JP6897086B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを噴射するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、圧力発生手段である圧電素子の変位による圧力室内の圧力変化を利用して、ノズル列を構成する複数のノズル開口からインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドが知られている。

インクジェット式記録ヘッドは、複数のノズル開口に共通したマニホールドを備えており、マニホールドには、インクカートリッジ等のインク供給手段からインクが供給される。インクには、気泡が含まれることがあり、マニホールドから圧力室内に進入する場合がある。

このような気泡は、主にインクカートリッジの交換時や流路を画成する部材を接合する接着剤からの浸み出しなどにより生じるが、発生した気泡は、インクカートリッジの直ぐ下流側のフィルターにトラップされるものもあるが、マニホールドから圧力室に侵入する場合がある。マニホールドや圧力室内の気泡を、外部に排出させるためには、例えば、ノズル開口側から負圧でインクと共に気泡を吸引しなければならないが、このため、印刷に用いないインクの消費量が増大してしまうという問題がある。

上述した液体噴射ヘッドでは、マニホールドの気泡貯留部に貯留された気泡を、外部に排出させるためには、例えば、ノズル開口側から負圧でインクと共に気泡を吸引しなければならない。このため、印刷に用いないインクの消費量が増大してしまう。

一方、複数の圧力発生室が形成された圧力室形成基板と、複数の圧力発生室に共通して連通する共通液室（マニホールドとも言う）の少なくとも一部を構成する凹部が形成された連通基板とを積層し、連通基板の圧力室形成基板とは反対側に凹部を設けると共に、連通基板に凹部と各圧力発生室とを連通する供給流路を積層方向に沿って貫通して設けた構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−０３７１３３号公報

しかしながら、上述した構造においても、圧力室に入り込む気泡の問題があり、また、このような気泡を外部に排出させるためには、ノズル開口側から負圧でインクと共に気泡を吸引しなければならないため、印刷に用いないインクの消費量が増大してしまうという問題がある。

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明は、このような事情に鑑み、圧力室に入り込む気泡を排除し、マニホールド内の気泡を外部に排出することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が第１の方向に複数並んで形成された流路形成基板と、複数の前記圧力発生室に共通して連通するマニホールドと前記圧力発生室とを連通する流路を有する連通部材と、を具備し、前記連通部材の前記流路は、前記圧力発生室のそれぞれと連通する複数の供給路と、これら複数の供給路と連通すると共に前記マニホールドの少なくとも一部を構成する連通流路とを含み、前記連通流路の前記供給路側には、複数の連通狭隘路が設けられ、該連通狭隘路の前記供給路側とは反対側の開口部の前記第１の方向の開口幅が前記供給路のピッチよりも小さく、前記連通狭隘路の前記供給路側とは反対側の前記連通流路に前記第１の方向に沿って液体の流れを発生させる流れ発生機構を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

かかる態様では、連通狭隘路の供給路とは反対側の開口部は第１の方向の開口幅が小さいので、この開口幅より大きな径の気泡は開口部にトラップされ、圧力発生室には入り込むことはない。また、開口部にトラップされた気泡は、流れ発生機構により形成された第１の方向に沿う液体の流れにより第１の方向の端部から外部に排出することができる。

ここで、前記連通狭隘路の前記開口部の前記第１の方向と交差する方向の長さが、前記開口部の前記第１の方向の開口幅より大きいことが好ましい。これによれば、連通狭隘路の開口部に気泡がトラップされた場合に詰まらないようすることができる。

また、前記連通狭隘路は、例えば、前記供給路の間に突設され且つ前記第１の方向に並設された複数の壁の間に設けられている。これによれば、壁の間の隙間が連通狭隘路となり、隣接する壁の間に形成された開口部により気泡がトラップされる。

