JP7384007B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体を吐出する装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体を吐出する装置に関する。

液体吐出ヘッドにおいて、複数のノズルを配列したノズル列を複数設けてマルチノズル列とし、ノズルを高密度に形成する技術が既に知られている。また、マルチノズル列の液体吐出ヘッドでは、端部に配置されたノズル列と中央部に配置されたノズル列との間で吐出ばらつきが異なり、印刷記録の品質が低下することが知られている。

例えば、特許文献１から３には、液体吐出ヘッドの共振による吐出特性の変動の少ない液体吐出ヘッドを提供する技術が開示されている。
しかしながら、マルチノズル列の液体吐出ヘッドでは、ノズル列間でヘッドの固有振動数の差異が発生することにより、ノズル列間で発生する吐出速度変動が生じる。このため、特許文献１から３の技術は、マルチノズル列の液体吐出ヘッドにおけるノズル列間の吐出ばらつきを充分解消できるものではない。

本発明は、複数のノズル列を配置するマルチノズル列の液体吐出ヘッドにおいて、ノズル列間の吐出ばらつきを低減することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、
液滴を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルに通じる複数の個別液室と、前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室と、を複数備え、複数の前記共通液室は、両側に他の共通液室が配置される中央部共通液室と、端部に設けられ、片側に他の共通液室が配置される端部共通液室とを有し、前記中央部共通液室の一つの前記共通液室は、一方の他の前記共通液室と隣り合い、前記一つの前記共通液室と、隣り合う前記他の前記共通液室との間に、前記複数のノズルが形成されるノズル板から、少なくとも前記共通液室の高さまでの凹部を有することを特徴とする。

本発明によれば、複数のノズル列を配置するマルチノズル列の液体吐出ヘッドにおいて、ノズル列間の吐出ばらつきを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（圧力室長手方向）に沿う断面説明図である。 図２の液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。 本発明の一実施形態に係るマルチノズル列の液体吐出ヘッドの一例を説明するノズル配列方向に沿う断面説明図である。 マルチノズル列のノズル配置例を説明する図である。 実施形態１の液体吐出ヘッドの一例を説明する断面図である。 実施形態１の液体吐出ヘッドの他の例を説明する断面図である。 実施形態２の液体吐出ヘッドの一例を説明する断面図である。 実施形態２の液体吐出ヘッドの他の例を説明する断面図である。 実施形態３の液体吐出ヘッドの一例を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの他の例を示す外観斜視説明図である。 図１０の液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。 液体を吐出する装置の一例の概略説明図である。 液体を吐出する装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。 液体循環装置の一例のブロック説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置としての印刷装置の要部平面説明図である。 同印刷装置の要部側面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。

以下、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドおよび液体と吐出する装置について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例について図１及び図２を参照して説明する。図１は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（圧力室長手方向）に沿う断面説明図、図２は同じくノズル配列方向に沿う断面説明図である。なお、ここでは、圧電素子１列分だけ図示している。

本実施形態の液体吐出ヘッド１００は、ノズル板１と、個別流路部材である流路板２と、壁面部材としての振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３の振動領域（振動板）３０を変位させる圧電アクチュエータ１１と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通流路部材２０とを備えている。

ノズル板１は、液体を吐出する複数のノズル４を有している。ノズル配列方向は、ノズル板１に配列された複数のノズル４に沿う方向とする。

流路板２は、複数のノズル４に通じる複数の圧力室６と、各圧力室６にそれぞれ通じる個別流路である個別供給流路７と、一又は複数（本実施形態では一つ）の個別供給流路７に通じる液導入部となる中間供給流路８を形成している。
図１は、一実施形態の個別液室と共通液室の一部を切り取った断面図である。

振動板部材３は、流路板２の圧力室６の壁面を形成する変位可能な複数の振動板（振動領域）３０を有する。ここでは、振動板部材３は二層構造（限定されない）とし、流路板２側から薄肉部を形成する第一層３Ａと、厚肉部を形成する第二層３Ｂで構成されている。

