JP7305947B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

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。

ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドの一例として、特許文献１には、ノズルからインクを吐出するインクジェットプリントヘッドが記載されている。特許文献１のインクジェットプリントヘッドでは、ノズルとそれぞれ接続された複数の圧力室（fluidic chamber）がＬ方向に並んでおり、各圧力室のＬ方向と直交するＷ方向の両端部に、Ｗ方向に延びた絞り流路（fluidic channel）が接続されている。

国際公開公報第2016/193749号

ここで、特許文献１では、絞り流路の流路抵抗はある程度大きいことが必要とされる。しかしながら、絞り流路のＷ方向の長さを長くして、絞り流路の流路抵抗を大きくすると、インクジェットプリントヘッドがＷ方向に大型化してしまう。特に、特許文献１では、圧力室のＷ方向の両端部に、それぞれＷ方向に延びた絞り流路が接続されているため、これらの絞り流路のＷ方向の長さを長くしたときのインクジェットプリントヘッドのＷ方向への大型化は特に顕著なものとなる。

本発明の目的は、圧力室の一方向における両端部に、それぞれ上記一方向に延びた絞り流路が接続された液体吐出ヘッドであって、絞り流路の流路抵抗を大きくしつつも、上記一方向への大型化を極力抑えることが可能な液体吐出ヘッドを提供することである。

本発明の液体吐出ヘッドは、圧力室と、前記圧力室と接続され、前記圧力室と第１方向に重なるノズルと、第１方向と直交する第２方向における前記圧力室の一方側の端に接続され、前記第２方向に延びた第１絞り流路と、前記第２方向における前記圧力室の他方側の端に接続され、前記第２方向に延びた第２絞り流路と、を備え、前記第１絞り流路及び前記第２絞り流路は、前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向の長さが、前記第１方向の長さよりも長く、前記第１絞り流路及び前記第２絞り流路は、前記第３方向の長さが、前記第１方向の長さの２．６倍以上４．３倍以下である。

本発明の実施形態に係るプリンタ１の概略構成図である。 図１のヘッドユニット１１の一部分を示す平面図である。 図２のIII－III線断面図である。 圧力室３０と流入絞り流路３１と流出絞り流路３２の、搬送方向に投影したときの位置関係を示す図である。 搬送方向に延びる長方形断面の流路における、紙幅方向と上下方向の長さの比と、単位長さあたりの流路抵抗との関係を示す図である。 変形例１のヘッドユニット１００の図３と同様の断面での断面図である。 変形例２のヘッドユニット１１０の図３と同様の断面での断面図である。 変形例３のヘッドユニット１２０の図３と同様の断面での断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

＜プリンタ１の概略構成＞
図１に示すように、本実施形態に係るプリンタ１は、２つのインクジェットヘッド２Ａ、２Ｂと、プラテン３と、搬送ローラ４、５とを備えている。インクジェットヘッド２Ａとインクジェットヘッド２Ｂとは、記録用紙Ｐが搬送される搬送方向に並んでおり、インクジェットヘッド２Ｂがインクジェットヘッド２Ａよりも、搬送方向の下流側に位置している。インクジェットヘッド２Ａ、２Ｂは、それぞれ、４つのヘッドユニット１１と、保持部材１２とを備えている。

ヘッドユニット１１は、その下面に形成された複数のノズル１０を有する。複数のノズル１０は、搬送方向と直交する紙幅方向に配列されることによってノズル列９を形成しており、ヘッドユニット１１は、搬送方向に並んだ２列のノズル列９を有する。２列のノズル列９間で、紙幅方向のノズル１０の位置は同じである。なお、以下では、図１に示すように、紙幅方向の右側及び左側を定義して説明を行う。

インクジェットヘッド２Ａにおいては、２列のノズル列９のうち、搬送方向の上流側のノズル列９を構成するノズル１０からブラックインクが吐出され、搬送方向の下流側のノズル列９を構成するノズル１０からイエローインクが吐出される。インクジェットヘッド２Ｂにおいては、搬送方向の上流側のノズル列９を構成するノズル１０からシアンインクが吐出され、搬送方向の下流側のノズル列９を構成するノズル１０からマゼンタインクが吐出される。

また、インクジェットヘッド２Ａ、２Ｂにおいては、４つのヘッドユニット１１のうち、２つずつのヘッドユニット１１が、それぞれ、紙幅方向に間隔をあけて並んでいる。また、４つのヘッドユニット１１のうち、紙幅方向に並んだ２つのヘッドユニット１１と残り２つのヘッドユニット１１とは、搬送方向に間隔をあけて並んでいる。また、搬送方向の上流側に配置された２つのヘッドユニット１１と、下流側に配置された２つのヘッドユニット１１とは、紙幅方向の位置がずれている。そして、搬送方向の上流側に配置されたヘッドユニット１１の一部のノズル１０と、下流側に配置されたヘッドユニット１１の一部ノズル１０とが、搬送方向に重なっている。これにより、４つのヘッドユニット１１の複数のノズル１０が、紙幅方向に記録用紙Ｐの全長にわたって配置されている。すなわち、インクジェットヘッド２Ａ、２Ｂは、紙幅方向に記録用紙Ｐの全長にわたって延びた、いわゆるラインヘッドである。

保持部材１２は、紙幅方向に記録用紙Ｐの全長にわたって延びた長方形の板状の部材である。保持部材１２には、４つのヘッドユニット１１に対応する４つの貫通孔１２ａが形成されている。ヘッドユニット１１の複数のノズル１０は、対応する貫通孔１２ａを介して下側（記録用紙Ｐ側）に露出している。