また、前記壁は、前記連通部材の厚さ方向の途中まで突設され、前記連通狭隘路の前記供給路とは反対側の前記開口部は、隣接する前記壁の前記連通部材の厚さ方向に伸びる端面、及びこの端面に連続して前記連通部材の面方向に伸びる端面の間に画成されていることが好ましい。これによれば、連通狭隘路は壁の間に画成され、連通狭隘路の開口部が直交する二方向に開口しているので、一方の端面間の開口部が閉塞されても、他方の端面間の開口部を介して液体を供給路に供給することができ、流路抵抗が大きく上昇することはない。

また、前記連通狭隘路は、前記連通流路内に前記連通部材の厚さ方向に突設され且つ前記第１の方向に並設された複数の柱の間に設けられていることが好ましい。これによれば、柱の間の連通狭隘路の開口部でこの開口幅より大きな径の気泡はトラップされ、圧力発生室には入り込むことはなく、また、開口部は連通流路の連通部材の厚さ方向の寸法を有しているので、開口部の一部が閉塞されても、開口部の他の部分を介して液体を供給路に供給することができるので、流路抵抗が大きく上昇することはない。

また、前記柱は、例えば、前記連通流路の前記連通部材の厚さ方向及び前記第１の方向に直交する第２の方向の長さの半分よりも前記供給路側に設けられている。これによれば、柱により連通流路が分けられ、供給路側も複数の供給路に連通する共通流路となるが、柱の間の開口部により開口幅より大きな径の気泡はトラップされ、供給路側の連通流路に気泡が入り込むことがない。

また、前記連通狭隘路の前記供給路とは反対側の前記開口部の前記第１の方向の寸法は、３０μｍ以下であることが好ましい。これによれば、連通狭隘路の開口部により３０μｍ径の気泡がトラップされ、一般的には、これ以下の気泡は自然消滅するので、連通狭隘路の下流側での気泡の問題は解消する。

また、前記連通狭隘路の前記供給路とは反対側の前記開口部の前記第１の方向の寸法は、前記液体中で自然消滅する気泡の寸法であることが好ましい。これによれば、連通狭隘路を通過する気泡が存在しても、その後、自然消滅するので、連通狭隘路の下流側での気泡の問題は解消する。

また、前記流れ発生機構は、例えば、前記マニホールド内の液体を循環させる循環機構である。これによれば、液体中の成分の沈殿防止等の目的で設けられた循環機構を使って連通狭隘路の開口部にトラップされた気泡を外へ排出することができる。

本発明の他の態様は、前記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。

かかる態様では、マニホールドと、圧力発生室に連通する供給路とは、連通狭隘路を介してのみ連通しており、連通狭隘路の供給路とは反対側の開口部は第１の方向の開口幅が小さいので、この開口幅より大きな径の気泡は開口部にトラップされ、圧力発生室には入り込むことはない液体噴射装置が実現される。また、開口部にトラップされた気泡は、流れ発生機構により形成された第１の方向に沿う液体の流れにより第１の方向の端部から外部に排出することができる。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る流路形成基板の平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態１に係る連通板の平面図である。 本発明の実施形態１に係る連通板の要部を切り欠いた斜視図である。 本発明の実施形態１に係る作用を説明する要部断面図である。 液体中の気泡の挙動を示す図である。 本発明の実施形態２に係る連通板の平面図である。 本発明の実施形態２に係る連通板の要部を切り欠いた斜視図である。 本発明の実施形態２に係る作用を説明する要部断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録装置の概略図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、記録ヘッドの流路形成基板の要部平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′線断面図であり、図４は、図３の要部を拡大した図であり、図５は、連通板の平面図であり、図６は、連通板の要部を切り欠いた斜視図である。

図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１（以下、単に記録ヘッド１とも言う）を構成する流路形成基板１０には、一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの両方に直交する方向を第３の方向Ｚと称し、詳しくは後述するケース部材４０側をＺ１側、ノズルプレート２０側をＺ２側と称する。なお、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚは、互いにそれぞれ直交する方向としたが、特にこれに限定されず、直交以外の角度で交差する方向であってもよい。

