(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に振動板を介して圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、該圧力室内のインクを吐出させるノズル流路と、複数の前記圧力室に共通にインクを供給するための共通流路と、前記共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路とを備え、前記圧力室が前記共通流路よりも上位に配置されてなるインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、インクの供給方向に沿って前記共通流路に近い側から順に、第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部を少なくとも有し、
前記第１の流路部は、前記共通流路から供給されるインクを前記第２の流路部内に上向きに流入させる縦流路であり、
前記第３の流路部は、前記第２の流路部内のインクを該第２の流路部から横向きに流出させる横流路であり、
前記第１の流路部の横断面積をＡ１、前記第２の流路部の横断面積をＡ２ａとしたとき、Ａ２ａ＞Ａ１であり、且つ、前記第２の流路部の縦断面積をＡ２ｂ、前記第３の流路部の縦断面積をＡ３としたとき、Ａ２ｂ＞Ａ３であり、
前記第２の流路部は、横断面が円形となる円筒形状であり、前記第３の流路部は、前記第２の流路部の側面にスリット状に開口しており、
前記第２の流路部の上部内壁面と前記第３の流路部の上部内壁面との間に、前記第２の流路部の上部内壁面の位置が前記第３の流路部の上部内壁面の位置よりも上位となる段差が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記第３の流路部の上部内壁面は、前記第２の流路部側からインクの供給方向に沿って次第に高さが低くなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
一面に振動板を介して圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、該圧力室内のインクを吐出させるノズル流路と、複数の前記圧力室に共通にインクを供給するための共通流路と、前記共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路とを備え、前記圧力室が前記共通流路よりも上位に配置されてなるインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、インクの供給方向に沿って前記共通流路に近い側から順に、第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部を少なくとも有し、
前記第１の流路部は、前記共通流路から供給されるインクを前記第２の流路部内に上向きに流入させる縦流路であり、
前記第３の流路部は、前記第２の流路部内のインクを該第２の流路部から横向きに流出させる横流路であり、
前記第１の流路部の横断面積をＡ１、前記第２の流路部の横断面積をＡ２ａとしたとき、Ａ２ａ＞Ａ１であり、且つ、前記第２の流路部の縦断面積をＡ２ｂ、前記第３の流路部の縦断面積をＡ３としたとき、Ａ２ｂ＞Ａ３であり、
前記第２の流路部は、横断面が円形となる円筒形状であり、前記第３の流路部は、前記第２の流路部の側面にスリット状に開口しており、
前記第３の流路部の上部内壁面は、前記第２の流路部側からインクの供給方向に沿って次第に高さが低くなるように形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記圧力室、前記ノズル流路、前記共通流路及び前記インク供給路は、前記ノズル流路用の第１の貫通孔及び前記共通流路用の凹部がそれぞれ形成された第１の基板と、前記第１の基板に形成された前記ノズル流路用の第１の貫通孔と連通するノズル流路用の第２の貫通孔及び前記共通流路用の凹部と連通する前記第１の流路部用の貫通孔がそれぞれ形成された第２の基板と、前記圧力室用の凹部、前記第２の基板に形成された前記第１の流路部用の貫通孔と連通する前記第２の流路部用の凹部及び該第２の流路部用の凹部と前記圧力室要の凹部とを連通する前記第３の流路部用の凹部がそれぞれ形成された第３の基板の少なくとも３枚の基板が順次積層されることによって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記第２の流路部の上部内壁面は、粗面処理され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インクジェットヘッド。
【請求項６】
前記圧力室は、前記共通流路よりも上位に配置されていると共に、前記圧力室と前記共通流路とは、平面視で一部が互いに重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドに関し、詳しくは、インク吐出性能の維持と圧力室への気泡侵入による吐出性能への悪影響の抑制とを図り得るようにしたインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタの１つの形態として、記録媒体の全幅に対応するように多数のノズルが配列されたインクジェットヘッドを、記録媒体の幅方向と直交する方向（副走査方向）に相対的に１回だけ走査させることで、記録媒体の全体に印刷することが可能ないわゆるシングルパス方式のものが知られている。シングルパス方式は、インクジェットヘッドを記録媒体の幅方向（主走査方向）に亘って往復移動させるいわゆるシリアル方式に比べて高速に印刷することが可能であるが、インクジェットヘッドと記録媒体との相対的な移動が１回だけであるため、記録品質を向上させるためには、インクジェットヘッドに配列されるノズルを高密度に配置する必要がある。