そして、薄肉部である第一層３Ａで圧力室６に対応する部分に変形可能な振動領域３０を形成している。振動領域３０内には、第二層３Ｂで圧電アクチュエータ１１と接合する厚肉部である凸部３０ａを形成している。

そして、振動板部材３の圧力室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３０を変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。

この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接合した圧電部材にハーフカットダイシングによって溝加工をして、ノズル配列方向において、所要数の柱状の圧電素子１２を所定の間隔で櫛歯状に形成している。そして、圧電素子１２は、振動板部材３の振動領域３０に形成した厚肉部である凸部３０ａに接合している。

この圧電素子１２は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極（端面電極）に接続され、外部電極にフレキシブル配線部材１５が接続されている。

共通流路部材２０は複数の圧力室６に通じる共通供給流路１０を形成している。共通供給流路１０は、振動板部材３に設けた開口部９を介して液導入部となる中間供給流路８に連通し、中間供給流路８を介して個別供給流路７に通じている。

この液体吐出ヘッド１００においては、例えば圧電素子１２に与える電圧を基準電位（中間電位）から下げることによって圧電素子１２が収縮し、振動板部材３の振動領域３０が引かれて圧力室６の容積が膨張することで、圧力室６内に液体が流入する。

その後、圧電素子１２に印加する電圧を上げて圧電素子１２を積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４に向かう方向に変形させて圧力室６の容積を収縮させることにより、圧力室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体が吐出される。

次に、ノズル列を複数配置したマルチノズル列の液体吐出ヘッドの一例について、図３を参照して説明する。図３は、マルチノズル列の液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。図３では、図１の構成例を一部省略して表し、図１と同様の構成要素については同じ符号としている。
マルチノズル列の液体吐出ヘッド２００は、液滴を吐出する複数のノズル４と、複数のノズルに通じる複数の個別液室２１と、複数の個別液室に液体を供給する共通液室２２とを、少なくとも有する列を複数配列したものとする。以降の説明では適宜、一つの列が有する複数のノズル４を「ノズル列」、一つの列が有する複数の個別液室２１を「個別液室列」とも称する。また、液体吐出ヘッド２００は、複数列それぞれのノズル列に対応して、圧電アクチュエータ１１が設けられている。

個別液室２１は、例えば、図１、２で示した、圧力室６と、個別供給流路７と、中間供給流路８との機能に相当するものとする。
共通液室２２は、例えば、図１、２で示した共通供給流路１０と、開口部９と、中間供給流路８との機能に相当するものとする。

図３の液体吐出ヘッド２００は、六つの中央部列２１０と二つの端部列２２０とを有する。中央部列２１０は、両側に他の列が配置される列とする。端部列２２０は、液体吐出ヘッド２００の端部に設けられ、片側のみに他の列が配置される列とする。
図３のマルチノズル列の液体吐出ヘッド２００は、一例であり、複数列の数を限定するものではない。マルチノズル列の液体吐出ヘッドは、二以上の中央部列２１０と、二つの端部列とを有するものとすればよい。

中央部列２１０の共通液室２２は、隔壁を隔てて他の列の共通液室２２と隣り合う。一方、端部列２２０の共通液室２２は、他の列の共通液室２２と隣り合わない。
また、中央部列２１０の個別液室列は、二つの個別液室列間に共通液室を構成する隔壁端部が存在する。端部列２２０の個別液室列は、二つの個別液室列間に挟まれる共通液室が存在しない。

共通液室２２の隔壁は、共通液室２２を仕切る壁である。共通液室２２の隔壁の剛性は、固有振動数に影響を及ぼす。
以降の説明では、共通液室２２の隔壁として、図３に示す、中央部列２１０の中央部隔壁２１１、端部列２２０の端部隔壁２２１に着目して説明する。中央部隔壁２１１は、上述の隔壁端部に相当する。
中央部隔壁２１１は、中央部列２１０に設けられる共通液室２２の側面の隔壁を構成し、隣り合う共通液室２２との間の隔壁とする。
端部隔壁２２１は、端部列２２０に設けられる共通液室２２であって、複数列の端部（液体吐出ヘッド２００の端部）に設けられる隔壁とする。

