JP2015150882A - 流路部材、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工し易い流路部材、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに記録装置を提供する。
【解決手段】液体吐出ヘッド用の流路部材４ａは、第１主面４ａ−１から第２主面４ａ−２まで貫通しており、第２主面４ａ−２から第１主面４ａ−１に向けて、断面形状が大きくなっていく形状を有している、それぞれ加圧室１０となる複数の第１貫通孔１０と、第２主面４ａ−２に開口している、第１溝２０および第２溝２４とを有する液体吐出ヘッド用の流路部材４ａであって、複数の第１貫通孔１０と、第１溝２０とがそれぞれ重なっている複数の重複部があり、複数の重複部を、それぞれ第１主面４ａ−１側から第２主面４ａ−２側まで貫通する複数の第２貫通孔１２を有しており、第２主面４ａ−２に、複数の第１貫通孔１０と第２溝２４とをそれぞれ繋いでいる、第２溝２４よりも深さの浅い複数の第３溝１４を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、流路部材、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに記録装置に関する。

従来、印刷用ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なうインクジェットヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えば、液体を吐出する吐出孔と、吐出孔から液体が吐出されるように液体が加圧される加圧室と、加圧室に液体を供給する共通流路とを備えたものが知られている。また、共通流路および加圧室内の液体が滞留することで流路のつまり等が生じ難いように、吐出を行なわないときにも、共通流路および加圧室内の液体が流れるように、外部も含めて液体を循環させることが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。引用文献１の液体吐出ヘッドでは、上述の流路を構成するため、孔を開けたプレートを１１枚積層した平板状の流路部材を用いている。

特開２００８−２００９０２号公報

特許文献１に記載されているような液体吐出ヘッドでは、流路形状が複雑であり、流路部材の厚さ方向に流路が重なっている部分などがあるため、流路部材を構成するプレートの数を減らして、加工コストや、組み立てコストを減らそうとしても難しいという問題があった。

したがって、本発明の目的は、加工し易い流路部材、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに記録装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッド用の流路部材は、第１主面から該第１主面の反対側の第２主面まで貫通しており、前記第２主面から前記第１主面に向けて、断面形状が大きくなっていく形状を有している、それぞれ加圧室となる複数の第１貫通孔と、前記第２主面に開口している、第１溝および第２溝とを有する平板状の液体吐出ヘッド用の流路部材であって、該流路部材を平面視したとき、前記複数の第１貫通孔と、前記第１溝とがそれぞれ重なっている複数の重複部があり、該複数の重複部を、それぞれ前記第１主面側から前記第２主面側まで貫通する複数の第２貫通孔を有しており、前記第２主面に、前記複数の第１貫通孔と前記第２溝とをそれぞれ繋いでいる、前記第２溝よりも深さの浅い複数の第３溝を有することを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、前記流路部材と、該流路部材の前記第１主面側に、前記複数の前記第１貫通孔を塞ぐように積層されている第１プレートと、前記流路部材の前記第２主面側に、前記複数の第１貫通孔、前記複数の第１溝、前記複数の第２溝、および前記複数の第３溝を塞ぐように積層されており、前記第１貫通孔の前記第２主面側の開口とそれぞれ重なるように配置されている複数のノズルを有する第２プレートと、前記複数の第１貫通孔の開口を、前記１プレートと前記２プレートとで塞いで構成されている複数の加圧室内の液体を加圧する複数の加圧部とを有することを特徴とする。

本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする。

本発明の流路部材は、配置されている貫通孔や溝の流路部材の中から第１主面あるいは第２主面に向けて大きさが同じか、大きくなる形状を有しているため、第１主面側および第２主面側からの加工、あるいは第１主面側と第２主面側とに分離する金型等での成形が可能となる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は、図１の液体吐出ヘッドの要部であるヘッド本体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）から第２流路部材を除いた平面図である。 図２（ｂ）の一部の拡大平面図である。 図２（ｂ）の一部の拡大平面図である。 （ａ）は、図４のＶ−Ｖ線に沿った部分縦断面図あり、（ｂ）は、図２（ａ）のヘッド本体の部分縦断面図ある。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置である（カラーインクジェット）プリンタ１の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐを搬送ローラ８０ａから搬送ローラ８０ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、記録媒体Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行するように平板状の（ヘッド搭載）フレーム７０が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つ液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置さ
れており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体（インク）が供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載される液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッドの群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッドの群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷することで、印刷速度（搬送速度）を速くすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０ｂは、搬送ローラ８２ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、５０ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、布などでもよい。また、プリンタ１を、印刷用紙Ｐの代わりに搬送ベルトを搬送する形態にし、記録媒体は、ロール状のもの以外に、搬送ベルト上に置かれた、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどにしてもよい。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付け、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。特に、液体吐出ヘッド２から吐出される液体の吐出特性（吐出量や吐出速度など）が外部の影響を受けるようであれば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力に応じて、液体吐出ヘッド２において液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド２について説明する。図２（ａ）は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体２ａを示す平面図である。図２（ｂ）は、ヘッド本体２ａから第２流路部材６を除いた状態の平面図である。図３および図４は、図２（ｂ）の拡大平面図である。図５（ａ）は、図４のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）は、ヘッド本体２の、第１共通供給流路２０の開口２０ａ付近における
、第１共通供給流路２０に沿った部分縦断面図である。図２〜４では、図面を分かり易くするために、他のものの下方にあって破線で描くべき流路などを実線で描いている。また、図２（ａ）では、第１流路部材４内の流路については、ほとんど省略し、加圧室１０の配置のみを示している。

