JP7326900B2

JP7326900B2 - 液体吐出ヘッド

Info

Publication number: JP7326900B2
Application number: JP2019109784A
Authority: JP
Inventors: 寛片山; 祥平小出; 啓太杉浦; 啓太平井
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2039-06-12
Also published as: US11254140B2; US20200391509A1; JP2020199734A

Description

本発明は、インクなどの液体を媒体に向けて吐出する液体吐出ヘッドに関する。

液体を吐出する液体吐出ヘッドとして、循環型のインクジェットヘッドが知られている。例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、共通液室から流れ出たインクが、個別液室（圧力室）、ノズル通路（ディセンダ流路）を通って、ノズルから噴射される。そして、ノズルから噴射されなかったインクは、排出流路を通って循環共通液室に流れる。このように、ノズル付近にインクの流れを生じさせることによって、ノズル近傍のインクの乾燥を防いでいる。

特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいて、排出流路は、上下方向に延びるノズル通路に接続されて水平方向に延びる循環液室と、循環液室よりも流路断面積の小さい抵抗部とを有している。そして、ノズル内部のインクを、ノズル付近のインクの流れによって効率よく攪拌するために、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、ノズルの少なくとも一部が上下方向においてノズル通路と重なるようにノズルを配置している。

特開２０１７－６５２４９号公報

循環型のインクジェットヘッドは、ノズル近傍のインクの乾燥を防ぐだけではなく、ノズルからエアが侵入した場合において、エアをインクの流れを利用してエアを除去できることが知られている。本願の発明者らは、鋭意検討の結果、特許文献１に開示されているような位置にノズルを配置した場合には、ノズルから侵入したエアが、ノズル付近のインクの流れによって排出されにくくなることを見いだし、本発明に至った。

本発明の目的は、循環型の液体吐出ヘッドであって、ノズルから侵入したエアが、ノズル付近のインクの流れによって排出されやすい液体吐出ヘッドを提供することである。

本発明の態様に従えば、液体吐出ヘッドであって、
第１方向に延在する第１共通流路と、
前記第１方向に延在する第２共通流路と、
前記第１方向に並んだ複数の圧力室及び前記第１方向に並んだ複数のノズルを有する複数の個別流路であって、各個別流路が、
前記第１共通流路と前記複数の圧力室の１つを連通する供給部分と、
前記第１方向と交差する第２方向に延在して、前記第２方向上流側にある前記複数の圧力室の１つと前記第２方向下流側にある前記複数のノズルの１つとを連通するディセンダ部分と、
前記ディセンダ部分から分岐して前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に延在して、前記第２共通流路に連通する帰還部分とを有する個別流路と、を備え、
前記各帰還部分は、
前記第３方向の下流端が前記第２共通流路に繋がる絞り部分と、
前記第３方向の上流端が前記ディセンダ部分に繋がり、下流端が前記絞り部分に繋がる幅広部分であって、前記第３方向に垂直な面の断面積が前記絞り部分の断面積よりも大きい幅広部分とを有し、
前記各ノズルは、前記第２方向において前記幅広部分と重なる位置にあり、
前記各ノズルの中心から、前記絞り部分と前記幅広部分との接続位置である絞り開始位置までの前記第３方向の距離をＬ１とし、
前記各ディセンダ部分の前記第２方向に直交する断面における中心を通り、且つ、前記第２方向に平行な中心線から、前記各ノズルの中心までの前記第３方向の距離をＬ２としたとき、
Ｌ２＞Ｌ１
であり、
前記距離Ｌ２と、前記距離Ｌ１は、
Ｌ２＞２×Ｌ１
であることを特徴とする液体吐出ヘッドが提供される。

上記構成において、各ノズルの中心から、前記絞り部分と前記幅広部分との接続位置である絞り開始位置までの前記第３方向の距離Ｌ１は、各ディセンダ部分の前記第２方向に直交する断面における中心を通り、且つ、前記第２方向に平行な中心線から、前記各ノズルの中心までの前記第３方向の距離Ｌ２よりも短い。これにより、ノズルの第２方向の上流側の位置において、第２方向の下流側に向かう液体の流れの成分を抑えることができる。これにより、ノズルからエアが侵入した場合であっても、ノズルの第２方向の上流側の位置において、第２方向の下流側に向かう液体の流れによって、エアがノズルの第２方向の上流側の位置に滞留することを抑制することができ、エアを効率よく取り除くことができる。

図１はインクジェットプリンタの概略を示す平面図である。図２はインクジェットヘッドの平面図である。図３（ａ）、（ｂ）は第１実施形態に係るインクジェットヘッドの概略断面図である。図４（ａ）は図３（ａ）の部分拡大図であり、図４（ｂ）はその上面図である。図５は、流路を流れるインクの流速について説明するための概略図である。図６（ａ）は変更形態における図４（ａ）相当図であり、図６（ｂ）は変更形態における図４（ｂ）相当図である。