また、中央部隔壁２１１および端部隔壁２２１の隔壁は、共通液室２２の側壁を構成する部分に限られるものではない。中央部隔壁２１１および端部隔壁２２１の隔壁は、ノズル板１から共通液室２２の上面（ノズル板１から遠い面）までとし、ノズル板１から上面の上方の任意の位置までとしてもよい。
隔壁の高さは、ノズル板１、流路板２、振動板部材３が積層する方向に沿う長さとする。

図３では、図１に示す液体吐出ヘッドをノズル配列方向と直交する方向に沿ってノズルが同じ位置になるように配置した断面を示しているが、これに限られるものではない。ノズル配列方向と直交する方向に沿って、ノズルが異なる位置になるように配置してもよい。具体例については、図４を参照して後述する

上述したように、中央部列２１０と端部列２２０とは、他の列の配置の有無等により、固有振動数が異なる。例えば、中央部隔壁２１１と端部隔壁２２１との剛性が異なることにより、固有振動数に差異が生じる。このため、マルチノズル列の液体吐出ヘッドにおいて、ノズル列により固有振動数が異なるという問題が生じる。この点について詳述する。

液体吐出ヘッドのヘッド構造において、ノズルを高密度に形成するためには、圧力室、圧電素子の加工を高密度に配置する必要があるために、高精度な加工性が要求されるが加工は極めて困難である。そのような問題を解決するために、ノズルに対応した個別液室列を２列で構成し、２列を千鳥に対向配置する方式が既に知られている（例えば、特許文献４）。

この方式では、２列の個別液室列間を中心として、圧力室、リストリクタ、共通液室の列が、２列形成されている。
一方の列の個別液室列と、他方の列の個別液室列は交互に配列される。
２列を含んだ個別液室列のノズルピッチをＰｎとおけば、個別液室ピッチＰｃは、Ｐｃ＝２×Ｐｎとなり、一つのノズル列の密度ピッチで２倍の高密度化を実現している。同様に個別液室列を４、８、１６とすればノズルピッチＰｎは１列の個別液室ピッチに対して、１／４、１／８、１／１６とすることができ高密度化することが可能である。

今までのマルチノズル列で高密度ノズル列を形成する液体吐出ヘッドでは、複数のノズル列の間で、端部列と中央部列とで吐出ばらつきが異なり、着弾位置の精度等が低下し、印刷記録の品質が低下するという問題がある。

まず、図１、２を参照して、液体吐出ヘッドの吐出原理を説明する。液体吐出ヘッドにおいて、圧電素子等の圧力発生素子に選択的に電気信号が入力されると振動板部材３等が変形して圧力室６の体積が変化し、選択された圧力室６で圧力が発生する。発生した圧力波は、ノズル４から液体を吐出する役割を果たすと同時に、圧力室６、個別供給流路７から共通供給流路１０に向かう後退方向にも伝播する。伝播した圧力波は、共通供給流路１０で反射され、前進成分より遅れてノズル４に逆伝播する。その圧力波の影響でメニスカスに外乱が入り、所要の液速度、吐出量を吐出できなくなることが既に知られている。後退する圧力波の影響は共通供給流路１０に戻される圧力波に起因する影響となる。同時駆動されるチャンネル数や駆動周波数によって異なるため、吐出速度や吐出量は印字条件によってばらつくことになる。

特に、駆動周波数を高くした場合には、残った圧力波が減衰しないうちに吐出されるため、後滴の吐出速度、吐出量が大きく変動する。さらに駆動周波数がヘッドの構造体の固有振動に一致し共振した場合には、吐出速度変動、吐出量の変動が大きくなり、印刷記録の品質低下の要因となる。
このようなメカニズムにより、複数ノズル列で高密度化したヘッド構成において、中央部列のノズル列と端部のノズル列で構造体の固有振動数が異なるためるに吐出特性が異なり、印刷記録品質の低下につながる。

