(57)【要約】      （修正有）【課題】液滴の吐出時の圧力変動を機械的剛性を弱めたコンプライアンス部によることなく吸収し得る液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】圧力変動により各ノズル開口１３を介して内部のインクをそれぞれ吐出するように長手方向に沿って並設された圧力発生室１１と、各圧力発生室１１に対応して配設され、駆動信号の供給により変形して圧力発生室１１内の液体に圧力変動を生じさせる圧電素子１７と、圧力発生室１１に前記インクを供給するよう圧力発生室１１に連通するとともに気泡溜りとなる空間６０を設けたリザーバ２２とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力変動により各ノズル開口を介して液体をそれぞれ吐出するように並設された圧力発生室と、
各圧力発生室に対応して配設され、駆動信号の供給により変形して前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
前記圧力発生室に前記液体を供給するよう前記圧力発生室に連通するとともに気泡溜りとなる空間を設けた流路とを有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記流路は前記圧力発生室の並設方向に亘って設けられた共通の液体室を構成するリザーバであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記空間は、複数の圧力発生室に対応させて１個を割り当てたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記空間は、前記リザーバと前記圧力発生室との間を連通する液体供給路に隣接させて設けたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば圧電素子及び圧力発生室が設けられたアクチュエータユニットと、圧力発生室に連通してインクを吐出するノズル開口が設けられたノズルプレート及び前記圧力発生室の共通のインク室となるリザーバが設けられた流路ユニットとを具備するものがある。
【０００３】
この種のインクジェット式記録ヘッドでは、流体クロストークを低減するための共通のインク室であるリザーバ部分にインク滴の吐出時の圧力変動を吸収する機構が必要になる。このため、リザーバを塞ぐ部材の一部を薄肉にする等、機械的剛性を弱めて容易に振動し得るようにしたコンプライアンス部を形成している（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５５９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の如く機械的剛性を弱めるコンプライアンス部を設ける場合には、弾性変形部材の一部に薄肉部を形成する等に起因して構造が複雑になってしまう。さらに、コンプライアンス部の境界部分等に機械的な脆弱部が形成されてしまい、このことに起因し、インク吐出時の圧電素子の変形反力によりケースヘッド等が変形してしまう場合が発生する。かかる変形が発生した場合にはこの変形が原因となって各ノズル列内や各ノズル列間におけるインク吐出速度のバラツキである構造クロストークを生起する。
【０００６】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、液滴の吐出時の圧力変動を機械的剛性を弱めたコンプライアンス部によることなく吸収し得る液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、圧力変動により各ノズル開口を介して液体をそれぞれ吐出するように並設された圧力発生室と、各圧力発生室に対応して配設され、駆動信号の供給により変形して前記圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、前記圧力発生室に前記液体を供給するよう前記圧力発生室に連通するとともに気泡溜りとなる空間を設けた流路とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【０００９】
本態様によれば、圧力発生手段の変形によるノズル開口を介した液滴の吐出に伴う背圧に起因する流路内の圧力変動を空間の気泡溜りで吸収することができる。すなわち、気泡を積極的に利用して圧力変動を吸収するコンプライアンスとして機能させることができる。この結果、機械的剛性を弱めるコンプライアンス部を設ける場合の問題を一気に解決し得る。具体的には、薄肉部を形成することに伴う構造の複雑さを回避でき、また機械的な脆弱部の存在に伴う構造クロストークも良好に抑制することができる。
【００１０】
ここで、前記流路は前記圧力発生室の並設方向に亘って設けられた共通の液体室を構成するリザーバで好適に構成することができる。この場合には、共通の液体室であるリザーバ部分の気泡溜りでその圧力変動を的確に抑制することができる。この結果、流体クロストークを良好に抑制することができる。また、前記空間は、複数の圧力発生室に対応させて１個を割り当てて構成することができる。この場合には空間を設ける際の開口面積を適宜調整することができる。この結果、液滴の表面張力に応じた開口面積にすることで空間を確実に気泡溜りとし、必要なコンプライアンスを確保すると共に、梁を設けることで空間を設ける部材の強度も確保することができる。
【００１１】
さらに、前記空間は、前記リザーバと前記圧力発生室との間を連通する液体供給路に隣接させて設けるのが望ましい。圧力発生室の圧力変動が伝播させる液体供給路に近接しているほど気泡溜りによる効果的な圧力吸収が可能になり、その分流体クロストークを良好に抑制し得るからである。
【００１２】
さらに、本発明の他の態様は、上述の如き液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
