JP2020032621A - 液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルへの液体の補充性の向上と残留振動の低減とをより両立させることが可能な液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供する。【解決手段】液体を噴射するノズル（１０）と、ノズルに連通し、液体を噴射させるための圧力が発生される圧力室（１３）と、圧力室に供給する液体を貯留する第１液室（２７）と、圧力室を通過した液体を貯留する第２液室（３３）と、第１液室から圧力室に連通する第１連通路（２８）と、圧力室と前記ノズルとの間から第２液室に連通する第２連通路（３０）と、を備え、第１連通路における流路抵抗が、第２連通路における流路抵抗よりも大きいことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッド、これを備えた液体噴射装置に関し、特に、液体貯留部との間で液体を循環させる液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置に関する。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を液滴として噴射（吐出）する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは色材を含む液体を噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）などの各色材を含む液体を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは電極材料を含む液体を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物を含む液体を噴射する。

上記の液体噴射ヘッドとしては、ノズルが複数開設されたノズル基板、各ノズルに個別に連通する圧力室（若しくは圧力発生室又はキャビティとも呼ばれる）が複数形成された基板、液体貯留部からの液体が導入される各圧力室に共通な共通液室（若しくはリザーバー又はマニホールドとも呼ばれる）が形成された基板、圧力室内の液体に圧力振動を生じさせる圧電素子等の圧力発生手段（若しくは駆動素子又はアクチュエーターとも呼ばれる）を備えたものがある。また、各圧力室と各ノズルとの間に連通する循環流路が設けられ、液体貯留部との間で液体が循環される構成が採用されている液体噴射ヘッドもある。このような構成において、例えば、特許文献１の構成では、循環構成においてノズルよりも上流側（即ち、供給側）の流路の流路断面における最小開口長さと、下流側（即ち、排出側）流路の流路断面における最小開口長さと、を適切に設定することでインク循環による吐出安定性が確保されている。

特開２０１６−０１０８６２号公報

ところで、ノズルから液滴を連続して噴射させる場合、特に、単位時間当たりの液滴の噴射回数を増加させてより高い駆動周期でノズルから液体の噴射を行う場合、より迅速に液体がノズルに補充されること、即ち、液体の補充性を高めることが求められる。この観点では、流路抵抗は低いほうが望ましい。その一方で、ノズルから噴射される液滴の量や飛翔速度が変動することを抑えてより安定的に液体の噴射を行うためには、噴射時に液体に生じる圧力振動のうち液滴の噴射後に流路内の液体に残る振動（以下、残留振動と言う）を可及的に低減することが求められる。このような残留振動は、流路抵抗を上げることで減衰させることができる。このように、液体噴射ヘッドの流路における流路抵抗の設計に関し、ノズルへの液体の補充性と残留振動の減衰性とはトレードオフの関係にあった。

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、ノズルへの液体の補充性の向上と残留振動の低減とをより両立させることが可能な液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置を提供するものである。

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、液体を噴射するノズルと、
前記ノズルに連通し、前記液体を噴射させるための圧力が発生される圧力室と、
前記圧力室と連通する共通液室である第１液室と、
前記圧力室と連通する共通液室である第２液室と、
前記第１液室から前記圧力室に連通する第１連通路と、
前記圧力室と前記ノズルとの間から前記第２液室に連通する第２連通路と、
を備え、
前記第１連通路における流路抵抗が、前記第２連通路における流路抵抗よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の液体噴射ヘッドは、液体を噴射するノズルと、
前記ノズルに連通し、前記液体を噴射させるための圧力が発生される圧力室と、
前記圧力室に供給する液体を貯留する第１液室と、
前記圧力室を通過した液体を貯留する第２液室と、
前記第１液室から前記圧力室に連通する第１連通路と、
前記圧力室と前記ノズルとの間から前記第２液室に連通する第２連通路と、
を備え、
前記第１連通路における流路抵抗が、前記第２連通路における流路抵抗よりも大きいことを特徴とする。

本発明の液体噴射ヘッドによれば、第１連通路における流路抵抗が、第２連通路における流路抵抗よりも大きいことで、圧力室内で生じた液体の圧力振動（特に、残留振動）を第１連通路においてより効果的に減衰させることができる一方、第２連通路における流路抵抗が、第１連通路における流路抵抗よりも小さいので、第２液室側から第２連通路を通じてノズルに液体をより円滑に補充することができる。これにより、ノズルへの液体の補充性の向上と残留振動の低減とをより両立させることが可能となる。

