(57)【要約】  【課題】  クロストークの抑制と廃液量の低減とを両立した液体吐出ヘッドを提供する。  【解決手段】  液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルと、複数のノズルに対応する複数の圧力室と、圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与するアクチュエータと、複数の圧力室と連通する共通流路と、共通流路の内底面から下方へと非貫通で凹設された１以上の開放孔と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルと、
前記複数のノズルに対応する複数の圧力室と、
前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与するアクチュエータと、
前記複数の圧力室と連通する共通流路と、
前記共通流路の内底面から下方へと非貫通で凹設された１以上の開放孔と、を有する
液体吐出ヘッド。
【請求項２】
複数の前記開放孔を有し、
前記複数の開放孔は、前記共通流路を介してのみ連通している、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記共通流路から或るノズルの開口までの流路を個別流路としたとき、前記複数の個別流路の合成インピーダンスが、前記１以上の開放孔の合成インピーダンスよりも大きい、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記共通流路から或るノズルの開口までの流路を個別流路としたとき、前記個別流路は、前記共通流路に接続する流入口が、前記共通流路の内上面に開口し、
前記内上面から前記内底面に向かってみたとき、前記開放孔が、隣接する前記複数の流入口を頂点とする多角形の重心に配置されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
複数の板材を積層することによって、前記複数のノズル、前記複数の圧力室および前記共通流路が形成されており、
前記板材の積層方向は上下方向と対応し、前記１以上の開放孔は、前記共通流路の前記内底面に開口する貫通穴が形成された板材と、前記貫通穴を閉塞する板材とによって形成されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
一端がノズルに連通し、他端が圧力室を介して共通流路に連通する複数の個別流路が形成され、複数の板材が積層した流路ユニットと、前記圧力室の容積を変更する圧電アクチュエータと、を有し、
前記流路ユニットは、前記ノズルの開口よりも上方に位置した前記共通流路の内底面を構成する第１の板材と、前記第１の板材の上方に積層し、前記内底面に対向した前記共通流路の内上面を構成する第２の板材と、を含み、
前記内上面には、前記個別流路が前記共通流路と連通する複数の流入口が開口し、前記内底面には、前記流入口が開口する位置に対応して配置された１以上の円筒状の凹部が開口しているとともに、前記共通流路に液体が充填されたとき、前記円筒状の凹部の開口には液体のメニスカスが形成される、液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記第１の板材は、前記凹部の底面を構成する第３の板材と、前記凹部の円柱状の内壁面を構成する第４の板材とを含む積層体であり、
前記複数の板材が積層する積層方向に見たとき、前記凹部の開口が、隣接する前記複数の流入口を頂点とする多角形の重心に配置されている、請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液体吐出ヘッドは、複数のノズル、ノズルに対応する複数の圧力室、個々の圧力室内に吐出エネルギーを付与できるアクチュエータ、および、複数の圧力室と連通する共通流路を有する。ある圧力室内の液体に吐出エネルギーが付与されると、液滴が対応するノズルから吐出され、液体が共通流路から当該圧力室に補給される。
【０００３】
この構成では、クロストークが問題となる。クロストークとは、あるノズルの吐出動作が、他のノズルの吐出性能に影響を及ぼすことをいう。クロストークは、ある圧力室内の液体に付与された吐出エネルギーが共通流路を介して他のノズルに伝播すること、あるいは、共通流路からある圧力室に液体が補給される際に共通流路内で生じた液体振動が他のノズルに伝播すること、等に起因して発生する。
【０００４】