【０００３】
シングルパス方式のプリンタに好適に用いられるインクジェットヘッドとして、ノズルとこのノズルに連通した圧力室との組を２次元状に配列させたものが知られている。ノズルと圧力室との組を２次元状に配列することにより、ヘッドを小型化でき、結果としてノズルを高密度化することができる。このようなインクジェットヘッドでは、ノズルや圧力室、その他のインク供給経路を複数枚の基板（層）に分けて形成し、それら複数枚の基板を順次積層することによって、積層体内にノズルに通じる圧力室やその他のインク供給経路を形成している。
【０００４】
このように複数枚の基板を積層することによって構成されるインクジェットヘッドとしては、ヘッドを小型化できるというメリットを有効に生かすため、複数の圧力室に共通にインクを供給するための共通流路を、圧力室とは異なる層に設けることにより、圧力室を高密度に配置できるようにするものが知られている（特許文献１〜４）。
【０００５】
特許文献１のインクジェットヘッドの概略構成を図９に示す。インクジェットヘッド１００には、液滴を吐出する縦方向に延びるように形成されたノズル１０１と、このノズル１０１の上部に配置され、平面形状が略正方形状となる圧力室１０２とが形成されている。圧力室１０２におけるノズル１０１と反対側の壁面は振動板１０３が設けられていると共に、この振動板１０３の外側にピエゾ素子等の圧電素子からなる圧力発生手段１０４が設けられている。これらノズル１０１と圧力発生手段１０４を有する圧力室１０２との組は、インクジェットヘッド１００に平面視で２次元状に配列される。
【０００６】
共通流路１０５は、平面視で圧力室１０２と一部重なるように、該圧力室１０２の下方に配置されている。この共通流路１０５は、複数の圧力室１０２に対して共通にインクを供給するように、複数の圧力室１０２毎に形成され、各圧力室１０２との間が縦方向に延びるインク供給路１０６によって連通している。
【０００７】
なお、上下とは、ノズル面を下向きとした状態のインクジェットヘッドにおける位置関係をいう。また、縦横とは、同じくノズル面を下向きとした状態のインクジェットヘッドにおける垂直方向を縦といい、水平方向を横という。
【０００８】
一方、近年の吐出性能の高精度化、高速化、安定化等を図る観点から、インク供給路に断面積を減少させたり絞り部分を設けたりする場合がある。例えば、特許文献２には、図１０に示すように、圧力室２０２と共通流路２０３との間のインク供給路２０４を横方向に延在させ、このインク供給路２０４に内部の流路を絞るアパーチャ２０５を形成し、このアパーチャ２０５によってインクの流れを制限することで、適当な流路抵抗を付与し、インク吐出の安定化を図ることが記載されている。図中、２０１はノズルである。
【０００９】
また、特許文献３には、図１１に示すように、圧力室３０２と共通流路３０３との間のインク供給路３０４を縦方向の流路とし、このインク供給路３０４内の共通流路３０３側の流路を絞るように形成することが記載されている。図中、３０１はノズルである。
【００１０】
更に、特許文献４には、図１２に示すように、共通流路４０３の上部に、補助用誘導孔４０４を形成し、この補助用誘導孔４０４の上端の側部から横方向に延びる通路４０５によって圧力室４０２と連通させることにより、補助用誘導孔４０４と通路４０５によってインク供給路を構成することが記載されている。通路４０５は、補助用誘導孔４０４よりも流路が絞られている。図中、４０１はノズルである。
【００１１】
これらインクジェットヘッドは、いずれも共通流路内のインクがインク供給路を通って共通流路よりも上方に配置される圧力室に流入する構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−３３４６６１号公報
【特許文献２】特開２００３−３１１９５７号公報
【特許文献３】特開平６−２３４２１８号公報
【特許文献４】特表平１０−５０８８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
インクジェットヘッドが抱える問題の一つに、圧力室内への気泡流入の問題がある。インク中に混入する気泡（空気）がインクと共に共通流路から圧力室に供給され、圧力室内に臨む振動板に付着すると、気泡の圧縮作用のために、振動板の振動によってインクに加えられるべき圧力が緩衝され、液滴を正常に吐出するために必要な圧力発生が阻害されてしまい、液滴の吐出が正常に行われず、吐出のばらつきを発生させたり、場合によっては不吐出となってしまうおそれがある。このため、インクは十分に脱気され、インクジェットヘッドへの供給過程での気泡の混入も慎重に避けられる態勢が採られているが、インクジェットヘッドへ供給されるインク中の気泡の混入を完全に防止することは困難である。
【００１４】
従って、インク中に混入する気泡による吐出不安定化を回避するため、インクジェットヘッド自体にも、気泡をインク中から分離させ、圧力室内に流入させないようにするための手段を講じることが望まれる。
【００１５】