また、上記構成において、前記第２連通路におけるイナータンスが、前記ノズルにおけるイナータンスよりも大きい構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、第２連通路におけるイナータンスが、ノズルにおけるイナータンスよりも大きいので、圧力室内で生じた圧力振動が第２連通路側よりもノズル側により伝わりやすくなる。これにより、圧力振動のエネルギーのロスを低減してノズルから液体をより効率よく噴射させることが可能となる。また、第２連通路を通じて第２液室側に圧力振動が伝播することが抑制されるので、圧力振動が第２液室を通じて他のノズルに伝わって当該ノズルにおける噴射特性が変動してしまう悪影響をより低減することが可能となる。

また、上記構成において、前記第２連通路は、前記圧力室と前記ノズルとの間を連通するノズル連通路に連通し、
前記第２連通路の流路断面積は、前記ノズル連通路の流路断面積よりも小さい構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、第１液室側から、第１連通路、圧力室、及び第２連通路を通って第２液室側に向かう液体の流れが生じる場合に、第２連通路における流速がノズル連通路における流速よりも高められる。これにより、ノズルから液体に気泡が混入したとしても、当該気泡を第２連通路から第２液室側により速やかに排出させることができる。

さらに、上記構成において、前記ノズル連通路が形成された流路基板が、単一の基板より構成された構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、ノズル連通路が形成された流路基板が、単一の基板より構成されることにより、ノズル連通路をより短くすることができるので、圧力室とノズルとの間における圧力振動の固有の振動周期を短くすることができる。これにより、流路内の液体の圧力変化に対する応答性が向上し、より高い駆動周波数に対応することが可能となる。また、同じ厚さの流路基板を複数の基板の積層により構成する場合と比較して、流路基板の撓みや破損を低減することが可能となる。

また、上記構成において、前記第２液室を区画する壁面のうちの一部が、当該第２液室内の液体の圧力変化に応じて変形する第２液室用可撓部である構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、第２液室を区画する壁面のうちの一部が、当該第２液室内の液体の圧力変化に応じて変形する第２液室用可撓部であることにより、圧力振動が第２連通路を通じて第２液室に伝わった場合においても、当該可撓部により圧力振動を抑制することが可能となる。これにより、圧力振動が第２液室を通じて他のノズルに伝わって当該ノズルにおける噴射特性が変動してしまう悪影響をより効果的に低減することが可能となる。

また、上記構成において、前記第１液室を区画する壁面のうちの一部が、当該第１液室内の液体の圧力変化に応じて変形する第１液室用可撓部である構成を採用することが望ましい。

さらに、上記構成において、前記第２液室用可撓部の面積が、前記第１液室用可撓部の面積よりも広い構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、第２連通路から第２液室側に伝播した圧力振動をより効果的に減衰させることができる。

また、本発明に係る液体噴射装置は、上記何れか一つの構成の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。

上記構成において、前記液体噴射ヘッドの前記ノズルから液体を噴射させる噴射動作において、前記第１液室側から、前記第１連通路、前記圧力室、及び前記第２連通路を通って前記第２液室側に向かう液体の流れを生じさせる液送機構を備える構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、噴射動作において第１液室側から、第１連通路、圧力室、及び第２連通路を通って第２液室側に向かう液体の流れを生じさせることで、ノズルから液体に気泡が混入したとしても、当該気泡を第２連通路から第２液室側に速やかに排出させることができる。これにより、当該気泡が圧力室側に移動してしまうことを抑制することが可能となる。

液体噴射装置の一形態の構成を説明する模式図である。 液体噴射ヘッドの一形態の構成を説明する斜視図である。 液体噴射ヘッドの一形態の構成を説明する斜視図である。 液体噴射ヘッドの一形態の構成を説明する断面図である。 第２実施形態における液体噴射ヘッドの一形態の構成を説明する断面図である。 第３実施形態における液体噴射ヘッドの一形態の構成を説明する断面図である。 第４実施形態における液体噴射ヘッドの一形態の構成を説明する断面図である。

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、以下の説明は、本発明の液体噴射装置として、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（以下、記録ヘッド）２を搭載したインクジェット式記録装置（以下、プリンター）１を例に挙げて行う。

図１は、本発明に係るプリンター１の構成を模式的示す説明図である。プリンター１は、液体の一種であるインクの液滴を印刷媒体Ｍに噴射・着弾させて当該印刷媒体Ｍに形成されるドットの配列により画像等の印刷を行うインクジェット方式の印刷装置である。本実施形態におけるプリンター１は、印刷用紙の他、樹脂フィルムや布等の任意の材質の印刷対象を印刷媒体Ｍとし、これらの各種の印刷媒体Ｍに対して印刷を行う。以下においては、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向のうち、後述する記録ヘッド２の移動方向（換言すると、主走査方向）をＸ方向とし、当該主走査方向と直交した印刷媒体Ｍの搬送方向（換言すると、副走査方向）をＹ方向とし、ＸＹ平面に直交する方向をＺ方向とする。