次に、図３を参照して、マルチノズル列の液体吐出ヘッドの問題点を説明する。マルチノズル列の液体吐出ヘッドにおいて、中央部列２１０は、共通液室２２を構成する隔壁が二つの共通液室２２の間に挟まれる構成となる。一方、端部列２２０は、隔壁が共通液室に挟まれることがない。そのため、必然的に中央部列２１０のノズル列に通じる液室の固有振動数と端部列２２０のノズル列に通じる液室の固有振動は異なる。上述のように構造体の固有振動数が列によって異なると、駆動周波数に応じて発生する速度変動が端部列２２０と中央部列２１０で異なる。
例えば、図４に示す８列のマルチノズル列の構成では、端部列のノズル列に起因する速度偏差が発生する。図４の構成例では、破線で囲んだ１列と８列のノズルが端部列であり、２列から７列のノズルが中央部列である。端部列のノズルは、速度変動が発生するチャネル（ｃｈ）となるため、２／８列で速度変動差が発生する。ノズル配列ピッチにすると７ｃｈノズルピッチ毎での速度変動差が発生する。なお、図４に示す８列のノズル列構成では一例であり、これに限ったものでは無い。

上述した周期的な速度変動差が発生すると画像視覚の空間周波数特性（ＶＴＦ：Visual Transfer Function）によって、刺激の見え方が異なり特性による周期ムラの問題が発生する。構造体の差異に起因した固有振動数の影響による吐出速度変動ムラを低減することが望ましい。

そこで、一実施形態の液体吐出ヘッドは、ヘッド構造のノズル列間の吐出ばらつきを低減することに際して、複数列間の固有振動数を一致させることを特徴とする。

第一の特徴として、液体吐出ヘッドは、共通液室を形成している隔壁大きさ（直接的な原理としては固有振動数）に応じて、端部列と中央部列の列間で固有振動数が一致するように、共通液室の空間の大きさを相対的に異ならせる。液体吐出ヘッドは、例えば、共通液室の隔壁の剛性が高い列の共通液室を、剛性が低い列より大きくする。また、液体吐出ヘッドでは、例えば、マルチノズル列の中央部列と端部列との間で、中央部列の共通液室（中央部列共通液室）の断面積は、端部列の共通液室（端部列共通液室）の断面積と異なるものとする。ここで、共通液室の断面積は、共通液室を複数の個別液室の並び方向から見たときの断面の面積とする。複数の個別液室の並び方向は、図３の奥行き方向とする。

第二の特徴として、共通液室の隔壁大きさが同一となるように中央部列間に溝を形成して端部列の固有振動数に中央部列の固有振動数を一致させる。液体吐出ヘッドは、例えば、中央部列の一つの列の共通液室は、一方の他の列の前記共通液室と隣り合い、一つの列の共通液室と、隣り合う他の列の共通液室との間に、ノズル板から、少なくとも共通液室の高さまでの凹部を有する。
このように、共通液室を含むノズル列構造の固有振動数を全てのノズル列で一致させることにより、ノズル列間の吐出ばらつきを低減することができるため印刷記録の品質が良好な液体吐出ヘッド及び画像形成装置を提供することができる。
上記記載の本発明の特徴について、図面を用いて詳細に解説する。

実施形態１．
図５、６は、実施形態１の液体吐出ヘッドのノズル列配列方向に沿う断面を説明する図である。実施形態１では、中央部列２１０が有する共通液室２２の隔壁の剛性が、端部列２２０が有する共通液室２２の剛性より大きい場合について説明する。本実施形態の液体吐出ヘッドは、中央部列２１０の共通液室２２を端部列２２０の共通液室２２より大きくする。

