JP5573052B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明はインクジェットヘッドに関し、詳しくは、圧力室への気泡侵入による吐出性能への悪影響の抑制を図り得るようにしたインクジェットヘッドに関する。

インクジェットプリンタの１つの形態として、記録媒体の全幅に対応するように多数のノズルが配列されたインクジェットヘッドを、記録媒体の幅方向と直交する方向（副走査方向）に相対的に１回だけ走査させることで、記録媒体の全体に印刷することが可能ないわゆるシングルパス方式のものが知られている。シングルパス方式は、インクジェットヘッドを記録媒体の幅方向（主走査方向）に亘って往復移動させるいわゆるシリアル方式に比べて高速に印刷することが可能であるが、インクジェットヘッドと記録媒体との相対的な移動が１回だけであるため、記録品質を向上させるためには、インクジェットヘッドに配列されるノズルを高密度に配置する必要がある。

シングルパス方式のプリンタに好適に用いられるインクジェットヘッドとして、ノズルとこのノズルに連通した圧力室との組を２次元状に配列させたものが知られている。ノズルと圧力室との組を２次元状に配列することにより、ヘッドを小型化でき、結果としてノズルを高密度化することができる。このようなインクジェットヘッドでは、ノズルや圧力室、その他のインク供給経路を複数枚の基板（層）に分けて形成し、それら複数枚の基板を順次積層することによって、積層体内にノズルに通じる圧力室やその他のインク供給経路を形成している。

このように複数枚の基板を積層することによって構成されるインクジェットヘッドとしては、ヘッドを小型化できるというメリットを有効に生かすため、複数の圧力室に共通にインクを供給するための共通流路を、圧力室とは異なる層に設けることにより、圧力室を高密度に配置できるようにするものが知られている（特許文献１〜４）。

特許文献１のインクジェットヘッドの概略構成を図１２に示す。インクジェットヘッド１００には、液滴を吐出する縦方向に延びるように形成されたノズル１０１と、このノズル１０１の上部に配置され、平面形状が略正方形状となる圧力室１０２とが形成されている。圧力室１０２におけるノズル１０１と反対側の壁面は振動板１０３が設けられていると共に、この振動板１０３の外側にピエゾ素子等の圧電素子からなる圧力発生手段１０４が設けられている。これらノズル１０１と圧力発生手段１０４を有する圧力室１０２との組は、インクジェットヘッド１００に平面視で２次元状に配列される。

共通流路１０５は、平面視で圧力室１０２と一部重なるように、該圧力室１０２の下方に配置されている。この共通流路１０５は、複数の圧力室１０２に対して共通にインクを供給するように、複数の圧力室１０２毎に形成され、各圧力室１０２との間が縦方向に延びるインク供給路１０６によって連通している。

なお、上下とは、ノズル面を下向きとした状態のインクジェットヘッドにおける位置関係をいう。また、縦横とは、同じくノズル面を下向きとした状態のインクジェットヘッドにおける垂直方向を縦といい、水平方向を横という。

一方、近年の吐出性能の高精度化、高速化、安定化等を図る観点から、インク供給路に断面積を減少させたり絞り部分を設けたりする場合がある。例えば、特許文献２には、図１３に示すように、圧力室２０２と共通流路２０３との間のインク供給路２０４を横方向に延在させ、このインク供給路２０４に内部の流路を絞るアパーチャ２０５を形成し、このアパーチャ２０５によってインクの流れを制限することで、適当な流路抵抗を付与し、インク吐出の安定化を図ることが記載されている。図中、２０１はノズルである。

また、特許文献３には、図１４に示すように、圧力室３０２と共通流路３０３との間のインク供給路３０４を縦方向の流路とし、このインク供給路３０４内の共通流路３０３側の流路を絞るように形成することが記載されている。図中、３０１はノズルである。

更に、特許文献４には、図１５に示すように、共通流路４０３の上部に、補助用誘導孔４０４を形成し、この補助用誘導孔４０４の上端の側部から横方向に延びる通路４０５によって圧力室４０２と連通させることにより、補助用誘導孔４０４と通路４０５によってインク供給路を構成することが記載されている。通路４０５は、補助用誘導孔４０４よりも流路が絞られている。図中、４０１はノズルである。