しかしながら、図９に示す特許文献１のインクジェットヘッド１００は、共通流路１０５から圧力室１０２に至る過程でインク中の気泡を分離する手段を有していない。このインクジェットヘッド１００は、インク供給路１０６は圧力室１０２内の振動板１０３に対向する位置に開口しており、インク供給路１０６から流入するインクの真上に振動板１０３が配置される構造であるため、共通流路１０５内のインクがインク供給路１０６を通って圧力室１０２内に流入すると、インクと共にインク中に混入している気泡は、分離することなく、そのまま圧力室１０２内に流入してしまう。圧力室１０２内に流入した気泡は、浮力によって上昇して振動板１０３に付着し、吐出不安定化の原因となってしまう。
【００１６】
また、図１０に示す特許文献２のインクジェットヘッドでは、共通流路２０３内のインクは、共通流路２０３から上昇してインク供給路２０４内に流入し、インク供給路２０４内を横方向に流れて、この横方向に流れる過程でアパーチャ２０５によって流路が絞られるようになっているが、インク供給路２０４には、インク中の気泡を分離させ、圧力室に流入させないようにするための手段がないため、インク供給路２０４内に流入した気泡は、分離することなく、そのままインクと共に圧力室２０２に供給されてしまう。しかも、インク供給路２０４を横方向に流れて圧力室２０２の下部に至ったインクは、今度は上向きに流れて圧力室２０２内に流入する構成であるため、気泡は浮力によって圧力室２０２内に浸入し易い構造となっており、圧力室２０２内への気泡の流入を避けることは難しい。
【００１７】
更に、図１１に示す特許文献３のインクジェットヘッドでは、インク供給路３０４が流路を絞る構成となっているが、圧力室３０２と共通流路３０３とを単純に縦方向に連通させるだけの構造であるため、このインク供給路３０４内にインクと共に流入した気泡は、そのまま圧力室３０２内に流入してしまい、やはり圧力室３０２内への気泡の流入を避けることは難しい。
【００１８】
また、図１２に示す特許文献４のインクジェットヘッドでは、圧力室４０２と補助用導入孔４０４とを横方向に連通させる通路４０２が、補助用誘導孔４０４よりも流路を絞る構造となっているが、共通流路４０３から補助用誘導孔４０４に流入したインクは、共通流路４０３よりも小さな補助用誘導孔４０４によってやや流速が速くなり、次に、この補助用誘導孔４０４の上端の側部に開口する更に小さな通路４０５に流入することで、更に流速が速くなって圧力室４０２に供給されることになるため、共通流路４０３から補助用誘導孔４０４及び通路４０５を通って圧力室４０２に至る過程で、気泡がインクと分離できるような手段（場所及びタイミング）を持っておらず、気泡は分離することなくインク中に混入した状態のまま圧力室４０２まで運ばれてしまう。従って、この場合も圧力室４０２内への気泡の流入を避けることは難しい。
【００１９】
また、インク中の気泡を分離させ、圧力室に流入することを阻害するための何らかの構成部位をインクジェットヘッドに設けようとする場合、インクジェットヘッドの構成部位を増やすこととなり、インクジェットヘッドを構成するための基板の積層数を増加させることにつながる。基板の積層数の増加は、基板材料、加工工数及び組立工数が増加してコストアップにつながるだけでなく、それだけインクジェットヘッドの厚みが増すことによってノズル出口までの長さが長くなる結果、液滴吐出のためのエネルギーのロスが増加し、吐出効率が悪くなる問題もある。
【００２０】
そこで、本発明の課題は、所望の吐出性能の維持と圧力室への気泡浸入による吐出性能への悪影響の抑制とを図り得るインクジェットヘッドを提供することである。
【００２１】
また、本発明の他の課題は、基板の積層数を増加させることなく、所望の吐出性能の維持と圧力室への気泡浸入による吐出性能への悪影響の抑制とを図り得るインクジェットヘッドを提供することである。
【００２２】
本発明の更に他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００２４】
請求項１記載の発明は、一面に振動板を介して圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、該圧力室内のインクを吐出させるノズル流路と、複数の前記圧力室に共通にインクを供給するための共通流路と、前記共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路とを備え、前記圧力室が前記共通流路よりも上位に配置されてなるインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、インクの供給方向に沿って前記共通流路に近い側から順に、第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部を少なくとも有し、
前記第１の流路部は、前記共通流路から供給されるインクを前記第２の流路部内に上向きに流入させる縦流路であり、
前記第３の流路部は、前記第２の流路部内のインクを該第２の流路部から横向きに流出させる横流路であり、
前記第１の流路部の横断面積をＡ１、前記第２の流路部の横断面積をＡ２ａとしたとき、Ａ２ａ＞Ａ１であり、且つ、前記第２の流路部の縦断面積をＡ２ｂ、前記第３の流路部の縦断面積をＡ３としたとき、Ａ２ｂ＞Ａ３であり、
前記第２の流路部は、横断面が円形となる円筒形状であり、前記第３の流路部は、前記第２の流路部の側面にスリット状に開口しており、
前記第２の流路部の上部内壁面と前記第３の流路部の上部内壁面との間に、前記第２の流路部の上部内壁面の位置が前記第３の流路部の上部内壁面の位置よりも上位となる段差が形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２５】