プラテン３は、インクジェットヘッド２Ａ、２Ｂの下方に配置され、インクジェットヘッド２Ａ、２Ｂの複数のノズル１０と対向している。プラテン３は、記録用紙Ｐを下方から支持する。

搬送ローラ４は、搬送方向におけるインクジェットヘッド２Ａ、２Ｂ及びプラテン３よりも上流側に配置されている。搬送ローラ５は、搬送方向におけるインクジェットヘッド２Ａ、２Ｂ及びプラテン３よりも下流側に配置されている。搬送ローラ４、５は、記録用紙Ｐを搬送方向に搬送する。

そして、プリンタ１では、搬送ローラ４、５により記録用紙Ｐを搬送方向に搬送させながら、インクジェットヘッド２Ａ、２Ｂに複数のノズル１０から記録用紙Ｐに向けてインクを吐出させることによって、記録用紙Ｐへの記録を行う。

＜ヘッドユニット１１＞
次に、ヘッドユニット１１について説明する。図２、図３に示すように、ヘッドユニット１１は、ノズルプレート２１と、流路基板２２（本発明の「流路プレート」）と、圧電アクチュエータ２３と、保護基板２４と、マニホールド部材２５とを備えている。

ノズルプレート２１は、ポリイミドなどの合成樹脂材料からなる。ノズルプレート２１には、上述したような２列のノズル列９を構成する複数のノズル１０が形成されている。

流路基板２２は、シリコン（Ｓｉ）からなり、ノズルプレート２１の上面に配置されている。流路基板２２には、複数の圧力室３０と、複数の第１絞り流路３１と、複数の第２絞り流路３２とが形成されている。

複数の圧力室３０は、複数のノズル１０に対して個別に設けられている。圧力室３０の紙幅方向の２つの内壁面３０ａは、搬送方向における中央部において搬送方向と平行に延びている。また、圧力室３０の内壁面３０ａは、搬送方向の両端部において、それぞれ、搬送方向において圧力室３０の外側に向かうほど、紙幅方向において圧力室３０の中央側に向かうように湾曲している（搬送方向に対して傾いている）。

圧力室３０の中央部は、対応するノズル１０と上下方向に重なっている。これにより、流路基板２２には、複数の圧力室３０が紙幅方向に配列されることによって形成された圧力室列８が、２列のノズル列９に対応して搬送方向に２列に配置されている。

複数の第１絞り流路３１は、複数の圧力室３０に対して個別に設けられている。第１絞り流路３１の搬送方向に投影した形状は、紙幅方向の長さＷ１が上下方向の長さＨ１よりも長い長方形である。具体的には、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１は、上下方向の長さＨ１の２．６倍以上４．３倍である。また、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１及び上下方向の長さＨ１は、それぞれ、搬送方向の位置によらず一定である。

また、搬送方向の上流側の圧力室列８に対応する第１絞り流路３１は、圧力室３０の、搬送方向における下流側（本発明の「第２方向における一方側」）の端に接続され、圧力室３０との接続部分から、搬送方向の下流側に延びている。一方、搬送方向の下流側の圧力室列８に対応する第１絞り流路３１は、圧力室３０の、搬送方向における上流側（本発明の「第２方向における一方側」）の端に接続され、圧力室３０との接続部分から、搬送方向の上流側に延びている。

また、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１は、圧力室３０の紙幅方向の長さＷｃよりも短く、第１絞り流路３１は、圧力室３０の搬送方向における上記一方側の端の、紙幅方向における中央部に接続されている。そして、圧力室３０の内壁面３０ａの、上記のように湾曲して延びた搬送方向の上記一方側の端が、第１絞り流路３１の内壁面３１ａに接続される。

また、第１絞り流路３１の上下方向の長さＨ１は、圧力室３０の上下方向の長さＨｃよりも短く、第１絞り流路３１は、圧力室３０の搬送方向における上記一方側の端の上端部に接続されている。ここで、長さＨ１は、長さＨｃの半分よりも短いことが好ましい。

複数の第２絞り流路３２は、複数の圧力室３０に対して個別に設けられている。図４に示すように、第２絞り流路３２の搬送方向に投影した形状は、紙幅方向の長さＷ２が上下方向の長さＨ２よりも長い長方形である。具体的には、第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２は、上下方向の長さＨ２の２．６倍以上４．３倍以下の長方形である。また、第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２及び上下方向の長さＨ２は、それぞれ、搬送方向の位置によらず一定である。

また、搬送方向の上流側の圧力室列８に対応する第２絞り流路３２は、圧力室３０の、搬送方向における上流側（本発明の「第２方向の他方側」）の端に接続され、圧力室３０との接続部分から、搬送方向の上流側に延びている。一方、搬送方向の下流側の圧力室列８に対応する第２絞り流路３２は、圧力室３０の、搬送方向における下流側（本発明の「第２方向の他方側」）の端に接続され、圧力室３０との接続部分から、搬送方向の下流側に延びている。

また、図４に示すように、第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２は、圧力室３０の紙幅方向の長さＷｃよりも短く、第２絞り流路３２は、圧力室３０の、搬送方向の上記他方側の端の、紙幅方向における中央部に接続されている。そして、圧力室３０の内壁面３０ａのうち、上記のように湾曲して延びた搬送方向の上記他方側の端が、第２絞り流路３２の内壁面３２ａに接続される。