これらインクジェットヘッドは、いずれも共通流路内のインクがインク供給路を通って共通流路よりも上方に配置される圧力室に流入する構造となっている。

特開２００１−３３４６６１号公報 特開２００３−３１１９５７号公報 特開平６−２３４２１８号公報 特表平１０−５０８８０８号公報

インクジェットヘッドが抱える問題の一つに、圧力室内への気泡流入の問題がある。インク中に混入する気泡（空気）がインクと共に共通流路から圧力室に供給され、圧力室内に臨む振動板に付着すると、気泡の圧縮作用のために、振動板の振動によってインクに加えられるべき圧力が緩衝され、液滴を正常に吐出するために必要な圧力発生が阻害されてしまい、液滴の吐出が正常に行われず、吐出のばらつきを発生させたり、場合によっては不吐出となってしまうおそれがある。このため、インクは十分に脱気され、インクジェットヘッドへの供給過程での気泡の混入も慎重に避けられる態勢が採られているが、インクジェットヘッドへ供給されるインク中の気泡の混入を完全に防止することは困難である。

従って、インク中に混入する気泡による吐出不安定化を回避するため、インクジェットヘッド自体にも、気泡をインク中から分離させ、圧力室内に侵入させないようにするための手段を講じることが望まれる。

しかしながら、特許文献１〜４のいずれのインクジェットヘッドも、共通流路の上部内壁面は全面が同一高さと平坦面に形成され、この上部内壁面にインク供給路の一端が開口しているため、共通流路内のインク中の気泡は、上部内壁面からインクと共にそのままインク供給路に流出してしまうおそれが高い。一般に共通流路は、多数配列される圧力室に対して共通にインクを供給するため、比較的容積が大きく形成されている。このため、インクが共通流路内を流れる間に、インク中に混入する気泡の一部が分離し、浮力によって上昇して上部内壁面に付着する。共通流路内の気泡がインク供給路にそのまま流出してしまうと、インク供給路を通って圧力室内に侵入してしまう。圧力室内に侵入した気泡は、浮力によって上昇して振動板に付着し、吐出不安定化の原因となってしまう。

そこで、本発明は、共通流路内でインク中から分離した気泡がインク供給路へ流出することを抑制し、圧力室への気泡侵入による吐出性能への悪影響の抑制を図り得るインクジェットヘッドを提供することを課題とする。

本発明の更に他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

請求項１記載の発明は、 一面に振動板を介して圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、該圧力室内のインクを吐出させるノズル流路と、複数の前記圧力室に共通にインクを供給するための共通流路と、前記共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路とを備え、前記圧力室が前記共通流路よりも上位に配置されてなるインクジェットヘッドにおいて、
前記共通流路は、上部内壁面の一部に、下方に突出する突出部を有し、前記インク供給路の一端の開口端が、前記突出部の下端面のみに開口するように設けられることにより、該開口端の高さ位置が、前記上部内壁面のうちで最も下位に配置されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。

請求項２記載の発明は、前記突出部は、複数配列される前記インク供給路の前記開口端の配列方向に沿うように直線状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドである。

請求項３記載の発明は、前記突出部は、近接する複数の前記インク供給路の前記開口端を一まとめにした複数の島状の突出部からなることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドである。

請求項４記載の発明は、前記インク供給路は、前記インク供給路の開口端からインクを上向きに供給する縦流路と、該縦流路の上端からインクを横向きに供給する横流路とを有することを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッドである。

請求項５記載の発明は、前記共通流路の上部内壁面は、粗面処理されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。

本発明によれば、共通流路内でインク中から分離した気泡がインク供給路へ流出することを抑制し、圧力室への気泡侵入による吐出性能への悪影響の抑制を図り得るインクジェットヘッドを提供することができる。

本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す縦断面図 図１の(ii)-(ii)線に沿う断面図 本発明に係るインクジェットヘッドの分解斜視図 本発明に係るインクジェットヘッドにおける個別流路の配列態様を示す平面図 本発明に係るインクジェットヘッドにおける個別流路の他の配列態様を示す部分平面図 本発明に係るインクジェットヘッドにおける個別流路の他の配列態様を示す部分平面図 本発明に係るインクジェットヘッドにおける突出部の他の態様を示す部分平面図 インク供給路の部分のみを示す斜視図 第２の流路部と第３の流路の接続部位の他の態様を示す部分断面図 （ａ）（ｂ）は第２の流路部と第３の流路の接続部位の他の態様を示す部分断面図 本発明に係るインクジェットヘッドの他の一例を示す縦断面図 従来のインクジェットヘッドの概略構造を示す断面図 従来のインクジェットヘッドの概略構造を示す断面図 従来のインクジェットヘッドの概略構造を示す断面図 従来のインクジェットヘッドの概略構造を示す断面図

