(57)【要約】【課題】液体に含まれる粒子が圧力室内に沈降した場合であっても、この粒子によってノズルが目詰まりすることを防ぎ、また沈降した粒子を攪拌することができる液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】ノズル２３に連通する圧力室２０と、該圧力室２０に供給口２２を通じて液体を供給する共通液室２９と、を有し、圧力室２０内の液体に圧力変動を付与することによりノズル２３から液滴を噴射可能な液体噴射ヘッド２であって、圧力室２０の底面には、供給口２２側からノズル２３側への流体の流れに対して抵抗となる段差部２５が設けられた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルに連通する圧力室と、
該圧力室に供給口を通じて液体を供給する共通液室と、
を有し、前記圧力室内の液体に圧力変動を付与することにより前記ノズルから液滴を噴射可能な液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の底面には、前記供給口側から前記ノズル側への流体の流れに対して抵抗となる段差部が設けられたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記圧力室の底面に溝が設けられ、該溝によって前記段差部が構成されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記圧力室の底面に当該底面から突出した凸部が設けられ、該凸部によって前記段差部が構成されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記ノズルは、前記圧力室の底面に開口され、
前記ノズルの開口縁に前記段差部が設けられたことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射ヘッドに関し、特に、顔料等の粒子を含む液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として噴射（吐出）させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等がある。
【０００３】
上記のような液体噴射ヘッドから噴射される液体の中には、溶媒中に粒子を含有したものがある。例えば、平板状のアルミニウム等からなる金属片をインク溶媒内に分散させたメタリックインクがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４９０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなメタリックインクは、長期間に亘って放置されると金属片が沈降（沈殿）してしまうという問題を有している。圧力室内に金属片が沈降して積み重なると、メタリックインクを噴射する際に、積み重なった金属片が塊となってノズルに移動して、ノズルを目詰まりさせる虞がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体に含まれる粒子が圧力室内に沈降した場合であっても、この粒子によってノズルが目詰まりすることを防ぎ、また沈降した粒子を攪拌することができる液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通する圧力室と、
該圧力室に供給口を通じて液体を供給する共通液室と、
を有し、前記圧力室内の液体に圧力変動を付与することにより前記ノズルから液滴を噴射可能な液体噴射ヘッドであって、
前記圧力室の底面には、前記供給口側から前記ノズル側への流体の流れに対して抵抗となる段差部が設けられたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の液体噴射ヘッドによれば、液体に含まれる粒子が圧力室内に沈降した場合であっても、沈降した粒子の移動を段差部によって妨げることができ、ノズルが目詰まりすることを抑制することができる。また、圧力室の圧力変動によって段差部に乱流を生じさせることができ、これにより沈降した粒子を攪拌することができる。
【０００９】
上記構成において、前記圧力室の底面に溝が設けられ、該溝によって前記段差部が構成されることが望ましい。
【００１０】
また、前記圧力室の底面に当該底面から突出した凸部が設けられ、該凸部によって前記段差部が構成されることが望ましい。
【００１１】
これらの構成によれば、エッチング等により簡単に段差部を形成することができる。
【００１２】
上記構成において、前記ノズルは、前記圧力室の底面に開口され、
前記ノズルの開口縁に前記段差部が設けられることが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、ノズルの周囲において沈降した粒子が流入することを妨げることができ、ノズルが目詰まりすることをより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】プリンターの斜視図である。
【図２】記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。
【図３】第１の実施形態における記録ヘッドの要部断面図である。
【図４】粒子の堆積および攪拌を説明する模式図
【図５】第２の実施形態における記録ヘッドの要部断面図である。
【図６】第３の実施形態における記録ヘッドの要部断面図である。