図５に、中央部列２１０の共通液室２２の高さを、端部列２２０の共通液室２２の高さより大きくした液体吐出ヘッド２００ａの一例を示す。
端部列２２０の共通液室２２の隔壁より中央部列２１０の共通液室２２の隔壁のほうが大きく、固有振動数（剛性）が高い場合は、中央部列２１０の固有振動数を低くするために、端部列２２０の共通液室２２の高さより中央部列２１０の共通液室２２の高さを大きくして全体の固有振動数を低下させる。図５では、一点破線で囲んだ中央部列２１０の共通液室２２の高さを大きくしている。
これにより、列間の固有振動数を一致させる。このようにすると、ノズル列間の吐出ばらつきを低減するとともに、ヘッドサイズの幅を小さくすることができる。

図６に、中央部列２１０の共通液室の幅を、端部列２２０の共通液室の幅より大きくした液体吐出ヘッド２００ｂの一例を示す。
端部列２２０の共通液室２２の隔壁より中央部列２１０の共通液室２２の隔壁のほうが大きく、固有振動数（剛性）が高い場合は、中央部列２１０の固有振動数が低くするために、端部列２２０の共通液室２２の幅より中央部列２１０の共通液室２２の幅を大きくして全体の固有振動数を低下させる。図６では、一点破線で囲んだ中央部列２１０の共通液室２２の幅を大きくしている。
これにより、列間の固有振動数を一致させる。このようにすると、ノズル列間の吐出ばらつきを低減するとともに、ヘッドサイズの高さを小さくすることができる。

実施形態２．
図７、８は、実施形態２の液体吐出ヘッドのノズル列配列方向に沿う断面を説明する図である。実施形態２では、端部列２２０が有する共通液室２２の隔壁の剛性が、中央部列２１０が有する共通液室２２の剛性より大きい場合について説明する。本実施形態の液体吐出ヘッドは、端部列２２０の共通液室２２を中央部列２１０の共通液室２２より大きくする。

図７に、端部列２２０の共通液室２２の高さを、中央部列２１０の共通液室２２の高さより大きくした液体吐出ヘッド２００ｃの一例を示す。
中央部列２１０の共通液室２２の隔壁より端部列２２０の共通液室２２の隔壁のほうが大きく、固有振動数（剛性）が高い場合は、端部列２２０の固有振動数を低くするために、中央部列２１０の共通液室２２の高さより端部列２２０の共通液室２２の高さを大きくして全体の固有振動数を低下させる。図７では、一点破線で囲んだ端部列２２０の共通液室２２の高さを大きくしている。
これにより、列間の固有振動数を同じにする。このようにすると、ノズル列間の吐出ばらつきを低減するとともに、ヘッドサイズの幅を小さくすることができる。また、図５の構成例より小型化を容易に実現可能とする。

図８に、中央部列２１０の共通液室の幅を、端部列２２０の共通液室の幅より大きくした液体吐出ヘッド２００ｄの一例を示す。
中央部列２１０の共通液室２２の隔壁より端部列２２０の共通液室２２の隔壁のほうが大きく、固有振動数（剛性）が高い場合は、端部列２２０の固有振動数が低くするために、中央部列２１０の共通液室２２の幅より端部列２２０の共通液室２２の幅を大きくして全体の固有振動数を低下させる。図８では、一点破線で囲んだ端部列２２０の共通液室２２の幅を大きくしている。
これにより、列間の固有振動数を同じにする。このようにすると、ノズル列間の吐出ばらつきを低減するとともに、ヘッドサイズの高さを小さくすることができる。

実施形態３．
図９は、実施形態３の液体吐出ヘッドのノズル列配列方向に沿う断面を説明する図である。中央部列２１０の共通液室間に溝を設けて独立した共通液室構造とする。
実施形態３では、端部列２２０の共通液室２２の隔壁より中央部列２１０の共通液室２２の間幅（隣り合う共通液室２２の間の幅の隔壁）が大きい場合に、共通液室２２間に共通液室２２の高さまでの溝を設ける。