液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａ以外に、金属製の筐体や、ドライバＩＣ、配線基板などを含んでいてもよい。また、ヘッド本体２ａは、第１流路部材４と、第１流路部材４に液体を供給する第２流路部材６と、加圧部である変位素子５０が作り込まれている圧電アクチュエータ基板４０とを含んでいる。ヘッド本体２ａは、一方方向に長い平板形状を有しており、その方向を長手方向と言うことがある。

ヘッド本体２ａを構成する第１流路部材４は、平板状の形状を有しており、その厚さは０．５〜２ｍｍ程度である。第１流路部材４の第１の主面である加圧室面４−１には、加圧室１０が平面方向に多数並んで配置されている。第１流路部材４の第２の主面である吐出孔面４−２には、液体が吐出される吐出孔８が平面方向に多数並んで配置されている。吐出孔８は加圧室１０と繋がっている。

第１流路部材４には、複数の第１共通供給流路（以下で第１供給流路と言うことがある）２０および複数の第１共通回収流路（以下で第１回収流路と言うことがある）２４が、第１方向に沿って伸びるように配置されている。また、第１供給流路２０と第１回収流路２４とは、第１方向と交差する方向である第２方向に交互に並んでいる。

第１供給流路２０の両側に沿って加圧室１０が並んでおり、片側１列ずつ、合計２列の加圧室列１１Ａを構成している。第１供給流路２０とその両側に並んでいる加圧室１０とは、個別供給流路である第１流路１２を介して繋がっている。

第１回収流路２４の両側に沿って加圧室１０が並んでおり、片側１列ずつ、合計２列の加圧室列１１Ａを構成している。第１回収流路２２とその両側に並んでいる加圧室１０とは、個別回収流路である第２流路１４を介して繋がっている。

以上のような構成により、第１流路部材４においては、第１供給流路２０に供給された液体は、第１供給流路２０に沿って並んでいる加圧室１０に流れ込み、一部の液体は吐出孔８から吐出され、他の一部の液体は、加圧室１０に対して、第１供給流路２０と反対側に位置している第１回収流路２４に流れ込み、第１流路部材４から外部に排出される。

第１供給流路２０の両側に第１回収流路２４が、第１回収流路２４の両側に第１供給流路２０が配置されていることにより、１つの加圧室列１１Ａに対して、１つの第１供給流路２０および１つの第１回収流路２４が繋がっており、別の加圧室列１１Ａに対して、別の第１供給流路２０および別の第１回収流路２４が繋がっている場合と比較して、第１供給流路２０および第１回収流路２４の数を約半分位できるので好ましい。第１供給流路２０および第１回収流路２４の数が少なくて済む分、加圧室１０の数を増やして高解像度化したり、第１供給流路２０や第１回収流路２４を太くして、吐出孔８からの吐出特性の差を小さくしたり、ヘッド本体２ａの平面方向の大きさを小さくすることができる。

第１供給流路２０に繋がっている第１流路１２の第１供給流路２０側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第１供給流路２０内の第１流路１２の位置により変わる。第１回収流路２４に繋がっている第２流路１４側の部分に加わる圧力は、圧力損失の影響で、第１回収流路２４内の第２流路１４の位置により変わる。第１供給流路２０の外部への開口２０ａを第１方向の一方の端部に配置し、第１回収流路２４の外部への開口２４ａを第１方向の他方の端部に配置すれば、各第１流路１２および各第２流路１４の配置による圧
力の差が打ち消されるように作用し、各吐出孔８に加わる圧力の差を小さくできる。なお、第１供給流路２０の開口２０ａ、および第１回収流路２４の開口２４ａはともに、加圧室面４−１に開口している。