本発明に係るインクジェットヘッドは、一面に振動板を介して圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、この圧力室に対応して設けられ、該圧力室内のインクを吐出させるノズル流路と、複数の圧力室に共通にインクを供給するための共通流路と、この共通流路と各圧力室とを連通させるインク供給路とを備え、圧力室が共通流路よりも上位に配置される。

振動板は圧力室の上壁面を構成し、この振動板の外面側に、ピエゾ素子等の圧電素子からなる圧力発生手段が取り付けられる。この圧力発生手段に所定の電圧を印加することにより、圧電素子の電気機械変換作用によって振動板を振動させ、圧力室内のインクに吐出に必要な圧力を付与し、ノズル流路の先端からインクを微小な液滴として吐出させる。

本発明において、共通流路には、その上部内壁面にインク供給路の一端が開口している。このインク供給路の開口端の高さ位置は、共通流路の上部内壁面のうちで最も下位となるように配置されている。すなわち、共通流路の上部内壁面は、インク供給路の開口端の部分が最も低い位置にある。

このため、共通流路内でインク中から分離して浮力により上昇し、上部内壁面に付着した気泡が、インク供給路の開口端が配置されている方向に向かって流れても、インク供給路の開口端の位置は気泡の高さ位置よりも下位となることにより、インク供給路へは流出しにくくなる。これにより、共通流路内の気泡のインク供給路への流出を抑制し、圧力室への気泡侵入による吐出性能への悪影響の抑制を図ることができる。

ここで、上下、縦横の配置関係について定義しておくことにする。本発明におけるインクジェットヘッド構成の配置関係は、ノズル面を下向きとした状態でのインクジェットヘッドの姿勢を基準とする。従って、本発明における上下とは、ノズル面を下向きとした状態のインクジェットヘッドにおける位置関係をいうものとする。また、縦横とは、同じくノズル面を下向きとした状態のインクジェットヘッドにおいて、垂直方向を縦といい、水平方向を横というものとする。

共通流路内のインク供給路の開口端の高さ位置を最も下位となるよう形成する態様としては、インク供給路の開口端を含むその周囲の高さ位置が最も下位となるように、共通流路の上部内壁面を上方に向けて凹設することによって、高さが最も高くなる高天井部を形成するものとすることができる。その結果、インク供給路の開口端を含むその周囲は、共通流路の上部内壁面から相対的に下方に向けて突出する形態となる。

また、他の態様としては、共通流路の上部内壁面の一部を、他の部位よりも下方に向けて突出させて突出部を形成し、この突出部の下端にインク供給路の開口端を設けるものとすることもできる。

いずれの態様も、共通流路の上部内壁面において、インク供給路の開口端の周囲には、上部内壁面との間に、上部内壁面の高さ位置を上位とする段部が形成されるため、浮力により上部内壁面に付着した気泡が、インク供給路の開口端へ流出することを阻止できる。

共通流路の上部内壁面からインク供給路の開口端の位置までの相対的な突出量（段部の高さ）は、インク供給路への気泡の流出を効果的に抑止するため、５０〜１２０μｍとすることが好ましい。

共通流路は複数の圧力室に対して共通にインクを供給するために、一般に、一つの共通流路には複数の圧力室に対応する複数のインク供給路が接続される。従って、一つの共通流路には複数のインク供給路の開口端が配列される。上述した高天井部又は突出部は、共通流路の上部内壁面に複数配列されるインク供給路の開口端に沿うように直線状に形成すると、高天井部又は突出部を直線的に形成するだけでよく、構造が簡単で製造も容易となる。

この他、近接する複数個（２〜４個程度）のインク供給路の開口端を一まとめにし、その一まとめにした開口端含有領域の外側の上部内壁面全体の高さを高く形成することによって高天井部を形成したり、又は、その一まとめにした開口端含有領域のみを下方に突出させることによって突出部を形成したりしてもよい。この場合は、いずれも、近接する複数個の開口端を含むその周囲の開口端含有領域の部位だけが、共通流路の上部内壁面から島状に相対的に下方に突出する形態となる。