このような流路形成基板１０のＺ２側の面側には、連通部材である連通板１５と、ノズルプレート２０とが順次積層されている。なお、連通部材は、複数の連通板を積層して構成してもよい。

連通板１５には、図３及び図４に示すように、圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通路１６が設けられている。連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このように連通板１５を設けることによってノズルプレート２０のノズル開口２１と圧力発生室１２とを離せるため、圧力発生室１２の中にあるインクは、ノズル開口２１付近のインクで生じるインク中の水分の蒸発による増粘の影響を受け難くなる。また、ノズルプレート２０は圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通路１６の開口を覆うだけで良いので、ノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることができ、コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート２０のノズル開口２１が開口されて、インク滴が吐出される面を液体噴射面２０ａと称する。

また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、本実施形態の凹部である第２マニホールド部１８とが設けられている。

第１マニホールド部１７は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通して設けられている。一方、第２マニホールド部１８は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側に開口して設けられた凹部となっている。

また、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通する供給路１９が、圧力発生室１２の各々に対応して独立して設けられている。この供給路１９は、第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通する。すなわち、供給路１９は、第１の方向Ｘに並設されている。

さらに、第２マニホールド部１８の供給路１９側には、各供給路１９の間に連通板１５の厚さ方向の途中まで突設された壁１７１が第１の方向Ｘに複数並設されている。

このような壁１７１の間の流路は、第２マニホールド部１８と供給路１９とを連通する連 通狭隘路１８１であり、連通狭隘路１８１の供給路１９とは反対側の開口部１８２の第１の方向Ｘの寸法である開口幅ｄ_１は、供給路１９のピッチｄ_２より小さく、例えば、３０μｍ程度となっている。

ここで、開口部１８２は、隣接する壁１７１の第２の方向Ｙ側の端面１７２及びこれに連続するＺ２側の端面１７３の間に連続して形成されており、何れの箇所においても、開口幅ｄ_１は、供給路１９のピッチｄ_２より小さく、例えば、３０μｍ程度となっている。また、開口部１８２の第１の方向Ｘに交差する方向の寸法である開口幅ｄ_１に交差する方向の長さ、すなわち、本実施例では開口幅ｄ_１に直交する方向の長さは、端面１７２の連通板１５の第３の方向Ｚの寸法Ｌ_１と、端面１７３の第２の方向Ｙの寸法をＬ_２との合計（Ｌ_１＋Ｌ_２）となり、十分な長さを有する。

また、本実施形態では、連通狭隘路１８１は、そのまま供給路１９に連通しており、共通流路である第２マニホールド部１８に連通する個別流路となっており、各供給路１９と、第２マニホールド部１８とは、連通狭隘路１８１のみを介して連通するように構成されている。

よって、このような連通狭隘路１８１を設けたことにより、寸法ｄ_１より大きな径の気泡は、壁１７１の端面１７２、１７３の間の開口部１８２にトラップされ、供給路１９を通って圧力発生室１２に入り込むことはない。

また、連通狭隘路１８１の開口部１８２の長さ（Ｌ_１＋Ｌ_２）は、寸法ｄ_１と比較して著しく大きいので、壁１７１の端面１７２、１７３の間に気泡がトラップされて開口部１８２が塞がれても、開口部１８２の全体が塞がれることがなく、塞がれていない開口部１８２を介して液体の流れが確保されるので、液体の吐出を阻害することもない。また、このように開口部１８２の一部にトラップされた気泡は、詳細は後述するが、開口部１８２の他の部分を介しての液体の流れにより動きが規制され、開口部１８２の端に集まることになり、後の気泡の回収がし易くなるという利点もある。ここで、開口部１８２の長さ（Ｌ_１＋Ｌ_２）が寸法ｄ_１と比較して著しく大きい趣旨は上述したとおりであるが、著しく大きいとは、開口部１８２の長さ（Ｌ_１＋Ｌ_２）が連通部材の厚さ方向の寸法と同等又はそれ以上に大きいことをいう。本実施形態では、Ｌ_１は連通板の厚さより小さいが、Ｌ_２が厚さより十分に大きく、全体として、厚さより大きくなっている。