特許文献１は、クロストークへの対策として、共通流路に連通する大気開放孔を備えた液体吐出ヘッドを開示している。特許文献１によれば、液体振動が共通流路内で生じても、その振動を大気開放孔に形成されたメニスカスの振動で吸収でき、ひいてはクロストークの抑制が図られるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１１６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、大気開放孔に形成されたメニスカスは、空気に触れるので、固化しやすい。メニスカスが固化すると、液体振動を十分に減衰できず、クロストークを抑制できない。特許文献１でも示唆されているとおり、減衰効果の回復には、大気開放孔から液体を吸引する必要がある。よって、無駄に廃液量が多くなる。
【０００７】
そこで本発明は、クロストークの抑制と廃液量の低減とを両立した液体吐出ヘッドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルに対応する複数の圧力室と、前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与するアクチュエータと、前記複数の圧力室と連通する共通流路と、前記共通流路の内底面から下方へと非貫通で凹設された１以上の開放孔と、を有する。
【０００９】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、一端がノズルに連通し、他端が圧力室を介して共通流路に連通する複数の個別流路が形成され、複数の板材が積層した流路ユニットと、前記圧力室の容積を変更する圧電アクチュエータと、を有し、前記流路ユニットは、前記ノズルの開口よりも上方に位置した前記共通流路の内底面を構成する第１の板材と、前記第１の板材の上方に積層し、前記内底面に対向した前記共通流路の内上面を構成する第２の板材と、を含み、前記内上面には、前記個別流路が前記共通流路と連通する複数の流入口が開口し、前記内底面には、前記流入口が開口する位置に対応して配置された１以上の円筒状の凹部が開口しているとともに、前記共通流路に液体が充填されたとき、前記円筒状の凹部の開口には液体のメニスカスが形成される。
【００１０】
前記構成によれば、開放孔（凹部）にメニスカスを形成できるので、共通流路内で液体振動が生じても、その振動をメニスカスで吸収でき、クロストークを抑制できる。開放孔（凹部）は非貫通であるので、メニスカスの乾燥固化を抑止できる。減衰効果の回復のために液体を排出しなくてもよくなり、廃液量を低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、クロストークの抑制と廃液量の低減とを両立した液体吐出ヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る液体吐出ヘッドの流路を示す模式図である。
【図２】実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿って切断して示す液体吐出ヘッドの断面図である。
【図４】変形例に係る液体吐出ヘッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図３は、実施形態に係る液体吐出ヘッド１を示す。液体吐出ヘッド１は、液体吐出装置に搭載され、液滴を吐出する。詳細図示を省略するが、液体吐出装置には、液体吐出ヘッド１と共に、液体を貯留する液体供給源（例えば、タンク、カートリッジ等）が設けられる。液体吐出ヘッド１は、液体供給源から供給される液体を吐出する。インクジェットプリンタは液体吐出装置の好適例であり、インクは液体の好適例である。
【００１４】
液体吐出ヘッド１は、流路ユニット２０を有する。流路ユニット２０は、内部に流路が形成され、アクチュエータ２、共通流路３、複数の個別流路４および複数のノズル５を有する。各個別流路４は、圧力室６、絞り流路７、および吐出流路８を有する。
【００１５】
共通流路３は、液体供給源から、液体が供給される。各個別流路４は、一端がノズル５に連通し、他端が共通流路３に連通する。絞り流路７は共通流路３を圧力室６に接続し、吐出流路８は圧力室６をノズル５に接続している。個別流路４（絞り流路７）の上流端は、流入口４ａを形成して、共通流路４に開放されている。個別流路４（圧力室６、絞り流路７及び吐出流路８）は、ノズル５と一対一で対応する。
【００１６】
アクチュエータ２は、例えば圧電式の素子であり、圧力室を構成する。アクチュエータ２は、駆動信号が印加されると、圧力室６の容積を変更する。このとき、圧力室６内の液体には、吐出エネルギーが付与される。この吐出エネルギーは、ノズル５の液体に伝わり、液滴がノズル５から吐出される。圧力室６の容積が復元すると、共通流路３の液体が、流入口４ａを介して、個別流路４に流入する。これにより、液体が、圧力室６に補給される。
【００１７】