吐出しない状態では、吐出孔８には液体のメニスカスが保持されている。吐出孔８において液体の圧力が負圧（液体を第１流路部材４に引き込もうとする状態）になっていることで、液体の表面張力とつり合ってメニスカスが保持できる。正圧が大きくなれば、液体はあふれ出し、負圧が大きくなれば、液体が第１流路部材４内に引き込まれてしまい、液体が吐出可能な状態を維持できない。そのため、第１供給流路２０から第１回収流路２４に液体を流した際における、吐出孔８での液体の圧力の差が大きくなり過ぎないようにする必要がある。

加圧室１０は、加圧室面４−１に面して配置されており、変位素子５０からの圧力を受ける加圧室本体１０ａと、加圧室本体１０ａの下から吐出孔面４−２に開口している吐出孔８に繋がる部分流路（ディセンダ）１０ｂを含んだ中空の領域である。加圧室本体１０ａは、直円柱形状であり、平面形状は円形状である。平面形状が円形状であることにより変位素子５０が同じ力で変形させた場合の変位量、および変位により生じる加圧室１０の体積変化を大きくできる。ディセンダ１０ｂは、直径が加圧室本体１０ａより小さい直円柱形状であり、平面形状は円形状である。また、ディセンダ１０ｂは、加圧室面４−１から見たときに、加圧室本体１０ａ内に納まる位置に配置されている。ディセンダ１０ｂは、吐出孔８側に向かって断面積の小さくなる円錐形状や台形円錐形状でもよい。ディセンダ１０ｂの平面形状が加圧室本体１０ａより小さくなっているので、その分、第１供給流路２０および第１回収流路２４の幅を大きくでき、上述の圧力損失の差を小さくできる。

複数ある加圧室１０は、第１方向に沿った複数の加圧室列１１Ａを構成しているとともに、第１方向と交差する方向である第２方向に沿った複数の加圧室行１１Ｂを構成している。各吐出孔８は、対応する加圧室１０の中心に位置している。複数ある吐出孔８も、加圧室１おと同様に、第１方向に沿った複数の吐出孔列９Ａを構成しているとともに、第２方向に沿った複数の吐出孔行９Ｂを構成している。

本実施形態では、第１供給流路２０は５０本、第２供給流路２４は５１本であり、加圧室列１１Ａおよび吐出孔列９Ａは１００列ある。１つの加圧室列１１Ａには、１６個の加圧室１０が含まれており、１つの吐出孔列９Ａには、１６個の吐出孔８が含まれている。つまり、加圧室行１１Ｂは、１６行あり、吐出孔行９Ｂは、１６行ある。

なお、隣り合う加圧室列１１Ａにおいて、加圧室１０を第１方向にずらして千鳥状に配置すれば、隣り合う加圧室列１１Ａに属する加圧室１０の距離を大きくできるので好ましい。その場合、加圧室行１１Ｂは、３２行あり、吐出孔行９Ｂは、３２行になる。

第１方向と第２方向（ヘッド本体２ａの長手方向）とが成す角度は直角からずれている。このため、第１方向に沿って配置されている吐出孔列９Ａに属する吐出孔８同士は、その直角からのずれの分、第２方向にずれて配置される。そして、吐出孔列９Ａが第２方向に並んで配置されるので、異なる吐出孔列９Ａに属する吐出孔８は、その分、第２方向にずれて配置される。これらが合わさって、第１流路部材４の吐出孔８は、第２方向に一定間隔で並んで配置されており、これにより、吐出した液体により形成される画素で所定の範囲を埋めるように印刷ができる。

図３において、吐出孔８を第２方向と直交する方向に投影すると、仮想直線Ｒの範囲に３２個の吐出孔８が投影され、仮想直線Ｒ内で各吐出孔８は３６０ｄｐｉの間隔に並ぶ。これにより、仮想直線Ｒに直交する方向に印刷用紙Ｐを搬送して印刷すれば、３６０ｄｐ
ｉの解像度で印刷できる。仮想直線Ｒ内に投影される吐出孔８は、１列の吐出孔列９Ａに属する吐出孔８すべて（１６個）と、その吐出孔列９Ａの両隣に位置する２つの吐出孔列９Ａに属する吐出孔８半分（８個）ずつである。各吐出孔行９Ｂでは、吐出孔８は、２２．５ｄｐｉの間隔で並んでいる。