インク供給路は、インクを上向きに供給する縦流路と、該縦流路の上端からインクを横向きに供給する横流路とを有する屈曲した流路を少なくとも含むものであることが好ましい。インク供給路は途中で流路が横向きに屈曲するため、万が一、インク供給路に気泡が流出しても、浮力によってそのまま圧力室に侵入してしまうことはなく、インク供給路における横流路の上部内壁面にとどめることができ、圧力室への気泡の流出防止効果をより高めることができる。

このような縦流路及び横流路は、インク供給路中に介在されていればよいが、縦流路の下端が共通流路に開口するインク供給路の開口端と連通し、横流路が圧力室の側壁から内部に連通する構成とすれば、インクジェットヘッドを最も簡素な構成とすることができる。

インク供給路への気泡の流出抑止効果をより高める上で、共通流路の上部内壁面（最も高さが高い上部内壁面）には、粗面処理を施すことが好ましい。上部内壁面に粗面処理を施すことで、気泡を付着させてとどめておく機能を果たすことができ、インク供給路への流出抑止の確実性を図ることができる。粗面処理は、共通流路の上部内壁面に相当する面に、従来公知の適宜の方法、例えば露光もしくは電子線直接描画によって、周期１００〜４００ｎｍ、高さ１００〜１０００ｎｍの微細な凹凸形状をパターニングし、露光・現像することによって行うことができる。

このような粗面処理は、インク供給路が縦流路と横流路を有する場合、横流路の上部内壁面にも施すことも好ましい。万が一、インク供給路に気泡が流出しても、横流路の上部内壁面にとどめておくことができ、圧力室への侵入抑止をより確実にすることができる。

圧力室と共通流路とは、平面視で一部が互いに重なり合うように配置されていることが好ましい。圧力室と共通流路とのインクジェットヘッドの水平方向の広がりが抑制され、圧力室を高密度に配列することができ、結果として、ノズルの高密度化が可能となる。また、共通流路の容積を大きく確保でき、それだけインク供給量を増加させることができる。しかも、共通流路の容積が大きくなることで、近接する圧力室間のクロストークを抑制したり、ノズル同時吐出時のリフィル時間（吐出後の圧力室へインクを再供給する時間）の増加を抑制するための共通流路の最適な音響特性を十分に確保することができる。

特に、共通流路の上部内壁面を上方に向けて凹設することにより高天井部を形成する場合、インクジェットヘッド全体の高さ（上下方向の厚み）を増大させることなく、共通流路の容積を大きくでき、コンパクトでありながら、共通流路の最適な音響特性の確保が可能となる。

本発明において、圧力室、ノズル、共通流路及びインク供給路は、複数枚の基板にそれぞれ貫通孔又は凹部（凹溝）の形態で加工され、これら複数枚の基板を積層することにより、圧力室、ノズル流路、共通流路及びインク供給路をそれぞれ形成することが好ましい。各基板に貫通孔や凹部（凹溝）を形成するだけで積層基板内に、圧力室、ノズル流路、共通流路及びインク供給路となる空間や流路を容易に形成することができる。

基板にはシリコン基板やガラス基板が好ましく用いられる。シリコン基板に対する加工は、例えばドライエッチング加工等によって行うことができ、半導体集積回路の精密製造技術を利用することができる。また、ガラス基板に対する加工は、従来のサンドブラスト法等によって行うことができる。これらはいずれも極めて高精度な加工が可能であり、しかも、シリコン基板とガラス基板との接合は、陽極接合によって一体に接合させることができるため、接着剤を用いる必要がない。

このようなインクジェットヘッドでは、圧力室と共通流路とは、積層された複数枚の基板のうち、圧力室の方が共通流路よりも上位となるように異なる基板（層）に分かれて配置される。

次に、本発明に係るインクジェットヘッドの具体的な実施の形態を図面を用いて説明する。なお、以下に記載する寸法は一例であり、本発明は以下の寸法に限定されるものではない。

図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す縦断面図、図２は、図１の(ii)-(ii)線に沿う断面図、図３は、本発明に係るインクジェットヘッドの要部の分解斜視図である。

インクジェットヘッド１は、下から順に、第１の基板であるノズルプレート２、第２の基板である中間プレート３、第３の基板である圧力室プレート４の３枚の基板が積層された積層体からなっている。

ノズルプレート２は、厚みが３００μｍのシリコン基板であり、ドライエッチング加工によって、ノズル流路用の第１の貫通孔２１が貫通形成されていると共に、共通流路用の凹部２２が図中の上面から溝状に凹設されている。