【図７】第４の実施形態における記録ヘッドの要部断面図である。
【図８】第５の実施形態における記録ヘッドの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置１（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド２（以下、記録ヘッド）が取り付けられると共に、液体貯留部材の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４を備えている。このキャリッジ４の後部には、キャリッジ４を記録紙５（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構６を備えている。また、記録動作時における記録ヘッド２の下方には、間隔を空けてプラテン７を備えている。このプラテン７上には、プリンター１の後方に備えた搬送機構８によって、記録紙５が主走査方向に直交する副走査方向に搬送される。
【００１７】
キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構６の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。
【００１８】
また、キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジ４の走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート１５：図２、図３参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙５上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録を行う。
【００１９】
次に記録ヘッド２について説明する。
図２は、本実施形態の記録ヘッド２の構成を示す分解斜視図であり、図３は、記録ヘッド２の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド２は、流路基板１４、ノズルプレート１５、振動板１６、圧電素子１７、及び、保護基板１８等を積層して構成されている。
【００２０】
流路基板１４は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、複数の圧力室２０がその幅方向に並設されている。各圧力室２０は、、板厚方向に貫通したノズルの列に直交する方向に長尺な空部であり、この上部は振動板１６によって封止される。そして、圧力室２０の容積は、後述する圧電素子１７の駆動により振動板１６が変形することで増減される。また、流路基板１４の圧力室２０から、その長手方向外側に外れた領域には連通部２１が形成され、連通部２１と各圧力室２０とが、圧力室２０毎に設けられたインク供給口２２（本発明における供給口）を介して連通されている。インク供給口２２は、圧力室２０よりも狭い幅で形成されており、連通部２１から圧力室２０に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、連通部２１は、後述する保護基板１８の共通室２８と連通して、各圧力室２０に液体を供給するリザーバー２９（本発明における共通液室）の一部を構成する。
【００２１】
流路基板１４の下面側には、圧力室２０の底面を構成するノズルプレート１５が接合されている。ノズルプレート１５は、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍ程度のシリコン単結晶基板やステンレス鋼等などからなり、各圧力室２０に対応したノズル２３が開設されている。各ノズル２３は、ドット形成密度に対応したピッチで列状に開設され、それぞれ圧力室２０のインク供給口２２とは反対側の端部に連通されている。
【００２２】
また、ノズルプレート１５には、圧力室２０の底面に対応する部分に、インク供給口２２からノズル２３に向かうインクの流れ方向に対して直交する方向に沿った溝２４が複数設けられている。本実施形態の溝２４は、圧力室２０の底面となるノズルプレート１５の上面から下面側に向けてノズルプレート１５の厚さの途中まで窪ませた状態に形成されている。この溝２４は、１つの圧力室２０に対して、ノズル２３に向かうインクの流れ方向に合計４条設けられており、その長さが圧力室２０の幅に揃えられている。この溝２４の底部と圧力室２０の底面（ノズルプレート１５の上面）との間に、インクの流れ方向に対して直交する方向に沿った段差部２５が形成され、インク供給口２２側からノズル２３側へ向かうインクの流れに対して抵抗が付与される。詳しくは、ノズル２３側の圧力室の底面からインク供給口２２側に一段下がった段差部２５が、インク供給口２２側からノズル２３側へ向かうインクの流れに対する抵抗となる。
【００２３】
なお、溝２４はインクに含まれる粒子が収容できる程度の幅および深さ（例えば、数十μｍ〜数百μｍ）に設定される。また、溝２４のエッジ（溝２４の底面と壁面とが交わる部分、および、溝２４の壁面とノズルプレート１５の上面とが交わる部分等）は、面取りすることもできる。さらに、ノズル２３および溝２４は、例えば、ノズルプレート１５をシリコン単結晶基板で作製する場合には、エッチングにより形成され、ノズルプレート１５をステンレス鋼で作成する場合には、プレス加工により形成される。
【００２４】