また、図３、図４に示すように、第２絞り流路３２の上下方向の長さＨ２は、圧力室３０の上下方向の長さＨｃよりも短く、第２絞り流路３２は、搬送方向におけるヘッドユニット１１における外側の端の上端部に接続されている。

また、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１と、第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２とは、同じ長さである。また、第１絞り流路３１の上下方向の長さＨ１と、第２絞り流路３２の上下方向の長さＨ２とは同じ長さである。また、第１絞り流路３１の搬送方向の長さＬ１と、第２絞り流路３２の搬送方向の長さＬ２とは同じ長さである。これにより、第１絞り流路３１の流路抵抗と第２絞り流路３２の流路抵抗とが同じである。なお、本実施形態において、第１絞り流路３１の流路抵抗と第２絞り流路３２の流路抵抗とが同じであるとは、第１絞り流路３１の流路抵抗と第２絞り流路３２の流路抵抗とが完全に同じであることのほか、製造時の誤差等により、第１絞り流路３１の流路抵抗と、第２絞り流路３２の流路抵抗とに５％以下の差があることも含む。

ここで、長さＷｃは、例えば６０μｍ以上６５μｍ以下である。また、長さＷ１、Ｗ２は、例えば４０μｍ以上５５μｍ以下である。また、長さＨｃは、例えば１００μｍ以上１４０μｍ以下である。また、長さＨ１、Ｈ２は、例えば２０μｍ以上３０μｍ以下である。また、長さＬ１、Ｌ２は、例えば２０μｍ以上２００μｍ以下である。なお、圧力室３０の搬送方向の長さＬｗは５５０μｍ以上６５０μｍ以下である。

＜圧電アクチュエータ２３＞
圧電アクチュエータ２３は、振動膜４０と、２つの圧電膜４１と、複数の下部電極４２と、複数の上部電極４３とを備えている。

振動膜４０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）などからなる。振動膜４０は、流路基板２２の上端部が酸化又は窒化されることによって形成されたものである。振動膜４０は、複数の圧力室３０を覆っている。

圧電膜４１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を主成分とする圧電材料からなり、振動膜４０の上面に配置されている。２つの圧電膜４１は、２列の圧力室列８に対応しており、対応する圧力室列８を構成する複数の圧力室３０にわたって紙幅方向に延びている。

複数の下部電極４２は、例えば白金（Ｐｔ）からなり、複数の圧力室３０に対して個別に設けられている。下部電極４２は、上下方向に投影した形状が搬送方向を長手方向とする長方形であり、振動膜４０と圧電膜４１との間に配置され、対応する圧力室３０の中央部と上下方向に重なっている。下部電極４２は、グランド電位に保持される。

複数の上部電極４３は、例えば白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）からなり、複数の圧力室３０に対して個別に設けられている。上部電極４３は、上下方向に投影した形状が搬送方向を長手方向とする長方形であり、圧電膜４１の上面に配置され、対応する圧力室３０の中央部と上下方向に重なっている。複数の上部電極４３には、図示しないドライバＩＣにより個別に、グランド電位及び所定の駆動電位のいずれかが選択的に付与される。

そして、圧電アクチュエータ２３は、各圧力室３０と上下方向に重なる部分が、それぞれ、圧力室３０内のインクに圧力を付与する駆動素子４４となっている。

ここで、駆動素子４４を駆動して圧力室３０内のインクに圧力を付与し、ノズル１０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２３では、予め、全ての駆動素子４４の上部電極４３がグランド電位に保持されている。あるノズル１０からインクを吐出させるためには、そのノズル１０に対応する駆動素子４４の上部電極４３の電位を駆動電位に切り換える。すると、下部電極４２と上部電極４３との電位差により、圧電膜４１の下部電極４２と上部電極４３とに挟まれた部分に厚み方向の電界が生じ、圧電膜４１のこの部分が、電界の方向と直交する水平方向に収縮する。これにより、圧電膜４１及び振動膜４０が、圧力室３０側に凸となるように変形し、圧力室３０の容積が小さくなる。その結果、圧力室３０内のインクの圧力が上昇し、圧力室３０に連通するノズル１０からインクが吐出される。そして、インクの吐出後、上記上部電極をグランド電位に戻す。

＜保護基板２４＞
図２、図３に示すように、保護基板２４は、圧電アクチュエータ２３が形成された流路基板２２の上面に配置されている。保護基板２４の下面には、２つの凹部５６が形成されている。２つの凹部５６は、２つの圧力室列８に対応しており、各圧力室列８を構成する複数の圧力室３０にわたって紙幅方向に延びている。そして、各凹部５６と流路基板２２との間に形成される空間に、対応する複数の駆動素子４４が収容される。

また、保護基板２４、振動膜４０及び流路基板２２には、複数の第１接続流路５７と、複数の第２接続流路５８とが形成されている。

複数の第１接続流路５７は、複数の第１絞り流路３１に対して個別に設けられている。第１接続流路５７は、上下方向において、保護基板２４及び振動膜４０の全長と、流路基板２４の上端部とにわたって延びている。そして、第１接続流路５７の下端部は、第１絞り流路３１と同じ高さに位置し、対応する第１絞り流路３１の、搬送方向における圧力室３０と反対側の端部と、第１接続流路５７の下端部とが接続されている。