ノズル流路用の第１の貫通孔２１は、本実施形態では、図中の上から下に向かうインクの吐出方向に沿って、３段階に径が小さくなる円筒形状に形成されており、直径１００μｍで高さ（インク吐出方向に沿う長さ。以下同じ。）が２００μｍの大径部２１ａと、直径６０μｍで高さ８０μｍの中径部２１ｂと、直径２０μｍで高さ２０μｍの小径部２１ｃとからなっている。また、共通流路用の凹部２２は、高さ２８０μｍ、幅Ｗが６５０μｍとなっている。

中間プレート３は、厚みが２００μｍのガラス基板であり、サンドブラスト法によって、ノズルプレート２に形成されたノズル流路用の第１の貫通孔２１に連通するノズル流路用の第２の貫通孔３１が貫通形成されていると共に、同じくノズルプレート２に形成された共通流路用の凹部２２の上方に対応する位置に、インク供給路の一部を構成する第１の流路部用の貫通孔３２が貫通形成されている。

ここでは、ノズル流路用の第２の貫通孔３１及び第１の流路部用の貫通孔３２は、いずれも直径１００μｍの円筒形状となっている。

中間プレート３には、ノズルプレート２に凹設された共通流路用の凹部２２に対応する位置に、該中間プレート３の下面を上方に向けて１００μｍ程凹設した凹設部３３を有している。凹設部３３は、中間プレート３の第１の流路部用の貫通孔３２の周囲（貫通孔３２の開口端３２ａを含む。）を共通流路用の凹部２２の長さ方向に沿って直線状に残すように形成されている。これにより、第１の流路部用の貫通孔３２を含むその周囲は、凹設されずに残されることにより、相対的に下方に突出する突出部３４が、共通流路用の凹部２２の長さ方向に沿って直線状に形成されている。第１の流路部用の貫通孔３２の下端の開口端３２ａは、この突出部３４の下端に開口している。

圧力室プレート４は、厚みが３００μｍのシリコン基板であり、ドライエッチング加工によって、圧力室用の凹部４１が図中の下面から凹設されていると共に、この圧力室用の凹部４１と連通するように、インク供給路の残りの一部を構成する第２の流路部用の凹部４２と第３の流路部用の凹部４３とが同じく図中の下面から凹設されている。ここでは１つの圧力室用の凹部４１のみを示しているが、１枚の圧力室プレート４に対して圧力室用の凹部４１は２次元状に複数設けられる。

圧力室用の凹部４１は、図２に示すように、平面視で角部に曲率半径１５０μｍのＲ（まるみ）がつけられた１辺が４５０μｍとなる略正方形状をなしている。その高さは２８０μｍとされ、残りの２０μｍが上壁部となり、この上壁部によって振動板４１ａが構成される。そして、この振動板４１ａの外側面（図１、図３の上面側）に、４００μｍ×４００μｍ×厚み５０μｍの圧電素子５が固着されている。

中間プレート３に形成されたノズル流路用の第２の貫通孔３１は、圧力室用の凹部４１の一つの隅角部の両側壁から７０μｍ内側に位置し、この圧力室用の凹部４１内と連通するように配置されている。

第２の流路部用の凹部４２は、直径１２０μｍ、高さ２８０μｍの円筒形状をなして凹設されており、中間プレート３に形成された第１の流路部用の貫通孔３２に対応してその真上に配置され、下端において該第１の流路部用の貫通孔３２の上端と連通している。

第３の流路部用の凹部４３は、この第２の流路部用の凹部４２と圧力室用の凹部４１との間を連通させる溝状に形成され、高さ２８０μｍ、長さ（凹部４２から凹部４１へ至る長さ）３００μｍ、長さ方向と直交する幅３０μｍの細長形状に凹設されている。このため、この第３の流路部用の凹部４３の一端と第２の流路部用の凹部４２との連通部位は、細幅状のスリット状となっている。

この第３の流路部用の凹部４３の他端と圧力室用の凹部４１との連通部位は、図２に示すように、平面視で略正方形状の圧力室用の凹部４１において、ノズル流路用の第２の貫通孔３１との連通部位と対角位置にある隅角部４１ｂである。第３の流路部用の凹部４３は、この隅角部４１ｂから圧力室用の凹部４１に対して対角線に沿う方向に延び、第２の流路部用の凹部４２と連通している。