請求項２記載の発明は、前記第３の流路部の上部内壁面は、前記第２の流路部側からインクの供給方向に沿って次第に高さが低くなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッドである。
【００２６】
請求項３記載の発明は、一面に振動板を介して圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、前記圧力室に対応して設けられ、該圧力室内のインクを吐出させるノズル流路と、複数の前記圧力室に共通にインクを供給するための共通流路と、前記共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路とを備え、前記圧力室が前記共通流路よりも上位に配置されてなるインクジェットヘッドにおいて、
前記インク供給路は、インクの供給方向に沿って前記共通流路に近い側から順に、第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部を少なくとも有し、
前記第１の流路部は、前記共通流路から供給されるインクを前記第２の流路部内に上向きに流入させる縦流路であり、
前記第３の流路部は、前記第２の流路部内のインクを該第２の流路部から横向きに流出させる横流路であり、
前記第１の流路部の横断面積をＡ１、前記第２の流路部の横断面積をＡ２ａとしたとき、Ａ２ａ＞Ａ１であり、且つ、前記第２の流路部の縦断面積をＡ２ｂ、前記第３の流路部の縦断面積をＡ３としたとき、Ａ２ｂ＞Ａ３であり、
前記第２の流路部は、横断面が円形となる円筒形状であり、前記第３の流路部は、前記第２の流路部の側面にスリット状に開口しており、
前記第３の流路部の上部内壁面は、前記第２の流路部側からインクの供給方向に沿って次第に高さが低くなるように形成されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２７】
請求項４記載の発明は、前記圧力室、前記ノズル流路、前記共通流路及び前記インク供給路は、前記ノズル流路用の第１の貫通孔及び前記共通流路用の凹部がそれぞれ形成された第１の基板と、前記第１の基板に形成された前記ノズル流路用の第１の貫通孔と連通するノズル流路用の第２の貫通孔及び前記共通流路用の凹部と連通する前記第１の流路部用の貫通孔がそれぞれ形成された第２の基板と、前記圧力室用の凹部、前記第２の基板に形成された前記第１の流路部用の貫通孔と連通する前記第２の流路部用の凹部及び該第２の流路部用の凹部と前記圧力室要の凹部とを連通する前記第３の流路部用の凹部がそれぞれ形成された第３の基板の少なくとも３枚の基板が順次積層されることによって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。 
【００２９】
請求項５記載の発明は、前記第２の流路部の上部内壁面は、粗面処理され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インクジェットヘッドである。
【００３０】
請求項６記載の発明は、前記圧力室は、前記共通流路よりも上位に配置されていると共に、前記圧力室と前記共通流路とは、平面視で一部が互いに重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、所望の吐出性能の維持と圧力室への気泡浸入による吐出性能への悪影響の抑制とを図り得るインクジェットヘッドを提供することができる。
【００３２】
また、本発明によれば、基板の積層数を増加させることなく、所望の吐出性能の維持と圧力室への気泡浸入による吐出性能への悪影響の抑制とを図り得るインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す縦断面図
【図２】図１の(ii)-(ii)線に沿う断面図
【図３】本発明に係るインクジェットヘッドの分解斜視図
【図４】インク供給路の部分のみを示す斜視図
【図５】第２の流路部と第３の流路の接続部位の他の態様を示す部分断面図
【図６】第２の流路部と第３の流路の接続部位の他の態様を示す部分断面図
【図７】本発明に係るインクジェットヘッドにおける個別流路の配列態様を示す平面図
【図８】個別流路の他の配列態様を示す平面図
【図９】従来のインクジェットヘッドの概略構造を示す断面図
【図１０】従来のインクジェットヘッドの概略構造を示す断面図
【図１１】従来のインクジェットヘッドの概略構造を示す断面図
【図１２】従来のインクジェットヘッドの概略構造を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明に係るインクジェットヘッドは、一面に振動板を介して圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、この圧力室に対応して設けられ、該圧力室内のインクを吐出させるノズル流路と、複数の圧力室に共通にインクを供給するための共通流路と、この共通流路と各圧力室とを連通させるインク供給路とを備え、圧力室が共通流路よりも上位に配置される。
【００３５】
振動板は圧力室の上壁面を構成し、この振動板の外面側に、ピエゾ素子等の圧電素子からなる圧力発生手段が取り付けられる。この圧力発生手段に所定の電圧を印加することにより、圧電素子の電気機械変換作用によって振動板を振動させ、圧力室内のインクに吐出に必要な圧力を付与し、ノズル流路の先端からインクを微小な液滴として吐出させる。
【００３６】