複数の第２接続流路５８は、複数の第２絞り流路３２に対して個別に設けられている。第２接続流路５８は、上下方向に、保護基板２４及び振動膜４０の全長と、流路基板２４の上端部とにわたって延びている。そして、第２接続流路５８の下端部は、第２絞り流路３２と同じ高さに位置し、対応する第２絞り流路３２の、搬送方向における圧力室３０と反対側の端部と、第２接続流路５８の下端部とが接続されている。

＜マニホールド部材２５＞
マニホールド部材２５は、保護基板２４の上面に配置されている。マニホールド部材２５には、２つの第１マニホールド６１と２つの第２マニホールド６２とが形成されている。

２つの第１マニホールド６１は、２つの圧力室列８に対応している。各第１マニホールド６１は、対応する圧力室列８を構成する複数の圧力室３０と連通する複数の第１接続流路５７にわたって紙幅方向に延びており、これら複数の第１接続流路５７の上端と接続されている。２つの第２マニホールド６２は、２つの圧力室列８に対応している。各第２マニホールド６２は、対応する圧力室列８を構成する複数の圧力室３０と連通する複数の第２接続流路５８にわたって紙幅方向に延びており、これら複数の第２接続流路５８の上端と接続されている。

また、第１マニホールド６１及び第２マニホールド６２は、それぞれ、図示しない流路を介して同じインクタンク６５に接続されている。また、第１マニホールド６１とインクタンク６５との間の流路には、インクタンク６５側から第１マニホールド６１側にインクを送る第１ポンプ６６が設けられている。また、第２マニホールド６２とインクタンク６５との間の流路には、第２マニホールド６２側からインクタンク６５側にインクを送る第２ポンプ６７が設けられている。

そして、第１ポンプ６６及び第２ポンプ６７を駆動させると、インクタンク６５内のインクが、図示しない流路を介して第１マニホールド６１に流れ込み、第１マニホールド６１から複数の第１接続流路５７及び複数の第１絞り流路３１を介して複数の圧力室３０に流入する。また、複数の圧力室３０内のインクが、複数の第２絞り流路３２及び複数の第２接続流路５８を介して、第２マニホールド６２に流出し、第２マニホールド６２から図示しない流路を介してインクタンク６５に戻る。これにより、インクタンク６５とヘッドユニット１１との間でインクが循環する。なお、本実施形態では、第１ポンプ６６と第２ポンプ６７の両方が設けられているが、これらのうち片方のポンプのみが設けられていてもよい。この場合でも、ポンプを駆動させることによって、上述したのと同様にインクを循環させることができる。

また、マニホールド部材２５の上面には、ダンパ膜２６が配置されており、ダンパ膜２６によって、第１マニホールド６１及び第２マニホールド６２が覆われている。そして、ダンパ膜２６の第１マニホールド６１及び第２マニホールド６２と上下方向に重なる部分が変形することによって、第１マニホールド６１及び第２マニホールド６２内のインクの圧力変動が抑えられる。ダンパ膜２６の上面にはダンパ室部材２７が配置されている。ダンパ室部材２７の下面の第１マニホールド６１及び第２マニホールド６２と上下方向に重なる部分には、それぞれ、ダンパ室２７ａが形成されている。ダンパ室２７ａは、ダンパ膜２６の上側への変形を受け入れるための空間である。

＜効果＞
ここで、本実施形態の第１絞り流路３１や第２絞り流路３２のような、搬送方向に延びた流路は、搬送方向と直交する断面の断面積が同じであれば、紙幅方向の長さが長いほど、単位長さあたりの流路抵抗が大きくなる。例えば、搬送方向と直交する断面の形状が長方形の流路では、紙幅方向の長さａと上下方向の長さｂとの比（ａ／ｂ）と、単位長さあたりの流路抵抗Ｒとの関係が、図５に示すような関係となる。図５に示す関係は、下記の式に基づいて得られたものである。この式において、μはインクの粘度（cps）である。また、ｎは自然数であり、ｎを大きくするほど算出される流路抵抗の精度が高くなる。また、tanhは→双極tanのことである。

本実施形態では、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の、紙幅方向の長さが上下方向の長さよりも長い。したがって、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の、紙幅方向の長さと上下方向の長さとを同じとした場合と比較して、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の単位長さあたりの流路抵抗が大きい。これにより、所望の流路抵抗とするために必要な第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向の長さを短くすることができ、ヘッドユニット１１の搬送方向への大型化を抑えることができる。

特に、本実施形態では、圧力室３０の搬送方向における両端に、それぞれ、搬送方向に延びた第１絞り流路３１、及び、搬送方向に延びた第２絞り流路が接続されている。したがって、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向の長さを短くすることができることによる、ヘッドユニット１１の搬送方向のへの大型化を抑える効果は特に高いものとなる。

また、図５から、上記の比（ａ／ｂ）が２以上の範囲で、比（ａ／ｂ）が２未満の範囲よりも、比（ａ／ｂ）の変化に対する単位長さあたりの流路抵抗Ｒの変化が大きくなることがわかる。本実施形態では、第１絞り流路３１の、紙幅方向の長さＷ１が、上下方向の長さＨ１の２倍以上（２．６倍以上４．３倍以下）であり、第２絞り流路３２の、紙幅方向の長さＷ２が、上下方向の長さＨ２の２倍以上（２．６倍以上４．３倍以下）である。したがって、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の単位長さあたりの流路抵抗を十分に大きくして、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向の長さを十分に短くすることができる。