１つの吐出孔列９Ａに属する吐出孔８の配置は、第１方向に沿って完全に一直線上に配置すれば、上述のように所定範囲を埋め尽くすように印刷が可能である。ただし、そのように配置した場合に、プリンタ１に液体吐出ヘッド２を設置する際に生じる第２方向と搬送方向とにずれが、印刷精度に与える影響が大きくなる。そのため、上述の一直線上の吐出孔８の配置から、隣り合う吐出孔列９Ａの間で、吐出孔８を入れ替えて配置するのが好ましい。本実施形態では、吐出孔８を４個の組にして入れ替えている。そのため、１つの吐出孔列９Ａにおいて、第１方向の一端側から４つの吐出孔８が、一直線上に配置されており、続く８個の吐出孔８が先の４つの吐出孔８が並んでいる直線とはずれた別の一直線上に配置されており、続く４個の吐出孔８が先の８つの吐出孔８が並んでいる直線とはずれた別の一直線上に配置されている。

第１供給流路２０および第１回収流路２４は、吐出孔８が直線上に並んでいる範囲では、直線になっており、直線がずれる吐出孔８の間で平行にずれている。このずれる箇所が、第１供給流路２０および第１回収流路２４において、少ないので流路抵抗が小さくなっている。また、この平行にずれる部分は、加圧室１０と重ならない位置に配置されているので、加圧室１０毎に吐出特性の変動を小さくできる。

第２方向の両端に位置する加圧室列１１Ｂに属する加圧室１０は、ダミー加圧室である。ダミー加圧室に対する、第２方向の端側には第１供給流路２０もしくは第１回収流路２４が設けられる。配置される流路は、ダミー加圧室に対して第２方向の中央側に配置されているのが第１回収流路２４であれば、第１供給流路２０となり、ダミー加圧室に対して第２方向の中央側に配置されているのが第１供給流路２０であれば、第１回収流路２４となる。ダミー加圧室も、通常の加圧室１０と同様に、第１流路を介して第１供給流路２０と繋がっており、第２流路を介して第１回収流路２４と繋がっている。

第２方向の端に位置する共通流路（第１共通供給流路２０および第１共通回収流路２４のどちらであっても）は、供給もしくは回収する加圧室列１１Ａが１列になり、そのためその１列の加圧室列１１Ａに属する加圧室１０からの吐出の吐出特性が、他の加圧室１０からの吐出特性に対して変動するおそれがある。そこでその加圧室列１１Ａに属する加圧室１０は、印刷に使わないダミー加圧室とする。ダミー加圧室は、基本的な形状は通常の加圧室１０と同じであり、吐出孔面４−２側に吐出孔８を配置しなくてもよいし、してもよい。

上述のように、第２方向の両端に位置する加圧室列１１Ａに属する加圧室１０をダミー加圧室とすれば、第２方向の両端から２番に位置する加圧室列１１Ａに属する加圧室１０に液体を供給する第１供給流路２０が他の通常の第１供給流路２０と同様に、２列の加圧室列１１Ａに液体を供給するものになり、第２方向の両端から２番に位置する加圧室列１１Ａに属する加圧室１０の液体を回収する第１回収流路２４が他の通常の第１回収流路２４と同様に、２列の加圧室列１１Ａの液体を回収するものになるので、吐出特性の差が生じ難くなる。

第２方向の端から２番目に位置する吐出孔列９Ａに属する吐出孔８のうち、第２方向の端に近い８個の吐出孔８は、第２方向の関する間隔が３６０ｄｐｉとなっていないので、その位置には吐出孔８を設けず、対応する位置にある加圧室１０をダミー加圧室としてもよい。

第２流路部材６は、第１流路部材４の加圧室面４−１に接合されており、第１供給流路に液体を供給する第２共通供給流路（以下で、第２供給流路と言うことがある）２２と、第１回収流路の液体を回収する第２共通回収流路（以下で、第２回収流路と言うことがある）２６とを有している。第２流路部材６は、第１流路部材４よりも厚く、５〜３０ｍｍ低程度の厚さである。

第２流路部材６は、第１流路部材４の加圧室面４−１の圧電アクチュエータ基板４０が接続されていない領域で接合されている。より具体的には、圧電アクチュエータ基板４０を囲むように接合されている。このようにすることで、圧電アクチュエータ４０基板に、吐出した液体の一部がミストとなって付着するのを抑制できる。また、第１流路部材４を外周で固定することになるので、第１流路部材４が変位素子５０の駆動にともなって振動し、共振などが生じるのを抑制できる。