本発明において、インク供給路は、共通流路から各圧力室へ至るインクの供給方向に沿って、共通流路に近い側から順に、第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部を少なくとも有している。第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部は、インク供給路において連続する流路を構成している。
【００３７】
これら第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部は、共通流路から圧力室へ至るインク供給路中に存在していればよいが、第１の流路部が共通流路と直接接続され、第３の流路部が圧力室と直接接続される構成である場合、インク供給路は単純化され、インクジェットヘッド構造が簡素化される。
【００３８】
第１の流路部は、共通流路から供給されるインクを第２の流路部内に上向きに流入させる縦流路であり、第３の流路部は、第２の流路部内のインクを該第２の流路部から横向きに流出させる横流路である。すなわち、インク供給路中を流れるインクは、第１の流路部内を上向きに流れ、第２の流路部内に流入した後、今度は、第２の流路部から第３の流路部内に横向きに流入する。
【００３９】
ここで、上下、縦横の配置関係について定義しておくことにする。本発明におけるインクジェットヘッド構成の配置関係は、ノズル面を下向きとした状態でのインクジェットヘッドの姿勢を基準とする。従って、本発明における上下とは、ノズル面を下向きとした状態のインクジェットヘッドにおける位置関係をいうものとする。また、縦横とは、同じくノズル面を下向きとした状態のインクジェットヘッドにおいて、垂直方向を縦といい、水平方向を横というものとする。
【００４０】
本発明は、これら第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部によって、インク中の気泡を分離し、圧力室へ供給することを阻止するための手段が構成される。このために、これら第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部は、第１の流路部の横断面積をＡ１、第２の流路部の横断面積をＡ２ａとしたとき、Ａ２ａ＞Ａ１であり、且つ、第２の流路部の縦断面積をＡ２ｂ、第３の流路部の縦断面積をＡ３としたとき、Ａ２ｂ＞Ａ３であるという条件を備える。つまり、本発明は、インク供給路の断面（インクの供給方向と直交する断面）が、第１の流路部から第２の流路部に至ると一旦拡大し、また、第２の流路部から第３の流路部に至ると再び縮小する。
【００４１】
これら各断面積は、いずれも各流路部における最大値である。
【００４２】
この構成により、第１の流路部から第２の流路部に流入するインクは、狭い流路から大きな流路に流入することで流速が一気に低下し、この第２の流路部内に一時的に滞留する。従って、この第２の流路部内に流入したインク中に混入する気泡は、インクと分離し易くなる。しかも、インクは上向流で第２の流路部内に流入し、次いで、横向きに進路が屈曲されて第３の流路部に向けて流出するため、第２の流路部内をその浮力によって速やかに上昇してインクと効率良く分離され、第２の流路部内の上部内壁面に付着するようになる。上部内壁面に溜まった気泡同士は集合して更に大きな気泡となる場合もある。
【００４３】
なお、本発明において、インクは、インクジェットヘッドの使用時の温度における粘度が１０ｍＰａ・ｓ以下であるものを対象としている。
【００４４】
このような気泡の分離をより効果的にするため、第２の流路部の横断面積Ａ２ａは、第１の流路部の横断面積Ａ１の、１．２〜８倍とすることが好ましい。
【００４５】
また、同様の観点から、第２の流路部は、内部のインクの滞留時間を稼ぎ、インク中の気泡の分離がより効果的に行われるようにするため、縦方向の長さ（高さ）を、第２の流路部の横方向の最大径の２倍以上とすることが好ましい。
【００４６】
第２の流路部内のインクは、更に第３の流路部へと流出するが、この第３の流路部は縦断面積が小さく絞られているため、第３の流路部内のインクは流速が再び上昇する。このとき、第２の流路部の上部内壁面に付着した気泡は、開口が絞られて流速が大きくなる第３の流路部には、インク自体よりも侵入しにくいため、第２の流路部内の上部内壁面にとどまり、第３の流路部へは流出しにくくなり、圧力室への気泡の侵入が抑制される。
【００４７】
すなわち、本発明は、第２の流路部においてインク中から気泡を分離し易くする構成とその気泡を第３の流路部側へ流出し難くする構成とを備えることにより、圧力室への気泡の侵入を効果的に阻止するものである。しかも、第３の流路部においてインクの供給路が絞られているため、この部分によって、所望の吐出性能を維持することができる。
【００４８】
一般に、インクジェットヘッド内に気泡が溜まる等の原因により吐出不良が発生した場合には、メンテナンス動作として、インクジェットヘッドのノズル面から吸引が行なわれ、内部の気泡がノズルから排出される。本発明においても、第２の流路部内に溜まった気泡は、メンテナンス時の吸引動作によりノズルから排出されるものであるが、通常動作時における圧力室内への気泡の流入を大幅に抑制し、吐出不良が起こりにくくなっている。そのため、従来に比べてメンテナンスの頻度を少なくすることができる。
【００４９】
第２の流路部の形状は横断面が円形となる円筒形状であり、第３の流路部は、この第２の流路部の側面にスリット状に開口していることが好ましい。第２の流路部内のインクが第３の流路部に向けて流出する際、第２の流路部の上部内壁面の気泡を連れ込み難くする効果を顕著に発揮することができる。特に、第３の流路部の開口部がスリット状であることで、第２の流路部の上部内壁面において集合した気泡を、第３の流路部に入り込みにくくすることができる。