さらに、図５から、上記の比（ａ／ｂ）が２．６以上の場合には、比（ａ／ｂ）が１の場合と比較して、単位長さあたりの流路抵抗Ｒが１０倍以上となることがわかる。本実施形態では、第１絞り流路３１の、紙幅方向の長さＷ１を、上下方向の長さＨ１の２．６倍以上とし、第２絞り流路３２の、紙幅方向の長さＷ２をが、上下方向の長さＨ２の２．６倍以上とする。これにより、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の単位長さあたりの流路抵抗を十分に大きく（比（ａ／ｂ）が１の場合の１０倍以上に）して、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向の長さを十分に短く（比（ａ／ｂ）が１の場合の１０分の１以下に）することができる。

ただし、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向の長さＬ１、Ｌ２が短すぎる（例えば１０μｍ未満である）と、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の形成が困難になる虞がある。具体的に説明すると、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２は、例えば、流路基板２２にエッチングを行うことによって形成する。このとき、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向の長さＬ１、Ｌ２が短すぎると、エッチングの加工ばらつきにより、長さＬ１、Ｌ２にばらつきが生じて、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２において所望の流路抵抗を得られない虞がある。

また、上記の比（ａ／ｂ）が１である場合に、所望の流路抵抗を得るために必要な、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向の長さは、ノズル１０から吐出されるインクの体積、駆動素子４４の駆動周波数、圧力室３０のサイズなどによって変わる。例えば、圧力室３０の各方向の長さＷｃ、Ｈｃ、Ｌｃが上述したような長さであり、ノズル１０から吐出されるインクの体積が４ｐｌ程度であり、駆動素子４４の駆動周波数が１００ｋＨｚ程度であるヘッドユニットにおいて、上記の比（ａ／ｂ）が１である場合に、所望の流路抵抗を得るために必要な、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向の長さが４００μｍ程度必要となることがある。そこで、本実施形態では、第１絞り流路３１の、紙幅方向の長さＷ１を、上下方向の長さＨ１の４．３倍以下とし、第２絞り流路３２の、紙幅方向の長さＷ２をが、上下方向の長さＨ２の４．３倍以下とする。これにより、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向の長さＬ１、Ｌ２が短くなりすぎない（例えば、１０μｍ未満とはならない）ようにすることができる。

また、本実施形態では、圧力室３０内の気泡が圧力室３０の上端部に溜まる。これに対して、本実施形態では、圧力室３０からインクが流出される第２絞り流路３２が、圧力室３０の上端部に接続されている。これにより、圧力室３０内の気泡を、第２絞り流路３２に効率よく排出させることができる。

また、本実施形態のように第２絞り流路３２が圧力室３０の上端部に接続されている場合において、本実施形態と異なり、例えば、第１絞り流路３１が圧力室３０の下端部に接続されていると、上述したようにインクが循環するときには、圧力室３０内において、第１絞り流路３１との接続部分から第２絞り流路３２との接続部分に向かうインクの流れは、上下方向の成分がある程度大きいものとなる。上下方向の成分の大きいインクの流れは、上述したように駆動素子４４を駆動させたときの、振動膜４０及び圧電膜４１の変形を阻害する虞がある。

これに対して、本実施形態では、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の両方が圧力室３０の上端部に接続されている。そのため、上述したようにインクが循環するときに、圧力室３０内において、主に第１絞り流路３１との接続部分から第２絞り流路３２との接続部分に向かうインクの流れは、主に搬送方向の成分を有するものであり、上下方向の成分は小さい。したがって、駆動素子４４を駆動させたときの、振動膜４０及び圧電膜４１の変形が阻害されにくい。

また、本実施形態では、第１絞り流路３１が、第１接続流路５７の下端部に接続されており、第１接続流路５７に第１絞り流路３１よりも下方に位置する部分がない。また、第２絞り流路３２が、第２接続流路５８の下端部に接続されており、第２接続流路５８に第２絞り流路３２よりも下方に位置する部分がない。これにより、第１接続流路５７及び第２接続流路においてインクをよどみにくくすることができる。

また、本実施形態では、第２絞り流路３２は、紙幅方向の長さＷ２及び上下方向の長さＨ２が、搬送方向の位置によらず一定である。したがって、第２絞り流路３２は、搬送方向の位置によらず、単位長さあたりの流路抵抗が一定であり、インクの流速が遅くなる部分ができにくい。これにより、圧力室３０内の気泡を確実に第２絞り流路に排出することができる。また、第２絞り流路３２においてインクをよどみにくくすることができる。

また、本実施形態では、第１絞り流路３１は、紙幅方向の長さＷ１及び上下方向の長さＨ１が、搬送方向の位置によらず一定である。したがって、第１絞り流路３１は、搬送方向の位置によらず、単位長さあたりの流路抵抗が一定であり、インクの流速が遅くなる部分ができにくい。これにより、第１絞り流路３１においてインクをよどみにくくすることができる。

また、本実施形態では、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ１、Ｗ２が、圧力室３０の紙幅方向の長さＷｃよりも短く、紙幅方向において、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２は、圧力室３０よりも外側にはみ出していない。これにより、圧力室３０、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２を配置するのに必要なスペースの紙幅方向の長さを短くすることができる。さらに、紙幅方向に配列される複数の圧力室３０同士の、紙幅方向の間隔を小さくすることができる。