図９に示すように、複数列のうち中央部列２１０では、一つの列の共通液室は隔壁を隔てて他の列の共通液室２２と隣り合うことになる。一方、端部列２２０では、共通液室２２は、端部に設けられ、他の列の共通液室２２と隣り合わない。このような場合に、中央部列２１０の隣り合う二つの列の共通液室２２の隔壁が、端部列２２０の共通液室２２の隔壁より大きくなることがある。そのため、液体吐出ヘッド２００ｅは、中央部列２１０の共通液室２２と、隣り合う他の列の共通液室２２との間に、共通液室の高さまで（ノズル板１から共通液室２２の高さまで）の凹部２１２を有するように形成する。

各列の個別液室２１と共通液室２２とを独立した構造にし、中央部列２１０および端部列２２０の共通液室２２を同じ寸法関係にする。これにより、固有振動数を一致させる。このようにすると、ノズル列間の吐出ばらつきを低減させるとともに、共通液室２２のサイズを同一にすることができるために、共通液室２２内の流体抵抗を同一にすることができる。その結果、液体の供給性能のばらつきの少ない液体吐出ヘッドとすることができる。

実施形態４．
上記各実施形態において、液体吐出ヘッドは、駆動周波数が固有振動数のＮ（Ｎは正の整数）倍数で駆動されないことが好ましい。このようにすると、構造体のもつ固有振動数で共振をさせないために、列間の構造差で発生するノズル列吐出ばらつきを低減することができる。

その他の実施形態．
本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの他の例について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は同ヘッドの外観斜視説明図、図１１は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。なお、ここでは、圧電素子１列分だけ図示している。

図１０、１１に示す液体吐出ヘッド３００は、循環型液体吐出ヘッドであり、ノズル板１と、流路板２と、壁面部材としての振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３の振動領域（振動板）３０を変位させる圧電アクチュエータ１１と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通流路部材２０と、カバー２９とを備えている。

ノズル板１は、液体を吐出する複数のノズル４を有している。

流路板２は、複数のノズル４に各々ノズル連通路５を介して通じる複数の圧力室６と、複数の圧力室６に各々通じる複数の流体抵抗部を兼ねる個別供給流路７と、２以上の個別供給流路７に通じる１又は複数の液導入部となる中間供給流路８などを形成している。

個別供給流路７は、図１、２と同様に、個別供給流路７は、圧力室６よりも流体抵抗が高い二つの第１流路部７Ａ及び第２流路部７Ｂと、第１流路部７Ａと第２流路部７Ｂとの間に配置され、第１流路部７Ａ及び第２流路部７Ｂよりも流体抵抗が低い第３流路部７Ｃとを含む。

なお、流路板２は、複数枚の板状部材２Ａ～２Ｅを積層して構成しているが、これに限るものではない。

また、流路板２は、複数の圧力室６にノズル連通路５を介して各々通じる流路板２の面方向に沿う複数の個別回収流路５７と、２以上の個別回収流路５７に通じる１又は複数の液導出部となる中間回収流路５８を形成している。

個別回収流路５７は、第１流路部５７Ａ及び第２流路部５７Ｂよりも流体抵抗が低い第３流路部５７Ｃを含む。個別回収流路５７では、第２流路部５７Ｂよりも循環方向において下流側となる流路部５７Ｄは第３流路部５７Ｃと同じ流路幅にしている。

共通流路部材２０は、共通供給流路１０と共通回収流路５０とを形成している。なお、本実施形態においては、共通供給流路１０は、ノズル配列方向において共通回収流路５０と並ぶ流路部分１０Ａと、共通回収流路５０と並ばない流路部分１０Ｂとで構成している。

共通供給流路１０は、振動板部材３に設けた開口部９を介して液導入部となる中間供給流路８に連通し、中間供給流路８を介して個別供給流路７に通じている。共通回収流路５０は、振動板部材３に設けた開口部５９を介して液導出部となる中間回収流路５８に連通し、中間回収流路５８を介して個別回収流路５７に通じている。