＜プリンタの全体構成＞
図１に示すように、本開示の実施形態に係るプリンタ１は、インクジェットヘッド２、ヘッドユニット３、プラテン４、搬送ローラ５、６、コントローラ７を主に備えている。
以下では、図１に示すように、記録用紙Ｐが搬送される方向を搬送方向として、その上流側及び下流側を定義する。また、搬送される記録用紙Ｐの紙幅方向を左右方向として、その右側及び左側を定義する。搬送方向と左右方向は水平面に平行な方向であり、且つ、互いに直交する方向である。

インクジェットヘッド２は、いわゆるライン型のインクジェットヘッドであり、８つのヘッドユニット３を有する。また、後述のように、インクジェットヘッド２は循環型のインクジェットヘッドである。図１に示されるように、８つのヘッドユニット３は搬送方向及び左右方向において、千鳥状に配置されている。各ヘッドユニット３は、その下面に形成された複数のノズル４５からインクを吐出する。インクジェットヘッド２には、ドライバＩＣ８が設けられている。後述のように、コントローラ７がドライバＩＣ８を制御することにより、所望のノズル４５からインクが吐出される。

プラテン４は、インクジェットヘッド２の下面と対向するように配置されている。プラテン４は、左右方向に記録用紙Ｐの紙幅方向の全長にわたって延びている。プラテン４は、記録用紙Ｐを下方から支持する。搬送ローラ５、６は、それぞれ、記録用紙Ｐの搬送方向の上流側及び下流側に配置され、記録用紙Ｐを搬送方向に搬送する。

プリンタ１においては、コントローラ７が搬送ローラ５，６に設けられた不図示のモータを制御して、搬送ローラ５、６に、記録用紙Ｐを搬送方向に所定距離ずつ搬送させる。コントローラ７は、記録用紙Ｐが搬送される毎に、インクジェットヘッド２の複数のノズル４５からインクを吐出させる。これにより、プリンタ１は記録用紙Ｐへの印刷を実行する。

＜ヘッドユニット３＞
次に、インクジェットヘッド２のヘッドユニット３について説明する。図２、３（ａ）に示すように、各ヘッドユニット３は、ノズル４５及び圧力室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＞
図３（ａ），（ｂ）に示されるように、流路ユニット２１は、上下方向に積層された１０枚のプレート１０１～１１０を有する。上下方向は、本開示の第２方向に対応する。図２に示されるように、流路ユニット２１には、６つの供給マニホルド４６と、６つの帰還マニホルド４７と、複数の個別流路３０と、複数の個別流路３０に形成された複数の圧力室４０及び複数のノズル４５を有する。各個別流路３０は、それぞれ、供給部分４１と、ディセンダ部分４２（図３（ａ）参照）と、帰還部分４３とを有する。なお、図面を見やすくするために、図２において帰還部分４３は実線で図示されている。

プレート１０１には、複数の圧力室４０が形成されている。圧力室４０は、搬送方向を長手方向とする略矩形の形状を有している。また、複数の圧力室４０は、搬送方向に並んだ６つの圧力室列１１９を構成している。各圧力室列１１９は、左右方向に延在している。隣り合う２つの圧力室列１１９において、圧力室４０の左右方向の位置がずれている。

複数の供給部分４１は、プレート１０２、１０３にまたがって形成されている。各供給部分４１は圧力室４０の１つと供給マニホルド４６とを繋ぐ流路である。各供給部分４１の一端は、圧力室４０の搬送方向の上流側端部に形成された開口４０ａを通じて圧力室４０に接続されている。各供給部分４１の他端は、供給口４１ａ（本開示の供給口の一例）を通じて供給マニホルド４６と接続されている。供給部分４１の断面積は、ディセンダ部分４２の断面積と比べて小さい。供給部分４１は、圧力室４０の搬送方向の上流側端部と接続され、圧力室４０との接続部分から搬送方向の上流側に延びている。

複数のディセンダ部分４２は、プレート１０２～１０９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。各ディセンダ部分４２は、圧力室４０の１つと、ノズル４５とを接続する流路の一部であり、圧力室４０の搬送方向の下流側端部から下方に延びている。ディセンダ部分４２の下端は、搬送方向に延びる帰還部分４３に繋がっている。