また、第２流路部材には、貫通孔６ｃが上下に貫通している。貫通孔６ｃは、圧電アクチュエータ基板４０を駆動する駆動信号を伝達するＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの配線部材が通される。なお、貫通孔６ｃの第１流路部材４側は、短手方向の幅広くなっている拡幅部６ｃ−２となっており、圧電アクチュエータ基板４０から短手方向の両側に伸びる配線部材は、拡幅部６ｃ−２で曲げられて上方に向かい、貫通孔６を抜ける。なお、拡幅部６ｃ−２に広がる部分の凸部は、配線部材を傷つけるおそれがあるので、Ｒ形状にしておくのが好ましい。

第２供給流路２２を、第１流路部材４と別の、第１流路部材４より厚い第２流路部材６に配置することで、第２供給流路２２の断面積を大きくすることができ、それにより第２供給流路２２と第１供給流路２０とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第２供給流路２２の流路抵抗（より正確には第２供給流路２２のうちで、第１供給流路２０と繋がっている範囲の流路抵抗）は、第１供給流路２０の１／１００以下にするのが好ましい。

第２回収流路２６を、第１流路部材４と別の、第１流路部材４より厚い第２流路部材６に配置することで、第２回収流路２６の断面積を大きくすることができ、それにより第２回収流路２６と第１回収流路２４とが繋がっている位置の差による圧力損失の差を小さくできる。第２回収流路２６の流路抵抗（より正確には第２回収流路２６のうちで、第１回収流路２２と繋がっている範囲の流路抵抗）は、第１回収流路２４の１／１００以下にするのが好ましい。

第２供給流路２２を第２流路部材６の短手方向の一方の端に配置し、第２回収流路２６を第２流路部材６の短手方向の他方の端に配置し、それぞれの流路を該１流路部材４側に向かわせて、それぞれ第１供給流路２０および第１回収流路２４と繋げる構造にする。このようにすることで、第２供給流路２２および第２回収流路２６の断面積を大きく（つまり流路抵抗を小さく）できるともに、第２流路部材６で、第１流路部材４の外周を固定して剛性を高くし、さらに、配線部材の通る貫通孔６ｃを設けることができる。

第２流路部材６は、第２流路部材のプレート６ａと６ｂとが積層されて構成されている。プレート６ｂの上面には、第２供給流路２２のうち第２方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第２供給流路本体２２ａとなる溝と、第２回収流路２６のうち第２方向に伸びている流路抵抗の低い部分である第２供給流路本体２６ａとなる溝が配置されている。

第２供給流路本体２２ａとなる溝から、下方（第１流路部材４の方向）に向かって複数の供給接続流路２２ｂが伸びており、加圧室面４−１上に開口している第１供給流路の開
口２０ａに繋がっている。各供給接続流路２２ｂの間は仕切り６ｂａで区切られている（つまり、供給接続流路２２ｂの第１供給流路２０側は分岐している）。これにより、第２流路部材６と第１流路部材との接続の剛性を高くできる。さらに、第２方向において、仕切り６ｂａの長さは、給接続流路２２ｂの長さより長くなっていることで、第２流路部材６と第１流路部材との接続の剛性をより高くできる。

第２回収流路本体２６ａとなる溝から、下方（第１流路部材４の方向）に向かって複数の回収接続流路２６ｂが伸びており、加圧室面４−１上に開口している第１回収流路の開口２４ａに繋がっている。各回収接続流路２６ｂの間は仕切り６ｂｂで区切られている（つまり、回収接続流路２６ｂの第１回収流路２４側は分岐している）。これにより、第２流路部材６と第１流路部材との接続の剛性を高くできる。さらに、第２方向において、仕切り６ｂｂの長さは、回収続流路２６ｂの長さより長くなっていることで、第２流路部材６と第１流路部材との接続の剛性をより高くできる。

プレート６ａには、第２供給流路２２の第２の方向の両端それぞれに開口２２ｃ、２２ｄが設けられている。プレート６ａには、第２回収流路２６の第２の方向の両端それぞれに開口２６ｃ、２６ｄが設けられている。液体の入っていない液体吐出ヘッド２に液体を供給するとき、第２供給流路２２内の液体が外部に排出され易いように、一方の開口（例えば開口２２ｃ）から液体を供給し、第１流路部材４に液体を供給するとともに、空気および溢れた液体を他の開口（例えば２２ｄ）から排出することで、第１流路部材４に気体が入り込み難くできる。第２回収流路２６についても同様に、一方の開口（例えば開口２６ｃ）から、他方の開口（例えば開口２６ｄ）から排出するようにすればよい。