プリンター１は、液体容器３と、ポンプ７と、印刷媒体Ｍを送り出す搬送機構４と、制御ユニット５と、ヘッド移動機構６と、記録ヘッド２とを備える。液体容器３は、記録ヘッド２から噴射される複数種類（例えば、複数色）のインクを個別に貯留する。液体容器３としては、可撓性フィルムで形成された袋状のインクパックや、インク補充が可能なインクタンクなどが利用可能である。ポンプ７は、例えばチューブポンプ等により構成され、本発明における送液機構として機能して液体容器３と記録ヘッド２との間でインクを送る、即ち、循環させる。制御ユニット５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の処理回路と半導体メモリ等の記憶回路とを含み、搬送機構４やヘッド移動機構６、記録ヘッド２等を統括制御する。搬送機構４は、制御ユニット５の制御下で動作し、印刷媒体Ｍを搬送方向であるＹ方向に送り出す。ヘッド移動機構６は、印刷媒体Ｍの印刷範囲に亘ってＸ方向に掛け渡された搬送ベルト８と、記録ヘッド２を収容して搬送ベルト８に固定するキャリッジ９とを備える。ヘッド移動機構６は、制御ユニット５の制御下で動作し、キャリッジ９に搭載された記録ヘッド２を主走査方向であるＸ方向において図示しないガイドレールに沿って往復移動させる。なお、液体容器３を記録ヘッド２と共にキャリッジ９に搭載した構成とすることもできる。

本実施形態における記録ヘッド２は、液体容器３が貯留するインク色ごとに対応して設けられ、液体容器３から供給されるインクを、制御ユニット５の制御下で複数のノズル１０から印刷媒体Ｍに向けて噴射する。本実施形態における記録ヘッド２は、複数のノズル１０が副走査方向、即ちＹ方向に沿って並設されたノズル列を備えている。

図２は、記録ヘッド２を斜め上方側から見た分解斜視図である。また、図３は、記録ヘッド２を斜め下方側から見た分解斜視図である。さらに、図４は、記録ヘッド２の断面図である。本実施形態における記録ヘッド２は、各種の流路が形成された流路基板１２と、ノズル１０が形成されたノズル基板２０と、圧力室１３が形成された圧力室基板１４と、圧力発生部若しくはアクチュエーターとしての後述の圧電素子１５を保護する保護基板１６と、インク供給用の供給流路基板１７と、インク回収用の回収流路基板１８とを備える。なお、供給流路基板１７と回収流路基板１８とは、本実施形態においては別体で構成されているが、これには限られず、一体に形成されてもよい。

本実施形態における流路基板１２は、Ｚ方向からの平面視においてＸ方向よりもＹ方向に長尺な板材である。この流路基板１２の上面における短手方向（本実施形態においてはＸ方向）の両縁部には、供給流路基板１７と回収流路基板１８とがそれぞれ取り付けられ、これらの供給流路基板１７と回収流路基板１８との間の領域に圧力室基板１４と保護基板１６とが積層状態で固定されている。また、流路基板１２の下面におけるＸ方向の中央部にはノズル基板２０が接合されており、このノズル基板２０を間に挟む状態で第１コンプライアンス基板２１及び第２コンプライアンス基板２２が接合されている。

供給流路基板１７は、内部にインク導入室２４を有する部材である。インク導入室２４は、供給流路基板１７の下面における開口し、当該開口が流路基板１２で閉鎖されて画成されている。このインク導入室２４は、液体容器３から供給されたインクを、図４において白抜き矢印で示されるように、供給流路基板１７の上面に形成された導入口２５を通じて導入する。

本実施形態における流路基板１２は、例えば、シリコン単結晶基板等から形成された単一の基板であり、上記供給流路基板１７が接合された側から、共通液室２７（本発明における第１液室の一種）、第１個別連通路２８（本発明における第１連通路の一種）、ノズル連通路２９、第２個別連通路３０（本発明における第２連通路の一種）、及び、共通回収液室３３（本発明における第２液室の一種）を有している。

共通液室２７は、ノズル１０の列設方向、換言するとＹ方向に沿って延在し、複数の圧力室１３に連通する液室である。換言すると、共通液室２７は、複数のノズル１０のインク供給に共用される液室である。流路基板１２の上面における共通液室２７の開口は、供給流路基板１７のインク導入室２４と連通する。また、流路基板１２の下面における共通液室２７の開口は、当該下面に接合された後述する第１コンプライアンス基板２１により閉鎖されている。第１個別連通路２８は、圧力室基板１４に形成された複数の圧力室１３と共通液室２７とを個別に連通させる貫通孔であり、各圧力室１３に対応させて複数設けられている。換言すると、第１個別連通路２８は、共通液室２７から各圧力室１３に連通する流路である。この第１個別連通路２８は、液体容器３から圧力室１３に向かう流路における他の部分と比較して流路断面積が小さく設定された流路であり、当該第１個別連通路２８を通過するインクに対して流路抵抗を付与する部分である。