複数の帰還部分４３は、プレート１０９に形成されている。各帰還部分４３は、ディセンダ部分４２の１つと帰還マニホルド４７とを繋ぐ流路である。帰還部分４３は、プレート１０９に形成されたディセンダ部分４２との接続部分から搬送方向上流側に延びている。また、帰還部分４３は、プレート１０９に形成された帰還口４３ａ（本開示の帰還口の一例）を通じて帰還マニホルド４７に接続されている。なお、帰還口４３ａの開口面積は、供給口４１ａの開口面積よりも大きい。また、帰還部分４３は、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとを備える。幅広部４３Ｗの上下方向の長さＨ１（以下、高さＨ１とも呼ぶ）は、絞り部４３Ｓの高さＨ２よりも大きい（図４（ａ）参照）。本実施形態においては、幅広部４３Ｗの高さＨ１は約３０μｍであり、絞り部４３Ｓの高さＨ２は約１５μｍである。つまり、幅広部４３Ｗの高さＨ１は、絞り部４３Ｓの高さＨ２の２倍である。

図３（ａ）、４（ａ）に示されるように、複数のノズル４５は、プレート１１０の、上下方向において幅広部４３Ｗと重なる位置に形成されている。図４（ａ）に示されるように、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの搬送方向の距離Ｌ１は、ノズル４５の中心線Ｃ１からディセンダ部分４２の中心線Ｃ２までの搬送方向の距離Ｌ２よりも短い（Ｌ１＜Ｌ２）。また、幅広部４３Ｗとディセンダ部分４２との境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｄ１は、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｌ１よりも短い（Ｄ１＜Ｌ１）。本実施形態では、ノズル４５の中心線Ｃ１からディセンダ部分４２の中心線Ｃ２までの搬送方向の距離Ｌ２は、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｌ１の２倍に設定されている。また、ノズル４５の内径Φは、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界部分の段差の高さ（Ｈ１－Ｈ２）よりも大きい。なお、ノズル４５の内径は、プレート１１０の下面の開口の径として定義される。本実施形態では、ノズル４５の内径Φは約１７μｍであり、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界部分の段差の高さ（Ｈ１－Ｈ２）は約１５μｍである。また、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの搬送方向の距離Ｌ１は７０μｍ～８０μｍであり、ノズル４５の中心線Ｃ１からディセンダ部分４２の中心線Ｃ２までの搬送方向の距離Ｌ２は１２０μｍ～１３０μｍであり、幅広部４３Ｗとディセンダ部分４２との境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｄ１は１０～２０μｍである。

図３（ａ）に示されるように、供給マニホルド４６は、プレート１０４に形成されている。図２に示されるように、６つの供給マニホルド４６は、それぞれ、左右方向に延び、搬送方向に間隔をあけて並んでいる。６つの供給マニホルド４６は、６列の圧力室列１１９に対応しており、各供給マニホルド４６は、対応する圧力室列１１９を構成する複数の圧力室４０と、供給部分４１を介して接続されている。各供給マニホルド４６の左右方向左側の端部には、供給ポート１２８が設けられている。そして、図示しないインクタンクに貯留されたインクが、供給ポート１２８から供給マニホルド４６に供給される。これにより、供給マニホルド４６においては、左右方向の左側から右側に向かってインクが流れ、各供給部分４１を通って各圧力室４０へインクが供給される。

図３（ａ）に示されるように、帰還マニホルド４７は、プレート１０７、１０８に形成されている。図２に示されるように、６つの帰還マニホルド４７は、それぞれが左右方向に延び、搬送方向に間隔をあけて並んでいる。各帰還マニホルド４７の左右方向における左側の端部には、回収ポート１２９が設けられている。回収ポート１２９には、図示しないインクタンクが接続されている。図３（ａ），（ｂ）に示されるように、帰還マニホルド４７は、供給マニホルド４６よりも下方に位置し、供給マニホルド４６と上下方向に重なっている。また、６つの帰還マニホルド４７は、６列の圧力室列１１９に対応しており、各帰還マニホルド４７は、対応する圧力室列１１９を構成する複数の圧力室４０と、ディセンダ部分４２及び帰還部分４３を通じて接続されている。帰還マニホルド４７においては、各個別流路３０の帰還部分４３から、ノズル４５から吐出されなかったインクが流れ込み、左右方向の右側から左側に向かってインクが流れ、回収ポート１２９からインクが回収される。回収ポート１２９から流出したインクは、図示しないインクタンクに戻される。

なお、図２に示されるように、供給マニホルド４６と帰還マニホルド４７の左右方向の右端には、供給マニホルド４６と帰還マニホルド４７とを繋ぐ連通流路５０が形成されている。連通流路５０は、ノズル４５と連通していない点を除いて、個別流路３０と同じ形状を有しているので、詳しい説明は省略する。

本実施形態では、インク供給口１２８とインクタンクとの間の流路の途中、又は、回収ポート１２９とインクタンクとの間の流路の途中に、不図示のポンプが設けられている。不図示のポンプが駆動されることにより生じるインクの流れによって、インクジェットヘッド２と図示しないインクタンクとの間でインクが循環する。なお、本実施形態においては、供給マニホルド４６を流れるインクにかかる圧力が、帰還マニホルド４７を流れるインクにかかる圧力よりも大きくなるようにしている。これにより、供給マニホルド４６から帰還マニホルド４７へと向かうインクの流れが形成される。