流路基板１４の開口面とは反対側（上側）には、振動板１６が形成されている。本実施形態の振動板１６は、例えば、厚さが約１．０μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に積層された厚さが約０．４μｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜と、から構成されている。また、この振動板１６上には、圧電素子１７が各圧力室２０に対応して複数設けられている。本実施形態における圧電素子１７は撓み振動モードの振動子であり、駆動電極と共通電極とによって圧電体を挟んで構成されている（図示を省略）。そして、圧電素子１７の駆動電極に駆動信号が印加されると、駆動電極と共通電極との間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体に付与され、圧電体が付与された電場の強さに応じて変形する。
【００２５】
また、流路基板１４上の圧電素子１７側の面には、圧電素子１７に対向する領域にその変位を阻害しない程度の大きさの空間となる圧電素子保持部２７を有する保護基板１８が、振動板１６を挟んで接合されている。圧電素子１７は、この圧電素子保持部２７内に収容されるため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、図２に示すように、保護基板１８には、流路基板１４の連通部２１に対応する領域に共通室２８が設けられている。この共通室２８は、圧力室２０の並設方向に沿って板厚方向に貫通して設けられており、上述したように流路基板１４の連通部２１と連通されて各圧力室２０の共通のインク室となるリザーバー２９を構成している。
【００２６】
さらに、保護基板１８上には、封止膜３０ａ及び固定板３０ｂとからなるコンプライアンス基板３０が接合されている。封止膜３０ａは、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイドフィルム）からなり、この封止膜３０ａによって共通室２８の一方面が封止されている。また、固定板３０ｂは、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼等）で形成される。この固定板３０ｂのリザーバー２９に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部３１となっているため、リザーバー２９の一方面は可撓性を有する封止膜３０ａのみで封止されている。
【００２７】
そして、インクカートリッジ３からのインクは、図示しないインク導入路からリザーバー２９内に取り込まれ、インク供給口２２を介して圧力室２０に供給される。この状態で、図示しないプリンタコントローラー側からの駆動信号の供給により圧電素子１７を駆動させると、圧力室２０内のインクに圧力変動が生じる。この圧力変動を利用することでノズル２３からインクを噴射（吐出）する。
【００２８】
次に粒子の堆積および攪拌について、図４を用いて説明する。本実施形態における記録ヘッド２が噴射するインクは、例えば、アルミニウム等からなる金属片を含んだメタリックインクを用いている。
【００２９】
しばらくの間記録ヘッド２からインクが噴射されていない場合、圧力室２０やリザーバー２９内の金属片３４は、インク溶媒に対して比重が大きいので、これらの底面に次第に沈降して堆積する。この状態で、圧電素子１７を駆動させると、圧力室２０内に負圧が発生し、インク供給口２２から圧力室２０内にインクが流入する。この際、リザーバー２９や圧力室２０に堆積した金属片３４が塊となって、インクの流れに乗ってノズル側へ流下する。しかしながら、本発明に係る記録ヘッド２では、圧力室２０の底面に抵抗となる段差部２５（溝２４）が設けられているため、金属片３４のノズル２３への到達を妨げることができる（図４（ａ）参照）。すなわち、これらの金属片３４が溝２４内に取り込まれて堆積するため、金属片３４が塊となってノズル２３に流入することが抑制される。
【００３０】
次に、圧力室２０の溝２４内に金属片３４が堆積した状態で、圧電素子１７を駆動させて圧力室２０内に圧力変動を生じさせると、溝２４内の段差に乱流が生じる。例えば、図４（ｂ）に示すように、溝２４の中央部の底部から上方に向かう流れが生じる。この乱流によって、溝２４内に堆積した金属片３４の少なくとも一部が、圧力室２０内に舞い上がり攪拌される。また、攪拌されずに溝２４内に堆積したままの金属片３４は、溝２４内に留まるため、ノズル２３への流入が防止される。さらに、圧電素子１７を駆動することで、この溝２４内に留まった金属片３４も攪拌することができる。
【００３１】
このように、インクに含まれる金属片３４が圧力室２０内に沈降した場合であっても、沈降した金属片３４の移動を段差部２５によって妨げることができ、ノズル２３が目詰まりすることを抑制することができる。また、圧力室２０の圧力変動によって段差部２５に乱流を生じさせることができ、これにより沈降した粒子を攪拌することができる。さらに、本実施形態では、溝２４によって段差部２５が構成されたので、エッチング等により簡単に段差部２５を形成することができる。
【００３２】
なお、上記した実施形態では、インクに金属片３４を含有したメタリックインクを噴射する記録ヘッド２を例示したが、これには限られず、沈降する粒子を含有したインクを噴射するものであれば、どのような記録ヘッドでもよい。例えば、白色顔料として酸化チタンを含むインクを噴射する記録ヘッドにも適用できる。また、段差部２５（溝２４）は、インクの流れ方向に対して直交する方向に沿って形成されたが、これには限られず、例えば、インクの流れ方向に対して斜めに設けても良い。