圧力室基板１４における圧力室１３は、Ｘ方向に長尺な液室であり、当該圧力室基板１４の下面に開口している。圧力室基板１４が流路基板１２の上面に接合されることで当該開口が塞がれて圧力室１３が画成される。圧力室基板１４において、圧力室１３の上面側には、可撓性を有する振動板１９が設けられている。この振動板１９は、圧力発生手段として機能する圧電素子１５の駆動に応じて変位可能に薄板状に形成された部分であり、圧力室１３ごとに形成されている。そして、各振動板１９の上には、それぞれ圧電素子１５が形成されている。各圧電素子１５は、ノズル１０に個別に対応し、制御ユニット５からの駆動信号を受けて変形する駆動素子である。この圧電素子１５の変形に伴って振動板１９が変形することにより圧力室１３の容積が増減し、これにより圧力室１３内のインクに圧力振動が生じる。記録ヘッド２では、この圧力振動を利用してノズル１０から液滴、即ち、インク滴を噴射させる。

第１コンプライアンス基板２１は、各ノズル１０からインク滴を噴射させる際に各圧力室１３側から共通液室２７内に伝播する圧力振動を吸収し各ノズル１０間の噴射特性（インク滴の量や噴射速度等）のばらつきを抑えるための基板である。この第１コンプライアンス基板２１や後述する第２コンプライアンス基板２２は、可撓性を有する樹脂などのフィルム状の図示しない薄膜（例えば、インク耐性の高い材料であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、芳香族ポリアミド（アラミド）、芳香族ポリイミド等により形成された厚さが２０μｍ以下の薄膜）を有している。この薄膜が、液室内のインクの圧力振動に応じて変位することにより、当該圧力振動を吸収する。以下、コンプライアンス基板２１，２２において、液室内の圧力振動に応じて変位して圧力振動の吸収に実質的に寄与する部分をコンプライアンス部と適宜称する。そして、第１コンプライアンス基板２１におけるコンプライアンス部が本発明における第１液室用可撓部に相当し、第２コンプライアンス基板２２におけるコンプライアンス部が本発明における第２液室用可撓部に相当する。

流路基板１２におけるノズル連通路２９は、流路基板１２を貫通した流路であり、流路基板１２の下面に接合されたノズル基板２０のノズル１０と、当該ノズル１０に対応する圧力室基板１４の圧力室１３とを、圧力室他端の側で連通させる。本実施形態におけるノズル連通路２９の流路長さは、流路基板１２の厚さによって定まる。そして、本実施形態において、ノズル連通路２９が形成された流路基板１２が単一の基板より構成されており、ノズル連通路２９の長さをより短く設定することができるので、圧力室１３とノズル１０との間における圧力振動の固有の振動周期を小さくできる。これにより、圧力室１３からノズル１０までの流路内のインクの圧力変化に対する応答性が向上し、より高い駆動周波数での駆動（即ち、より短い周期での液滴の噴射）に対応することが可能となる。また、例えば、厚さがより薄い複数の基板を積層して本実施形態における流路基板１２と同じ厚さの流路基板を構成する場合と比較して、流路基板１２の撓みや破損を低減することが可能となる。また、基板を積層する工程等が抑えられるので、コスト面でも有利となる。

ノズル基板２０は、流路基板１２の下面に接合されてノズル連通路２９、後述の第２個別連通路３０の開口を閉塞する。本実施形態におけるノズル基板２０は、例えばシリコン（Ｓｉ）の単結晶基板に対しドライエッチングやウェットエッチング等が施されることにより、複数のノズル１０が列状に形成されている。ノズル１０は、インクを噴射する円形状の貫通孔であり、周知の種々の形状を採用することができる。

第２個別連通路３０は、ノズル１０ごとに対応させて個別に形成された流路であり、流路基板１２に対してウェットエッチング等が施されることによって溝状に形成されている。この第２個別連通路３０は、ノズル１０ごとに対応させて個別に形成された流路であり、圧力室１３とノズル１０との間を連通するノズル連通路２９から共通回収液室３３に連通する。この第２個別連通路３０は、圧力室１３からノズル１０や液体容器３に向かう流路における他の部分と比較して流路断面積が小さく設定された流路であり、当該第２個別連通路３０を通過するインクに対して流路抵抗を付与する。本実施形態における第２個別連通路３０は、ノズル連通路２９に一端が連通し、流路基板１２の下面においてＸ方向に延在する第１横通路３０ａと、流路基板１２の下面において第１横通路３０ａの他端と連通し、流路基板１２の厚さ方向であるＺ方向に当該流路基板１２を貫通する縦通路３０ｂと、流路基板１２の上面において一端が縦通路３０ｂと連通し、他端が共通回収液室３３と連通し、Ｘ方向に延在する第２横通路３０ｃと、により構成されている。