本態様によれば、流体クロストーク及び構造クロストークの両方を抑制して高品質の印字が可能となる結果、印字品質の向上にも資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッド１０は、複数の圧力発生室１１を有する流路形成基板１２と、各圧力発生室１１に連通する複数のノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４と、流路形成基板１２のノズルプレート１４とは反対側の面に設けられる振動板１５とを具備する流路ユニット１６を有する。さらに、振動板１５上の各圧力発生室１１に対応する領域に設けられる圧電素子１７を有する圧電素子ユニット１８と、振動板１５上に固定されて圧電素子ユニット１８が収容される収容部１９を有するケースヘッド２０とを有する。
【００１４】
流路形成基板１２には、その一方面側の表層部分に、圧力発生室１１が隔壁によって区画されてその幅方向で複数並設されている。例えば、本形態では、流路形成基板１２には、複数の圧力発生室１１が並設されている。各圧力発生室１１の列の外側には、ケースヘッド２０外部のインク供給手段（図示せず）に連通する液体導入口２１を介してインクが供給されるリザーバ２２が、流路形成基板１２を厚さ方向に貫通して設けられている。そして、リザーバ２２と各圧力発生室１１とは、インク供給路２３を介して連通され、各圧力発生室１１には、インク供給手段から液体導入口２１及びリザーバ２２を介してインクが供給される。インク供給路２３は、圧力発生室１１よりも狭い幅で形成されており、リザーバ２２から圧力発生室１１に流入するインクの流路抵抗を一定に保持する役割を果たしている。さらに、圧力発生室１１のリザーバ２２とは反対の端部側には、流路形成基板１２を貫通するノズル連通孔２４が形成されている。すなわち、本形態では、流路形成基板１２に液体流路として、圧力発生室１１、リザーバ２２、インク供給路２３、ノズル連通孔２４が設けられている。このような流路形成基板１２は、シリコン単結晶基板からなり、流路形成基板１２に設けられる上記圧力発生室１１等は、流路形成基板１２をエッチングすることによって形成されている。
【００１５】
流路形成基板１２の一方面側にはノズル開口１３が穿設されたノズルプレート１４が接着剤５０を介して接着され、各ノズル開口１３は、流路形成基板１２に設けられたノズル連通孔２４を介して各圧力発生室１１と連通している。一方、流路形成基板１２の他方面側、すなわち圧力発生室１１の開口面側には振動板１５が接合されている。各圧力発生室１１はこの振動板１５によって封止されている。ここで、振動板１５は、例えば樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜２５と、この弾性膜２５を支持する、例えば金属材料等からなる支持板２６との複合板で形成されており、弾性膜２５側が流路形成基板１２に接合されている。また、振動板１５の各圧力発生室１１に対向する領域内には、圧電素子１７の先端部が当接する島部２７が設けられている。この圧電素子１７の先端面は、接着剤２８によって島部２７に接合されている。さらに、振動板１５には液体導入口２１とリザーバ２２とが連通するように開口３０が設けられている。この振動板１５は流路形成基板１２に接着剤５１を介して接着されている。
【００１６】
圧電素子１７は、一つの圧電素子ユニット１８において一体的に形成されている。すなわち、圧電材料３１と電極形成材料３２，３３とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層した圧電素子形成部材３４を形成し、この圧電素子形成部材３４を各圧力発生室１１に対応して櫛歯状に切り分けることによって各圧電素子１７が形成されている。そして、この圧電素子１７（圧電素子形成部材３４）の振動に寄与しない不活性領域、すなわち圧電素子１７の基端部側が固定基板３５に固着されている。本形態では、これら圧電素子１７（圧電素子形成部材３４）と固定基板３５とで圧電素子ユニット１８が構成されている。そして、圧電素子１７の基端部近傍には、固定基板３５とは反対側の面に、各圧電素子１７を駆動するための信号を供給する配線３６を有する回路基板３７が接続されている。
【００１７】
このような圧電素子ユニット１８は、圧電素子１７の先端部が上述したように振動板１５の島部２７に当接された状態で固定されている。例えば、本実施形態では、上述したように振動板１５上にケースヘッド２０が固定されており、圧電素子ユニット１８は、このケースヘッド２０の収容部１９内に収容されて、圧電素子１７が固定された固定基板３５が、圧電素子１７とは反対面側でケースヘッド２０に固定されている。具体的には、ケースヘッド２０の収容部１９内には、段差部３８が設けられており、固定基板３５は、このケースヘッド２０の段差部３８に接着剤３９によって接合されている。
【００１８】
さらにケースヘッド２０上には、回路基板３７の各配線３６がそれぞれ接続される複数の導電パッド４０が設けられた配線基板４１が固定されており、ケースヘッド２０の収容部１９は、この配線基板４１によって実質的に塞がれている。配線基板４１には、ケースヘッド２０の収容部１９に対向する領域にスリット状の開口部４２が形成されており、回路基板３７はこの配線基板４１の開口部４２から収容部１９の外側に引き出されている。
【００１９】
また、圧電素子ユニット１８を構成する回路基板３７は、例えば、本実施形態では、圧電素子１７を駆動するための駆動ＩＣ（図示なし）が搭載されたチップオンフィルム（ＣＯＦ）からなる。そして、回路基板３７の各配線３６は、その基端部側では、例えば、半田、異方性導電材等によって圧電素子１７を構成する電極形成材料３２，３３に接続されている。一方、先端部側では、各配線３６は配線基板４１の各導電パッド４０に接合されている。具体的には、配線基板４１の開口部４２から収容部１９の外側に引き出された回路基板３７の先端部が配線基板４１の表面に沿って折り曲げられた状態で、各配線３６は配線基板４１の各導電パッド４０に接合されている。
【００２０】