また、流路ユニット２１には、プレート１０５の下側の部分とプレート１０６の上側の部分にまたがって延び、供給マニホルド４６及び帰還マニホルド４７と上下方向に重なるダンパ１３０が形成されている。そして、プレート１０６の下端部によって形成される、供給マニホルド４６とダンパ１３０とを隔てる隔壁が変形することにより、供給マニホルド４６内のインクの圧力変動が抑制される。また、プレート１０５の上端部によって形成される、帰還マニホルド４７とダンパ１３０とを隔てる隔壁が変形することにより、帰還マニホルド４７内のインクの圧力変動が抑制される。

＜圧電アクチュエータ＞
図３（ａ）に示されるように、圧電アクチュエータ２２は、２つの圧電層１４１、１４２と、共通電極１４３と、複数の個別電極１４４とを有する。圧電層１４１、１４２は、圧電材料によって形成される。例えば、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を用いることができる。圧電層１４１は、流路ユニット２１の上面に配置され、圧電層１４２は圧電層１４１の上面に配置されている。なお、圧電層１４１は、圧電材料以外の絶縁性材料で形成されていてもよい。

共通電極１４３は、圧電層１４１と圧電層１４２との間に配置され、圧電層１４１、１４２の全域にわたって連続的に延びている。共通電極１４３はグランド電位に保持されている。複数の個別電極１４４は、複数の圧力室４０に対して個別に設けられている。個別電極１４４は、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。複数の個別電極１４４の接続端子１４４ａは、図示しない配線部材を介してドライバＩＣ８（図１参照）に接続されている。そして、複数の個別電極１４４には、ドライバＩＣ８により個別に、グランド電位及び駆動電位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１４３と複数の個別電極１４４とがこのように配置されるのに対応して、圧電層１４２の各個別電極１４４と共通電極１４３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となっている。

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。本実施形態では、以下の説明のように、いわゆる引きうちによってインクが吐出される。以下の制御は、コントローラ７（図１参照）がドライバＩＣ８を制御して、共通電極１４３及び個別電極１４４の電位を制御することにより実行される。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、共通電極１４３と同じグランド電位に保持され、全ての個別電極１４４がグランド電位と異なる駆動電位に保持されている。このとき、圧電層１４１、１４２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している。

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に対応する個別電極１４４の電位をグランド電位に切り換える。これにより、圧電層１４１、１４２の圧力室４０と上下方向に重なる部分の変形が元にもどり、圧力室４０の容積が大きくなる。その後、再び個別電極１４４の電位を駆動電位に切り替えることで再び圧電層１４１、１４２の圧力室４０と上下方向に重なる部分が圧力室４０側に凸になるように変形する。これにより、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。ノズル４５からインクが吐出された後も、個別電極１４４の電位は駆動電位に維持される。

＜幅広部４３Ｗにおけるインクの流れについて＞
次に、図５を参照しつつ、ディセンダ部分４２から幅広部４３Ｗに向かって流れるインクの流れについて検討する。ある位置を流れるインクの、下向きの流速成分Ｖに対する、搬送方向上流側に向かう向きの流速成分Ｗ（以下、単に横向きの流速成分Ｗという）の比を、その位置における流速比Ｒ（＝Ｗ／Ｖ）として定義する。例えば、ディセンダ部分４２の上下方向の略中央においては、インクは上下方向の下向きに向かって流れている。そのため、下向きの流速成分Ｖと比べて、横向きの流速成分Ｗは非常に小さくなる。言い換えると、流速比Ｒはゼロに近い値になる。これに対して、ディセンダ部分４２と幅広部４３との境界付近においては、インクの流れの向きは、上下方向の下向きから横向きへと徐々に変わる。それにつれて、下向きの流速成分Ｖが徐々に小さくなり、横向きの流速成分Ｗが徐々に大きくなる。つまり、流速比Ｒが徐々に大きくなる。そして、絞り部４３Ｓにおいては、インクは横向きに流れているため、下向きの流速成分Ｖと比べて、横向きの流速成分Ｗは非常に大きくなる。これにより、流速比Ｒは、ディセンダ部分４２と幅広部４３との境界付近と比べてさらに大きくなる。なお、幅広部４３Ｗの、上下方向においてノズル４５と重なる位置（以下、ノズル４５の直上位置と呼ぶ）における下向きの流速成分Ｖと、横向きの流速成分Ｗの一例を以下に示す。インク流量は、約２３０ｎｌ／ｓｅｃである。以下に示す数値はあくまでも一例に過ぎない。本実施形態のように、ノズル４５がディセンダ部分４２と上下方向において重なっておらず、ノズル４５がディセンダ部分４２の搬送方向上流側の端（ディセンダ部分４２と幅広部４３との境界）よりもさらに搬送方向の上流側に位置する場合には、ノズル４５の直上位置における下向きの流速成分Ｖは約０．２ｍｍ／ｓであり、横向きの流速成分Ｗは約３５ｍｍ／ｓである。このとき、流速比Ｒは約１７５である。また、本実施形態と異なり、ノズル４５の一部がディセンダ部分４２の搬送方向上流側の端（ディセンダ部分４２と幅広部４３との境界）と上下方向において重なる場合には、ノズル４５の直上位置における下向きの流速成分Ｖは約１．１ｍｍ／ｓであり、横向きの流速成分Ｗは約２９ｍｍ／ｓである。このとき、流速比Ｒは約２６である。また、ディセンダ部分４２の中心とのノズル４５が上下方向において重なる場合には、ノズル４５の直上位置における下向きの流速成分Ｖは約０．９ｍｍ／ｓであり、横向きの流速成分Ｗは約８．１ｍｍ／ｓである。このとき、流速比Ｒは約９である。