共通回収液室３３は、Ｙ方向に沿って延在する液室であり、個別回収路３２及び第２個別連通路３０を介して複数のノズル１０に連通している。即ち、共通回収液室３３は、複数のノズル１０に共通な液室である。また、共通回収液室３３は、複数の圧力室１３に連通する共通液室とも言える。この共通回収液室３３の流路基板１２の上面側の開口は、回収流路基板１８のインク導出室３５と連通し、また、共通回収液室３３の流路基板１２の下面側の開口は、第２コンプライアンス基板２２によって閉鎖されている。ここで、流路基板１２の下面における共通回収液室３３の開口面積は、流路基板１２の下面における共通液室２７の開口面積よりも広く設定されている。このため、第２コンプライアンス基板２２において共通回収液室３３内の圧力振動の吸収に寄与するコンプライアンス部（即ち、第２共通液室用可撓部）の面積は、第１コンプライアンス基板２１において共通液室２７内の圧力振動の吸収に寄与するコンプライアンス部（即ち、第１共通液室用可撓部）の面積よりも広くなっている。

回収流路基板１８は、内部にインク導出室３５が形成された部材である。インク導出室３５は、回収流路基板１８の下面に開口して流路基板１２の共通回収液室３３と連通し、当該共通回収液室３３側から排出されたインクを、図４においてハッチングの矢印で示されるように、回収流路基板１８の上面に設けられた導出口３６を経て液体容器３に戻す。

保護基板１６は、圧力室基板１４の振動板１９上に設けられた各圧電素子１５の形成領域に対応させて凹状の収容空部３８が形成されている。当該保護基板１６は、収容空部３８内に圧電素子１５を収容した状態で圧力室基板１４の上面に接合されている。また、保護基板１６は、圧電素子１５から引き出されたリード電極４０と接続される図示しない配線基板の設置用に、基板厚さ方向を貫通した配線用貫通口３９を有している。

このような構成を有する記録ヘッド２では、ポンプ７の作動により液体容器３から供給されたインクが、供給流路基板１７におけるインク導入室２４を経て、流路基板１２の共通液室２７に導入されて充填される。共通液室２７内のインクは、ノズル１０ごとの個別流路である第１個別連通路２８を経て各圧力室１３にそれぞれ供給される。制御ユニット５からの駆動信号の波形に応じて圧電素子１５が駆動すると、これに伴って振動板１９が変位して圧力室１３の容積が変化することで、圧力室１３内のインクに圧力振動が生じる。そして、この圧力振動が圧力室１３からノズル１０側に伝播し、当該圧力振動が最大限に高まったところでノズル１０からインクがインク滴として噴射される。圧力室１３を通過してノズル１０から噴射されなかったインクは、ノズル連通路２９から第２個別連通路３０を経て共通回収液室３３に送られ、さらに回収流路基板１８のインク導出室３５に送り出される。その後、インク導出室３５内のインクは導出口３６から液体容器３側に戻される。

このようなインクの循環は、印刷ジョブ（印刷動作）の実行中、即ち、各ノズル１０からインクの噴射が行われている間において継続される。換言すると、本実施形態における記録ヘッド２では、ノズル１０からインクを噴射させる噴射動作において、ポンプ７の作動により、共通液室２７側から、第１個別連通路２８、圧力室１３、及び第２個別連通路３０を通って共通回収液室３３側に向かうインクの流れが生じるように構成されている。これにより、ノズル１０の開口に印刷媒体が接触する等して万一ノズル１０内のインクに気泡が巻き込まれたとしても、当該気泡を第２個別連通路３０から共通回収液室３３側に速やかに排出させることができる。その結果、当該気泡が圧力室１３側に移動しまうことで当該気泡を除去することが困難となる不具合を抑制することが可能となる。本実施形態においては、さらに、第２個別連通路３０の流路断面積は、ノズル連通路２９の流路断面積よりも小さく設定されている。これにより、インクの循環時の第２個別連通路３０における流速がノズル連通路２９における流速よりも高められる。このため、ノズル１０からインクに気泡が混入したとしても、当該気泡を第２個別連通路３０から共通回収液室３３側により速やかに排出させることができる。なお、インクの循環は、例示した方向に限られず、逆方向とすることもできる。即ち、共通回収液室３３から、第２個別連通路３０、ノズル連通路２９、圧力室１３、第１個別連通口２９、及び、共通液室２７へと向かう流れを生じさせることもできる。