印刷をする際には、液体の供給および回収にはいくつかの方法がある。一つは、第２供給流路２２に供給した液体のすべてが、第１流路部材４に入り、さらに第２回収流路２６入って外部に排出される。この際、第２回収流路２６へは外部から液体は供給されない。この場合さらに、２つの開口２２ｃ、２２ｄから液体を供給し、２つの開口２６ｃ、２６ｄから回収する方法と、開口２２ｃ、２２ｄのどちらか一方から液体を供給し、他方は閉じておき、開口２６ｃ、２６ｄのどちらか一方から液体を回収し、他方は閉じておく方法があり、さらに、この２つの組み合わせを逆にした方法がある。圧力損失による圧力の差を小さくするには、２つの開口から供給し、２つの開口から回収するのが好ましいが、液体を給排するチューブの接続は圧力の制御が煩雑になる。１つの開口から供給し、１つの開口から回収すると、接続や圧力の制御が簡単になる。その場合、供給と回収は、第２方向に関して反対側の位置にある開口を組にして行なえば、圧力損失の影響が相殺するようになるので好ましい。具体的には、開口２２ｃから供給し開口２６ｄから回収する、あるいは開口２２ｄから供給し開口２６ｃから回収するようにすればよい。

給排の他の方法は、第２供給流路２２の一方の開口（例えば２２ｃ）から液体を供給し、他方の開口（例えば２２ｄ）から回収し、第２回収流路２６の一方の開口（例えば２６ｄ）から液体を供給し、他方の開口（例えば２６ｃ）から回収する。それぞれの給排の圧力を調節して、第２供給流路２２の圧力が、第２回収流路２６の圧力より高くなるようにすれば、第１流路部材４に液体が流れるようになる。このようにすると、各吐出孔８のメニスカスに加わる圧力の差は一番小さくなる。

上述の２つの方法を組み合わせて、第２供給流路２２に対して給排を行なって、第２回収流路２６からは回収だけにしてもよい。逆に、第２供給流路２２に対しては供給だけを行ない、第２回収流路２６には給排を行なってもよい。

第２供給流路２２および第２回収流路２６には、ダンパを設けて、液体の吐出量の変動に対して液体の供給、あるいは排出が安定するようにしてもよい。また、第２供給流路２
２および第２回収流路２６内に、フィルタを設けることにより、異物や気泡が、第１流路部材４に入り込み難くしてもよい。

第１流路部材４の上面には、変位素子５０を含む圧電アクチュエータ基板４０が接合されており、各変位素子５０が加圧室１０上に位置するように配置されている。圧電アクチュエータ基板４０は、加圧室１０によって形成された加圧室群はとほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の加圧室面４−１に圧電アクチュエータ基板４０が接合されることで閉塞される。圧電アクチュエータ基板４０は、ヘッド本体２ａと同じ方向に長い長方形状である。また、圧電アクチュエータ基板４０には、各変位素子５０に信号を供給するためのＦＰＣなどの信号伝達部が接続されている。第２流路部材には、中央で、上下に貫通している貫通孔６ｃがあり、信号伝達部は貫通孔６ｃを通して制御部８８と電気的に繋がれる。信号伝達部は、圧電アクチュエータ基板の一方の長辺の端から他方の長辺の端に向かうように短手方向に伸びる形状にし、信号伝達部に配置される配線が短手方向に沿って伸び、長手方向に並ぶようにすれば、配線間の距離をとりやすくなり好ましい。

圧電アクチュエータ基板４０の上面における各加圧室１０に対向する位置には個別電極４４がそれぞれ配置されている。個別電極４４は、平面形状が加圧室本体１０ａより一回り小さく、加圧室本体１０ａとほぼ相似な形状を有している個別電極本体４４ａと、個別電極本体４４ａから引き出されている引出電極４４ｂとを含んでいる。また、圧電アクチュエータ基板４０の上面には、共通電極４２とビアホールを介して電気的に接続されている共通電極用表面電極（不図示）が形成されている。共通電極用表面電極と共通電極４２とは、圧電セラミック層２１ｂに配置された、図示しないビアホール内の導体を通じて、電気的に接続される。

ヘッド本体２ａに含まれる第１流路部材４は、流路部材本体４ａとノズルプレート４ｂとが積層されて構成されている。ノズルプレート４ｂには吐出孔８が開口している。

平板状の流路部材本体４ａの第１主面４ａ−１（加圧室面４−１と同じ面）は、加圧室本体１０ａが形成されており、圧電アクチュエータ基板４０が接合されている。流路部材本体４ａの第１主面４−１の反対側の第２主面４ａ−２は、ノズルプレート４ｂが接合されている。