上述のように、本実施形態においては、ノズル４５は幅広部４３Ｗに設けられている。言い換えると、ノズル４５の少なくとも一部が上下方向において幅広部４３Ｗと重なる位置に設けられている。例えばインクを吐出した後などに、ノズル４５のインクのメニスカスが振動することがあり、その際に、ノズル４５からエアが侵入することがある。侵入したエアにより生じた気泡が流路内に存在すると、インクを吐出するために圧電アクチュエータ２２から加えられた圧力の一部が、気泡を収縮させることに費やされてしまう。その場合には、インクを吐出するための圧力が不足して、吐出不良が発生する恐れがある。そのため、ノズル４５から侵入したエアの気泡は、できるだけ速やかに取り除くことが好ましい。特に、ノズル４５の近傍に気泡がある場合には、そのノズル４５が吐出不良となる可能性が非常に高くなるため、速やかに取り除く必要がある。

本実施形態のインクジェットヘッド２は、いわゆる循環型のインクジェットヘッドである。本実施形態のインクジェットヘッド２においては、ノズル４５から侵入したエアの気泡を、帰還部分４３（幅広部４３Ｗ）を流れるインクによって、帰還マニホルド４７へ向かって押し流すことができる。

上述のように、ある位置での流速比Ｒは、その位置での下向きの流速成分Ｖに対する、横向きの流速成分Ｗの比として定義されている。そのため、流速比Ｒは、横向きの流速成分Ｗが大きくなるにつれて大きくなり、下向きの流速成分Ｖが小さくなるほど大きくなる。ノズル４５の近傍において、インクの下向きの流速成分Ｖが大きくなると、ノズル４５に侵入したエアの気泡が、下向きのインクの流れによって上から押さえつけられてしまう。そのため、下向きの流速成分Ｖが小さい場合と比べて、エアの気泡がノズル４５の近傍にとどまる可能性が高くなる。発明者らの検討によると、ノズル４５から侵入したエアの気泡を、帰還マニホルド４７へ向かって効率よく押し流すという観点では、ノズル４５の直上位置において流速比Ｒが３０より大きいことが好ましいことがわかった。さらに発明者らは、インクの流れのシミュレーションを行い、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｌ１を、ノズル４５の中心線Ｃ１からディセンダ部分４２の中心線Ｃ２までの左右方向の距離Ｌ２よりも短くすることが、流速比Ｒを大きくするために有効であることを見いだした。そして、さらなる検討を行い、ノズル４５の中心線Ｃ１からディセンダ部分４２の中心線Ｃ２までの左右方向の距離Ｌ２を、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｌ１の２倍以上に設定することが、流速比Ｒを大きくするためにさらに有効であることを見いだした。発明者らは、ディセンダ流路、幅広部分、絞り部分の形状及びノズルの配置についてもインクの流れのシミュレーションに基づいた検討を行い、これらの形状及び配置を決定した。

本実施形態においては、上述のように、ノズル４５の中心線Ｃ１からディセンダ部分４２の中心線Ｃ２までの搬送方向の距離Ｌ２は、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｌ１の２倍に設定されている。また、幅広部４３Ｗの高さＨ１は、絞り部４３Ｓの高さＨ２の２倍に設定されている。さらに、幅広部４３Ｗとディセンダ部分４２との境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｄ１は、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｌ１よりも短くなるように設定されている。本実施形態においては、ディセンダ部分４２、幅広部４３Ｗ、絞り部４３Ｓの形状を上記のように調整することにより、幅広部４３Ｗの、ノズル４５の直上位置における流速比Ｒを約１７５にすることができた。なお、このときのインク流量は約２３０ｎｌ／ｓｅｃである。このとき、ノズル４５から侵入したエアの気泡の除去率は９９．９％である。これにより、ノズル４５から侵入したエアによる気泡を、ほぼ全て除去することができる。なお、上述のように、ディセンダ部分４２の中心とノズル４５が上下方向において重なる場合には、流速比Ｒは約９であった。このときには、ノズル４５から侵入したエアの気泡の除去率は８８％である。