共通流路３は、１以上の開放孔１０を更に有する。複数の開放孔１０は、凹部であって、共通流路３に開口する。共通流路３に液体が充填されると、開放孔１０には、メニスカスが形成される。以降では、ノズル５に形成されるメニスカスＭＮを「ノズルメニスカスＭＮ」、開放孔１０に形成されるメニスカスＭを「メニスカスダンパＭ」と呼ぶ場合がある。
【００１８】
ここで、ノズルメニスカスＭＮは、外界の空気と触れている。これに対し、メニスカスダンパＭは、閉所内の空気のみに触れている。メニスカスダンパＭは、共通流路４内の圧力変動を、自らの振動により変動を吸収する。１以上の開放孔１０の合成インピーダンスＺ10は、複数の個別流路４の合成インピーダンスＺ4よりも小さい。
【００１９】
ノズル５は、図２の紙面直交方向（図３の上下方向）に配列される。この方向を、「ノズル列方向Ｙ」という。さらに、この方向に直交する方向（図２、図３の左右方向）を、「ヘッド幅方向Ｘ」という。画像形成に際して、液体吐出ヘッドは、両方向Ｘ，Ｙが水平に配置される。このとき、ノズル幅方向Ｘがヘッド走査方向と対応し、ノズル列方向Ｙがメディア搬送方向と対応する。図２では、１つの個別流路４および１つの開放孔１０が、図示されている。複数の個別流路４は、互いに同様の構造を有している。複数の開放孔１０も、互いに同様に構造を有する。そこで、単一の構造について説明することにし、説明の重複を省略する。
【００２０】
図２を参照して、流路ユニット２０は、複数の板材が積層された積層体である。各板材は、積層状態で流路を構成できるように、所要箇所に貫通穴、溝等が形成されている。積層方向Ｚは、画像形成の際、上下方向に向けられる。ノズル５は、最下層の板材に形成されている。流路ユニット２０の下面はノズル面であり、ノズル５が開口する。
【００２１】
図２に示すように、液体吐出ヘッド１は、アクチュエータ２と流路ユニット２０の積層体である。下の流路ユニット２０は、３つの板材から構成され、内部に流路の階層構造を有する。３つの板材は、下から第１板材２１、中央板材２９、第２板材２２の順に積層されている。一番上の第２板材２２は、吐出流路８の上部、圧力室６、絞り流路７および流入口４ａが形成され、その下面が共通流路３の内上面３ｃを構成する。中央板材２９は、吐出流路８の中央部および共通流路３が形成され、共通流路３の内側面３ａを有する。一番下の第１板材２１は、吐出流路８の下部、ノズル５および開放孔１０が形成され、その上面が共通流路３の内底面３ｂを構成する。
【００２２】
圧力室６は共通流路３の上方に配置され、共通流路３はノズル５の上方に配置される。圧力室６は、絞り流路７を介して、共通流路５と内上面３ｃで連通する。また、圧力室６は、吐出流路８を介して、積層方向Ｚ下方のノズル５と連通する。
【００２３】
なお、第１板材２１および第２板材２２は、どちらも複数の板を積層した積層体である。中央板材２９は、単一の板で構成されていてもよいし、複数の板を積層した積層体であってもよい。具体的には、図２に示すように、第１板材２１は、２枚の板で構成され、下の板（第３板材２３）にはノズル５が形成されている。一方、上の板（第４板材２４）には、吐出流路８の下部および開放孔１０が形成されている。同様に、第２板材２２も、２枚の板２５，２６で構成されている。下の板２５には吐出流路８の上部、絞り流路７および流入口４ａが形成されている。一方、上の板２６には、圧力室６が形成されている。
【００２４】
このうち、開放孔１０は、第４板材２４を円筒状に貫通する貫通穴２４ａである。貫通穴２４ａは、上端が共通流路３の内底面３ｂに開口し、下端は第３板材２３に封止されている。これにより、開放孔１０が、第１板材２１に非貫通で形成される。
【００２５】
第３板材２３も第４板材２４も、単一の板で構成されていてもよいし、複数の板の積層体であってもよい。第４板材２４には、流路ユニット２の最下層に配置されてノズル５を形成するノズルプレートが含まれる。
【００２６】
図３は、共通流路３近傍を図２のIII−III線に沿って切断し、内上面３ｃから内底面３ｂに向かって見た部分断面図である。流入口４ａと開放孔１０の位置関係を表すため、流入口４ａが内底面３ｂ上に投影されている。
【００２７】
開放孔１０は、流入口４ａが開口する位置に対応して配置されている。より具体的にいえば、開放孔１０の開口は、隣接する複数の流入口４ａを頂点とする多角形の重心に配置されている。
【００２８】
図３に示す本実施形態では、「隣接する複数の流入口４ａを頂点とする多角形」の一例として、当該３つの流入口４ａが、二等辺三角形（あるいは正三角形）の頂点にある。複数の流入口４ａが、ノズル列方向Ｙに２列の千鳥に並んで、２本のノズル列を構成している。各ノズル列は、流入口４ａが等間隔で並び、ノズル列方向Ｙに並びの半ピッチだけずれている。
【００２９】