【００５０】
気泡が第３の流路部に入り込みにくくする上で、より好ましくは、第２の流路部の側面にスリット状に開口する第３の流路部の開口部の横幅は、２０〜４０μｍとすることである。
【００５１】
本発明において、インクから分離した気泡を第２の流路部内により効果的にとどめておくようにするため、第２の流路部の上部内壁面には粗面処理を施しておくことが好ましい。上部内壁面が粗面処理されることで、気泡を付着させてとどめておく効果をより発揮させることができ、第３の流路部側への流出を阻止する効果をより向上させることができる。粗面処理は、圧力室プレートの第２の流路部の上部内壁面に対応する部位に、従来公知の適宜の方法、例えば露光もしくは電子線直接描画によって、周期１００〜４００ｎｍ、高さ１００〜１０００ｎｍの微細な凹凸形状をパターニングし、露光・現像することによって行うことができる。
【００５２】
このような粗面処理は、第３の流路部の上部内壁面にも施すようにしてもよい。
【００５３】
本発明において、圧力室、ノズル、共通流路及びインク供給路は、複数枚の基板にそれぞれ貫通孔又は凹部（凹溝）の形態で加工され、これら複数枚の基板を積層することにより、圧力室、ノズル流路、共通流路及びインク供給路をそれぞれ形成することが好ましい。各基板に貫通孔や凹部（凹溝）を形成するだけで積層基板内に、圧力室、ノズル流路、共通流路及びインク供給路となる空間や流路を容易に形成することができる。
【００５４】
基板にはシリコン基板やガラス基板が好ましく用いられる。シリコン基板に対する加工は、例えばドライエッチング加工等によって行うことができ、半導体集積回路の精密製造技術を利用することができる。また、ガラス基板に対する加工は、従来のサンドブラスト法等によって行うことができる。これらはいずれも極めて高精度な加工が可能であり、しかも、シリコン基板とガラス基板との接合は、陽極接合によって一体に接合させることができるため、接着剤を用いる必要がない。
【００５５】
このようなインクジェットヘッドでは、圧力室と共通流路とは、積層された複数枚の基板のうち、圧力室の方が共通流路よりも上位となるように異なる基板（層）に分かれて配置される。圧力室と共通流路とが、異なる基板に分かれて配置される場合、圧力室と共通流路との位置関係は、平面視で、両者の一部が互いに重なり合うように配置されるようにすると、圧力室と共通流路とのインクジェットヘッドの水平方向の広がりが抑制され、圧力室を高密度に配列することができ、結果として、ノズルの高密度化が可能となる。また、共通流路の容積を大きく確保でき、それだけインク供給量を増加させることができる。
【００５６】
複数枚の基板は、ノズル流路用の貫通孔及び共通流路用の凹部がそれぞれ形成された第１の基板と、上記ノズル流路用の貫通孔と連通する貫通孔及び上記共通流路用の凹部と連通する第１の流路部用の貫通孔がそれぞれ形成された第２の基板と、圧力室用の凹部、該圧力室用の凹部と連通する第２の流路部用の凹部及び該第２の流路部用の凹部と連通する第３の流路部用の凹部がそれぞれ形成された第３の基板の少なくとも３枚の基板とすることができ、これらを順次積層することによって、圧力室、ノズル流路、共通流路及びインク供給路を積層基板内に形成することができる。
【００５７】
これによると、インクジェットヘッドの構造が最小で３枚の基板で済み、基板の積層数が増加することなく、所望の吐出性能の維持と圧力室への気泡侵入による吐出性能への悪影響の抑制とを図り得るものとなる。
【００５８】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの具体的な実施の形態を図面を用いて説明する。なお、以下に記載する寸法は一例であり、本発明は以下の寸法に限定されるものではない。
【００５９】
図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す縦断面図、図２は、図１の(ii)-(ii)線に沿う断面図、図３は、本発明に係るインクジェットヘッドの要部の分解斜視図である。
【００６０】
インクジェットヘッド１は、下から順に、第１の基板であるノズルプレート２、第２の基板である中間プレート３、第３の基板である圧力室プレート４の３枚の基板が積層された積層体からなっている。
【００６１】
ノズルプレート２は、厚みが３００μｍのシリコン基板であり、ドライエッチング加工によって、ノズル流路用の第１の貫通孔２１が貫通形成されていると共に、共通流路用の凹部２２が図中の上面から溝状に凹設されている。
【００６２】
ノズル流路用の第１の貫通孔２１は、本実施形態では、図中の上から下に向かうインクの吐出方向に沿って、３段階に径が小さくなる円筒形状に形成されており、直径１００μｍで高さ（インク吐出方向に沿う長さ。以下同じ。）が２００μｍの大径部２１ａと、直径６０μｍで高さ８０μｍの中径部２１ｂと、直径２０μｍで高さ２０μｍの小径部２１ｃとからなっている。また、共通流路用の凹部２２は、高さ２８０μｍ、幅Ｗが６５０μｍとなっている。
【００６３】
中間プレート３は、厚みが２００μｍのガラス基板であり、サンドブラスト法によって、ノズルプレート２に形成されたノズル流路用の第１の貫通孔２１に連通するノズル流路用の第２の貫通孔３１が貫通形成されていると共に、同じくノズルプレート２に形成された共通流路用の凹部２２の上方に対応する位置に、インク供給路の一部を構成する第１の流路部用の貫通孔３２が貫通形成されている。