ここで、連通板１５は、本実施形態では、シリコン基板（シリコン単結晶基板）からなり、壁１７１は、少なくとも第２マニホールド部１８をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）する際に、エッチングパターンを工夫することにより形成することができる。勿論、ドライエッチングなどにより形成してもよい。

このような連通板１５のＺ２側に接合されたノズルプレート２０には、各圧力発生室１２とノズル連通路１６を介して連通するノズル開口２１が形成されている。すなわち、ノズル開口２１は、同じ種類の液体（インク）を噴射するものが第１の方向Ｘに並設され、この第１の方向Ｘに並設されたノズル開口２１の列が第２の方向Ｙに２列形成されている。

一方、流路形成基板１０のＺ１側の面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態では、振動板５０として、流路形成基板１０側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜５１と、弾性膜５１上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２と、を設けるようにした。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面側（ノズルプレート２０が接合された面側）から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２の他方面は、弾性膜５１によって画成されている。

また、流路形成基板１０の振動板５０上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とが成膜及びリソグラフィー法によって積層されて圧電アクチュエーター３００を構成している。本実施形態では、圧電アクチュエーター３００が圧力発生室１２内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段となっている。ここで、圧電アクチュエーター３００は、圧電素子３００ともいい、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。また、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を能動部３１０と称する。本実施形態では、詳しくは後述するが、圧力発生室１２毎に能動部３１０が形成されている。つまり、流路形成基板１０上には複数の能動部３１０が形成されていることになる。そして、一般的には、能動部３１０の何れか一方の電極を複数の能動部３１０に共通する共通電極とし、他方の電極を能動部３１０毎に独立する個別電極として構成する。本実施形態では、第１電極６０を個別電極とし、第２電極８０を共通電極としているが、これを逆にしてもよい。なお、上述した例では、振動板５０及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、振動板５０を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

ここで、本実施形態の圧電アクチュエーター３００を構成する第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けてあり、圧電アクチュエーター３００の実質的な駆動部である能動部３１０毎に独立する個別電極を構成する。この第１電極６０は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおいては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対抗する領域の内側に位置している。また、第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の両端部は、それぞれ圧力発生室１２の外側まで延設されている。

圧電体層７０は、第２の方向Ｙが所定の幅となるように、第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。圧電体層７０の第２の方向Ｙの幅は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さよりも広い。このため、圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、圧電体層７０は圧力発生室１２の外側まで設けられている。

圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおいて、圧電体層７０のインク供給路側の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち、第１電極６０の端部は圧電体層７０によって覆われている。また、圧電体層７０のノズル開口２１側の端部は、第１電極６０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置しており、第１電極６０のノズル開口２１側の端部は、圧電体層７０に覆われていない。

圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。

このような圧電体層７０には、各隔壁に対応する凹部７１が形成されている。この凹部７１の第１の方向Ｘの幅は、各隔壁の第１の方向の幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。これにより、振動板５０の圧力発生室１２の第２の方向Ｙの端部に対抗する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が押さえられるため、圧電アクチュエーター３００を良好に変位させることができる。

第２電極８０は、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面側に設けられており、複数の能動部３１０に共通する共通電極を構成する。また、第２電極８０は、凹部７１の内面、すなわち、圧電体層７０の凹部７１の側面内に設けるようにしても良く、設けないようにしてもよい。

また、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０からは、引き出し配線である個別配線９１が引き出されている。また、第２電極８０からは、引き出し配線である共通配線９２が引き出されている。さらに、個別配線９１及び共通配線９２の圧電アクチュエーター３００に接続された端部とは反対側の延設された端部には、フレキシブルケーブル１２０が接続されている。フレキシブルケーブル１２０は、可撓性を有する配線基板であって、本実施形態では、駆動素子である駆動回路１２１が実装されている。