以上の３枚の基板２、３、４は、互いに相対位置が位置合わせされた後、ノズルプレート２の共通流路用の凹部２２の形成面側が中間プレート３の凹設部３３の形成面側と対面し、且つ、圧力室プレート４の各凹部４１、４２、４３の形成面側が中間プレート３の凹設部３３の形成面と反対面側と対面するようにして積層され、その後、陽極接合される。陽極接合は、各接合面におけるシリコンとガラスとを２００〜５００℃で加熱してガラス側を軟化させ、同時にシリコン側を陽極、ガラス側を陰極として高電圧を印加することによって電気的二重層を発生させ、接合界面を静電引力によって密着接合する。陽極接合によれば、接着剤を用いないため、インクとの接触面となる接合面において、インク中の溶剤による接合部の溶解のおそれのない信頼性の高い接合を行うことができる。

各基板２、３、４が接合されることによって、ノズルプレート２に形成されたノズル流路用の第１の貫通孔２１と中間プレート３に形成されたノズル流路用の第２の貫通孔３１とが連通してノズル流路となり、圧力室プレート４に形成された圧力室用の凹部４１の下面側が中間プレート３によって閉塞されて圧力室となる。ノズル流路と圧力室とは、ノズル流路用の第２の貫通孔３１と圧力室用の凹部４１とが連通することによって連通する。

また、ノズルプレート２に形成された共通流路用の凹部２２の上面側は中間プレート３の凹設部３３によって閉塞され、これら凹部２２と凹設部３３とで構成される空間が共通流路６となる。また、第１の流路用の貫通孔３２、第２の流路用の凹部４２及び第３の流路用の凹部４３は、共通流路６と圧力室４１とを連通するインク供給路を構成し、それぞれインク供給路の第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部となる。更に、貫通孔３２の下端の開口端３２ａは、共通流路６内に臨むインク供給路の開口端となる。

かかるインクジェットヘッド１では、共通流路６においてインク中に混入する気泡の一部がインクから分離し、浮力によって上昇して共通流路６の上部内壁面６ａに付着するが、この上部内壁面６ａは、中間プレート３に凹設部３３が形成されることによって高天井部となっており、インク供給路の開口端３２ａは、この上部内壁面６ａから下方に向けて突出する形態となる突出部３４の下端に開口し、上部内壁面６ａの高さ位置よりも下位に配置されているので、共通流路６内でインク中から分離した気泡がインク供給路の開口端３２ａへ流出することは困難となり、インク供給路への気泡流出が抑止される。

なお、図１において、１１は中間プレート３と圧力室プレート４とに亘って貫通する貫通孔であり、中間プレート３の凹設部３３に開口することで、共通流路６内と外部とを連通させている。この貫通孔１１には、不図示の開閉弁を介して配管を接続することにより、インクの初期充填や気泡除去を行う際に利用される。

ところで、本実施形態では、圧力室４１と共通流路２２とが、平面視で一部が互いに重なり合うように配置されているため、インク供給路（第１の流路部３２、第２の流路部４２及び第３の流路部４３）と圧力室４１とノズル流路（ノズル流路用の第１、第２の貫通孔２１、３１）との組（以下、これを個別流路１０という。）が、平面視で共通流路６側に近づけられるので、個別流路１０と共通流路６と全体の幅が抑えられ、それだけ個別流路１０を高密度に配列させることができる。

図４は、このインクジェットヘッド１における個別流路１０の配列態様を示す平面図である。

ここでは共通流路（共通流路支流）６は４本が並列配置され、各共通流路６の両端部が、それぞれ１本ずつの共通流路本流７に接続されている。この共通流路本流７もノズルプレート２の共通流路６と同様にして、ノズルプレート２と中間プレート３とに亘って凹設されている。各共通流路本流７の両端には、このインクジェットヘッド１内と不図示のインクタンクやインクカートリッジとを連通させる接続口７ａが臨んでいる。

各個別流路１０の共通流路６内に臨むインク供給路の開口端３２ａは、各共通流路６の長さ方向に沿って直線状に形成されている突出部３４の下端にそれぞれ配置されている。各個別流路１０は、共通流路６に対して圧力室４１の一部がオーバーラップするように、共通流路６の長さ方向に沿って所定の間隔Ｐで配列されて１列のノズル列を構成している。ここでは４本の共通流路６によって４列のノズル列が示されているが、間隔Ｐを６７７μｍ（３７．５ｄｐｉ相当）とすると、ノズル列を１６列設けた場合、３７．５ｄｐｉ×１６＝６００ｄｐｉの記録解像度を持つヘッドとなる。