【００６４】
ここでは、ノズル流路用の第２の貫通孔３１及び第１の流路部用の貫通孔３２は、いずれも直径１００μｍの円筒形状となっている。
【００６５】
圧力室プレート４は、厚みが３００μｍのシリコン基板であり、ドライエッチング加工によって、圧力室用の凹部４１が図中の下面から凹設されていると共に、この圧力室用の凹部４１と連通するように、インク供給路の残りの一部を構成する第２の流路部用の凹部４２と第３の流路部用の凹部４３とが同じく図中の下面から凹設されている。ここでは１つの圧力室用の凹部４１のみを示しているが、１つの圧力室プレート４に対して圧力室用の凹部４１は複数設けられる。
【００６６】
圧力室用の凹部４１は、図２に示すように、平面視で角部に曲率半径１５０μｍのＲ（まるみ）がつけられた１辺が４５０μｍとなる略正方形状をなしている。その高さは２８０μｍとされ、残りの２０μｍが上壁部となり、この上壁部によって振動板４１ａが構成される。そして、この振動板４１ａの外側面（図１、図３の上面側）に、４００μｍ×４００μｍ×厚み５０μｍの圧電素子５が固着されている。
【００６７】
中間プレート３に形成されたノズル流路用の第２の貫通孔３１は、圧力室用の凹部４１の一つの隅角部の両側壁から７０μｍ内側に位置し、この圧力室用の凹部４１内と連通するように配置されている。
【００６８】
第２の流路部用の凹部４２は、直径１２０μｍ、高さ２８０μｍの円筒形状をなして凹設されており、中間プレート３に形成された第１の流路部用の貫通孔３２に対応してその真上に配置され、下端において該第１の流路部用の貫通孔３２と連通している。
【００６９】
第３の流路部用の凹部４３は、この第２の流路部用の凹部４２と圧力室用の凹部４１との間を連通させる溝状に形成され、高さ２８０μｍ、長さ（凹部４２から凹部４１へ至る長さ）３００μｍ、長さ方向と直交する幅３０μｍの細長形状に凹設されている。このため、この第３の流路部用の凹部４３の一端と第２の流路部用の凹部４２との連通部位は、細幅状のスリット状である。
【００７０】
この第３の流路部用の凹部４３の他端と圧力室用の凹部４１との連通部位は、図２に示すように、平面視で略正方形状の圧力室用の凹部４１において、ノズル流路用の第２の貫通孔３１との連通部位と対角位置にある隅角部４１ｂである。第３の流路部用の凹部４３は、この隅角部４１ｂから圧力室用の凹部４１に対して対角線に沿う方向に延び、第２の流路部用の凹部４２と連通している。
【００７１】
以上の３枚の基板２、３、４は、互いに相対位置が位置合わせされた後、ノズルプレート２の共通流路用の凹部２２の形成面側が中間プレート３と対面し、且つ、圧力室プレート４の各凹部４１、４２、４３の形成面側が中間プレート３と対面するようにして積層され、その後、陽極接合される。陽極接合は、各接合面におけるシリコンとガラスとを２００〜５００℃で加熱してガラス側を軟化させ、同時にシリコン側を陽極、ガラス側を陰極として高電圧を印加することによって電気的二重層を発生させ、接合界面を静電引力によって密着接合する。陽極接合によれば、接着剤を用いないため、インクとの接触面となる接合面において、インク中の溶剤による接合部の溶解のおそれのない信頼性の高い接合を行うことができる。
【００７２】
各基板２、３、４が接合されることによって、ノズルプレート２に形成されたノズル流路用の第１の貫通孔２１と中間プレート３に形成されたノズル流路用の第２の貫通孔３１とが連通してノズル流路となり、圧力室プレート４に形成された圧力室用の凹部４１の下面側が中間プレート３によって閉塞されて圧力室となる。ノズル流路と圧力室とは、ノズル流路用の第２の貫通孔３１と圧力室用の凹部４１とが連通することによって連通する。
【００７３】
また、ノズルプレート２に形成された共通流路用の凹部２２の上面側は中間プレート３によって閉塞されて共通流路となり、第１の流路用の貫通孔３２、第２の流路用の凹部４２及び第３の流路用の凹部４３は、それぞれ第１の流路部、第２の流路部及び第３の流路部となる。更に、これら第１の流路部３２、第２の流路部４２及び第３の流路部４３は、共通流路２２と圧力室４１との間を連通するインク供給路となる。
【００７４】
本実施形態では、圧力室４１と共通流路２２とが、平面視で一部が互いに重なり合うように配置されているため、インク供給路（第１の流路部３２、第２の流路部４２及び第３の流路部４３）と圧力室４１とノズル流路（ノズル流路用の第１、第２の貫通孔２１、３１）との組（以下、これを個別流路１０という。）が、平面視で共通流路２２側に近づけられるので、個別流路１０と共通流路２２と全体の幅が抑えられ、それだけ個別流路１０を高密度に配列させることができる。
【００７５】
インク供給路の構成を図４を用いて更に説明する。図４は、インク供給路の部分のみを示す斜視図である。
【００７６】
インク供給路は、第１の流路部３２が共通流路２２からインクが上向きに流れる縦流路となり、この第１の流路部３２の上端において第２の流路部４２と接続され、該第２の流路部４２内にインクが上向きに流入する。第２の流路部４２内に流入したインクは、次いで、流れ方向が横向きに屈曲され、第２の流路部４２の側面にスリット状に開口する第３の流路部４３に流出する。第３の流路部４３は第２の流路部４２からインクが横向きに流れる横流路となり、インクは、この第３の流路部４３を通って圧力室４１内に流入する。従って、共通流路２２と接続している第１の流路部３２と圧力室４１とは、平面視で重なり合うことはなく、共通流路２２内のインク中の気泡が、そのまま上向きに上昇して直接圧力室４１内に流入してしまうことはない。