このような流路形成基板１０のＺ１側の面側には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する保護基板３０が接合されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。保持部３１は、第１の方向Ｘに並設された圧電アクチュエーター３００の列の間に第２の方向Ｙに２つ並んで形成されている。また、保護基板３０には、第２の方向Ｙで並設された２つの保持部３１の間に第３の方向Ｚに貫通する貫通孔３２が設けられている。圧電アクチュエーター３００の電極から引き出された個別配線９１及び共通配線９２の端部は、この貫通孔３２内に露出するように延設され、個別配線９１及び共通配線９２とフレキシブルケーブル１２０とは、貫通孔３２内で電気的に接続されている。なお、個別配線９１及び共通配線９２と、フレキシブルケーブル１２０との接続方法は、特に限定されず、例えば、ハンダ付けやろう付けなどのろう接や、共晶接合、溶接、導電性粒子を含む導電性接着剤（ＡＣＰ、ＡＣＦ）、非導電性接着剤（ＮＣＰ、ＮＣＦ）等が挙げられる。

また、保護基板３０上には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００を流路形成基板１０と共に画成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、保護基板３０に接合されると共に、上述した連通板１５にも接合されている。具体的には、ケース部材４０は、保護基板３０側に流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、保護基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。これにより、流路形成基板１０の外周部には、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって第３マニホールド部４２が画成されている。そして、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８と、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって画成された第３マニホールド部４２と、によって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。マニホールド１００は、圧力発生室１２の並設方向である第１の方向Ｘに亘って連続して設けられており、各圧力発生室１２とマニホールド１００とを連通する供給路１９は、第１の方向Ｘに並設されている。

また、連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口するＺ２側の面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側の開口を封止している。このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、可撓性を有する薄膜からなる封止膜４６と、金属等の硬質の材料からなる固定基板４７と、を具備する。固定基板４７のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４８となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部４９となっている。

なお、ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して各マニホールド１００にインクを供給するための導入路４４が設けられている。また、ケース部材４０には、保護基板３０の貫通孔３２に連通してフレキシブルケーブル１２０が挿通される接続口４３が設けられている。

また、本実施形態では、図５に示すように、第２マニホールド部１８に第１の方向Ｘに沿って液体の流れを発生させる流れ発生手段として、循環流路１１０と、循環流路１１０の途中に設けられたポンプ１１１とが設けられている。循環流路１１０は、例えば、連通板１５に設けられた循環口１５１に接続されたフレキシブルチューブにより形成され、ポンプ１１１により、第２マニホールド部１８中の液体に、本実施形態では、図中下から上への流れを形成するように構成されている。また、ポンプ１１１の下流側には、循環する液体から気泡を除去するために一時的に液体を貯留する液体貯留手段が設けられている。なお、このような第２マニホールド部１８中の液体の流れは、連通狭隘路１８１の開口部１８２にトラップされた気泡を第１の方向Ｘの端部方向に移動させて除去するためのものであるから、循環口１５１は、第２マニホールド部１８の連通狭隘路１８１の開口部１８２の近傍に開口するように設けるのが好ましい。

なお、循環流路１１０及びポンプ１１１からなる流れ発生機構の構成は、これに限定されず、連通板１５の内部に、又は連通板１５とは別に積層された基板等に設けてもよく、その構成は特に限定されない。また、この場合、液体貯留手段１１２の替わりに、気泡溜まりなどの構造を設け、気泡を除去した液体を戻すようにすることもできる。

さらに、従来から、液体の乾燥、蒸発などによる粘度上昇や液体中の沈殿しやすい成分などの沈殿防止などの対策として、リザーバー内の液体を循環させる循環機構を備えるヘッドが知られているが、このような従来から知られている循環機構を本発明の流れ発生機構として採用することもできる。

以上説明した記録ヘッド１では、インクを噴射する際に、インクを導入路４４から取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２１からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各能動部３１０に電圧を印加することにより、能動部３１０と共に振動板５０をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル開口２１からインク滴が噴射される。