なお、圧力室４０において発生した圧力波は、ディセンダ部分４２を通って幅広部４３Ｗへと進行し、絞り部４３Ｓへと進行する。圧力室４０において発生した圧力波は、圧力室４０から遠くなるにつれて弱くなる。幅広部４３Ｗは、搬送方向下流側において、幅広部４３Ｗよりも断面積の大きいディセンダ部分４２と接続され、搬送方向上流側において幅広部４３Ｗよりも断面積の小さい絞り部４３Ｓに接続されている。幅広部４３Ｗにおいては、圧力室４０及びディセンダ部分４２に近い搬送方向下流側の方が、絞り部４３Ｓに近い搬送方向上流側と比べて、圧力波が弱まっていない。本実施形態においては、上述のように、幅広部４３Ｗとディセンダ部分４２との境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｄ１は、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界からノズル４５の中心線Ｃ１までの距離Ｌ１よりも短くなるように設定されている。これにより、ノズル４５の直上位置における圧力波が弱くなりすぎることを防ぐことができ、ノズル４５からのインクの吐出不良を防ぐことができる。

また、幅広部４３Ｗの高さＨ１と絞り部４３Ｓの高さＨ２との差が小さい場合には、幅広部４３Ｗに進行した圧力波の大部分が絞り部４３Ｓを通って逃げてしまう。幅広部４３Ｗに設けられたノズル４５からのインクの吐出力を向上させるためには、幅広部４３Ｗの高さＨ１を絞り部４３Ｓの高さＨ２の２倍以上に設定することが好ましい。本実施形態では、上述のように、幅広部４３Ｗの高さＨ１は、絞り部４３Ｓの高さＨ２の２倍に設定されている。これにより、幅広部４３Ｗに設けられたノズル４５からのインクの吐出力が損なわれることを抑制することができる。

また、ノズル４５からエアが侵入することを考えると、気泡の大きさはノズル４５の内径程度であることが考えられる。本実施形態においては、ノズル４５の内径Φは約１７μｍである。このとき、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界部分の段差の高さ（Ｈ１－Ｈ２）が気泡の大きさよりも大きい場合には、この段差に気泡が引っかかって気泡が絞り部４３Ｓに向かって流れにくくなる恐れがある。そこで、本実施形態においては上述のように、ノズル４５の内径Φが約１７μｍであるのに対して、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界部分の段差の高さ（Ｈ１－Ｈ２）は約１５μｍに設定されている。これにより、段差に気泡が引っかかって気泡が絞り部４３Ｓに向かって流れにくくなることを抑制することができる。

また、ディセンダ部分４２における、上下方向の下側に向かう流速成分Ｖは、幅広部４３Ｗにおける上下方向の下側に向かう流速成分Ｖよりも大きい。このことを鑑みると、ディセンダ部分４２の搬送方向の端部と、上下方向において重なる領域は、幅広部４３Ｗと上下方向において重なる領域と比べて、上下方向の下側に向かう流速成分Ｖが大きくなる。そこで、本実施形態においては、ノズル４５の左右方向の全ての範囲にわたって、上下方向においてディセンダ部分４２の左右方向の端部と重ならない位置に配置されている。言い換えると、ノズル４５は、上下方向において、ディセンダ部分４２と全く重なっていない。ノズル４５をこのように配置することにより、下側に向かうインクの流れによって気泡がノズル４５の近傍に滞留することを抑制することができる。

＜変更形態＞
以上説明した実施形態は、あくまで例示に過ぎず、適宜変更しうる。例えば、圧力室の数、配置、形状、ピッチ等は任意に設定することができ、それに合わせて、個別電極及びノズルの数、配置、形状、ピッチ等を調整することができる。また、上記実施形態におけるノズル４５の内径、幅広部４３Ｗ及び絞り部４３Ｓの高さ等はあくまでも一例として記載したものであり、本発明はこれに限定されず適宜変更しうる。