【００７７】
第１の流路部３２は直径１００μｍの流路であり、第２の流路部４２は直径１２０μｍの円筒形状であるため、第１の流路部３２の横断面積Ａ１よりも第２の流路部４２の横断面積Ａ２ａの方が大きい。このため、第１の流路部３２内を流れるインクの流速に比べ、第２の流路部４２内に流入したインクの流速は一気に低下し、この第２の流路部４２で滞留し、この間にインク中の気泡の分離が促進され、分離した気泡は浮力によって上昇して上部内壁面４２ａに付着する。
【００７８】
次に、第３の流路部４３は高さ２８０μｍ、幅３０μｍであるため、その縦断面積（８４００μｍ２）は、第２の流路部４２の縦断面積の最大値（直径１２０μｍ×高さ２８０μｍ＝３３６００μｍ２）よりも小さい。これにより、第３の流路部４３内のインクの流速は再び増大する。このとき、第２の流路部４２から第３の流路部４３へは、インクのみが流出し、インク中から分離されて上部内壁面４２ａに付着した気泡は、流速の速い第３の流路部４３との接続部位の開口部４２ｂには流入しにくくなり、気泡が圧力室４１に供給されることが抑制される。
【００７９】
また、第２の流路部４２から第３の流路部４３側への気泡の流出を阻止する効果をより高めるため、図５に示すように、第２の流路部４２の上部内壁面４２ａと第３の流路部４３の上部内壁面４３ａとの間に、第２の流路部４２の上部内壁面４２ａの位置が第３の流路部４３の上部内壁面４３ａの位置よりも上位となる段差４２ｃを形成することも好ましい。この段差４２ｃにより、第２の流路部４２の上部に気泡だまりとなる部屋を形成することができ、この上部内壁面４２ａに付着した気泡を第３の流路部４３側へより流出しにくくすることができる。
【００８０】
段差４２ｃの高さは、５〜１５μｍとすることが好ましい。このような段差４２ｃは、第２の流路部４２の凹設深さを第３の流路部４３の凹設深さよりも、上記高さ分だけ深く形成することによって、又は、第３の流路部４３の凹設深さを第２の流路部４２の凹設深さよりも、上記高さ分だけ浅くすることによって形成することができる。
【００８１】
段差４２ｃは、第３の流路部４３の第２の流路部４２との連通部位の近傍のみに部分的に形成されていてもよい。
【００８２】
更に、同様の目的で、図６に示すように、第３の流路部４３の上部内壁面４３ａを、第２の流路部４２側からインクの供給方向に沿って次第に高さが低くなるように形成することも好ましい。図６（ａ）は、上部内壁面４３ａを、連続して高さが低くなる傾斜面としている。傾斜面は、第３の流路部４３の全長に亘って形成してもよいし、第２の流路部４２側の一部のみに形成してもよい。また、図６（ｂ）は、上部内壁面４３ａを、段階的に高さが低くなる階段状に形成している。この階段状部分も、第３の流路部４３の全長に亘って形成してもよいし、第２の流路部４２側の一部のみに形成してもよい。
【００８３】
図７は、このインクジェットヘッド１における個別流路１０の配列態様を示す平面図である。
【００８４】
ここでは共通流路（共通流路支流）２２は４本が並列配置され、各共通流路２２の両端部が、それぞれ１本ずつの共通流路本流２３に接続されている。この共通流路本流２３もノズルプレート２の共通流路２２と同じ面に凹設されている。各共通流路本流２３の両端には、このインクジェットヘッド１内と不図示のインクタンクやインクカートリッジとを連通させる接続口２４が臨んでいる。
【００８５】
各個別流路１０は、共通流路２２に対して圧力室４１の一部がオーバーラップするように、共通流路２２の長さ方向に沿って所定の間隔Ｐで配列されて１列のノズル列を構成している。ここでは４本の共通流路２２によって４列のノズル列が示されているが、間隔Ｐを６７７μｍ（３７．５ｄｐｉ相当）とすると、ノズル列を１６列設けた場合、３７．５ｄｐｉ×１６＝６００ｄｐｉの記録解像度を持つヘッドとなる。
【００８６】
また、図８に示すように、１本の共通流路２２に対して、同じく圧力室４１の一部がオーバーラップするように複数の個別流路１０を２列に配列することもでき、より高密度化を図ることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１：インクジェットヘッド
２：ノズルプレート
２１：ノズル流路用貫通孔
２２：凹部（共通流路）
２３：共通流路本流
２４：接続口
３：中間プレート
３１：ノズル流路用貫通孔
３２：貫通孔（第１の流路部）
４：圧力室プレート
４１：凹部（圧力室）
４１ａ：振動板
４１ｂ：隅角部
４２：凹部（第２の流路部）
４２ａ：上部内壁面
４２ｂ：開口部
４２ｃ：段差
４３：凹部（第３の流路部）
４３ａ：上部内壁面
５：圧電素子
１０：個別流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005454016.tif 000004
【図４】
0005454016.tif 000005
【図５】
0005454016.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005454016.tif 000008
【図８】
0005454016.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005454016.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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