ここで、ノズル１０からインクが噴射された直後では、当該ノズル１０において噴射された分のインクが失われるが、ノズル１０におけるインクの表面であるメニスカスが圧力室１３側に奥まった位置から噴射前の初期位置に戻る過程で、共通液室２７内のインクが第１個別連通路２８を通じて圧力室１３側に補充され、また、共通回収液室３３内のインクが第２個別連通路３０を通じてノズル１０側に補充される。特に、第２個別連通路３０は、第１個別連通路２８と比較してノズル１０により近い位置に設けられているため、ノズル１０へのインクの補充性を高めるには、当該第２個別連通路３０を通じて共通回収液室３３内のインクがノズル１０側により円滑に流れるようにすること、即ち、インクの補充性が高められることが望ましい。その一方で、インクを噴射させるための圧力振動は、圧力室１３内で発生する。この圧力振動は、第１個別連通路２８を通じて共通液室２７側へ伝播するもの、ノズル１０からのインク滴の噴射に使われるもの、及び、第２個別連通路３０を通じて共通回収液室３３側に伝播するものに分かれる。そして、ノズル１０から噴射されるインク滴の量や飛翔速度が変動することを抑えてより安定的にインクの噴射を行うためには、残留振動を可及的に低減することが求められる。

上記の事情に鑑み、本発明に係る記録ヘッド２では、第１個別連通路２８及び第２個別連通路３０における流路抵抗を適切に設定することにより、インクの補充性の向上と残留振動の低減を両立させている。ここで、流路の形状を直方体に近似できる場合、流路のインク流れ方向の長さをＬ、その幅をＷ、高さをＨ、インク粘度をμとしたとき、流路における流路抵抗Ｒは以下の式（１）のように求めることができる。

また、流路の形状が円筒形状の場合、流路の直径をｄとして、流路抵抗Ｒは以下の式（２）のように求めることができる。このとき、流路の形状が真円でない場合、真円であると仮定して流路断面積から求めた直径ｄを使用して流路抵抗Ｒを求めることができる。

さらに、流路断面積が一定でない場合、以下の式（３）により求めることができる。

そして、本発明に係る記録ヘッド２では、第１個別連通路２８における流路抵抗Ｒ１が、第２個別連通路３０における流路抵抗Ｒ２よりも大きくなるように設定されている。このように流路抵抗を設定することで、第２個別連通路３０と比較して圧力振動の発生源である圧力室１３により近い位置にある第１個別連通路２８では、流路抵抗Ｒ１がＲ２よりも大きいので、インク自体の粘性により残留振動をより効果的に減衰させることができる。一方、第１個別連通路２８と比較してノズル１０により近い位置にある第２個別連通路３０では、流路抵抗Ｒ２がＲ１よりも低いので、共通回収液室３３側からインクをより迅速にノズル１０側に補充されるようにすることができ、インクの補充性が高められる。これにより、液体容器３との間でインクが循環する構成が採用された記録ヘッド２において、ノズル１０へのインクの補充性の向上と残留振動の低減とをより両立させることが可能となる。その結果、各ノズル１０におけるインク滴の噴射特性のばらつきを抑えつつ、より安定してインク滴の噴射が可能となる。

さらに、本実施形態における記録ヘッド２では、共通液室２７の下面側の開口は、第１コンプライアンス基板２１で閉鎖され、共通回収液室３３の下面側の開口は、第２コンプライアンス基板２２で閉鎖されている。このため、共通液室２７内に貯留されているインクに生じる圧力振動は、第１コンプライアンス基板２１のコンプライアンス部の撓み変位により減衰される。同様に、共通回収液室３３内に貯留されているインクに生じる圧力振動は、第２コンプライアンス基板２２のコンプライアンス部の撓み変位により減衰される。この結果、所定のノズル１０でのインクの噴射に伴う圧力振動（特に残留振動）が共通液室２７や共通回収液室３３を介して他のノズル１０側に伝播し、当該他のノズル１０におけるインクの噴射に悪影響を及ぼす所謂クロストークを低減することができる。本実施形態では、流路抵抗Ｒ２がＲ１よりも低いので、その分、個別連通路３０において圧力振動が減衰しにくい構成（但し、後述するように個別連通路３０を通じて共通回収液室３３側に圧力振動は伝播し難くなっている）であるが、このような構成においても、第２コンプライアンス基板２２により圧力振動を減衰させることが可能となる。これに加え、上述したように、第２コンプライアンス基板２のコンプライアンス部（即ち、第２共通液室用可撓部）の面積は、第１コンプライアンス基板２１のコンプライアンス部（即ち、第１共通液室用可撓部）の面積よりも広くなっているので、個別連通路３０を通じて共通回収液室３３側に伝播した圧力振動をより効果的に減衰させることができる。本実施形態においては、共通液室２７と共通回収液室３３とのそれぞれにコンプライアンス基板２１，２２が設けられていることにより、圧力振動が共通回収液室３３を通じて他のノズル１０側に伝わって当該ノズルにおける噴射特性が変動してしまう悪影響をさらに効果的に低減することが可能となる。