また、上述したようにインクが循環する際に、圧力室３０を第１絞り流路３１から第２絞り流路３２に向かって流れるインクの流速は、紙幅方向の中央部において最も速くなる。本実施形態では、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２が、圧力室３０の紙幅方向の中央部に接続されているため、圧力室３０内のインクが第１絞り流路３１から第２絞り流路３２に向かってスムーズに流れる。

また、本実施形態では、圧力室３０の紙幅方向の内壁面３０ａの搬送方向における両端部が、搬送方向において圧力室３０の外側（第２絞り流路３２側）に向かうほど、紙幅方向において圧力室３０の中央側に向かう（第２絞り流路３２に近づく）ように湾曲した曲面であり、圧力室３０の内壁面３０ａと第２絞り流路３２の内壁面３２ａとが接続されている。これにより、圧力室３０内の気泡が、圧力室３０の内壁面３０ａ及び第２絞り流路３２の内壁面３２ａに沿って流れることで、第２絞り流路３２に到達しやすい。これにより、圧力室３０内の気泡を効率よく第２絞り流路３２に排出させることができる。

また、本実施形態では、１つの流路プレートである流路基板２２に、圧力室３０と第１絞り流路３１と第２絞り流路３２とが形成されている。これにより、ヘッドユニット１１の構造を簡単なものとすることができる。

また、本実施形態では、第１絞り流路３１の流路抵抗と第２絞り流路３２の流路抵抗とが同じである。したがって、第１絞り流路３１から圧力室３０へのインクの流出しやすさと、圧力室３０から第２絞り流路３２へのインクの流出しやすさとが同程度となる。これにより、圧力室３０へのインクの供給不足や、圧力室３０へのインクの過剰供給を生じにくくすることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載の限りにおいて様々な変更が可能である。

上述の実施形態では、圧力室３０の紙幅方向の内壁面３０ａの搬送方向の両端部が、搬送方向において圧力室３０の外側に向かうほど、紙幅方向における圧力室３０の中央側に向かうように湾曲した曲面であったが、これには限られない。

例えば、圧力室３０の紙幅方向の内壁面の搬送方向の両端部は、搬送方向において圧力室３０の外側に向かうほど、紙幅方向において圧力室３０の中央側に向かうように、搬送方向に対して傾斜した平面であってもよい。

また、圧力室３０の搬送方向における第２絞り流路３２側の端部の内壁面のみが、上述したような、搬送方向に対して傾斜した曲面や平面であってもよい。

さらには、圧力室３０は、上下方向に投影した形状が搬送方向を長手方向とする長方形であるなど、上記のような搬送方向に対して傾斜して延びた曲面や平面を有していないものであってもよい。

また、上述の実施形態では、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１及び第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２が、圧力室３０の紙幅方向の長さＷｃよりも短く、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２が、圧力室３０の搬送方向における端部のうち、紙幅方向の中央部に接続されていたが、これには限られない。第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２のうち、少なくともいずれか片方は、圧力室３０の搬送方向における端部のうち、紙幅方向のいずれかの端部と接続されていてもよい。

また、上述の実施形態では、複数の圧力室３０が紙幅方向に配列されることによって圧力室列８を形成しており、これに対応して、複数の第１絞り流路３１及び複数の第２絞り流路３２が、それぞれ、紙幅方向に配列されていたが、これには限られない。複数の圧力室３０同士の位置関係は、上述の実施形態と異なっていてもよい。この場合でも、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１及び第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２が、圧力室３０の紙幅方向の長さＷｃよりも短ければ、圧力室３０、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２を配置するのに必要なスペースの紙幅方向の長さを短くすることができる。

さらには、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１及び第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２が、圧力室３０の紙幅方向の長さＷｃ以上であり、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２が、圧力室３０の搬送方向における端部の、紙幅方向における全域と接続されていてもよい。

また、上述の実施形態では、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１及び上下方向の長さＨ１が、搬送方向の位置によらず一定であったが、これには限られない。第１絞り流路３１の紙幅方向の長さ及び上下方向の長さのうち少なくとも片方が、搬送方向の位置によって異なっていることで、第１絞り流路３１の流路抵抗が、搬送方向の位置によって異なっていてもよい。

また、上述の実施形態では、第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２及び上下方向の長さＨ２が、搬送方向の位置によらず一定であったが、これには限られない。第２絞り流路３２の紙幅方向の長さ及び上下方向の長さのうち少なくとも片方が、搬送方向の位置によって異なっていることで、第２絞り流路３２の流路抵抗が、搬送方向の位置によって異なっていてもよい。

また、上述の実施形態では、第１絞り流路３１の搬送方向における圧力室３０と反対側の端部が、第１接続流路５７の下端部に接続され、第１接続流路５７に第１絞り流路３１よりも下方に位置する部分がない。また、第２絞り流路３２の搬送方向における圧力室３０と反対側の端部が、第２接続流路５８の下端部に接続され、第２接続流路５８に第２絞り流路３２よりも下方に位置する部分がない。しかしながら、これには限られない。例えば、第１接続流路が、第１絞り流路３１よりも下方まで延びていてもよい。また、第２接続流路が、第２絞り流路３２よりも下方まで延びていてもよい。

また、上述の実施形態では、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２が、それぞれ、圧力室３０の上端部に接続されていたが、これには限られない。

例えば、変形例１では、図６に示すように、ヘッドユニット１００において、上述の実施形態と同様、第１絞り流路１０１が、圧力室３０の上端部に接続されている。これに対して、第１絞り流路１０１が、圧力室３０の下端部に接続されている。また、第１接続流路１０２が、上下方向において、保護基板２４、振動膜４０及び流路基板２２の全長にわたって延び、第１絞り流路１０１が、第１接続流路１０２の下端部に接続されている。