また、共通供給流路１０は供給ポート７１に通じ、共通回収流路５０は回収ポート７２に通じている。

なお、その他の振動板部材３の層構成、圧電アクチュエータ１１の構成などは、図１、２の液体吐出ヘッド１００と同様である。

この液体吐出ヘッド３００においても、前述の液体吐出ヘッド１００と同様にして、圧電素子１２を積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４に向かう方向に変形させて圧力室６の容積を収縮させることにより、圧力室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体が吐出される。

また、ノズル４から吐出されない液体はノズル４を通過して個別回収流路５７から共通回収流路５０に回収され、共通回収流路５０から外部の循環経路を通じて共通供給流路１０に再度供給される。また、ノズル４から液体吐出を行っていないときも、共通供給流路１０から圧力室６を経て共通回収流路５０に液体が循環し、外部の循環経路を通じて共通供給流路１０に再度供給される。

液体吐出ヘッド３００においても、簡単な構成で、液体吐出に伴う圧力変動を減衰して、共通供給流路１０、共通回収流路５０に対する伝搬を抑制することができる。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は同装置の概略説明図、図１３は同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

この液体を吐出する装置である印刷装置５００は、連続体５１０を搬入する搬入手段５０１と、搬入手段５０１から搬入された連帳紙、シート材などの連続体５１０を印刷手段５０５に案内搬送する案内搬送手段５０３と、連続体５１０に対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う印刷手段５０５と、連続体５１０を乾燥する乾燥手段５０７と、連続体５１０を搬出する搬出手段５０９などを備えている。

連続体５１０は搬入手段５０１の元巻きローラ５１１から送り出され、搬入手段５０１、案内搬送手段５０３、乾燥手段５０７、搬出手段５０９の各ローラによって案内、搬送されて、搬出手段５０９の巻取りローラ５９１にて巻き取られる。

この連続体５１０は、印刷手段５０５において、搬送ガイド部材５５９上をヘッドユニット５５０及びヘッドユニット５５５に対向して搬送され、ヘッドユニット５５０から吐出される液体によって画像が形成され、ヘッドユニット５５５から吐出される処理液で後処理が行われる。

ここで、ヘッドユニット５５０には、例えば、搬送方向上流側から、４色分のフルライン型ヘッドアレイ５５１Ａ、５５１Ｂ、５５１Ｃ、５５１Ｄ（以下、色の区別しないときは「ヘッドアレイ５５１」という。）が配置されている。

各ヘッドアレイ５５１は、液体吐出手段であり、それぞれ、搬送される連続体５１０に対してブラックＫ，シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの液体を吐出する。なお、色の種類及び数はこれに限るものではない。

ヘッドアレイ５５１は、例えば、本発明に係る液体吐出ヘッド（これを、単に「ヘッド」ともいう。）１００をベース部材５５２上に千鳥状に並べて配置したものであるが、これに限らない。ヘッドアレイ５５１に配置するヘッド１００は、上述した液体吐出ヘッド２００ａから２００ｅを用いることができる。また、以降で説明するヘッド１００においても同様である。

次に、液体循環装置の一例について図１４を参照して説明する。図１４は同循環装置のブロック説明図である。なお、ここでは１つのヘッドのみ図示しているが、複数のヘッドを配列する場合には、マニホールドなどを介して複数のヘッドの供給側、回収側にそれぞれ供給側液体経路、回収側液体経路を接続することになる。

液体循環装置６００は、供給タンク６０１、回収タンク６０２、メインタンク６０３、第１送液ポンプ６０４、第２送液ポンプ６０５、コンプレッサ６１１、レギュレータ６１２、真空ポンプ６２１、レギュレータ６２２、供給側圧力センサ６３１、回収側圧力センサ６３２などで構成されている。