個別流路１０は、図５に示すように、１本の共通流路６に対して２列に配列することもでき、より高密度化を図ることができる。この場合、２列の各個別流路１０のインク供給路の開口端３２ａは、共通の突出部３４の下端に配置されることになる。

また、個別流路１０の圧力室４１と共通流路６とは、共通流路６の容積が若干小さくなるが、図６に示すように、共通流路６と圧力室４１とがオーバーラップしないように配置してもよいことはもちろんである。

図７は、共通流路６内において下方に向けて突出する突出部３４を、近接する複数のインク供給路の開口端３２ａを一まとめにした島状の突出部とした態様を示している。各突出部３４は、複数の個別流路１０のインク供給路の開口端３２ａのうち、近接する２つの開口端３２ａ（端部に位置する個別流路１０における開口端３２ａを除く。）を含むその周囲の部位（開口端含有領域）のみが相対的に下方に突出するように設けられる。この態様によれば、必要な部位のみに突出部３４を形成すればよく、その他の部位の上部内壁面６ａを高く形成できるため、図５、６のように直線状の突出部３４とするものに比べ、共通流路６の容積をより大きく確保することができる。

島状の突出部３４は、２つの開口端３２ａを一まとめにするものに限らず、３つ以上の開口端３２ａを一まとめにしてもよい。

次に、インク供給路の構成について図８を用いて更に説明する。図８は、インク供給路の部分のみを示す斜視図である。

インク供給路は、第１の流路部３２が共通流路６からインクが上向きに流れる縦流路となり、この第１の流路部３２の上端において第２の流路部４２と接続され、該第２の流路部４２内にインクが上向きに流入する。第２の流路部４２内に流入したインクは、次いで、流れ方向が横向きに屈曲され、第２の流路部４２の側面にスリット状に開口する第３の流路部４３に流出する。第３の流路部４３は第２の流路部４２からインクが横向きに流れる横流路となり、インクは、この第３の流路部４３を通って圧力室４１内に流入する。従って、共通流路６に接続している第１の流路部３２と圧力室４１とは、平面視で重なり合うことはなく、万が一、共通流路６内の気泡が開口端３２ａからインク供給路に流出してそのまま上昇したとしても、直接圧力室４１内に侵入してしまうことはない。

第１の流路部３２は直径１００μｍの流路であり、第２の流路部４２は直径１２０μｍの円筒形状であるため、第１の流路部３２の横断面積Ａ１よりも第２の流路部４２の横断面積Ａ２ａの方が大きい。このため、第１の流路部３２内を流れるインクの流速に比べ、第２の流路部４２内に流入したインクの流速は一気に低下するので、インク供給路を流れるインク中に気泡が混入していたとしても、この第２の流路部４２において一旦インクが滞留することで、この間に気泡の分離が促進される。そして、ここで分離した気泡は浮力によって上昇して第２の流路部４２の上部内壁面４２ａに付着する。

次に、第３の流路部４３は高さ２８０μｍ、幅３０μｍであるため、その縦断面積（８４００μｍ^２）は、第２の流路部４２の縦断面積の最大値（直径１２０μｍ×高さ２８０μｍ＝３３６００μｍ^２）よりも小さい。これにより、第３の流路部４３内のインクの流速は再び増大する。このとき、第２の流路部４２から第３の流路部４３へは、流路が横向きに屈曲していることと相俟ってインクのみが流出し、上部内壁面４２ａに付着した気泡は、流速の速い第３の流路部４３との接続部位の開口部４２ｂには流入しにくくなり、気泡が圧力室４１に侵入することを阻止できる。従って、圧力室４１への気泡侵入を確実に阻止できる。

また、第２の流路部４２から第３の流路部４３側への気泡の流出を阻止する効果をより高めるため、図９に示すように、第２の流路部４２の上部内壁面４２ａと第３の流路部４３の上部内壁面４３ａとの間に、第２の流路部４２の上部内壁面４２ａの位置が第３の流路部４３の上部内壁面４３ａの位置よりも上位となる段差４２ｃを形成することも好ましい。この段差４２ｃにより、第２の流路部４２の上部に気泡だまりとなる部屋を形成することができ、この上部内壁面４２ａに付着した気泡を第３の流路部４３側へより流出しにくくすることができる。

段差４２ｃの高さは、５〜１５μｍとすることが好ましい。このような段差４２ｃは、第２の流路部４２の凹設深さを第３の流路部４３の凹設深さよりも、上記高さ分だけ深く形成することによって、又は、第３の流路部４３の凹設深さを第２の流路部４２の凹設深さよりも、上記高さ分だけ浅くすることによって形成することができる。