変形例１の場合には、第１絞り流路１０１が、圧力室３０の下端部に接続されていることから、第１絞り流路１０１から圧力室３０に気泡を流れ込みにくくすることができる。

変形例２では、図７に示すように、ヘッドユニット１１０において、第１絞り流路１１１及び第２絞り流路１１２が、それぞれ、圧力室３０の下端部に接続されている。また、第１接続流路１１３及び第２接続流路１１４が、それぞれ、上下方向において、保護基板２４、振動膜４０及び流路基板２２の全長にわたって延びている。そして、第１絞り流路１１１が、第１接続流路１１３の下端部に接続され、第２絞り流路１１２が、第２接続流路１１４の下端部に接続されている。

この場合には、第１絞り流路１１１から第２絞り流路１１２に向かって圧力室３０を流れるインクの流れが、主にノズル１０に近い圧力室３０の下端部に生じる。したがって、このインクの流れによって、ノズル１０のインクの乾燥を抑えることができる。

また、上述の実施形態では、１つの流路プレートである流路基板２２に、圧力室３０、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２が形成されていたが、これには限られない。例えば、ヘッドユニットが、流路基板２２の代わりに、上下方向に積層された複数枚の流路プレートを有し、各流路プレートに、圧力室、第１絞り流路及び第２絞り流路の一部分が形成されていてもよい。

また、変形例３では、図８に示すように、ヘッドユニット１２０が、ノズルプレート１２１と流路基板１２２とを備えている。そして、圧力室１３０が、ノズルプレート１２１の上側の部分と流路基板１２２とにわたって形成され、ノズル１０が、ノズルプレート１２１の下側の部分に形成されている。また、第１絞り流路１３１及び第２絞り流路１３２が、ノズルプレート１２１の上側の部分に形成され、圧力室１３０の、搬送方向の端部の下端部に接続されている。また、これに対応して、第１接続流路１３３及び第２接続流路１３４が、上下方向において、保護基板２４、振動膜４０及び流路基板１２２の全長と、ノズルプレート１２１の上側の部分とにわたって延びている。

また、変形例３の場合には、ノズルプレート１２１に、圧力室１３０の下端部と、第１絞り流路１３１と、第２絞り流路１３２とが形成されていることにより、第１絞り流路１３１から第２絞り流路１３２に向かって圧力室１３０を流れるインクの流れが、ノズルプレート１２１に形成された圧力室１３０の下端部に生じる。したがって、このインクの流れによって、ノズル１０のインクの乾燥を抑えることができる。また、変形例３では、流路基板１２２とノズルプレート１２１とにわたって圧力室１３０が形成されているため、流路基板１２２にのみ圧力室が形成される場合と比較して、圧力室の容積を大きくすることができる。

また、変形例３では、ノズルプレート１２１に、第１絞り流路１３１及び第２絞り流路１３２の全体が形成されていたが、これには限られない。例えば、変形例３において、流路基板１２２に第１、第２絞り流路の上半分が形成され、ノズルプレート１２１に第１、第２絞り流路の下半部が形成されている等、第１、第２絞り流路が、ノズルプレート１２１と流路基板１２２とにわたって形成されていてもよい。

また、上述の実施形態では、第１絞り流路３１の流路抵抗と、第２絞り流路３２の流路抵抗とが同じであったが、これには限られない。例えば、第１絞り流路３１と第２絞り流路３２とで、紙幅方向の長さ、搬送方向の長さ、上下方向の長さのうち、少なくとも１つが異なっており、第１絞り流路３１の流路抵抗と、第２絞り流路３２の流路抵抗とが異なっていてもよい。すなわち、第１絞り流路３１の流路抵抗と、第２絞り流路３２の流路抵抗との差が５％よりも大きくてもよい。

また、上述の実施形態では、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の搬送方向に投影した形状が、長方形であったが、これには限られない。第１絞り流路及び第２絞り流路のうち、少なくとも片方の絞り流路の、搬送方向に投影した形状は、紙幅方向の長さが上下方向の長さよりも長い、長方形以外の多角形、長軸方向が紙幅方向と平行な楕円などでもよい。

また、上述の実施形態では、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１が、上下方向の長さＨ１の２．６倍以上４．３倍以下であり、第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２が、上下方向の長さＨ２の２．６倍以上４．３倍以下であったが、これには限られない。

第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１は、上下方向の長さＨ１の２倍以上２．６倍未満であってもよいし、上下方向の長さＨ１の４．３倍よりもさらに長くてもよい。また、第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２は、上下方向の長さＨ２の２倍以上２．６倍未満であってもよいし、上下方向の長さの４．３倍よりもさらに長くてもよい。これらの場合でも、上述したのと同様、第１絞り流路３１及び第２絞り流路３２の単位長さあたりの流路抵抗を十分に大きくすることができる。

さらには、第１絞り流路３１の紙幅方向の長さＷ１は、上下方向の長さＨ１よりも長ければ、上下方向の長さＨ１の２倍未満であってもよい。また、第２絞り流路３２の紙幅方向の長さＷ２は、上下方向の長さＨ２よりも長ければ、上下方向の長さＨ２の２倍未満であってもよい。