例えば、上記実施形態においては、幅広部４３Ｗは絞り部４３Ｓよりも上下方向における長さ（高さ）が大きい例が開示されていた。しかしながら、本発明はそのような態様には限定されない。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、幅広部１４３Ｗの高さＨ１と絞り部１４３Ｓの高さＨ２とが同じであってもよい。この場合において、図６（ｂ）に示されるように、幅広部１４３Ｗの左右方向の長さ（幅Ｗ１）は、絞り部１４３Ｓの左右方向の長さ（幅Ｗ２）よりも大きい。この場合には、幅広部１４３Ｗの上面と、絞り部１４３Ｓの上面とが面一となり、上下方向の段差がない。そのため、ノズル４５から侵入したエアによる気泡が上下方向の段差に引っかかる恐れがない。なお、この場合において、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界部分において、搬送方向に段差が生じる。そこで、この段差の搬送方向の長さ（Ｗ１－Ｗ２）／２の大きさを、ノズル４５の内径Φよりも小さくすることもできる。例えば、幅広部１４３Ｗの左右方向の長さＷ１を約１４０μｍ～１６０μｍとし、絞り部１４３Ｓの左右方向の長さＷ２を約７０μｍ～８０μｍとすることができる。これにより、幅広部４３Ｗと絞り部４３Ｓとの境界部分における搬送方向の段差に気泡が引っかかることを抑制することができる。なお、幅広部の上下方向の長さ（高さＨ１）を絞り部の上下方向の長さ（高さＨ２）よりも大きくし、且つ、幅広部の搬送方向の長さ（幅Ｗ１）を絞り部搬送方向の長さ（幅Ｗ２）よりも大きくすることもできる。

上記実施形態において、インクジェットヘッドはいわゆるライン式のインクジェットヘッドであったが、本教示はこれに限られず、いわゆるシリアル式のインクジェットヘッドにも適用しうる。また、本発明はインクを吐出するインクジェットヘッドには限られない。画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本教示は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本教示を適用することは可能である。