流路部材本体４ａには、第１貫通孔１０、第２貫通孔１２、第１溝２２、第２溝２４および第３溝１４とが形成されている。

貫通孔１０は、加圧室１０となるものであり、第１主面４ａ−１から第２主面４ａ−２まで貫通しており、第２主面４ａ−２から第１主面に向けて、断面形状が大きくなっていく形状を有している。第１溝２０は、第１供給流路２０となるもので、第２主面４ａ−２に開口している。第２溝２４は、第１回収流路２４となるもので、第２主面４ａ−２に開口している。

流路部材本体４ａを平面視したとき、第１貫通孔１０と、第１溝とがそれぞれ重なっている複数の重複部４ａａ（図３の網掛けされている部分）が存在する。重複部４ａａには、第１主面４ａ−１側から第２主面４ａ−２側まで貫通する第２貫通孔（第１流路）１２が存在する。

第２主面４ａ−２には、第１貫通孔１０と第２溝２４とを繋いでいる、第２溝２４よりも深さの浅い第３溝１４が配置されている。第３溝１４は第２プレートであるノズルプレート４ｂで塞がれることにより、加圧室１０と第１回収流路２４とを繋いでいる第２流路
１４となる。

以上の貫通孔、溝は、すべて、第１主面４ａ−１に向かって断面形状が一定な形状であるか、第１主面４ａ−１に向かって断面形状が大きくなっていく形状であるか、第２主面４ａ−２に向かって断面形状が一定な形状か、第２主面４ａ−２に向かって断面形状が大きくなっていく形状であるか、のいずれかである。このような構成を有しているため流路部材本体４ａは、上下に分割可能な型による一体成型が可能になっている。また、研削加工をなどにより成形する場合であっても、第１主面４ａ−１からあるいは第２主面４ａ−２から容易に加工できる形状になっているので加工し易い。

第１流路部材本体４ａの厚さは、５００μｍ〜２ｍｍ程度である。第１流路部材本体４ａの第２主面４ａ−２側に、第２プレートである、厚さ１０〜１００μｍ程度のノズルプレート４ｂを接合する。第１流路部材本体４ａの第１主面４ａ−１側に、第１プレートである、圧電アクチュエータ基板４０を接合にする。このようにすれば、開口２０ａから液体を供給し、開口２４ａから液体を回収することで液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを構成できる。この液体吐出ヘッドには、上述したように、さらに第２流路部材６を積層してもよい。

液体の流れについて、まとめると、第２供給流路２２に供給されたた液体は、第１供給流路２０および第１流路１２を順に通って。加圧室１０に入り、一部の液体は吐出孔８から吐出される。吐出されなかった液体は、第２流路１４を通って、第１回収流路２４に入った後、第２回収流路に入り、ヘッド本体２の外部に排出される。

圧電アクチュエータ基板４０は、圧電体である２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板４０の圧電セラミック層２１ａの下面から圧電セラミック層２１ｂの上面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ＮａＮｂＯ_３系、ＢａＴｉＯ_３系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ_３系、ＢｉＮａＮｂ_５Ｏ_１５系などのセラミックス材料からなる。なお、圧電セラミック層２１ｂは、振動板として働いており、必ずしも圧電体である必要はなく、代わりに、圧電体でない他のセラミック層や金属板を用いてもよい。

圧電アクチュエータ基板４０は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極４２およびＡｕ系などの金属材料からなる個別電極４４を有している。個別電極４４は上述のように圧電アクチュエータ基板４０の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている個別電極本体４４ａと、そこから引き出された引出電極４４ｂとを含んでいる。引出電極４４ｂの一端の、加圧室１０と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極２６が形成されている。接続電極２６は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムからなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極２６は、信号伝達部６０に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極４４には、制御部８８から信号伝達部を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。

共通電極４２は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極４２は、アクチュエータ基板２１に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極４２の厚さは２μｍ程度である。共通電極４２は、圧電セラミック層２１ａ上に個別電極４４からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極に、圧電セラミック
層２１ａを貫通して形成されたビアホールを介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極は、多数の個別電極４４と同様に、制御部８８と直接あるいは間接的に接続されている。

圧電セラミック層２１ａの個別電極４４と共通電極４２とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極４４に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子５０となっている。より具体的には、個別電極４４を共通電極４２と異なる電位にして圧電セラミック層２１ａに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部８８により個別電極４４を共通電極４２に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層２１ａの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ｂは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部８８からの制御でドライバＩＣなどを介して、個別電極４４に供給される駆動信号により、変位素子５０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ個別電極４４を共通電極４２より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極４４を共通電極４２と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極４４が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極４４を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極４４に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、圧力室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。圧力室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、圧力室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、アクチュエータ基板２１の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