また、以上の例は、ヘッドユニットとインクタンクとの間でインクを循環させるものであったが、これには限られない。例えば、上述の実施形態において、第２ポンプ６７によってインクを送る方向を逆にし、第１ポンプ６６によってインクが送られることで、インクタンク６５内のインクが、第１マニホールド６１、第１接続流路５７及び第１絞り流路３１を介して、圧力室３０に供給されるのに加えて、第２ポンプ６７によってインクが送られることで、インクタンク６５内のインクが、第２マニホールド６２、第２接続流路５８及び第２絞り流路３２を介して、圧力室３０に供給されるようにしてもよい。

また、以上では、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、例えば、液体状にした樹脂や金属を吐出する液体吐出ヘッドに本発明を適用することも可能である。

１１ ヘッドユニット
１０ ノズル
２２ 流路基板
３０ 圧力室
３０ａ 内壁面
３１ 第１絞り流路
３２ 第２絞り流路
３２ａ 内壁面
５７ 第１接続流路
５８ 第２接続流路
１００ ヘッドユニット
１０１ 第１絞り流路
１０２ 第２絞り流路
１１０ ヘッドユニット
１１１ 第１絞り流路
１１２ 第２絞り流路
１２０ ヘッドユニット
１２１ 第１絞り流路
１２２ 第２絞り流路
１３０ 圧力室
１３１ 第１絞り流路
１３２ 第２絞り流路

Claims (13)

1. 圧力室と、
   前記圧力室と接続され、前記圧力室と第１方向に重なるノズルと、
   第１方向と直交する第２方向における前記圧力室の一方側の端に接続され、前記第２方向に延びた第１絞り流路と、
   前記第２方向における前記圧力室の他方側の端に接続され、前記第２方向に延びた第２絞り流路と、を備え、
   前記第１絞り流路及び前記第２絞り流路は、
   前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向の長さが、前記第１方向の長さよりも長く、
   前記第１絞り流路及び前記第２絞り流路は、
   前記第３方向の長さが、前記第１方向の長さの２．６倍以上４．３倍以下であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第１絞り流路及び前記第２絞り流路は、前記第２方向に投影した形状が、前記第３方向を長手方向とする長方形であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 圧力室と、
   前記圧力室と接続され、前記圧力室と第１方向に重なるノズルと、
   第１方向と直交する第２方向における前記圧力室の一方側の端に接続され、前記第２方向に延びた、前記圧力室に液体を流入させるための第１絞り流路と、
   前記第２方向における前記圧力室の他方側の端に接続され、前記第２方向に延びた、前記圧力室から液体が流出される第２絞り流路と、を備え、
   前記第１絞り流路及び前記第２絞り流路は、
   前記第１方向及び前記第２方向のいずれとも直交する第３方向の長さが、前記第１方向の長さよりも長く、
   前記第１方向は、鉛直方向であって、
   前記第１絞り流路は、
   前記圧力室よりも前記第１方向の長さが短く、
   前記圧力室の前記第２方向における前記一方側の端の下端部に接続され、
   前記第２絞り流路は、
   前記圧力室よりも前記第１方向の長さが短く、
   前記圧力室の前記第２方向における前記他方側の端の上端部に接続されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 前記第１絞り流路は、
   前記圧力室よりも前記第１方向の長さが短く、
   前記圧力室の前記第２方向における前記一方側の端の上端部に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１方向が鉛直方向であって、
   前記第１方向に延びた流路であって、下端において前記第１絞り流路の前記第２方向における前記一方側の端に接続された第１接続流路と、
   前記第１方向に延びた流路であって、下端において前記第２絞り流路の前記第２方向における前記他方側の端に接続された第２接続流路と、を備え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液体吐出ヘッド。
6. 前記第１絞り流路は、
   前記圧力室に液体を流入させるための流路であり、
   前記第２絞り流路は、
   前記圧力室から液体が流出される流路であり、
   前記第２方向の位置によらず、前記第１方向の長さ及び前記第３方向の長さがそれぞれ一定であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第１絞り流路は、
   前記第２方向の位置によらず、前記第１方向の長さ及び前記第３方向の長さがそれぞれ一定であることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第１絞り流路の前記第３方向の長さ、及び、前記第２絞り流路の前記第３方向の長さが、前記圧力室の前記第３方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記第３方向に配列された複数の前記圧力室と、
   複数の前記圧力室に接続された複数の前記ノズルと、
   複数の前記圧力室に接続された複数の第１絞り流路と、
   複数の前記圧力室に接続された複数の第２絞り流路と、を備えていることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記第１絞り流路は、
    前記圧力室に液体を流入させるための流路であり、
    前記圧力室の前記第２方向の前記一方側の端の、前記第３方向における中央部に接続され、
    前記第２絞り流路は、
    前記圧力室から液体が流出される流路であり、
    前記圧力室の前記第２方向の前記他方側の端の、前記第３方向における中央部に接続されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記第１絞り流路は、前記圧力室に液体を流入させるための流路であり、
    前記第２絞り流路は、前記圧力室から液体が流出される流路であり、
    前記圧力室の前記第３方向の内壁面の前記第２方向における前記他方側の部分は、前記第２方向の前記他方側に向かうほど、前記第３方向において前記第２絞り流路に近づくように、前記第２方向に対して傾いて延びて、前記第２絞り流路の前記第３方向の内壁面に接続されていることを特徴とする請求項８～１０のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記圧力室と前記第１絞り流路と前記第２絞り流路とを有する１つの流路プレート、を備えていることを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記第１絞り流路と前記第２絞り流路の流路抵抗が同じであることを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。

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