ここで、コンプレッサ６１１及び真空ポンプ６２１は、供給タンク６０１内の圧力と回収タンク６０２内の圧力とに差圧を生じさせる手段を構成している。

供給側圧力センサ６３１は、供給タンク６０１とヘッド１００との間であって、ヘッド１００の供給ポート７１に繋がった供給側液体経路に接続されている。回収側圧力センサ６３２は、ヘッド１００と回収タンク６０２との間であって、ヘッド１００の回収ポート７２に繋がった回収側液体経路に接続されている。

回収タンク６０２の一方は、第１送液ポンプ６０４を介して供給タンク６０１と接続されており、回収タンク６０２の他方は第２送液ポンプ６０５を介してメインタンク６０３と接続されている。

これにより、供給タンク６０１から供給ポート７１を通ってヘッド１００内に液体が流入し、回収ポート７２から回収タンク６０２へ回収され、第１送液ポンプ６０４によって回収タンク６０２から供給タンク６０１へ液体が送られることによって、液体が循環する循環経路が構成される。

ここで、供給タンク６０１にはコンプレッサ６１１がつなげられており、供給側圧力センサ６３１で所定の正圧が検知されるように制御される。一方、回収タンク６０２には真空ポンプ６２１がつなげられており、回収側圧力センサ６３２で所定の負圧が検知されるよう制御される。

これにより、ヘッド１００内を通って液体を循環させつつ、メニスカスの負圧を一定に保つことができる。

また、ヘッド１００のノズル４から液体を吐出すると、供給タンク６０１及び回収タンク６０２内の液体量が減少していく。そのため、適宜、第２送液ポンプ６０５を用いて、メインタンク６０３から回収タンク６０２に液体を補充する。

なお、メインタンク６０３から回収タンク６０２への液体補充のタイミングは、回収タンク６０２内の液体の液面高さが所定高さよりも下がったときに液体補充を行うなど、回収タンク６０２内に設けた液面センサなどの検知結果によって制御することができる。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置としての印刷装置の他の例について図１５及び図１６を参照して説明する。図１５は同装置の要部平面説明図、図１６は同装置の要部側面説明図である。

この印刷装置４００は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド１００及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド１００は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド１００は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

液体吐出ヘッド１００は、前述した液体循環装置６００と接続されて、所要の色の液体が循環供給される。

この印刷装置４００は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド１００に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド１００の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド１００のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。

主走査移動機構４９３、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成したこの印刷装置４００においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１００を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図１７を参照して説明する。図１７は同ユニットの要部平面説明図である。

この液体吐出ユニット４４０、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド１００で構成されている。

なお、この液体吐出ユニット４４０の例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０を更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図１８を参照して説明する。図１８は同ユニットの正面説明図である。

この液体吐出ユニット４４０は、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド１００と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。

なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド１００と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構、液体循環装置の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

１ ノズル板
２ 流動板
３ 振動板部材
４ ノズル
１１ 圧電アクチュエータ
２０ 共通流路部材２０
２１ 個別液室
２２ 共通液室
１００、２００、２００ａ～２００ｅ、３００ 液体吐出ヘッド
２１０ 中央部列
２１１ 中央部隔壁
２１２ 凹部
２２０ 端部列
２２１ 端部隔壁

特開２０１５‐８５６２３号公報 特許６１９３７４７号公報 特許６１６９９４８号公報

Claims (3)

1. 液滴を吐出する複数のノズルと、
   前記複数のノズルに通じる複数の個別液室と、
   前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室と、を複数備え、
   複数の前記共通液室は、両側に他の共通液室が配置される中央部共通液室と、端部に設けられ、片側に他の共通液室が配置される端部共通液室とを有し、
   前記中央部共通液室の一つの前記共通液室は、一方の他の前記共通液室と隣り合い、
   前記一つの前記共通液室と、隣り合う前記他の前記共通液室との間に、前記複数のノズルが形成されるノズル板から、少なくとも前記共通液室の高さまでの凹部を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液体吐出ヘッドの駆動周波数が固有振動数のＮ（Ｎは正の整数）倍数で駆動されないことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドを備える液体を吐出する装置。

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