本形態においては、従来エッチングにより支持板２６を一部除去して実質的に弾性膜２５のみで構成していたコンプライアンス部の構成領域であるリザーバ２２の上方部分も含めて弾性膜２５及び支持板２６で塞がれており、この部分の機械的な強度を増大させる構造を採っている。そして、本形態では、前述の如き従来のコンプライアンス部を除去する代わりにリザーバ２２内に気泡溜りとなる空間６０が設けられている。かかる空間６０はインク供給路２３の下方でこのインク供給路２３に隣接する位置に一端が開口するとともに、インク供給路２３及び圧力発生室１１に平行になるよう流路形成基板１２に延設して他端を閉塞したものである。ここで、空間６０にはインクが充填されないようにインクの表面張力と空間６０の開口部の断面積との関係を調整してある。このことにより空間６０を気泡溜りとすることができる。気泡溜りに滞留される気泡は圧力発生室１１から伝播される圧力波による振動を吸収する好適なコンプライアンスとして機能させることができる。
【００２１】
図２は図１のＡ−Ａ´線断面図である。同図に示すように本形態では２個のインク供給路２３に対して１個の空間６０を割り当てている。勿論、各インク供給路２３に対応させて各空間６０を割り当ててもよく、反対に３個以上のインク供給路２３に対して１個の空間６０を割り当てても良い。この場合、流路形成基板１２の機械的強度が許す範囲で空間６０の数を少なくして１個の空間６０により多くのインク供給路２３を対応させたほうが製造は容易になる。
【００２２】
上述の如き本形態によれば、圧電素子１７及び振動板１５の変形によって各圧力発生室１１の容積を変化させることでインク滴を吐出させることができる。具体的には、図示しないインクカートリッジから複数の液体導入口２１を介してリザーバ２２にインクが供給されると、インク供給路２３から各圧力発生室１１にインクが分配される。実際には、圧電素子１７に電圧を印加することにより圧電素子１７を収縮させる。これにより、振動板１５が圧電素子１７と共に変形されて圧力発生室１１の容積が広げられ、圧力発生室１１内にインクが引き込まれる。ノズル開口１３に至るまで内部にインクが満たされた後、配線基板を介して供給される記録信号に従い、圧電素子１７の電極形成材料３２，３３に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子１７が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板１５も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室１１の容積が収縮して圧力発生室１１内の圧力が高まりノズル開口１３からインク滴が吐出される。このときリザーバ２２内には吐出の際の背圧に起因する圧力変動が伝播されるが、かかる圧力変動は空間６０の気泡溜りで良好に吸収される。気泡溜りの気泡がコンプライアンスとして機能するからである。すなわち、本形態では気泡を積極的に利用することで従来のコンプライアンス部の代わりとすることができる。
【００２３】
（他の実施形態）
上記実施の形態では、気泡溜りとなる空間６０はリザーバ２２に設けたが、これに限るものではない。圧力発生室１１に連通されており、したがって圧力発生室１１の圧力変動が伝播される流路であれば基本的には何れでも良い。また、空間６０はインク供給路２３に隣接させて設ける必要もない。ただ、インク供給路２３に近接していればインク供給路２３を介して伝播される圧力変動をその分迅速に吸収して的確に流体クロストークを抑制し得る。
【００２４】
また、上記実施の形態では、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子を有する、インクジェット式記録ヘッドについて説明したが、リザーバを有するものであればインクジェット式記録ヘッドの種類には限定されない。例えば、厚膜型の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッド、例えばゾル−ゲル法、ＭＯＤ法、スパッタリング法等により形成される圧電材料を有する薄膜型の圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッド、振動板と電極を所定の隙間を開けて配置し、静電気力で振動板の振動を制御する、いわゆる静電アクチュエータを有するインクジェット式記録ヘッド、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドであっても同様の効果を奏する。
【００２５】
また、上記実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通する液体導入口を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図３は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００２６】
そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００２７】
なお、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドの検査方法にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る液体噴射ヘッドの断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  インクジェット式記録ヘッド、  １１  圧力発生室、  １２  流路形成基板、  １３  ノズル開口、  １４  ノズルプレート、  １５  振動板、  １６  流路ユニット、  １７  圧電素子、  １８  圧電素子ユニット、  １９  収容部、  ２０  ケースヘッド、  ２２  リザーバ、  ６０  空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009202499.tif 000005