図３に示すように、第２列（例えば、図３右列）を成す１つの流入口４ａは、第１列（例えば、図３左列）の隣接する２つの流入口４ａに対して、ノズル列方向Ｙの中央に配置されている。そして、開放孔１０は、流入口４ａが作る二等辺三角形の重心位置にある。このとき、１つの流入口４ａは、ヘッド幅方向Ｘにおいて、一方側で共通流路３の側壁に対向し、他方側で３つの開放孔１０にほぼ等間隔で包囲される。原則的には、開放孔１０は、流入口４ａとヘッド幅方向Ｘに隣接している。しかし、ノズル列の末端については、開放孔１０が、流入口４ａと隣接してなくてもよい。
【００３０】
ここで、液体が液体吐出ヘッド１に充填されると、ノズルメニスカスＭＮが、ノズル５に形成される。このとき、開放孔１０にも、空気が取り残された形で、メニスカスダンパＭが形成される。メニスカスダンパＭは、内上面３ｂの開口付近（開口からやや奥の位置）に位置する。
【００３１】
液体吐出ヘッド１の実用時、図１に示すように、アクチュエータ２が駆動され、液滴がノズル５から吐出される。対応する圧力室６（例えば、図１上から２つ目の圧力室６）では、吐出エネルギーの一部が、絞り流路７を介して共通流路３に漏れる（図１の点線矢印参照）。しかし、漏洩したエネルギーは、メニスカスダンパＭにより吸収される。また、共通流路３に外部から液体振動が及んでも、その振動は、メニスカスダンパＭにより吸収される。したがって、いわゆるクロストークを抑制できる。
【００３２】
本実施形態では、開放孔１０の合成インピーダンスが、個別流路４の合成インピーダンスよりも小さい。このような設定により、共通流路３内の振動は、メニスカスダンパＭで吸収されて、他の個別流路３に伝播しにくい。
【００３３】
開放孔１０は複数の流入口４ａを頂点とする多角形（本実施形態では二等辺三角形）の重心に配置されている。このため、メニスカスダンパＭは、振動減衰効果を共通流路３内で場所によらず発揮できる。
【００３４】
開放孔１０を複数設け、複数の開放孔１０が共通流路３のみを介して連通している。このため、開放孔１０は、内部がメニスカスダンパＭで封止された閉空間となる。メニスカスダンパＭの形態は、他部位の状態や形態を要因として変化することがなくなる。
【００３５】
開放孔１０は、非貫通に形成されている。メニスカスダンパＭは、ノズルメニスカスＭＮとは異なり、入れ替わる空気と触れることはない。一般に、ノズルメニスカスＭＮは、メニスカスは、触れる空気が入れ替わると、揮発成分(この場合、水)の蒸発が進み、乾燥する。しかし、開放孔１０は非貫通孔なので、触れる空気が一旦揮発成分で飽和すると、これ以上の蒸発は進まない。つまり、メニスカスダンパＭは、乾燥固化が抑止される。メニスカスのダンパとしての効果は、連続使用期間によらず劣化しない。
【００３６】
開放孔１０は、貫通孔２４ａを有する板材２４と、これを塞ぐ板材２３とで構成されている。単一の板材に非貫通穴を穿つ場合と比較して、製造が容易であり、開放孔１０の深さの寸法管理も容易である。本実施形態では、いずれの開放孔１０の深さも貫通孔２４ａを有する板材の板厚と同等となるので、個体差が生じにくい。
【００３７】
これまで１つの実施形態について説明したが、上記構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜追加、変更および／または削除可能である。
【００３８】
例えば、流入口および開放孔の配列パターンが変更されてもよい。図４に示す変形例では、「隣接する複数の流入口４ａを頂点とする多角形」の別の例として、４つの流入口４ａが、長方形の頂点にある。複数の流入口４ａが、ノズル列方向Ｙに並んで、２本のノズル列を構成している。各ノズル列は、流入口４ａが等間隔で並び、ノズル幅方向Ｘに沿って配置されている。開放孔１０は、当該長方形の重心位置に配置されている。
【００３９】
この変形例においても、上記実施形態と同様にして、メニスカスダンパＭは、振動減衰効果を共通流路３内で場所によらず発揮できる。以上、流入口４ａが作る多角形について、開放孔１０がその重心位置に配置されたが、これに限らない。共通流路３において、アクチュエータの駆動周期や共通流路３及びその近傍の構造によっては、クロストークや圧力波に分布が生じる場合がある。このような分布に対応して、開放孔１０は、配置されてよい。このときも、開放孔１０は、流入口４ａに隣接して配置されることが肝要である。
【符号の説明】
【００４０】
１…液体吐出ヘッド、２…アクチュエータ、３…共通流路、３ｂ…内底面、３ｃ…内上面、４…個別流路、４ａ…流入口、５…ノズル、６…圧力室、１０…開放孔（凹部）、２０…流路ユニット、２１…第１板材、２２…第２板材、２３…第３板材、２４…第４板材、２４ａ…貫通穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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