１プリンタ
２インクジェットヘッド
３ヘッドユニット
４２ディセンダ部分
４３帰還部分
４３Ｗ幅広部
４３Ｓ絞り部
４５ノズル

Claims

液体吐出ヘッドであって、
第１方向に延在する第１共通流路と、
前記第１方向に延在する第２共通流路と、
前記第１方向に並んだ複数の圧力室及び前記第１方向に並んだ複数のノズルを有する複数の個別流路であって、各個別流路が、
前記第１共通流路と前記複数の圧力室の１つを連通する供給部分と、
前記第１方向と交差する第２方向に延在して、前記第２方向上流側にある前記複数の圧力室の１つと前記第２方向下流側にある前記複数のノズルの１つとを連通するディセンダ部分と、
前記ディセンダ部分から分岐して前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に延在して、前記第２共通流路に連通する帰還部分とを有する個別流路と、を備え、
前記各帰還部分は、
前記第３方向の下流端が前記第２共通流路に繋がる絞り部分と、
前記第３方向の上流端が前記ディセンダ部分に繋がり、下流端が前記絞り部分に繋がる幅広部分であって、前記第３方向に垂直な面の断面積が前記絞り部分の断面積よりも大きい幅広部分とを有し、
前記各ノズルは、前記第２方向において前記幅広部分と重なる位置にあり、
前記各ノズルの中心から、前記絞り部分と前記幅広部分との接続位置である絞り開始位置までの前記第３方向の距離をＬ１とし、
前記各ディセンダ部分の前記第２方向に直交する断面における中心を通り、且つ、前記第２方向に平行な中心線から、前記各ノズルの中心までの前記第３方向の距離をＬ２としたとき、
Ｌ２＞Ｌ１
であり、
前記距離Ｌ２と、前記距離Ｌ１は、
Ｌ２＞２×Ｌ１
であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
液体吐出ヘッドであって、
第１方向に延在する第１共通流路と、
前記第１方向に延在する第２共通流路と、
前記第１方向に並んだ複数の圧力室及び前記第１方向に並んだ複数のノズルを有する複数の個別流路であって、各個別流路が、
前記第１共通流路と前記複数の圧力室の１つを連通する供給部分と、
前記第１方向と交差する第２方向に延在して、前記第２方向上流側にある前記複数の圧力室の１つと前記第２方向下流側にある前記複数のノズルの１つとを連通するディセンダ部分と、
前記ディセンダ部分から分岐して前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に延在して、前記第２共通流路に連通する帰還部分とを有する個別流路と、を備え、
前記各帰還部分は、
前記第３方向の下流端が前記第２共通流路に繋がる絞り部分と、
前記第３方向の上流端が前記ディセンダ部分に繋がり、下流端が前記絞り部分に繋がる幅広部分であって、前記第３方向に垂直な面の断面積が前記絞り部分の断面積よりも大きい幅広部分とを有し、
前記各ノズルは、前記第２方向において前記幅広部分と重なる位置にあり、
前記各ノズルの中心から、前記絞り部分と前記幅広部分との接続位置である絞り開始位置までの前記第３方向の距離をＬ１とし、
前記各ディセンダ部分の前記第２方向に直交する断面における中心を通り、且つ、前記第２方向に平行な中心線から、前記各ノズルの中心までの前記第３方向の距離をＬ２としたとき、
Ｌ２＞Ｌ１
であり、
前記各ノズルの前記中心の前記第２方向上流位置における、前記液体の前記第３方向に沿った流速をＷとし、前記第２方向に沿った流速をＶとしたとき、
Ｗ＞３０×Ｖ
である液体吐出ヘッド。
前記絞り開始位置における、前記幅広部分の前記第２方向の上流側の端面と、前記絞り部分の前記第２方向の上流側の端面とが面一に形成されている請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
液体吐出ヘッドであって、
第１方向に延在する第１共通流路と、
前記第１方向に延在する第２共通流路と、
前記第１方向に並んだ複数の圧力室及び前記第１方向に並んだ複数のノズルを有する複数の個別流路であって、各個別流路が、
前記第１共通流路と前記複数の圧力室の１つを連通する供給部分と、
前記第１方向と交差する第２方向に延在して、前記第２方向上流側にある前記複数の圧力室の１つと前記第２方向下流側にある前記複数のノズルの１つとを連通するディセンダ部分と、
前記ディセンダ部分から分岐して前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に延在して、前記第２共通流路に連通する帰還部分とを有する個別流路と、を備え、
前記各帰還部分は、
前記第３方向の下流端が前記第２共通流路に繋がる絞り部分と、
前記第３方向の上流端が前記ディセンダ部分に繋がり、下流端が前記絞り部分に繋がる幅広部分であって、前記第３方向に垂直な面の断面積が前記絞り部分の断面積よりも大きい幅広部分とを有し、
前記各ノズルは、前記第２方向において前記幅広部分と重なる位置にあり、
前記各ノズルの中心から、前記絞り部分と前記幅広部分との接続位置である絞り開始位置までの前記第３方向の距離をＬ１とし、
前記各ディセンダ部分の前記第２方向に直交する断面における中心を通り、且つ、前記第２方向に平行な中心線から、前記各ノズルの中心までの前記第３方向の距離をＬ２としたとき、
Ｌ２＞Ｌ１
であり、
前記ディセンダ部分の前記第３方向の下流側の端面から前記ノズルまでの前記第３方向の距離をＤ１としたとき、
Ｄ１＜Ｌ１
である液体吐出ヘッド。
前記ディセンダ部分の前記第３方向の下流側の端面は、前記ノズルよりも前記第３方向の上流側に位置している請求項１～４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
前記幅広部分の前記第２方向下流側の端面から前記幅広部分の前記第２方向上流側の端面までの、前記第２方向の長さをＨ１とし、
前記絞り部分の前記第２方向下流側の端面から前記絞り部分の前記第２方向上流側の端面までの、前記第２方向の長さをＨ２としたとき、
Ｈ１≧Ｈ２
である請求項１～５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
液体吐出ヘッドであって、
第１方向に延在する第１共通流路と、
前記第１方向に延在する第２共通流路と、
前記第１方向に並んだ複数の圧力室及び前記第１方向に並んだ複数のノズルを有する複数の個別流路であって、各個別流路が、
前記第１共通流路と前記複数の圧力室の１つを連通する供給部分と、
前記第１方向と交差する第２方向に延在して、前記第２方向上流側にある前記複数の圧力室の１つと前記第２方向下流側にある前記複数のノズルの１つとを連通するディセンダ部分と、
前記ディセンダ部分から分岐して前記第１方向及び前記第２方向に交差する第３方向に延在して、前記第２共通流路に連通する帰還部分とを有する個別流路と、を備え、
前記各帰還部分は、
前記第３方向の下流端が前記第２共通流路に繋がる絞り部分と、
前記第３方向の上流端が前記ディセンダ部分に繋がり、下流端が前記絞り部分に繋がる幅広部分であって、前記第３方向に垂直な面の断面積が前記絞り部分の断面積よりも大きい幅広部分とを有し、
前記各ノズルは、前記第２方向において前記幅広部分と重なる位置にあり、
前記各ノズルの中心から、前記絞り部分と前記幅広部分との接続位置である絞り開始位置までの前記第３方向の距離をＬ１とし、
前記各ディセンダ部分の前記第２方向に直交する断面における中心を通り、且つ、前記第２方向に平行な中心線から、前記各ノズルの中心までの前記第３方向の距離をＬ２としたとき、
Ｌ２＞Ｌ１
であり、
前記ノズルの内径をΦとし、
前記幅広部分の前記第２方向下流側の端面から前記幅広部分の前記第２方向上流側の端面までの、前記第２方向の長さをＨ１とし、
前記絞り部分の前記第２方向下流側の端面から前記絞り部分の前記第２方向上流側の端面までの、前記第２方向の長さをＨ２としたとき、
Φ＞Ｈ１－Ｈ２
である液体吐出ヘッド。