このような記録ヘッド１での本発明の作用効果を図７及び図８を参照して、さらに詳細に説明する。

本実施形態では、第２マニホールド部１８の供給路１９側に、各供給路１９の間に連通板１５の厚さ方向の途中まで突設された壁１７１が第１の方向Ｘに複数並設されている。そして、壁１７１の間の流路が連通狭隘路１８１となり、連通狭隘路１８１の供給路１９とは反対側の開口部１８２の第１の方向Ｘの寸法ｄ_１は、供給路１９のピッチｄ_２より小さく、例えば、３０μｍ程度となっている。また、各供給路１９と、第２マニホールド部１８とは、連通狭隘路１８１のみを介して連通するように構成されている。

よって、このような連通狭隘路１８１を設けたことにより、開口幅ｄ_１より大きな径の気泡は、壁１７１の端面１７２、１７３の間の開口部１８２にトラップされ、供給路１９を通って圧力発生室１２に入り込むことはない。

また、連通狭隘路１８１の開口部１８２の長さ（Ｌ_１＋Ｌ_２）は、開口幅ｄ_１と比較して著しく大きいので、壁１７１の端面１７２、１７３の間に気泡がトラップされて開口部１８２が塞がれても、開口部１８２の全体が塞がれることがない。

この様子を模式的に表したのが図７であり、トラップされた気泡Ａ１や気泡Ａ２は、端面１７２の間や端面１７３の間の端面１７２から一番離れた位置に移動して成長するが、その間の開口部１８２が十分に開口しているので、液体の流れに支障をきたすことはない。

また、このように開口部１８２の一部にトラップされた気泡Ａ１、Ａ２は、流れ発生手段として設けられた、循環流路１１０及びポンプ１１１により形成される第１の方向Ｘに沿った液体の流れにより、循環流路１１０を介して液体貯留手段１１２で気泡を除去されて、元に戻される。

このような構成により、連通狭隘路１８１を設けることにより、その開口部１８２の開口幅ｄ_１より大きな径の気泡は、開口部１８２でトラップされ、供給路１９を通って圧力発生室１２に入り込むことはない。

よって、従来技術のように、圧力発生室１２に入り込んだ気泡を外部に排出させるための吸引動作をする必要がなく、印刷に用いないインクの消費量が著しく低減することになる。

また、開口部１８２でトラップされた気泡は、循環流路１１０を介して外部に排出され、液体貯留手段１１２で気泡が除去された後、戻されるので、トラップされた気泡を排出する吸引動作も必要がなく、さらに無駄な液体を使用することがないという利点がある。

本実施形態で、連通狭隘路１８１の開口部１８２の開口幅ｄ_１を約３０μｍとしたのは、水系のインクにおいては、３０μｍ以下の気泡は、時間経過により自然消滅すると知見されたからである。

インクなどの液体中の気泡の挙動を示したのが図８である。図８に示すように、ある閾値Ｓ以下の気泡は、時間と共に小さくなり、最後は消滅するが、閾値Ｓを超える大きさの気泡は、時間と共に径が大きくなることが知られている。これは、液体の種類によりことなり、気泡の挙動を測定することにより、使用する液体における閾値Ｓを把握することができる。染料を含有する水系インクで閾値Ｓを測定したところ、閾値Ｓはだいたい３０μｍを超えたあたりであった。よって、開口幅ｄ_１を約３０μｍとすれば、これを通り抜けた気泡が存在しても、自然消滅するので、圧力発生室１２などに気泡が存在することがなくなる。

（実施形態２）
図９〜図１１は、本発明の実施形態２に係る連通板の平面図、要部斜視図及び要部断面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