また、本発明に係る記録ヘッド２では、第１個別連通路２８及びノズル１０におけるイナータンスを適切に設定することにより、圧力室１３からの圧力振動が共通回収液室３３側に逃げることを抑制して、よりノズル１０側に伝わってインク滴の噴射がより効率よく行えるように構成されている。ここで、流路におけるイナータンスＭをより大きくすることにより、より短い時間でより大きく変化する圧力振動に対して抵抗となり、このような瞬間的により大きな圧力変化を伴う圧力振動の伝播を抑制することができる。流路におけるイナータンスＭは、インク密度をρ、流路断面積をＳ、としたとき、次の式（４）で表すことができる。

さらに、流路断面積が一定でない場合、以下の式（５）により求めることができる。

そして、第２個別連通路３０におけるイナータンスＭ２が、ノズル１０におけるイナータンスＭｎよりも大きくなるように設定されている。このようにイナータンスを設定することで、ノズル１０からインク滴を噴射させる際の瞬間的な圧力変化を示す圧力変動が第２個別連通路３０を通じて共通回収液室３３側に伝播し難くなり、その分、当該圧力振動がノズル１０側により伝わりやすくなる。これにより、圧力振動のエネルギーのロスを低減してノズル１０からインクをより効率よく噴射させることが可能となる。

図５は、第２実施形態における記録ヘッド２ａの構成を説明する断面図である。なお、以下において、各構成部材等については、上記第１実施形態において対応する構成と機能が同じものには同一の符合を付してあり、その説明も適宜省略する（後述する第３実施形態及び第４実施形態も同様）。なお、供給流路基板１７及び回収流路基板１８の図示は省略している。本実施形態における記録ヘッド２ａでは、単一の基板からなる流路基板１２が、圧力室基板１４に対してＸ方向により大きくなっている。これに応じて、第２個別連通路３０の流路長が第１実施形態の構成と比較してより長く確保されている。本実施形態における第２個別連通路３０に関し、第１横通路３０ａ、縦通路３０ｂ、及び、第２横通路３０ｃのうち、特に第２横通路３０ｃの流路長がより長く設定され、第２個別連通路３０全体としての流路長（即ち、流路の全長）がより長く確保されている。このような構成を採用することにより、第２個別連通路３０のイナータンスＭ２をより高めることができる。このため、ノズル１０からインク滴を噴射させる際の瞬間的な圧力変化を示す圧力変動が第２個別連通路３０を通じて共通回収液室３３側に伝播し難くなり、その分、当該圧力振動がノズル１０側により伝わりやすくなる。これにより、圧力振動のエネルギーのロスをより一層低減してノズル１０からインクをより効率よく噴射させることが可能となる。

図６は、第３実施形態における記録ヘッド２ｂの構成を説明する断面図である。本実施形態においては、流路基板１２が、圧力室基板１４の側の第１流路基板１２ａと、この第１流路基板１２ａにノズル基板２０の側から接合された第２流路基板１２ｂとの２つの基板の積層体から構成されている。そして、本実施形態における第１個別連通路２８は、第１流路基板１２ａをＺ方向に貫通する流路となっている。即ち、第１実施形態においては、第１個別連通路２８の流路長が、単一基板の流路基板１２の厚さよりも短い構成であるのに対し、本実施形態においては、第１個別連通路２８の流路長が、第１流路基板１２ａの厚さにより規定されるので、当該流路長をより長く確保することができる。これにより、第１個別連通路２８の流路抵抗Ｒ１をより高めることができるので、インク噴射に伴って生じた残留振動の減衰効果をより高めることができる。

図７は、第４実施形態における記録ヘッド２ｃの構成を説明する断面図である。本実施形態においては、第３実施形態と同様に、流路基板１２が第１流路基板１２ａと第２流路基板１２ｂとの２つの基板の積層体から構成されている。また、本実施形態における記録ヘッド２ｃでは、ノズル１０が列設されてなるノズル列が合計２列設けられており、これに応じて、導入口２５、インク導入室２４、共通液室２７、ノズル基板２０、及び第１コンプライアンス基板２１が、２組ずつ設けられており、また、第１個別連通路２８、圧力室１３、ノズル連通路２９、第２個別連通路３０、及び、圧電素子１５等の構成も各ノズル列のノズル１０毎に対応してそれぞれ設けられている。本実施形態における記録ヘッド２ｃでは、導入口２５、インク導入室２４、インク導出室３５、及び導出口３６は、例えば合成樹脂製のホルダー４２に形成されている。ホルダー４２の下面には、圧力室基板１４や保護基板１６を保持空部４４内に収容した状態で流路基板１２が接合される。