段差４２ｃは、第３の流路部４３の第２の流路部４２との連通部位の近傍のみに部分的に形成されていてもよい。

更に、同様の目的で、図１０に示すように、第３の流路部４３の上部内壁面４３ａを、第２の流路部４２側からインクの供給方向に沿って次第に高さが低くなるように形成することも好ましい。図１０（ａ）は、上部内壁面４３ａを、連続して高さが低くなる傾斜面としている。傾斜面は、第３の流路部４３の全長に亘って形成してもよいし、第２の流路部４２側の一部のみに形成してもよい。また、図１０（ｂ）は、上部内壁面４３ａを、段階的に高さが低くなる階段状に形成している。この階段状部分も、第３の流路部４３の全長に亘って形成してもよいし、第２の流路部４２側の一部のみに形成してもよい。

図１１は、本発明に係るインクジェットヘッドの別の態様を示している。図１と同一符号の部位は同一構成であるため、詳細な説明は省略する。

このインクジェットヘッド１Ａは、インク供給路が中間プレート３に形成された貫通孔３２のみによって形成された縦流路となっており、共通流路６と圧力室４１とを直接連通する構成となっている。本発明によれば、共通流路６内で発生した気泡は、インク供給路の開口端３２ａが最も下位に位置しているので、この開口端３２ａへは流出しにくい構成であるため、インク供給路をこのような縦流路のみで構成しても、従来に比べ、圧力室４１への気泡侵入を抑制することができる。

なお、以上説明した共通流路６は、中間プレート３に凹設部３３を形成して上部内壁面６ａに高天井部を形成することによって、相対的に下方に突出する突出部３４を段設するようにした。これによると、インクジェットヘッド１、１Ａは、３枚の基板２、３、４で構成できるため、基板数が最少数で済み、ノズル流路も短くでき、構造も簡素化できる。しかし、共通流路６は、中間プレート３に凹設部３３を凹設する代わりに、突出部を上部内壁面６ａから下方に突出させることによって形成してもよい。この場合、ノズルプレート２と中間プレート３との間に、突出部の突出高さに相当する厚みとなる１枚又は複数枚の突出部形成用の基板を介在させ、この基板におけるインク供給路の開口端３２ａを含むその周囲を残して、ノズルプレート２の共通流路用の凹部２２に対応する部位を凹設又はくり抜いて貫通させ、共通流路６内にインク供給路の開口端３２ａの位置が最も下位となる突出部を形成するようにしてもよい。

１、８：インクジェットヘッド
２：ノズルプレート
２１：ノズル流路用貫通孔
２２：凹部
３：中間プレート
３１：ノズル流路用貫通孔
３２：貫通孔（第１の流路部）
３２ａ：開口端（インク供給路の開口端）
３３：凹設部
３４：突出部
４：圧力室プレート
４１：凹部（圧力室）
４１ａ：振動板
４１ｂ：隅角部
４２：凹部（第２の流路部）
４２ａ：上部内壁面
４２ｂ：開口部
４２ｃ：段差
４３：凹部（第３の流路部）
４３ａ：上部内壁面
５：圧電素子
６：共通流路
６ａ：上部内壁面
７：共通流路本流
７ａ：接続口
１０：個別流路
１１：貫通孔

Claims (5)

1. 一面に振動板を介して圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、該圧力室内のインクを吐出させるノズル流路と、複数の前記圧力室に共通にインクを供給するための共通流路と、前記共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路とを備え、前記圧力室が前記共通流路よりも上位に配置されてなるインクジェットヘッドにおいて、
   前記共通流路は、上部内壁面の一部に、下方に突出する突出部を有し、前記インク供給路の一端の開口端が、前記突出部の下端面のみに開口するように設けられることにより、該開口端の高さ位置が、前記上部内壁面のうちで最も下位に配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記突出部は、複数配列される前記インク供給路の前記開口端の配列方向に沿うように直線状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記突出部は、近接する複数の前記インク供給路の前記開口端を一まとめにした複数の島状の突出部からなることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
4. 前記インク供給路は、前記インク供給路の開口端からインクを上向きに供給する縦流路と、該縦流路の上端からインクを横向きに供給する横流路とを有することを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
5. 前記共通流路の上部内壁面は、粗面処理されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。

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