本実施形態では、壁１７１の替わりに、柱２７１を設けたものである。柱２７１は、第２マニホールド部１８内の供給路１９の近傍、第１マニホールド部１７側であって、供給路１９の間に対応する位置に、第１の方向Ｘに並設されている。また、柱２７１は、第２マニホールド部１８の第３の方向Ｚの寸法と同一の寸法Ｌ_３を有し、第１の方向Ｘの間隔、すなわち、開口幅がｄ_１となるように設けられている。さらに、柱２７１は、第２マニホールド部１８の第１の方向Ｘに沿った全体に並設され、並設された柱２７１により、第２マニホールド部１８が、第１マニホールド部１７側と、供給路１９側の二つに分割されている。そして、第１マニホールド側の第２マニホールド部１８と、供給路１９側の第２マニホールド部１８とは、柱２７１間の連通狭隘路１８１のみを介して連通している構成となっている。なお、かかる構成では、供給路１９側の第２マニホールド部１８である流路１８３も共通流路となる。

また、連通狭隘路１８１の開口部１８２の開口幅ｄ_１は、実施形態１と同様に約３０μｍとし、開口部１８２の第１の方向Ｘと交差する方向の長さ、すなわち、開口幅ｄ_１に交差する方向の長さは上述したとおり、寸法Ｌ_３となっており、開口幅ｄ_１と比較して著しく大きく、開口部１８２の長さＬ_３が連通部材の厚さ方向の寸法と同等となっている。

よって、このような連通狭隘路１８１を設けたことにより、開口幅ｄ_１より大きな径の気泡は、柱２７１の端面２７２の間の開口部１８２にトラップされ、供給路１９を通って圧力発生室１２に入り込むことはない。

また、連通狭隘路１８１の開口部１８２の長さＬ_３は、開口幅ｄ_１と比較して著しく大きいので、柱２７１の端面２７２の間に気泡がトラップされて開口部１８２の一部が塞がれても、開口部１８２の全体が塞がれることがない。

この様子を模式的に表したのが図１１であり、トラップされた気泡Ａ３は、端面２７２の間の供給路１９から一番離れた位置に移動して成長するが、供給路１９に近い部分の開口部１８２が十分に開口しているので、液体の流れに支障をきたすことはない。

また、このように開口部１８２の一部にトラップされた気泡Ａ３は、流れ発生手段として設けられた、循環流路１１０及びポンプ１１１により形成される第１の方向Ｘに沿った液体の流れにより、循環流路１１０を介して液体貯留手段１１２で気泡を除去されて、元に戻される点は、実施形態１と同様である。

このような構成により、連通狭隘路１８１を設けることにより、その開口部１８２の開口幅ｄ_１より大きな径の気泡は、開口部１８２でトラップされ、供給路１９を通って圧力発生室１２に入り込むことはない。

よって、従来技術のように、圧力発生室１２に入り込んだ気泡を外部に排出させるための吸引動作をする必要がなく、印刷に用いないインクの消費量が著しく低減することになる。

また、開口部１８２でトラップされた気泡は、循環流路１１０を介して外部に排出され、液体貯留手段１１２で気泡が除去された後、戻されるので、トラップされた気泡を排出する吸引動作も必要がなく、さらに無駄な液体を使用することがないという利点がある。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。

例えば、実施形態１の壁１７１は、第２マニホールド部１８の第３の方向Ｚの途中までの高さとしたが、第２マニホールド部１８の寸法と同一の寸法としてもよい。この場合、開口部１８２の長さは、実施形態２と同様なＬ３となり、実施形態２と同様な効果を奏するものとなる。

また、上述した実施形態２において、柱２７１の形状、位置などは上述したものに限定されるものではない。柱２７１の断面形状は矩形状に限定されず、多角形状や円形であってもよい。また、柱２７１の第２の方向Ｙに沿った位置は、特に限定されないが、第２マニホールド部１８の第２の方向Ｙの長さの半分よりも供給路１９側に設けられているのが好ましい。また、循環流路１１０を接続する循環口１１５を設ける位置との関係から、トラップされた気泡が液体の流れで移動しやすい位置としてもよい。