【００３３】
さらに、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。例えば、図５から図８にその他の実施形態における段差部の形状を示している。
【００３４】
図５に示す第２の実施形態における記録ヘッド２では、圧力室２０の底面に、当該底面から突出した凸部３５が設けられている。この凸部３５は、インク供給口２２からノズル２３に向かうインクの流れ方向に対して直交する方向に沿って複数設けられている。本実施形態の凸部３５は、１つの圧力室２０に対して４条設けられており、その長さが圧力室２０の幅に揃えられている。この凸部３５によって、インクの流れ方向に対して直交する方向に段差部２５が形成され、インク供給口２２側からノズル２３側へ向かうインクの流れに対して抵抗が付与される。本実施形態の場合、金属片は、凸部３５と凸部３５との間、あるいは、インク供給口２２に臨んだ凸部３５よりもインク供給口２２側の底面に堆積する。なお、その他の構成は、上記した第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３５】
図６に示す第３の実施形態における記録ヘッド２では、圧力室２０の底面に対応する部分に、インク供給口２２からノズル２３に向かうインクの流れ方向に対して直交する方向に沿って、階段状の溝２４′が複数設けられている。本実施形態の溝２４′は、１つの圧力室２０に対して２条設けられており、その長さが圧力室２０の幅に揃えられている。この階段状の溝２４′は、リザーバー２９側からノズル２３側に向けて２段下げ、その下がった底部からノズル２３側に向けて前記２段と同様の高さに２段上げて形成される。このノズル２３側に向けて階段状に上がった部分が、インク供給口２２側からノズル２３側へ向かうインクの流れに対して抵抗となる段差部２５を構成している。なお、その他の構成は、上記した第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３６】
図７に示す第４の実施形態における記録ヘッド２では、溝や凸部を設けず、圧力室２０の底面に対応する部分に、インク供給口２２からノズル２３に向かうインクの流れ方向に対して直交する方向に沿って、１つの段差部２５が設けられている。溝や凸部を設け場合と異なり、この段差部２５を挟んだノズル２３側およびリザーバー２９側の底面は、ともに平坦になっている。すなわち、ノズルプレート１５におけるノズル２３側の厚さが、インク供給口２２側の厚さよりも厚くなっており、この厚さの違いによって段差部２５が形成されている。なお、その他の構成は、上記した第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３７】
図８に示す第５の実施形態における記録ヘッド２では、ノズル２３の開口縁に段差部２５が設けられている。具体的には、ノズル２３の開口縁の周囲を囲繞するように壁部３６が設けられている。この壁部３６の上端面と圧力室２０の底面とがなす高低差が、段差部２５となる。このためノズル２３の周囲からの沈降した粒子が、ノズル内に流入することを防ぐことができる。例えば、インク供給口２２側からノズル２３側へ向かうインクの一部が圧力室２０のリザーバー２９とは反対側の壁に当たって、逆方向に向かう流れが生じた場合であっても、沈降した金属片が塊となってノズル２３に流入することを防止できる。その結果、ノズル２３が目詰まりすることをより確実に抑制することができる。なお、その他の構成は、上記した第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３８】
そして、上記した第２から第５の実施形態の場合であっても、沈降した金属片の移動を段差部２５によって妨げることができ、ノズル２３が目詰まりすることを抑制することができる。また、圧力室２０の圧力変動によって段差部２５に乱流を生じさせることができ、これにより沈降した粒子を攪拌することができる。
【００３９】
なお、上記した各実施形態では、圧力発生手段として、所謂撓み振動型の圧電素子１７を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電素子を採用することも可能である。その他、圧力発生手段としては、発熱によりインクを突沸させることで圧力変動を生じさせる発熱素子や、静電気力により圧力室の区画壁を変位させることで圧力変動を生じさせる静電アクチュエーターなどの圧力発生手段を採用する構成においても本発明を適用することが可能である。
【００４０】
そして、以上では、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド２を備えたプリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１…プリンター，２…記録ヘッド，１５…ノズルプレート，２０…圧力室，２２…インク供給口，２３…ノズル，２４…溝，２５…段差部，２９…リザーバー，３４…金属片，３５…凸部，３６…壁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013107232.tif 000008
【図７】
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【図８】
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