なお、パルス幅は、吐出される液滴を１つにまとめるようにするなど、他に考慮する要因もあるため、実際は、０．５ＡＬ〜１．５ＡＬ程度の値にされる。また、パルス幅は、ＡＬから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにＡＬから外れた値にされる。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
４・・・（第１）流路部材
４ａ・・・流路部材本体
４ａａ・・・重複部
４ａ−１・・・・（流路部材本体の）上面、第１主面
４ａ−２・・・・（流路部材本体の）下面、第２主面
４ｂ・・・ノズルプレート（第２プレート）
４−１・・・加圧室面、第１主面
４−２・・・吐出孔面
６・・・第２流路部材
６ａ、６ｂ・・・（第２流路部材の）プレート
６ｂａ、６ｂｂ・・・仕切り
６ｃ・・・（第２流路部材の）貫通孔
６ｃ−２・・・貫通孔の拡幅部
８・・・吐出孔
９Ｂ・・・吐出孔行
９Ａ・・・吐出孔列
１０・・・加圧室、第１貫通孔
１０ａ・・・加圧室本体
１０ｂ・・・部分流路（ディセンダ）
１１Ｂ・・・加圧室行
１１Ａ・・・加圧室列
１２・・・第１流路（個別供給流路）、第２貫通孔
１４・・・第２流路（個別排出流路）、第３溝
２０・・・第１（共通）供給流路、第１溝
２０ａ・・・（第１共通供給流路の）開口
２２・・・第２（共通）供給流路
２２ａ・・・第２共通供給流路本体
２２ｂ・・・供給接続流路
２２ｃ、２２ｄ・・・（第２共通供給流路の）開口
２４・・・第１（共通）排出流路、第２溝
２４ａ・・・（第１共通回収流路の）開口
２６・・・第２（共通）排出流路
２６ａ・・・第２共通回収流路本体
２６ｂ・・・回収接続流路
２６ｃ、２６ｄ・・・（第２共通回収流路の）開口
４０・・・圧電アクチュエータ基板（第１プレート）
４０ａ・・・圧電セラミック層
４０ｂ・・・圧電セラミック層（振動板）
４２・・・共通電極
４４・・・個別電極
４４ａ・・・個別電極本体
４４ｂ・・・引出電極
４６・・・接続電極
５０・・・変位素子（加圧部）
６０・・・信号伝達部
７０・・・（ヘッド搭載）フレーム
７２・・・ヘッド群
８０ａ・・・給紙ローラ
８０ｂ・・・回収ローラ
８２ａ・・・ガイドローラ
８２ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (4)

1. 第１主面から該第１主面の反対側の第２主面まで貫通しており、前記第２主面から前記第１主面に向けて、断面形状が大きくなっていく形状を有している、それぞれ加圧室となる複数の第１貫通孔と、
   前記第２主面に開口している、第１溝および第２溝と、を有する平板状の液体吐出ヘッド用の流路部材であって、
   該流路部材を平面視したとき、前記複数の第１貫通孔と、前記第１溝とがそれぞれ重なっている複数の重複部があり、
   該複数の重複部を、それぞれ前記第１主面側から前記第２主面側まで貫通する複数の第２貫通孔を有しており、
   前記第２主面に、前記複数の第１貫通孔と前記第２溝とをそれぞれ繋いでいる、前記第２溝よりも深さの浅い複数の第３溝を有することを特徴とする液体吐出ヘッド用の流路部材。
2. 前記複数の重複部の前記第２貫通孔以外の部分の、前記第１主面側および前記第２主面側が、いずれも前記第２主面と略平行な面であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド用の流路部材。
3. 請求項１または２に記載の流路部材と、
   該流路部材の前記第１主面側に、前記複数の前記第１貫通孔を塞ぐように積層されている第１プレートと、
   前記流路部材の前記第２主面側に、前記複数の第１貫通孔、前記複数の第１溝、前記複数の第２溝、および前記複数の第３溝を塞ぐように積層されており、前記第１貫通孔の前記第２主面側の開口とそれぞれ重なるように配置されている複数のノズルを有する第２プレートと、
   前記複数の第１貫通孔の開口を、前記１プレートと前記２プレートとで塞いで構成されている複数の加圧室内の液体を加圧する複数の加圧部とを有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項３に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部を備えていることを特徴とする記録装置。

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