本実施形態において、共通回収液室３３及び第２コンプライアンス基板２２は、両ノズル列の間に対応する位置（即ち、Ｘ方向における中央部）に設けられている。共通回収液室３３は、第１流路基板１２ａに形成された第１回収液室３３ａと第２流路基板１２ｂに形成された第２回収液室３３ｂとにより構成されている。この共通回収液室３３は、第１流路基板１２ａの上面側に形成された連通開口４３を介してホルダー４２のインク導出室３５と連通している。そして、各ノズル列を構成している複数のノズル１０は、ノズル連通路２９から第２個別連通路３０を通じて共通回収液室３３にそれぞれ連通している。本実施形態では、２列のノズル列に対して、１つの共通回収液室３３が共用される構成であるため、当該共通回収液室３３及び第２コンプライアンス基板２２が１組で足りる。このため、各ノズル列に対してそれぞれ共通回収液室３３や第２コンプライアンス基板２２を設ける構成と比較して、記録ヘッド２の小型化が可能となる。

この他、本発明は、第１液室、第１連通路、圧力室、ノズル、第２連通路、第２液室をする液体噴射ヘッド、これを備える液体噴射装置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を複数備える液体噴射ヘッド、及び、これを備える液体噴射装置にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，２…記録ヘッド，３…液体容器，４…搬送機構，５…制御ユニット，６…ヘッド移動機構，８…搬送ベルト，９…キャリッジ，１０…ノズル，１２…流路基板，１３…圧力室，１４…圧力室基板，１５…圧電素子，１６…保護基板，１７…供給流路基板，１８…回収流路基板，１９…振動板，２０…ノズル基板，２１…第１コンプライアンス基板，２２…第２コンプライアンス基板，２４…インク導入室，２５…導入口，２７…共通液室，２８…第１個別連通路，２９…ノズル連通路，３０…第２個別連通路，３３…共通回収液室，３５…インク導出室，３６…導出口，３８…収容空部，３９…配線用貫通口，４０…リード電極，４２…ホルダー，４３…連通開口，４４…保持空部

Claims (10)

1. 液体を噴射するノズルと、
   前記ノズルに連通し、前記液体を噴射させるための圧力が発生される圧力室と、
   前記圧力室と連通する共通液室である第１液室と、
   前記圧力室と連通する共通液室である第２液室と、
   前記第１液室から前記圧力室に連通する第１連通路と、
   前記圧力室と前記ノズルとの間から前記第２液室に連通する第２連通路と、
   を備え、
   前記第１連通路における流路抵抗が、前記第２連通路における流路抵抗よりも大きいことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 液体を噴射するノズルと、
   前記ノズルに連通し、前記液体を噴射させるための圧力が発生される圧力室と、
   前記圧力室に供給する液体を貯留する第１液室と、
   前記圧力室を通過した液体を貯留する第２液室と、
   前記第１液室から前記圧力室に連通する第１連通路と、
   前記圧力室と前記ノズルとの間から前記第２液室に連通する第２連通路と、
   を備え、
   前記第１連通路における流路抵抗が、前記第２連通路における流路抵抗よりも大きいことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 前記第２連通路におけるイナータンスが、前記ノズルにおけるイナータンスよりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記第２連通路は、前記圧力室と前記ノズルとの間を連通するノズル連通路に連通し、
   前記第２連通路の流路断面積は、前記ノズル連通路の流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記ノズル連通路が形成された流路基板が、単一の基板より構成されたことを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記第２液室を区画する壁面のうちの一部が、当該第２液室内の液体の圧力変化に応じて変形する第２液室用可撓部であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記第１液室を区画する壁面のうちの一部が、当該第１液室内の液体の圧力変化に応じて変形する第１液室用可撓部であることを特徴とする請求項６に記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記第２液室用可撓部の面積が、前記第１液室用可撓部の面積よりも広いことを特徴とする請求項７に記載の液体噴射ヘッド。
9. 請求項１から請求項８の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。
10. 前記液体噴射ヘッドの前記ノズルから液体を噴射させる噴射動作において、前記第１液室側から、前記第１連通路、前記圧力室、及び前記第２連通路を通って前記第２液室側に向かう液体の流れを生じさせる液送機構を備えることを特徴とする請求項９に記載の液体噴射装置。

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