また、柱２７１の第１の方向Ｘに沿った位置も特に限定されず、上述したように、供給路１９の間に設ける必要はなく、また、供給路１９の数に対応して設ける必要もない。いずれにしても、並設された柱２７１によって、分割された、第１マニホールド部側の第２マニホールド部１８と、供給路１９側の第２マニホールド部１８とが、柱２７１間の連通狭隘路１８１のみを介して連通している構成となっていればよい。

また、上述した各実施形態では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。

このような記録ヘッド１は、インクジェット式記録装置Ｉに搭載される。図１２は、本実施形態のインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

図１２に示すインクジェット式記録装置Ｉにおいて、記録ヘッド１は、液体供給手段を構成するカートリッジ２が着脱可能に設けられ、この記録ヘッド１を搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッド１を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

また、上述した例では、インクジェット式記録装置Ｉは、インク供給手段であるカートリッジ２がキャリッジ３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体供給手段を装置本体４に固定して、液体供給手段と記録ヘッド１とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体供給手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。

さらに、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、記録ヘッド１が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

また、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置Ｉを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。

Ｉ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１…インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…カートリッジ、１０…流路形成基板（基板）、１１…隔壁、１２…圧力発生室、１５…連通板、１６…ノズル連通路、１７…第１マニホールド部、１８…第２マニホールド部（凹部）、１９…供給路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、３０…保護基板、４０…ケース部材、４５…コンプライアンス基板、５０…振動板、６０…第１電極、７０…圧電体層、７１…凹部、８０…第２電極、９１…個別配線、９２…共通配線、１００…マニホールド、１２０…フレキシブルケーブル、１２１…駆動回路、１７１…壁、１７２、１７３…端面、１８１…連通狭隘路、１８２…開口部、２７１…柱、２７２…端面、３００…圧電アクチュエーター（圧力発生手段）、３１０…能動部

Claims (8)

1. 液体を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が第１の方向に複数並んで形成された流路形成基板と、
   複数の前記圧力発生室に共通して連通するマニホールドと前記圧力発生室とを連通する流路を有する連通部材と、
   を具備し、
   前記連通部材の前記流路は、前記複数の圧力発生室と一対一で連通する複数の供給路と、これら複数の供給路と連通すると共に前記マニホールドの少なくとも一部を構成する連通流路とを含み、
   前記連通流路の前記供給路側には、複数の連通狭隘路が設けられ、
   該連通狭隘路の前記供給路側とは反対側の開口部の前記第１の方向の開口幅が前記供給路のピッチよりも小さく、
   前記連通狭隘路の前記供給路側とは反対側の前記連通流路に前記第１の方向に沿って液体の流れを発生させる流れ発生機構を具備し、
   前記連通狭隘路は、前記連通部材の厚さ方向及び前記第１の方向と直交する第２の方向の一方側に位置する前記連通部材から、前記第２の方向の他方側へと伸びる壁により画成され、
   前記供給路は、前記連通狭隘路の前記第２の方向の前記一方側の端部と、前記供給路と、の間の距離が、前記連通狭隘路の前記第２の方向の前記他方側の端部と、の間の距離よりも長くなる前記第２の方向における位置において、前記連通狭隘路と連通することを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記連通狭隘路の前記開口部の前記第１の方向と交差する方向の長さが、前記開口部の前記第１の方向の開口幅より大きいことを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記連通狭隘路の前記供給路とは反対側の前記開口部の前記第１の方向の寸法は、３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記連通狭隘路の前記供給路とは反対側の前記開口部の前記第１の方向の寸法は、前記液体中で自然消滅する気泡の寸法であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記流れ発生機構は、前記マニホールド内の液体を循環させる循環機構であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記流れ発生機構は、前記連通狭隘路にトラップされた気泡を前記第１の方向に移動させて除去することが可能なように、前記連通狭隘路の前記開口部の近傍に設けられた循環口から液体の流れを発生させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記連通狭隘路の前記開口部の前記第１の方向の長さと、前記連通狭隘路の前記開口部の前記厚さ方向の長さと、の合計は、前記連通部材の前記厚さ方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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