吐出ヘッド１は、共通液室１２１１と、共通圧力室１１６又は共通圧力室１１６の二次側とを、バイパス流路１２８で接続する。これにより、液体吐出ヘッド１は、メンテナンス時やインク充填時に、共通液室１２１１内の気泡を容易に排出することができる。よって、液体吐出ヘッド１は、インクの充填作業及び液体吐出ヘッド１の流路の洗浄を含むメンテナンスを容易に行うことができる。

また、液体吐出ヘッド１は、バイパス流路１２８を共通液室１２１１の天井部１２１１１であって、且つ、ダンパー１２７の直下に接続する。これにより、液体吐出ヘッド１は、ダンパー１２７の直下に溜まる気泡を効率的に排出することができる。また、バイパス流路１２８の流体抵抗を、例えば、流路断面を１ｍｍ×１ｍｍとし、そして、長さを１０ｍｍ以上とすることで、液体吐出ヘッド１は、インクがバイパス流路１２８を必要以上に流れることを防止できる。

このように構成された液体吐出ヘッド１及び液体吐出装置２によれば、ダンパー１２７及びバイパス流路１２８を設ける簡単な構成で、共通液室１２１１の気泡を除去することができる。

なお、本発明の実施形態は上述した構成に限定されない。例えば、上述した例では、ヘッド本体１１は、非循環式の例を説明したが循環式でもよく、また、第３共通圧力室１１６３を有さない構成としてもよい。例えば、液体吐出ヘッド１は、他の例として、非循環式又は循環式である場合に、第３共通圧力室１１６３を有さず、第２共通圧力室１１６２に排出口１１１２を設ける構成であってもよい。

また、上述した例では、バイパス流路１２８は、共通液室１２１１の二次側と共通圧力室１１６又は共通圧力室１１６の二次側の流路とを接続する例を説明したがこれに限定されない。例えば、バイパス流路１２８は、共通液室１２１１の一次側と共通圧力室１１６又は共通圧力室１１６の二次側の流路とを接続する構成であってもよい。また、バイパス流路１２８を複数設ける構成としてもよい。例えば、液体吐出ヘッド１は、二つのバイパス流路１２８を設ける構成としてもよい。このような構成の液体吐出ヘッド１は、一方のバイパス流路１２８が共通液室１２１１の二次側と共通圧力室１１６又は共通圧力室１１６の二次側の流路とを接続し、他方のバイパス流路１２８が共通液室１２１１の一次側と共通圧力室１１６又は共通圧力室１１６の二次側の流路とを接続するバイパス流路１２８を接続させればよい。

また、上記実施形態において、液体吐出ヘッド１及び液体吐出装置２は、液体としてのインクを吐出する記録装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではない。即ち、液体吐出ヘッド１及び液体吐出装置２は、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ダンパー及びバイパス流路を設ける簡単な構成で、共通液室の気泡を除去することができる。

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…液体吐出ヘッド、２…液体吐出装置（インクジェット記録装置）、１１…ヘッド本体、１２…マニフォールドユニット、１３…回路基板、１４…カバー、１１１…基板、１１２…枠体、１１３…アクチュエータ、１１４…ノズルプレート、１１６…共通圧力室、１２１…マニフォールド、１２２…天板、１２３…インク供給管、１２４…インク排出管、１２５…温調水供給管、１２７…ダンパー、１２８…バイパス流路、１１１１…供給口、１１１２…排出口、１１３１…圧力室、１１３３…壁、１１４１…ノズル、１１６１…第１共通圧力室、１１６２…第２共通圧力室、１１６３…第３共通圧力室、１２１１…共通液室、１２１２…排出流路、１２１３…温調用流路、１２２１…開口、２００１…搬送路、２１１１…筐体、２１１２…媒体供給部、２１１３…画像形成部、２１１４…媒体排出部、２１１５…搬送装置、２１１６…温調装置、２１１７…メンテナンス装置、２１１８…制御部、２１２０…支持部、２１３０…ヘッドユニット、２１３２…供給タンク、２１３４…ポンプ、２１３５…接続流路、１２１１１…天井部、２１１２１…給紙カセット、２１１４１…排紙トレイ、２１１６１…温調水タンク、２１１６２…温調用回路、２１２０１…搬送ベルト、２１２０２…支持プレート、２１２０３…ベルトローラ、２１２１１～２１２１８…ガイドプレート対、２１２２１…～２１２２８…搬送用ローラ、Ｐ…用紙。

Claims (5)

1. 開口を有する共通液室と、
   前記共通液室と接続される共通圧力室と、
   前記共通圧力室に接続される複数の圧力室を有するアクチュエータと、
   前記アクチュエータが設けられ、前記共通圧力室を前記アクチュエータとともに形成する基板と、
   前記複数の圧力室にそれぞれ対向して配置される複数のノズルを有するノズルプレートと、
   前記共通液室の前記開口を覆うダンパーと、
   前記共通液室及び前記共通圧力室を接続するバイパス流路と、
   を備える液体吐出ヘッド。
2. 前記ダンパーは、厚みが２５μｍ以下に形成されたポリイミドフィルムであり、
   前記ダンパーが覆う前記共通液室の前記開口は一方向に長い形状であり、前記ダンパーの短手方向の幅が４ｍｍ以上である、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記バイパス流路の流体抵抗は、前記共通液室及び前記共通圧力室の流体抵抗よりも小さい、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記バイパス流路の流路断面は、幅が１ｍｍの矩形状であり、
   前記バイパス流路の長さは１０ｍｍ以上である、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記ダンパーのヤング率は、３．４ＧＰａである、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
   

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